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.
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

hiện tại.
- Chương 3: Đề xuất các phương án sử dụng đèn LED.
Trong chương nay giới thiệu về công nghệ sản xuất đèn LED hiện nay,
nhưng ưu điểm khi sử dụng đèn LED. Từ đó ta sẽ đề xuất các phương án để
thay toàn bộ dền trên tuyến đường đang sử dụng bằng đèn LED.
- Chương 4: Nội dung thiết kế chiếu sáng đường Lê Hồng Phong sử dụng
đèn LED.
Chương cuối này là các phương án thiết kế chiếu sáng để ta chọn ra một
phương án tối ưu nhất để sử dụng chiếu sáng cho toàn bộ tuyến đường.
Trong quá trình thiết kế tôi đã thể hiện nội dung cơ bản đáp ứng yêu cầu
chiếu sáng công cộng hiện nay ở nước ta. Các vấn đề được trình bày rõ
ràng chính xác, có tính hệ thống. Tuy nhiên, do lần đầu thiết kế còn nhiều
thiếu sót, em mong được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn để em có
thêm kinh nghiệm và bản thiết kế sau này sẽ hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các cán bộ công ty chiếu sáng đô
thị Hải Phòng Thạc sỹ Đào Bá Bình, các thầy cô giáo trong khoa điện công
nghiệp trường đại học DLHP đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án trên.

Hải Phòng,tháng 7, năm 2010
Sinh viên
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

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

thao tác chủ yếu sẽ giảm từ 8%→ 25%,năng suất lao động tăng 4%→ 5%.
Trong phân xưởng nếu ánh sáng không đủ, công nhân sẽ phải làm việc trong
trạng thái căng thẳng, hại mắt, sức khoẻ, kết quả gây ra hàng loạt phế phẩm
và năng suất lao động sẽ giảm v.v… Ngoài ra còn rất nhiều công việc không
thể tiến hành được nếu thiếu ánh sáng hoặc ánh sáng không gần giống với
ánh sáng tự nhiên ( bộ phận kiểm tra chất lương máy, nhuộm màu v.v… ).
Nếu chiếu sáng ngoài trời được đảm bảo một cách tối đa thì sẽ giảm được rất
nhiều tai nạn giao thông, giúp việc giao thông thuận tiện hơn, giảm nhiều tệ
nạn xã hội. Mặt khác nếu chiếu sáng đô thị được bố trí một cách hợp lý hơn
thì sẽ làm tăng được vẻ đẹp của đô thị cũng như các công trình văn hoá
khác.
Vì vậy vấn đề chiếu sáng là một vấn đề quan trọng nên được các nhà
nghiên cứu chú ý nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực chuyên sâu như nguồn
sáng, chiếu sáng công nghiệp, nhà ở, các công trình văn hoá nghệ thuật,
chiếu sáng sân khấu v.v…
1.1.3. Thành tựu của chiếu sáng ở Việt Nam và Hải Phòng.
4

Nhận biết được tầm quan trọng của chiếu sáng các nhà chiếu sáng Việt
Nam cũng đã áp dụng nhũng thành tựu của khoa học chiếu sáng trên thế giới
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)
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

2
.
2. Cƣờng độ sáng I – Candela(cd).
Khi xét sự phát xạ thông lượng dΦ của nguồn O theo phương của điểm
A là tâm của miền dS được nhìn từ O dướ khóc khối dΩ. Khi cho dS tiến tới
không, dΩ cũng tiến tới không, song tỷ số dΦ/dS tiến tới một giá trị tới hạn
gọi là cường độ sáng của điểm O tới A.


O A

Hình 1.2
Tức là :
6

I
OA
= (1.2)
Cường độ sáng luôn luôn liên quan với một phương cho trước được biểu
diễn bằng một vecto theo phương này và có độ lớn tính bằng candenla.
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
chói là tỷ số của cường độ sáng dI phát bởi dS theo phương này trên diện
tích biểu kiến của dS.

Hình 1.3


L
(cd/m
2
)
= (1.5)

Độ chói đóng vai trò cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của
các khái niệm về chi giác và tiện nghi thị giác.
1.3. Các nguyên lý cơ bản về chiếu sáng ngoài trời.
Các tiêu chuẩn chất lượng chiếu sáng đường bộ thực chất đòi hỏi cho
phép một thị giác nhìn nhanh chóng, chính xác và tiện nghi. Về phương diện
này ta lưu ý:
Độ chói trung bình của mặt đường do người lái xe quan sát khi nhìn mặt
đường ở tầm xa một trăm mét khi thời tiết khô. Mức yêu cầu phụ thuộc vào
loại đường ( mật độ giao thông,tốc đô, vùng đô thị hay nông thôn…) trong
các điều kiện làm việc bình thường.




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
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.

9


Bảng 1.1 – Các cấp chiếu sáng


Cấp

Loại
đường


Mốc

Độ chói
trung
bình
Độ đồng
đều nói
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

B
Đường
cái
Đường
hình tia

Sáng
Tối

2

1 đến 2

0,4

0,7

5
6

C
Thành
phố hoặc
đường có
ít người
đi bộ


Sáng
Tối


0,4


0,7

5
6

D

Các phố
chính
Các phố
bán buôn


Sáng


0,4


0,7


4

E

Đường
vắng

Sáng
Tối

0,4

0,5

4

5

Cần chú ý sự khác nhau các công thức hệ số đồng đều : nếu giá trị điện
U
o
= 0,4 thì nhìn mặt đường thấy phong cảnh thấp thoáng hay còn gọi là hiệu
ứng bậc thang. Khi độ đồng đều theo chiều dọc U
1
lớn hơn 0,7 hiệu ứng này
không còn nữa.
1.5. Phƣơng pháp tỷ số R.
Do sự phản chiếu không vuông góc của các lớp phủ mặt đường, thoạt đầu
ta không thể xác định quan hệ giữa độ chói và độ rọi ngang của nền đường.
Tuy nhiên kinh nghiệm cho thấy đối với các thiết bị phân phối ánh sáng đối
10

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
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 ).

Hình 1.6. Bố trí đèn ở một bên đường Hình 1.7 Bố trí đèn 2 bên so le


Hình 1.8 Bố trí đèn 2 bên song song Hình 1.9 Bố trí đèn trên dải phân cách
Khi nguồn cung cấp là dây treo, các đèn được treo theo trục đường bằng
các cột đỡ tương đối xa nhau. Cách làm như vậy đảm bảo tầm nhìn rất tốt và
rất ít gây loá mắt.

1.5.2. Khoảng cách đèn.
Tính đồng đều của độ chói theo chiều dọc con đường quyết định sự lựa
chọn khoảng cách giữa hai bộ đèn liên tiếp. Ngoài ra khoảng cách còn phụ
thuộc vào chiều cao của đèn và chỉ số phát xạ của bộ đèn.
12

Tuỳ theo trục đường cho phép mà ta có thể sử dụng ba loại bộ đèn sau: kiểu
chụp vừa, kiểu chụp sâu, kiểu chụp rộng để bảo vệ chống loá mắt trực tiếp

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
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.

Tuỳ theo chất phủ mặt đường và loại bộ đèn sử dụng mà ta có thể xác
định bằng thực nghiệm tỷ số R.
R= Độ rọi trung bình (lux)/ Độ chói trung bình (cd/m
2
).






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

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)

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
1.6. Nguồn cung cấp cho chiếu sáng công cộng.
Các lưới cung cấp cho chiếu sáng khác với lưới phân phối ở chỗ tải là các
đèn cùng một công suất và cùng một hệ số công suất, cách đều nhau và làm
việc đồng thời.
Các lưới điện cung cấp chiếu sáng có điện áp thấp 220/380 V làm việc cùng
bộ hoặc chung với các bộ dùng điện áp rơi trên các đèn nhỏ hơn 1% so với
các điện áp định mức, hoặc bằng trung áp 3200/5500 V khi khoảng cách và
công suất tiêu thụ lớn.
1.6.1. Tính toán tiết diện dây.

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

,cũng như tính đến điện trở tiếp xúc. Do đó ta lấy
φ
đồng
= 22 Ω/km/mm
2
φ
nhôm
= 23 Ω/km/mm
2

Trong mọi trường hợp, giá trị điện áp cuối đường dây không được quá
3% tức là 6,6 V ở các đầu cực của đèn,nếu không quang thông sẽ giảm đi và
trong trường hợp một bộ phận của lưới bị hư hỏng có nguy cơ làm đèn
không bật sáng được.
2. Điện áp rơi trên đƣờng trục.
Với đường dây một pha gồm n đèn giống nhau, khoảng cách giữa các
đèn l, mỗi đèn tiêu thụ cùng dòng điện có trị số hiệu dụng I, các dòng điện
đấu cùng pha, dòng điện đầu đường dây là I
t
= nl
Sơ đồ một pha trong đó U
e
là điện áp vào, U
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

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)

Điều này được coi như tổng tải được đặt ở một nửa chiều dài đường dây.
Ta sẽ thấy lợi ích của việc bù cosφ của từng đèn mà không đặt một trạm bù
cos khi không bù từ 0,4 đến 0,5 làm tăng dòng điện đường dây lên gấp đôi.
Trường hợp nguồn cung cấp là bap ha nối sao trung tính Y
n
, các đèn
được nối vào dây pha và dây trung tính, điện áp rơi từng pha phải chia cho 2
vì không có dòng điện trong dây trung tính và điện áp rơi là :
ΔU = (1.11)

Kết quả này cũng đúng với mạch hình tam giác và từ đây cho ta thấy lợi
ích của mạch ba pha.
1.6.2. Các phƣơng pháp cung cấp điện.
Đối với các thiết bị chiếu sáng nhỏ, việc nối trực tiếp vào lưới cung cấp
cho các bộ là kinh tế, nhất là khi ta có thể sử dụng các cột điện của EDF để
lắp đặt bộ đèn, tuy vậy không đảm bảo điều kiện độ chói đều.
Khi công suất chiếu sáng đạt tới 30kW nên sử dụng lưới điện trung áp
3200/5500 V có máy biến áp cho các nhóm đèn. Ưu điểm chính của trung áp
là :
- Giảm tiết diện dây dẫn.
- Điện áp ổn định hơn làm tuổi thọ của đèn tăng.
- Hệ thống có điều khiển từ xa thống nhất.
1. Phân phối điện.
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


=

=

Trọng lượng dây dẫn tỷ lệ
với

2S
m

0,66S
m

1,5S

m


2. Bố trí đƣờng dây.
Khi bố trí mạch nhánh ta lưu ý rằng máy biến áp được đặt ở tâm hình học
để giảm sụt áp đến cuối đoạn dây hoặc để giảm tiết diện dây dẫn.
Nếu có thể bố trí nguồn cấp theo mạch vòng, cho phép giống như cho
mạch hở tương đương với một nửa vòng.
Việc phân đôi các đường dây cho phép cắt moọt trong hai nguồn sáng (giải
pháp tốn kém và ít an toàn ) ít dùng cho sự phát triển của kĩ thuật tiết kiệm
điện năng.
3. Trạm biến áp.
Việc lựa chọn công suất máy biến áp phụ thuộc vào:
- Công suất tiêu thụ của các bộ đèn.
- Dòng điện tiêu thụ khi mỗi đèn bằng 1,5 đến 2 lần dòng điện định mức
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)
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.

- Chọn van chống sét: chọn van chống sét loại FCO 22kV-5A.
- Chọn cầu chì tự rơi: chọn cầu chì tự rơi dựa vào thông số I
đmBA
=
1,3a, U
đm
= 22kV, nên ta chọn cầu chì tự rơi loại C710-213 PB do
CHANGE chế tạo với U
đm
= 22kV, I
đm
= 100A.
- Chọn aptomat tổng: chọn aptomat tổng loại NS400N do
MERLINGERIN chế tạo với I
đm
= 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
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

Các tiêu chuẩn thiết kế cơ bản được sử dụng trong việc xây dựng hệ thống
cấp điện cho dự án.
Các tiêu chuẩn thiết kế được áp dụng :
- Quy phạm trang bị điện số 11-TCN 19-84.
- Tiêu chuẩn TCVN 5828.1994 đèn điện chiếu sáng thành
phố.
- Tiêu chuẩn 20TCN 95-83 hiện hành.
- Nghị định 54 của thủ tướng chính phủ về hành lang an toàn
điện.
Các điều kiện khí hậu sau đã được xem xét.
- Nhiệt độ đất tối đa 25
0
C
- Nhiệt độ

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 :
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

cáp dài và nhiều phị tải nhất.
Lựa chọn đèn chiếu sáng là laọi đèn cao áp gián tiếp, bộ điện có chấn lưu, tụ,
mồi cho phép làm việc bình thường với điện áp thấp dưới 10% điện áp định
mức.
2.3. Các tiêu chuẩn kĩ thuật.
1. Hệ thống chiếu sáng đường trục.
Đường ngã 5 – sân bay cát bi dài 5290m, với 4 làn đường và 3 dải phân
cách, để chiếu sáng suốt chiều dài tuyến đường dùng đèn cao áp lắpđặt dọc
theo 2 dải phân cách 2 bên đường, tại các nút giao thông lớn lắp đặt các cụm
đèn pha để tăng cường độ sáng cho người và phương tiện lưu thông an toàn.
Đường gồm 4 làn xe với nhiều nút giao thông với các đường giao thông
chính và đường các khu dân cư, mật đọ xe dự bao trên 3000xe/h đến năm
2010, theo TCXD 95-1093 cần đạt các yêu cầu sau :
- Độ chói sáng : 1,6 cd/m
2
.
- 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
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.

- Đoạn từ KM1+193 đến KM2+387: lấy nguồn từ trạm biến áp T7
thuộc lô 8A.
- Đoạn từ KM+387 đến KM3+022: lấy nguồn từ trạm T5 thuộc lô
9A.
- Đoạn từ KM3+022 đến KM4+147: lấy nguồn từ trạm biến áp T3.
23

- Đoạn từ KM4+147 đến KM5+290: lấy nguồn từ trạm biến áp T1.
Cáp dọc tuyến chiếu sáng dược sử dụng thống nhất là cáp
Cu/XLPE/PVC(3*25+1*16) và được luồn trong ống nhựa FEP có đương
kính D80 và đặt trong rãnh cáp, tại những đoạn qua đường cáp đuợc luồn
trong ống thép D90.
Cáp lên đèn dung loại Cu/XLPE/PVC(2*2.5).

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

TD T1 NHÁNH 2 3*25+16 821 16 19.2 5.1 8.8
TD T2 NHÁNH 2 3*25+16 730 8 5.7 1.5 5.32

TBA
T7
TD T3 3*95+50 400 32.2 8 2.1
TD T3 TD T4 3*50+25 30 14.5 0.48 0.13
TD T3 NHÁNH 2 3*25+16 942 13.2 15.05 3.96 6.06
TD T4 NHÁNH 2 3*25+16 866 10 8.5 2.2 4.43

TBA
T5
TD T5 3*50+25 550 22 13.4 3.5
TD T5 TD T6 3*50+25 30 15 0.5 0.13
TD T5 NHÁNH 2 3*25+16 436 5.5 2.4 0.6 4.1
TD T6 NHÁNH 2 4*10 255 8 9.7 2.56 6.19

TBA
T8
TD T7 3*50+25 200 29.7 6.56 1.7
TD T7 TD T8 3*50+25 30 13 0.43 0.1 5.9
TD T7 NHÁNH 2 3*25+16 1009 13.2 16 4.2 3.8
TD T8 NHÁNH 2 3*25+16 842 9.5 7.6 2

TBAT1 TDT9 3*95+50 200 33.1 4.1 1.1
TD T9 TD T10 3*50+25 30 17.2 0.57 0.15
TD T9 NHÁNH 2 3*25+16 1010 13.9 11.8 3.1 4.2
TD
T10
NHÁNH 2 3*25+16 1065 14.7 18.6 4.9 6.15