#25 H Vasilev et al-2014.doc

Препис

1 Български Национален Комитет по Осветление Bulgarian National Committee on Illumination XV Национална конференция с международно участие BulLight / България Светлина Юни 2014, Созопол, България СИСТЕМА ЗА ЕЛЕКТРОЗАХРАНВАНЕ И ОСВЕТЛЕНИЕ НА ТУНЕЛИ ХРИСТО ВАСИЛЕВ - ДЕНИМА 2001, ВЪЛЧАН ГЕОРГИЕВ - ТУ-СОФИЯ, ГАНЧО ГАНЧЕВ - ДЕНИМА 2001, ПЕТЪР МАНОИЛОВ ТУ-СОФИЯ SUPPLIER SYSTEM AND ILLUMINATION OF TUNNELS Hristo Vassilev, Gancho Ganchev - Denima 2001Ltd, Petar Manoilov-TU Sofia, Atanas Sgurev-Denima 2001Ltd Abstract PV supplier system and illumination of tunnels is consider in present paper. The estimation of the necesary power for the illumination system, evacuation system and different systems for control and and traffic-control,is is calculated. The necessery energy is provided by PV batteries mounted in front of the tunnel entrance.actually hybrid system with PV and diesel generator is accepted.special measured for decrease of daily luminanace in treshold and transition zones are reccommended Keywords: tunnel lightingpvbatteries, LED luminaires ВЪВЕДЕНИЕ Целта на добре изпълненото тунелно осветление е да гарантира, че зрителното възприятие на шофьорите ще се поддържа нормално и денем и нощем, за избягване на неочаквани изменения в нивата на осветление при влизане и излизане от тунела. През нощта нивото на осветеност в тунела трябва да бъде постоянно и еднакво на нивото на пътя, водещ към тунела. Обаче, когато там има високо ниво на осветеност на външното осветление през деня, е необходимо да се повиши нивото на яркост на входа на тунела главно за да се избегне ефекта на «черната дупка», а така и до намаление на зрителното възприятие. При изхода на тунела нивото на яркост трябва също да нараства, за да се избегне причината за заслепяване от външната светлина. Когато шофьорите влизат в тунела през деня те се срещат с два проблема на зрителната адаптация. Първият проблем, е пространствената адаптация. Зрителното поле на шофьорите вън от тунела е много широко: то съответства на зрителното поле, което предоставя предното стъкло на колата. С наближаване на тунела и с навлизането в тунела се очертава по-малка част от зрителното поле. Когато шофьорът наближава тунела, неговото зрително поле се стеснява и се ограничава до ъгъл, съответстващ повече или по-малко на отвора на входа на тунела т.е. около 2 градуса. Има и втори проблем, който се наслагва върху първия проблем: времева зрителна адаптация. При навлизане в тунела шофьорите изведнъж преминават от високо ниво на яркост т.е. денем към много ниско ниво на яркост вътре в тунела. Следователно очите се нуждаят от време за адаптация. През това време превозните средства се движат на дистанции, които са поголеми за по-високата скорост. Ако тази адаптация не се реализира, водачите губят видимостта на възможните препятствия върху пътя и безопасността на трафика не може да бъде гарантирана дълго. В същото време, когато се приближава входа на тунела, средната яркост на зрителното поле на водача намалява и в рамките на това зрително поле, частта на пространството, заето от входа на тунела, нараства с приближаването на водача. ИЗЛОЖЕНИЕ Фиг. 2.Тунелът във входната зона се,,,разглежда на няколко участъка, които влияят върху зрителното възприятие на водачите Фиг. 1 Яркост на пътното платно в отделните зони: входна зона, преходна зона и вътрешна зона на тунела 100

2 С цел да се неутрализира ефекта от тези две стресови ситуации, първата част от тунела, наречен преходна зона, е силно осветена на разстояние, равно на безопасния спирачен път и дори по-вече. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-дълъг е безопасния спирачен път. Благодарение на това силно осветление в преходната зона на тунела, водачът трябва да вижда възможни препятствия, разположени вътре в тунела, докато е още във външната страна на тунела. Дългите тунели се класифицират по факторите, влияещи върху зрителната и психологична адаптация на водача на автомобила съгласно критериите, изложени в [2]: интензивност на трафика малка, средна, голяма; еднопосочно или двупосочно движение; тип на трафика смесен (пешеходци и автомобили), моторизиран с над 15% товарни автомобили, моторизиран с под 15% товарни автомобили; светлинно насочване добро или лошо, съобразно облекчаването на зрителната задача при шофиране чрез осветители във вид на светеща линия, ясно очертаваща пътя; комфорт при водене на автомобила висок, среден или нисък в зависимост от стреса,който се предизвиква при шофиране в тунела в сравнение с шофирането на открит път. За всяка от четирите групи се избира съответен коефициент на тежест. Четирите избрани стойности се сумират и дават общия коефициент на тежест, по който се определя светлинната група за тунела, която наред с вида на осветителната уредба, и спирачния път на автомобила за разрешената скорост на движение, участва като параметър при определяне на коефициента на пропорционалност к. При осветлението на тунели са идентифицирани 5 зони на осветление, които са показани схематично на Фигура 3. Предназначението на тези зони е да се осъществи максималното възможно адаптиране на водача към осветлението на тунела. 1 Зона на приближаване 2 Прагова зона (входна, адаптационна зона); 3 Преходна зона; 4 Вътрешна зона; 5 Изходяща зона. Трябва да отбележим, че при пътното и тунелното осветление се борави с основната величина яркост, а не с осветеност на пътното платно. От графиката на фиг. 3 се вижда, че яркостите в различните зони се различават съществено една от друга. Тъй като при проектирането се използва метод на проектиране на яркостта, която зависи от пътната повърхност, която повърхност става видима благодарение на светлината, отразена от пътя и попадаща върху очите на наблюдателя, то отражателните характеристики на настилката стават интегрална част от процеса на проектиране на осветлението. Съществуващите таблици с отражение на настилките[2], т.н. R-таблиците, бяха публикувани през 1976 година и се използват за проектиране по яркост по цял свят от тогава насам. R- таблиците се отнасят до отражателните характеристики на настилките само за сухи условия. R-таблиците са базирани на две качества на настилките: S1- огледалност или светене) на настилката и Qo светене или степен на сивеене /от бяло до черно/ на пътните настилки. S1 определя класа, при който настилката се описва с R1 до R4, както е показано в таблица 3.[1,2] Табл 3. Стойности на R-таблицата зависимост от класа на настилката Клас на настилката Стойности на S1 S1 диапазон R < 0.42 R >0.42 but < 0.85 R >0.85 but <1.35 R >1.35 За точност, средният коефициент на яркост, Qo, трябва да бъде определен за конкретни настилки с обсъждане. Обикновено нивата за Qo са R1 = 0.1, R2 и R3 = 0.7, R4 = 0.8. Обаче, тези типични стойности варират. В Белгия, най-често изчисляваната пътна настилка е била оценявана за битуминозен асфалт (R3, с Qo от 0.07 до 0.10 cd/m 2 /lux) и за порьозен асфалт (R2, с Qo от 0.05 до 0.08 cd/ m 2 /lux). Според френски експерти е възможно използването на реалното ниво на коефициента R на пътните платна. За бърза оценка, обаче, във Франция се използват следните зависимости за превръщане от лукс в яркост за пътно осветление: 1 cd/m 2 се получава от 8 lux при светло оцветена настилка. 1 cd/m 2 се получава от 18 lux при тъмно оцветена настилка. 1 cd/m 2 се получава от 14 lux при средно оцветена настилка. Швейцарските, френските и белгийски експерти отбелязват, че прецизни анализи на качествата на настилките са приложими за големи проекти. Анализите изискват да се измерят в лабораторни спецификацията, наред с минимално условия проби от бъдещата пътна настилка на пътното платно и матрицата от намаления коефициент на отражение да се включи в проекта със изискваното ниво на осветление и на неравномерността СЪВРЕМЕННА КОНЦЕПЦИЯ ЗА ТУНЕЛНО ОСВЕТЛЕНИЕ Колкото е по-голям яркостният контраст на един обект, толкова по-добра е видимостта. Яркостният контраст на един обект зависи от неговите отражателни характеристики (на пътното платно и на стените на тунела), както и на използваната осветителна система. Осветителна система, която създава високи яркости на пътното платно L и ниска вертикална осветеност, Еv, (т.е. високи нива на съотношението L/Ev) дава относително високи нива на контраст за повечето обекти на пътя. Такава система може да бъде получена само когато разпределението на светлината е надлъжно асиметрично и преференциално насочена срещу водачите. Тази система се нарича Counter Beam Lighting (съкратено C.B.L.).[3] На български е възприето насрещно асиметрична осветление. Ъгълът на асиметрия на 101

3 осветителната система е, в този контекст, дефиниран като минимално ниво на отношението L/Ev, получено върху равномерна мрежа. Вертикалната осветеност, отнесена към височина 0.10 m над пътното платно, за поотдалечения край спрямо приближаващите се шофьори. Равномерната решетка е определена от 12 точки по дължината на движението, 3 точки напречно на движението и 4 по надлъжно направление, между два съседни осветители (вж. Фигура 6). Фиг. 3. Към изчислението на осветлението на пътното платно За изчисляване на отношението L/Ev, трябва да се вземе броят на осветителите с оглед да се определи в едно пространство от 5 пъти монтажната височина пред и 12 пъти зад всяка изчислявана точка (вж. Фигура 6). За изчисляване на вертикалната осветеност е важно да се вземе както директната, така и индиректната компонента на общия принос върху изчислението. Категориите на осветителни системи са определени на базата на съотношението L/Ev. Осветление на дълги тунели Съществено е да се знае яркостта в зоната на приближаване, с цел да се определи нивото на ярост, което се изисква във входната зона на тунела. Алтернативен метод за определяне на яркостта в зоната на приближаване е дадена в Приложения от 1 до 4 на стандарта. Нивото на яркост в зоната на приближаване, която се използва за проектиране на осветителната уредба и /или за управление на осветлението, трябва да се определи по един от двата начина: или по максималната яркост на зоната на приближаване, която се наблюдава в продължение на година, или по нивото, което надвишава със сигурност стойността за една година наблюдение, което се решава с национално обсъждане и съгласие. а) Методът L20 e описан в Приложение А1.[1] Той покрива осветлението през деня на входната зона, на преходната зона, на вътрешната зона, както и на нощното осветление на целия тунел; б) Претеглен L20 метод според интензивността на движението (трафика), описан в Приложение А2. Той класифицира тунелите на класове, използвайки параметрите, съответстващи на интензивността на движение (или трафика) и на условията за виждане. Този метод покрива осветлението през деня на водната зона, на преходната зона, вътрешната и изходящата зони със водене на последната зона, където е подходящо и осветлението през нощта на целия тунел; в) Алтернативен метод на определяне на яркостта в зоната на приближаване, в адаптационната и входната зона се предлага в Приложение А3, с използване на воалиращата яркост Lv (използва се в Холандия). г) По нататъшно развитие на метода за определяне на адаптационната яркост в зоната на приближаване е описан в Приложение А4 (използва се във Франция). д) В Приложение 5 се разглежда как да се определя нуждата от осветление на къси тунели през деня. Само от това споменаване се вижда, колко разнообразни методики се използват, като А3, А4 са специално разработени и използвани съответно в Холандия и във Франция. Ще разгледаме по-подробно метода L20 изложен в Приложение А1. Този метод се базира на концепцията L20, който е изложен в публикацията на СІЕ88 от 1990 г., но е модифициран с отчитането на опита, натрупан през годините до 1990 г А1.1. Ниво на яркост във входната зона (threshold zone) С оглед да се предотврати усещането за черна дупка и да се създаде минимална яркост, за да се получи задоволително възприятие на обекта във входната зона, яркостта на пътното платно във входната зона трябва да достига надеждни минимални стойности Фиг. 4.Перспектива към входа на тунела при налагане на 20 о опиращ се кръг основа на конуса Това зависи от яркостта в зоната на приближаване. На практика е необходимо да се разпознава първата половина вътре във входната зона, където яркостта на пътното платно е постоянна и се нарича яркост във входната зона (Lth). Lth и може да се изрази като част К от L20 Lth = KL20 Тъй като пропорцията, взета като поглед към входа на тунела, е функция на дължината на зоната за приближаване, минималната стойност на К да се придържа освен това и от зависещата и от скоростта, съгласно с Таблица1 по-долу. Таблица А1: стойности на К за различни скорости Скорост, km/h K = Lth/L , , ,10 A1.2 Дължина на входната зона Цялата дължина на входната зона трябва да бъде наймалко равна на спирачното разстояние. През първата половина на разстоянието нивото на на яркостта трябва да бъде равно на Lth нивото в началото на входната зона). 102

4 Изисква се, щото в първата половина на спирачното разстояние в посока напред по движението, нивото на осветление да може да намалява постепенно и линейно до такава стойност, че в края на входната зона това ниво да бъде равно на 0.4Lth Постепенното намаление през последната половина от входната зона може да бъде и стъпалообразно. Обаче, нивото на яркост при стъпалообразното намаление не бива да достига по-ниски стойности, съответстващи на плавното намаляване. А.1.3 Изисквания към осветлението на преходната зона (transition zone) Намалението на яркостта на пътното платно в преходната зона следва, по принцип, кривата показана на Фигура 2. Преходната зона започва в края на входната зона (t=0). Тази крива може да се замени чрез стъпаловидна крива с нива, които не падат по-долу от непрекъснатата крива. Извън преходната зона максимално допустимото съотношение при преминаване от едно ниво към друго е 3:1. Максимално допустимото отношение при преминаване от преходната зона към вътрешната зона на тунела е 1.5:1. А.1.4 Осветление във вътрешната зона Средната яркост на пътното платно във вътрешната зона на тунела е дадена по-долу като функция на спирачния път и на интензивността на потока от МПС. Фиг. 5 Криви на минимална яркост, гарантиращи влизането в тунела, според препоръката на CIE. Степен 1 (синята крива) показва реалната стойност на яркостта, когато работят всички осветители с мощност 100%. Таблица А2. Нива на интензивност на пътния поток Интензивност на потока МПС Еднопосочно движение (Брой коли /час.в колона) Двупосочно движение (Брой коли /час.в колона) Висока > 1500 > 400 Средна Ниска < 500 < 100 Спирачно разстояние 160 m 100 m 60 m Интензивност на потока МПС Пътен поток Нисък Среден Тежък 5 cd/m 2 10 cd/m 2 15 cd/m 2 2 cd/m 2 4 cd/m 2 6 cd/m 2 1 cd/m 2 2 cd/m 2 3 cd/m 2 Еднопосочно движение (Брой коли /час.в колона) Двупосочно движение (Брой коли /час.в колона) Висока > 1500 > 400 Средна Ниска < 500 < 100 Таблица А3. Нива на яркост във вътрешната зона на тунела Спирачно разстояние 160 m 100 m 60 m Пътен поток Нисък Среден Тежък 5 cd/m 2 10 cd/m 2 15 cd/m 2 2 cd/m 2 4 cd/m 2 6 cd/m 2 1 cd/m 2 2 cd/m 2 3 cd/m 2 А1.5 Осветление на стените на тунела Стените на тунела формират част от условията за откриването на препятствия в тунела. Те допринасят за адаптационното ниво и за оптичното водене на водача. Затова яркостта на стените на тунела са един важен компонент за качеството на тунелното осветление. Средната яркост на стените на тунела до височина 2 m трябва да бъде най-малко подобна на средната ярост на пътното платно за съответното място. А1-6 Неравномерност на яркостта на пътното платно Добра равномерност на яркостта трябва да се осигури на пътното платно и на стените на тунела до височина 2 метра. По-ниската част на стените играят ролята на фон за пътното движение, какъвто е и пътят. Следователно и пътното платно и стените трябва да се разглеждат по един и същи начин. Препоръчва се съотношение 0,4 за минимума на средното ниво на яркостта на пътното платно и на стените до 2 метра височина при чисти условия. Надлъжната неравномерност от 0,6 по протежение на центъра на всяка лента се препоръчва за пътното платно. Посочените съотношения 0,4 и 0,6 са тези, съответстващи на нивата на нормално осветление, дадено в публикация на CIE 115. A1.7 Осветление на изходящата зона Най-общо, допълнително осветление на изходящата зона на тунела не се изисква, но може да се приложи за: -нарастване на виждането и видимостта на малки превозни средства,; -позволява да се възприемат превозни средства, които държат лявата страна на тунела и са видими в огледалата за обратно виждане, както и превозните средства, изобщо пребиваващи на изхода на тунела. А1.8 Осветление през нощта През нощта цялата дължина на тунела се разглежда като една вътрешна зона. (а) Ако тунелът е една секция от осветения път, качеството на осветлението извън тунела трябва да бъде най-малко равно на нивата, неравномерността и заслепяването в зоната на приближаване. Яркостта през нощта не трябва да бъде по-висока от яркостта във вътрешната зона през деня. Неравномерността през нощта в тунела трябва да изпълнява същите изисквания, както при дневното осветление. Ако тунелът е част от неосветен път, средната яркост на пътното платно извън трябва да не е по-ниска от 1 cd/m 2, общата неравномерност най-малко 40% и надлъжната неравномерност най-малко 60% 103

5 А1.10 Определяне на яркостта в зоната на приближаване Зрителната работоспособност зависи от състоянието на адаптация. Изследвания са показали, че L20 може да бъде използвано за много практически ситуации като добра апроксимация на състоянието на адаптация на зрителната система на водачите, които приближават тунела. Стойността на яркостта в зоната на приближаване, който се използва за проектиране на осветлението и/или за управление на осветлението, трябва да представя найнеблагоприятната ситуация, която може да се срещне в практиката. Тъй като не е възможно проектирането на тунелното осветление да се основава на абсолютния максимум, който може да се срещне, обикновено се използва специфичното време за обслужване и за проектантски цели. В някои страни задоволителна честота на времето през годината, подобно на времето в публикацията на CIE 88, се разглежда като компромисно представяне между обсъждане на пътната сигурност, зрителния комфорт и икономическите показатели. Управление на осветлението Яркостта на зоната за приближаване варира с промяната на условията на дневното осветление.. Възможни са две системи: включване и изключване на групи от лампи, или тяхното димиране (регулиране). Първият е по-често използван метод, специално за високи нива на осветление/ яркост. Днес, обаче, често сe използва и димирането. За автоматично управление най-практичният начин е да се постави яркомер с мерене в поле от 20 о, центриран към портала на тунела и позициониран на разстояние, равно на възприетия спирачен път пред портала на тунела. От практични съображения яркомерът обикновено се монтира на по-голяма височина, отколкото на нивото на водача. Затова уредът трябва да се калибрира отделно за съответната позиция. Включването на лампите може да се извършва на степени да се изключват или включват различни лампи. Това включване и изключване трябва да има времезакъснение от няколко минути, за да се избегне ненужно включване, предизвикано от преходна смяна на местното осветление, причинено от преминаващи облаци, например. Изследванията показват, че регулиране на осветлението може да доведе до значителни финансови икономии. Повишените разходи за апаратура и понякога намаляване на ефективността на лампите (lm/w) също трябва да се вземат под внимание. Яркост (осветление) във вътрешната зона. Експлоатационната средна яркост на пътното платно във вътрешната зона на тунела е дадена за три спирачни разстояния -160 m, 100 m и 60 m. в зависимост от големината на пътния поток (трафика). Средна яркост на пътното платно във вътрешната зона на тунела Спирачен път Поток от моторни превозни средства (МПС) - трафик Нисък 100 МПС/час Среден > 100 МПС/час Висок 1000 МПС/час < 1000 МПС/час 160 m m m Осветление на изходящата зона. Зрителната адаптация при нарастващо ниво на осветление във външната зона е бърза, по тази причина допълнително осветление не е нужно при излизане от тунела за тази цел. Въпреки това, може да бъде използвано допълнително осветление в изходящата зона Управлението на светлинния поток (димиране) се осъществява в съответствие с яркостта на пътната настилка на входа на тунела, измерена със специално монтиран яркомер. 4. Изходни данни за тръбата на тунела. -скорост на движение на МПС 60 km/h, двупосочно; -интензивност на транспортния поток - > 1200 МПС/h; -във входната зона да се използват осветители с асиметрично светлоразпределение, а във вътрешната зона със симетрично светлоразпределение; -експлоатационен фактор 0,80 -пътна настилка RIII, qo = 0,7; -спирачен път (входна зона) Sd = 60 m; -клас на тунела 3-ти; -коефициент K = Lth / L20 = 0,05; -минимална обща равномерност 0,4 (отнася се за вътрешната зона); -минимална надлъжна равномерност.- 0,6 (отнася се само за вътрешната зона); -средна яркост на стените на тунела на височина 2m не по-малко от 60% от средната яркост на близко лежащото пътно платно. -дължина 215 метра; -минимална реализирана средна яркост във входната зона на тунела (без коефициента на запаса) - L± ~ 120 cd/m 2 ; -минимална реализирана средна яркост във вътрешната зона на тунела (без коефициента на запаса) - Ln = 4 cd/m 2 Съгласно изискванията на стандарта за тунелно осветление EN БДС , осветителните уредби на пътните тунели се захранват от два независими източника, което на практика означава електрозахранване чрез два електропровода от по 20 kv и две подстанции от по 20 kv / 0.4 kv. Основната част от консумираната електрическа енергия от тунелното осветление е в дневна тарифа с висока цена. Всичко това обуславя високи годишни енергийни разходи. Така описаната система за Lпр и ниската стойност на яркостния коефициент qо, се получават високи стойности на инсталирана мощност във входната зона Рвх и преходната зона Рпр и значителни годишни разходи за 104

6 електрическа енергия, тъй като основната част от консумираната електрическа енергия е в дневна тарифа; Аварийно осветление Предвидена е възможност да се осъществи аварийно осветление, като схемата на основното осветление е с редуциране на мощността на всеки осветител. Същите ще бъдат захранени с автономен източник. Той ще бъде разположен в табло Аварийно осветление, което се намира в КТП. Захранващата линия за аварийното захранване е предвидена чрез самостоятелна линия, положена паралелно на основната захранваща. Горната схема на свързване би осигурила безтокова пауза на осветителите. Eвакуационно осветление при. пожари В случай, че отпадне захранването и от двата независими източника или възникне пожар, е предвидено евакуационно осветление с осветители с светодиодни източници. Teзи осветители се захранват и от собствен автономен източник. Фиг.7 Симетрично излъчване Фиг.8.Снимка на входа на тунела-югоизток Фиг.9 Осветител с LED с асиметрично излъчване 10. LED (светодиодни) осветители за оптично водене на шофьора в тунела. Това са маломощни и малогабаритни маркиращи светлини, които от едната страна са със зелен цвят, а от другата с червен цвят. Предназначени са за водене на шофьора на превозното средство в тунела, като улеснява ориентацията за посоката на движение. Маркира се със зелена светлина в посоката на движение и с червена светлина в обратната посока. Изпълнява се със светодиодни маркиращи осветители на височина 1,5 м. от пътното платно и монтирани в стената на тунела през 8-10 м. Осветлението на входната, преходната и вътрешната зона на тунела за всяка посока може да се осъществи с 20 броя осветители 400W с асиметрично излъчване, 32 броя осветители 250W с асиметрично излъчване, 20 броя осветители 400W/250W с асиметрично излъчване и сдвоен дросел и 20 броя осветители 250W/100W със симетрично излъчване и сдвоен дросел (нощно и полунощно с НЛВН с обща мощност 2245 W. Целонощното осветление на тунела ще се изпълни със светодиодни осветители 55W 19броя или 1045 W..Обща инсталирана мощност 2245 W. Същата осветителна уредба ако се изпълни със светлодиодни осветители, инсталираната мощност за осветление на тунелите ще се намали до W. Като се добави аварийно и евакуационно и маркери за водоне на шофьорите още 2000 W общо W. Задачата за осветление на тунели се решава със система за електрозахранване и осветление на пътни тунели, състояща се от фотоволтаични панели, разположени около входа на тунела и в подстъпите към него, дизелов електрогенератор, акумулаторни батерии, блок за управление на електрозахранването, светофарна уредба, устройства за управление на осветлението, осветители за работно и аварийно осветление на входната, преходната и вътрешната зони и стените на тунела, като участъка преди входа на тунела е асфалтиран с асфалт с тъмна фракция, а във входната, преходна и вътрешната зони на тунела е положен асфалт със светла фракция, а максимално разширения бетонов пояс около контура на входа на тунела е боядисан с тъмносив цвят. Осветителите към входната, преходна и вътрешната зони на тунела са светодиодни с плавно димиране на светлинния поток, като във входната и преходна зони са с подходящо асиметрично излъчване срещу посоката на движение. 105

7 Светодиодните осветители са със степен на защита IP66 и оптична система, свеждаща до минимум навлизането на прах и влага. Фиг.10 Разположение на осветителите Системата за осветление и електрозахранване на пътни тунели, включваща фотоволтаични панели, дизелов електрогенератор, акумулаторни батерии, блок за управление на електрозахранването, светофарна уредба, устройства за управление на осветлението, осветители за работно и аварийно осветление на входната, преходната и вътрешната зони и стените на тунела, функционира по следния начин. Пътната настилка преди входовете на тунела се изпълнява с асфалт с тъмна фракция. Бетоновият пояс около контура на тунела е максимално разширен (според конструктивните възможности) и е боядисан с тъмносив цвят боя с коефициент на отражение ρ 0,1. Около входа на тунела са монтирани фотоволтаични панели, които имат нисък коефициент на отражение ρ 0,15. Във входната, преходната и вътрешната зона на тунела се полага пътна настилка с асфалт със светла фракция, което увеличава яркостния коефициент qо до стойности на qо= 0.1. Фотоволтаичните панели са разположени около входа на тунела и в подстъпите към него и формират фотоволтаична централа, с получената електроенергия от която се захранва осветителната уредба и всички останали устройства за управление на работното и аварийно осветление, светофарната уредба и зареждане на акумулаторните батерии. Захранването на уредбата през нощните часове на предпорталното осветление и основното осветление на тунела се осъществява от акумулаторни батерии (220 V), които през светлата част на денонощието се зареждат от фотоволтаичната централа. Капацитетът на акумулаторните батерии се определя за непрекъснат режим на работа на предпорталното и основното осветление за 16 часа. Използваният дизелов електрически агрегат е с мощност равна или по-голяма от сумата от номиналните мощности на тунелната осветителна уредба, предпорталното осветление, светофарна уредба, аварийно осветление и устройствата за управление. Дизеловият агрегатът се включва след снеговалеж и следващ ясен слънчев ден, когато фотоволтаичните панели не са почистени от снегопочистващата фирма. Агрегатът преустановява своето действие след почистване на панелите или самопочистване от действието на слънчевите лъчи и автоматично включване на фотоволтаичната централа. За условията на Р.България това са средно 5-6 последователни дни в годината. При два и повече последователни мъгливи дни дизеловият агрегат работи около 3-4 часа, като през този период захранва с електроенергия осветлението и всички останали електрически потребители, като същевременно зарежда с електроенергия акумулаторните батерии. След като се заредят батериите, дизеловият агрегат се изключва, при което осветлението и останалите потребители работят със захранване от акумулаторните батериите. Този процес продължава, докато приключат мъгливите дни. За 106 условията на Р България тези дни могат да бъдат максимум 15, което означава, че дизеловият агрегат ще работи допълнително максимум 70 часа. По-долу е направен обзор на състоянието и анализ на предимствата и достатъците на PV тунелно осветление. Въз основа на изводите от обзора, в раздел 3 се предлага методика за проектиране на такова осветление, а в раздел 4 е представен пример за използването на PV система при реализиран проект за осветление на 100-метров тунел В заключението се обсъждат проблемите и перспективите за реализирането на такива проекти. Етапите на проектиране на PV система за тунелно осветление са: -Определяне на характеристиките на тунела дължина, площ, брой тръби, максимално допустима скорост, обем на трафика и др.; -Слънчево-енергиен одит изготвяне на график на изменение на външна и вътрешна осветеност през различните часове на денонощието и за различните месеци;-изготвяне на график на консумация на ел. енергия в тунела при различни ценови тарифи в зависимост от трафика и необходимата по стандарт осветеност на тунела (фиг.12); -Избор на вариант на системата; -Моделиране и изчисление на параметрите на системата брой и тип на осветителните тела и поддържащите съоръжения; По-долу са показани примери на: промяна на външна и вътрешна осветеност и трафик в тунел (фиг. 12), диаграма за добивана енергия от слънцето за денонощие (фиг.13), произведена ел. енергия от PV при различни климатични условия (фиг. 13), производителност на PV система през различните месеци (фиг. 14). От диаграмите е видно, че необходимото нивото на осветеност в тунела, респективно и необходимата електрическа мощност при различни метеорологични условия и момент от денонощието са близки до диаграмите за произвежданата електрическа енергия от PV Фиг. 11. Слънчевата радиация и добивана енергия дневно за района на тунела Мощност при максимална степен 18 kva Консумация на ел. енергия при най-ниска степен 9 kva Наличните данни за необходимата електрическа мощност и наличния ресурс от слънчева енергия са използвани за проектиране и симулация на PV система, чрез софтуер PVSYSТ

8 Фиг.12. Денонощна промяна на външната и вътрешна осветеност и трафика в тунел Фиг. 13. Производство на ел. енергия от PV система при различни климатични условия включително и енергията за зареждане на акумулаторните батерии; Инсталираната мощност на осветителите във всички зони значително се намалява поради ----Използване на тъмен асфалт преди входа на тунела, светъл асфалт в тунела и разположение на фотоволтаичните панели около боядисания в тъмно-сив цвят разширен бетонов пояс; -Използваните светодиодни осветители с ----Висока степен на защита от външно влияние гарантира дългосрочно използване без почистване на оптичната система; -Използваните светодиодни осветители позволяват плавно димиране, което намалява загубите на електроенергия за разлика от стъпалното регулиране; -Използването на асфалт с тъмна фракция води до пониска естествена дневна яркост на входа на тунела, което води до намаляване на разхода нелектроенергия а осветителите в следващите зони; -Използването на асфалт със светла фракция във вътрешността на тунела води до намаляване на мощността и икономия на електроенергия; -Приложената система за електрозахранване и осветление на тунели о намаляване на инсталираната мощност във входната и преходната зона на тунелната осветителна уредба минимум с 50% спрямо съществуващите тунелни осветителни уредби с НЛВН. Фиг.14. Месечна производителност на PV система След проведените изчисления се установява, че за покриване на върховата консумация на ел. енергия е необходима PV система с инсталирана мощност 48 kwp DC. В зависимост от момента в денонощието и метеорологичните условия, произведената ел. енергия от PV системата е по-малко или повече от необходимата за захранване на осветителната система. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Предимствата на системата за електрозахранване и осветление на пътни тунели,, са следните: Системата за електрозахранване е напълно автономна и не са необходими инвестиции за строителство на подстанции и електропроводи, свързано с отчуждаване на прилежащи земи; Електрическата енергия се произвежда там, където се консумира, без загуби при пренос и преобразуване; Произведената от фотоволтаиците електрическа енергия напълно задоволява моментната нужда от електроенергия за осветление на всички зони на тунела, ЛИТЕРАТУРА 1.БДС CR14380:005 ПРИЛОЖНО ОСВЕТЛЕНИЕ. ОСВЕТЛЕНИЕ НА ТУНЕЛИ. 2.ЕВРОПЕЙСКИ НОРМИ НА МЕЖДУНАРОДНАТА КОМИСИЯ ПО ОСВЕТЛЕНИЕ (CIE GUIDE FOR THE LIGHTING OF ROAD TUNNELS AND UNDERPASSES, PUBLICATION 88, 2004, 88, 1990) 3.88 CIE TECHNICAL REPORT-GUIDE FOR THE LIGHTING OF ROAD TUNNELS AND UNDERPASSES 4 ISSN , R. 87, No 4/2011, pp [6] PVsyst SA - Switzerland 5. БДС Осветление на тунели. Технически изисквания; 6. Норми за проектиране на пътни и железопътни тунели 1988; 7. CEN CR : 2003 Lighting application Tunnel lighting 8. CIE. Technical Report, Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses. Publication 88, EN 1838 : 1999 "Lighting Application - Emergency Lighting"; "10. Нормиране на светлотехническите показатели при дълги и къси тунели. БДС , препоръки на МКО CIE88/1990, Европейски норми CR : Велинов К., Христов Х. (2007). Тунелна осветителна уредба в град София, XII Национална конференция по осветление с международно участие Осветление 2007, , Варна. 12 Василев Хр., Г. Ганчев. (2008). Възможности за приложение на фотоволтаиците и светодиодите за осветление на подземни пространства на тунели и 107

9 метростанции, Сборник с доклади на Юбилейна международна научно-техническа конференция по тунелно и метростроителство, януари 2008 г., София, стр Автори: Петър Маноилов, инж. катедра ЕСЕОЕТ, Електротехнически факултет на Технически университет София, Ганчо Ганчев, доц. д-р инж. фирма Денима 2001 Христо Василев, проф. д-р инж. фирма Денима 2001, 108