Шелехов М., г. Красноярск, МБОУ ДО ЦДО "Аэрокосмическая школа"

МБОУ ДО ЦДО "Аэрокосмическая школа" 

Уличное освещение посредством технологий аналогичных системе Х10 

Автор: Шелехов М. Б.

11 класс, БСОШ №3

Аэрокосмическая школа

Научный руководитель: Дмитриев С. А. 

г. Красноярск, 2014

ВВЕДЕНИЕ

Было предложено придумать новое техническое устройство, используя метод фокальных объектов МФО. В качестве прототипа был выбран фонарь.

• Выбрать случайный объект или явление которое будем изменять (ФО).
• Выбрать любую книгу.
• Выбрать 3-7 случайных объектов (ОА).
• Выписать свойства объектов (3-7).
• Последовательно перенести признаки и свойства ОА на ФО.
• Отметить необычайные сочетания.
• Из отмеченного получить новые идее используя шаблон «Если ФО будет_____________ , то это хорошо потому что__________ .»
• ФО - уличный фонарь

Получим новые идеи

• Если фонарик будет радиоуправляемым, то это хорошо, потому что, можно будет его дистанционно включать и выключать в нужное время.

Развитие найденной идеи

КОНЦЕПЦИЯ «УМНОЕ» УЛИЧНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

АННОТАЦИЯ

Предлагается с целью сокращения расхода потребления электрической энергии, увеличения ресурса службы электрических ламп, увеличения полезности, осуществлять дистанционную коммутацию осветительных светильников. При этом в конструкции светильников и сети вносятся незначительные изменения.

ИСХОДНАЯ ПРОБЛЕМА

Современное уличное освещение представляет собой размещенные на столбах вдоль улиц светильники. Электроэнергия к светильникам подается по силовому электрическому кабелю, подвешенному на опорах. Подача электроэнергии к участкам осветительной сети осуществляется коммутирующей аппаратурой. Уличные светильники оборудуются как лампами накаливания (в сельской местности), так и дуговыми лампами различных видов, в основном ртутными и натриевыми. Мощность ламп уличного освещения составляет от 70 до 400 Вт. Особенность таких ламп – высокая светоотдача от 30-200 Лм/Вт (лампы накаливания – 13) и значительный ресурс – до 32000 часов (лампы накаливания – 1000). Одним из недостатков является длительное зажигание, связанное с необходимостью прогрева лампы.[1] Освещение улиц – энергоемкий процесс. Так, при установке на 1 километре улицы примерно 40-50 (по обе стороны) ламп при мощности 250 Вт., общая мощность составит 10-12,5 кВт. А энергопотребление за сутки составит уже сотню кВт*час.  Общепризнанной перспективой является переход к светодиодным уличным фонарям, позволяющим не только снизить энергопотребление в примерно 5 раз в сравнении с существующим, но и регулировать их яркость. Но актуальность совершенствования системы уличного освещения с целью снижения энергопотребления вытекает даже не столько из абсолютных значений энергопотребления, сколько из оценки полезности функционирования системы уличного освещения. Главной полезной функцией уличных фонарей является освещение дороги для людей и водителей автомашин в темное время суток в нужном месте, в нужное время. [1]

Функционирование идеальная системы освещения -  освещение в нужное время в нужном месте, с необходимой интенсивностью. [2], [3].

Но реальная система выполняет эту функцию неэффективно. Улица в некоторый период – пустая, а освещается с полной мощностью. Такое освещение является следствием "Грубого" управления работой фонарей (т.е. все фонари включаются от одного рубильника). Поэтому происходит перерасход электроэнергии, (сколько) в связи с работой фонарей на участках в отсутствии автомобилей и людей. [1]

Как быть?

КРАТКАЯ СХЕМА РАЗРАБОТКИ

Таблица 16 Последовательность разработки концепции

ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Система состоит из фонарей, каждый из которых подключен к радиомодулю. Электрический ток от общего провода подается к радиомодулям фонарей. Каждый модуль управляется радиосигналами индивидуально. Таким образом, в системе уличного освещения появляется возможность индивидуального управления отдельными фонарями.  Фонари могут включаться и выключаться, снижать и повышать яркость, светить в зависимости от радиосигналов.

Однако, такой подход имеет недостаток. Из-за того, что команды будут передаваться по радиоканалу они будут перегружать эфир. В следствии чего целесообразно передавать радиокоманды по уже имеющейся силовой проводке.

В простейшем варианте, система будет работать следующим образом. В каждый светильник встроен радиомодуль, подключенный к силовым проводам и коммутирующий питание лампы от электросети. Допустим, управляющим сигналом является радичастотный сигнал заданной частоты, на который настроен радиомодуль светильника.  При появлении в силовом кабеле сигнала соответствующей частоты, фильтр радиомодуля светильника, настроенного на эту частоту выделяет сигнал, что приводит к включению ключа - коммутатора, подающего питающее напряжение на лампу. Лампа включается. При исчезновении в линии управляющего сигнала – лампа гаснет. Так работает схеме каждой лампы, подключенной к линии.  В диспетчерском комплекте в линию выдается пакет сигналов разных частот, соответствующих тем лампам, которые должны быть включена. При необходимости выключения тех или иных ламп  – пакет меняется.   

Предлагается использовать силовой провод в качестве емкостного датчика, который управляет включением светильников в присутствии в зоне датчика людей или автомобилей. Схема работает следующим образом. Силовой провод, висящий над участком улицы представляет собой обкладку конденсатора, второй обкладкой которого является земля. При появлении в зоне такого «конденсатора» выступающего над землей объекта (прохожий, автомобиль) и обладающего отличной от воздуха диэлектрической проницаемостью, меняется резонансная частота электрического контура в радиоблоке светильника. При этом в схеме радиоблока вырабатывается сигнал, который приводит к включению ключа - коммутатора, подающего питающее напряжение на лампу. Лампа (группа ламп) включается. При исчезновении в линии управляющего сигнала – лампа (группа ламп) гаснет. Так будет обеспечиваться автоматическое управление светильниками при прохождении людей или автомобилей в зоне действия этих светильников. [4] [6]

Предлагается синхронизировать работу уличного освещения и светофоров дорожного движения. Эта возможность реализуется при совмещении управления освещением и светофорами. Так «зеленая волна» светофоров будет сопровождаться «волной освещения улицы». [5]

ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Передача управляющих сигналов по электрической силовой сети широко используется в системах передачи электрической энергии.[2] ЛЭП используют как для передачи речевых сигналов, так и сигналов управления.

Аналогом такой системы является систем Х10, которая применяется в проектах «умный дом». [3]

Что такое технология  X10?

•             Отсутствие дополнительных проводов
•             Быстрый и легкий монтаж
•             Удобство управления
•             Простая и гибкая настройка
•             Возможность расширения в будущем
•             Доступная цена

В протоколе X10 предусмотрено  шесть базовых команд:

• Включить (On)
•             Выключить (Off)
•             Ярче (Bright)
•             Темнее (Dim)
•             Включить весь свет (ALL Ligts ON)
•             Выключить все (ALL Units OFF)                       

Известны емкостные уровнемеры представляющие собой провод в изоляции, опущенный в емкость для измерения уровня. Электрическая емкость провода меняется по мере наполнения емкости бункера, что меняет частоту автогенератора уровнемера. [4]

Известны также системы охранной сигнализации, основанные на изменении электрической емкости подвешенного проводника контура при приближении к нему злоумышленника.[5]

ДОСТОИНСТВА

Предложенная концепция полностью решает поставленную задачу по снижению потребления энергии системами освещения и повышению функциональности системы.

Сверхэффектами предложенной концепции являются:

Повышение безопасности уличного движения.

Световая сигнализация перемещения транспорта и людей по улице (скорость, интенсивность потока)

ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Усложнение оборудования для уличного освещения.

Отсутствие специалистов, готового оборудования, рекомендаций по использованию предложенной системы.

СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ

Произвести расчеты и осуществить конструктивную проработку предложенной концепции.

Изготовить макет установки для проведения испытаний.

1.Алгоритм решения изобретательских задач. АРИЗ-85В. Альтшуллер Г.С.

2.www.smarthome.ru/what_is_x10.html

3.http://www.ab-log.ru/smart-house/x10

4.http://www.webpoliteh.ru/subj/dinamo/779-9-elektroemkost-provodnika-potencialnye-i-emkostnye-koefficienty.html

5.https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрическая_ёмкость

6.http://www.translatorscafe.com/cafe/RU/units-converter/electrostatic-capacitance/c/

7.http://www.altshuller.ru/triz/

Приложение

1.

2. 

3. 

4. 

5.

6. 

   .