ТРИЗ САММИТ, TDS. 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

	Случайные объекты
Свойства СО	Луна	Ковер	Танк	Шарик	Провод	Дерево
	Огромная	Мягкий	Железный	Резиновый	Железный	С корой
	Светиться	Из ворса	С пушкой	Надуваемый	Длинный	С листьями
	Желтая	С узором	Радиоуправляемый	Разноцветный	Электропроводный	С ветками
			С гусеницами

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

Содержание шага	Результат шага
Формулировка ключевых задач	Ключевые задачи Сделать так, каждый уличный светильник управлялся индивидуально. Не усложнять систему линию подачи электроэнергии к светильникам. Сделать так, чтобы каждый светильник был включен при нахождении в его зоне пешехода или автомашины и не включался при их отсутствии. Увеличить полезность системы уличного освещения. Управлять освещенностью.
Решение ключевых задач	Предлагается управлять включением светильников индивидуально с помощью кодированных радиочастотных сигналов, передавая их по силовым проводам. Предлагается использовать силовой провод в качестве емкостного датчика, который управляет включением светильников в присутствии в зоне датчика людей или автомобилей. Предлагается синхронизировать работу уличного освещения и светофоров дорожного движения.
Обоснование идей	Проведен информационный и патентный поиск. Осуществлено моделирование электрических схем управления радиосигналами

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.

Список использованной литературы