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.
Đề tài bao gồm các chương sau:
- Chương1: Tổng quan về kỹ thuật chiếu sáng
1
Trong chương này đề cập đến các vấn đề thường dung trong kỹ thuật chiếu
sáng. Nó có thể giúp ta nắm được những cái chung nhất về kỹ thuật chiếu sáng
như: độ chói, độ rọi, chiều cao cột đèn….Trước khi chúng ta bước sang chương
sau.
- Chương 2: Tổng quan chiếu sáng đường Lê Hồng Phong.
Trong chương này giới thiệu về việc chiếu sáng của đường Lê Hồng Phong
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
thực hiện, đối với một cách bố trí chiếu sáng cho trước cho phép kiểm tra
chất lượng của thực hiện chiếu sáng.
1.1.2. Tầm quan trọng của việc chiếu sáng.
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá ngành điện chiếu sáng
giữ một vai trò rất lớn. Nó không chỉ chiếu sang đơn thuần mà nó còn góp
phần vào công việc sản xuất, xây dựng, bảo vệ đất nước. Đối với chiếu sáng
trong nhà, ngoài chiếu sáng tự nhiên còn phải sử dụng chiếu sáng nhân tạo.
Hiện nay người ta thường dùng điện để chiếu sáng nhân tạo. Sở dĩ như vậy
vì chiếu sáng điện có nhiều ưu điểm: thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiện.Ví
dụ trong xí nghiệp dệt, nếu độ rọi tăng lên 1,5 lần thì thời gian để làm các
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)
K2S
R
KS
Hình 1.1
Trong đó:
S: là số nguyên tố mặt của hình cầu.
R: bán kính mặt cầu.
Nếu bánkính mặt chắn là mét thì mặt chắn là K
2
.m
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
chói là tỷ số của cường độ sáng dI phát bởi dS theo phương này trên diện
tích biểu kiến của dS.
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
nhận được ) và cần phải giữ ở mức 5 (chấp nhận được).
- Hiệu quả hướng nhìn khi lái xe phụ thuộc vào các vị trí sáng trên các
đường cong, loại nguồn sáng trên một tuyến đường và tín hiệu báo
trước những nơi cần báo trước những nơi cần chú ý (đường cong, chỗ
thu thuế, ngã tư …) cũng như các nối vào của con đường.
1.4. Các cấp chiếu sáng.
Đối với các tuyến đường quan trọng, CIE xác định 5 cấp chiếu sáng khi
đưa ra các giá trị tối thiểu cần phải thoả mãn chất lượng phục vụ ( bảng 1.4).
Tất nhiên do sự già hoá của các thiết bị, các chuyên viên thiết kế phải tăng
cường độ chói trung bình khi vận hành cũng như chiếu sáng trong nhà.
1
=
Chỉ số
tiện
nghi G
A
Xa lộ
Xa lộ cao
tốc
2
0,4
0,7
6
B
Đường
cái
Đường
hình tia
Sáng
Tối
2
Các phố
chính
Các phố
bán buôn Sáng 0,4 0,7 4
E
Đường
vắng
Sáng
Tối
0,4
0,5
4
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
tầm quan trọng chỗ rẽ (hình 1.6).
Sự đồng đều của độ rọi ngang được đảm bảo bằng giá trị h sao cho h ≥ 1.
- Hai bên so le: dùng cho các đường 2 chiều, độ rọi nói chung sẽ đều hơn
nhưng phải tránh uốn khúc không có lợi cho lái xe (hình 1.7 ).
Tính đồng đều của độ chói ngang đòi hỏi độ cao của đèn h ≥ l.
- Hai bên đối diện: đối với các đường rất rộng hoặc phải đảm bảo độ cao
của đèn (hình 1.8 ). Sự đồng đều của độ chói ngang cần thiết có h ≥
0,5.l
- Theo trục đường: được sử dụng trong trường hợp đường đôi có dải
phân cách ở giữa, sự bố trí như vậy chỉ cho phép sử dụng một cột có 2
đầu nhô ra, đồng cũng là đường cung cấp điện (hình 1.9 ).
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
chấp nhận được khi đèn được đặt trong các quả hình cầu khuyếch tán ánh
sángđược tính toán một cách hợp lý.
Các bộ đèn chụp sâu thực tế tránh được mọi nguy cơ bị chói mắt trực tiếp
nhưng phải thận trọng để tránh “hiệu ứng bậc thang “. Thường dùng các
nguồn sáng điểm.
Các bộ đèn chụp vừa phân bố ánh sáng rộng thường thích hợp với các
nguồn sáng dạng có độ chói nhỏ, ví dụ các đèn natri thấp hoặc các đèn ống
huỳnh quang.
Bảng 1.3 Các giá trị cực đại của tỷ số e/h
e/h max Đèn chụp sâu Đèn chụp vừa
Một bên, đối diện 3 3,5
Hai bên so le 2,7 3,2
1.5.3. Công suất đèn.
1. Độ rọi trung bình của đèn.
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
R= E
tb
/l
tb Bê tông
Lớp phủ mặt đường
Sạch Bẩn Sáng Trung bình Tối Hè đường
Kiểu chụp sâu 11 14 14 19 25 18
Kiểu chụp vừa 8 10 10 14 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)
1. Biểu thức điện áp rơi.
Đối với đường dây có điện trở R và cảm kháng L
w
được cung cấp cho
tải có hệ số công suất cos
φ
, có dòng điện I chạy qua, điện áp rơi sẽ là:
ΔU =RI cos
φ
+ L
w
Isin
φ
(1.6)
0,4
0,3
0,2
0,1
Chụp sâu
Chụp vừa
15
Thực tế trong thiết bị chiếu sáng đã bù cos
φ
gần bằng 0,85 ta tính gần
đúng điện áp rơi trên đường dây là :
ΔU = RI (1.7)
Điện trở suất của dây đồng hoặc dây nhôm cần tính khi nhiệt độ kim
loại ở ruột cáp bằng 65
0
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
U
l
– U
S
= 2 .n. (1.9)
Với chiều dài đường dây L = (n – 1)l, điện áp rơi được xác định :
ΔU = 2 (1.10)
– 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 =
=
Trọng lượng dây dẫn tỷ lệ
với
2S
m
0,66S
m
1,5S
- 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)
ΔU
cp
: tổn thất điện áp cho phép tính theo %.
U
dđ
: điện áp danh định của mạng.
I
tt
= I
đmBA
= = 1,3 A
Do dòng điện tính toán tương đối nhỏ nên ta chọn tiết diện dây tối
thiểu là 35mm
2
, chọn dây AC-35.
- 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
bắt bằng thép Φ12 hàn tai bắt tiếp địa. Đầu nối các cọc tiếp địa
bằng sắt dẹt 40x4mm.
Dây trung tính từ máy biến áp xuống hệ thống tiếp địa trạm bằng
dây cáp đồng nhiều sợi bọc PVC. Dây nối vỏ máy biến áp, đầu
áp, giá đỡ cáp hạ thế… với hệ thống tiếp địa đều là sắt tròn Φ12.
Điện trở tiếp đất của trạm biến áp phải đảm bảo ≤ 4Ω. Nếu không
đạt sẽ thiết kế bổ xung.
Đo đếm điện năng:
Hệ thống đo đếm điện năng đặt trong tủ chống tổn thất do công
ty Điện lực Hải Phòng cung cấp. Chƣơng 2 : Tổng quan chiếu sáng đƣờng Lê Hồng Phong
2.1. Các tiêu chuẩn thiết kế.
20
- 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 :
Do không bố trí các trạm biến áp phục vụ cho chiếu sáng riêng dọc theo
tuyến đường nên nguồn điện cấp cho đèn đường xuất phát từ thanh cái các
trạm gần nhất để cấp cho các tủ điện chiếu sáng.
21
Mỗi tủ điện sẽ cấp cho 2 tia với bán kính khoảng 1000m.
Mặt khác hiện tai đường cáp 22kV và hệ thống các trạm điện chưa đồng thời
đưa vào hoạt động, trong lúc thành phố yêu cầu khẩn trương có điện để
chiếu sáng cho đường trục nhằm đảm bảo an toàn giao thông, đơn vị tư vấn
cùng chủ đầu tư đã làm việc với điện lực Hải Phòng bàn biện pháp cấp điện
tạm thời cho từng đoạn trong điều kiện lưới điện hạ thế trong khu vực đã bị
quá tải, do đó phương án cấp điện tạm thời đưa ra có thể còn thay đổi nữa.
Do vậy việc liên kết nối giữa các đoạn với nhau ncho phép chuyển đổi
nguồn cấp theo nhiều phương án dẫn đến việc tính chọn cáp sẽ chưa đáp
ứng được yêu cầu tối ưu về kinh tế do chọn cáp đồng đều theo những đoạn
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
200 đá 1*2.
3. Tủ điện.
Tủ điện được gia công bằng thép tấm, sơn tĩnh điện, lắp ngay trên dải
phân cách. Để tiết kiệm điện, thực hiện đóng cắt đèn đường bằng hệ
thống đóng cắt tự động với các chế độ: ban ngày tắt đèn, buổi tối bật
toàn bộ, và buổi khuya tắt 1/2 số đèn. Hệ thống đóng cắt của tủ điện
bao gồm : 01 áp tô mát đầu vào, 01 rơ le thời gian, 02 khởi động từ.
Trường hợp không dùng đóng cắt tự động, chuyển khoá về vị trí MAN
và dùng 6 áp tô mát 1 pha khi đóng cắt bằng tay, 02 cầu đấu dây.
4. Cấp điện.
Nguồn điện cấp cho hệ thống chiếu sáng được cấp từ trạm biến áp đã và
sẽ xây dựng theo tuyến đường trục và được phân cho từng đoạn như
sau:
- Đoạn từ KM0 đến KM1+193, lấy nguồn từ trạm biến áp T7 thuộc
lô 26.
C ác kết quả tính toán tổn thất điện áp của các nhánh chiếu sáng :
24
KIỂM TRA TỔN THẤT MỘT SỐ NHÁNH ĐIỂN HÌNH Đầu
nguồn Cuối nguồn
Cáp Chiều
dài
cáp
P Tiêu
thụ
Tổn
thất ΔU
Tổn
thất
ΔU%
Cuối
nhánh
0,4 kV M KW V % Công
suất
ΔU%
TBA
T14
TD T1 3*50+25 350 36 13.9 3.7
TD T1 TD T2 3*50+25 30 14 0.46 0.12
Copyright: Tài liệu đại học ©