SMART LIGHTING in SMART CITY

Rev: 6 – 08 luglio 2014 SMARTLIGHTINGinSMARTCITY
Premessa
Con la continua richiesta di risparmio sulle bollette energetiche delle amministrazioni e dei gestori di impianti, unitamente alla diffusione sempre maggiore di tecnologie che permettono un utilizzo intelligente dell’illuminazione, si stanno sempre più diffondendo i sistemi “smart lighting”. Essi sono utilizzati per una gestione corretta dell’illuminazione, per avere livelli di illuminamento corretto nelle varie fasce orarie o per mantenere in efficienza i sistemi di illuminazione misurandone i parametri elettrici o di funzionamento. Accanto ad essi si stanno inoltre diffondendo sistemi che, utilizzando le reti elettriche dedicate all’illuminazione, alimentano altre utenze o trasmettono dati (es. telecamere, WI‐FI, pannelli a messaggio variabile etc.) al fine creare una rete intelligente ovvero “Smart City”. L’utilizzo di nuovi componenti o nuove tecnologie non è esente da problematiche che ne rallentano lo sviluppo o rendono scettici gli operatori coinvolti. Ne risulta che la diffusione di reti intelligenti che permettono sia un risparmio energetico sia una innovazione in termini di servizi, informazioni o scambio dati, è rallentata o frenata. Di seguito si elencano le principali problematiche che si possono trovare nella realizzazione di un impianto smart per illuminazione pubblica: 1) Interferenze elettromagnetiche i sistemi di trasmissione dati utilizzano sia i conduttori di alimentazione degli apparecchi (onde convogliate) sia sistemi di trasmissione via etere (Wi‐Fi – ZigBee etc.): per entrambe i sistemi si utilizzano frequenze di trasmissione che possono sovrapporsi alle frequenze di rumore emesse dagli alimentatore o da altre utenze elettriche oppure da altri dispositivi in Radio Frequenza (telecomandi, ecc).  Per i sistemi ad onde convogliate, la norma di riferimento è la EN 50065 che copre frequenze di trasmissione da 3 fino 148, 5 kHz e fissa dei requisiti di base sull’utilizzo delle bande di frequenza. I valori limite di emissione condotta specificati in quest’ultima norma sono a volte inferiori ai valori limiti di emissione dei prodotti elettrici. Ad esempio apparecchi di illuminazione conformi alla norma EN 55015 oppure apparecchiature elettrodomestiche conformi alla 55014 possono avere emissioni superiori a quelli consentiti dalle bande di trasmissione. La presenza di questi disturbi, ancorché conformi alle normative, possono limitare le performance dei sistemi di trasmissione. . POSSIBILE SOLUZIONE: effettuare sempre prove di misura dei disturbi degli oggetti connessi sulla rete di Illuminazione Pubblica. 
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Potrebbe essere oggetto di autorizzazione anche la trasmissione dati a cui l’utente potrebbe collegarsi ed utilizzarlo per altri scopi (es. utilizzo di internet da parte di privati mediante l’infrastruttura di trasmissione dati dell’impianto, il servizio offerto dal gestore della Pubblica Illuminazione potrebbe configurarsi come in concorrenza con i gestori TLC). POSSIBILE SOLUZIONE: approfondire gli aspetti concessori e legislativi relativi alla diffusione delle reti dati Per i sistemi ad onde radio è applicabile la direttiva RTTE che copre gli aspetti di emissione e di potenza di trasmissione. Per limitare lunghi processi autorizzativi, si utilizzano le bande Rev: 6 – 08 luglio 2014 libere, dove emettono anche telecomandi, Wi‐Fi ed altri dispositivi di uso generale. Il rischio di interferenza è correlato all’affollamento della banda. POSSIBILE SOLUZIONE: utilizzo di modalità trasmissive che prevedano una elevata ridondanza nella comunicazione (elevato numero di salti, direzionalità trasmissiva, collocazione ottimale delle antenne rispetto all’apparecchio, ecc). Nota: L’utilizzo di servizi di comunicazione informativi a livello locale potrebbero in futuro trasformare in sistemi di allacciamento alla rete internet in concorrenza con fornitori di servizi Internet e comunicazione. 2) Marcatura CE dell’apparecchio di illuminazione L’installazione di schede o elementi elettronici di controllo o di trasmissione dati all’interno dell’apparecchio di illuminazione ne determina una modifica sostanziale. Le direttive Europee indicano che qualsiasi modifica effettuata ad un prodotto determina che il costruttore originale non è più ritenuto responsabile della rispondenza alle varie direttive. Responsabilità che ricade su chi ha effettuato la modifica. Anche la certificazione di parte terza decade in caso di modifica dei prodotti. Al momento non esistono sistemi o apparecchi di illuminazione predisposti per l’utilizzo universale di schede o accessori di comunicazione. La compatibilità tra gli elementi è parte di un accordo tra fabbricanti di apparecchi e fabbricanti di sistemi di comunicazione. Il prodotto finito deve comunque essere conforme alle direttive applicabili. POSSIBILE SOLUZIONE: nel caso di apparecchi nuovi, richiedere sempre la certificazione e la garanzia del costruttore dell’apparecchio, non solo per gli aspetti di CE, ma anche per la tenuta ai surge, il grado IP, ecc Nota: Alcune municipalizzate non richiedono l’asola nel palo che quindi non permette l’installazione di dispositivi di comunicazione direttamente nel palo. Tali dispositivi dovranno quindi essere installati nei pozzetto o in prossimità dei morsetti dell’apparecchio. Nota: nel caso di impianti esistenti, oltre alla certificazione del costruttore nel caso i componenti di comunicazione vada installato nell’apparecchio, si pone il problema se un dispositivo di comunicazione installato appena fuori l’apparecchio debba essere sottoposto a certificazione e se si a quali, in quanto il dispositivo potrebbe influenzare il comportamento dell’apparecchio. Stesso problema per i dispositivi “Smart” installati nei pressi dell’apparecchio Oltre alle responsabilità legate alla marcatura CE o alla legislazione vigente, ogni componente aggiuntivo nell’apparecchio deve essere compatibile con le condizioni termiche che si hanno nell’apparecchio. E’ quindi necessario che il costruttore del componete definisca i limiti di temperatura di funzionamento e che sia verificato che tali condizioni non siano superate a seguito dell’installazione. POSSIBILE SOLUZIONE: richiede sempre le prove di compatibilità termica quando si installano oggetti negli apparecchi 3) Tenuta alle tensioni impulsive: La componentistica elettronica è particolarmente sensibile alle tensioni impulsive. In particolare, negli impianti di illuminazione esterna la possibilità che eventi atmosferici o transitori provenienti dalla rete possano verificarsi è abbastanza frequente. L’esperienza ha mostrato che gli attuali livelli di immunità ai surges (es. EN 61547) potrebbero non garantire una corretta affidabilità nel tempo del sistema. Rev: 6 – 08 luglio 2014 Gli impianti in classe I offrono meno problematiche di immunità alle scariche elettrostatiche. Sarebbero da favorire rispetto agli impianti di classe II. Vedere documento ASSIL: “Protezione contro le sovratensioni in apparecchi di illuminazione LED per esterno.” L’indirizzo attuale è quello di richiedere una tenuta 4 kV di modo comune 2 kV di modo differenziale. POSSIBILE SOLUZIONE: tutte le apparecchiature elettroniche installate sulla rete di PI dovrebbero avere una tenuta ai surge di questo tipo 4) Alimentazione degli impianti durante il giorno: Nella illuminazione pubblica tradizionale gli impianti erano accessi e quindi alimentati durante le ore notturne. Nelle ore diurne, in cui c’è normalmente maggiore densità di traffico o dove la possibilità che i pedoni possano venire in contatto con parti del palo è più frequente, gli impianti erano normalmente privi di tensione. L’installazione di reti intelligenti, se da un lato permette di usare la rete esistente per alimentare altri dispositivi, dall’altro richiede che la rete di alimentazione sia sempre alimentata. Il problema è duplice: da una parte per i manutentori che dovranno intervenire su impianti in tensione, dall’altro raddoppia la probabilità che un utente possa venire in contatto con una parte in tensione. POSSIBILE SOLUZIONE Esistono oggi sistemi che, durante le ore diurne alimentano tutte le utenze a valori di tensione ridotti e non pericolosi, ma che comportano costi superiori. Non si dimentichino anche le maggiori perdite, seppur minime, dovute alla condizione di alimentazione H 24. Indispensabile prevedere appropriate procedure per i tecnici manutentori che lavorano sugli impianti, anche in relazione al fatto che con un telecomando l’impianto può essere acceso a distanza. 5) Modalità di istallazione dei componenti di impianto: L’installazione di componenti di impianto richiede come è logico un collegamento alla rete di alimentazione. Tale collegamento è effettuato nella portella del palo o direttamente ai morsetti dell’apparecchio. In molti casi è però necessario far passare i cavi dall’interno del palo all’esterno (Es. Telecamere installate a metà altezza palo). L’effettuazione di fori nel palo ne determina una riduzione o modifica delle caratteristiche meccaniche che sono normalmente soggette a certificazione obbligatoria in base al Regolamento (UE) N. 305/2011 ‐ CPR (ex direttiva Prodotti da Costruzione). Forature o modifiche alla struttura del palo possono influire anche sulla tenuta alla corrosione del palo. Il direttore lavori si assume quindi la responsabilità della modifica effettuata In alcuni casi viene richiesto un doppio pressacavo nell’apparecchio per consentire una derivazione o una ulteriore installazione di cavi di alimentazione o segnale ad altri dispositivi (es. antenna). POSSIBILE SOLUZIONE: qualora non si tratti di nuova fornitura, ed in questo caso è opportuno chiedere al fornitore la predisposizione e la protezione alla corrosione, è utile ottenere da un tecnico una dichiarazione per la modifica effettuata 6) Consumi elettrici dei dispositivi ausiliari: Rev: 6 – 08 luglio 2014 La fornitura di energia elettrica negli impianti di illuminazione pubblica è effettuata a prezzi convenzionati. Negli impianti smart city o smart lighting i dispositivi ausiliari sono collegati alla stessa rete ed il loro consumo (per quanto inferiore a quello dell’illuminazione, non può essere quantificato essendo collegato alla stessa rete). Non risulta quindi possibile scindere le due voci di consumo energetico determinando una problematica di origine amministrativa o fiscale. POSSIBILE SOLUZIONE : I contatori che permettono una valutazione dei consumi a fasce orarie potrebbero ridurre il problema assegnando le tariffe di illuminazione nelle fasce notturne. In ogni caso è necessario un accordo tra fornitore di energia e utilizzatore. Qualora i consumi siano elevati (ad esempio ricarica biciclette), c’è una delibera dell’autorità che permette l’installazione di un secondo contatore per detrarre i consumi delle apparecchiature diverse dall’illuminazione. In ogni caso è auspicabile che i dispositivi Smart possano essere dotati di contatori di energia certificati 7) Gestione della manutenzione: La modifica di impianti esistenti determina una variazione dei piani e delle responsabilità di manutenzione degli stessi. Vincoli contrattuali di manutenzione potrebbero limitare se non rendere impossibile o limitare l’installazione di nuovi dispositivi o componenti. Nel caso, ad esempio, di servizi relativi a videosorveglianza oppure a ricarica di veicoli elettrici, le necessità manutentive dell’impianto di pubblica devono sposarsi con le necessità di garantire i servizi H24 POSSIBILE SOLUZIONE: In fase contrattuale è necessario definire il o i responsabili per ogni impianto. Alcune municipalizzate richiedono che la manutenzione venga assegnata ad un singolo gestore che acquisisce la responsabilità della manutenzione di tutte le funzionalità. In altri casi è necessario stabilire responsabilità per ogni singola funzionalità o parte dell’impianto. 8) Compatibilità tra sistemi differenti e differenti sistemi di comunicazione Le tecnologie di Smart Lighting necessitano di dispositivi per la comunicazione tra punto luce e quadro di alimentazione e tra quadro di alimentazione e supervisore. Oggi questi dispositivi sono per la maggior parte dei casi ottimizzati , sia in termini di funzionalità, che in termini di costo, per garantire una efficace comunicazione, una corretta compatibilità con l’apparecchio di illuminazione ed in ultima istanza per garantire che il sistema possa essere messo in servizio efficacemente e funzioni correttamente nel tempo. L’ottimizzazione ha portato al diffondersi di sistemi comunicanti con protocollo proprietario, in alcuni casi aperto. La tematica è di difficile soluzione perché è difficile far convivere l’esigenza di garantire il corretto funzionamento del sistema con quella di utilizzare sistemi general purpose che per loro natura non offrono le garanzie di funzionalità necessarie. Si verifica poi spesso che anche in presenza di sistemi definiti non proprietari, nei fatti, solo la conoscenza della mappa di memoria ( che appartiene ad ogni singolo oggetto ) permette una vera compatibilità. Se il costruttore non vuole comunicare il contenuto della mappa di memoria qualsiasi tentativo di apertura è destinato a fallire. Del resto i protocolli cosiddetti aperti della Building Automation, presenti sul mercato da quasi 20 anni, non sono riusciti a decollare, proprio a causa di questi problemi. Inoltre si ricorda che la struttura delle Rete di Pubblica Illuminazione è tale da prevedere l’assoluta omogeneità di apparecchi, ad esempio installati su una stessa strada o piazza. Rev: 6 – 08 luglio 2014 POSSIBILE SOLUZIONE: Esistono due sistemi di comunicazione:  La comunicazione tra quadro di distribuzione e Software di controllo remoto. Sono in atto iniziative per far dialogare i protocolli di comunicazione di questo tipo per poter interfacciare differenti impianti ad un unico punto utente. L’unificazione sta avvenendo con un protocollo IP (Ved. consorzio TALQ) , oppure anche attraverso il dialogo a livello di server dei diversi Database. Si tratta del bisogno maggiore oggi espresso, perché l’utente si aspetta di gestire gli impianti di una città da una sola “cabina di regia”. Non ci sono barriere tecnologiche ad uno sviluppo in questo senso, è necessaria la sola buona volontà degli operatori del settore  La comunicazione tra quadro di distribuzione singolo apparecchio. Si segnala l’esigenza delle municipalizzate di avere sistemi e protocolli aperti che consentano una intercambiabilità di sistemi. Purtroppo un sistema di comunicazione non è semplice da gestire come un apparecchio. L’apparecchio funziona da solo, basta solo alimentarlo. Un sistema funziona se le parti sono coordinate e sinergiche ed una vera intercambiabilità ad oggi sembra difficile da attuare, anche su protocolli aperti che si presume siano facili da interfacciare ( l’esperienza dell’Enel in questo campo è stata importante ), ma che poi in pratica non lo sono perché ogni produttore individua una sua gestione ottimizzata del prodotto in relazione ai bisogni dell’utenza. La problematica rimane aperta in quanto ad oggi non esistono sistemi di comunicazione normalizzati ed i produttori di sistemi ritengono che per ottimizzare costi, progetti e funzionalità sia necessario avere sistemi ad hoc. 9) Collegamento con l’interfaccia utente: Per fare in modo che i dati o i segnali dell’impianto possano arrivare all’interfaccia utente è necessario garantire una efficace trasmissione dati da ogni singolo punto al quadro centrale e da quest’ultimo alla rete internet per una accessibilità remota. Quest’ultima trasmissione, in caso il quantitativo di dati sia rilevante (es. presenta di telecamere a trasmissione continua) richiede spesso una corretta progettazione e selezione dell’infrastruttura di trasmissione che potrebbe compromettere l’intero funzionamento o fruibilità dell’impianto. POSSIBILE SOLUZIONE: Nel caso si voglia realizzare una infrastruttura estesa, e non si disponga o siano troppo onerosi punti di accesso su cavo (DSL) o fibra ottica, una soluzione che ottimizza i costi di gestione è quella di realizzare una rete magliata con sistema Wi‐Fi. Questo sistema potrebbe raggruppare le esigenze di comunicazione di vari quadri e, oltre a consentire l’accesso gratuito Hot Spot a Banda Larga, avere poi un unico punto di accesso. Infatti nel caso si riescano a concentrare le esigenze di accesso, può convenire richiedere un accesso su DSL o FO a 100Mbit, piuttosto che tanti accessi a 6Mbit su 3G, molto più costosi e magari neanche sfruttati a pieno. 10) Compatibilità tra elementi dell’impianto L’implementazione di sistemi di controllo, regolazione o di comunicazione potrebbe avvenire in diverse tempistiche per ammodernamenti di impianti. E’ necessario verificare la compatibilità di ogni interventi con i sistemi esistenti. Ad esempi se un regolatore centralizzato che regola la tensione di alimentazione per regolare il flusso degli apparecchi è inseriti in un impianto in cui sono derivate ulteriori utenze o dispositivi, si rischia il mancato funzionamento di questi ultimi nei periodi di riduzione. Rev: 6 – 08 luglio 2014 POSSIBILE SOLUZIONE: è indispensabile, prima di procedere alla installazione di dispositivi Smart, ad un sopralluogo in sito , affidato ad un Professionista del settore, per valutare tutti gli aspetti tecnici delle nuove installazioni. Si considerino come esempi: la presenza di regolatori di tensione; il corretto dimensionamento delle linee elettriche nel caso di carichi significativi come ricarica mezzi elettrici; la qualità dei sostegni e la loro capacità a sopportare ulteriori carichi al vento; la dispersione delle linee elettriche ai fini della tenuta a surge, impulsi e alla qualità trasmissiva delle Onde Convogliate; la presenza di ostacoli che possono fortemente limitare se non addirittura escludere l’utilizzo di sistemi in Radio Frequenza; la conformazione fisica dell’impianto.

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