ДонНТУ   Портал магістрів

Герба Ігор Анатолійович

Електротехнічний факультет

Кафедра Електропостачання промислових підприємств і міст

Спеціальність Електропостачання та енергозбереження

Розробка системи автоматичного керування освітлювальними установками зовнішнього та внутрішнього освітлення на Донецькому електротехнічному заводі

Науковий керівник: к.т.н., доц. Якімішина Вікторія Вікторівна

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і задачі
• 3. Основні вимоги до управління освітлювальними системами
• 4. Регулятори світлового потоку освітлювальних установок промислових і адміністративно-побутових приміщень
• 5. Розміщення і особливості проектування засобів регулювання напруги в освітлювальних мережах
• Висновки
• Список джерел

Вступ

Освітлення, як внутрішнє, так і зовнішнє, є істотним споживачем електроенергії. У багатьох будинках різного призначення: промислових, житлових, адміністративних, освітлення становить більшу частину від загальної споживаної електроенергії. Енергозбереження в освітлювальних установках істотно впливає на витрату електроенергії, а проблеми її якості і раціональні методи експлуатації є надзвичайно актуальними.

Одним з важливих, може навіть пріоритетним заходом, спрямованим на зменшення споживання електроенергії та зниження експлуатаційних витрат, є управління освітлювальної установки в мінливих умовах її роботи. Раціональне управління будь-яким процесом покращує її експлуатаційні показники, і освітлення в цьому відношенні не виключення. Управління освітленням, як і в інших системах, може бути автоматичним, автоматизованим і ручним.

1. Актуальність теми

Як зазначено в Стратегії інноваційного розвитку Російської Федерації на період до 2020 року, одним з основних напрямів розвитку електроенергетики є розробка та впровадження енергоефективних та енергозберігаючих технологій.

Освітлювальні прилади і установки відносяться до приймачів електроенергії масового використання. В залежності від галузі промисловості, споживання електроенергії на освітлення від загального її витрат становить від 5 до 30%, а іноді і більше. Тому зниження електроспоживання системи освітлення, в контексті енергозберігаючих технологій в електроенергетиці, є актуальною задачею.

Основними напрямками енергозбереження в установках внутрішнього освітлення є: застосування енергоефективних освітлювальних пристроїв і автоматизація керування установок внутрішнього освітлення.

За першим напрямком, в даний час знайшли широке застосування світлодіодні технології освітлення, завдяки ефективній витраті електроенергії і простоті конструкції.

За другим напрямком енергозбереження в установках внутрішнього освітлення, необхідно відзначити наступне. Автоматизовані системи управління освітленням (АСУО) дозволяють здійснити: економію електроенергії (до 75% порівняно з нерегульованим освітленням), поліпшити комфортність освітлення, збільшити термін служби джерел світла. Додатково АСУО можуть взяти на себе функції моніторингу, діагностики освітлювальних установок і усунення несправностей за рахунок резервних освітлювальних приладів.

Так, керування освітленням є непростою справою, проте воно дає можливість знизити експлуатаційні витрати і підвищити комфорт та естетику в освітлювальних приміщеннях.

2. Мета і задачі

Метою роботи є розробка системи автоматичного керування освітлювальними установками зовнішнього і внутрішнього освітлення на Донецькому електротехнічному заводі для зниження експлуатаційних витрат електроспоживання системи освітлення. Зробити розрахунок і вибір освітлювальних мереж з урахуванням всіх особливостей виконання освітлення підприємства.

3. Основні вимоги до управління освітлювальними системами

Важливим елементом складної системи управління освітленням є так званий інтелектуальний світильник. Такий світильник має електронний регулювальний пристрій, давач руху, фотодавач. Він може вмикатися та змінювати інтенсивність освітлення у функції факторів, що визначаються системою.

Найпростішим і найменш досконалим є ручне управління. Воно реалізується вимикачами і регуляторами інтенсивності освітлення, які приводяться до дії самими користувачами освітлювальної установки. Можна сформулювати деякі положення, спрямовані на підвищення його ефективності, які витікають із поведінки людей – користувачів освітлювальних установок. Ефективність ручного управління може підвищити раціональна конструкція освітлювальних установок. Місцеві вимикачі і регулятори повинні кидатися у вічі, розміщуватись у типових та зручних місцях. Бажано встановити давачі присутності, які діють паралельно із загальним вимикачем, встановленим при виході.

Освітлювані приміщення промислових підприємств можна поділити на шість класів. Кожному з цих класів можна рекомендувати окремі методи побудови структури і функцій автоматизованих систем управління освітленням.

До першого класу (простір власний) можна віднести приміщення, в яких працює одна чи декілька осіб, що вважають цей простір своїм і бажають самі вирішувати, яким має бути освітлення в довільний момент часу, або невеликі житлові приміщення. В таких приміщеннях автоматично, з метою економії енергії, має вимикатися світло, якщо його залишать працівники, а рівень перемикання штучного освітлення повинен перевищувати рівень зорового комфорту.

До другого класу можна віднести виробничі і лабораторні приміщення. Користувачі вважають близьку до себе зону своєю і не можуть контролювати віддалені зони, якими користуються інші люди, а отже не можуть й впливати на них. Для освітлення просторів цього класу рекомендується виділити декілька окремих кіл освітлення. В такому разі доцільно встановити місцеві вимикачі і регулятори на окремих робочих місцях.

Освітлювальний простір третього класу – це адміністративно-побутові приміщення. Застосована для них автоматизована система управління повинна автоматично з витримкою часу вимикати світло в функції присутності людей у приміщенні.

До четвертого класу відносяться приміщення, в яких користувачі простору з’являються епізодично. Перерви між відвідинами довгі, відвідувачі можуть мати зайняті руки. Освітлення безпеки може бути обов’язковим і неперервним.

Для таких приміщень автоматизована система управління повинна передбачати ручне ввімкнення і автоматичне вимкнення світла з витримкою часу в функції присутності людей. У малих приміщеннях достатньо підсвіченого вимикача.

До п’ятого класу відноситься освітлювальний простір, який не належить користувачам, оскільки вони з’являються в ньому епізодично. Це – коридори, сходи, ліфти.

І останній, шостий, клас це складські приміщення, де освітлення використовується тимчасово. В приміщеннях цього класу допускаються значні коливання горизонтальної освітленості. Часто такими приміщеннями користуються в певні окреслені години, і тоді систему управління можна програмувати. В них слід розділити освітлення на декілька електричних кіл, відповідно до програми використання і доступності денного світла. Треба передбачити сутінкове і енергоощадне освітлення безпеки в той час, коли об’єкт не використовується.

В автоматичних системах управління освітленням в автоматичних частинах автоматизованих систем контрольованими і регульованими параметрами є – горизонтальна освітленість, час, наявність людей у приміщенні. Для їх контролю використовують фотоголовки, підвішені на стелі або встановлені в інтелектуальних світильниках, що спостерігають горизонтальну робочу поверхню, програмовані мікроконтролері або електронні реле часу і детектори присутності, більшість з яких реагують на рух теплового предмету, що випромінює інфрачервоні промені і знаходиться в їх полі зору. Їх радіус дії становить приблизно десять метрів. Для більших відстаней можна рекомендувати мікрохвильові давачі, принцип дії яких ґрунтується на ефекті Доплера, який проявляється в промені, відбитому від рухомого предмету. Використовують також давачі, які реагують на шум [1].

4. Регулятори світлового потоку освітлювальних установок промислових і адміністративно-побутових приміщень

За останні роки створені і серійно випускаються регулятори світлового потоку для різних джерел освітлення. Безконтактний регулятор освітлення (РО) СВЕТ-30 виробництва Росії (структурна схема приведена на рис. 4.1) призначений для управління світловим потоком світильників.

Регулятор виконаний у вигляді окремих блоків, які дозволяють здійснювати незалежне регулювання в кожній фазі. Регулювання проводиться за допомогою силових безконтактних напівпровідникових апаратів, в якості котрих застосовані симістори.

Включення симістора проводиться імпульсом, що управляє, синхронізованим з частотою живлячої напруги. Напруга трифазної мережі, за допомогою групи магнітних пускачів МП, подається на блоки регулювання А7-А9 через перешкодоподавляючі фільтри А10-А12. До виходу блоків регулювання підключене освітлювальне навантаження H1-H3, де використовуються лампи розжарювання або люмінесцентні лампи.

Управління регулятором по всіх фазах здійснюється від ручки управління або напівавтоматично, безпосередньо від блоку управління А1 або на відстані від пульта дистанційного управління А2. Для автоматичного управління рівнем суміщеного освітлення використовуються фотореле А4-А6, підключені до відповідних блоків регулювання.

Блок перетворення частоти А3 застосовується тільки при роботі з люмінесцентними лампами для забезпечення режиму перезапалення і стабілізації розряду.

Управління всіма блоками, що входять в регулятор, а також комутація силових ланцюгів здійснюється або безпосередньо з блоку управління А1, або дистанційно з виносного пульта управління А2.

Розроблені і серійно виготовляються пускорегулюючі пристрої, що дозволяють регулювати світловий потік люмінесцентних ламп. Пристрій працює таким чином.

При подачі напруги на лампи 2 запалюються на максимальну яскравість (рис 4.2). Завдяки регулюванню тиристорним регулятором 1 кут управління напруги живлення змінюється і на лампи поступає знижена напруга. В результаті змінюються протікаючий через лампи струм і світловий потік. Додаткове високочастотне іонізуюче джерело 4 підтримує провідний стан ламп в широкому діапазоні регулювання світлового потоку і дозволяє одержати високу кратність його зміни. Послідовно з люмінесцентними лампами включений блок автоматичного регулювання підігріву електродів ламп 5.

Фірма Schnesder Electric [5] серійно виготовляє регулятори світлового потоку TVо, світлорегулятори з дистанційним управлінням та обладнання для управління. Світлорегулятори використовуються для управління ламп розжарювання та люмінесцентних ламп. Для ламп розжарювання рекомендуються світлорегулятори з дистанційним управлінням типу TVс700, TV700, які регулюють потужність ламп до 700 Вт, а для люмінесцентних ламп – світлорегулятори з дистанційним управлінням TVо1000, TVВо з регулюванням потужності ламп до 1500 ВА.

Світлорегулятори даних типів дозволяють управляти світловими потоками освітлювальних приладів, дистанційне включення та відключення їх від електричної мережі та виконують захист освітлювальних приладів і освітлювальних мереж. Крім того, світлорегулятори дозволяють виконувати багатозонне диференційне управління освітленням приміщень з використанням різних джерел світла з централізованим відключенням світла в неробочий час доби. Принципова схема освітлювальної мережі приведена на рис. 4.3.

В схемі управління використано:

• C60 Vigi – диференціальний автоматичний вимикач;
• IHP – програмувальне реле часу;
• TVo1000 – світлорегулятор для ламп розжарювання;
• TVBo – світлорегулятор для люмінесцентних ламп;
• NTVo – світлорегулятор.

Для управління зовнішнім освітленням промислових підприємств можна використовувати цифрове реле, реагуюче на темряву DigiLUX (ТОВ ЕЛЕКТРОСФЕРА, м. Київ).

Цифрове реле DigiLUX передбачено для управління зовнішнім освітленням, яке повинно включатися як тільки стемніє і виключатися зі сходом сонця.

Логічні модулі LOGO!, для регулювання освітлення виробництва фірми Siemens [6], є компактними, функціонально закінченими, універсальними виробами призначеними для побудови простих пристроїв автоматів з логічною обробкою інформації. Алгоритм функціонування пристрою задається програмою, складеною з набору вбудованих функцій. Програмування контролерів Siemens – модулів LOGO! може виконуватися з клавіатури з відображенням інформації на вбудованому дисплеї. Суть програмування контролера Siemens зводиться до програмного з’єднання необхідних функцій і завдання параметрів налаштування (включення/виключення, значень лічильників і т.і.). Використання LOGO! для регулювання освітлення здійснюється легко, оскільки в LOGO! закладено набір програмних елементів (вбудованих функцій), призначених виключно для вирішення такого роду завдань. Це перш за все функція імпульсне реле (при появі імпульсу на вході імпульсне реле перемикає імпульс) функція сходовий автомат (при появі імпульсу на вході реле включається і залишається включеним протягом 6 хвилин) і багатофункціональний перемикач (вихід включається на утримання кнопки в натиснутому стані протягом заданого часу).

Природно, що використовувати логічний модуль LOGO! виключно для відносно простих рішень дуже не раціонально, тому використовувати необхідно для багатофункціональних схем автоматичного управління цілих ланцюгів світильників в одному або в декількох приміщеннях.

Для зручності програмування і наладки логічного модуля LOGO! фірма-виробник створила дуже зручну програму, яка носить назву LOGO!Soft Comfort.

5. Розміщення і особливості проектування засобів регулювання напруги в освітлювальних мережах

Розміщення стабілізаторів, регуляторів і обмежувачів напруги в освітлювальних мережах визначається структурою і конфігурацією мережі, розміщенням, характером навантаження і зміною напруги в часі [2].

На рис. 5.1 приведена характерна структурна схема розподілу електроенергії для освітлювальних установок. Як відомо, якість напруги в значній мірі залежить від збігу графіків навантажень окремих електроприймачів, а також від можливостей регулювання напруги в центрах живлення, зокрема на головних знижувальних підстанціях ГЗП і трансформаторних підстанціях ТП (рис. 5.1)

Діапазон можливих відхилень напруги у вузлових точках розгалуження мережі, зокрема в розподільних пунктах живлячої мережі РП і на групових освітлювальних щитках ГЩ, повинні бути визначені вже на стадії проектування, причому відразу ж повинні бути вибрані засоби регулювання напруги. При виборі засобів регулювання необхідно уважно підходити до вибору потужності регуляторів. Відомо, що чим потужніший регулятор, тим більшу потужність ламп він може обслуговувати і тим менше вартість 1 кВт встановленої потужності регуляторів, але при цьому погіршується якість стабілізації. Якнайкращими показниками за якістю стабілізації мають схеми, в яких регулятори напруги встановлені безпосередньо перед груповими щитками ГЩ (рис. 5.2).

При збігу графіків навантаження окремих груп добрі результати можуть бути досягнуті включенням стабілізатора або обмежувача напруги на вході в розподільний пункт живлячої мережі (рис. 5.3).

У всіх випадках при виборі варіанту установки і конкретного типу регулятора слід приймати варіант з найменшими приведеними витратами.

Звичайно показники економічної ефективності регуляторів і обмежувачів розраховуються для режиму повного завантаження. Проте в умовах реальної експлуатації такий режим не завжди має місце. Неповне завантаження обумовлюється головним чином розподіленням мережі освітлення на ділянки. Для підключення до обмежувача ділянки мережі об’єднують так, щоб їх сумарна встановлена потужність не перевищувала потужності обмежувача. Крім того, існує ряд випадків економічно або технічно доцільного неповного завантаження обмежувачів, коли споживачами є окремі потужні або віддалені освітлювальні установки, важкодоступні або з дефіцитними джерелами світла.

Висновки

Дана робота показує, що в даний час основними інноваційними напрямками енергозбереження внутрішнього і зовнішнього освітлення є заміна люмінесцентних ламп ДРЛ і ламп розжарювання на світлодіодні джерела, а також розробка системи автоматизованого керування освітленням.

На момент написання даного реферату магістерська робота ще не завершена. Орієнтовна дата завершення магістерської роботи: червень 2018 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

1. Плєшков П. Г., Гарасьова Н. Ю., Коновалов І. В., Мануйлов В. Ф. Проектування електричного освітлення промислових підприємств: Навчальний посібник. – Кіровоград: РВЛ КНТУ, 2008. – 232 с.
2. Козловская В. Б. Электрическое освещение: справочник / В. Б. Козловская, В. Н. Радкевич, В. Н. Сацукевич – 2-е изд. – Минск: Техноперспектива, 2008. – 271 с. – 1 файл. – Систем. требования: DjVu.
3. Семенов Б. Ю. Экономичное освещение для всех [Электронный ресурс] / Б. Ю. Семенов – (12,5 МБ) – Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2010. – 224 с. – 1 файл. – Систем. требования: DjVu.
4. Гужов Н. П. Системы электроснабжения: учебное пособие для вузов / Н. П. Гужов, В. Я. Ольховский, Д.А. Павлюченко. – Ростов н/Д: Феникс, 2011. – 382 с. – 2 экз.
5. Официальный сайт Schneider Electric в России [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.schneider-electric.ru
6. Официальный сайт Siemens [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.siemens.com/ru/ru/home.html
7. Суворин А. В. Современный справочник электрика / А. В. Суворин – Ростов на Дону: Феникс, 2010. – 510 с. – 2 экз.