История управления уличным освещением

Сложно даже представить себе улицы современных городов и сёл без искусственного освещения. В каждом населённом пункте, пусть и небольшом, имеется уличная осветительная инфраструктура. За её работой сегодня следит в основном автоматика, однако так было не всегда. В данной статье мы расскажем о пути, который прошло оборудование для освещения улиц, и о том, как им управляют в нашу эпоху.

Активирующим элементом системы современного типа является реле – оно срабатывает либо по времени, либо в зависимости от освещённости окружающего пространства. Для освещения пешеходных зон и проезжей части обычно используются разные алгоритмы включения-отключения света, а потому и разные цепи питания. Если осуществлять подключение уличных светильников по всем правилам, то первыми должны срабатывать те из них, которые обеспечивают безопасность дорожного движения. Зона перемещения пешеходов считается второстепенной по значимости, а потому активируется позже. Впрочем, при корректной схеме размещения источников света над проезжей частью, тротуары также получают неплохую дополнительную подсветку до включения фонарных столбов.

Задачи уличного освещения и способы их решения

Исторически сложилось так, что даже в вечернее и ночное время человек не способен оставить свои дела, а потому необходимость в искусственном освещении обозначилась довольно давно. Вначале существование подобного оборудования воспринималось неоднозначно, затем его обслуживание было чересчур сложным, что только усугубляло положение, но потом, с приходом электричества, отношение к нему улучшилось. За весь период существования городской иллюминации можно выделить следующие концепции управления уличным освещением:

• бессистемная;
• системная индивидуальная;
• системная направленная;
• децентрализованная;
• централизованная;
• автоматическая (дистанционная) распределённая.

Описать их вкратце можно следующим образом.

Бессистемная модель существовала на заре развития городского освещения в конце Средневековья. Она предполагала, что в качестве источников света будут использоваться светильники разных форм, размеров и конструкций, а в качестве вещества, дающего свет при сгорании, могло использоваться всё, что угодно. Со временем человечество перешло на животные жиры, но бессистемная модель сохранялась, поскольку ни источники света не пытались каким-либо образом унифицировать, ни уровень освещённости в населённых пунктах не регламентировался. В результате, по вечерам одни районы, обычно более благополучные, получали больше света, а другие – заметно меньше, вплоть до нуля.

Системная индивидуальная концепция пришла на смену бессистемной с массовым распространением газовых фонарей. Чтобы зажечь и потушить каждый фонарь, целый штат фонарщиков в крупных городах обходил свою зону и вручную зажигал свет. Такой способ был довольно непрактичным даже в понимании людей того времени, однако за неимением альтернатив с ним приходилось мириться. Профессия фонарщика ценилась невысоко – эти люди постоянно были в масле, пахли химикатами, таскали за собой огромные бутыли с горючим. По тем временам основная часть затрат на обслуживание подобной системы приходилась на зарплаты сотрудников, поскольку топливо практически не подвергалось учёту ввиду его копеечной стоимости.

Системная направленная модель стала промежуточным этапом при переходе к следующей. Фактически, идея о ней зародилась ещё на стадии проработки проекта о подведении тонких трубопроводов с газом к каждому светильнику в городе. Предполагалось, что каждая улица или проспект будут проложены отдельной линией, управляемой одним запорным вентилем. Газ бы направленно подавался на серию фонарей в нужной зоне по вечерам и точно так же перекрывался по утрам.

Тем не менее, довести подобную систему до идеала человечество не успело. С распространением электричества в Америке, а затем и в Европе, её место заняла сходная по смыслу децентрализованная концепция. Суть её почти полностью повторяла предшественницу, однако вместо сети трубопроводов предполагалось использовать разобщённую сеть кабелей и проводов. Американские города электрифицировалась районами либо улицами, то есть, поштучно, однако изначально ставилась цель при успехе данного мероприятия свести всё к тому, чтобы питание в город заводилось из одного места, то есть было централизованным.

Именно так и произошло: увидев удобство и практичность электрического освещения, мир навсегда изменился. Концепция централизации обеспечивала хорошую управляемость – всего один человек мог щёлкнуть рубильником в требуемый час, и определённая часть города сразу озарялась искусственным светом. На протяжении всего ХХ-го века эта модель немного трансформировалась, однако её сущность основательно не изменялась. В 60-тых годах начала использоваться первая автоматика, но она была слишком примитивной, а потому малоэффективной. Лишь с появлением новых технологий на рубеже нового тысячелетия стало окончательно ясно, что систему действительно имеет смысл совершенствовать в сторону автоматизации.

Дистанционная распределённая концепция сегодня превалирует в планах большинства развитых стран и уже частично реализована в Западной Европе и США. Её основу составляют датчики и реле, которые активируют и отключают искусственное освещение в зависимости от времени суток и/или погоды. Полностью ручное управление оставлено в стороне, а сам механизм сохраняется только на случай аварии, ведь не всякая автоматика «обучена» действиям в экстренных ситуациях. Кроме того, произошёл своеобразный откат от централизованной модели – освещение в городах включается не одновременно по щелчку общего рубильника, а в соответствии со световой картиной в определённой местности. Такой подход крайне актуален для населённых пунктов, расположенных в гористой или холмистой местности: в то время, как на улицах, находящихся в низине, уже довольно темно, жители домов на вершинах холмов всё ещё наслаждаются солнечным светом.

Современная модель не только гораздо более адекватно соответствует окружению, а также упрощает дистанционное управление, но и позволяет существенно экономить энергоресурсы, которые в наше время ценятся выше. Кроме того, в максимальной мере исключается человеческий фактор: если раньше степень освещённости субъективно оценивалась фонарщиками или работниками электростанции, отвечавшими за общий рубильник, то теперь арбитром выступает беспристрастная электроника. Облегчилась и аппаратурная часть: вместо массивных фонарных столбов улицы сегодня часто украшены лёгкими подвесными уличными светильниками, которые не просто не хуже, а даже лучше многих своих предшественников по эксплуатационным характеристикам.

Сердцем современных систем выступают шкафы управления, повсеместно размещённые на улицах городов. Они контролируют вольтаж, блокируют мощностные перегрузы и короткие замыкания, отвечают за срабатывание защитной автоматики. Как видим, в действительности они сочетают в себе функции управления, распределения и контроля за работой электрооборудования. Модули в шкафах периодически обслуживают – чистят, обновляют, заменяют. Всё это нацелено на как можно более стабильную работу системы в будущем и повышение её безопасности. Кроме того, в большинстве случаев в рамках тех же регламентных работ фактически производится совершенствование системы распределения электроэнергии, поскольку оборудование нового поколения заведомо более прогрессивно, чем его предшественники.

Сегодня для нас сложно понять, что ещё полвека назад об экономии электроэнергии в масштабах городов или государств даже не задумывались. Тогда первоочередной миссией оборудования была просто исправная работа. Решение более комплексных задач, затрагивающих множество электроузлов и автоматику, было действительно сложным, трудоёмким, не всегда технически достижимым в силу ограничений, обусловленных известными методами. Зато сейчас говорить о том, что щит – это просто общий рубильник на какой-либо трансформаторной подстанции, своеобразный выключатель районного масштаба, в корне неверно. В его функции входит штатное и аварийное включение-выключение света в нужной точке без затрагивания других зон, постоянный динамический мониторинг исправности самой управляющей системы и сети подключённых кабелей, контроль расхода электроэнергии, ведение статистики и составление планов, оперативное оповещение вышестоящих органов и служб реагирования при обнаружении критической неисправности, а также многое другое. Вместе с тем, и само взаимодействие с таким узлом – это новый уровень. Качественный современный электрошкаф представляет собой автоматизированную диспетчерскую, эффективно взаимодействовать с которой можно даже с большого расстояния. Для централизованного управления электрическим освещением улиц внутри огромного мегаполиса может быть вполне достаточно менее десятка людей. При этом они управляют ситуацией опосредованно и дистанционно, а затем характеристики тока уже на местах нужным образом балансирует умная электроника.

Автоматика полувековой давности, которую порой можно и сегодня встретить в некоторых посёлках городского типа и сельской местности нашей страны, работает по простой бинарной схеме «светло-темно». Как только становится слишком темно, сенсоры освещённости активируют схему питания на подстанции, к которой подключена фонарная линия, а по утрам, когда рассветает, они точно так же отключают питание. Датчики, установленные в сумеречных реле шестидесятых годов, часто подводили, поскольку были изначально недостаточно хорошо откалиброваны, могли ошибочно включать свет при закрытии сенсора упавшим с дерева листом или слоем снега, демонстрировали избыточную восприимчивость к случайной засветке – к примеру, реагировали на свет фар, как на зарницу, и отключали фонари посреди ночи. К счастью, в современных моделях подобное уже стало невероятной редкостью.

Ещё один важный нюанс, который стал особо актуален в последние десятилетия, это целесообразность освещения в течение всей ночи. И правда: для кого на пустынной улице в ночные часы работают десятки фонарей? Когда вопросы экономии стали выдвигаться на первый план и обретать общественную значимость, нашлось и несколько решений, одно за другим. Вначале речь шла о реле времени, которое будет отключать питание на самые «непопулярные» часы – с 01:00 до 04:00. Вслед за ними были изобретены и поставлены на поток датчики движения и присутствия, которые вообще обеспечивали максимальный режим энергосбережения, активируя подсветку только тогда, когда это действительно было нужно – и то, всего на пару минут, пока не пройдёт человек или не проедет машина.

Среди комплексных современных изобретений можно отметить особый тип реле – астрономический. Такие приборы оснащены программным обеспечением, которое на основании известных координат местности, которая входит в зону его обслуживания, вычисляет время восхода и заката солнца. На основании этих данных рассчитывается потенциальная освещённость локации, и уличное освещение синхронизируется требуемым образом. Ввиду развития GSM-технологий, данное устройство действительно демонстрирует высочайшую точность работы.

Безусловно, в каждом населённом пункте наблюдается своя степень автоматизированности уличного освещения, однако к ручному управлению сегодня принято прибегать только в особых случаях. Как было сказано ранее, персонал задействуют в основном при необходимости оперативного вмешательства в аварийную ситуацию. Другой, но уже позитивный, повод подключить человека к управлению освещением общественных мест – это местные и государственные праздники. В такие дни сотрудники деактивируют датчики и следят, чтобы свет был даже в те часы и в тех местах, где он обычно не нужен, поскольку в праздничные ночи люди часто гуляют допоздна, и властям необходимо всесторонне обеспечить их безопасность.