ιπλωµατική Εργασία ΠΙΛΟΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΦΟΡΤΙΩΝ ΣΕ ΓΡΑΜΜΗ Ο ΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΡΥΑΣ ΒΡΥΣΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΏΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Η/Υ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ιπλωµατική Εργασία ΠΙΛΟΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΦΟΡΤΙΩΝ ΣΕ ΓΡΑΜΜΗ Ο ΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΡΥΑΣ ΒΡΥΣΗΣ Αριστοµένης ΚΑΡΑΚΑΣΗΣ (ΑΕΜ: 3907) Αχιλλέας ΚΙΟΥΡΟΣ (ΑΕΜ: 4316) Επιβλέποντες: Καθ. Π. Ντοκόπουλος ρ.. Ταµπάκης Θεσσαλονίκη, 2004

2 Πρόλογος Αντικείµενο της διπλωµατικής αυτής εργασίας είναι η µελέτη και η εγκατάσταση µετά από εργαστηριακές µετρήσεις και πειράµατα ενός πιλοτικού συστήµατος ελέγχου οδικού φωτισµού µε χρήση σηµάτων που µεταδίδονται µέσα από τις γραµµές µεταφοράς ισχύος του δικτύου διανοµής Χ.Τ. της.ε.η. Στο σηµείο αυτό κρίνουµε απαραίτητο να ευχαριστήσουµε τον πρόεδρο του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών του Α.Π.Θ. κ. Π. Ντοκόπουλο, ως έχων το γενικό πρόσταγµα στην υλοποίηση της πιλοτικής αυτής εγκατάστασης στην Ελλάδα. Επίσης, ουσιαστικά συνέδραµε ο λέκτορας του τοµέα Ηλεκτρικής Ενέργειας κ. Γ. Παπαγιάννης, ο οποίος µε τις πολύτιµες γνώσεις και συµβουλές του βοήθησε στο να αρθούν τα όποια προβλήµατα και δυσκολίες ανέκυψαν. Ιδιαίτερα αισθανόµαστε την ανάγκη να ευχαριστήσουµε τον ιδάκτορα ηλεκτρολόγο µηχανικό κ. Μ. Αλεξιάδη που συνέβαλε ουσιαστικά στην επιτυχή ολοκλήρωση της διπλωµατικής µας εργασίας. Τέλος, ευχαριστούµε θερµά τον επιστηµονικό συνεργάτη ρ.. Ταµπάκη του οποίου οι επιστηµονικές και τεχνικές γνώσεις έπαιξαν καταλυτικό ρόλο στη µελέτη και την υλοποίηση της εγκατάστασης. Θεσσαλονίκη, Νοέµβριος 2004 Καρακάσης Αριστοµένης Κιούρος Αχιλλέας

3 Περίληψη Η επικοινωνία µέσω γραµµών ισχύος (Power Line Communication PLC) είναι µια πολλά υποσχόµενη τεχνολογία, η οποία µεταδίδει και λαµβάνει τηλεπικοινωνιακά σήµατα χρησιµοποιώντας τις υπάρχουσες ηλεκτρικές γραµµές ισχύος για τη µετάδοση της πληροφορίας. Η διπλωµατική αυτή εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράµµατος ECMS Powerman, την υλοποίηση του οποίου στην Ελλάδα ανέλαβε το Εργαστήριο Συστηµάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας του Α.Π.Θ. Για τη λειτουργία του συγκεκριµένου συστήµατος χρησιµοποιείται η διαδραστική επικοινωνία µεταξύ δυο συσκευών, ενός ποµπού (CMU) και ενός δέκτη (PMS). Στα πλαίσια του ερευνητικού προγράµµατος αυτού προβλέπονται τρεις πιλοτικές εφαρµογές, στην Ιταλία, τη Ρουµανία και την Ελλάδα. Οι εφαρµογές αυτές αναπτύσσονται παράλληλα, βοηθώντας έτσι στη σύγκριση των µετρήσεων και στην καλύτερη αξιολόγηση των προβληµάτων που ανακύπτουν. Η πιλοτική εφαρµογή στην Ελλάδα, επιλέχθηκε να υλοποιηθεί σε µια εγκατάσταση δηµόσιου οδικού ηλεκτροφωτισµού στο ήµο Κρύας Βρύσης του Ν. Πέλλας. Αντικείµενο της εργασίας αυτής είναι η προετοιµασία της πιλοτικής εγκατάστασης µέσω εργαστηριακών µετρήσεων και διεξαγωγής πειραµάτων. Ακολουθεί εγκατάσταση του συστήµατος στην Κρύα Βρύση, όπου το όλο εγχείρηµα επαναξιολογείται αυτή τη φορά σε πραγµατικές συνθήκες λειτουργίας. 2

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 Περιγραφή του συστήµατος διαχείρισης κατανάλωσης ενέργειας (ECMS) Εισαγωγή Βασικά στοιχεία του ECMS Συνολική αρχιτεκτονική του ECMS Γενικοί περιορισµοί Εφαρµογές Περίληψη Πρωτόκολλο επικοινωνίας και εγκατάσταση Πρωτόκολλο επικοινωνίας Απαιτήσεις επικοινωνίας Κύρια χαρακτηριστικά πρωτοκόλλου επικοινωνίας Περιγραφή πρωτοκόλλου Βασικές αρχές Περιγραφή του frame Εγκατάσταση Εισαγωγή Η διαδικασία εγκατάστασης plug n play Η διαδικασία εγκατάστασης µε τη µέθοδο της προεπιλεγµένης διευθυνσιοδότησης Περιγραφή της πιλοτικής εγκατάστασης εφαρµογής στην Κρύα Βρύση Εισαγωγή Περιγραφή του συστήµατος πριν την εγκατάσταση ECMS Περιγραφή του συστήµατος δηµόσιου φωτισµού Περιγραφή του δικτύου διανοµής Περιγραφή του πίνακα ισχύος Λαµπτήρες φωτιστικών σωµάτων

5 3.3 Σχεδιασµός ενός τυπικού συστήµατος διαχείρισης φορτίων ECMS Βασικά κριτήρια σχεδίασης Εγκατάσταση των µονάδων PMS Εγκατάσταση νέου πίνακα ισχύος Μετρητής-Αναλυτής ενέργειας Αντικεραυνική προστασία Εγκατάσταση δεύτερης CMU Εγκατάσταση της CLU Πολιτικές εξοικονόµισης ενέργειας Εισαγωγή Πιθανά σενάρια λειτουργίας οδικού φωτισµού της εγκατάστασης ECMS Τρόπος λειτουργίας πριν την εγκατάσταση του ECMS Πρώτο σενάριο: έλεγχος των στιγµών έναυσης και σβέσης εύτερο σενάριο: σβήσιµο του 1/3 των λαµπτήρων Τρίτο σενάριο: σβήσιµο των 2/3 των λαµπτήρων Εξοικονόµιση ηλεκτρικής ενέργειας Ασύρµατο δίκτυο Εισαγωγή Γενικευµένα στοιχεία µιας ασύρµατης συσκευής Εξασθένιση Αναπήδηση Οπτική Ευθεία ιεισδυτικότητα Το πρώτυπο IEEE Στοιχεία κεραιών στα WLAN Στρατηγηκές εφαρµογών ασύρµατων δικτύων Εφαρµογές ασύρµατων δκτύων Εφαρµογή ασύρµατων δκτύων στη συγκεκριµένη περίπτωση

6 6 Πειραµτικές Μετρήσεις και οκιµές Εισαγωγή οκιµή Λειτουργίας των PMS-Pre Series στο φυσικό χώρο εγκατάστασης Εργαστηριακές Μετρήσεις Λειτουργίας σε Μέσες Αποστάσεις (40-50m) Αφή µε PMS, Μεταβτικά φαινόµενα και εφαρµογή διάφορων φίλτρων TRIAC και εξωτερικό ρελαί Παράρτηµα Α... Λογισµικό επίβλεψης και ελέγχου εγκατάστασης.α-1 Α.1 JavaCMU......Α-2 Α.2 Powerman Control Center....Α-5 A.3 Debugging του PMS µε τη χρήση του hyperterminal....α-9 Α.4 Ping Monitor....Α-12 Παράρτηµα Β Ηλεκτρολογικά σχέδια του πίνακα ισχύος και των στοιχείων εγκατάστασης......β-1 5

7 Κεφάλαιο 1 ο Περιγραφή του Συστήµατος ιαχείρισης Κατανάλωσης Ενέργειας (ECMS) 6

8 1.1 Εισαγωγή Το Σύστηµα ιαχείρισης & Ελέγχου Κατανάλωσης Ηλεκτρικής Ενέργειας (Energy Consumption Management System ECMS) είναι ένα ολοκληρωµένο σύστηµα που στοχεύει στην ορθολογική κατανάλωση ενέργειας. Απευθύνεται σε δηµόσιους και ιδιωτικούς φορείς, καθώς και σε εταιρίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και µπορεί να εφαρµοστεί για την υλοποίηση κατάλληλων στρατηγικών διαχείρισης της κατανάλωσης, µε βάση τον αξιόπιστο και ακριβή έλεγχο των ηλεκτρικών συσκευών. Το ECMS τεχνικά στηρίζεται στην ευφυή και χαµηλού κόστους συσκευή ελέγχου, η οποία ονοµάζεται PMS (Power Management Switch). Το PMS επιτρέπει τον έλεγχο και την παρακολούθηση της λειτουργίας των ηλεκτρικών συσκευών του συστήµατος από το χρήστη µε τη µετάδοση κατάλληλων εντολών µέσω των υπαρχόντων γραµµών ισχύος. Ένα σύστηµα ECMS απαρτίζεται από τις απαραίτητες PMS συσκευές, ένα κανάλι αµφίδροµης µεταφοράς δεδοµένων µέσω των γραµµών ισχύος µε το PMS καθώς και το κατάλληλο λογισµικό για την υποστήριξη της επικοινωνίας και της διασύνδεσης µε το χρήστη (user interface). 1.2 Βασικά στοιχεία του ECMS Το σύστηµα ECMS θα εφαρµοστεί για τον έλεγχο συσκευών ηλεκτρικής ενέργειας του χρήστη µέσω µηνυµάτων-εντολών τα οποία θα διατρέχουν το δίκτυο διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας. Σκοπός του συστήµατος ECMS είναι η ακριβής διαχείριση όλων των ελεγχόµενων συσκευών του ιδίου δικτύου χαµηλής τάσης µετά το µετασχηµατιστή διανοµής. Το δίκτυο διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας είναι τύπου αστέρα, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήµα: 7

9 Σχήµα 1.1, περιοχή συστήµατος ECMS Μέσα στην περιοχή του χρήστη, το σύστηµα ECMS αποτελείται από τρία κυρίως τυπικά στοιχεία: Τους «διακόπτες» (Power Management Switches- PMS), εγκατεστηµένους κοντά στo φορτίο ή τη συσκευή που θα ελέγχεται, δηλ. θα ανάβει, θα σβήνει ή θα ρυθµίζεται. Τη µονάδα ελέγχου (CoMmand Unit- CMU), εγκατεστηµένη στον πίνακα ελέγχου, απ όπου ξεκινάει η γραµµή παροχής ισχύος που τροφοδοτεί τις προς έλεγχο συσκευές. Είναι η µονάδα που στέλνει τα σήµατα ελέγχου µέσω των γραµµών ισχύος και έχει τη δυνατότητα να επικοινωνεί και µε τα PMS και µε το αποµακρυσµένο σύστηµα ελέγχου CLU. Το σύστηµα ελέγχου (ControL Unit- CLU), συνήθως ένας προσωπικός υπολογιστής εγκατεστηµένος στο χώρο απ όπου γίνεται ο αποµακρυσµένος έλεγχος από τον χρήστη. Η συνολική αρχιτεκτονική του συστήµατος ECMS βασίζεται στην εγκατάσταση συσκευών PMS, CMU και CLU και τη φυσική σύνδεση µεταξύ των στοιχείων αυτών, τα οποία χρησιµοποιούν το ίδιο δίκτυο διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας. Το σχήµα 1.2 δείχνει ένα πρόχειρο σκαρίφηµα της ιδέας. 8

10 CLU Remote Control Unit (ECMS Application) User Device Fiber Optic link (Or other media) PMS Controlled Device CMU CommandUnit Electrical Energy distribution lines Σχήµα 1.2, διάταξη σύνδεσης µονάδων συστήµατος ECMS Όλα τα προαναφερθέντα στοιχεία θα συνδεθούν µέσω µιας συνολικής αρχιτεκτονικής δικτύου, η οποία θα συνδέει όλες τις συσκευές µέσω ενός πρωτοκόλλου ασφαλούς επικοινωνίας για την ανταλλαγή πληροφορίας. H πληροφορία που διατρέχει το δίκτυο διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας αποτελείται από µικρά µηνύµατα, τα οποία περιέχουν διεύθυνση, εντολή, κατάσταση και τιµές µεταβλητών. 1.3 Συνολική αρχιτεκτονική στου συστήµατος ECMS Το σύστηµα ECMS στοχεύει στον έλεγχο όλων των συσκευών του ιδίου χρήστη στο σύστηµα διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας µετά το µετασχηµατιστή διανοµής. Όλα τα στοιχεία που αποτελούν το σύστηµα ECMS, φαίνονται στο σχήµα 1.3: 9

11 ENERGY CONTROL MANAGEMENT SYSTEM (ECMS) Secondary of Transformer PMS CMU FES Front end services rooting, System, RDBMS PMS UTE STE User Terminal Supervisor Terminal Transmission Services Internet Wire GPRS Wireless GSM Fiber Optics VPN P-MP CMU Areas of reliable PLC CLU Local Control, DB, Local Image, of FES and System CMU PMS All communications can be permanently open except UTE and CMU Σχήµα 1.3, λεπτοµερές διάγραµµα συστήµατος ECMS 10

12 Όπως προκύπτει από το παραπάνω σχήµα, το σύστηµα αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία: Συσκευές PMS Συσκευές CMU Σύστηµα ελέγχου CLU Υπηρεσίες µετάδοσης και επικοινωνίας (Internet, GPRS, GSΜ, VPN, Wireless, Fiber Optic) Τερµατικά χρηστών (UTE) Τερµατικό επόπτη εγκατάστασης (STE) Τα τερµατικά χρηστών είναι συσκευές οι οποίες µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την είσοδο στο σύστηµα ECMS και τον έλεγχο αυτού. Οι συσκευές αυτές θα αποκτούν πρόσβαση στο κυρίως σύστηµα µέσω του διαδικτύου χρησιµοποιώντας ασφαλείς γραµµές. Τέτοιες συσκευές είναι οι προσωπικοί υπολογιστές µε πρόσβαση στο internet, οι υπολογιστές παλάµης και τα κινητά τηλέφωνα. Το τερµατικό του επόπτη είναι ένας πελάτης αναπτυγµένος ειδικά για τον έλεγχο και την καταγραφή όλου του συστήµατος ECMS. Ο πελάτης αυτός θα βασίζεται σε µοντέρνες τεχνολογίες και θα προσφέρει ένα διαδραστικό περιβάλλον φιλικό προς τους χρήστες µε πλήρη δικαιώµατα πρόσβασης. Οι υπηρεσίες µετάδοσης, τόσο το υλικό όσο και το λογισµικό, παρέχουν το απαραίτητο µέσο επικοινωνίας µεταξύ όλων των στοιχείων του συστήµατος ECMS. Οι τεχνολογίες επικοινωνίας οι οποίες θα χρησιµοποιηθούν από το σύστηµα είναι: Πρόσβαση στο Internet για όλα τα τερµατικά χρηστών Ιδιωτικά εικονικά δίκτυα (VPN) θα χρησιµοποιηθούν για τη σύνδεση όλων των στοιχείων του συστήµατος ECMS µεταξύ τους. Για παράδειγµα, το τερµατικό του επόπτη θα αποκτά πρόσβαση στο σύστηµα µόνο µέσω ενός εικονικού ιδιωτικού δικτύου. Απλή πρόσβαση στο Internet δε θα χρησιµοποιείται για σκοπούς επόπτευσης, έτσι ώστε να διασφαλίζεται η ακεραιότητα του συστήµατος. Τεχνολογίες GPRS, GSM, Wireless (PMP b) είναι υποψήφιες λύσεις για την επικοινωνία µεταξύ της CLU και όλων των CMU. 11

13 Η CLU είναι το κεντρικό σύστηµα το οποίο ελέγχει και διαχειρίζεται όλες τις συσκευές CMU. Σε αυτήν επίσης αποθηκεύονται αρχεία που καταγράφουν όλες τις µεταβολές κατάστασης του συστήµατος και ενηµερώνεται µια ανάλογη βάση δεδοµένων. Η CLU επικοινωνεί µε όλες τις CMU. Μέσω αυτών δροµολογούνται όλες οι εντολές σε συγκεκριµένα PMS. Οι συσκευές PMS είναι τα τελικά σηµεία ελέγχου του συστήµατος ECMS. Θα είναι υπεύθυνες για τον έλεγχο φωτισµού, οικιακών συσκευών κτλ καθώς και για τη µέτρηση των αντιστοίχων φορτίων. Η επικοινωνία τους µε τη CLU είναι αµφίδροµη καθώς κάθε φορά που λαµβάνουν εντολή στέλνουν την αντίστοιχη απόκριση. 1.4 Γενικοί περιορισµοί Οι γενικοί περιορισµοί που θα πρέπει να εφαρµοστούν για την ορθή λειτουργία του συστήµατος είναι οι εξής: Πιστοποιηµένη παροχή ασφάλειας για όλους του χρήστες του συστήµατος. Θα πρέπει για όλες τις εφαρµογές να ακολουθηθούν τα ιεθνή Πρότυπα και οι σχετικοί κανονισµοί που ισχύουν για οποιαδήποτε εγκατάσταση. Ακεραιότητα συστήµατος: ηλαδή η πρόληψη µη εξουσιοδοτηµένης µεταβολής των πληροφοριών που διακινούνται µέσα στο δίκτυο της ηλεκτρικής ενέργειας. Πρόκειται δηλαδή για πρόληψη από µη εξουσιοδοτηµένη εγγραφή/ διαγραφή πληροφορίας ή δηµιουργία δεδοµένων. Υλοποίηση ασφαλών καναλιών διακίνησης της πληροφορίας. 1.5 Εφαρµογές Πιθανά πεδία εφαρµογών του συστήµατος ECMS, µπορούν να χωριστούν στις παρακάτω κατηγορίες: Εξοικονόµηση ενέργειας Ιδιωτικές κατοικίες και µεγάλα δηµόσια κτίρια: ιαχείριση της κάθε µορφής ενέργειας (ηλεκτρισµός ή αέριο) για κατανάλωση ανάλογα µε τις πραγµατικές ανάγκες. 12

14 ηµόσιος φωτισµός σε χώρους όπως δρόµους, λεωφόρους, γέφυρες, τούνελ, κτίρια, µνηµεία. Ευέλικτες συµβάσεις (Συµβόλαια) Ευέλικτα και φθηνότερα συµβόλαια παροχής ενέργειας προσαρµοσµένα ειδικά στις απαιτήσεις κάθε καταναλωτή. Αντικατάσταση του υπάρχοντος τρόπου εξ αποστάσεως ελέγχου. ιαχείριση του φορτίου σε ώρες αιχµής για εξοµάλυνση της καµπύλης φορτίου σε µια περιοχή. (πχ. αποσύνδεση καταναλωτών µεγάλου φορτίου σε ώρες αιχµής). Εφαρµογές για µεµονωµένους καταναλωτές Συλλογή πληροφοριών που αφορούν την κατάσταση λειτουργίας των σηµείων ελέγχου και την κατανάλωση ενέργειας ώστε να δίνονται οδηγίες για συντήρηση, µείωση σχετιζόµενων δαπανών κτλ. Εφαρµογές για το σύνολο των καταναλωτών Συλλογή πληροφοριών για στατιστική ανάλυση µε κύριο σκοπό την αποτελεσµατικότερη και οικονοµικότερη χρήση ενέργειας από µεγάλες οµάδες καταναλωτών. Βελτιστοποίηση της κατανάλωσης µέσω προγραµµάτων που αφορούν τη χρήση ενέργειας σε ορθολογικά πλαίσια. Στροφή των κατασκευαστικών εταιριών προς βελτιωµένη διαχείριση ενέργειας στα νέα κτίρια που χτίζονται. Ειδικές κατηγορίες εφαρµογών Βελτίωση της ασφάλειας σε κτίρια (συστήµατα συναγερµού). Ηλεκτρονική παρακολούθηση των χώρων µέσω εξειδικευµένων αισθητήρων. Υλοποίηση φθηνών και µικρών συστηµάτων διαχείρισης ενέργειας σε κτίρια. Κάθε καταναλωτής µπορεί να πληροφορείται για την ενεργειακή κατανάλωση κάθε συσκευής έτσι ώστε ανά πάσα στιγµή να µπορεί να τις ελέγξει εξ αποστάσεως είτε µέσω του διαδικτύου είτε µέσω άλλων τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών (κινητό τηλέφωνο). 13

15 1.6 Περίληψη Το σύστηµα ECMS στηρίζεται στη χρήση συσκευών (PMS), οι οποίες συνδέονται στα διάφορα φορτία και τα ελέγχουν βάσει εντολών που στέλνονται από ένα κέντρο εποπτείας και διαχείρισης. Η χρησιµότητα του συστήµατος ECMS έγκειται στο γεγονός ότι προσφέρει ένα ευρύ πεδίο εφαρµογών, των οποίων οι υπηρεσίες απαιτούν µικρό εύρος ζώνης συχνοτήτων. Μία τέτοια εφαρµογή είναι και η διαχείριση του δηµόσιου και οδικού φωτισµού, της οποίας η υλοποίηση έχει ήδη αρχίσει στην πιλοτική εγκατάσταση στην Κρύα Βρύση του νοµού Πέλλας. 14

16 Κεφάλαιο 2 ο Πρωτόκολλο επικοινωνίας και εγκατάσταση

17 2.1 Πρωτόκολλο επικοινωνίας Απαιτήσεις επικοινωνίας Σύµφωνα µε το χρησιµοποιούµενο πρωτόκολλο επικοινωνίας, κάθε PMS χαρακτηρίζεται από δύο διψήφιους δεκαεξαδικούς αριθµούς, που παίρνουν τιµές από 01 έως FF και έχουν σκοπό τον καθορισµό µιας µοναδικής διεύθυνσης σε κάθε PMS καθώς και την ενσωµάτωση του σε µια συγκεκριµένη οµάδα. Ειδικότερα, ο πρώτος αριθµός ονοµάζεται διεύθυνση οµάδας (group address-ga) και κατατάσσει το PMS σε µια ευρύτερη οµάδα. Ο δεύτερος αριθµός ονοµάζεται προσωπική διεύθυνση (personal address- PA) και ορίζει τον αύξοντα αριθµό του σε µια συγκεκριµένη οµάδα. Η ύπαρξη οµάδων είναι ένα σηµαντικό σηµείο του πρωτοκόλλου, γιατί µε κατάλληλο ορισµό των οµάδων επιτρέπεται η οµαδοποίηση συσκευών µε κοινά χαρακτηριστικά λειτουργίας. Η πληροφορία, η οποία ανταλλάσσεται µεταξύ καθενός PMS και της CMU, στην οποία αυτό υπάγεται, είναι: Από τη CMU σε όλα τα εξαρτώµενα συνδεδεµένα PMS α) µεµονωµένη εντολή σε συγκεκριµένο PMS για την έναυση, σβέση ή ρύθµιση της συσκευής που είναι συνδεδεµένο σε αυτό. β) οµαδική εντολή για την ταυτόχρονη έναυση ή σβέση όλων των συσκευών που ανήκουν σε µια συγκεκριµένη οµάδα από PMS. γ) µεµονωµένη εντολή σε συγκεκριµένα PMS ζητώντας την τρέχουσα κατάσταση λειτουργίας µιας συγκεκριµένης συσκευής. Από κάθε ένα PMS στη αντίστοιχη CMU α) µήνυµα απάντησης στο µήνυµα της CMU για έναυση ή σβέση της συγκεκριµένης συσκευής µε επιβεβαίωση της λήψης του σήµατος. β) µήνυµα απάντησης στο µήνυµα της CMU που ζητά την τρέχουσα κατάσταση λειτουργίας του ίδιου του PMS και της συνδεδεµένης σε αυτό συσκευής Κύρια χαρακτηριστικά πρωτοκόλλου επικοινωνίας Από τη στιγµή που υποδοµή του συστήµατος αποτελεί το σύστηµα διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας, το πρωτόκολλο επικοινωνίας θα είναι µια ακολουθία αναζήτησης όλων των PMS που ανήκουν στην ίδια CMU και ελέγχονται από αυτήν. Κάθε PMS, το 17

18 οποίο αναγνωρίζει στα αποστελλόµενα µηνύµατα της ακολουθίας αναζήτησης τη δική του προσωπική διεύθυνση και διεύθυνση οµάδας, απαντά αποστέλλοντας το ανάλογο µήνυµα στη CMU Περιγραφή πρωτοκόλλου Βασικές αρχές Η επικοινωνία είναι ασύγχρονη και ηµιαµφίδροµη (half-duplex). Ο κάθε χαρακτήρας έχει 8 bits δεδοµένων, ένα bit έναρξης, ένα bit λήξης, ενώ δεν έχει bit ισοτιµίας. Από τη στιγµή που η επικοινωνία είναι ηµιαµφίδροµη, µόνο µια συσκευή PMS ή CMU µπορεί να στείλει µήνυµα κάθε φορά, µε τη CMU να έχει προτεραιότητα. Μόνο ένας τύπος αλυσίδας χαρακτήρων (frame) χρησιµοποιείται κάθε στιγµή. Η µη επιβεβαίωση λήψης γίνεται κατανοητή όταν µε την πάροδο ενός συγκεκριµένου χρονικού διαστήµατος δεν έχει ληφθεί απάντηση. Το διάστηµα αυτό έχει αρχικά καθοριστεί στα 25 msec. Επίσης, είναι απαραίτητος ένας κενός χρόνος µεταξύ του τέλους της εκποµπής και της έναρξης της επόµενης Περιγραφή των frame Τα frame είναι µεταβλητού µήκους και τελειώνουν πάντα µε ένα κώδικα «end of text» (ETX=3). Το µέγιστο µήκος του frame είναι 255 bytes, ενώ το µέγιστο µήκος δεδοµένων είναι 249 bytes. Η δοµή ενός frame έχει ως εξής: STX N GA PA F D1... Dx CRC ETX X X+1 X+2 όπου: STX Start of frame = 02 (δεκαεξαδικό) N συνολικός αριθµός byte στο frame, συµπεριλαµβανοµένων των STX και ETX (6 < N <= 255) GA διεύθυνση οµάδας. Επιτρέπονται τιµές από 01 έως FF (δεκαεξαδικό). PA προσωπική διεύθυνση. Επιτρέπονται τιµές από 01 έως FF (δεκαεξαδικό). 18

19 F πεδίο κώδικα εντολής. Ο δεκαεξαδικός αριθµός αυτός αντιστοιχεί στην εντολή που εκτελεί το συγκεκριµένο frame. Παραδείγµατα τέτοιων εντολών είναι η έναυση/ σβέση (user switch command, F=40), η αίτηση για την κατάσταση που βρίσκεται η συνδεδεµένη µε το PMS συσκευή (user device On/Off status request, F=64) κ.α. D1 Dx πεδίο δεδοµένων. Ο τελεστής της εκάστοτε εντολής. Για παράδειγµα, για την έναυση της συσκευής, δηλαδή ενώ F=40, χρησιµοποιείται σαν data byte το D1=11, ενώ για τη σβέση, µε F=40, έχουµε D1=12. Κωδικοποίηση µε τον αλγόριθµο CRC (cyclic redundancy check) για την αναγνώριση σφαλµάτων κατά τη µετάδοση ETX Stop Code = 03 (δεκαεξαδικό) 2.2 Εγκατάσταση Εισαγωγή Η παρακάτω διαδικασία µπορεί να εφαρµοστεί για την εγκατάσταση ενός νέου συστήµατος ή για την προσθήκη ενός PMS σε µια ήδη υπάρχουσα εγκατάσταση. Περιγράφονται δύο διαφορετικές τεχνικές, οι οποίες είναι α) η τεχνική «plug 'n' play» β) η διαδικασία προεπιλεγµένης διευθυνσιοδότησης Η τεχνική «plug 'n' play» ενδείκνυται στην περίπτωση προσθήκης νέων συσκευών PMS σε µια ήδη υπάρχουσα εγκατάσταση, στην οποία υπάρχουν PMS που λειτουργούν σωστά. Κατά την εγκατάσταση όµως ενός νέου συστήµατος από την αρχή, η διαδικασία προεπιλεγµένης διευθυνσιοδότησης µοιάζει να είναι επαρκής και πιο γρήγορη. Η επιλογή της διαδικασίας που θα χρησιµοποιηθεί εναπόκειται στον εγκαταστάτη, διότι το λογισµικό «plug 'n' play» µπορεί να εκτελείται στο επίπεδο της CLU εφόσον ενεργοποιηθεί από κάποιον χειριστή. Αντίθετα, η τεχνική προεπιλεγµένης διευθυνσιοδότησης έχει ως προαπαιτούµενο την αποθήκευση στην βάση δεδοµένων του συστήµατος µιας λίστας µε τα ήδη εγκατεστηµένα PMS, έτσι ώστε οι λογικές διευθύνσεις και τα σηµεία εγκατάστασης όλων των εγκατεστηµένων PMS να µπορούν να ανακτηθούν από το σύστηµα ανά πάσα στιγµή. 19

20 2.2.2 Η διαδικασία εγκατάστασης «plug 'n' play» Η διαδικασία αυτή πρέπει να ακολουθείται κυρίως σε συστήµατα αποτελούµενα από λίγες συσκευές PMS και όπου δεν υπάρχουν ιδιαίτερες απαιτήσεις για τον καθορισµό των διευθύνσεων των PMS. Ειδικότερα, η διεύθυνση του γκρουπ είναι ελάσσονος σηµασίας για τη διαχείριση του συστήµατος, κι έτσι όλα τα PMS µπορούν να έχουν την ίδια διεύθυνση γκρουπ και διαφορετική προσωπική διεύθυνση το καθένα. Η εγκατάσταση καθενός PMS γίνεται χωριστά. Κάθε νέο PMS έχει µια προκαθορισµένη (default) προσωπική διεύθυνση (FE σε δεκαεξαδικό κώδικα) και διεύθυνση γκρουπ (επίσης FE), η οποία είναι αποθηκευµένη στους εσωτερικούς καταχωρητές της κάθε συσκευής PMS. Η νέα προσωπική διεύθυνση του κάθε νέου προς εγκατάσταση PMS µπορεί να δοθεί µέσω λογισµικού, το οποίο ανακτά αυτόµατα από µια εσωτερική βάση δεδοµένων τις εναλλακτικές διευθύνσεις, οι οποίες είναι ελεύθερες για το συγκεκριµένο PMS. Κατά την εγκατάσταση ενός νέου PMS είναι απαραίτητη η εισαγωγή στην εφαρµογή που εκτελείται στο επίπεδο της CLU της τοποθεσίας εγκατάστασης της προστιθέµενης συσκευής, προκειµένου να δηµιουργηθεί η απαραίτητη αντιστοίχιση ανάµεσα στη νέα λογική διεύθυνση, η οποία καθορίστηκε από τη διαδικασία «plug 'n' play», και στο φυσικό σηµείο εγκατάστασης της νέας συσκευής. Η πραγµατική διεύθυνση της κάθε συσκευής PMS και η τοποθεσία εγκατάστασης θα ανανεώνονται και θα διατηρούνται µόνο στη βάση δεδοµένων της CLU. Στην πράξη, η διαδικασία εγκατάστασης αποτελείται από: α) έλεγχο της ποιότητας του σήµατος µε τη χρήση παλµογράφου, ο οποίος µετρά τη µορφή και το θόρυβο του σήµατος, καθώς η CMU µεταδίδει σήµατα σε όλα τα εγκατεστηµένα PMS (διαδικασία polling). β) εγκατάσταση του κάθε PMS και του παρελκόµενου εξοπλισµού σε κάθε πυλώνα. γ) έλεγχο λειτουργίας των εγκατεστηµένων PMS µέσω σειριακής σύνδεσης και µε τη χρήση του προγράµµατος hyper-terminal. Η διαδικασία αυτή δείχνει άµεσα αν το κάθε PMS λαµβάνει σωστά τα µηνύµατα που στέλνονται από τη CMU. δ) καθορισµό της λογικής διεύθυνσης σε κάθε PMS µέσω εφαρµογής που εκτελείται αποµακρυσµένα από τη CLU. 20

21 2.2.3 Η διαδικασία εγκατάστασης µε τη µέθοδο της προεπιλεγµένης διευθυνσιοδότησης Η συγκεκριµένη διαδικασία είναι καλό να προτιµάται σε νέα συστήµατα, όπου δεκάδες PMS πρέπει να εγκατασταθούν στο ίδιο δίκτυο ισχύος σε σύντοµο χρονικό διάστηµα. Η διαδικασία αυτή βασίζεται στην εγκατάσταση κάθε PMS στο δίκτυο, έχοντας ήδη προεπιλεγµένη προσωπική λογική διεύθυνση. Για το λόγο αυτό πρέπει να έχει εκπονηθεί εκ των προτέρων ένα λεπτοµερές πλάνο εγκατάστασης όλων των PMS και των προσωπικών τους διευθύνσεων. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στον καθορισµό της διεύθυνσης του γκρουπ για όλα τα PMS, κάτι το οποίο είναι σε άµεση συνάρτηση µε την πολιτική διαχείρισης που εφαρµόζεται στο σύστηµα. Κατά την εγκατάσταση των PMS είναι απαραίτητο η αντιστοίχηση ανάµεσα στην προσωπική διεύθυνση του PMS και του φυσικού σηµείου εγκατάστασης να παρακολουθείται αυστηρά. Αυτός είναι ο µόνος τρόπος, ώστε να έχουµε µια σωστή εποπτική εικόνα της ελεγχόµενης εγκατάστασης. Η αναλυτική διαδικασία εγκατάστασης αποτελείται από τα ίδια ακριβώς βήµατα µε την εγκατάσταση «plug 'n' play». Η προφανής διαφορά ανάµεσα στις δυο µεθοδολογίες είναι ότι κατά τη διαδικασία εγκατάστασης µε τη µέθοδο της προεπιλεγµένης διευθυνσιοδότησης η διεύθυνση γκρουπ και η προσωπική διεύθυνση του κάθε PMS έχουν δοθεί πριν από την εγκατάσταση του κάθε PMS στον αντίστοιχο πυλώνα και την έναρξη της διαδικασίας ελέγχου της λειτουργίας του κάθε PMS και της εγκατάστασης. 21

22 Κεφάλαιο 3 ο Περιγραφή της πιλοτικής εγκατάστασης εφαρµογής στην Κρύα Βρύση

23 3.1 Εισαγωγή Στα πλαίσια του ερευνητικού έργου προβλέπεται η υλοποίηση τριών πιλοτικών εγκαταστάσεων που θα αφορούν τον έλεγχο δηµοσίου φωτισµού σε ισάριθµες τοποθεσίες στους δήµους Κρύας Βρύσης (Ελλάδας), Σάντα Λούτσε (Ιταλίας) και Σάντου (Ρουµανίας). Με την υλοποίηση αυτών των εγκαταστάσεων και την πειραµατική λειτουργία του συστήµατος, θα µελετηθούν στο πρώτο στάδιο τα προβλήµατα που θα εµφανιστούν και ενδεχοµένως θα έχουν σχέση µε - την επίδραση του ηλεκτρικού θορύβου, λόγω αρµονικών ανώτερης τάξης, στο σήµα ελέγχου - την πτώση τάσης του σήµατος αυτού κατά µήκος των γραµµών µεταφοράς. Παρακάτω ακολουθεί αναλυτική περιγραφή της πιλοτικής εγκατάστασης στην Ελλάδα συµπεριλαµβανοµένου τόσο του υπάρχοντος δικτύου φωτισµού, όσο και των αναγκαίων προσθηκών και µετατροπών που απαιτήθηκαν για τη σωστή τοποθέτηση και λειτουργία του προαναφερθέντος συστήµατος. 3.2 Περιγραφή του συστήµατος πριν την εγκατάσταση του ΕCMS Η Κρύα Βρύση βρίσκεται στον κάµπο του νοµού Πέλλας, µεταξύ Γιαννιτσών και Αλεξάνδρειας, σε απόσταση 75 χιλιοµέτρων από τη Θεσσαλονίκη (σχήµα 3.1). ηµιουργήθηκε το 1930 µετά την αποξήρανση µιας παρακείµενης λίµνης. Απαριθµεί πληθυσµό περίπου έντεκα χιλιάδων κατοίκων, που κυρίως ασχολούνται µε την καλλιέργεια του εύφορου κάµπου του νοµού Πέλλας. Όσον αφορά τη βιοµηχανική ανάπτυξη της περιοχής, αυτή βρίσκεται ακόµη σε πρώιµα στάδια και αφορά κυρίως εργοστάσια κλωστοϋφαντουργίας και µονάδες µεταποίησης. 23

24 Σχήµα 3.1, περιοχή Κρύας Βρύσης Οι δηµοτικές αρχές του νοµού Πέλλας, σε συνεργασία µε τους τοπικούς παράγοντες της ευρύτερης περιοχής, αποφάσισαν την από κοινού σύσταση της «Αναπτυξιακής Εταιρίας Κάµπου Νοµού Πέλλας». Ανάµεσα στους στόχους της εταιρίας είναι η ανάπτυξη και προώθηση καινοτόµων εφαρµογών στην ευρύτερη περιοχή. Σε συνεργασία µε το Εργαστήριο Συστηµάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας του Α.Π.Θ. έχουν αναλάβει από κοινού την εργολαβία για το σχεδιασµό, τη ρύθµιση και την εξ αποστάσεως επίβλεψη µέσα της εγκατάστασης της Κρύας Βρύσης Περιγραφή του συστήµατος δηµόσιου φωτισµού Η τοποθεσία της περιοχής όπου έγινε η πιλοτική εγκατάσταση του συστήµατος ECMS φαίνεται στο σχήµα 3.2. Ο φωτιζόµενος δρόµος, συνολικού µήκους περί του 1,5 χιλιοµέτρου, ενώνει την Κρύα Βρύση µε τον Άγιο Λουκά, έχει δυο λωρίδες κυκλοφορίας και πλάτος οχτώ µέτρων. Η εγκατάσταση θα εφαρµοστεί σε ένα τµήµα 600 µέτρων του δρόµου αυτού και συγκεκριµένα σε εικοσιένα φωτιστικά σώµατα νατρίου υψηλής πίεσης ισχύος 250 Watt το καθένα, στηριζόµενα σε εξαγωνικούς µεταλλικούς πυλώνες ύψους 9 m ο καθένας. Η απόσταση µεταξύ των πυλώνων είναι 30 m. 24

25 Σχήµα 3.2, φωτογραφία της τοποθεσίας εγκατάστασης Κάθε πυλώνας αρχικά ήταν εφοδιασµένος µε έναν διακόπτη προστασίας κυκλώµατος, ενσωµατωµένο στο κάτω µέρος του. Η πλευρά παροχής του διακόπτη είναι συνδεδεµένη στο καλώδιο τροφοδοσίας που ξεκινάει από το µετασχηµατιστή και συνεχίζει στον επόµενο πόλο. Στην πλευρά του φορτίου, ένα εύκαµπτο καλώδιο τύπου 3x1,5 mm 2 Α05VV-U τροφοδοτεί τη λάµπα στην κορυφή του πυλώνα. Η λάµπα καθώς και το σηµείο σύνδεσης του πυλώνα µε τη γραµµή µεταφοράς φαίνονται στο σχήµα 3.3. Σχήµα 3.3, κάτω και πάνω µέρος των πυλώνων 25

26 Το σύστηµα οδικού φωτισµού και το δίκτυο διανοµής ανήκει στο δήµο Κρύας Βρύσης και είναι σύµφωνο µε τους ελληνικούς νόµους και κανονισµούς. Το σύστηµα είναι υπό την επίβλεψη της «Αναπτυξιακής Εταιρίας Κάµπου Νοµού Πέλλας», η σύσταση της οποίας βασίστηκε σε κρατικά κεφάλαια. Υπάρχει ένα εκτενές δίκτυο συστηµάτων οδικού φωτισµού, το καθένα από τα οποία έχει τα δικά του χαρακτηριστικά. Το σύστηµα που έχει επιλεγεί για να υλοποιηθεί η εγκατάσταση είναι ένα κοµµάτι µήκους ενάµιση περίπου χιλιοµέτρου του δηµόσιου δρόµου που ενώνει την Κρύα Βρύση µε το διπλανό χωριό Άγιος Λουκάς. Αντικειµενικός στόχος στο φωτισµό ενός δηµόσιου δρόµου είναι η παροχή ικανού φωτισµού ώστε να γίνονται ορατά τα αντικείµενα µέσα στο δρόµο, καθώς και τα επικίνδυνα σηµεία (όπως διασταυρώσεις και παράδροµοι). Έτσι οι οδηγοί οχηµάτων θα µπορούν να αναγνωρίζουν έγκαιρα και µε σιγουριά τα όρια του δρόµου, έχοντας τη δυνατότητα να λάβουν έγκαιρα τα κατάλληλα µέτρα. Στο σχήµα 3.4 παρουσιάζεται µια λεπτοµερής περιγραφή του λειτουργικού πλάνου της πιλοτικής εγκατάστασης, συµπεριλαµβανοµένου και του υπάρχοντος πίνακα ισχύος. 30m Φάση L1 Φάση L2 Πίνακας Ισχύος Φάση L3 Σχήµα 3.4, λειτουργικό διάγραµµα της πιλοτικής εγκατάστασης 26

27 Τα τεχνικά δεδοµένα της εγκατάστασης δίνονται στον παρακάτω πίνακα, σύµφωνα µε τη γενική διάταξη του σχήµατος 3.4 α/α Κύκλωµα Κωδ. Αρ. Λαµπτήρα Φάση P [W] Απόσταση από πίνακα [m] Παρατηρήσεις Τύπος 1 KV1 101 L Na 2 KV1 102 L Na 3 KV1 103 L Na 4 KV1 104 L Na 5 KV1 105 L Na 6 KV1 106 L Na 7 KV1 107 L Na 8 KV1 108 L Na 9 KV1 109 L Na 10 KV1 110 L Na 11 KV1 111 L Na 12 KV1 112 L Na 13 KV1 113 L Na 14 KV1 114 L Na 15 KV1 115 L Na 16 KV1 116 L Na 17 KV1 117 L Na 18 KV1 118 L2* Ένας αγωγός Na 19 KV2 119 L Na 20 KV2 120 L Na 21 KV2 121 L Na Περιγραφή του δικτύου διανοµής Το σύστηµα διανοµής αποτελεί κοµµάτι του δικτύου χαµηλής τάσης της.ε.η. Στους κόµβους σύνδεσης που δηµιουργούνται µεταξύ του δικτύου διανοµής της.ε.η και του δικτύου οδικού φωτισµού, υπάρχει ο πίνακας διανοµής, ο οποίος εγκαθίσταται από τον πελάτη (στη συγκεκριµένη περίπτωση, από το δήµο Κρύας Βρύσης). Στον πίνακα διανοµής υπάρχουν οι κεντρικοί διακόπτες, οι ασφάλειες προστασίας, προστασία για τις εξερχόµενες γραµµές, ηλεκτρονόµοι ισχύος για την προστασία των συνδεδεµένων φωτιστικών, καθώς και ο µετρητής κατανάλωσης. Η παροχή ισχύος είναι η τυπική ενός εναέριου συστήµατος µεταφοράς 220/380 V. Η εγκατάσταση του µετρητή κατανάλωσης και όλες οι συνδέσεις γίνονται από τεχνικούς της.ε.η. Η µέθοδος γείωσης είναι τύπου TNS. Το δίκτυο διανοµής ισχύος της.ε.η. αποτελείται από αγωγούς πέντε καλωδίων (τρεις φάσεις, ουδέτερος, αγωγός γείωσης-προστασίας). Ο πελάτης εγκαθιστά τουλάχιστον µια ράβδο γείωσης δίπλα στο πίνακα διανοµής, ενώ η.ε.η. 27

28 βραχυκυκλώνει τον αγωγό του ουδετέρου µε αυτόν της γείωσης µέσα στο κουτί του µετρητή ισχύος. Τα φωτιστικά συνδέονται µε τον πίνακα διανοµής µε υπόγεια καλώδια. Υπόγειοι αγωγοί χρησιµοποιούνται στα φωτιστικά που βρίσκονται σε πεζόδροµους και στο πάρκο κοντά στο δηµαρχείο της Κρύας Βρύσης. Στα σηµεία της πόλης που το δίκτυο διανοµής της.ε.η. ακολουθεί εναέρια διάταξη, τα φωτιστικά συνδέονται κι αυτά µε εναέριους αγωγούς. Η τροφοδοσία τους γίνεται µε έναν επιπλέον αγωγό κατά µήκος των αγωγών τριών φάσεων και συνδέει τα φωτιστικά µεταξύ τους. Για αγωγός ουδετέρου χρησιµοποιείται ο αγωγός ουδετέρου των τριών φάσεων Περιγραφή του πίνακα ισχύος Ο πίνακας παροχής ισχύος βρίσκεται στην αρχή του δρόµου, από την Κρύα Βρύση προς τον Άγιο Λουκά. Ο µετασχηµατιστής διανοµής 20/ 0,4 kv της.ε.η. είναι τοποθετηµένος περίπου εκατόν πενήντα µέτρα από τον πίνακα. Ο αρχικός πίνακας (σχήµα 3.5) περιείχε έναν µετρητή κατανάλωσης, δυο ζεύγη διακοπτών και έναν ηλεκτρονόµο, οδηγούµενο από φωτοκύτταρο. Σχήµα 3.5, παλιός πίνακας ισχύος Το πρώτο ζεύγος διακοπτών ελέγχει τους πρώτους 18 λαµπτήρες εκ δεξιών του πίνακα. Με δεδοµένη της απόσταση των 30 m µεταξύ των πυλώνων, υπάρχει ένα συνολικό µήκος αγωγού 525 m. Το δεύτερο ζεύγος διακοπτών ελέγχει τους υπόλοιπους τρεις λαµπτήρες (συνολικό µήκος αγωγού 75 m) αριστερά του πίνακα (βλέπε σχήµα 3.4, διάγραµµα εγκατάστασης). Η συνολική ισχύς της εγκατάστασης είναι 5250 Watt µε ονοµαστικό ρεύµα λειτουργίας κατά µέσο όρο 9,3 Α ανά φάση. 28

29 3.2.4 Λαµπτήρες Φωτιστικών Σωµάτων Οι κυριότερες παράµετροι που καθορίζουν την επιλογή των λαµπτήρων που χρησιµοποιούνται για τον οδικό φωτισµό είναι η αποτελεσµατική φωτεινότητα και η διάρκεια ζωής µεταξύ των καθορισµένων διαστηµάτων αντικατάστασης. Η αποτελεσµατική φωτεινότητα της λάµπας αποτελεί και το µέτρο για τη φωτεινότητά της. Μονάδες µέτρησης είναι τα lumens ανά Watt κατανάλωσης. Όσο µεγαλύτερος είναι ο λόγος αυτός τόση πιο φωτεινή είναι η λάµπα για τη συγκεκριµένη κατανάλωση ισχύος. Μια τυπική λάµπα πυρακτώσεως παράγει µόλις 12 lm/w. Οι λάµπες εκτόνωσης που χρησιµοποιούν ηλεκτρονικά ελεγχόµενα πηνία για πιο οµαλή έναυση πετυχαίνουν ακόµη µεγαλύτερη φωτεινότητα. Ο χρόνος συντήρησης είναι ο µέσος όρος ζωής της λάµπας, όταν κατά τη διάρκεια της λειτουργίας της τροφοδοτείται από τάση µέσα στα όρια που καθορίζει ο κατασκευαστής. Όσο µεγαλύτερος είναι ο µέσος όρος ζωής της λάµπας, τόσο χαµηλότερο είναι το κόστος συντήρησης της εγκατάστασης. Για τις λάµπες µε αέριο νάτριο υψηλής πίεσης πρέπει να λαµβάνεται υπόψη και η πτώση στη ροή φωτισµού µε την πάροδο του χρόνου. Αυτή δεν πρέπει να βρίσκεται κάτω από τα κατώτατα καθορισµένα όρια. Η ονοµαστική ισχύς για τα συγκεκριµένα φωτιστικά καθορίζεται από το σχεδιασµό της εγκατάστασης φωτισµού ανάλογα µε τα σχεδιαστικά κριτήρια και πρότυπα που αφορούν τη κάθε εγκατάσταση χωριστά. Το χρώµα που παράγουν οι λάµπες και οι ιδιότητές του είναι ελάσσονος σηµασίας στις εγκαταστάσεις δηµοσίου φωτισµού. Στην Κρύα Βρύση χρησιµοποιούντα οι ακόλουθοι τύποι λαµπτήρων: 1. Λάµπες αερίου νατρίου υψηλής πίεσης για τον οδικό φωτισµό 2. Λάµπες αερίου υδραργύρου για δρόµους και πεζόδροµους µέσα στην πόλη 3. Λάµπες φθορισµού για πεζόδροµους και χώρους στάθµευσης 4. Λάµπες εξοικονόµησης ενέργειας για πεζόδροµους και χώρους στάθµευσης 5. Λάµπες αλογόνου για τον φωτισµό δηµόσιων κτιρίων 29

30 3.3 Σχεδιασµός ενός τυπικού συστήµατος διαχείρισης φορτίων ECMS Βασικά κριτήρια σχεδίασης Για την εγκατάσταση της Κρύας Βρύσης, τα βασικά κριτήρια σχεδίασης που αφορούν το υλικό του ECMS είναι τα ακόλουθα (σχήµα 3.6): 1.Μια µονάδα PMS εγκαθίσταται σε κάθε πυλώνα για να ελέγχει τον αντίστοιχο λαµπτήρα. 2. υο µονάδες CMU θα εγκατασταθούν. Η πρώτη στον πίνακα ισχύος και η δεύτερη στον πυλώνα Νο 117. Αν και η χρήση µιας µόνο CMU κρίνεται επαρκής για τη σωστή λειτουργία της εγκατάστασης, ωστόσο επιλέχθηκε η χρήση µιας επιπλέον µονάδας CMU για να καταστεί εµφανής η δυνατότητα λειτουργίας και δεύτερης CMU στο ίδιο δίκτυο διανοµής. 3.Ο χώρος εγκατάστασης της CLU θα είναι το κτίριο του δηµαρχείου της Κρύας Βρύσης, το οποίο βρίσκεται σε απόσταση 1500 περίπου µέτρων από την πιλοτική εγκατάσταση. 4.Για την επικοινωνία µεταξύ CLU και CMU επιλέχθηκε το πρωτόκολλο ασύρµατης επικοινωνίας Ethernet Wi-Fi b. Αυτή φαίνεται να είναι και η πιο κατάλληλη λύση λαµβάνοντας υπ όψιν την µικρή απόσταση και την έλλειψη τηλεπικοινωνιακής υποδοµής στην περιοχή. PMS PMS PMS PMS PMS PMS PMS PMS PLC EM CMU CMU b CLU b PLC=Power Line Communication b=Wireless Ethernet Communication Σχήµα 3.6, γενικό διάγραµµα των στοιχείων προς εγκατάσταση 30

31 3.3.2 Εγκατάσταση των µονάδων PMS Μια µονάδα PMS εγκαθίσταται σε κάθε πυλώνα για να ελέγχει κάθε λάµπα ανεξάρτητα. Η µονάδα τοποθετείται σε ένα ανεξάρτητο, µικρό µεταλλικό κιτίο (διαστάσεων 20x40x12 cm), στερεωµένο στον πυλώνα σε ύψος περίπου 1,5 m (σχήµα 3.7). Ένα καλώδιο τροφοδοσίας θα χρησιµοποιείται για να συνδέσει την πλευρά εξόδου του διακόπτη προστασίας του κυκλώµατος και την πλευρά εισόδου του PMS, ενώ το καλώδιο τροφοδοσίας της λάµπας συνδέεται στην πλευρά εξόδου του PMS. Το κιτίο έχει δυο τρύπες για τα εισερχόµενα και εξερχόµενα καλώδια (Α05VV-U 3x1,5 mm 2 ). Εκτός από τη µονάδα PMS, µέσα στο κιτίο υπάρχει διακόπτης τριών θέσεων «Manual-0-Auto» ως εξής: θέση 0: Ο λαµπτήρας είναι OFF θέση Ι: Ο λαµπτήρας τροφοδοτείται κατευθείαν από τον πίνακα παρακάµπτοντας το PMS. Ένας αντίστοιχος διακόπτης στον πίνακα ορίζει αν η λάµπα ρυθµίζεται χειροκίνητα ή µέσω του φωτοκύτταρου. Προφανώς η θέση Ι επιλέγεται κατά τη διάρκεια της αρχικής περιόδου εγκατάστασης και σε περίπτωση δυσλειτουργίας της µονάδας PMS. θέση ΙΙ: Ο λαµπτήρας τροφοδοτείται µέσω του PMS βάσει των εντολών από τη CMU. Λόγω της χωρητικής συµπεριφοράς των φωτιστικών υδραργύρου και νατρίου που χρησιµοποιούνται στον οδικό φωτισµό, παρατηρείται βύθιση του υψίσυχνου σήµατος των 132 khz σε επίπεδα πλάτους απαγορευτικά για την επίτευξη επικοινωνίας. Για την επίλυση του προβλήµατος αυτού, είναι απαραίτητη η σύνδεση ενός επιπλέον στοιχείου το οποίο θα πρέπει να παρουσιάζει µικρή σύνθετη αντίσταση στα 50 Hz και αντίθετα µεγάλη στα 132 khz. Αυτό θα έχει σαν αποτέλεσµα την εξουδετέρωση του βραχυκυκλώµατος που δηµιουργείται στις υψηλές συχνότητες στα άκρα του φωτιστικού, ενώ παράλληλα δεν θα παρουσιάζεται καµία επίπτωση στην οµαλή λειτουργία του φωτιστικού στα 50 Hz. Το στοιχείο αυτό υλοποιείται από ένα ζωνοπερατό φίλτρο που ονοµάζεται CW-TRAP (carrier wave rejection filter) και τοποθετείται επίσης στο µεταλλικό κιτίο που εγκαθίσταται σε κάθε πυλώνα. Το φίλτρο αυτό παρουσιάζει αυξηµένη αντίσταση (200 έως 400 Ohm) για συχνότητες µεταξύ 100 και 140 khz. 31

32 Σχήµα 3.7, το µεταλλικό κιτίο που εγκαθίσταται σε κάθε πυλώνα Εγκατάσταση νέου πίνακα ισχύος Στο σηµείο παροχής µέσα στον πίνακα ισχύος έπρεπε να εγκατασταθούν η µονάδα CMU, ο µετρητής ισχύος και η µονάδα ασύρµατης επικοινωνίας. Ο παλαιός πίνακας δεν διέθετε τον απαιτούµενο χώρο και γι αυτό ένας νέος πίνακας σχεδιάστηκε και εγκαταστάθηκε σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του έργου. 32

33 Σχήµα 3.8, νέος πίνακας ισχύος Σχήµα 3.9, αρχικό σχέδιο του νέου πίνακα 33

34 Στο κάτω αριστερό σκέλος του πίνακα βρίσκεται ο µετρητής ισχύος της.ε.η. Στο κάτω δεξί σκέλος βρίσκονται - διακόπτες και εξοπλισµός προστασίας για τα κυκλώµατα των λαµπτήρων και των µονάδων του ECMS, καθώς και προστασία από υπερτάσεις. - ο µετρητής- αναλυτής ενέργειας για καταγραφή των µεγεθών που µας ενδιαφέρουν (βλ. Παράγραφο 3.3.4) - διακόπτης τριών θέσεων «Manual-0-Auto», που θα ελέγχει τον ηλεκτρονόµο ισχύος ως εξής: θέση 0: Το κύκλωµα είναι OFF θέση Ι: Το κύκλωµα είναι ΟΝ. Τα φωτιστικά τροφοδοτούνται βάσει του ECMS εφόσον βέβαια οι αντίστοιχοι διακόπτες PMS του κάθε πυλώνα είναι στη θέση ΙΙ. θέση ΙΙ: Το κύκλωµα τροφοδοτείται µέσω του υπάρχοντος φωτοκύτταρου. Η θέση αυτή θα επιλέγεται για τον έλεγχο των λαµπτήρων κατά τη διάρκεια της πρωταρχικής περιόδου εγκατάστασης και σε περίπτωση δυσλειτουργίας του ECMS. - τα κυκλώµατα εξόδου προς τους πυλώνες των λαµπών (στην Κρύα Βρύση υπάρχουν δυο κυκλώµατα εξόδου, δεξιά και αριστερά του πίνακα) Σχήµα 3.10, το κάτω µέρος του νέου πίνακα ισχύος 34

35 Στο άνω µέρος του πίνακα βρίσκονται: - Η µονάδα CMU αποτελούµενη από τον ενσωµατωµένο Η/Υ (embedded PC) και τον ποµπό (CMU-MU) - ύο access points (σηµεία πρόσβασης ασύρµατης σύνδεσης) σε ρόλο πελάτη συνδεδεµένα µε αντίστοιχες εξωτερικές κεραίες. Η πρώτη κεραία είναι στραµµένη προς την Κρύα Βρύση για την επικοινωνία µε τη CLU που βρίσκεται εγκατεστηµένη στο κτίριο του δηµαρχείου. Η δεύτερη είναι στραµµένη προς την αντίθετη κατεύθυνση για την µελλοντική επικοινωνία µε τη δεύτερη µονάδα CMU που θα εγκατασταθεί στον πυλώνα Ένα hub µε 4 εισόδους για τοπικό δίκτυο τύπου Ethernet και µια ελεύθερη είσοδος για φορητό υπολογιστή. - Ένα µικρό σύστηµα αδιάλειπτου παροχής ισχύος (UPS) µε ισχύ εξόδου περίπου 100 Watt. Εγκαθίσταται προκειµένου να αποφευχθούν προβλήµατα, ειδικά στον εξοπλισµό ασύρµατης επικοινωνίας εξ αιτίας των στιγµιαίων διακοπών ισχύος ή των βυθίσεων τάσης. Το σύστηµα αυτό παρέχει εφεδρική ισχύ για τη CMU και την ασύρµατη σύνδεση για µερικά λεπτά τουλάχιστον. Η παρεµβολή του UPS ανάµεσα στη CMU, στο ασύρµατο δίκτυο και την τροφοδοσία, µπορεί να δράσει και ως γαλβανική αποµόνωση της γραµµής ισχύος. Σχήµα 3.11, το άνω µέρος του νέου πίνακα ισχύος 35

36 3.3.4 Μετρητής- Αναλυτής ενέργειας Για τη µέτρηση της ενέργειας, ένας τριφασικός αναλυτής ενέργειας τύπου VIP Energy έχει επιλεγεί. Ο αναλυτής έχει εγκατασταθεί στο κύριο πίνακα ισχύος. Ο συγκεκριµένος αναλυτής διαθέτει µέχρι 43 λειτουργίες µέτρησης. Μπορεί να µετρήσει ρεύµατα εντάσεως µέχρι 30 Ampere, εποµένως επιπρόσθετοι µετασχηµατιστές ρεύµατος δεν καθίστανται αναγκαίοι. Ο αναλυτής διαθέτει µια οθόνη για την ανάγνωση των µετρήσεων του ρεύµατος και τρία κουµπιά για να επιλέξει κανείς ανάµεσα σε διαφορετικές µετρήσεις και να ρυθµίσει τη συσκευή. Σχήµα 3.12, πρόσοψη του µετρητή-αναλυτή ενέργειας Η µέθοδος µέτρησης είναι η δειγµατοληψία των βασικών µεγεθών (µέτρο και φάση) µε µια συχνότητα δειγµατοληψίας 1,25 khz, µετατροπή του αναλογικού σήµατος σε ψηφιακό, αποθήκευση των δεδοµένων της δειγµατοληψίας ανά διαστήµατα του µισού δευτερολέπτου και υπολογισµός όλων των υπολοίπων µετρούµενων λειτουργιών. Η ακρίβεια της µέτρησης είναι µεγαλύτερη από 1% και η συσκευή ακολουθεί όλα τα ευρωπαϊκά πρότυπα ασφάλειας. Τα µεγέθη που θα µετρούνται (φασικά και πολικά) από τον αναλυτή ενέργειας θα είναι η τάση, η ένταση του ρεύµατος, η ενεργός και άεργος ισχύς, η φαινόµενη ισχύς και ο συντελεστής ισχύος. Θα µετρούνται επίσης η µέση κατανάλωση ισχύος, η µέγιστη ζήτηση ισχύος καθώς και η εισερχόµενη και εξερχόµενη ισχύς. Ο συγκεκριµένος αναλυτής ενέργειας συνδέεται στη CMU µέσω της σειριακής θύρας RS485 που διαθέτει. Επειδή η CMU διαθέτει θύρα RS232, θα χρησιµοποιηθεί ένας τυπικός µετατροπέας σήµατος RS485/ RS

37 3.3.5 Αντικεραυνική προστασία Η όλη εγκατάσταση προστατεύεται από υπερτάσεις και διαθέτει αντικεραυνική προστασία βάσει των ευρωπαϊκών και παγκόσµιων κανονισµών. Στην ισοδυναµική ράβδο του πίνακα ισχύος συνδέονται: - όλα τα µεταλλικά µέρη του πίνακα - οι απολήξεις των γειώσεων όλου του εξοπλισµού - ο αγωγός γείωσης των γραµµών εξόδου - η αντικεραυνική προστασία της κεραίας ασύρµατης δικτύωσης - η ράβδος γείωσης Αµέσως µετά τον κύριο διακόπτη ισχύος της εγκατάστασης, εγκαθίσταται ένα αντικεραυνικό για τα εισερχόµενα ρεύµατα που οφείλονται στους κεραυνούς. Τα χαρακτηριστικά του αντικεραυνικού αυτού είναι 50 ka ( 10/350 ms) Εγκατάσταση δεύτερης CMU Η δεύτερη CMU πρόκειται να εγκατασταθεί στον πυλώνα 117 σε ένα µεταλλικό κουτί, σταθερά τοποθετηµένο στον πυλώνα. Βάσει του διαγράµµατος, ο εξοπλισµός της δεύτερης CMU είναι: - διακόπτης ισχύος και διακόπτης προστασίας κυκλώµατος για τον εξοπλισµό της CMU - Η CMU αποτελείται από ένα ενσωµατωµένο Η/Υ, ένα ποµπό, φωτοδιόδους για την ένδειξη της κατάστασης της εγκατάστασης, ένα διακόπτη ON/OFF και πιθανόν άλλους διακόπτες για τη ρύθµιση της εγκατάστασης. - Ένα κουτί ασύρµατου σηµείου πρόσβασης (access point) σε ρόλο πελάτη και µια εξωτερική κεραία για την επικοινωνία µε την πρώτη µονάδα CMU στον κεντρικό πίνακα ισχύος - Ένα µικρό UPS µε ισχύ εξόδου γύρω στα 100 Watt Εγκατάσταση της CLU H CLU εγκαθίσταται στο κτίριο του δηµαρχείου, στο γραφείο της «Αναπτυξιακής Εταιρίας Κάµπου Νοµού Πέλλας Α.Ε.», υπεργολάβου της πιλοτικής εγκατάστασης. Ο εξοπλισµός της CLU περιλαµβάνει: 37

38 Σχήµα 3.13, αρχικό σχέδιο της CLU - Τη CLU αποτελούµενη από ένα προσωπικό Η/Υ και έναν εκτυπωτή - Ένα κουτί ασύρµατου σηµείου πρόσβασης (access point) σε ρόλο master και µια εξωτερική κεραία για την επικοινωνία µε το πρώτο CMU στον κύριο πίνακα ισχύος - Ένα UPS µε ισχύ εξόδου 800 Watt Στη CLU περιλαµβάνεται και ένα modem. Με τη βοήθεια αυτού και λογισµικού για τον εξ αποστάσεως έλεγχο, το Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο και η Heletel θα µπορούν να συνδέονται για διαδικασίες συντήρησης, την αναβάθµιση του λογισµικού µε νέες εκδόσεις για να αποκτούν πρόσβαση στα δεδοµένα καταγραφής της κατανάλωσης ενέργειας για περαιτέρω επεξεργασία. 38

39 Παρακάτω δίνονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά του Η/Υ που θα χρησιµοποιηθεί. PC part Specification Case ΑΤΧ midi tower 425W, 2 cooler, PSU with Dual Fan Motherboard Socket 478 for Intel Pentium 4, 800 MHz FSB, Chipset Intel 875P/ICH5R / AGPPro / 6-Channel Audio / 6 Dual channel DDR slots, ECC support, on board : Serial ATA RAID 1 / Network 10/100 LAN / 4 USB2.0 CPU Pentium 4, 3.0 GHz Memory 2 Χ512MB DDR 400Mhz ECC Floppy Floppy Disk 1.44 Graphics adapter 64 ΜΒ, AGP 8x Hard Disk 2 Χ120ΜΒSerial ATA 7200rpm, 8MB cache CD-RW CDRW 52x24x52x, 4MB buffer DVD ATAPI 16x40x Modem Internal 56k V.92 Keyboard Microsoft Internet Keyboard Mouse Microsoft wheel Mouse optical Display 17 LCD Contrast radio 400:1, 250 nits, Viewing angle160/160 Printer Inkjet, 2400 dpi, 6 ppm color 39

40 Κεφάλαιο 4 ο Πολιτικές εξοικονόµησης ενέργειας

41 4.1 Εισαγωγή Ο ψηφιακός µετρητής ενέργειας θα εγκατασταθεί στο σηµείο παροχής της πιλοτικής εγκατάστασης. Ο µετρητής αυτός καταγράφει την ενεργό και άεργο ισχύ, την κατανάλωση ενέργειας, καθώς επίσης και όλα τα βασικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά της εγκατάστασης, όπως η τάση, η ένταση του ρεύµατος και ο συντελεστής ισχύος ανά φάση. Τα στοιχεία που καταγράφει ο µετρητής ενέργειας θα µεταφέρονται σε ψηφιακή µορφή στον ενσωµατωµένο Η/Υ της CMU και από εκεί στην CLU σε καθορισµένα χρονικά διαστήµατα. Στη CLU τα µετρούµενα δεδοµένα θα µεσοποιούνται (πιθανότατα σε τιµές δεκαπεντάλεπτου) και θα αποθηκεύονται σε κατάλληλες βάσεις δεδοµένων για περαιτέρω επεξεργασία. Προκειµένου να υπολογιστεί η εξοικονόµηση ενέργειας, ένας ακριβής υπολογισµός της κατανάλωσης ενέργειας της εγκατάστασης πριν και µετά την εγκατάσταση του ECMS κρίνεται απαραίτητος. 4.2 Πιθανά σενάρια λειτουργίας οδικού φωτισµού της εγκατάστασης ECMS Στην παράγραφο αυτή καλύπτονται τα λειτουργικά χαρακτηριστικά µιας σηµειακά ελεγχόµενης εγκατάστασης οδικού φωτισµού µαζί µε την ποσοτική ανάλυση της αναµενόµενης εξοικονόµησης ενέργειας. Σαν βάση της ανάλυσης θεωρούµε µια τυπική εγκατάσταση οδικού φωτισµού αποτελούµενη από 40 λάµπες των 250 Watt έκαστη. Η συνολική ισχύς της εγκατάστασης είναι : Συνολική Ισχύς Εγκατάστασης= 40*250= Watt Αυτή η εγκατεστηµένη ισχύς µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως βάση για την προσαρµογή των αποτελεσµάτων ανάλυσης της υπάρχουσας εγκατάστασης Τρόπος λειτουργίας πριν την εγκατάσταση του ECMS Οι περισσότερες από τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις οδικού φωτισµού ελέγχονται µε τη βοήθεια φωτοκύτταρων ή χρονικών διακοπτών. Ένας χαρακτηριστικός κύκλος λειτουργίας στις νότιες ευρωπαϊκές χώρες ανάλογα µε την εποχή του χρόνου δίνεται στον παρακάτω πίνακα: 41

42 Χειµώνας ON OFF Σύνολο 15 hrs Άνοιξη ON OFF Σύνολο 13 hrs Φθινόπωρο ON OFF Σύνολο 13 hrs Καλοκαίρι ON OFF Σύνολο 10 hrs Η ακριβείς ώρες έναυσης και σβέσης ποικίλουν από χώρα σε χώρα ανάλογα µε την πραγµατική ώρα ανατολής και δύσης του ήλιου, άλλα η συνολική διάρκεια λειτουργίας µπορεί να θεωρηθεί ότι είναι η ίδια σε όλες τις χώρες κατά τη διάρκεια ενός έτους, όπως φαίνεται και στο σχήµα 4.1: 16:48 ιάρκεια Νύκτας (hrs:min) 15:36 14:24 13:12 12:00 10:48 9:36 Κρύα Βρύση Σάντα Λούτσε Σάντου 8:24 7: Ηµέρα του έτους Σχήµα 4.1, µεταβολή της διάρκειας της νύχτας ανάλογα µε την ηµέρα του έτους για τις τρεις περιοχές εφαρµογής του έργου Η εφαρµογή του συστήµατος ECMS βασισµένο στον ακριβή έλεγχο της κάθε λάµπας ξεχωριστά, επιτρέπει την εφαρµογή διαφορετικών σεναρίων λειτουργίας για την εξοικονόµηση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Τρία προκαταρκτικά σενάρια παρουσιάζονται παρακάτω σε γενικές γραµµές. 42

43 4.2.2 Πρώτο σενάριο λειτουργίας: έλεγχος των στιγµών έναυσης και σβέσης Η λειτουργία του φωτοκύτταρου τείνει να αστοχεί εξ αιτίας κυρίως της σκόνης που συσσωρεύεται στην επιφάνεια του. Το σύστήµα ECMS επιτρέπει τον ακριβή προγραµµατισµό των χρονικών στιγµών έναυσης και σβέσης σύµφωνα µε την ηµεροµηνία, τις στιγµές ανατολής και δύσης του ηλίου, καθώς και συγκεκριµένων τοπικών περιβαλλοντολογικών συνθηκών (οµίχλη, συννεφιά). Ως εκ τούτου, η αναµενόµενη µείωση των ωρών λειτουργίας κατά µια πρόχειρη εκτίµηση δίνεται στον παρακάτω πίνακα: Χειµώνας 1 hr το σούρουπο 1 hr την αυγή Σύνολο 2 hrs λιγότερο. Άνοιξη 45 min το σούρουπο 45 min την αυγή Σύνολο 1,5 hr λιγότερο. Φθινόπωρο 45 min το σούρουπο 45 min την αυγή Σύνολο 1,5 hr λιγότερο. Καλοκαίρι 30 min το σούρουπο 30 min την αυγή Σύνολο 1 hr λιγότερο εύτερο Σενάριο λειτουργίας: Σβήσιµο του 1/3 των λαµπτήρων Κατά τη διάρκεια της νύχτας, οι περισσότεροι επαρχιακοί δρόµοι έχουν πολύ περιορισµένη κίνηση. Μια επιπλέον στρατηγική ελάττωσης της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας είναι το σβήσιµο µερικών λαµπών κατά τη διάρκεια συγκεκριµένων χρονικών περιόδων τη νύχτα. Βάση του σεναρίου αυτού, για κάθε οµάδα τριών διαδοχικών λαµπών, οι δύο παραµένουν αναµµένες, ενώ η τρίτη σβηστή. Το σενάριο αυτό, που µπορεί να εφαρµοστεί κατά τη διάρκεια των ακόλουθων χρονικών περιόδων σύµφωνα µε την εποχή του έτους, οδηγεί σε ανάλογες µειώσεις των χρόνων λειτουργίας, που δίνονται από τον παρακάτω πίνακα: Χειµώνας από 23:00 έως 06:00 Συνολική µείωση 7 hrs Άνοιξη από 24:00 έως 05:00 Συνολική µείωση 5 hrs Καλοκαίρι από 01:00 έως 04:00 Συνολική µείωση 3 hrs Φθινόπωρο από 24:00 έως 05:00 Συνολική µείωση 5 hrs Τρίτο Σενάριο Λειτουργίας: Σβήσιµο των 2/3 των λαµπτήρων Σύµφωνα µε το σενάριο αυτό, µια επιπλέον λάµπα ανά τρεις είναι σβηστή κατά τη διάρκεια χρονικών περιόδων χαµηλής κίνησης τη νύχτα. Τέτοια ελάττωση στο φωτισµό πρέπει να γίνεται µόνο µετά από προσεκτική εξέταση των πραγµατικών συνθηκών κίνησης 43

44 του δρόµου, καθώς µπορεί να προκαλέσει σοβαρά ατυχήµατα εξ αιτίας του οδικού φωτισµού. Για το λόγο αυτό, οι χρονικές περίοδοι κατά τις οποίες εφαρµόζεται το σενάριο αυτό είναι πολύ περιορισµένες, αντιστοιχούµενες σε ορισµένες εργάσιµες ηµέρες, όπως δείχνει ο παρακάτω πίνακας: Χειµώνας από 01:00 έως 05:00 Συνολική µείωση 4 hrs Άνοιξη από 02:00 έως 04:00 Συνολική µείωση 2 hrs Καλοκαίρι από 02:00 έως 03:00 Συνολική µείωση 1 hrs Φθινόπωρο από 02:00 έως 04:00 Συνολική µείωση 2 hrs 4.3 Εξοικονόµηση ηλεκτρικής ενέργειας Η συνολική ισχύς της εξεταζόµενης εγκατάστασης είναι περίπου 10kW. Κατά τη διάρκεια φυσιολογικών συνθηκών λειτουργίας, η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ανά εποχή του χρόνου δίνεται παρακάτω: Χειµώνας 15h Χ 10 kw Χ 90 ηµέρες = kwh Άνοιξη 13h Χ 10 kw Χ 90 ηµέρες = kwh Καλοκαίρι 10h Χ 10 kw Χ 90 ηµέρες = kwh Φθινόπωρο 13h Χ 10 kw Χ 90 ηµέρες = kwh Σύνολο kwh Η εφαρµογή του πρώτου σεναρίου εξοικονόµησης ενέργειας, µειώνει την κατανάλωση ενέργειας σύµφωνα µε τον παρακάτω πίνακα: Χειµώνας 13h Χ 10 kw Χ 90 ηµέρες= kwh Άνοιξη 11,5h Χ 10 kw Χ 90 ηµέρες= kwh Καλοκαίρι 9h Χ 10 kw Χ 90 ηµέρες= kwh Φθινόπωρο 11,5h Χ 10 kw Χ 90 ηµέρες= kwh Σύνολο kwh Εξοικονόµηση = = kwh/έτος ή 11.76% Η εφαρµογή του δευτέρου σεναρίου επιφέρει µια επιπλέον εξοικονόµηση στην καταναλισκόµενη ενέργεια, η οποία αναµένεται να είναι: 44

45 Χειµώνας 7h Χ 10 kw Χ (1/3)X 90 ηµέρες = kwh Άνοιξη 5h Χ 10 kw Χ (1/3)X 90 ηµέρες = kwh Καλοκαίρι 3h Χ 10 kw Χ (1/3)X 90 ηµέρες = 900 kwh Φθινόπωρο 5h Χ 10 kw Χ (1/3)X 90 ηµέρες = kwh Συνολική εξοικονόµηση = kwh/ έτος ή 13.07% Τέλος, η εφαρµογή του τρίτου σεναρίου επιφέρει µια επιπλέον ελάττωση της καταναλισκόµενης ενέργειας: Χειµώνας 4h Χ 10 kw Χ (1/3)X 90 ηµέρες = kwh Άνοιξη 2h Χ 10 kw Χ (1/3)X 90 ηµέρες = 600 kwh Καλοκαίρι 1h Χ 10 kw Χ (1/3)X 90 ηµέρες = 300 kwh Φθινόπωρο 2h Χ 10 kw Χ (1/3)X 90 ηµέρες = 600 kwh Συνολική εξοικονόµηση = kwh ή 5.88% Η αναµενόµενη συνολική ετήσια εξοικονόµηση κατανάλωση ενέργειας µπορεί να ελαττωθεί έως και κατά kwh, ποσό το οποίο αντιστοιχεί στο 30,71% της συνολικής κατανάλωσης της εγκατάστασης πριν από την εγκατάσταση του ECMS. Θεωρώντας τυπική απόσταση µεταξύ των πυλώνων των λαµπτήρων τα 30 µέτρα, η εξεταζόµενη εγκατάσταση οδικού φωτισµού καλύπτει συνολική απόσταση µήκους 1,2 χιλιοµέτρων. Γι αυτό, η αναµενόµενη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας µπορεί να µειωθεί κατά kwh ανά χρόνο και ανά χιλιόµετρο εγκατάστασης οδικού φωτισµού, (εφόσον µιλούµε για λάµπες των 250 Watt). Τα παραπάνω αποτελέσµατα συνοψίζονται στον παρακάτω πίνακα: Λειτουργικά σενάρια ECMS και αναµενόµενη εξοικονόµηση ενέργειας (τιµές ανά έτος) Αρχική Κατανάλωση kwh ανά εγκατεστηµένο kw KWh ανά km δρόµου (λάµπες 250W) Εξοικονόµηση (kwh) Εξοικονόµηση (kwh) % Πρώτο λειτουργικό σενάριο ,7 εύτερο λειτουργικό σενάριο ,1 Τρίτο λειτουργικό σενάριο ,9 Σύνολο ,7 45