Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ tự động điều khiển hệ thống điện chiếu sáng công cộng một số tuyến đường khu trung tâm thành phố bắc ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI




NGUYỄN VĂN THỌ



Nghiªn cøu lùa chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ
tù ®éng ®iÒu khiÓn hÖ thèng ®iÖn chiÕu s¸ng
c«ng céng mét sè tuyÕn ®−êng khu trung t©m
thμnh phè b¾c ninh



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN
MÃ SỐ: 60.52.02.02


GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TS. NGÔ TRÍ DƯƠNG



Hà Nội – 2013

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

i
LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi,
được thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Ngô Trí Dương.
Các số liệu, kết quả trình bày trong bản luận văn là trung thực có nguồn
gốc và trích dẫn rõ ràng.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.



Hà nội, ngày … tháng … năm 2013
Người thực hiện




Nguyễn Văn Thọ

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

ii
LỜI CÁM ƠN


Lời đầu tiên cho phép tôi được xin gửi lời cám ơn tới các Thầy Cô giáo
những người đã trực tiếp giảng dậy và truyền đạt kiến thức cho tôi, đó là những

nền tảng cơ bản, hành trang vô cùng quí giá trong cuộc sống. Đặc biệt là thầy
giáo T.S Ngô Trí Dương phó chủ nhiệm khoa Cơ - Điện Trường Đại học Nông
Nghiệp Hà Nội người đã trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Tôi cũng xin gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và cơ quan
đã có sự giúp đỡ, động viên trong suốt thời gian học tập và làm luận văn.
Trong quá trình thực hiện đề tài do kiến thức và thời gian còn hạn chế
nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến của
các Thầy Cô giáo và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn chỉnh hơn
!
Xin trân trọng cám ơn !

Hà nội, ngày …. tháng …… năm 2013
Học viên





Nguyễn Văn Thọ

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………… …………….….i
LỜI CẢM ƠN.………………………….………………………… ………… … ii
MỤC LỤC ……………………………………………………… ……… ………iii
DANH MỤC BẢNG ……………………………………………… ……… …….vi
DANH MỤC HÌNH ……………………………………………… ……… …….vii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1. TÌNH HÌNH KINH TẾ XÃ HỘI THÀNH PHỐ BẮC NINH 1
1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ NHỮNG NGUỒN SÁNG 2
1.2.1 Bản chất sóng - hạt của ánh sáng 2
1.2.2 Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục 2
1.2.3 Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch 3
1.2.4 Các đại lượng cơ bản đo ánh sáng 3
1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁT SÁNG 9
1.3.1 Hiện tuợng phát sáng do nung nóng 9
1.3.2 Hiện tuợng phát sáng do phóng điện 9
1.3.3 Hiện tượng phát sáng huỳnh quang 10
1.3.4 Hiện tượng phát sáng lân quang 11
1.4 CẤU TẠO VÀ THÔNG SỐ CỦA BỘ ĐÈN CHIẾU SÁNG
CÔNG CỘNG 11

1.4.1 Cấu tạo của bộ đèn chiếu sáng công cộng 11
1.4.2 Các thông số về quang học của bộ đèn chiếu sáng công cộng 12
1.5. Phân loại các bộ đèn chiếu sáng công cộng 13
1.5.1 Bộ đèn chiếu sáng hẹp 14
1.5.2 Bộ đèn chiếu sáng bán rộng 14
1.5.3 Bộ đèn chiếu sáng rộng 14
1.5.4 Giới thiệu một số loại đèn chiếu sáng 14
1.6 Mét sè tiªu chuÈn, quy ®Þnh vÒ chiÕu s¸ng 18
1.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG
CỘNG 23

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut

iv

1.7.1 PHNG PHP CT BT TI S DNG CHUYN MCH
THI GIAN 23

1.7.2 PHNG PHP GIM CễNG SUT CA BểNG ẩN CHIU
SNG 24

CHNG 2 THC TRNG TAI BC NINH V XUT GII PHP
IU KHIN 28

2.1. THC TRNG TI BC NINH V XUT GII PHP
IU KHIN 28

2.1.1. Khối lợng quản lý, khai thác hệ thống chiếu sáng công cộng 28
2.1.2. Kết cấu lới đèn hiện trạng 28
2.1.3 Dây dẫn truyền tải: 28
2.1.4. H thng t iu khin: 28
2.1.5. Phơng thức điều khiển v vận hnh lới đèn 29
2.1.6. H thng ốn chiu sỏng: 30
2.1.7 Cỏp in chiu sỏng: 31
2.1.8. Nhu cầu phát triển 31
2.2 C TH I VI MT S TUYN NG KHU RUNG
TM: 32
CHNG 3: THIT K B IU KHIN CHIU SNG CễNG
CNG 40

3.1. YấU CU THIT K B IU KHIN 40
3.2. THIT K PHN CNG 41
3.2.1. Cm bin o sỏng 41
4.2.2. B iu khin 47
3.2.3. La chn c cu chp hnh 51

3.2.4. Thit lp s khi 54
3.3 THIT K PHN MM 54
3.3.1. Xõy dng thut toỏn 54
3.3.2. Vit chng trỡnh iu khin 59
3.4. KT QU CHY Mễ PHNG 62
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

v
3.4.1. Cách thức mô phỏng một chương trình 62
3.4.2. Kết quả mô phỏng chương trình 62
3.4.3. Kết quả đạt được 67
LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 69
1. Kết luận 69
2. Kiến nghị và hướng phát triển của đề tài 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO 70


Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut

vi
DANH MC BNG

Bảng 1.1 Yêu cầu độ đồng đều chiếu sáng 7

Bảng 1.2 Chỉ số G v mức độ chói lóa 8
Bảng 1.3 Phân cấp chiếu sáng đờng v quảng trờng: 20
Bảng 1.4 Trị số độ chói trung bình v độ rọi trung bình đợc quy định
trong TCVN 1404 : 2005 21

Bảng 1.5 Trích tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng nhân tạo đờng, phố, quảng

trờng đô thị TCXDVN 259: 22

Bảng 1.6 Độ cao treo đèn 22
Bảng 1.7 Phân cấp các loại đờng theo mức độ chiếu sáng 23
Bng 2.1. Loi ốn v s lng ốn c chiu sỏng nhng phm vi
khỏc nhau 30

Bảng 2.2 Tổng hợp dự báo nhu cầu phát triển HTCSCC của TP Bắc Ninh
đến năm 2020 32

Bng 3.1: Bng phõn cụng tớn hiu vo ra 55

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

vii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Thí nghiệm quang phổ liên tục 3
Hình 1.2: Thí nghệm quang phổ vạch 3
Hình 1.3: Đường cong hiệu quả ánh sáng 5
Hình 1.4: Biểu đồ Kruithof 8
Hình 1.5: Thí nghiệm phóng điện trong chất khí 9
Hình 1.6: Phóng điện trong chất khí với nguồn điện hình Sine 10
Hình 1.7: Giải thích hiện tượng phát sáng huỳnh quang 10
Hình 1.8: Cấu tạo bộ đèn chiếu sáng công cộng………………………… … 10
Hình 1.9: Các loại tấm phản quang 12
Hình 1.10: Thiết bị mồi đèn 12
Hình 1.11: Ảnh hưởng của sơ đồ bố trí đèn đến hệ số sử dụng 13
Hình 1.12: Góc bảo vệ của bộ đèn 13
Hình 1.13: Cấu tạo đèn sợi đốt 14
Hình 1.14: Bóng đèn natri cao áp 15

Hình 1.15: Đèn natri thấp áp 15
Hinh 1.16: Đèn hơi thủy ngân áp suất cao 16
Hình 1.17: Một số dạng bóng đèn huỳnh quang 16
Hình 1.18: Sơ đồ đấu dây và giản đồ năng lượng của bóng đèn huỳnh
quang 17
Hình 1.19: Hình dạng và cấu tạo của đèn led 17
Hình 1.20: Sơ đồ nguyên lý đèn 2 cấp công suất 18
Hình 1.21 phương pháp chuyển mạch thời gian 24
Hình 1.22 Dạng sóng hình sin của máy giảm công suất bằng cách giảm
biên độ sóng hình sin 25
Hình 1.23 Dạng sóng hình sin của máy giảm công suất bằng sử dụng mạch
điện tử để thay đổi dạng sóng hình sin 25
Hình 1.24 Hệ thống điều khiển giám sát hệ thống chiếu sáng công cộng 26
Hình 2.1 Hệ thống đèn chiếu sáng đường Nguyễn Đăng Đạo 33
Hình 2.2 Hệ thống đèn chiếu sáng đường Trần Hưng Đạo 34
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

viii
Hình 2.3 Hệ thống đèn chiếu sáng đường Lý Thái Tổ 35
Hình 3.1: Đèn sáng 100% công suất giờ cao điểm 41
Hình 3.2: Đèn sáng 80% công suất giờ thấp điểm 41
Hình 3.3: Đèn sáng 60% công suất giờ thấp điểm………………………… …39
Hình 3.4: Tế bào quang 43
Hình 3.5: Cấu tạo của photo diot 43
Hình 3.6: Sơ đồ nối photo diot 43
Hình 3.7: Mạch đo ở chế độ quang thế 44
Hình 3.8: Photo transitor 44
Hình 3.9: Dùng tế bào quang dẫn để điều khiển rơle 45
Hình 3.10: Ứng dụng transitor quang đóng mở các rơle 45
Hình 3.11: Ứng dụng cáp quang và càm biến quang đo di chuyển và tốc độ quay 45

Hình 3.12: Luxmet 45
Hình 3.13: Cấu tạo cảm biến quang 46
Hình 3.14: Nút điều chỉnh ngưỡng đặt 46
Hình 3.15: Hình dáng bên ngoài của cảm biến quang E3F2 47
Hình 3.16: Hình dáng và kích thước thực của PLC S7-200 CPU 224 48
Hình 3.17: Sơ đồ mạch giao tiếp giữa CPU224/AC/RLY với sensor và cơ
cấu chấp hành 49
Hình 3.18: Giao thức MODBUS 49
Hình 3.19: Cấu tạo chung của PLC S7-200 50
Hình 3.20: Bóng đèn natri cao áp 51
Hình 3.21: rơle điện từ loại RXM2LB1P7 của Schneider 52
H×nh 3.22. Nguyªn lý lμm viÖc cña m¸y biÕn ¸p 53
Hình 3.23.Sơ đồ hệ thống 54
H×nh 3.24. Giản đồ thời gian mô tả hoạt động của hệ thống đèn 55
Hình 3.25: Sơ đồ kết nối các thiết bị vào ra với PLC 56
Hình 3.26:Mạch động lực 57
Hình 3.27: Lưu đồ thuật toán chương trình chính 58
Hình 3.28: Lưu đồ thuật toán của chế độ điều khiển tự động 59
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

ix
Hình 3.29: Cấu trúc của một PLC 60
Hình 3.30: Cấu trúc các chương trình trong PLC 60
Hình 3.31: Sơ đồ vòng quét của PLC 60
Hình 3.32: Trình tự thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC 61
Hình 3.33: Mô phỏng trạng thái khởi động hệ thống 62
Hình 3.34: Mô phỏng khi cảm biến quang tác động và hơn 17h đèn sáng
100% công suất 63
Hình 3.35: Mô phỏng khi cảm biến quang tác động và ≥ 22h đèn sáng 80%
công suất 64

Hình 3.36: Mô phỏng khi cảm biến quang tác động và 0≤ t ≤ 5h đèn sáng
60% công suất 65
Hình 3.37: Trời sáng cảm biến quang không tác động, đèn không sáng 66
Hình 3.38: Mô phỏng trạng thái dừng hệ thống 67
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut

1
CHNG 1: TNG QUAN
1.1. TèNH HèNH KINH T X HI THNH PH BC NINH
Bc Ninh l mt thnh ph ca ngừ phớa Bc ca Th ụ H Ni, trung tõm
x Kinh Bc c xa, mnh t a linh nhõn kit, ni cú truyn thng khoa bng
v Bc Ninh l thnh ph thuc vựng ng bng sụng Hng v l mt trong 8
thnh ph thuc vựng Kinh t trng im Bc B, khu vc cú mc tng trng
kinh t cao, giao lu kinh t mnh ca c nc, to cho Bc Ninh nhiu li th
v phỏt trin v chuyn dch c cu kinh t.
L ca ngừ phớa ụng Bc v l cu ni gia H Ni v cỏc thnh ph
trung du min nỳi phớa Bc v trờn hnh lang kinh t Nam Ninh - Lng Sn - H
Ni - Hi Phũng - H Long v cú v trớ quan trng v an ninh quc phũng.
Thnh ph Bc Ninh ch cỏch trung tõm Th ụ H Ni 30 km, cỏch sõn
bay Quc t Ni Bi 45 km, cỏch Hi Phũng 110 km. V trớ a kinh t lin k
vi th ụ H Ni, trung tõm kinh t ln.
Vy nờn Chiếu sáng đô thị l hoạt động không thể thiếu đợc trong quá
trình phát triển. Chiếu sáng đô thị lm cho các đô thị trở nên an ton hơn, đẹp
hơn, đặc biệt vo ban đêm, nó góp phần phát triển sản xuất, dịch vụ thơng mại,
du lịch, thúc đẩy các hoạt động giáo dục, văn hoá nghệ thuật vo buổi tối. Nếu
biết gắn chiếu sáng với thiết kế đô thị sẽ tạo hình ảnh, gam mu lm nên cảnh
quan sinh động của đô thị mỗi khi đêm về.
Chiếu sáng đô thị đã đợc chọn l một trong những chỉ tiêu để đánh giá
phân loại đô thị Hiện nay các đô thị nớc ta đã phát triển nhanh chóng về số
lợng v chất lợng, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội v khẳng định

đợc vai trò của đô thị trong sự nghiệp CNH-HĐH đất nớc. Trong sự phát triển
chung đó, lĩnh vực chiếu sáng đô thị ở nớc ta đã thực sự hình thnh v phát
triển.
Về tốc độ tăng trởng lới đèn đô thị trong thời gian qua diễn ra rất nhanh
v đồng bộ, đặc biệt có sự kết hợp chặt chẽ giữa các Bộ, ngnh trung ơng v
chính quyền các đô thị, hệ thống chiếu sáng công cộng đã đợc quan tâm v đầu
t xây dựng đúng hớng, phát huy hiệu quả trong phục vụ sinh hoạt đô thị, nhất
l ở các thnh phố lớn v các tỉnh lỵ mới thnh lập.
Về chất lợng hệ thống chiếu sáng đô thị nớc ta đã có những tiến bộ đáng
ghi nhận
Bên cạnh những kết quả đạt đợc trong thời gian qua, sự phát triển của
ngnh chiếu sáng đô thị cũng còn nhiều tồn tại, thách thức cần giải quyết, tháo
gỡ để đạt kết quả tốt hơn trong thời gian tới, đó l:
Hệ thống chiếu sáng các đô thị ở nớc ta mới chỉ thoả mãn ở mức tối thiểu
chức năng lm tiêu, l chức năng sơ đẳng nhất của chiếu sáng v chủ yếu do
thnh phần chiếu sáng công cộng đem lại.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut

2
Hệ thống đo tạo tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngnh còn yếu v thiếu, không
đồng bộ, gây khó khăn cho công tác thiết kế, xây dựng v quản lý chất lợng các
công trình chiếu sáng.
Chiếu sáng không chỉ l cơ sở hạ tầng m còn l sự tiện nghi, đảm bảo an
ton an ninh trật tự, nó góp phần thúc đẩy các hoạt động SX-KD v cũng phần
no thể hiện mức độ phát triển kinh tế -xã hội, thể hiện sự văn minh đô thị.
Các biện pháp tiết kiệm năng lợng trong chiếu sáng không quá khó vì đòi
hỏi vốn đầu t không nhiều vả lại không nhất thiết phải tập trung vo một thời
điểm hoặc một địa điểm cố định. Cần có những biện pháp kỹ thuật cụ thể phù
hợp với từng loại đờng v các biện pháp ny cũng cần đợc thử nghiệm v đánh
giá hiệu quả trớc khi áp dụng phổ biến.

Hệ thống chiếu sáng công cộng đợc triển khai nhằm:
- Đảm bảo an ton giao thông đi lại của ngời dân v phơng tiện tham gia
giao thông khi trời tối.
- Tạo môi trờng chiếu sáng đầy đủ, đảm bảo an ton văn hoá xã hội, góp
phần loại trừ các tệ nạn xã hội.
- Tạo một cảnh quan môi trờng văn minh, hiện đại cho các thnh phố, thị
xã, các khu đô thị - dân c, góp phần nâng cao đời sống văn hóa - tinh thần, nâng
cao chất lợng cuộc sống.
- Nâng cao điều kiện lm việc cho các hoạt động dịch vụ trên khu vực công
cộng về đêm.
Yêu cầu đặt ra đối với một hệ thống chiếu sáng công cộng hợp lý l:
- Đảm bảo yêu cầu về độ nhìn rõ
- Đảm bảo tính hiệu quả về năng lợng, có nghĩa rằng phải đảm bảo các
yêu cầu kỹ thuật chiếu sáng nhng tiêu tốn năng lợng ít nhất.
- Đảm bảo tính thẩm mỹ, dễ sử dụng v dễ bảo quản của hệ thống chiếu sáng.
1.2 CC KHI NIM C BN V NHNG NGUN SNG
1.2.1 Bn cht súng - ht ca ỏnh sỏng
nh sỏng nhỡn thy, tia cc tớm, tia X, súng radio, súng vụ tuyn,tt c
u l nhng dng nng lng in t c truyn trong khụng gian di dng
súng, cng ging nh cỏc bc x in t khỏc c c trng bi bc súng
.Súng in t c chia thnh cỏc di nh bng sau, ỏnh sỏng m mt ngi
thy c l di súng in t hp trong khong 380nm - 780nm Theo thuyt
lng t, ỏnh sỏng cũn mang bn cht ht (photon).
1.2.2 Ngun sỏng t nhiờn v quang ph liờn tc
nh sỏng nhỡn thy khỏc vi cỏc dng bc x in t khỏc kh nng lm
kớchhot vừng mc ca mt ngi. Vựng ỏnh sỏng nhỡn thy cú bc súng dao
động từ 380nm - 780nm Thực nghiệm cho thấy phổ của ánh sáng mặt trời là dải
quang phổ liên tục có bước sóng thay đổi từ 380 -780nm.

Hình 1.1: Thí nghiệm quang phổ liên tục

1.2.3 Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch

Hình 1.2: Thí nghệm quang phổ vạch
Ánh sáng nhân tạo có quang phổ đứt quãng (quang phổ vạch). Hình 2 là kết
quả thí nghiệm xác định quang phổ của một số nguồn sáng nhân tạo sau khi đi
qua lăng kính:
1.2.4 Các đại lượng cơ bản đo ánh sáng
- Góc khối
- Ký hiệu góc khối: Ω
- Đơn vị: Sr (steradian)
- Ý nghĩa: Góc khối là góc trong không gian, đặc trưng cho góc nhìn (tức là
từ một điểm nào đó nhìn vật thể dưới một góc khối). Trong kỹ thuật chiếu sáng,
góc khối biểu thị cho không gian mà nguồn sáng bức xạ năng lượng của nó.
- Quang thông
Thông lượng năng lượng của ánh sáng nhìn thấy là một khái niệm có ý nghĩa
quan trọng về mặt vật lý. Tuy nhiên trong kỹ thuật chiếu sáng thì khái niệm này
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

3
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

4
ít được quan tâm.

Hình 1.3: Đường cong hiệu quả ánh sáng
Ý nghĩa: Về bản chất, quang thông cũng chính là năng lượng nhưng ở
đây đơn vị tính không phải bằng W mà bằng Lumen. Đây là đại lượng rất quan
trọng dùng cho tính toán chiếu sáng, thể hiện phần năng lượng mà nguồn sáng
bức xạ thành ánh sáng ra toàn bộ không gian xung quanh
- Cường độ sáng
Ý nghĩa : Cường độ sáng là đại lượng quang học cơ bản, các đại lượng
quang học khác đều là đại lượng dẫn suất xác định qua cường độ sáng.
Ký hiệu : I
Đơn vị : Cd (cadela)
Cadela có nghĩa là “ngọn nến”, đây là một trong 7 đơn vị đo lường cơ bản
(m, kg,s, A, K, mol, cd)
Định nghĩa Cd: Cadenla là cường độ sáng theo một phương đã cho của
nguồn phát bức xạ đơn sắc có tần số 540.1012Hz (λ=555mm) và cường độ năng
lượng theo phương này là 1/683 W/Sr
- Độ rọi
Ký hiệu : E
Đơn vị: Lux hay Lx
Lux là đơn vị đo độ chiếu sáng của một bề mặt. Độ chiếu sáng duy trì trung
bình là các mức lux trung bình đo được tại các điểm khác nhau của một khu vực
xác định. Một lux bằng một lumen trên mỗi mét vuông.
Ý nghĩa: Thể hiện lượng quang thông chiếu đến 1 đơn vị diện tích của một
bề mặt được chiếu sáng, nói cách khác nó chính là mật độ phân bố quang thông
trên bề mặt chiếu sáng.
- Độ trưng
Ý nghĩa: Độ trưng đặc trưng cho sự phát sáng theo mọi phương của vật
phát sáng (bao gồm nguồn sáng và ánh sáng phản xạ của vật được chiếu sáng).
Ký hiệu: R

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

5
n v: Lm/m2
1 Lm/m2 l trng ca mt ngun sỏng hỡnh cu cú din tớch mt ngoi
1m2 phỏt ra quang thụng 1 Lumen phõn b u theo mi phng
.
- chúi
í ngha: Th hin mt phõn b cng sỏng phỏt ra t mt n v
din tớch ca b mt ú theo mt hng xỏc nh n mt ngi quan sỏt.
chúi ph thuc vo tớnh cht phn quang ca b mt v hng quan sỏt (khụng
ph thuc vo khong cỏch t mt ú n im quan sỏt).
Ký hiu: L
n v: Cd/m2
1 Cd/m2 l chúi ca mt mt phng phỏt sỏng u cú din tớch 1 m2 v
cú cng sỏng 1 Cd theo phng vuụng gúc vi ngun ú.
- Yờu cu chúi mt ng
Một vật chớng ngại chỉ có thể phát hiện đợc khi có sự chênh lệch về độ
chói giữa nền đờng v vật
Độ nhìn rõ vật chớng ngại đợc tính bằng tỷ số:

Lng
LvLn
Lng
Ltt


=

=V
Trong đó:
Ln: Độ chói của nền (cd/m2)
Lf: Độ chói của vật nền (cd/m2)
Ngỡng chênh lệch độ chói phụ thuộc vo nhiều yếu tố bao gồm:

),,,(
A
t
L
n
f
L
ng

=

Để bảo đảm an ton độ nhìn rõ chớng ngại vật trên đờng phải đạt
V = 9
Để đạt độ nhìn rõ ny khi các phơng tiện di chuyển với tốc độ 60-120
km/h thì độ chói mặt đờng tối thiểu phải đạt từ 1-2 cd/m2
- Yờu cu ng u chiu sỏng
Độ đồng đều chiếu sáng mặt đờng bao gồm
+ Độ đồng đều chung: U
O
=Lmin/Ltb
+ Độ đồng đều theo chiều dọc: U
L
=Lmin/Lmax
Độ đồng đều theo chiều dọc ảnh hởng nhiều đến độ nhìn rõ vật chớng

ngại.
Độ đồng đều tơng ứng với điều kiện ranh giới giữa tiện nghi v mất tiện
nghi thị giác nh sau:
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut

6
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut

7
Bảng 1.1 Yêu cầu độ đồng đều chiếu sáng
Độ đồng đều U
L
L(cd/m2)
e<25 m e=25-35 e>35 m
U
L
(tb)

<1 0,8 - 0,74 0,77
1- 4 0,76 0,71 0,67 0,71
>4 0,67 0,63 0,59 0,63
Trong đó:
e: Khoảng cách cột (m)
Với độ chói mặt đờng L=1- 2 Cd/m2 thì độ đồng đều theo chiều dọc tối thiểu
phải bằng 0,7.
- Sự chói lóa của các đèn đờng
- Chói lóa mờ lm giảm độ nhìn rõ ảnh hởng tới việc phát hiện vật chớng
ngại.
- Chói lóa mất tiện nghi gây khó chịu cho ngời lái xe lm giảm sự tập
trung chú ý.

Hiện tợng chói lóa mờ: lm giảm độ nhìn rõ v tăng ngỡng nhìn thấy. Độ
tăng ngỡng có ký hiệu l TI tính bằng % v đợc xác định nh sau:
TI = a Lv/L
b

L- l độ chói mặt đờng.
Lv- l độ chói mn mờ che phủ lên võng mạc.
a v b l các hằng số thực nghiệm
Lv = f(Eeye,
, A)
Để hạn chế loại chói lóa ny tiêu chuẩn quốc tế quy định độ tăng ngỡng TI
tối đa l 10 -15%. Tiêu chuẩn chiếu sáng của Việt Nam không đề cập tới chỉ tiêu ny.
Hệ số chói loá G đợc định nghĩa nh sau:
G = ISL + 0,97logL
tb
+ 4,41logh 1,46logp + 1,29logF
Trong đó:
ISL : Chỉ số đặc trng của choá đèn do nh sản xuất cung cấp
L
tb
: Độ chói trung bình của mặt đờng
h : Độ cao treo đèn
p : Số đèn có trên 1km chiều di đờng
Chỉ số G v mức độ chói lóa có thang đánh giá nh sau:
Bảng 1.2 Chỉ số G v mức độ chói lóa
Chỉ số G Mức độ chói lóa
9 Không cảm thấy chói lóa.
7 Ranh giới giữa chói lóa v không chói lóa.
5 Hơi chói lóa nhng chấp nhận đợc.
3 Chói lóa nhiều.

1 Chói lóa không thể chấp nhận đợc.
Chỉ số hạn chế chói lóa G 5 l phù hợp.
Hai chỉ số chói lóa TI v G quan hệ với nhau theo một hm số lôgarit có
dạng:
Log TI = - mG + n
Trong đó m v n l các hằng số thực nghiệm.
Nếu lấy G
5 thay vo công thức tính đợc TI <15% đáp ứng đợc cả 2 yêu
cầu hạn chế chói lóa mờ v chói lóa mất tiện nghi.
- Nhit mu:
Nhit mu ca mt ngun sỏng c th hin theo thang Kelvin (K) l
biu hin mu sc ca ỏnh sỏng do nú phỏt ra. Mt thanh st khi ngui cú mu
en, khi nung núng u nú rc lờn ỏnh sỏng da cam, tip tc nung nú s cú mu
vng, v tip tc nung nú s tr nờn núng trng. Ti bt k thi im no
trong quỏ trỡnh nung, chỳng ta cú th o c nhit ca thanh thộp theo
Kelvin (0C + 273) v gỏn giỏ tr ú vi mu c to ra.

Hỡnh 1.4: Biu Kruithof
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut

8
i vi ốn si t, nhit mu chớnh l nhit bn thõn nú. i vi
ốn hunh quang, ốn phúng in (núi chung l cỏc loi ốn khụng dựng si
đốt) thì nhiệt độ màu chỉ là tượng trưng bằng cách so sánh với nhiệt độ tương
ứng của vật đen tuyệt đối bị nung nóng.
1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁT SÁNG
1.3.1 Hiện tuợng phát sáng do nung nóng
Bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ > 0 K đều bức xạ năng lượng dưới dạng sóng
điện từ. Nhiệt độ càng cao thì cường độ ánh sáng tăng lên và màu sắc bề ngoài
cũng trở nên sáng hơn. Các loại đèn điện chiếu sáng thường dùng dòng điện để

đốt nóng sợi đốt (dây tóc) bằng kim loại. Hiện tượng phát sáng khi nung nóng
bằng dòng điện được nhà khoa học Anh Humphrey DaVy phát hiện năm 1802.
Sau đó nhà phát minh người Mỹ Edison mới chế tạo ra đèn sợi đốt đầu tiên
.
Hiện tượng phát xạ ánh sáng do nung nóng được giải thích như sau: Khi có
điện áp đặt vào hai đầu dây tóc, các điện tử ở các lớp ngoài của nguyên tử được
giải phóng khỏi nguyên tử và dịch chuyển trong mạng tinh thể kim loại. Trong
quá trình di chuyển, điện tử luôn luôn có va chạm với các nguyên tử, do đó động
năng của điện tử đã truyền một phần cho nguyên tử. Kết quả là các nguyên tử bị
kích thích và một số điện tử lớp trong nhảy ra lớp ngoài (nếu lớp đó chưa đầy).
Điện tử này có xu hướng trở về vị trí trống gần hạt nhân hơn (vị trí ổn định) và
nếu điều đó xảy ra thì điện tử sẽ mất một lượng năng lượng E (thế năng) đồng
thời giải phóng một photon có bước sóng λ = c.h/E (có thể là ánh sáng nhìn thấy
hoặc không nhìn thấy).
1.3.2 Hiện tuợng phát sáng do phóng điện
Nguyên nhân là do điện cực bị đốt nóng quá mức làm phát xạ điện tử bằng
hiệu ứng nhiệt-ion. Cần lưu ý là nếu áp suất cao sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện
tia lửa chứ không phải phóng điện tỏa sáng vì ở áp suất cao, hiện tượng phóng
điện không tự duy trì được. Khi ứng dụng hiện tượng này vào đèn điện chiếu
sáng, người ta chỉ cho đèn làm việc trong khoảng B-D với điểm làm việc M
được xác lập nhờ điện trở R gọi là “chấn lưu”.







Hình 1.5: Thí nghiệm phóng điện trong chất khí
Đối với nguồn điện xoay chiều hình sin thì chiều dòng điện duy trì trong

ống thủy tinh liên tục thay đổi theo tần số nguồn điện. Cả dòng điện và điện áp
trong ống phóng điện không còn là hình sin nữa nên nó được xem là một phần tử
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

9
phi tuyến. Mặc dù mắt người không cảm nhận được nhưng ánh sáng do đèn tạo
ra là ánh sáng nhấp nháy liên tục.

Hình 1.6: Phóng điện trong chất khí với nguồn điện hình Sine
Năng lượng bức xạ gồm quang năng, nhiệt năng, bức xạ hồng ngoại, bức
xạ tử ngoại có tỷ lệ thay đổi theo áp suất và loại khí sử dụng. Ứng dụng hiện
tượng này để chế tạo các loại đèn hơi phóng điện Natri áp suất thấp, Natri áp
suất cao, đèn halogen kim loại (hơi thủy ngân cao áp),…
1.3.3 Hiện tượng phát sáng huỳnh quang
Hiện tượng huỳnh quang được biết đến vào giữa thế kỉ 19 bởi nhà khoa học
người Anh George G. Stoke. Khi cho ánh sáng tử ngoại chiếu vào chất phát
huỳnh quang thì một phần năng lượng của nó biến đổi thành nhiệt, phần còn lại
biến đổi thành ánh sáng có bước sóng dài hơn nằm trong dải quang phổ nhìn
thấy được.
Ứng dụng hiện tượng này người ta chế tạo ra đèn huỳnh quang gồm bóng thuỷ
tinh

Hình 1.7: Giải thích hiện tượng phát sáng huỳnh quang
Hiệu suất phát sáng của đèn huỳnh quang khá cao. Chất huỳnh quang có rất
nhiều loại nhưng thường dùng chất halophosphat canxi 3 Ca(PO4)2. CaF2 để
quét vào bên trong thành ống phóng điện một lớp mỏng. Năng lượng bức xạ từ
hiện tượng phóng điện ngoài tia tử ngoại có thể còn có tia hồng ngoại.
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

10

1.3.4 Hiện tượng phát sáng lân quang
Lân quang là một dạng phát quang, trong đó các phân tử của chất lân quang
hấp thụ ánh sáng, chuyển hóa năng lượng của các photon thành năng lượng của
các electron sang trạng thái lượng tử có mức năng lượng cao nhưng khá bền
vững. Sau đó electron chậm chạp rơi về trạng thái lượng tử ở mức năng lượng
thấp hơn và giải phóng một phần năng lượng trở lại dưới dạng các photon. Lân
quang khác với huỳnh quang ở chỗ việc electron trở về trạng thái cũ kèm theo
nhả ra photon rất chậm chạp. Trong huỳnh quang, sự rơi về trạng thái cũ của
electron gần như tức thời khiến photon được giải phóng ngay. Do vậy các chất
lân quang hoạt động như những bộ lưu trữ ánh sáng: thu nhận ánh sáng và chậm
chạp nhả ra ánh sáng sau đó.
1.4 CẤU TẠO VÀ THÔNG SỐ CỦA BỘ ĐÈN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG
1.4.1 Cấu tạo của bộ đèn chiếu sáng công cộng
- Tấm phản quang
Các loại đèn chiếu sáng công cộng thường có tấm phản quang để phân bố lại ánh
sáng của nguồn cho phù hợp với mục đích sử dụng. Tấm phản quang có thể
được làm bằng gương hoặc được mạ màu trắng
Hình 1.8: Cấu tạo bộ đèn chiếu sáng công cộng
Hình dáng tấm phản quang phụ thuộc vào yêu cầu phân bố ánh sáng.
Thông thường tấm phản quang có dạng paraboloit tròn xoay và nguồn sáng đặt ở
tiêu điểm thì các tia sáng phản xạ sẽ song song nhau. Một số bộ đèn có tấm phản
quang dạng elipxoit tròn xoay có nguồn sáng đặt ở một tiêu điểm thì các tia sáng
phản xạ sẽ hội tụ về tiêu điểm thứ 2 để tạo thành nguồn sáng điểm.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

11

Hình 1.9: Các loại tấm phản quang
- Thiết bị mồi đèn (tắc te) và chấn lưu

Thiết bị mồi đèn Các đèn phóng điện cần phải có thiết bị mồi để tạo điện áp
ban đầu đủ lớn để tạo rahiện tượng phóng điện (hiện tượng mồi). Sau khi xảy ra
phóng điện ban đầu, dòng điệnng lên, điện áp giảm xuống và hiện tượng phóng
điện tiếp tục duy trì ở điện áp của lướiđiện. Thiết bị mồi thường dùng loại rơle
nhiệt, hiện nay vẫn còn dùng phổ biến nhưng dầndần sẽ bị thay thế bởi thiết bị
mồi điện tử. Nhược điểm là mau hỏng, tạo điện áp mồikhông lớn, có tiếng động
khi làm việc.



Hình 1.10: Thiết bị mồi đèn
Chấn lưu
Chấn lưu có nhiệm vụ chính là cung cấp điện áp lớn để mồi đèn khi khởi
động đèn, ngoài ra khi đèn làm việc bình thường nó làm nhiệm vụ ổn định điểm
làm việc, tránh sự dao động điện áp lưới ảnh hưởng đến sự phát sáng của đèn.
Có các loại chấn lưu sau đây :
Chấn lưu điện trở: Làm giảm hiệu suất của đèn do tiêu thụ năng lượng, hiệu
quả mồi đèn không cao.
Chấn lưu điện cảm: Không tiêu thụ năng lượng cho việc mồi đèn như điện
trở nhưng nó lại tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt và từ trễ, ngoài ra do tiêu
thụ nhiều công suất phản kháng nên làm hệ số công suất cosφ thấp.
1.4.2 Các thông số về quang học của bộ đèn chiếu sáng công cộng
Các thông số cơ bản về quang học của nguồn sáng đã được nêu trong phần
các loại
- Hệ số suy giảm quang thông gồm 2 nguyên nhân chủ yếu sau :
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

12
+ Sự già hoá của bản thân bộ đèn theo thời gian sử dụng
+ Sự bám bẩn của các hạt bụi trong không

- Hệ số phản quang
- Hệ số sử dụng của bộ đèn



Hình 1.11: Ảnh hưởng của sơ đồ bố trí đèn đến hệ số sử dụng
- Góc bảo vệ

Hình 1.12: Góc bảo vệ của bộ đèn
Góc bảo vệ β cùng với chiều cao treo đèn là hai thông số có ảnh hưởng tới
hiện tượng chói loá, do đó rong quy định của nhà nước ứng với mỗi giá trị của β
có một độ cao treo đèn nhất định.
1.5. Phân loại các bộ đèn chiếu sáng công cộng
Bộ đèn nói chung có nhiều phương pháp phân loại tuỳ vào mục đích sử
dụng. Với bộ đèn trong nhà, cách phân loại phổ biến là căn cứ vào phương pháp
phân bố quang thông của nguồn sáng, tức là so sánh tỉ lệ giữa quang thông chiếu
lên phía trên và quang thông chiếu xuống phía dưới để phân thành 5 loại cơ bản
: chiếu trực tiếp (>90% quang thông xuống dưới); bán trực tiếp (60-90% quang
thông xuống dưới); hỗn hợp (40-60% quang thông xuống dưới); bán gián tiếp
(60-90% quang thông lên trên); gián tiếp (> 90% quang thông lên trên). Với đèn
chiếu sáng công cộng do độ chói của bộ đèn là một trong những tiêu chí để
đánh giá chất lượng của hệ thống chiếu sáng, do đó người ta căn cứ vào phương
của Imax trên đuờng cong trắc quang làm căn cứ để phân loại như sau :

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

13
1.5.1 Bộ đèn chiếu sáng hẹp
Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này có khả năng hạn chế chói loá rất tốt
nhưng nó lại làm giảm độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường nên ít được dùng.

Bộ đèn này còn có tên gọi khác là bộ đèn kiểu chụp sâu
.
1.5.2 Bộ đèn chiếu sáng bán rộng
Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này cũng có khả năng hạn chế chói loá,
đảm bảo độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường nên nó được dùng phổ biến.
1.5.3 Bộ đèn chiếu sáng rộng
Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này gây ra chói loá cho người lái xe nhưng
khả năng đảm bảo độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường tốt. Phạm vi sử dụng
là các đuờng đi bộ, đường dân cư, đường có ít phương tiện qua lại,…. Bộ đèn
này còn có tên gọi khác là bộ đèn kiểu chụp rộng.
1.5.4 Giới thiệu một số loại đèn chiếu sáng
- Đèn sợi đốt
Cấu tạo đèn sợi đốt gồm 3 phần

Hình 1.13: Cấu tạo đèn sợi đốt
+ Vỏ: là một quả cầu thủy tinh chịu nhiệt độ có pha một hàm lượng nhỏ P
nhằm tạo ra một hằng số thấu qua τ.
+ Sợi đốt làm bằng sợi vonfram với sợi dây xoắn kép t
0
lv
=3500
0
K.Tuổi
thọ trung bình khoảng một nghìn giờ.
+ Đuôi đèn: là phần để nối điện giữa bóng đèn và nguồn. Có 2 loại phổ biến:
Đuôi cài :tháo lắp dễ nhưng tiết kiệm điện kém→ứng dụng cho công suất
nhỏ.
Đuôi xoáy :thường dùng cho các cấp khác nhau từ nhỏ đến lớn.
+ Các đặc tính của đèn:
Hiệu suất : 12 lumen/Oát

Chỉ số IRC 100
Nhiệt độ màu : Ấm (2.500K – 2.700K)
Tuổi thọ của đèn : 1 – 2.000 giờ
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

14
Mặc dù hiệu quả chiếu sáng rất thấp, các đèn sợi đốt có chỉ số màu gần
100, cho phép chiếu sáng cục bộ hoặc chiếu sáng trang chí. Vì nhiệt độ màu
thấp, các bóng đèn sợi đốt rất thuận tiện cho việc chiếu sáng mức thấp và mức
trung bình ở các khu vực dân cư.
Các ưu điểm chủ yếu là nối trực tiếp vào lưới điện, kích thước nhỏ, bật
sáng ngay và có thể điều chỉnh được cường độ sáng, giá rẻ, tạo ra mầu sắc ấm
áp. Các nhược điểm là tốn điện và phát nóng.
- Đèn phóng điện(Natri cao áp)
Gồm một ống thủy tinh chứa một loại hơi kim loại, tạo áp suất thấp. Hai
đầu ống đặt 2 điện cực. Đặt một điện áp cao giữa 2 điện cực sẽ tạo ra hiện tượng
phóng điện hồ quang tác động vào hơi trong ống tạo ra ánh sáng. Như vậy để
hoạt động tốt ta cần phải: Tạo điện áp đủ lớn để khởi động đèn (mồi đèn), giảm
điện áp lúc làm việc để giữ ổn định.
Ví dụ về một số loại đèn phóng điện ta có đèn hơi natri áp suất cao

Hình 1.14: Bóng đèn natri cao áp
Đèn này có các đặc điểm:
- Hiệu suất cao 70-130lm/W
- Chỉ số IRC 20-80
- Nhiệt độ màu 2000-2500
0
K
- Tuổi thọ cao khoảng 10.000 giờ
Thường dùng nhiều trong chiếu sáng các trung tâm thương mại, triển lãm,

ngân hàng, khách sạn, sân thể thao, phòng hội thảo, đường phố và công cộng.

Hình 1.15: Đèn natri thấp áp
Đèn này có các đặc điểm:
- Hiệu suất cao 100-200lm/W
- Ánh sáng đơn sắc vàng cam IRC =0
- Công suất nhỏ 18-180
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ………………………

15