Харківська державна академія міського господарства
Міністерство освіти і науки України
ХАРКІВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА
Федун Тетяна Вячеславівна
УДК 628.971
РАЦІОНАЛЬНІ СПОСОБИ ПОБУДОВИ, УПРАВЛІННЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ УСТАНОВОК ЗОВНІШНЬОГО ОСВІТЛЕННЯ
Спеціальність 05.09.07 – Світлотехніка та джерела світла
А в т о р е ф е р а т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків - 2002
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Харківській державній академії міського господарства
Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник – доктор технічних наук, професор Намітоков Кемаль Кадирович,
Харківська державна академія міського господарства,
завідувач кафедри світлотехніки та джерел світла
Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор Гончаров Юрій Петрович,
Національний технічний університет
“Харківський політехнічний інститут”,
професор кафедри промислової та біомедичної електроніки
кандидат технічних наук Кожушко Григорій Мефодійович,
генеральний директор Полтавського заводу газорозрядних ламп
Провідна установа – Харківський державний науково-дослідний інститут метрології
Комітету України з питань стандартизації, метрології та
сертифікації, м. Харків
Захист відбудеться “_11_” __вересня___ 2002 р. о _15:00_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 064.086.02 у Харківській державній академії міського господарства за адресою: 61002, м.Харків, вул. Революції, 12.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківської державної академії міського господарства за адресою: 61002, м.Харків, вул. Революції, 12.
Автореферат розісланий “_16_” ___липня____ 2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
канд. техн.наук, доц. Дьяков Є.Д.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Установки зовнішнього освітлення (ЗО) є невід’ємною частиною енергетичного комплексу міст, що забезпечує нормальне функціонування мешканців і всіх структурних підрозділів міського господарства в темний час доби.
Комфортні умові для зорового апарату людини з настанням сутінок можуть бути створені тільки при правильно побудованій світлотехнічній установці, що забезпечує нормативні параметри. До зовнішнього освітлення в цьому аспекті ставляться особливі вимоги, оскільки особливістю таких інженерних систем, до яких відносяться й установки ЗО, є розподіл елементів системи освітлення по значній площі, при цьому електропостачання елементів даних систем здійснюється від окремих джерел живлення, що відносяться до іншої системи – системи електропостачання міста.
Актуальність теми. Зважаючи на вимоги нормативних документів з проектування та експлуатації установок ЗО, можна зробити висновок, що коли світлотехнічну частину цих установок можна спроектувати й виконати згідно з нормативами, то вихідні параметри даної установки повністю залежать від режиму роботи системи електропостачання, робота якої не може бути скоректована системою зовнішнього освітлення. Це вказує на необхідність вирішення питань стабілізації електротехнічних режимів роботи конкретної установки ЗО відносно режимів роботи, які пропонує система електропостачання міста.
Якість роботи установок ЗО повинна досягатися оптимальними умовами їх експлуатації. Існуючі нормативні документи ставлять до параметрів електропостачання ЗО та їх управління дуже жорсткі вимоги щодо якості електроенергії, режиму економії. Разом з тим визначається необхідність централізації управління вуличним освітленням шляхом телемеханізації та каскадування – послідовним включенням ділянок мережі освітлення з живленням їх від окремих джерел живлення системи електропостачання міста. Сучасний інструктивний підхід до створення мережі ЗО та рекомендації з її експлуатації не вирішують проблемних питань, таких як раціоналізація в побудові систем електропостачання ділянок мережі ЗО, що охоплені каскадною схемою. Так, наказ про підтримання в установках ЗО напруги живлення світильників у відповідності з вимогами ГОСТ 13109-97 (прийнятий з 1.01.2000 р. як державний стандарт України) не нижче 10% від номінального значення практично нездійсненний через різнорідність навантажень, що підключені до шин низької напруги міських трансформаторних підстанцій загального призначення, до яких, згідно з рекомендаціями, повинні бути підключені пункти живлення ліній освітлення. У цій ситуації необхідний пошук нових раціональних способів електропостачання з урахуванням будови та географічного положення самих мереж та їх джерел живлення. При цьому нові способи управління електропостачанням мереж ЗО повинні реалізовуватися як у схемно-силовому відношенні, так і у використанні нових апаратів регулювання із застосуванням сучасної елементної бази.
З метою економії електроенергії в мережах ЗО рекомендується для зниження освітлення вулиць та майданів міст відключення частини світильників. У світовій практиці доведено, що часткове відключення світильників призводить до дискомфорту роботи водіїв транспорту, оскільки виникнення “темних ям” обумовлює невірну оцінку дистанції і є причиною до 30% дорожньо-транспортних пригод. Позитивним вирішенням даного питання визнано зниження світлового потоку всіх джерел світла (ДС) до 50% від номінального шляхом використання регулюємих баластних пристроїв розрядних ламп (саме цей тип ДС переважа в установках ЗО). Однак, передача команди управління до кожного пуско-регулюючого апарата (ПРА) проблематична в умовах розсередженого навантаження при каскадній будові мереж ЗО. Таким чином, актуальною є задача розробки способів передачі сигналів телеуправління по каскаду ЗО, причому як фізичному каналу зв’язку перевага має бути віддана використанню силових проводів мережі освітлення.
Саме цей факт розподілу освітлювального навантаження одного каскадного напрямку по великій площі вказує на необхідність дослідження питань побудови автономних елементів управління, що базуються на програмних і фотоелектричних приладах, а також розробки приладів контролю аварійних ситуацій, причому таких серйозних, як обрив силових проводів лінії освітлення, при яких до збитків від недоодержання світлової енергії слід додати небезпеку ураження людей електричним струмом.
Усі ці проблемні питання вказують на актуальність пропонованої роботи.
Зв’язок з науковими програмами, темами. Робота була виконана в Харківській державній академії міського господарства (ХДАМГ) згідно з планами Галузевої науково-дослідної лабораторії “Електропостачання та управління електроустановками підприємств комунального господарства” (ГНДЛ ЕУЕПКГ) при кафедрі світлотехніки та джерел світла. Вона пов’язана з виконанням науково-дослідних робіт “Розробка систем телеуправління потужністю освітлювальних установок каскаду зовнішнього освітлення” – тема №892/89 Держ. реєстрація №01890078520, замовник ВО “Роскоммунэнергия”, м.Москва, а також теми №5.5105/150-93 “Розробка способів передачі сигналів управління по силових мережах змінного струму з метою створення системи телеуправління електроприймачами мережі 0,4 кВ” – на замовлення Державного комітету з науки і техніки України (наказ ДКНТ України від 01.03.93).
Мета і задачі дослідження. Метою роботи було створення науково-технічних основ побудови та експлуатації раціональних систем управління установками ЗО.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі наукові завдання:
1.
Дослідити існуючі способи управління установками ЗО, визначити недоліки й шляхи їх удосконалення.
2.
Запропонувати раціональні технічні рішення з побудови схем електрозабезпечення, експлуатації та управління установками ЗО та їх реалізації.
3.
Виконати аналіз процесів, що протікають в елементах розроблених систем управління установками ЗО.
Об’єктом дослідження є установки зовнішнього освітлення.
Предмет дослідження. Предметом дослідження є системи електропостачання та управління режимами роботи освітлювальних мереж з каскадним включенням.
Методи дослідження. Дослідження динаміки електротехнічних та світлотехнічних параметрів установок ЗО у процесі експлуатації проводили за допомогою математичного моделювання перехідних і сталих режимів при детальному експериментальному моделюванні. Результати досліджень були оброблені за допомогою методів математичної статистики з використанням засобів обчислювальної техніки.
Наукова новизна отриманих результатів
1.
Встановлений взаємозв’язок експлуатаційних характеристик світлотехнічних систем з системами міського електропостачання. Досліджений вплив роботи двигунового навантаження в пусковому режимі на роботу розрядних ламп високого тиску (РЛВТ) в режимі перезапалювання.
2.
Обгрунтована раціональність виконання системи двостороннього електропостачання ділянок мережі ЗО при каскадних схемах вмикання шляхом стабілізації режимів електропостачання за допомогою тиристорних ключів.
3.
При реалізації системи телеуправління потужністю мереж ЗО запропоновано використання нового способу передачі командних сигналів силовими проводами шляхом деформації півхвилі напруги мережі, що полягає у формуванні імпульсів струму (при фіксованих кутах комутації
ел.градусів та
ел.градусів), які забезпечують мінімальну потужність модулятора струму при максимальній величині прирощення амплітуди напруги, що використовується як сигнал телеуправління.
4.
Запропоновано новий вид передачі сигналів телеуправління – вибіркове включення джерел світла шляхом комутації напруги мережі на початку заданого за полярністю півперіоду – полярно-стартова ознака.
5.
Запропоновано спосіб плавного регулювання потужності розрядних джерел світла з двобаластними ПРА, що комутуються тиристорним ключем, шляхом плавної зміни кута відпирання останнього.
6.
Запропоновано новий спосіб оптимізації роботи імпульсних запалювальних приладів (ІЗП) для натрієвих ламп високого тиску (НЛВТ) шляхом чергування робочих періодів з паузами, що знижує імовірність виходу ІЗП з ладу при несанкціонованих згасаннях НЛВТ.
7.
Запропоновано нові системи контролю роботи мережі ЗО з каскадним включенням, що забезпечують захисне відключення ділянок мережі ЗО та локалізацію аварій в каскадному ланцюгу із збереженням роботоспроможності каскаду ЗО в цілому.
Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що
1)
способи модернізації системи електропостачання мережі освітлення шляхом створення двостороннього живлення ділянок каскаду з елементами контролю рівня напруги тиристорними приладами, запропоновані в цій роботі, дозволяють вирішити проблему стабілізації напруги, що підводиться до джерел світла, виключити несанкціоноване погасання РЛВТ при провалі напруги на одному з джерел живлення, попередити відмови в роботі цілих каскадних напрямків через низьку якість електропостачання, що має місце при живленні ділянок мережі від одного джерела;
2)
розроблений спосіб передачі сигналів телеуправління дозволяє побудувати в каскаді ЗО системи регулювання потужності джерел світла, зокрема РЛВТ, без відключення окремих ДС у нічні години доби.
Запропонований спосіб полярно-стартової передачі команди управління по мережах ЗО дозволяє реалізувати вибіркове включення світильників на ділянках мережі як за кількістю, так і за потужностю, що дозволяє обирати раціональний режим роботи освітлювальної установки відповідно до експлуатаційних умов для даного періоду роботи.
Способи управління освітлювальним навантаженням, рекомендовані в дисертації, відрізняються простотою і не потребують спеціальної апаратної обробки мереживного контуру, що забезпечує експлуатацію мереж ЗО в оптимальному економічному режимі без порушення світлового комфорту в різні періоди доби;
3)
використання імпульсного запалюючого приладу з програмованим режимом роботи знімає проблему тривалої холостої роботи останнього при несанкціонованому погасанні розрядної лампи, що попереджує передчасний вихід з ладу ІЗП;
4)
нові варіанти програмних і фотоелектричних приладів для управління мережею ЗО, розроблені в роботі, забезпечують алгоритм роботи цих приладів у повній відповідності з світловим графіком для даного режиму експлуатації;
5)
системи контролю аварійних ситуацій в мережах ЗО відключають аварійну ділянку від джерела напруги, одночасно забезпечуючи роботу справних ділянок каскаду ЗО, що знаходяться за аварійним. У даному випадку вирішуються два завдання: здійснюється захист людей від ураження електричним струмом, наприклад, при обриві проводів повітряних ЛЕП, і забезпечується робота каскадного ланцюга в цілому при аварії на одній з проміжних ділянок мережі ЗО.
Результати дисертаційної роботи були використані спеціальним конструкторським бюро “Полісвіт” ВО “Комунар”, м. Харків при підготовці технічної документації на системи контролю та локалізації аварій відповідно до цільової комплексної програми України “Розробка освоєння виробництва і випуск приладів автоматизації зовнішнього освітлення міст”. Акт впровадження наведено у додатку.
Апробація результатів роботи. Основні положення і результати досліджень з дисертаційної роботи повідомлялися, обговорювалися і отримали позитивну оцінку на:
-
ХХХ науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської державної академії міського господарства 18-20 травня 2000 р;
-
Міжнародному симпозіумі “Проблеми удосконалення електричних машин і апаратів. Теорія і практика (SIEMA 2000)”, м.Харків, 2000;
-
ХХХІ науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської державної академії міського господарства 22-24 травня 2002 р;
Публікації. Основний зміст дисертації відображено у 18 наукових працях, в тому числі в 8 статтях у фахових наукових виданнях, 7 свідоцтвах на винахід.
Особистий внесок автора в роботах, опублікованих в співавторстві:
[2] – виконаний аналіз та оцінка роботи розрядних ламп з двобаластними ПРА;
[3] – виконаний аналіз режиму напруги в мережах ЗО, показані наслідки роботи розрядних ламп при провалах напруги лінії живлення;
[4] – запропонована схема живлення освітлення при двосторонньому живленні та виконано її дослідження;
[5] – виконана розробка способу передачі сигналів телеуправління по силових мережах ЗО з
різними кутами комутації формувателя сигналу;
[6] – досліджена робота симисторного ключа яскравості розрядних ламп (РЛ). Зроблена оцінка залежності світлового потоку РЛ від величини сумарного струму ланцюга регулювання;
[7] – виконана розробка датчика струму освітлювальної мережі;
[8] – виконана розробка та дослідження роботи системи локалізації аварій у каскадах зовнішнього освітлення;
[9] – розроблена блок-схема алгоритму роботи програмного приладу управління установкою зовнішнього освітлення.
Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаної літератури та додатків. Повний обсяг роботи складає 292 сторінки, в тому числі 149 сторінок основного тексту, 103 рисунки, 31 таблиця, 13 сторінок списку використаної літератури з 133 найменувань і 29 сторінок додатків.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета і задачі, які вимагають вирішення, викладено основні положення наукової і практичної цінності отриманих результатів, наведено дані з апробації результатів роботи, визначено особистий внесок здобувача в наукових працях.
У першому розділі розглянуті питання побудови мереж ЗО з каскадним включенням за оцінкою норм світлотехнічної частини та характеристик побудови електротехнічної частини установок НО. При цьому відзначені особливості електропостачання ділянок ліній освітлення та об’єднання їх у каскадно-керовані напрямки. Особливої уваги приділено режимам напруг, що підводяться від міських підстанцій загального призначення до джерел світла (ДС), в якості яких превалюють розрядні лампи високого тиску. Визначена залежність параметрів мережі ЗО від рівня напруги (рис.1), з якої виходить, що нестабільність напруг обумовлює роботоспроможність не тільки окремих ДС, а також цілих каскадних напрямків.
Також був проведений аналіз побудови систем контролю та управління каскадів ЗО, в якому особливо було розглянуте питання можливості передачі командно-контрольної інформації силовими проводами ділянок каскаду ЗО, та як задовільний, був означений спосіб передачі інформації деформацією півхвилі робочого струму або напруги.
При аналізі особливостей експлуатаційної ситуації мереж ЗО з’ясовано, що при каскадно-керованих побудовах мережі ЗО відмічається тиражування аварійних ситуацій на ділянках каскаду, що знаходяться за місцем аварії, відносно головного пункту живлення (ГПЖ) каскаду ЗО. Огляд відомих рекомендацій з удосконалення роботи ліній освітлення і порівняння їх з питаннями раціональної експлуатації установок ЗО дозволили сформулювати постановку завдання даної роботи у вигляді переліку способів побудови, управління та експлуатації установок ЗО, що містить: раціоналізацію системи електропостачання установок ЗО; організацію системи телеуправління установками ЗО з передачею командно-контрольної інформації по силових проводах мережі; оптимізацію елементів мережі ЗО з метою забезпечення якісних вихідних характеристик ОУ при нестабільних експлуатаційних умовах; розробку елементної бази систем контролю та управління режимами роботи мереж ЗО з каскадним включенням.
Другий розділ присвячений побудові систем раціонального електропостачання установок ЗО. У результаті аналізу особливостей побудови мереж освітлення з каскадним включенням
запропоновані системи двостороннього живлення (СДЖ) ділянок каскаду ЗО, що забезпечують підтримання рівня напруги на джерелах світла в діапазоні нормативних меж і виключають найбільш небезпечний для РЛВТ режим – глибокі провали напруги. При розгляді характеристик СДЖ ліній освітлення відмічено наявність зрівноваженої потужності , що зумовлена різницею напруг та , яка протікає лінією освітлення з опором від джерел живлення А і В (рис.2):
, (1)
де – номінальна напруга.
Як міру обмеження впливу зрівняльної потужності і стабілізації роботи мережі за напругою пропонується виконувати живлення ділянки мережі освітлення через тиристорні ключі ТК1 та ТК2 з фазовим законом регулювання. Для ділянки мережі ЗО, що оснащена РЛВТ з індуктивними ПРА, рівень напруги на освітлювальному навантаженні при варіації кута управління тиристорними ключами визначається як
, (2)
де – напруга джерела живлення;
– кут затягування струму при індуктивному навантаженні.
Відповідно до (2) встановлено, що стабілізація напруги в лінії освітлення може бути досягнута при автоматичній зміні кута управління тиристорів з урахуванням збуджуючих факторів у вигляді відхилень напруги мережі й зміни потужності освітлювального навантаження за алгоритмом, який запропоновано в роботі. Аналіз світлотехнічних характеристик роботи РЛВТ в ланцюзі з тиристорним ключем показав, що наявність пауз струму лампи при фазовому законі регулювання обумовлює різке зниження світлового потоку. Раціональним рішенням при цьому є побудова індивідуальних комбінованих ПРА у вигляді додаткових дроселів, які зашунтовані тиристорним ключем. У цьому випадку комбіноване регулювання забезпечує зниження світлового потоку лише до 2%, відносно 50% за умов тільки фазового регулювання для пропорції напруг .
Третій розділ присвячений організації системи телеуправління установок ЗО з передачею сигналів по силових проводах мереж освітлення. При прийнятті як ознаки передачі командно-контрольної інформації деформації півхвиль струму або напруги завданням дослідження було визначення оптимальних параметрів сигналів, що впевнено фіксуються у будь-якій точці ділянки мережі і мають мінімальний вплив на системи електропостачання ділянки ЗО і, як наслідок, на роботу джерел світла. Встановлено, що при передачі контрольної інформації від кінця ділянки ЗО до її початку оптимальним є формування струмового сигналу в межах 5-10 ел.градусів відносно робочого струму з кратністю порядку .
Як спосіб передачі сигналу телеуправління по ділянці трифазної мережі освітлення розглянуто метод формування сигналу у вигляді прирощення фазних напруг , в контурі фаз В та С при струмовій модуляції в третій фазі А (рис. 3, 4).
Дослідження процесу стійкості проходження сигналу телеуправління ОУ по силових проводах мережі освітлення та його вплив на роботоспроможність РЛВТ в галузі стабілізації фазового розряду в момент струмового імпульсу довели, що оптимальною величиною фазового кута комутації модулятора слід вважати кут 150 ел.градусів.
Розгляд найбільш простих способів телеуправління ОУ, наприклад, в системі вибіркового включення світильників показує, що як останні може бути прийнята полярно-стартова ознака передачі інформації, при якій включення джерела світла Е1 або Е2 (режим роботи І або ІІ) виконується вибором полярності стартової півхвилі напруги мережі – моментом комутації апарату КА – та виділенням його датчиком ДС, що впливає на комутатор ІК (рис. 5).
Експериментально встановлено, що стійкість роботи РЛВТ як джерел світла, що особливо чутливі до збуджень мереживного контуру за напругою, при передачі вказаних командних сигналів гарантована.
Четвертий розділ присвячений розробці управляючих контурів установок ЗО, зокрема дослідженню способів регулювання потужності РЛВТ за допомогою двобаластних ПРА, один з яких зашунтований тиристорним ключем VS2, як в індивідуальному варіанті, так і регулювання потужності ділянки мережі з РЛВТ групи ламп.
Оскільки при комутації в схемі ПРА-РЛВТ додаткового дроселя відзначається різкий перепад світлового потоку: зниження на 26% – момент та зростання на 35% – момент (рис. 6), що впливає на швидкість адаптування очей людини, особливо при напруженій зоровій праці, зокрема водіїв транспорту, в розділі розглянуте питання виключення цього негативного впливу. У даному випадку була досліджена можливість плавного регулювання яскравості ДС при впровадженні до схеми ПРА додаткового дроселя L2 шляхом поступової зміни фазового кута симистора VS2 від 0 до 180 ел.градусів, що дозволило попередити стрибкоподібність (від точки а до точки б) переходу світлового потоку Ф до плавного переходу (точки а, б’, в) під час інтервалу часу . Разом з тим при збільшенні потужності ДС – шунтуванні дроселя L2 – стрибок (від точки г’ до точки д) світлового потоку замінено плавним його наростанням через точки г’, д’, е в інтервалі часу шляхом поступової зміни кута відпирання симистора від 180 до 0 ел.градусів. Плавний перехід від номінальної величини світлового потоку до зниженої ( см. рис. 6) обумовлений фазовою провідністю симисторного ключа, що працює в контурі додаткового дроселя.
У розділі також розглянута оптимізація роботи імпульсних запалювальних пристроїв (ІЗП) у вигляді циклічних включень на період пробою РЛВТ, що виключає холостую роботу ІЗП під час підготовки до запалення лампи, яка раптово погасла. Відзначені варіанти програмного управління автоматизованого освітлювального комплексу, що передбачає зміну кроку включення і відключення освітлювальної установки за заданим алгоритмом (рис. 7) з коректуванням програми фотоелектричними приладами.
П’ятий розділ присвячений розгляду систем контролю та управління мережами зовнішнього освітлення. Був досліджений розвиток типової аварійної ситуації – обриву проводу з наступним коротким замиканням – шляхом аналізу перехідних процесів, що дозволили визначити види й параметри елементів контролю установок ЗО – датчиків струму і напруги. На підставі цього запропоновані варіанти систем захисного відключення мережі освітлення, а також комплекту приладів локалізації аварійного стану в каскадних схемах ЗО.
Як раціональне технічне рішення розглянута система регулювання потужності джерел світла в каскаді ЗО, побудована відповідно до рекомендацій третього розділу щодо реалізації способу передачі сигналів телеуправління потужністю, а також четвертого розділу щодо способу зміни яскравості РЛВТ двобаластними ПРА та управління роботою імпульсних запалювальних пристроїв у циклічному режимі.
Для оцінки ефективності запропонованих у дисертації нових науково обгрунтованих технічних рішень з управління та експлуатації установок ЗО було прийняте порівняння кількості світлової енергії освітлювальних установок при традиційній будові каскадно-керованих ліній зовнішнього освітлення і систем автоматичного контролю аварійного стану каскаду ЗО, а також систем регулювання потужності мереж освітлення при використанні двобаластних ПРА. Проведені порівняння показали, що типова аварійна ситуація – відмова нічної фази управління – призводить до недовідпуску світлової енергії до 69% від нормального режиму, тоді як при оснащенні пунктів живлення каскаду ЗО комплектом локалізування аварій “КУЛОН” величина недовідпуску світлової енергії по аналогічному каскаду ЗО знижується до 9,6% (табл. 1).
Таблиця 1. Вироблення світлової енергії каскадом зовнішнього освітлення у нормальному й аварійному режимах роботи
Нормальна робота
Каскаду ЗО | Відмова в роботі елементів каскаду ЗО (згорання плавкої вставки запобіжника)
Звичайна схема управління | Схема, оснащена системою “КУЛОН” | Примітки
100% | Недовідпуск світлової енергії 69% | У режимі “нічне освітлення” ділянки мережі за місцем аварії повністю погашені
Недовідпуск світлової енергії 9,6%
Ефективність регулювання потужності мережі освітлення за допомогою зміни яскравості джерел світла в різні експлуатаційні періоди доби (схема з двобаластними ПРА) відносно часткового відключення світильників у нічні години (схема однобаластного ПРА) обумовлена підвищенням як якості освітлення – забезпеченням рівномірного освітлення об’єктів, так і якості електропостачання – рівномірністю струмового навантаження, а також економією електричної енергії (табл. 2).
ВИСНОВКИ
У результаті досліджень, виконаних в дисертаційній роботі, шляхом аналізу існуючого положення в техніці електропостачання та управління установками ЗО, аналізу відомих технічних рішень і розгляду нових раціональних способів управління та експлуатації установок зовнішнього освітлення встановлено, що зростання якісних показників роботи вуличного освітлення може бути досягнуто при певній раціоналізації способів побудови, управління та експлуатації установок ЗО.
Таблиця 2. Порівняльні характеристики роботи ділянки мережі, оснащеної РЛВТ з різними типами баластів у режимах вечірнього й нічного освітлення |
Вироблення світлової енергії | Сумарне споживання струму ділянкою мережі | Симетрія струмового навантаження | Освітлення вулиць і об’єктів
Клмгод | % | А | %
РЛВТ з одним баластом | Повне включення мережі ЗО | 11280 | 100 | 276 | 100 | Симетрично | Рівномірно
Відключення 1/3 світильників | 7520 | 67 | 184 | 67 | Несиметрично | Нерівномірно (темні ями)
Відключення 2/3 світильників | 3760 | 33 | 92 | 33 | Несиметрично | Нерівномірно (темні ями)
РЛВТ з двобаластним ПРА | 5640 | 50 | 165,6 | 60 | Симетрично | Рівномірно
До комплексу заходів щодо необхідної раціоналізації систем освітлення належить віднести:
1)
зростання якості електропостачання установок ЗО шляхом стабілізації напруги, що підводиться до джерел світла на ділянках каскаду ЗО, яке може бути досягнуто за допомогою нових схемних рішень системи електропостачання, зокрема двостороннього живлення ділянок мережі з елементами стабілізації рівня напруги на освітлювальному навантаженні напівпровідниковими пристроями;
2)
розробку нового способу управління мережами ЗО як каскадом ЗО в цілому, так і його елементами шляхом побудови системи телеуправління з передачею командних сигналів по силових проводах ділянок мережі освітлення методом деформації полухвиль струму та напруги промислової частоти. При цьому встановлено, що найбільш оптимальним для формування сигналу та мінімального ступеню впливу сигналу струмового модулятору на роботу ДС, що підключені до контуру фази лінійного телеуправління, є комутація модулятору з кутом 150 ел.градусів відносно початку півперіоду напруги мережі;
3)
розробку нового способу вибіркового включення джерел світла в установках ЗО шляхом прикладення до мереживного контура напруги джерела живлення з початку півперіоду заданої полярності. Цінність способу полягає в легкості реалізації та відсутності негативних явищ по відношенню до роботи розрядних ламп високого тиску;
4)
здійснення плавного переходу освітленості об’єкта від одного експлуатаційного рівня до іншого шляхом розробки нових управляючих комплексів для мереж з РЛВТ у вигляді дводросельного регулюємого ПРА, додатковий дросель якого комутується напівпровідниковим ключем з фазовим законом регулювання, що змінюється в період переходу тиристорного ключа від закритого до відкритого стану та навпаки. Модифікації запропонованого способу регулювання світлового потоку можуть бути реалізовані як для однолампових схем, так і для комплексів з багатоламповим навантаженням, причому регулюючим елементом в сумарному навантаженні є загальний додатковий дросель, який шунтується симистором, що управляється фазовим законом;
5)
оптимізацію роботи імпульсних запалювальних пристроїв, що передбачають обмеження часу холостої роботи ІЗП при формуванні високовольтних імпульсів на електроди лампи, яка несанкціоновано погасла, шляхом:
а) введення для ІЗП режиму “робота-пауза”;
б) управління ІЗП імпульсами телеуправління освітлювального навантаження;
6)
розробку автономних управляючих фотоелектричних і програмних елементів для управління освітлювальним навантаженням за алгоритмом, який відповідає світловому календарю для об’єкта з певною географічною широтою;
7)
розробку систем контролю та управління мережі ЗО з каскадним включенням, що забезпечують економічну експлуатацію установки ЗО шляхом стабілізації режиму електропостачання, регулювання потужності джерел світла в періоди найменшої інтенсивності руху (нічні години), попередження розвитку аварійних ситуацій при відмові обладнання в каскадно-керованих ланцюгах.
Перелічені вище заходи підготовлені на основі науково-технічного аналізу і являють собою нові технічні рішення. Використання їх як в цілому, так і в окремому виконанні обумовлює збільшення надійності роботи установок ЗО, їх економічность та безпечну експлуатацію.
Дослідження ефективності раціональних способів управління та контролю мереж зовнішнього освітлення, що рекомендуються в дисертації, показують, що при застосуванні розроблених способів збільшується основний якісний показник освітлювальної системи – стабільність світлової віддачі освітлювальної установки в різних експлуатаційних режимах, не виключаючи аварійні.
Таким чином, можна зробити висновки, що завдання підвищення надійності роботи мережі ЗО шляхом нових раціональних способів побудови, управління та експлуатації установок зовнішнього освітлення, що було поставлене в дисертації, виконано.
Перелік опублікованих праць здобувача за темою дисертації
1.
Федун Т.В. К построению систем диагностики и управления установками наружного освещения // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского политехнического университета. Вып. 75. – Харьков: ХГПУ, 1999. – С.106-108.
2.
Салтыков В.А., Соколов В.Ф., Федун Т.В. К вопросу энергосбережения в установках наружного освещения // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 17. – К.: Техніка, 1998. – С.91-92.
3.
Салтыков В.А., Соколов В.Ф., Федун Т.В. Повышение надежности систем электроснабжения установок наружного освещения // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 21. – К.: Техніка, 2000. – С.122-125.
4.
Дикань С.В., Соколов В.Ф., Федун Т.В. О построении систем бесперебойной работы осветительных установок // Светотехника. – 2000. – №3. – С.39-41.
5.
Намитоков К.К., Соколов В.Ф., Федун Т.В. К реализации систем телеуправления мощностью установок наружного освещения // Светотехника. – 2000. – №6. – С.40-42.
6.
Дикань С.В., Соколов В.Ф., Федун Т.В., Абраимова В.П. Полупроводниковый регулятор яркости разрядных ламп // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Вып. 78. – Харьков: ХГПУ, 2000. – С.72-73.
7.
Намитоков К.К., Дикань С.В., Соколов В.Ф., Федун Т.В. Полупроводниковые устройства защиты электроустановок // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Вып. 84. – Харьков: ХГПУ, 2000. – С.138-141.
8.
Соколов В.Ф. , Харченко В.Ф., Соколова Т.В., Четверикова Т.Ю. Обмеження аварій в автоматичних системах зовнішнього освітлення // Міське господарство України. – 1995. – № 2. – С. 10-11.
9.
Соколов В.Ф., Соколова Т.В. Система автоматизации установок наружного освещения // Информационный листок № III-93 Харьковский ЦНТЭИ. – Харьков, 1993. – 3 с.
10.
А.с. 1647797 СССР, МКИ НО2М 1/08. Устройство для управления симистором / В.Ф. Соколов, Т.В. Соколова (СССР). – № 4608333/07; Заявл. 23.11.88; Опубл. 07.05.92, Бюл. № 17. – 3 с.
11.
А.с. 1709363 СССР, МКИ GО8С 19/26. Устройство для передачи и приема информации / В.Ф. Соколов, Т.В. Соколова (СССР). – № 4782401/24; Заявл. 12.01.90; Опубл. 30.01.92, Бюл. № 4. – 8с.
12.
А.с. 1760619 СССР, МКИ НО2Р 1/26. Электропривод / В.Ф. Соколов, Т.В. Соколова (СССР). – № 4752514/07; Заявл. 24.10.89; Опубл. 07.09.93, Бюл. № 33. – 5 с.
13.
А.с. 1598029 СССР, МКИ НО2Н 7/09, 7/08, Н01Н 47/00. Устройство для защиты нагрузки от неполнофазных режимов / В.Ф. Соколов, В.Ф Харченко, Т.Ю. Четверикова, Т.В. Соколова (СССР). – № 448041/24-07; Заявл. 05.09.88; Опубл. 07.10.90, Бюл. № 37. – 3 с.
14.
А.с. 1704218 СССР, МКИ НО2Н 7/09. Устройство для управления и защиты электроустановок от обрыва фазы / В.Ф. Соколов, Т.В. Соколова (СССР). – № 4721409/07; Заявл. 24.07.89; Опубл. 07.01.92, Бюл. № 1. – 4с.
15.
А.с. 1644199 СССР, МКИ G08С 19/16. Устройство для передачи и приема информации системы телеуправления / К.К. Намитоков, В.Ф. Соколов, В.Ф. Харченко, Т.В. Соколова, А.Б. Уваров (СССР). – № 4675482/24; Заявл. 11.04.89; Опубл. 23.04.91, Бюл. № 15. – 2 с.
16.
Пат. 2017330 Российская федерация, МКИ НО3К 21/00. Устройство для управления реле / Соколов В.Ф., Харченко В.Ф., Четверикова Т.Ю., Соколова Т.В. (Украина). – № 4425403/21; Заявл. 16.05.1988; Опубл. 30.07.1994, Бюл. № 14. – 4 с.
17.
Федун Т.В. Организация системы телеуправления в установках наружного освещения // ХХХ науч.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства. Программа и тезисы докладов. Часть 2. Городской электротранспорт, электроснабжение и освещение городов. – Харьков: ХГАГХ. – 2000. – С.46.
18.
Федун Т.В. О рациональных способах построения систем электроснабжения и управления установками наружного освещения // ХХХI науч.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства. Программа и тезисы докладов. Часть 2. Городской электротранспорт, электроснабжение и освещение городов. – Харьков: ХГАГХ. – 2002. – С.51-52.
АНОТАЦІЇ
Федун Т.В. Раціональні способи побудови, управління та експлуатації установок зовнішнього освітлення. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.07 – світлотехніка та джерела світла. – Харківська державна академія міського
господарства. – Харків, 2002.
Дисертація присвячена визначенню науково обгрунтованих технічних рішень, що забезпечують раціональну побудову та експлуатацію установок зовнішнього освітлення (ЗО). Як нове технічне рішення запропонована система двостороннього живлення ділянок мереж ЗО з елементами стабілізації рівнів напруги. Досліджені способи телемеханічного управління режимами роботи джерел світла з передачею командної та контрольної інформації по силових проводах мереж освітлення каскаду ЗО. Розроблені автоматизовані управляючі комплекси установок ЗО. Розглянуті варіанти реалізації систем контролю та управління в установках зовнішнього освітлення з оцінкою їх ефективності за рівнем світлової віддачі.
Ключові слова: зовнішнє освітлення, каскадні схеми, освітлювальна установка, система електропостачання, система управління.
Федун Т.В. Рациональные способы построения, управления и эксплуатации установок наружного освещения. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.07 – светотехника и источники света. – Харьковская государственная академия городского хозяйства. – Харьков, 2002.
Диссертация посвящена определению научно обоснованных технических решений, обеспечивающих рациональное построение и эксплуатацию установок наружного освещения (НО). В качестве нового технического решения предложена система двухстороннего питания участков сетей НО с элементами стабилизации уровней напряжения, которые обеспечивают поддержание уровня напряжения на источниках света в диапазоне нормативных пределов и исключают наиболее опасный для РЛВД режим – глубокие провалы напряжения. При рассмотрении характеристик СДП линий освещения отмечено наличие уравнительной мощности, обусловленной разностью напряжений в ПП на концах линии освещения. В качестве меры ограничения влияния уравнительной мощности и стабилизации работы сети по напряжению предложено осуществлять питание участка сети освещения через тиристорные ключи ТК1 и ТК2 с фазовым законом регулирования. Исследование светотехнических характеристик работы РЛВД в цепи с тиристорным ключом показало, что наличие пауз тока лампы при фазовом законе регулирования обуславливает резкое снижение светового потока. Для решения этой проблемы предложено построение индивидуальных комбинированных ПРА в виде дополнительных дросселей, зашунтированных тиристорным ключом.
Разветвленность и протяженность сетей освещения обусловили необходимость телемеханизации управления режимами работы источников света с передачей командной и контрольной информации по силовым проводам сетей освещения каскада НО. При принятии в качестве признака передачи командно-контрольной информации деформацией полуволн тока или напряжения задачей исследования явилось определение оптимальных параметров сигналов уверенно фиксируемых в любой точке участка сети и оказывающих минимальное влияние на систему электроснабжения участка НО, и, как следствие, на работу источников света. Установлено, что при передаче контрольной информации от конца участка НО к его началу оптимальным является формирование токового сигнала в пределах 5-10 эл.градусов относительно рабочего тока с кратностью порядка . Рассмотрение наиболее простых способов телеуправления ОУ, показало, что в качестве последних может быть принят полярно-стартовый признак передачи информации. Экспериментально установлено, что устойчивость работы РЛВД, как источников света наиболее чувствительных к возмущениям сетевого контура по напряжению, при передаче указанных командных сигналов гарантирована.
Исследование способов регулирования мощности РЛВД с помощью двухбалластных ПРА показало необходимость разработки автоматизированных управляющих комплексов установок НО. Поскольку при коммутации в схеме ПРА-РЛВД дополнительного дросселя отмечается резкий перепад светового потока, что влияет на скорость адаптации глаз человека, особенно при напряженной зрительной работе, то встает вопрос об исключении этого негативного влияния. Была исследована возможность плавного регулирования яркости ИС при введении в схему ПРА дополнительного дросселя путем постепенного изменения фазового угла симистора от 0 до 180 эл.градусов, что позволило преобразовать скачкообразность перехода светового потока Ф в плавный переход. Кроме того, предложены варианты программного управления автоматизированного осветительного комплекса, предусматривающего изменение шага включения и отключения осветительной установки по заданному алгоритму с коррекцией программы фотоэлектрическими устройствами.
Рассмотрены варианты реализации систем контроля и управления в установках наружного освещения. Исследование развития типичной аварийной ситуации для линий НО – обрыв провода с последующим коротким замыканием – позволило определить виды и параметры элементов контроля установок НО – датчиков тока и напряжения. На основании этого предложены варианты систем защитного отключения сети освещения, а также комплекта устройств локализации аварийных состояний в каскадных схемах НО.
Для оценки эффективности предложенных в диссертации новых технических решений управления и эксплуатации установок НО принято сравнение количества выработки световой энергии осветительными установками при традиционном построении каскадно-управляемых линий наружного освещения и при применении систем автоматического контроля аварийных состояний каскада НО, а также систем регулирования мощности сети освещения при оснащении светильников двухбалластными ПРА.
Ключевые слова: наружное освещение, каскадные схемы, осветительная установка, система электроснабжения, система управления.
Fedun T.V. Rational ways of constructing, controlling and exploiting exterior lighting plants. – Manuscript.
Thesis for f candidate’s degree of engineering by speciality 05.09.07 – lighting engineering and sources of light. – Kharkov State Municipal Academy. Kharkov, 2002.
The thesis is dedicated to defining scientifically grounded technical solutions that provide rational constructions and exploitation of exterior lighting plants. As new technical solutions two-way power supply systems of subcircuit sections of exterior lighting with elements of voltage level stabilization are offered. Ways of operating conditions telemechanical control of light sources with command and control information transmission by power cables of exterior lighting cascade complexes of exterior lighting plants are worked out. Versions of control and management systems realization in exterior lighting plants and estimation of their effectiveness by luminous efficiency level are considered.
Key words: exterior lighting, cascade scheme, lighting plant, electrocupply system, management system.
Федун Тетяна Вячеславівна
РАЦІОНАЛЬНІ СПОСОБИ ПОБУДОВИ, УПРАВЛІННЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ УСТАНОВОК ЗОВНІШНЬОГО ОСВІТЛЕННЯ
Спеціальність 05.09.07 – Світлотехніка та джерела світла
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Відповідальний за випуск В.Т.Семенов
Підп. до друку 20.05.02 Формат 60х84 1/16
Друк на ризографі. Папір офісний. Обсяг 1,0 ум.-друк. арк.
Тираж 100 прим. Зам. № 2136 Безкоштовно.
Сектор оперативної поліграфії ІОЦ ХДАМГ
ХДАМГ, 61002, Харків, вул.Революції, 12
