BÀI GIẢNG CUNG CẤP ĐIỆN 2 ( GV Nguyễn Quang Thuấn ) - CHƯƠNG 11 pot

11/2/2011 131
Chương 11. KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG
11.1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG
- Có thể coi việc phát hiện và chế ngự ngọn lửa là bước khởi đầu cho Kỹ
thuật chiếu sáng.
- Nguồn sáng nhân tạo đầu tiên là ngọn nến đã được sử dụng từ 5000 năm
về trước.
- 1669 Newton đã phát hiện ánh sáng trắng là tổ hợp của ánh sáng bẩy
màu khi cho tia sáng mặt trời chiếu qua lăng kính.
- Năm 1756 M. Lomonosov lần đầu tiên phát hiện các loại tế bào thị giác và
đề xuất học thuyết ba màu của ánh sáng.
- Thế kỷ 19, Maxwell đã đề xuất Lý thuyết trường điện từ thống nhất và tiên
đoán sự tồn tại của sóng điện từ. Năm 1888 Henry Hertz đã thu được
sóng điện từ đầu tiên. Công cụ phân tích phổ do R.Bunsen và G. Kirchhoff
phát triển, nhờ đó màn bí mật của ánh sáng được phát hiện.
- Cuối thế kỷ 19, Albert Einstein tác giả của cơ học lượng tử và lý thuyết
tương đối là người đầu tiên đề xuất bản chất sóng-hạt của ánh sáng và
giải thích ánh sáng gồm vô số hạt nhỏ mang năng lượng là các phôton.
- Năm 1879, đèn sợi đốt đầu tiên do Thomas Edison chế tạo từ sợi các bon,
tạo nên nhiệt độ 3900
0
K, hiệu quả ánh sáng 2lm/W, tuổi thọ 600 giờ. Năm
1908 Siemens đã sử dụng sợi đốt Vonfram-Nicken.
11/2/2011 132
11.1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG
- Năm 1910, đèn huỳnh quang ra đời, năm 1933 xuất hiện đèn ống huỳnh
quang đầu tiên.
- Năm 1960, các đèn halogen kim loại (Metal Halide) do công ty General
electric chế tạo ra đời.
- Gần đây các nguồn sáng dựa trên hiện tượng phát quang trong chất bán
dẫn được ứng dụng trong các điôt phát quang (LED).

- Từ năm 1990 với sự ra đời và hoàn thiện của các nguồn sáng mới, của
các phương pháp tính toán và công cụ phần mềm chiếu sáng mới, kỹ
thuật chiếu sáng đã chuyển từ giai đoạn chiếu sáng tiện nghi sang chiếu
sáng hiệu quả tiết kiệm điện năng gọi tắt là chiếu sáng tiện ích.
- Chiếu sáng tiện ích có nội dung cơ bản là tối ưu hóa toàn bộ kỹ thuật
chiếu sáng từ việc sử dụng nguồn sáng có hiệu quả cao, loại bỏ và thay
thế các loại đèn sợi đốt bằng đèn compact, sử dụng rộng rãi các đèn
huỳnh quang thế hệ mới, điều chỉnh ánh sáng theo mục đích và yêu cầu
sử dụng, sử dụng có hiệu quả của chiếu sáng tự nhiên. Kết quả của chiếu
sáng tiện ích phải đạt tiện nghi nhìn tốt nhất, tiết kiệm điện, góp phần bảo
vệ môi trường.
11/2/2011 133
11.2. BẢN CHẤT SÁNH SÁNG
Ánh sáng có hai thuộc tính cơ bản là sóng và hạt:
 Sóng ánh sáng là sóng điện từ phát xạ khi có sự chuyển mức năng
lượng của các điện tử trong các nguồn sáng.
Trong vật chất ánh sáng có vận tốc: v = c/n (km/s)
c-vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 300.000 km/s
n-chiết suất của môi trường.
Giữa tần số f và bước sóng  liên hệ bởi biểu thức:  = v/f
 Tính chất hạt của ánh sáng thể hiện qua tương tác của ánh sáng
với môi trường chất. Ánh sáng gồm vô số các hạt nhỏ mang năng
lượng gọi là phôton.
Mắt người là bộ cảm biến quang vô cùng tinh tế và linh hoạt cảm
nhận được ánh sáng trong dải bước sóng đi từ 380 đến 760 nm (1
nm = 10
-9
m).
11/2/2011 134
1.2. BẢN CHẤT SÁNH SÁNG

m

9. Võng mạc
8. Ðiểm vàng
7. Thủy tinh thể
6. Trục mắt
5. Thủy tinh dịch
4. Con ngươi
3. Thủy tinh thể
2. Lòng đen
1. Giác mạc
11/2/2011 135
11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG
1. Quang thông Φ/F (lumen/lm): là thông lượng ánh sáng do nguồn phát ra
trong không gian.
14.800 theo mọi phương
250.000 ở tâm chùm tia
Đèn Iodua kim loại 2kW có bộ phản xạ
1500 ở tâm chùm tiaĐèn sợi đốt 300W có bộ phản xạ
35 theo mọi phươngĐèn sợi đốt 40W
0,8 theo mọi phươngNgọn nến
Cường độ sáng (candela)Nguồn sáng
2. Cường độ sáng I (Candela/cd): được xác định bằng lượng ánh sáng phát
ra từ nguồn sáng theo một phương nhất định. Phụ thuộc vào hình dạng và
tính đối xứng của choá đèn, choá đèn được chia thành 2 loại: loại chùm tia
hẹp và loại chùm tia rộng.
11/2/2011 136
11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG
3. Ðộ rọi E (lux/lx): Ðộ rọi xác định một khu vực sáng
như thế nào khi được chiếu sáng bằng một nguồn

sáng. Nó là tỷ số giữa quang thông và diện tích được
chiếu sáng: E = Φ/S (1lm/m
2
= 1lx). Ví dụ:
5-100Khu vực dành cho người đi bộ
500-750Khu làm việc được chiếu sáng tốt
0,25Ðêm trăng sáng
0,01Ðêm trăng non
3.000Ngoài trời mùa đông có mây
20.000Ngoài trời mùa hè có mây
60.000-100.000Ngoài trời nắng mùa hè
Đội rọi E (lx)Địa điểm
11/2/2011 137
11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG
4. Ðộ chói L (cd/m
2
hoặc cd/cm
2
): là ấn tượng ánh sáng
mà người quan sát có được ở khu vực được chiếu
sáng:
Ðộ chói thường có ý nghĩa hơn độ rọi khi xác định
chất lượng chiếu sáng.
5. Hiệu suất phát quang/Quang hiệu K (lm/W): thể
hiện hiệu quả của sự chuyển đổi điện năng thành ánh
sáng. Nó đồng thời là đơn vị đo hiệu suất của bóng
đèn.
6. Quan hệ giữa độ rọi và độ chói: Lambert (1728-
1777) đã chứng minh quan hệ giữa độ rọi E nhận
được trên mặt có hệ số phản xạ  và độ chói L theo

biểu thức: E = L
S
I
L 
11/2/2011 138
11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG
7. Hệ số phản xạ ρ, hấp thụ α và xuyên sáng τ ánh sáng:
Nếu có một lượng quang thông F
i
tới đập vào bề mặt vật liệu thì
có thể xảy ra các trường hợp sau:
 Một phần quang thông tới sẽ phản xạ từ bề mặt đó, ký hiệu F
ρ
;
 Một phần quang thông tới sẽ bị vật liệu hấp thụ, ký hiệu F
α
;
 Một phần quang thông tới sẽ xuyên qua vật liệu, ký hiệu F
τ
.
Khi đó: F
i
= F
ρ
+ F
α
+ F
τ
Nếu gọi: F
ρ

/F
i
= ρ là hệ số phản xạ ánh sáng;
F
α
/F
i
= α là hệ số hấp thụ ánh sáng;
F
τ
/F
i
= τ là hệ số xuyên sáng
Thì: ρ + α + τ = 1
Các trị số của ρ, α, τ thay đổi tùy thuộc đặc tính quang học của
vật liệu (tra trong sổ tay thiết kế chiếu sáng).
11/2/2011 139
11.4. PHÂN LOẠI CÁC HÌNH THỨC CHIẾU SÁNG
Chiếu sáng
Chiếu sáng
tự nhiên
Chiếu sáng
Nhân tạo
Làm việc Trang trí
Trong nhà
Sự cố Ngoài trời
Chung Cục bộ Hỗn hợp
11/2/2011 140
11.5. THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG
CÁC LOẠI ĐÈN

SỢI ĐỐT
Thông
thường
Có bổ sung
khí halogen
PHÓNG ĐIỆN
Huỳnh
quang
CA Thủy
ngân
Natri
(Sodium)
Halogen
kim loại
(Metal Halide)
Áp suất thấp Áp suất cao
Compact
11/2/2011 141
CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG
11/2/2011 142
PHẠM VI ỨNG DỤNG
CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐÈN THÔNG DỤNG
11/2/2011 143
1. ĐÈN SỢI ĐỐT
11/2/2011 144
1. ĐÈN SỢI ĐỐT
11/2/2011 145
1. ĐÈN SỢI ĐỐT
Đặc điểm của đèn sợi đốt:
 Ưu điểm:

 Có chỉ số thể hiện màu rất cao (≈ 100) cho phép sử dụng trong
chiếu sáng chất lượng cao.
 Nối trực tiếp vào lưới điện; kích thước nhỏ; bật sáng tức thời và giá
thành thấp.
 Nhược điểm:
 Hiệu quả năng lượng thấp, đạt 10-20lm/W; Phát nóng;
 Tuổi thọ thấp, phụ thuộc vào điện áp: trung bình 1000h nhưng khi U
tăng 5%U
đm
tuổi thọ chỉ còn 500h.
 Từ năm 1960, ngoài khí trơ người ta còn bổ sung Halogen (Iốt,
Brom) khi đó vonfram bốc hơi lắng đọng trên sợi đốt mà không bị
ngưng đọng trên thành bóng đèn cho phép đạt nhiệt độ 3100
0
K,
hiệu quả ánh sáng từ 20-27lm/W tuổi thọ trung bình 2000h.
11/2/2011 146
2. ĐÈN HUỲNH QUANG
11/2/2011 147
2. ẩN HUNH QUANG
Chn lu in t-Tc-te c
ni vi búng ốn nh hỡnh v.
Khi đặt vào điện áp, xảy ra phóng
điện trong tắc-te thanh lỡng kim
biến dạng do nhiệt và tiếp xúc với
điện cực kia. Dòng điện chạy qua
tắc-te và đốt nóng các điện cực của
đèn.
Sau khi xảy ra hồ quang giữa các điện cực của tắc-te,
thanh lỡng kim nguội đi và "mở mạch". Hở mạch dẫn

đến tạo nên quá điện áp cảm ứng (do chấn lu) làm đèn
thắp sáng. Khi làm việc binh thờng chấn lu hạn chế
dòng điện và ổn định phóng điện.
11/2/2011 148
2. ĐÈN HUỲNH QUANG
Đèn HQ với nối với chấn lưu điện tử
11/2/2011 149
11.6. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG
CS cục bộ và chiếu sáng sự cố cần căn cứ vào hoàn cảnh cụ thể
để quyết định. Ở đây sẽ trình bày cách thiết kế chiếu sáng chung.
1. Các yêu cầu cơ bản khi thiết kế chiếu sáng
 Nắm được các tiêu chuẩn trong chiếu chiếu sáng
 Độ rọi đồng đều trên bề mặt cần chiếu sáng
 Thu thập thông tin, số liệu
– Mặt bằng xí nghiệp, phân xưởng, vị trí các máy đặt trên mặt bằng
phân xưởng;
– Mặt bằng và mặt cắt nhà xưởng thiết kế để xác định vị trí treo đèn;
– Những đặc điểm của quá trình công nghệ (làm việc chính xác, cần
phân biệt màu sắc, v.v ). Các tiêu chuẩn về độ rọi của các khu vực
làm việc;
– Số liệu về nguồn điện, nguồn vật tư
11/2/2011 150
2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG Ở NHỮNG NƠI KHÔNG ĐÒI
HỎI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO
• Bước 1: Căn cứ vào tính chất của đối tượng cần chiếu sáng, chọn suất
phụ tải chiếu sáng p
0
(W/m
2
) thích hợp (P.lục chiếu sáng)

• Bước 2: Căn cứ suất chiếu sáng p
0
, xác định tổng công suất cần chiếu
sáng cho khu vực có diện tích S (m
2
):
P
CS
= p
0
.S , W
• Bước 3: Chọn loại đèn (đền sợi đốt hoặc đèn huỳnh quang), công suất mỗi
bóng đèn P
d
, rồi xác định tổng số bóng đèn n cần dùng chiếu sáng cho khu
vực:
• Bước 4: Căn cứ vào diện tích S của khu vực cần chiếu sáng; số bóng đèn
n và tính chất, yêu cầu của công việc bố trí đèn hợp lý trong khu vực chiếu
sáng.
• Bước 5: Thiết kế mạng điện chiếu sáng: vẽ sơ đồ mặt bằng đấu dây từ
bảng điện đến từng bóng đèn; sơ đồ nguyên lý mạng điện chiếu sáng và
tiến hành chọn các phần tử trên sơ đồ (loại bảng điện, dây dẫn, công tắc,
áptômát, cầu chì bảo vệ, ).
d
P
P
n
CS

11/2/2011 151

2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG Ở NHỮNG NƠI ĐÒI HỎI ĐỘ
RỌI TIÊU CHUẨN VỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO
a. Khi dùng đèn sợi đốt:
• Bước 1: Xác định độ treo cao đèn
• Bước 2: Dựa vào tỷ số L/H hợp lý
(P.lục CS), xác định khoảng cách
giữa hai đèn kề nhau L (m)
• Bước 3: Căn cứ vào bố trí đèn trên mặt bằng, mặt cắt xác định hệ số phản
xạ tường, trần 
tư
, 
tr
, (%).
• Bước 4: Xác định chỉ số phòng (có kích thước ab):
• Bước 5: Từ 
tư
, 
tr
,  tra bảng tìm hệ số sử dụng K
sd
• Bước 6: Xác định quang thông tính toán của đèn:
Trong đó: K - hệ số dự trữ, tra PL
E - độ rọi yêu cầu của nhà xưởng (lx);
S - diện tích nhà xưởng (m2);
Z - hệ số tính toán, Z= 0,81,4;
n - số bóng đèn sau khi đã bố trí đèn trên mặt bằng
• Bước 7: Tra sổ tay tìm công suất bóng có quang thông F  F
tt
;
• Bước 8: Thiết kế mạng cấp điện chiếu sáng

H
h
1
h
2
h
L
L
L
LL
L L
 
baH
ba




lm
nK
KE
F
sd
tt
,
SZ

11/2/2011 152
2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG Ở NHỮNG NƠI ĐÒI HỎI ĐỘ
RỌI TIÊU CHUẨN VỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO

b. Khi dùng đèn huỳnh quang:
• Giai đoạn 1: Thiết kế sơ bộ (làm như trường hợp chiếu sáng khi
không đòi hỏi độ chính xác cao).
• Giai đoạn 2: Kiểm tra độ rọi yêu cầu:
Trong đó:
F - quang thông trên đơn vị nguồn sáng:
n - số bóng đèn trong nguồn sáng;
F
0
- quang thông một bóng đèn, lm;
L - chiều dài nguồn sáng, m.
- tổng độ rọi tương đối trên điểm cần kiểm tra, trị số e
i
tìm được
bằng cách tra trên đồ thị dựa vào tỷ số và . Tra đồ thị
trang sau
lxe
h
F
E
ii
,
1000


mlm
L
Fn
F /,
.

0


i
e
A
B
h
h
p
A
p
B
L
l"
B
h
p
h
l
11/2/2011 153
Đồ thị xác định độ rọi theo và
0
1 2 3 4
1
2
3
4
5
170

150
100
70
50
40
30
20
15
10
h
p
h
l
h
p
h
l
A
B
h
h
p
A
p
B
L
l"
B