DE102007038245A1 - Stadtbeleuchtungsanlage für neue Verbraucher - Google Patents

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Abstract

Straßenlaterne (2) als Stromversorgungseinrichtung für externe Verbraucher (5) dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Verteiler (3) zum Verteilen der Elektroenergie enthalten

Description

  • Effiziente Energieverteilungssysteme gewinnen zunehmend an Bedeutung und die Automobilbranche möchte effiziente und ergonomisch zu bedienende Transport- und Verkehrsmittel. Zunehmend verbreiten sich Parallel-Zweiräder, sog. SegWays welche fortlaufend energetisch mit Elektroenergie betankt werden müssen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Energieverteilungssysteme derart optimiert zu gestalten, dass sie auch für neuartige Transportmittel und weitere Dienste sicher nutzbar sind.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, Anlagen zur Stadtbeleuchtung, wie Straßenlaternen (2) so auszurüsten, dass eine zulässige Leistungsentnahme für zusätzlich angeschlossene Verbraucher (5) möglich und optimiert wird. Straßenlaternen (2) befinden sich in unmittelbarer Nähe zu den Verkehrswegen, sodass nur kurze Verbindungsleitungen (6) zu einem weiteren Verbraucher (5) notwendig sind. So sind diese Anlagen auch am Tage, d. h. beim Nichtbetrieb der Leuchtmittel der Straßenlaternen auszunutzen.
  • Oft sind mehrere Straßenlaternen (2) direkt in einem Strang hintereinander und unabhängig vom rückwärtigen Energieverteilungssystem an einem Unterverteiler (4) angeschlossen. Von diesem Unterverteiler (4) aus verlaufen diese Energieversorgungsleitungen (8) entlang eines Straßenzuges von einer Straßenlaterne (2) bis zur nächsten Straßenlaterne (2). Diese Stadtbeleuchtungsanlagen lassen sich besonders optimal dem Erfindungszweck anpassen.
  • Mittels einer öffentlich nutzbaren Steckdose (12) an den Straßenlaternen (2) kann man so beispielsweise Energiespeicher von Verkehrs- und Transportmitteln (5) aufladen. Ebenso ist der Anschluss und Einsatz für andere Verbraucher, wie Ladegeräte oder Kommunikationsgeräte, Laptops oder MobilePhones (5) vorstellbar. Ebenso zählen auch Elektrofahrzeuge, wie Parallel-Zweiräder (30) zu den Verbrauchern (5).
  • Als Verbraucher im Sinne der Erfindung gelten weiterhin sowohl die Leuchtmittel (17) in der Straßenlaterne (2) selbst, die zusätzlich notwendige interne Elektronik, Elektromechanik und Leistungselektronik (16) sowie Kommunikationsgeräte oder Ladegeräte.
  • Die Anlage zur Stadtbeleuchtung für ein gehärtetes, ausfallsichereres Energieversorgungssystem über Straßenlaternen (2) mit Anschlusseinrichtungen, wie Steckdosen (12) für zusätzliche Verbraucher (5) wird dann wie folgt ausgelegt:
    • • Straßenlaterne (2) mit Überwachung der Stromaufnahme über die Steckdose (12) mittels Sensor (10)
    • • Straßenlaterne (2) mit Überwachung der Gesamt-Stromaufnahme von den Energieversorgungsleistungen (8) entlang des Straßenzuges mittels Sensor (10) in der Umspannstation (4) zur Ermittlung und Beeinflussung des Lastfalles des gesamten Stranges und anderer angeschlossener Straßenlaternen (2).
    • • Straßenlaterne mit elektrischem Freigabeschalter (11) an der Steckdose (12) zum Schalten der Energieversorgung
    • • Straßenlaterne (2) mit elektromechanischem Schiebeelement (21) an der Steckdose (12) zum mechanischen Schutz und Freigabe der Steckverbindung formschlüssig zum Straßenlaternenmast (2)
    • • Straßenlaterne (2) mit Steckdose (12) und LED (14) zur Anzeige des Status/Zustandes: Versorgungsspannung an Steckdose (12) an/aus und weiteren Betriebszuständen
    • • Straßenlaterne (2) mit Steckdose mit FI-Schutz-Schalter
    • • Managementsystem (15) mit Datenverarbeitungseinheit, Datenspeicher in der Straßenlaterne (2) und IP-Verbindung (7): steuert elektrischen Freigabeschalter (11) und überwacht elektromechanischen Freigabeschalter (21).
    • • Straßenlaterne mit Leistungselektronik (16) zur automatischen Verbraucherschaltung je nach Lastverhalten (Automatischer Wechselschalter), optimiert für die Phasen L1 bis L3 und gesteuert vom Managementsystem (15) der Straßenlaterne (2)
    • • Straßenlaterne (2) mit Baugruppe zur drahtgebundenen oder drahtlosen Kopplung (7) und Datenübertragung von und zur Datenverarbeitungseinheit zu weiteren Straßenlaternen (2), zum Internet, Server (1) oder zu Kommunikationsgeräten (30).
    • • Server mit Managementsystem (1) im Internet für zusätzliche Dienste, wie Billingsysteme und einer Ermittlung und Überwachung und Steuerung/Regelung der zulässigen Leistungsbilanz der Straßenlaternen (2) und angeschlossenen zusätzlichen Verbraucher (5) sowie der Information der Nutzer z. B. bei Erreichen eine Schwellwertes durch einen Schwellwertschalter, der Zeit durch einen Zeitgeber, des Stromverbrauches mittels Sensor (10), bei Fehlern oder vorgesehenen Schaltvorgängen bei Nutzerbedarf über personalisiertem WEB-Portal im Server 01.
  • Sollen nun künftige Energiespeicher in Verkehrsmitteln besonders schnell aufgeladen werden, sind hohe Ströme zu übertragen und damit höhere Leistungen bereitzustellen.
  • Wegen der zukünftigen Bedeutung der Straßenlaterne (2), nicht nur in dieser Hinsicht, werden die einzelnen Grundverbraucher, wie:
    • 01. intern, für Beleuchtung, wie Leuchtmittel (17) in der Straßenlaterne (2)
    • 02. extern, an der Steckdose (12)
    • 03. intern, für Baugruppen in der Straßenlaterne (wie, 10, 15, 16) separat und individuell auf jede Phase L1, L2, L3 in Abhängigkeit der Befehle des Managementsystems (1) in der Straßenlaterne elektronisch gesteuert geschalten.
  • Dabei erfolgen eine Optimierung der Auslastung der einzelnen Phasen sowie die Auswahl der versorgenden Phasen L1/L2L3 auf die jeweiligen internen und externen Verbraucher – ausgewählt und abhängig nach einem Prioritätsspeicher im Managementsystem. Der Prioritätsspeicher beinhaltet dabei Art der Verbraucher und ist gewichtet zum Bezug der Systemstabilität. Sollte so beispielsweise einem System zur Verkehrskontrolle mit Videokameras als interne Verbraucher der Vorrang im Überlast- oder Fehlerfall eingeräumt werden, so werden fehlerfreie Phasen genutzt oder andere nicht benötigte Verbraucher abgeschaltet.
  • Der gleichen Bedeutung kommt das interne Managementsystem (15) zu. Ohne diesen ist die Straßenlaterne nicht autark, wie bei Fehlern arbeitsfähig. So beinhaltet der Datenspeicher Parameter die für einen autarken Betrieb notwendig sind. Dazu gehören:
    • • Zeiten für die An- und Abschaltung der Leuchtmittel (17)
    • • Daten zur Fehlerbehandlung, wie einer priorisierten, wie autarken Funktionsweise der Straßenlaterne (2) im Sinne dieser Erfindung
    • • Sicherheitsrelevante Parameter beispielsweise für die Freischaltung der Spannung an der Steckdose (12) bei Ausfall des Server (1) oder deren Verbindung (7)
    • • Parameter der Messgrößen des Stromes, welche zum sicheren Eigenbetrieb für das Freischalten eines zusätzlichen Verbrauchers (5) über die Steckdose (12) notwendig sind
  • Der letztgenannte Parameter gewährleistet, dass der zulässige Gesamtstrom der Beleuchtungsanlage von der Unterverteilung (4) oder einer Summen-Zwischenmessstelle aus nicht überschritten wird. Die Summen-Zwischenmessstelle erfasst dabei immer den Stromverbrauch mehrere Straßenlaternen (2). Darüber können im Fehlerfall ebenso Rückschlüsse über die Fehlerquelle gezogen oder das Abrechnungsverfahren spezifiziert werden.
  • Die Leistungselektronik (16) der Straßenlaterne (2) wird so in die Straßenlaterne (2) integriert, dass bei Verkehrsunfällen mit einbezogener Straßenlaterne eine sichere Funktionsweise gewährleistet wird und andere angeschlossene Straßenlaternen mit deren Baugruppen an diesem Strang unbeeinflusst bleiben. Dazu ist wird die mechanische Sollbruch oder Soll-Dehnungskonstruktion am Straßenlaternenmast speziell ausgelegt. Ein Sensor ermittelt dabei, ob die betroffene Straßenlaterne komplett oder teilweise elektrisch abgeschaltet wird.
  • Parallel-Zweiräder (30) lassen sich besonders gut an mittels Ladeverbindern (40) über einen angepassten Verteiler (3) an der Straßenlaterne (2) andocken und somit erfindungsgemäß aufladen. Vorteilhaft arbeiten dazu die Ladeverbinder (40) in Arbeitshöhe der Parallel-Zweiräder (30) und können hier direkt und ohne zusätzliche Anschlussleitung (6) sowohl energietechnisch als auch datentechnisch versorgen. Somit können auch Informationen, wie ID-Nummern des Parallel-Zweirades (30), Statusmeldungen oder Befehle mit übertragen werden. Ein effizienterer Diebstahlschutz erfolgt, wenn die Ladeverbinder (30) gleichzeitig, wie ein elektromechanisches Schlosssystem – bindend wirken.
  • Nachfolgende Beschreibungen der Darstellungen 01–04 und die Darstellungen selbst zeigen Auslegungen oder den vorteilhaften Einsatz schematisch.
  • 01 zeigt das Funktionsprinzip einer „Öffentlich nutzbaren Steckdose (12)" an Straßenlaternen (2). Die Straßenlaternen besitzen einen neuen Verteiler (3), welcher auch das interne Managementsystem (15) beinhaltet und die Verbraucher (5) gemäß eingestellten Parametern an das Elektroenergieverteilungsnetz über Stromversorgungsleitungen (6) anschließen. Die Parameter werden dabei durch einen externen Server (1) und das interne Managementsystem (15) vorgehalten. Eine Nutzer eines Verbrauchers (5) kann nun einen Strombezug z. B. online über Webformulare des Servers (01) oder autorisiert direkt über WEB-Formulare des Managementsystems (15) einer einzelnen Straßenlaterne (2) mittels PDA (50) oder telefonisch ordern oder den Status einsehen. Dabei stellt der Server (1) das Managementsystem für den Nutzer und die IP-Verbindungen (7).
  • Bestehende hohle Straßenlaternen (12) verfügen gemäß 02 meist im unteren Bereich des Masts über eine zu nutzende Service-Öffnung. Dahinter befinden sich die Sicherungselemente mit den Elektroenergieleitungen. Diese Öffnung ist herkömmlich mittels eines Deckels und mit einem einfachen Schloss gegen unbefugte Benutzung gesichert und wurde hier nicht dargestellt. Nachzurüstende Straßenlaternen (2) werden in einem Fall nun so ausgelegt, dass mindestens dieser Deckel durch einen neuen Verteiler (3), (gemäß 02) ausgetauscht wird. Steckdose (12) und Elektronik sowie gegebenenfalls neue elektronische Sicherungselemente werden in einem neuen Gehäuse, dem Verteiler (3) integriert. Dabei ist das Gehäuse ganz oder teilweise in die bestehende Öffnung der Straßenlaternen (2) versenkbar. Elektrische Zuleitungen werden angepasst und an die Technik im neuen Gehäuse angeschlossen. Der neue Deckel ist nun als Verteiler (3) so ausgelegt, dass er das neue Gehäuse trägt und die Gesamtkonstruktion die Öffnung wieder verschließt. Dabei kann der Verteiler (3) mit seinem Gehäuse so geformt sein, dass ein geringer Überstand gegenüber dem Mastdurchmesser vorgesehen ist, um mehr Platz im Gehäuse verfügbar zu machen. Die Verteilerform passt sich dabei wieder stetig gewölbt an den Durchmesser des Masts an. Somit werden überstehende, gefährliche Ecken, wie Formteile vermieden. Die Steckdose (2) ist vorteilhaft ohne überzustehen im Verteiler integriert und besitzt ein Schiebeelement (21). Das Schiebeelement (21) verschießt den Zugang zur Steckdose (12). Das Schiebeelement (21) ist so ausgelegt, dass nach dem Schieben und mit Betrieb der Steckdose (12) kein Überstand zu Verletzungen beispielsweise bei Radfahrern oder Passanten führen kann. Das Schiebeelement (21) mit dem Freigabeschalter (11) sichert auch beim Betrieb den Zugang zur Steckdose. Ohne geschlossenes Schiebelement (21) schaltet das Managementsystem mittels Freigabeschalter (11) die Benutzung nicht frei. Somit wird auch der Betrieb mit überstehenden und nicht dafür zugelassenen Anschlusssteckern vermieden. Die Kabeldurchführung (25) im Schiebeelement (21) ist vorgesehen, um bei mechanischen Belastungen an der Anschlussleitung (6) oder bei manueller Betätigung die Stromzufuhr zu unterbrechen.
  • Das neue elektronische Schloss zum Öffnen und für einen Service an der Straßenlaterne (2) und dem neuen Verteiler ist geschützt unter dem Schiebeelement (21) angeordnet und wurde nicht dargestellt.
  • 02 zeigt beispielhaft ein Mastausschnitt (23) einer Straßenlaterne (12) mit einer solchen neuen Gehäuseform mit Schiebeelement (21) und integrierter Kabelöffnung (25) für ein abgehendes Lade- oder Stromversorgungskabel (6). Die Steckdose (12) besitzt ein Sensor (13, Lichtschranke) zum Detektieren eines eingesteckten Steckers. Eine zwei-farbige Status LED (14) informiert über das Anliegen der Spannung oder andere Zustände (Status). Die Leuchten-Nummer (22) kennzeichnet die Straßenlaternen-Nummer zur Angabe in einem Abrechnungssystem/Managementsystem (1). Ein Nutzer kann nun über das Managementsystem (1) den Leistungsbezug auch online ordern. Die Spannung wird erst nach Freigabe durch den Server (1) mit Managementsystem und nach Prüfung von weiteren Parametern, wie Online-Bestellstatus, Status Sensor Lichtschranke (13), Status Freigabeschalter (21), Status Ressourcen/Lastverhalten, Messgrößen des aktuellen Stromverbrauches an der Steckdose (12) durch die Sensoren (10) der Straßenlaterne (2) oder dem Gesamtstromverbrauch im Strang oder dem Status der Fehlermeldungen des Managementsystems zugeschaltet. Eine Abschaltung der Spannung erfolgt analog z. B. bei Fehlern, nach Online-Bestellstatus oder bei Überhöhung des vorbestellten oder möglichen Leistungsbezuges durch das Managementsystem (15) in der Straßenlaterne oder durch den Server (1) mit Managementsystem im Internet.
  • 03 zeigt schematisch das Wirkprinzip der Technik einer Straßenlaterne (2). Über die Anschlüsse (18) von einer Umspannstation (4) reagiert die Leistungselektronik (16) auf Befehle des Managementsystems (15) zur Schaltung der externen Verbraucher (5), der internen Verbraucher (15, 16 oder z. B. eine Videokamera), oder des Leuchtmittels (17) gemäß den zulässigen und abgespeicherten Anschlussparametern. Hat ein Kunde nun zu einem ersten Zeitpunkt den Leistungsbezug an der Straßenlaterne (2) mit der entsprechenden Verteilernummer (22) personalisiert im Webportal des Servers (1) bestellt und ist zu einem zweiten festgelegten Zeitpunkt den Stecker einer Stromversorgungsleitung (6) in der Steckdose (12) eingesteckt, dann detektiert die Lichtschranke (13) den Vorgang. Das Managementsystem (15) quittiert den Vorgang beim Server (1) und bestätigt durch Blinken der LED (14) den korrekten Auftrag- und Anschlussstatus. Abweichungen vom Zeitregime mit vorgegebenen Zeitspannen terminieren die Anwendung und veranlassen eine Neubestellung. Beim Schließen des Schiebelementes (21) zu einem dritten Zeitpunkt mit angeschlossenem Verbraucher (5) beginnt der Strombezug für das bestellte Zeitfenster und die LED (14) leuchtet permanent. Im Vorfeld wird der ordnungsgemäße Anschluss eines Verbrauchers (5) niederohmig bzw. durch eine gefahrlose Messung durch die Leistungselektronik (16) ermittelt und an den Server (1) übertragen. Bei Anschluss- oder Systemfehlern oder bei Vorgaben des Managementsystems erfolgt ein Abbruch des Strombezuges für den externen Verbrauchers (5) und die Information an den Kunden oder Nutzer des Verbrauchers. Der Nutzer kann über das Webportal des Servers (1) den Leistungsbezug sofort einstellen und die Übergabe quitieren. Das Managementsystem (15) verarbeitet die Eingaben der Sensoren (10) und regelt über die Leistungselektronik (16) die zulässige Last an den Phasen und Anschlüssen (18).
  • 04 zeigt beispielhaft das Stadtbeleuchtungssystem mit der Straßenlaterne (2) als Ladestation für Parallel-Zweiräder (30, Segway). Die Energiespeicher der Parallel- Zweiräder werden hier über die Straßenlaterne (2) als Ladestation über Ladeverbinder (40) direkt aufgeladen. Zusätzlich verfügen die Parallel-Zweiräder dazu über Ladeverbinder (40), die ein reihenweises Anstellen bzw. Andocken der Parallel-Zweiräder (30) untereinander an ein und dieselbe Ladevorrichtung bzw. eines Verteilers (3) einer Straßenlaterne (2) gewährleisten. Ein Rückkanal wurde nicht dargestellt und bietet die temporäre Rückführung von Elektroenergie von aufgeladenen Parallel-Zweirädern (30) in das Elektroenergiesystem (18) zum Ausgleich bei Bedarfsspitzen im Elektroenergieverteilungsnetz. Zugleich sind die Parallel-Zweiräder (30) per IP-Verbindung (7) über den Ladeverbinder (40) an die Straßenlaterne (2) bzw. das Managementsystem (15) und die dafür angepasste Leistungselektronik (16) angekoppelt. Der Server (1) erstellt dabei eine entsprechende Rückvergütung der elektrische Leistung und Gutschrift auf das Nutzerkonto eines Parallel-Zweirad Nutzers. Die Versorgungs- oder Ladespannung stellt die Leistungselektronik (16) gemäß angeschlossenem Verbraucher (5, 30) in Abhängigkeit der Art des Verteilers (3) mit den jeweiligen mechanischen Anschlussfaktoren zur Verfügung.

Claims (12)

  1. Straßenlaterne (2) als Stromversorgungseinrichtung für externe Verbraucher (5) dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Verteiler (3) zum Verteilen der Elektroenergie enthalten
  2. Straßenlaterne (2) als Stromversorgungseinrichtung lt. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopplung zwischen Elektroenergie-Anschlüssen (18) der Straßenlaterne (2) und dem Verteiler (3) der Elektroenergie mittels Managementsystem (15) und Leistungselektronik (16) vorgesehen ist.
  3. Straßenlaterne (2) als Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine IP-Kopplung (7) zu einem Server (1) über die Managementsysteme (1, 15) besteht
  4. Straßenlaterne (2) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Prioritätsspeicher enthält
  5. Straßenlaterne (2) laut Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung des mechanischen Status eines Verteilers (3) durch einen Sensor (13, 11, 21) erfolgt
  6. Straßenlaterne (2) laut Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass mit Überwachung des elektrischen Status des Verteilers (3) durch einen Sensor (10) erfolgt
  7. Straßenlaterne (2) als Stromversorgungseinrichtung laut Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der Gesamtstromaufnahme eines Stranges der Elektroenergieversorgungsleitungen durch einen Sensor (10) an einer Umspannstation (4) erfolgt und mittels Managementsystem des Servers (1) und des Managementsystem (15) die Leistungselektronik (16) beeinflusst werden kann.
  8. Straßenlaterne (2) als Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steckdose (12) in einem Verteiler (3) der Service-Öffnung der Straßenlaterne (2) angebracht ist.
  9. Straßenlaterne (2) als Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels Ladeverbinder (40) der elektromechanische Direktkontakt für Parallel-Zweiräder (30) hergestellt werden kann.
  10. Straßenlaterne (2) als Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass Ladeverbinder (4) energetisch die Parallel-Zweiräder aufladen
  11. Straßenlaterne (2) als Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass Ladeverbinder (40) datentechnisch über IP-Verbindungen (7) die Parallel-Zweiräder ankoppeln
  12. Straßenlaterne (2) als Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 11 ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückübertragung der elektrischen Leistung der Energiespeicher der Parallel-Zweiräder (30) in das Elektroenergiesystem (18) und eine Gutschrift über einen Server (1) erfolgen kann
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