Systém ovládania osvetlenia cestných tunelov

 

Dnes sa riadením osvetlenia vybavujú všetky tunely v Európe. Riadenie sa ovláda na základe merania jasu pred portálmi tunela. Rozhodujúcim faktorom adaptačného osvetlenia za portálmi tunela je skutočná hodnota jasu približovacieho pásma L_{20 ist} (Istwert). Požadovaná hodnota jasu povrchu vozovky L_{fe soll} (Sollwert) za portálmi tunela je potom priamo úmerná veľkosti jasu L_{20 ist}. Činiteľ k_ist = L_{fe soll}/L_{20 ist}, ktorý zohľadňuje návrhovú rýchlosť v tuneli a spôsob adaptačného osvetlenia (protismerné alebo symetrické), je riadiacou veličinou. Prejazdové osvetlenie tunela sa ovláda v závislosti od času:

• deň – všetky svietidlá sú zapnuté bez redukcie výkonu,
• noc – všetky svietidlá sú zapnuté s redukovaným výkonom na 50 %.

Regulácia osvetlenia

Kritériom na reguláciu osvetlenia je rozdiel medzi požadovanou hodnotou jasu povrchu vozovky L_{fe soll} a jeho skutočnou hodnotou L_{fe ist}. Na správne vyhodnotenie skutočných hodnôt jasu povrchu vozovky L_{fe ist}, treba merať jas druhým jasomerom umiestneným v tuneli. Regulácia osvetlenia rešpektuje znečistenie svietidiel, povrchu vozovky a stien tunela a pokles svetelného toku svetelných zdrojov v danom čase.

Kontrolné jasomery

Určovanie hodnôt jasu povrchu vozovky L_fe za portálmi závisí od veľkosti jasu L20, ktorý sa s dostatočnou početnosťou vyskytuje v priebehu roka. Veľkosť jasu L20 sa určuje v denných hodinách zo vzdialenosti celkovej brzdnej dráhy pred vjazdom do tunela. Umiestnenie a orientácia jasomeru Lu pred portálmi tunela by mala byť rovnaká ako pri analýze jasu L20 pri návrhu osvetlenia. Z hľadiska údržby má byť však jasomer typ LUCI *L20* inštalovaný na pravej strane vo výške asi 4,5 m nad vozovkou. Takto nameraná hodnota je však odlišná od jasu pozorovaného vodičom. Raz za rok sa preto zisťuje korekčný súčiniteľ. Jasomer Lu zisťuje priemernú hodnotu jasu v otvorovom uhle 20°. Odchýlka relatívnej spektrálnej citlivosti od funkcie V (λ) sa koriguje, napríklad pri veľmi nízkom odpore (maximálne 475 Ω) v rozsahu 0 až 10 000 cd/m² vhodným elektrickým zapojením. Vo všeobecnosti sa uvažuje o umiestnení jasomera LUCI *L20* v pásme –30 °C až +70 °C. V prípade, že nastane výpadok jedného jasomera Lu, preberá jeho funkciu jasomer pri druhom portáli alebo astronomické hodiny.

Druhý jasomer Le typ LUCAS *L20* sa má inštalovať za portálmi tunela vo vzdialenosti asi 25 m rovnobežne s pozdĺžnym smerom. Jeho merací rozsah je 0 až 250 cd / m². Aj tu sa vyžaduje korekčný súčiniteľ. Pri výpadku jasomera Le sa adaptačné osvetlenie ovláda jasomerom Lu. Ak nastane porucha systému, regulácia osvetlenia pokračuje podľa posledného scenára ovládania osvetlenia.

Systém na ovládanie osvetlenia

Systém na ovládanie osvetlenia vlastne integruje kontrolné jasomery – snímajú množinu vstupných dát L_{20 ist} a L_{fe ist} – a svietidlá – výstupné členy zabezpečujúce v priebehu dňa a noci bezpečnosť, plynulosť a zrakovú pohodu užívateľov tunela obdobnú, ako na priľahlých úsekoch verejného dopravného priestoru, pri rešpektovaní dovolenej rýchlosti vozidiel v tuneli do jedného celku.

Tento systém musí byť navrhnutý individuálne na mieru podľa kategórie tunela. Jeho úlohou je zabezpečiť efektívne adaptačné osvetlenie vjazdového a výjazdového pásma, prejazdové osvetlenie, núdzové osvetlenie a požiarne núdzové osvetlenie.

Softvér na ovládanie osvetlenia

Celý systém na ovládanie osvetlenia sa riadi pomocou softvéru, ktorý by mal byť nastavený tak, aby manipulácia s ním bola prehľadná a nenáročná. Odporúča sa obrazovka s dotykovým panelom a logickým členením (obr. 1). Softvér na ovládanie osvetlenia musí plniť niekoľko základných funkcií a musí vedieť spracovávať a vyhodnocovať aktuálne namerané informácie. Pracovať s ním môže preto iba autorizovaná osoba a systém je zabezpečený heslom.

Základné funkcie systému

Efektívne riadenie osvetlenia tunela prispôsobuje intenzitu jasu v rúre aktuálnej potrebe. Inteligentné systémy pritom zohľadňujú nielen intenzitu slnečného jasu pred portálom tunela, ale aj stav znečistenia v tuneli. Softvér na ovládanie osvetlenia je napojený na kontrolné jasomery, ktoré merajú vstupné parametre. Po ich vyhodnotení potom systém zvolí najvhodnejší regulačný stupeň. Počet regulačných stupňov sa určuje pre každý tunel samostatne, na základe presných výpočtov, ktoré zohľadňujú jeho vlastnosti a špecifiká.

Regulácia musí byť nastavená tak, aby nedochádzalo k zbytočnému krátkodobému prepínaniu regulačných stupňov. Čas nábehu alebo znovuzapálenia používaných vysokotlakových sodíkových výbojok sa pohybuje na úrovni niekoľkých minút. Dĺžka ich života závisí od počtu zapnutí. Preto sa požaduje krátkodobé zmeny spôsobené mrakmi zanedbať, ale rýchla zmena L_{20 ist} spôsobená východom alebo západom slnka má vyvolať reakciu v dostatočne krátkom čase (požadovaný čas cyklu je 3 minúty).

Systém vyhodnocovania vstupných parametrov pracuje automaticky. Ponúka však aj možnosť ručného nastavenia (obr. 2). Táto možnosť sa používa pri kalibrácii systému vykonávanej jedenkrát ročne alebo pri výnimočných udalostiach, akou je napríklad zlyhanie jasomerov (napríklad pri požiari).

Obr. 1 Ukážka obrazovky softvéru na ovládanie osvetlenia		Obr. 2 Ručné nastavenie systému má softvér v samostatnom dialógovom okne

Príprava grafov a tabuliek pre štatistickú analýzu

Ďalšou dôležitou funkciou softvéru je štatistické spracovanie nameraných dát osvetlenia tunela (obr. 3). Vizuálne grafické užívateľské rozhranie sa pri každej zmene počas doby cyklu automaticky aktualizuje (obr. 4). Na vytvorenie tabuliek a grafov treba do systému zadať smer jazdy, dátum a reálny čas.

Obr. 3  Softvér ponúka informácie o aktuálnom stupni regulácie a možnosť ich štatistického vyhodnotenia		Obr. 4  Užitočné je zobrazenie prevádzkových hlásení. Možno si tak pozrieť zoznam so všetkými potvrdenými alebo nepotvrdenými hláseniami

V grafoch a tabuľkách sa vyhodnocuje napríklad monitoring prevádzkových hodín jednotlivých regulačných stupňov počas dňa závislý od pomeru jasu medzného a približovacieho pásma k_ist alebo hodnoty jasu približovacieho pásma Lu a za portálom tunela Le. Na základe vyhodnotenia monitoringu možno prehodnotiť efektívnosť navrhnutých regulačných stupňov a ich aplikovanie počas prevádzky tunela. V prípade, že niektorý regulačný stupeň sa nevyužíva alebo, naopak, sa zistí potreba ďalšieho stupňa, možno počet regulačných stupňov upraviť.

Ďalším parametrom, ktorý sa štatisticky sleduje, je hodnota jasu približovacieho pásma Lu a jasu za portálom tunela Le (obr. 5). Údaj je teoretický denný priemer určený každú hodinu.

Obr. 5  Graf znázorňujúci hodnotu jasu približovacieho pásma Lu a jasu za portálom tunela Le . Lu – hodnota jasu približovacieho pásma, Le – hodnota jasu za portálom tunela, % – odchýlka od požadovanej hodnoty

Pomocou grafov a tabuliek možno tiež vyhodnocovať početnosti výskytu jasu približovacieho pásma Lu v danom čase, vyťaženie regulačných stupňov v hodinách a počet prepnutí s v danom časovom úseku. Dôležité je sledovať aj vývoj hodnoty jasu približovacieho pásma Lu, skutočnú hodnotu jasu za portálom tunela Le_ist a požadovanú hodnotu Le_soll. Na základe percentuálneho údaja možno potom stanoviť efektívnosť ovládania osvetlenia v tuneli.

Praktické informácie o efektívnosti prevádzky osvetlenia v tuneli prináša analýza akosti ovládania prevádzky osvetlenia tunela cez deň, najmä keď svieti slnko. Oproti iným nákladovým položkám je obmedzenie spotreby elektrickej energie riadením a reguláciou osvetlenia vo vnútri tunela najjednoduchšou cestou k zníženiu prevádzkového finančného zaťaženia investora.

Záver

V zavádzaní systému na reguláciu a riadenie osvetlenia v tuneloch je najväčším nedostatkom skutočnosť, že požiadavky na ovládanie osvetlenia tunela sa pri absencii európskej normy neriešia na Slovensku v samostatnom predpise. Na projektovanie zmien ovládania osvetlenia už existujúcich tunelov (ide o tunely Branisko, Horelica a Sitina) bude potrebné ešte pred prijatím európskej normy využívať rakúske, nemecké a švajčiarske smernice a normy. Tým by sa projektantovi tunelov dostal do rúk nástroj, pomocou ktorého by dokázal navrhnúť ovládanie osvetlenia s primeranými nákladmi na napájanie elektrickou energiou a s optimálnou úrovňou bezpečnosti cestnej premávky v tuneli. Takáto koncepcia ovládania osvetlenia na základe aktuálneho stavu poznania v stredoeurópskom priestore bola navrhnutá a realizovaná v tuneli Lučivná (Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 1/2008).

prof. Ing. Pavol Horňák, DrSc., Ing. Detlef Woelbern
Obrázky: Ing. Detlef Woelbern

Pavol Horňák je zakladateľom študijného zamerania svetelná technika na FEI STU v Bratislave. Pôsobil ako učiteľ na univerzitách v Moskve, Ilmenau (Nemecko), Sofii, Poznani, Varšave a Bialystoku. V súčasnosti sa podieľa na expertíznej činnosti akreditovaných certifikačných ústavov v zahraničí a činnosti technických komisií SÚTN v oblasti svetelnej techniky. Je držiteľ Certifikátu znalca pre osvetlenie, vydaného DIAL
v Lue­­denscheide (Nemecko). Bol poradcom NDS, a. s., pre osvetlenie tunelov Sitina a Lučivná, pripomienkoval súťažné podklady pre osvetlenie tunela Bôrik. Spolupracoval pri riešení mnohých projektov osvetlenia tunelov doma aj v zahraničí.

Detlef Woelbern založil v roku 1992 firmu Wal Messe- und Regelsysteme GmbH, zameranú na aktuálne problémy potravinárskeho priemyslu a odpadového hospodárstva. V roku 1997 vznikla jeho pričinením dcérska firma ELECTRIC – SPECIAL Photronicsysteme, GmbH, zabezpečujúca ovládanie osvetlenia cestných tunelov.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 2/2008.