BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG……………

Luận văn

Thiết kế chiếu sáng đường Lê
Hồng Phong sử dụng đèn LED
Lời Mở Đầu
Trong công cuộc đổi mới đất nước, song song với quá trình công nghiệp
hóa_hiện đại hóa thì việc xây dựng cơ sở hạ tầng cũng được tiến hành. Quá trình
nâng cấp, xây dựng hệ thống chiếu sang ở các khu đô thị cũng không nằm ngaoì
kế hoạch. Hiện nay, nền kinh té nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân
dân cũng được nâng cao một cách nhanh chóng. Yêu cầu của họ trong các lĩnh
vực: công nghiệp dịch vụ, du lịchvà sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Chính
do những yêu cầu này, đòi hỏi các nhà kĩ thuật, mỹ thuật, nhà khoa học phải
nghiên cứu, tìm hiểu để tạo ra các sản phẩm nhằm đáp ứng các nhu cầu của họ
Thiết kế hệ thống điện chiếu sáng là một công việc làm khó. Nó không chỉ
đòi hỏi chiếu sáng đơn thuần mà còn phải đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật mức độ
tiện nghi, đảm bảo không bị chói lóa…. Ngoài ra nó còn phải đảm bảo các yêu
cầu về thẩm mỹ và có tính kinh tế cao như: tiết kiệm được điện năng, chi phí
đầu tư nhỏ, cho ánh sáng đẹp, dẩm bảo mỹ quan…. Để có được một bản thiết kế
trên đòi hỏi người thiết kế ngoài kiến thức chuyên môn còn phải có sự hiểu biết
nhất định về xã hội, về môi trường và về các đối tượng thiết kế. Tránh thiết kế
sai gây dư thừa lãng phí nguyên vật liệu và làm mất tính thẩm mỹ….
Với đề tài “thiết kế chiếu sáng đường Lê Hồng Phong sử dụng đèn LED” tôi
đã trình bày khái quát cơ sở lý thuyết chiếu sáng và vận dụng những kiến thức
đã học về kỹ thuật chiếu sáng và cung cấp điện để thiết kế cho tuyến đường trên.

Nguyễn Công Thương
2 Chƣơng 1:Tổng quan về chiếu sáng đô thị
1.1. Mở đầu.
1.1.1. Sơ lƣợc về lịch sử chiếu sáng.
Kỹ thuật chiếu sang nói chung cũng như kỹ thuật chiếu sang công cộng
nói riêng từ một nủa thế kỷ nay đã và đang không ngừng phát triển. Do việc
nâng cao các tính năng của các đèn, bộ đèn, cải tiến liên tục của các phương
pháp chiếu sáng.
Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của các ngành kinh tế kỹ thuật, đời
sống nhân dân được nâng cao. Vì vậy nhu cầu chiếu sáng ngày càng đòi hỏi
cao hơn, việc chiếu sáng các đô thị, khu công nghiệp, công trình văn hoá thể
thao, các xa lộ v.v… là một nhu cầu cấp thiết đòi hỏi các nhà thiết kế chiếu
sáng phải quan tâm làm sao vừa đảm bảo mỹ thuật vừa đảm bảo kỹ thuật lại
có tính kinh tế cao.
Ngày trước chiếu sáng chỉ nhằm đáp ứng nhu cầu “ xua tan bóng tối”
thì ngày nay chiếu sáng không chỉ đẩy lùi bóng tối mà còn đảm bảo tiện
nghi, tính mỹ thuật ở mức cao nhất. Từ những năm 1940 đã xuất hiện các
chỉ dẫn nhằm đảm bảo độ đồng đều của ánh sáng, yêu cầu cho an toàn giao
thông lúc bấy giờ. Từ năm 1965 uỷ ban quốc tế về chiếu sáng (CIE) đã công
bố một phương pháp gọi là tỷ số R, trong đó khái niệm về độ rọi đã phải
nhượng bộ một bước cho độ chói trung bình của mặt đường có xét đến hiện
tượng tương phản và do đó đã chú ý đến chi giác nhìn.
Các thống kê và thực nghiệm đã được tiến hành, các tiêu chuẩn về tiện
nghi của việc bố trí đã được đề ra. Năm 1975 CIE công bố một phương pháp
các “độ chói điểm”. Trong đó việc tính toán dần những điểm do máy tính
3


và lĩnh vực chiếu sáng nước nhà. Hiện nay, hầu hết các thành phố lớn, các
đô thị cũng như các tuyến đường giao thông đã được chiếu sáng với các mức
độ khác nhau nhưng cũng phát huy được tối đa hiệu quả của chiếu sáng như
giảm được tai nạn giao thông, tăng vẻ đẹp của các đô thị, giảm tệ nạn xã hội
v.v… Trong chương trình đưa điện về nông thôn thì điện chiếu sáng cũng đã
xuất hiện nhằm phục vụ sản xuất.
Cũng như các thành phố lớn khác, thành phố Hải Phòng cũng rất quan
tâm đến lĩnh vực chiếu sáng. Hiện nay thành phố cũng đang tiến hành nâng
cấp hệ thống chiếu sáng đồng thời xây dựng các hệ thống chiếu sáng mới
với công nghệ hiện đại, thay cho việc đóng cắt bằng tay ở đây đã dụng hệ
thống đóng cắt tự động. Tất cả các công viên, vườn hoa, các tuyến đường,
nhà máy, xí nghiệp, trường học, bệnh viện…trong thành phố cũng như ngoại
thành đều đã được chiếu sáng.
1.2. Tổng quan về kỹ thuật chiếu sáng.
 Các đại lƣợng đo ánh sáng.
Khái niệm quang thông là quan niệm đầu tiên của con người có quan hệ
đối với nguồn sáng, đó là ngọn nến và đèn măng sông không cho cùng một
đại lượng ánh sáng. Những khái niệm này không nêu lên bất kỳ sự phân bố
ánh sáng trong các miền khác nhau của không gian chiếu sáng, hơn nữa nó
không thể đo được. Điều đó đã thúc đẩy nhà vật lý Lambert ở thế kỷ 18 đưa
ra các cơ sở của phép đo ánh sáng dựa trên cơ sở quang học hình học và sinh
lý.
1. Góc khối Ω,steradian(Sr).
Góc khối không chỉ dùng cho phép đo ánh sáng, nó cần thiết cho sự lập
luận trong không gian ( là góc trong không gian).
5

Ký hiệu là Ω
Góc khối được định nghĩa là tỷ số của S trên bình phương của bán kính:
Ω = (1.1)

Candela là cường độ ánh sáng theo một phương đã cho của nguồn phát của
bức xạ đơn sắc có tần số 540.10
12
Hz (λ = 555 nm) và cường độ năng lượng
theo phương này là 1/683 oắt trên steradian.
3. Quang thông Φ,lemen(lm).
Đơn vị cương độ sáng candela do nguồn phát theo mọi hướng tương ứng
với đơn vị quang thông tính bằng lumen. Lumen là quang thông do nguồn này
phát ra trong không gian ta có thể suy ra không gian của nó.
Trong trường hợp đặc biệt khi cường độ bức xạ I không phụ thuộc vào
phương thì quang thông là :
Φ = =4Π.I (1.3)
4. Độ rọi – E,lux(lx).
Mật độ quang thông rơi trên một bề mặt là độ rọi, có đơn vị là : lx.
Biểu thức tính : E
lx
= (1.4)
Khi sự chiếu sáng trên bề mặt không đều nên tính trung bình số học ở các
điểm khác nhau để tính độ rọi trung bình.
Khái niệm về độ rọi ngoài nguồn ra còn liên quan tới vị trí cảu mặt được
chiếu sáng. Ta coi một nguồn sáng điểm O, bức xạ tới một mặt nguyên tố dS
ở cách O một khoảng r, một cường độ sáng I.
Gọi α là góc hợp bởi pháp tuyến n của dS với phương r. Góc khối dΩ chắn
trên một hình cầu bán kính r, một diện tích bằng dS.cosα.
5. Độ chói – L (cd/m
2
).
7

Trong một phương diện cho trước, của một diện tích mặt phát cho dS. Độ 8
1,5m
170m 0.5 độ 1 độ 1.5 độ
Hình 1.4
Mặt đường khi thiết kế chiếu sáng được quan sát dưới góc 0.5
o
+ 1.5
o

và trải dài từ 60 + 170m (hình 1.4).
- Độ đồng đều phân bố biểu diễn của độ chói lấy từ các điểm khác nhau
của bề mặt, do độ chói không giống nhau theo mọi hướng (sự phản xạ
không phải là vuông góc mà là hỗn hợp ) nên trên đường giao thông
người ta phải kiểm tra độ đồnh đều của ánh sáng trên hai điểm đo theo
chiều ngang và một tập hợp điểm cách nhau gần 5m giữa các cột đèn
theo chiều dọc.
- Phải hạn chế loá mắt và sự mệt mỏi do số lượng và quang cảnh của các
đèn xuất hiện trên thị trường, khi phải đảm bảo độ chói trung bình của
mặt đường. Do đó người ta định nghĩa một “ chỉ số loá mắt “ G ( glare
index) chia theo thang từ 1 (không chịu được ) đén mức 9 ( không cảm

chung
U
o
=Độ đồng
đều
chiếu
dọc U
1
=

Chỉ số
tiện
nghi G

A
Xa lộ
Xa lộ cao
tốc 2

0,4

0,7

6

0,4 0,7

5
6

D
Các phố
chính
Các phố
bán buôn Sáng
0,4 0,7 4


xứng, tính đồng đều của độ rọi phụ thuộc vào hình dáng bố trí đèn và độ
chói trung bình của lọai thiết bị chiếu sáng và lớp phủ mặt đường.
1.5.1. Chiều cao cột đèn.
Các thông số đặc trưng cho cách bố trí đèn được xác định theo (hình 1.5).
Trong đó :
h : chiều cao cột đèn.
b : chiều rộng mặt đường.
c : khoảng cách giữa 2 đèn liên tiếp.
s : khoảng cách hình chiếu của đèn đến chân cột đèn.
a : khoảng cách hình chiếu của đèn đến mép đường ( trong hình vẽ
là dương ).
h

s
a c
l
Hình 1.5

Sự bố trí của các bộ đèn có thể là :
- Ở một bên đường: Đó là trường hợp đường tương đối hẹp hoặc một
phía có hàng cây hoặc chỗ uốn cong.Trong đó trường hợp này sẽ bố trí
11

đèn ngoài chỗ uốn cong để đảm bảo hướng tầm nhìn cho phép đánh giá


Bảng 1.2 Các kiểu bộ đèn
Kiểu bộ đèn
hướng I
max
I
max
dưới góc 90
0
I
max
dưới góc 80
0
Kiểu chụp sâu
Kiểu chụp vừa
Kiểu chụp rộng
0 đến 65
0
0 đến 75
0
0 đến 90
0
10 cd/1000 lm
50 cd/1000 lm
1000 cd V Φ
30 cd/1000 lm
300 cd/1000 lm
Ta lưu ý rằng bộ đèn chụp rộng tương đối loá mắt, nên ít gặp trong chiếu
sáng đường ôtô nhưng thường dùng chiếu sáng cho các vùng có nhiều người
đi bộ ( quảng trường,nơi dạo mát,khu nhà ở …) độ chói của chúng có thể
13

Bảng 1.4 Độ rọi trung bình của các loại đường 2. Hệ số sử dụng của bộ đèn.
Đó là số phần trăm quang thông do đèn phát ra chiếu trên phần hữu ích
của con đường có độ rộng l.
Đối với bộ đèn đã cho, hệ số sử dụng f
H
này phụ thuộc vào độ mở của
góc nhị diện của chùm tia sáng cắt mặt đường.

a Đường các đèn

l-a
Hình 1.10
Đối với khoảng cách a> 0 góc nhị diện phía trước (phía mặt đường ) bị
giới hạn bằng đường hàng đèn và cạnh đường đối diện với đèn, được xác

18
13
14

định bằng (l-a)/h và góc nhị diện sau (cạnh hè đường ) được xác định bằng
a/h.
Do vậy ta phân biệt hai hệ số sử dụng :
f
UAV(trước)
và f
UAR(sau)
lấy tổng đối với a>0
f’
UAV
và f
’’
UAV
lấy hiệu nếu a<0.
Các nhà chế tạo thường cho hệ số này trên một đồ thị (Hình 1.11) thể hiện
giá trị thường dùng nhất.
Hệ số sử dụng
Phía vỉa hè Phía đường

1
1 2
3
Hình 1.11

0,3

0,2

0,1 Chụp sâu
Chụp vừa
15

Thực tế trong thiết bị chiếu sáng đã bù cos

s
là điện áp ra. nl l(n-1) 2l l
1 2 n-2 n-1 n

ΔU
1
ΔU
n-2
ΔU
n-1
U
c
Us

Hình 1.12

Điện áp rơi trên từng đoạn là :
ΔU
n-1
= 2 , ΔU
n-2
= 2 ,…., ΔU
1
= 2 (1.8)
Do đó điện áp rơi trên đường dây :
16


Có thể tiến hành theo 3 cách một pha 220V, ba pha Y
n
( sao trung tính
220/380V ) hay nối tam giác ( D ) 220V.
Bảng dưới đây cho thấy lợi ích của phân phối ba pha đói với một hệ
thống chiếu sáng đã cho khi cùng một sụt áp.

– Bảng 1.5 Lợi ích của phân phối 3 pha đối với một hệ thống chiếu sáng.
17 Một pha 220V
Y
n
220/380V
D 220V
Số lượng dây dẫn
2
3 + 1
3
Dòng điện trên dây dẫn
I
I/3
I/

Tiết diện dây dẫn tỷ lệ với

2 = S
m


trong phút đầu tiên ( do đó cần phải khởi động từng bộ phận).
- Khả năng mở rộng lưới.
Mặt khác cần phải đảm bảo an toàn và bảo vệ khi làm việc ở lưới trung
áp.
Các tủ điều khiển gồm có các thiết bị bảo vệ khác nhau, dây nối đất và
công tơ, hệ thống bật tắt từ xa. Các kiểu thường dùng là :
- Máy cắt theo giờ có cơ cấu đồng hồ điện.
- Tế bào quang điện chỉnh định thời gian để tránh làm việc không đúng
lúc ( tế bào thường đặt trên cột gần trạm nhất ).
- Phát dòng điện 175Hz lên dây dẫn của mạng để thao tác các công tơ.
18

4. Tính toán một trạm biến áp điển hình.
 Sơ đồ nguyên lý một sợi TBA (Hình 1.13).
 Xác định dung lượng trạm biến áp.
- Nguồn cung cấp cho trạm 22kV.
- Công suất tiêu thụ TBA (xét trên 1km chiều dài có 20 cột đèn chiếu
sáng,mỗi cột có 2 đèn, mỗi đèn công suất 250W và 20 cột đèn trang
trí, mỗi cột 2 đèn, mỗi đèn công suất 150W).
P∑ = 20.( 2.250+ 2.150) = 16(kW)
Q∑ = P∑.tgφ = 16.0,49 = 7,84 (kVAR)
S∑ = = 17,8 (kVA)
Chọn S
dm BA
≥ S∑ = 17,8 (kVA). Vậy ta chọn MBA 50-22/0,4
- Tính tiết diện dây dẫn trên không tải 22kV về trạm BA
Tổn thất điện áp phía cao áp
ΔU
cp
= = = 660 (V)

= 400A.
- Chọn aptomat nhánh: chọn loại C100E do MERLINGERIN chế tạo
với I
đm
= 100A.

 Trạm biến áp 50KVA – 22/0,4KV
Trạm xây dựng theo kiểu trạm treo.
Toàn bộ thiết bị trạm được treo trên 01 cột bê tông ly tâm cao
12m.
19

Các xà trạm,ghế thao tác và thang trèo đều được sơn chống gỉ và
sơn ghi.
Máy biến áp 3 pha : - Công suất danh định: 50kVA
- Cấp điện áp: 22/0,4kV
- Máy loại 2 cuộn dây đấu Y/Y
0-12

- Máy được làm mát bằng dầu tuần
hoàn tự nhiên và treo ở độ cao 3 – 4m so với mặt đất.
Đóng cắt, bảo vệ ngắn mạch và quá tải phía cao thế bằng cầu
dao, cầu chì tự rơi FCO 22kV – 5A. Bảo vệ phía hạ thế bằng
attômát tổng 100A. Bảo vệ chống sét bằng chống sét van 22kV…
 Hệ thống tiếp địa trạm :
Hệ thống tiếp địa trạm biến áp bao gồm: Tiếp địa làm việc,tiếp
địa an toàn và tiếp địa bảo vệ. Các hệ thống tiếp địa này đều có
dây xuống hệ thống tiếp địa chung.
Hệ thống cọc tiếp địa gồm có 6 cọc bằng thép L75x75x7mm dài
2,5m. Cọc cách cọc tối thiểu là 2,5m. Mỗi cọc tiếp địa đều có dây


không khí tối đa 41
0
C
- Nhiệt độ

không khí tối thiểu 5
0
C
- Độ ẩm tương đối 100% khi T = 40
0
C
- Độ cao trên mực nước biển dưới 1000m
- Trở suất nhiệt của đất TB = 1,2.tối đa = 3,0
- Lượng mưa 1800mm/năm
- Bảo vệ chống hơi nước mặn của biển.
2.2. Các tiêu chí thiết kế.
Việc thiết kế, chế tạo, lắp dựng, kiểm tra và nghiệm thu các vật tư thiết bị
và các công việc đều phù hợp với tiêu chuẩn IEC và tham khảo các tiêu
chuẩn đã được áp dụng, đã được công nhận nếu như tiêu chuẩn IEC không
có. Tất cả các thiết bị thiết kế đều phù hợp với khí hậu nhiệt đới ven biển.
Cấp điện áp danh định và phạm vi thay đổi điện áp cho phép tối đa trong
điều kiện vận hành bình thường là :
- Hạ thế : 380/220 +5%
- Tần số hệ thống là 50Hz
- Cấp cách điện của hệ thống o,4 kV sẽ là :
- Điện áp định mức cảu thiết bị là 1/0,6kV.
- Điện áp danh định là 0,4/0,23kV.
- Công suất ngắn mạch định mức 34,6MVA.
- Kết cấu lưới và độn tin cậy :

.
- Độ đồng đều ngang : lớn hơn 40%.
- Độ đồng đều dọc : lớn hơn 70%.
Tham khảo một số tiêu chuẩn thiết kế BC vá CIE cũng cho các thông số
tương tự.

Tham khảo phần mềm tính toán của Schreder với đèn ONYX2 bóng đèn
cao áp 250W cho thấy khoảng cột từ 35-40m và độ cao 11m là hợp lý.
2. Cột đèn chiếu sáng.
22

Để phù hợp với điều kiện khí hậu vùng ven biển của Hải Phòng, các cột
đèn được chế tạo bằng thép và được mạ kẽm nhúng nóng
- Cột đèn chiếu sáng đường dùng cột thép bát giác cần thép cao
11m, độ vương cần 1,8m,góc nghiêng cần 15
0
.
- Hai cột thép bát giác cần kép cao 10m, độ vươn cần 1,8m, góc
nghiêng cần 15
0
.
- Đèn cao áp lắp trên cột 10 và 11m yêu cầu có độ bảo vệ đèn
chống bụi và nứoc tạt vào là IP66. Bóng cao áp SODIUM 400W.
- Cột đèn pha tại KM0 và KM2 ÷ 387 dùng cột cao 25m lắp 8 đèn
pha công suất 1000W.
- Cột đèn pha tại KM1+ 193, KM4 + 147, KM4 + 448, KM5 + 290
dùng cột thép cao 17m, lắp 6 hoặc 8 đèn pha bóng SODIUM
400W.
- Móng cột đèn 17m và 11m dùng bê tông trộn tại chỗ bằng tay
mác 50 đá 1*2. Móng cột 25m dùng bê tông thương phẩm mác

C ác kết quả tính toán tổn thất điện áp của các nhánh chiếu sáng :