DE102012222652A1

DE102012222652A1 - Verfahren zur Vermeidung von Störfällen in Straßenbeleuchtungssystemen

Info

Publication number: DE102012222652A1
Application number: DE201210222652
Authority: DE
Inventors: Carl Udo Maier; Nazar Rasul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-12

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Regeleinheit zur Vermeidung von Störfällen in Straßenbeleuchtungssystemen, insbesondere zur Vermeidung von Stromspitzen beschrieben, wobei mindestens zwei Straßenlampen eines Straßenbeleuchtungssystems, die mit Leuchtmitteln ausgestattet sind, jeweils zeitlich versetzt ein- oder ausgeschaltet werden, wobei für die mindestens zwei Straßenlampen charakteristische elektrische Kennlinien aufgenommen werden, und eine Auswertung der Kennlinien beim Ein- oder Ausschalten in Bezug auf die Erkennung eines Störfalles durchgeführt wird. Eine Regeleinheit zur Regelung des Ein- oder Ausschaltvorganges von Straßenlampen in Straßenbeleuchtungssystemen, regelt derart, dass eine Vermeidung von Störfällen in Straßenbeleuchtungssystemen, insbesondere eine Vermeidung von Stromspitzen, geschieht, wobei die Regeleinheit mindestens zwei Straßenlampen eines Straßenbeleuchtungssystems, die mit Leuchtmitteln ausgestattet sind, jeweils zeitlich versetzt zum Ein- oder Ausschalten ansteuert.

Description

Die Erfindung betrifft Straßenbeleuchtungen, die Teil einer Straßenausstattung sind und der künstlichen Beleuchtung von Straßenflächen oder Freiräumen dienen.
Ein wesentliches Ziel der modernen Straßenbeleuchtung ist es, als Bestandteil der allgemeinen öffentlichen Sicherheit die Verbesserung der Verkehrssicherheit für alle Verkehrsteilnehmer bei Dunkelheit zu gewährleisten. Die Art und Intensität der Straßenbeleuchtung soll daher der Umgebung optimal angepasst werden. Die Auslegung der Straßenbeleuchtung ist in der Regel in Richtlinien und Normen beschrieben.
Die Ein- oder Ausschaltung von Straßenbeleuchtungen kann auf unterschiedliche Weise vorgenommen werden. Dies geschieht durch den Einsatz von Schaltern, die sowohl zentral als auch dezentral positioniert werden. Die Ansteuerung kann mittels Tonfrequenz oder durch Funksteuersignale geschehen. Weiterhin ist der Einsatz von Zeitschaltuhren oder die Steuerung mittels eines Telefonanrufes denkbar. Mit einem Lichtsensor oder Dämmerungsschalter kann die Initialisierung des Ein- oder Ausschaltens eines Straßenbeleuchtungssystems automatisch geschehen.
Der Anschluss der Straßenbeleuchtung an das elektrische Versorgungsnetz kann ebenfalls auf verschiedene Arten ausgeführt sein. Am weitesten verbreitet ist der Anschluss über ein separat verlegtes Beleuchtungskabel, welches mit der allgemeinen Stromversorgung verbunden ist. Ebenfalls möglich ist eine akku-gepufferte Versorgung mit Solarenergie die sich aus Gründen zur Schonung der Umwelt anbietet.
Die Anordnung der Beleuchtung und die Aufteilung der Lichtintensität bei der Planung der Straßenbeleuchtung spielen eine wesentliche Rolle. Hauptsächlich müssen die entsprechenden Richtlinien und Normen eingehalten werden. In einer Stadtumgebung sind die Rahmenbedingungen für die optimierte Beleuchtung sehr unterschiedlich. Abhängigkeiten sind insbesondere gegeben durch die Höhe des Verkehrsaufkommens, einen Fußgängerverkehr am Fahrbahnrand, Abschattung durch Gebäude, Straßenbreite, Dynamik des Straßen- und Fußgängerverkehr usw. Die Anpassung der Lichtverteilung der Straßenbeleuchtung unter Berücksichtigung sämtlicher Einflussgrößen ist nicht möglich. Weiterhin ist eine Vermeidung von allgemeinen Störungen der Beleuchtung wie Abschattung oder Reflektion oder Blindeffekte, die auf Verkehrsteilnehmer einwirken, nicht umfassend möglich. Zudem ist eine Vermeidung sämtlicher möglicher Lichtstörungen und Blindeffekte, die auf den Verkehrsteilnehmer einwirken, nicht realisierbar.
Bisher werden Straßenlampen größtenteils gleichzeitig innerhalb eines bestimmten Bereichs eingeschaltet. Damit können kurzfristig Stromspitzen im Stromnetz auftreten, die das Stromnetz und die Leuchtmittel stark belasten.
Wartungsarbeiten an einem Straßenbeleuchtungssystem werden in Routinekontrollen stichpunktartig durchgeführt. Somit kann bei Ausfall von Leuchtmitteln eine längere Ausfallzeit bis zur nächsten Wartung auftreten. Bisher könnte eine Abhilfe durch einen erhöhten Wartungsaufwand, beispielsweise mit kleineren, zahlreicheren Wartungsintervallen/Wartungen geschaffen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Regelung bereitzustellen, um in Straßenbeleuchtungssystemen Störfälle zu vermeiden. Es sollen insbesondere Stromspitzen vermieden werden, welche hauptsächlich für Defekte an Leuchtmitteln von Straßenlampen beteiligt sind.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die jeweilige Merkmalskombination der Hauptansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Vermeidung von Stromspitzen im Versorgungsnetz von Straßenbeleuchtungssystemen erzielbar ist, indem die entsprechenden Straßenlampen zeitlich definiert hintereinander ein- oder ausgeschaltet werden. Durch diese Vorgehensweise wird zunächst keine für das Straßenbeleuchtungssystem schädliche große Energiemenge zu einem einzigen Zeitpunkt gezogen. Vielmehr wird nach und nach die notwendige Energie, die zur Versorgung jeder einzelnen Straßenlampe notwendig ist, angefordert. Insgesamt werden Stromspitzen dadurch vermieden, da sukzessive für jede nach und nach zugeschaltete Straßenlampe die Anforderung oder Bereitstellung der Energie stufenweise ansteigt. Für einen Ausschaltvorgang gelten die umgekehrten Abläufe.
Es ist besonders vorteilhaft für Ein- oder Ausschaltvorgänge elektrische Kennlinien aufzunehmen. Diese können beispielsweise den fließenden Strom, die anliegende Spannung oder die Leistung über die Zeit darstellen. Die elektrischen Kennlinien werden hinsichtlich des Auftretens von Störfällen ausgewertet. Ein Störfall ist beispielsweise der Ausfall eines Leuchtmittels. Dies lässt sich durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise durch Auflösung der Zeitkonstanten der jeweils gemessenen elektrischen Größe erkennen und auch lokalisieren. Auf jeden Fall kann durch die Kenntnis der Einschaltzeit einer bestimmten Straßenlampe in Verbindung mit der Kennlinie dieser Straßenlampe festgestellt werden, ob das Leuchtmittel eine Stromaufnahme aufweist oder nicht, also ein Störfall vorliegt. Gleichzeitig ist die Lokalität der Straßenlampe eindeutig bekannt.
Je nach Auslegung eines Straßenbeleuchtungssystems können einzelne Straßenlampen sukzessive hintereinander oder auch in kleinen Gruppen hintereinander ein- oder ausgeschaltet werden. So kann beispielsweise eine Zeitersparnis ausgenutzt werden, wenn eine kleine Gruppe von Straßenlampen, die jeweils durch geringe Leistungsaufnahme charakterisiert sind, kein kritisches Ein- oder Ausschaltverhalten aufweisen, so dass eine Gruppierung ohne weiteres erfolgen kann.
Eine weitere vorteilhafte Vorgehensweise beim Ein- oder Ausschalten von Straßenlampen sieht vor, dass eine bestimmte Reihenfolge bei der Ein- oder Ausschaltung eingehalten wird.
Weiterhin können an einzelnen Straßenlampen Kontrolleinheiten integriert sein. Es ist möglich, dass die Kontrolleinheit nach dem Ein-/Aus-Schalten der zugeordneten Straßenlampe die Entscheidung übernimmt welche Straßenlampe als nächstes eingeschaltet oder ausgeschaltet wird. Die Basis hierfür kann ein Vergleich zwischen mehreren Kennlinien entsprechend mehrerer Straßenlampen sein.
Zum Betrieb eines Straßenbeleuchtungssystems ist es insbesondere vorteilhaft, elektrische Werte von mindestens zwei Straßenlampen in eine Auswerteeinheit zu übertragen, diese Daten zur Aufstellung einer Kennlinie je Straßenlampe zu verwenden, so dass eine Kennlinie direkt zu einer Detektion von Störfällen ausgewertet werden kann.
Aus regelmäßig im Betrieb eines Straßenbeleuchtungssystems aufgenommenen elektrischen Werten können vorzugsweise Abschätzungen über zu erwartende Lebensdauer von Leuchtmitteln oder ähnliches aufgestellt werden.
Eine Regelung des Straßenbeleuchtungssystems ergibt die Vorteile, dass der Vergleich von Betriebsmessungen mit vorhandenen gespeicherten idealen Kennlinien oder Messwerten für ein optimales Management des Systems zur Verfügung steht.
Im Folgenden werden anhand der schematischen begleitenden die Erfindung nicht einschränkenden Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel für zeitliches versetztes automatisiertes Ein- oder Ausschalten von Straßenlampen,
2 zeigt ein Beispiel für zeitlich versetztes automatisiertes Einschalten mit der Möglichkeit einer Identifizierung von Störfällen und deren Lokalisierung mit einer Profilanalyse.
1 zeigt ein Diagramm in dem auf der Abszisse die Zeit eingetragen ist und auf der Ordinate entweder der Strom, die Spannung oder die Leistung in einem Straßenlampensystem. Unter der Abszisse sind jeweils Straßenlampen 1, 2, 3, 31, 21, 11 positioniert. Diese Straßenlampen jeweils einer Energiestufe zugeordnet, die in Form einer Kurve stufenförmig an- oder absteigt. Der gerade Kurvenverlauf parallel zur Abszisse zeigt, dass jede der Straßenlampen in der Einschaltphase 6 oder in der Ausschaltphase 7 korrekt funktioniert. Die Abszisse ist mit dem Bezugszeichen 5 versehen und die Ordinate mit dem Bezugszeichen 4.
2 zeigt eine weiterentwickelte Szene auf der Basis der 1, wobei die Einschaltphase 8 und die Ausschaltphase 9 jeweils eine defekte Straßenlampe 22, 212 beinhalten. Die in 2 dargestellte Kurve, beispielsweise Strom I als Funktion der Zeit t, erweist einen Kurvenverlauf für die Straßenlampen 1, 3 und 31, 11 auf, der annähernd gerade und parallel zur Abszisse 5 verläuft. Somit sind diese Straßenlampen in korrektem Betriebszustand. Lediglich die jeweils mittlere in der Einschaltphase 8 und in der Ausschaltphase 9 dargestellte Straßenlampe 22, 212 zeigt einen Störfall, da kein geradliniger stufenförmiger Kurvenverlauf ausgebildet ist, sondern ein unregelmäßiger Verlauf der Strom/Zeit-Kurve vorliegt. Die in der Einschaltphase 8 bzw. in der Ausschaltphase 9 defekte Straßenlampe ist in 2 jeweils durch einen Pfeil kenntlich gemacht.
Durch Nutzung von zeitlich definiertem sukzessivem Ein- oder Ausschalten von Straßenlampen in einem Straßenbeleuchtungssystem werden Störfälle aufgrund von Stromspitzen vermieden. Das beruht darauf, dass jede einzelne Straßenlampe für sich beim Ein- oder Ausschalten einen bestimmten Leistungsbetrag fordert oder abgibt. Es wird nicht zu einem einzigen Zeitpunkt ein Leistungsbedarf für eine Vielzahl von Straßenlampen erforderlich sein, so dass eine Stromspitze auftreten könnte.
Durch die automatisierte Ansteuerung des Ein- oder Ausschaltens, beispielsweise durch integrierte Kontrolleinheiten an den Straßenlampen, können Straßenlampensysteme flexibel die zeitliche Verzögerung eines Schaltprofils durchführen oder auslösen.
Die elektrischen Kenngrößen beim Ein- oder Ausschalten werden gemessen und zu einer Auswerteeinheit übertragen. Schädliche Stromspitzen im Netz werden vermieden und somit ungewollte Schwankungen im Stromnetz verhindert. Dies führt zur Stabilität des Stromnetzes bei Straßenbeleuchtungssystemen, wodurch Leuchtmittel insgesamt eine höhere Lebensdauer erfahren.
In Kombination mit einer automatisierten Auswertung von Ein- oder Ausschaltprofilen wird mit entsprechender Auswertelogik der Stromverlauf zeitlich aufgelöst für jede einzelne Lampe dargestellt. Damit lässt sich der Ausfall einer Straßenlampe feststellen und somit auch lokalisieren.
Bei einer Auflösung der Zeitkennlinie der elektrischen Größe, aufgetragen an der Ordinate 4 in 1 und 2, können Abweichungen des idealen Kurvenverlaufs dargestellt werden; 2. So kann die Art der auftretenden Fluktuation je nach Verlauf dazu benutzt werden, um Vorhersagen über die Art einer Störung zu treffen. Es kann beispielsweise eine Abschätzung über die noch zu erwartende Lebensdauer eines Leuchtmittels getroffen werden. Damit lassen sich bedarforientiert Wartungspläne entwickeln, die nicht in festen Abständen, sondern in bedarfsorientierten Abständen auf der Basis von erkannten Störfällen eingerichtet werden.
Bei der Straßenbeleuchtung entstehen bei gleichzeitigem Ein- oder Ausschalten der Straßenbeleuchtung in einer Stadt kurzfristig hohe Stromspitzen. Diese belasten das Stromnetz und führen zu Fluktuationen verschiedener Art. Dies kann zu Störfällen mit einem finanziellen Schaden führen. Zu dem entstehen unnötige Wartungsarbeiten aufgrund mangelnder Informationen über die einzelnen Lampen. Durch bleibt das automatisierte zeitlich aufgelöste Ein- oder Einschalten der Straßenlampen werden Stromspitzen im Netz vermieden und es können für jede Lampe charakteristische elektrische Kennlinien aufgenommen werden, die es erlauben Zustand und Vorhersagen für die Lampen zu treffen. Insgesamt werden Straßenbeleuchtungssysteme durch die Maßnahmen der Erfindung stark optimiert.

Claims

Verfahren zur Vermeidung von Störfällen in Straßenbeleuchtungssystemen, insbesondere zur Vermeidung von Stromspitzen, wobei mindestens zwei mit Leuchtmitteln ausgestattete Straßenlampen (1, 2, 3) des Straßenbeleuchtungssystems zeitlich versetzt eingeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei mit Leuchtmitteln ausgestatteten Straßenlampen (1, 2, 3, 31, 21, 11) eines Straßenbeleuchtungssystems, zeitlich versetzt ein- oder ausgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei – für die mindestens zwei Straßenlampen charakteristische elektrische Kennlinien aufgenommen werden, und – eine Auswertung der Kennlinien beim Ein- oder Ausschalten in Bezug auf die Erkennung eines Störfalles ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Gruppierung der mindestens zwei Straßenlampen (1, 2, 3, 31, 21, 11) zu kleinen Gruppen von Straßenlampen vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die mindestens zwei Straßenlampen oder kleinen Gruppen von Straßenlampen in einer vorgegebenen Reihenfolge ein- oder ausgeschaltet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur automatischen Ansteuerung der mindestens zwei Straßenlampen oder kleinen Gruppen von Straßenlampen Kontrolleinheiten an diesen integriert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Ein- oder Ausschalten einer Straßenlampe entschieden wird, welche Straßenlampe als nächste ein- oder ausgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektrische Werte der mindestens zwei Straßenlampen (1, 2, 3, 31, 21, 11) beim Ein- oder Ausschalten gemessen und zu einer Auswerteeinheit übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Stromverlauf für jede Straßenlampe zeitlich aufgelöst dargestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Störfall an einer Straßenlampe (22, 212) entsprechend einer Auflösung der Zeitkonstanten der jeweils gemessenen elektrischen Größe erkannt wird und lokalisierbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf Basis der im Betrieb gemessenen Werte Abschätzungen über die zu erwartende Lebensdauer von Leuchtmitteln der mindestens zwei Straßenlampen getroffen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Betriebsmessungen regelmäßig durch den Vergleich mit gespeicherten Soll-Kennlinien der mindestens zwei Straßenlampen ausgewertet werden.
Regeleinheit zur Regelung des Ein- oder Ausschaltvorganges von Straßenlampen in Straßenbeleuchtungssystemen, derart, dass eine Vermeidung von Störfällen in Straßenbeleuchtungssystemen, insbesondere eine Vermeidung von Stromspitzen, geschieht, wobei die Regeleinheit mindestens zwei Straßenlampen eines Straßenbeleuchtungssystems, zeitlich versetzt beim Ein- oder Ausschalten ansteuert.
Regeleinheit nach Anspruch 11, wobei – für die mindestens zwei Straßenlampen charakteristische elektrische Kennlinien gespeichert sind, und – eine Auswertung der Kennlinien beim Ein- oder Ausschalten in Bezug auf die Erkennung eines Störfalles durch einen Vergleich mit bekannten Kennlinien ausführt.
Regeleinheit nach Anspruch 13, wobei diese elektrische Werte der mindestens zwei Straßenlampen beim Ein- oder Ausschalten misst und zu einer Auswerteeinheit überträgt.