Thiết kế cung cấp điện cho trường Tiểu học Ngọc Châu, Thành phố Hải Dương”

LỜI NÓI ĐẦU
Ánh sáng là vấn đề đặc biệt quan trọng trong đời sống. Ngoài việc chiếu sáng bằng
ánh sáng tự nhiên thì ánh sáng nhân tạo đặc biệt quan trọng. Lịch sử chiếu sáng nhân tạo
được chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn trước khi có đèn điện và giai đoạn sau khi có đèn
điện. Giai đoạn trước khi có đèn điện thì loài người thường chiếu sáng ban đêm bằng bếp
lửa, nến, dầu hỏa... Những nguồn sáng này có ánh sáng thấp, nguồn sáng cực kì yếu, hạn
hẹp và hiệu suất thấp. Từ khi ngành điện ra đời đến giữa thế kỉ XIX những ngọn đèn điện
đầu tiên được sáng chế, nhưng hơn một trăm năm gần đây, đèn điện mới được phát triển
không ngừng với những tiến bộ vượt bậc, mở ra kỉ nguyên văn minh mới cho loài người.
Lúc đầu con người chưa quan tâm lắm đến chiếu sáng cũng như tính mỹ thuật và thẩm
mỹ, khi đời sống cao thì nhu cầu càng cao, nhất là khi sự công nghiệp hóa hiện đại hóa
như ngày nay, các khu công nghiệp, đô thị, xa lộ, các công trình thể thao càng phát triển
nhanh chóng việc thiết kế công trình chiếu sáng phải đúng theo các tiêu chuẩn, đảm bảo
các yêu cầu kỹ thuật đem lại thẩm mỹ cho công trình kể cả nội và ngoại thất, chiếu sáng
tạo lên vẻ đẹp vào ban đêm.
Việc thiết kế cho các công trình nói chung và thiết kế cho phòng làm việc nói
riêng, người kỹ sư thiết kế chiếu sáng phải đặc biệt quan tâm đến yếu tố kỹ thuật và thẩm
mỹ của công trình.
Được sự giúp đỡ của các thầy/cô trong khoa Hệ thống điện, đặc biệt là sự giúp đỡ
tận tình của giảng viên hướng dẫn: Ths.Lê Thị Nụ em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp
của mình với đề tài“Thiết kế cung cấp điện cho trường Tiểu học Ngọc Châu, Thành
phố Hải Dương”. Trong suốt giời gian làm việc, dưới sự chỉ đạo trực tiếp của cô Ths.Lê
Thị Nụ, em đã hình dung được các bước cụ thể trong công việc của người thiết kế, cũng
như vẫn dụng các kiến thức đã học, học hỏi thêm ở cô, ở bạn những kiến thức quí báu và
tìm hiểu sâu hơn trong lĩnh vực cung cấp điện để trang bị cho mình một kiến thức cần
thiết cho công việc sau này.
Tuy nhiên vì kiến thức và thời gian có hạn nên bản đồ án của em vẫn còn nhiều sai
sót và hạn chế. Em rất mong được sự xem xét và chỉ bảo của các thầy/cô để em có thể
hoàn thiện tốt hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay kinh tế nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ theo hướng Công
nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước, vì vậy nhu cầu sử dụng điện năng trong lĩnh vực
công nghiệp tăng cao.Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước, điện năng luôn
giữ một vai trò quan trọng. Ngày nay điện năng không thể thiếu được trong hầu hết các
lĩnh vực khi xây dựng một khu công nghiệp mới, một nhà máy mới, phân xưởng cơ khí
mới, một khu dân cư mới.
Khi đời sống cao thì nhu cầu càng cao, nhất là với sự Công nghiệp hóa - Hiện đại
hóa ngày nay, các khu công nghiệp, đô thị, xa lộ, các công trình thể thao càng phát triển
nhanh chóng thì việc thiết kế cung cấp điện ngày càng yêu cầu đúng theo các tiêu chuẩn,
đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đem lại thẩm mỹ cho công trình kể cả nội, ngoại thất và
chiếu sáng tạo lên vẻ đẹp vào ban đêm.
Nhận thấy sự cần thiết của việc phân tích, thiết kế các hệ thống chiếu sáng,em
quyết định chọn đề tài “Thiết kế cung cấp điện cho Trường Tiểu học Ngọc Châu,
Thành phố Hải Dương” để hình dung các bước cụ thể trong công việc của người thiết
kế, cũng như vẫn dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn, nhằm trang bị cho mình một
kiến thức cần thiết cho công việc sau này.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu lý thuyết về lĩnh vực thiết kế cung cấp điện để phân tích, tính toán, lựa
chọn phương pháp án thiết kế cung cấp điện cho Trường Tiểu học Ngọc Châu. Thành phố
Hải Dương
3. Đối tượng, phạm vi đề tài
Đối tượng: Thiết kế hệ thống chiếu sáng.
Phạm vi đề tài: Hệ thống chiếu sáng cho Trường Tiểu học Ngọc Châu, Thành phố
Hải Dương
4. Phương pháp thực hiện
- Tham khảo nguồn tài liệu nghiên cứu: Kỹ thuật chiếu sáng, Khí cụ điện, Hệ

thống cung cấp điện;
- Khảo sát, phân tích, tính toán và tổng hợp các kiến thức từ thực tiễn.
5. Dự kiến đóng góp của đề tài
- Là tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Kỹ thuật điện, điện tử Trường Đại học
Hải Dương về lĩnh vực thiết kế cung cấp điện chiếu sáng;
- Đề tài có tính thực tiễn cao và có khả năng áp dụng được trong thực tế. Đề tài đã
chỉ ra được phương án cấp điện tối ưu cho tòa nhà.
6. Kết cấu của bài
Ngoài mục lục, phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, đề tài gồm 3 chương
như sau:
Chương 1. Giới thiệu chung về chiếu sáng.
Chương 2. Các phương pháp tính toán chiếu sáng.
Chương 3. Thiết kế chiếu sáng cho nhà Trường Tiểu học Ngọc Châu, thành phố
Hải Dương.


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN CHIẾU SÁNG
1.1. Đặt vấn đề
Trong thời kì Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa như ngày nay, song song với việc
chiếu sáng tự nhiên thì chiếu sáng nhân tạo là một điều không thể thiếu với con người
trong cuộc sống hiện tại. Vậy chiếu sáng là gì?
Khái niệm về chiếu sáng:sóng điện từ là hiện tượng lan truyền theo đường thẳng
của điện trường và từ trường, mọi sóng điện từ đều tuân theo các định luật vật lý, cụ thể
là các định luật truyền sóng, các định luật phản xạ và khúc xạ, những ảnh hưởng của sóng
khác nhau rõ rệt tùy theo năng lượng được truyền đi, nghĩa là tùy theo các bước sóng.
Ánh sáng là một loạt sóng điện từ mà mắt người có thể cảm nhận trực tiếp.
Ánh sáng là yếu tố rất quan trọng đối với sức khỏe và khả năng hoạt động của con
người. Trong sinh hoạt và lao động, việc chiếu sáng thích hợp sẽ tránh mệt mỏi thị giác,
tránh tai nạn lao động vào bệnh nghề nghiệp.

Ta thấy màu ánh sáng phụ thuộc vào độ dài sóng. Ánh sáng khả kiến (ánh sáng
nhìn thấy được) là những bức xạ quang học có bước sóng khoảng (0,3800,760) ứng với
các dải màu: Tím, lam (xanh da trời), lục (xanh lá cây), vàng, cam, hồng, đỏ, tía...Tia đỏ
(hồng ngoại) và tia tím (tử ngoại) cũng được phân loại là bức xạ sóng ánh sáng, nhưng là
ánh sáng không nhìn thấy bằng mắt thường của người được.
Mắt người nhạy với bức xạ đơn sắc màu vàng lục = 0,555, do đó người ta lấy độ
sáng tương đối của bức xạ vàng lục làm chuẩn so sánh, đánh giá độ sáng của các bức xạ
khác nhau.
Ánh sáng có bước sóng nằm trong khoảng 380 nm ÷ 780 nm.
Ủy ban quốc tế về chiếu sáng đưa ra các giới hạn cực đại của phổ màu như sau:
Bảng 1.1.Bảng phổ màu
Tử

Tím

Xanh da trời

Xanh lá cây

Vàng

Da cam

Đỏ

Hồng

Ngoại

412

470

515

577

600

673

Ngoại


1.2. Phân loại chiếu sáng
- Căn cứ vào dạng chiếu sáng:
+ Chiếu sáng công nghiệp: là ánh sáng cấp cho các khu công nghiệp như: nhà
xưởng, kho, bãi…
+ Chiếu sáng dân dụng: là ánh sáng cung cấp cho các căn hộ, gia đình, trường
học, bệnh viện, khách sạn…
- Căn cứ vào mục đích chiếu sáng:
+ Chiếu sáng chung: là chiếu sáng tạo ra độ sáng đồng đều trên bề mặt chiếu
sáng;
+ Chiếu sáng cục bộ: là hình thức ánh sáng tập chung cho một điểm hay cho một
diện tích hẹp;
+ Chiếu sáng dự phòng: là chiếu sáng dự phòng khi sẩy ra mất điện.
Nhưng mỗi hình thức chiếu sáng đều có yêu cầu riêng, đặc điểm riêngvà phụ tải
chiếu sáng phải phù hợp với từng mục đích. Do vậy phải có phương pháp tính toán chiếu
sáng khi thiết kế chiếu sáng trong từng trường hợp để đảm bảo yêu cầu về kĩ thuật, mĩ
thuật chiếu sáng.

1.3. Hệ thống chiếu sáng của những nơi làm việc
1.3.1. Chiếu sáng chung
Chiếu sáng chung đảm bảo độ rọi đồng đều trên toàn bộ diện tích làm việc hay
toàn bộ phòng làm việc. Đặc biệt, ở những phòng trong đó có chiếu sáng cục bộ, thì chiếu
sáng chung có mục đích là đảm bảo duy trì trong giới hạn đủ thoả mãn để nhìn.
Chiếu sáng chung được dùng trong các phân xưởng có diện tích làm việc rộng có
yêu cầu về độ rọi gần như nhau tại mọi điểm rên bề mặt đó. Chiếu sáng chung còn sử
dụng phổ biến ở các nơi mà ở đó quá trình công nghệ không đòi hỏi mắt phải làm việc
căng thẳng như ở phân xưởng mộc, rèn, hành lang...
Trong hình thức chiếu sáng này thông thường các bóng đèn được treo cao trên trần
nhà theo một quy luật nào đó để tạo nên độ rọi đồng đều trong phân xưởng.


a).Phương pháp bố trí so le b). Phương pháp bố trí đường thẳng
Hình 1.1. Một số phương án bố trí đèn trong phương pháp chiếu sáng chung
1.3.2. Chiếu sáng cục bộ
Ở những nơi cần quan sát chính xác, tỉ mỉ, phân biệt rõ các chi tiết… thì cần có độ
rọi cao mới làm việc được. Muốn vậy phải dùng phương pháp chiếu sáng cục bộ, nghĩa là
đặt đèn vào gần nơi cần quan sát. Vì khi để gần chỉ cần bóng đèn có công suất nhỏ cũng
tạo nên độ rọi lớn trên bề mặt chi tiết cần quan sát, do đó giảm được chi phí về vốn đầu
tư.
Chiếu sáng cục bộ thường được dùng để chiếu sáng các chi tiết gia công trên máy
công cụ, chiếu sáng ở các bộ phận kiểm tra, lắp máy, hoặc khi làm việc trong các nồi hơi,
máng ống nước… Tại những nơi này, chiếu sáng chung thường không đủ độ rọi cần thiết,
nên phải dùng thêm các đèn chiếu sáng cục bộ. Các loại đèn chiếu sáng cục bộ trên các
máy công cụ hoặc các đèn cầm tay di động thường phải dùng với điện áp 36 V hoặc 12 V.
1.3.3. Chiếu sáng hỗn hợp
Chiếu sáng hỗn hợp là hình thức chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung với chiếu
sáng cục bộ. Chiếu sáng hỗn hợp được dùng ở những phân xưởng có những công việc
thuộc cấp I, II, III ghi trong bảng phân cấp công việc. Nó cũng được dùng khi cần phân

biệt màu sắc, độ lồi lõm, hướng sắp xếp các chi tiết… Chiếu sáng hỗn hợp thường được
dùng ở các phân xưởng gia công nguội, các phân xưởng khuôn mẫu, đúc... ở các nhà máy
cơ khí.
1.4. Một số đại lượng dùng trong tính toán chiếu sáng
1.4.1. Quang thông- Đơn vị Lumen,viết tắt [lm]
Là năng lượng do một nguồn sáng phát ra qua một diện tích trong một đơn vị thời


gian, là thông lượng của năng lượng.
Những ánh sáng từ nguồn quang phát ra gồm nhiều sóng điện từ có bước sóng
khác nhau, do đó năng lượng của nó được biểu hiện:

Trong đó: là thông lượng quang năng đi từ đến ;
là bước song ánh sáng;
elà hàm phân bố năng lượng;
Thông lượng toàn phần:

Trong nguồn quang có công suất khá lớn, có các bước sóng khác nhau sẽ gây ra
cho mắt ta cảm giác khác nhau, do đó người ta đưa ra thêm khái niêm:Độ rõV 
Vậy định nghĩa quang thông F: là tích phân của thông lượng quang năng và hàm
độ rõ:
[lm]
1.4.2. Cường độ sáng I - Đơn vị Candela [cd]
Nếu có một nguồn sáng S bức xạ theo mọi phương, trong một góc đặc (hay góc
khối) dw nó truyền đi một quang thông dF thì đại lượng dF/dw gọi là cường độ ánh sáng
của nguồn sáng trong phương đó.
I=dF/dw [cd=lm/Sr];
Trong đó: dF - tính bằng lumen [ lm];
dw- góc đặc tính bằng Sr (Steradian);
I - cường độ sáng tính bằng canlenda (nến), 1cd = 1lm/1Sr.

1.4.3. Độ rọi E, độ trưng R, độ chói L
Độ rọi E:của một diện tích ở tại một điểm, là tỉ lệ giữa quang thông dF nhận
được bởi một vi phân diện tích ở xung quanh điểm này với diện tích dS của nó ( hình
1.2):


Hình 1.2. Minh họa công thức tính độ rọi
E=dF/dS
Đơn vị E là lux [lx], 1 lux = 1 lm/m2.
Giả sử có một nguồn sáng S, chiếu vào diện tích dS có pháp tuyến như hình
vẽ(hình 1.3):

Hình 1.3. Minh họa nguồn sáng S
Thông lượng của nguồn S đi qua diện tích là:
dF = I.dw;
dw = dS.cos/r2 với r là khoảng cách từ S tới tâm dS;
E= dF/dS= I dS. cos/r2.dS = I. cos/r2.
Vậy độ rọi của nguồn sáng tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng,tỉ lệ nghịch với bình
phương khoảng cách từ nguồn tới tâm diện tích được chiếu sáng, ngoài ra còn phụ thuộc
vào hướng tới của nguồn.
Tóm lại: độ rọi là mật độ quang thông rơi trên bề mặt diện tích(đơn vị lux).
Độ trưngR: của một bề mặt của một nguồn sáng có kích thước giới hạn tại một
điểm của nó, là tỉ lệ giữa quang thông dF phát ra từ một bề mặt so cấp xung quanh điểm
này và diện tích dS của nó: R=dF/dS


Như vậy, độ trưng là quang thông bức xạ trên một đơn vị diện tích của nguồn.
Độ chói L:Đơn vị [cd/m2]
Người ta định nghĩa độ chói L của một diện tích của một nguồn sáng ở một điểm
của nó, trong một phương cho trước (phương tạo lên góc ) là tỉ lệ giữa cường độ ánh sáng

đi theo một phương đã nêu của một vi phân diện tích dS xung quanh điểm này,với diện
tích d=dS cos
(d- là hình chiếu của dS lên mặt phẳng vuông góc với phương đã chọn).
L= []
1.5. Các dụng cụ chiếu sáng cơ bản
Để tạo nguồn sáng cung cấp ánh sáng cho sinh hoạt, trong sản xuất..., người ta
thường dùng các loại đèn như: đèn sợi đốt, huỳnh quang...
1.5.1. Phân loại bóng đèn

Hình 1.4.Sơ đồ phân loại bóng đèn


1.5.2. Đèn sợi đốt
Thường gọi là bóng đèn tròn, có cấu tạo đơn giản, biến đổi trực tiếp năng lượng
điện thành ánh sáng khi có dòng điện qua sợi dây tóc (dây điện trở).
1.5.2.1. Cấu tạo
Gồm dây tóc kim loại (vonfram) đặt trong một bóng thuỷ tinh chứa đầy khí trơ
(argon) ở áp suất nhỏ gắn với 1 đuôi đèn để lắp vào lưới điện.
- Sợi đốt (dây tóc) làm bằng vonfram quấn kiểu lò xo, hai đầu được nối với hai
dây dẫn xuyên qua trụ thủy tinh để nối ra đuôi đèn;
- Đuôi đèn có hai loại: kiểu ngạnh trê và kiểu xoáy (kiểu ren).Bóng thủy tinh có
thể là loại trong suốt hoặc mờ. Loại bóng đèn mờ cho ánh sáng dịu và đồng đều nhưng
giảm năng suất phát quang của đèn. Ngoài ra bóng có thể là loại thủy tinh mầu dùng để
trang trí hoặc làm đèn báo hiệu.

Hình 1.5. Cấu tạo đèn sợi đốt
Để tránh cho sợi dây tóc không bị đốt cháy do tác dụng của oxy, bóng được hút
chân không và thay vào một ít chất hiếm như Argon, Krypton và Nitơ. Kích cỡ bóng phải
đủ lớn để không bị hơi nóng của nhiệt tỏa ra làm nổ. Hầu hết bóng đèn đều được lắp vào
trong đui đèn, dòng điện sẽ đi qua đui đèn, qua đuôi đèn kim loại, vào đến dây tóc làm nó

nóng lên và đến mức phát ra ánh sáng.
1.5.2.2. Nguyên lý hoạt động
Khi có dòng điện chạy qua bóng đèn, dây tóc khi bị nung tới nhiệt độ 2400 –
340000K và phát ra ánh sáng. Ánh sáng phát ra kèm rất nhiều nhiệt, phần lớn là tia hồng


ngoại nên gần giống với ánh sáng tự nhiên. Khi nhiệt độ của sợi đốt càng tăng (nhỏ hơn
nhiệt độ nóng chảy của Vonfram (3650K))thì phổ ánh sáng dịch chuyển từ hồng ngoại
sang miền ánh sáng nhìn thấy.
Trong môi trường chân không và nhiệt độ 2400 – 2600K, cực đại toả tia nằm ở lân
cận 1100 nm và hiệu quả ánh sáng kém nên ngày nay bóng đèn chân không chỉ dùng cho
các đèn có công suất <25W.
Với t = 2700 – 3000K hiệu quả ánh sáng tăng một cách rõ rệt do trong miền ánh
sáng nhìn thấy. Nhưng bắt đầu có hiện tượng bay hơi kim loại dẫn đến dây đốt bị đứt.
Hiện tượng này có thể bị chậm đi một cách đáng kể khi có thêm khí trơ (nitơ, agon,
kripton), với mục đích tăng áp suất mặt ngoài của dây tóc nhưng lại có hiện tượng đối lưu
trong bóng, có sự truyền nhiệt và mất mát năng lượng từ trong bóng ra ngoài không khí
xung quanh. Do đó, hiện nay chỉ với bóng có công suất lớn hơn 60W người ta mới nạp
khí nêon và argon.
Ở trạng thái đốt nóng, sợi đốt được bao bọc bởi một lớp khí tĩnh.Tổn thất nhiệt
càng nhiều nếu lớp khí tĩnh này càng dày.Để giảm tổn thất này, Langmuir đã quấn sợi đốt
hình xoắn rất dày sao cho lớp khí nằm trong đường kính của dây xoắn dầy hơn lớp khí
của sợi đốt.
Ngày nay, dây tóc được dùng là dây xoắn kép (sợi đốt xoắn kép), thêm vào khí trơ
các thành phần halogen (iốt hoặc brom) cho phép vonfram bay hơi lắng đọng trên sợi đốt
mà không ngưng đọng trên bóng đèn, hiệu quả ánh sáng đạt tới 20 đến 27 lm/W và tuổi
thọ trung bình 2000 giờ.
Tổn thất càng giảm khi:
- Đường kính xoắn càng lớn;
- Chiều dài càng nhỏ;

- Bề mặt tiếp xúc có hiệu quả với khí càng nhỏ.
Phương pháp dùng sợi đốt xoắn kép thường dùng cho các bóng có công suất
25100 W vì nếu công suất lớn sẽ làm giảm một cách rõ rệt hiệu quả ánh sáng so với
những dây tóc quấn xoắn đơn.


1.5.2.3. Đặc tính của bóng đèn
- Nhiệt độ màu: 2500 – 30000 K;
- Chỉ số CRI=100;
- Tuổi thọ khoảng 1000 -2000h;
- Hiệu quả ánh sáng càng tốt khi công suất đèn càng lớn. Ví dụ hai đèn 150W cho
ánh sáng kém hơn một đèn 300W. Đặc tính của một số bóng đèn nung sáng.
Bảng 1.2. Đặc tính của một số bóng đèn nung sáng
Công suất W
40
75
100
200
500
1000

Điện áp 127 V
Ω, lm Hiệu suất sáng, Lm/W
500
12,5
1120
14,9
1590
15,9
3430

17,5
9600
19,2
21000
21

Điện áp 220 V
Ω, lm Hiệu suất sáng, Lm/W
430
10
970
12,9
1390
13,9
2990
14,9
8700
17,4
18700
18,7

1.5.2.4. Các ưu nhược điểm và ứng dụng của đèn sợi đốt
Các đèn sợi đốt có nhiệt độ thấp, thuận tiện cho việc chiếu sáng mức thấp và trung
bình ở các khu vực dân cư như: chiếu sáng cục bộ, chiếu sáng trang trí.
Ngoài ra đèn sợi đốt còn được dùng làm đèn tín hiệu (tuổi thọ sợi đốt đến 8000h),
các đèn phát tia hồng ngoại được sử dụng rất nhiều trong sưởi ấm, đốt nóng.
- Ưu điểm:
+ Nối trực tiếp vào lưới điện;
+ Bòng đèn có nhiều loại kích thước, chế tạo với nhiều cấp điện áp và công suất
khác nhau, thích ứng với mọi điều kiện sử dụng: 12, 36, 110, 127, 220V;

+ Bật sáng ngay, dễ điều khiển, kiểm soát phân bố ánh sáng;
+ Kích thước nhỏ, giá thành rẻ;
+ Hầu như hoàn toàn không phụ thuộc vào điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ
ẩm (thậm chí có thể được ngâm trong nước);
+ Tạo ra màu sắc ấm áp;
+ Quang thông giảm không đáng kể, khi bóng đèn đã bị lão hoá cũng chỉ giảm
khoảng 15%.


- Nhược điểm:
+ Tốn điện và phát nóng;
+ Hiệu suất phát sáng thấp;
+ Tuổi thọ thấp;
+ Sợi đốt dễ bị ảnh hưởng bởi rung động;
+ Tính năng của đèn thay đổi đáng kể theo biến thiên điện áp nguồn.
Biến thiên điện áp dẫn tới biến thiên dòng điện và do đó biến thiên sự đốt nóng,
làm ảnh hưởng đến quang thông và tuổi thọ của đèn.
Gọi 0, I0 , P0 và D0 lần lượt là quang thông phát ra, dòng điện, công suất tiêu thụ
và tuổi thọ của đèn ở điện áp định mức U0 thì ở điện áp U:

Tuổi thọ của đèn giảm từ 3700 giờ khi điện áp giảm đi 10% sang nhỏ hơn 500 giờ
khi quá áp 5%.
Để đảm bảo tuổi thọ đúng định mức, hiệu suất quang tốt, điện áp đặt lên hai cực
chỉ được giao động trong phạm vi  2,5%.
Ví dụ: Sự thay đổi thông số của bóng đèn khi điện áp thay đổi  1%.
Điện trở  0,4 %.
Công suất  1,5 %.
Quang thông  3,3 %.
Hiệu suất phát quang  1,8 %.
Tuổi thọ  3 %.

- Sự già hoá của các đèn:
Việc suy giảm tính năng theo thời gian chủ yếu là do sự bốc hơi của sợi đốt kết
hợp với không khí, hơi nước còn sót lại trong bóng. Quang thông phát xạ thường nhỏ hơn
do bụi bám bên ngoài bóng đèn vì vậy cần định kỳ lau bóng đèn.
- Các ứng dụng:Vì nhiệt độ màu thấp nên các loại đèn sợi đốt thích hợp với chiếu


sáng khu vực nhà với độ rọi thấp và trung bình.
1.5.3. Đèn huỳnh quang
1.5.3.1. Đặc điểm
Là loại đèn phát ra ánh sáng lạnh, nhiệt lượng toả ra ít. Đèn làm việc dựa trên
nguyên tắc phóng điện giữa các điện cực và dưới tác dụng của tia cực tím lên lớp bột
huỳnh quang tráng bên trong ống đèn thuỷ tinh làm phát ra ánh sáng. Màu sắc ánh
sáng phát ra từ đèn tuỳ thuộc vào thành phần lớp bột huỳnh quang bao quanh gồm
các chất tungstène, calci, silicat kẽm+glucinium…
1.5.3.2. Cấu tạo
Gồm một ống thỷ tinh chứa khí trơ áp suất thấp, lớp trong được phủ một lớp bột
phát quang, và hai điện cực anot và catot.

Hình 1.6. Cấu tạo đèn huỳnh quang


- Bóng là một ống phóng điện (ống thủy tinh mờ) bên trong chứa khí hiếm (acgon)
với hai điện cực và và 1 lượng nhỏ hơi thuỷ ngân. Ở thành trong của ống có phủ một chất
phát sáng (huỳnh quang). Trên mặt các điện cực có bôi điôxit bari hoặc strôni để dễ phát
xạ điện tử.
Đèn huỳnh quang được nạp đầy khí argon ở áp suất (3 4)mmHg và một vài
mg thuỷ ngân (khoảng 12mg). Việc nạp khí argon vào đèn với áp suất thích hợp làm
cho quá trình mồi phóng điện xảy ra dễ dàng hơn, bảo vệ cho các điện cực khỏi bị
phá hỏng.

Áp suất của hơi thủy ngân trong đèn phụ thuộc vào nhiệt độ của đèn, áp suất tốt
nhất là 0,01 mm Hg. Khi đèn làm việc thuỷ ngân lỏng biến thành khí, áp suất hơi thuỷ
ngân bão hoà trong đèn được giới hạn trong khoảng (0,8  1,3) at và chỉ ở áp suất ấy phát
sáng có trị số lớn nhất.
- Tắc te nhiệt: thực chất là công tắc tự động làm việc dưới điện thế thích hợp.
Cấu tạo tắc te bởi một lưỡng kim nhiệt được đặt trong một bóng chứa đầy néon và
bình thường hai điện cực này hở mạch. Để triệt tiêu phóng điện giữa hai điện cực tắc
te chấn lưu nhờ một tụ điện mắc giữa hai điện cực và cũng có tác dụng làm đèn khởi
động nhanh.
Công suất tiêu tán thường xuyên trên tắc te khoảng 1W để tránh cho miếng lưỡng
kim không bị nguội khi ngắt mạch ống.
Điện dung C= 5–7 nF có tác dụng làm tăng thời gian quá điện áp khi ngắt làm cho
việc mồi dễ dàng, đồng thời để tiêu từ trường cuộn kháng trên chấn lưu.
- Chấn lưu: đối với loại đèn phóng điện, khi làm việc, điện trở của đèn có đặc tính
âm sẽ càng lúc càng giảm khi cường độ dòng điện qua đèn tăng và sẽ làm hỏng đèn. Do
vậy cần phải mắc thêm một cuộn cảm nối tiếp với đèn nhằm mục đích giữ ổn định dòng
điện qua đèn để duy trì sự phóng điện ổn định và đồng thời tạo điện thế cao để dễ khởi
động đèn lúc ban đầu. Do nhiệm vụ trên lên cuộn cảm kháng còn được gọi là ballast.
Để đèn làm việc luôn luôn được tốt phải duy trì không làm thay đổi áp suất của
hơi trong đèn:
+ Áp suất của hơi tăng lên (dù rất nhỏ), sẽ làm đèn khởi động khó khan;


+ Áp suất của hơi giảm đi (dù rất nhỏ), sẽ làm giảm hiệu quả phát sáng của đèn, để
duy trì sự phóng điện bóng đèn phải tương đối dài để có nhiệt độ thấp, không làm tăng áp
suất của thủy ngân.
1.5.3.3. Nguyên lý làm việc
Nguyên lý phát sáng của bóng đèn huỳnh quang: là sự phóng điện trong chất khí,
hơi thuỷ ngân phát ra tia tử ngoại, kích thích lớp bột huỳnh quang ở vách bên trong ống,
bức xạ thành ánh sáng nhìn thấy.

- Khi chưa đóng mạch điện, hai tiếp điểm của tắc-te ở trạng thái mở;
- Khi đóng mạch điện, toàn bộ điện áp đặt trên hai cực tắc-te, gây nên sự phóng
điện nháy sáng (phóng điện hồ quang giữa các tiếp điểm trong tắc te). Hồ quang đốt nóng
lưỡng kim loại, làm cho nó giãn nở và cong đi, đầu các tiếp điểm được nối với nhau làm
cho mạch điện được nối liền.
Sự co dãn của lá kim loại làm cho tiếp điểm của tắc-te đóng lại, mạch điện được
nối liền và dòng điện đi qua các cực (dây tóc) của bóng đèn. Lúc này hai cực nóng lên và
bắn ra điện tử tự do được gia tốc bởi điện trường, i-on hoá khí argon ở hai đầu cực làm
cho nhiệt độ hai đầu cực tăng lên. Động năng của các điện tử tự do biến đổi thành năng
lượng kích thích các nguyên tử thủy ngân, thuỷ ngân bốc hơi dẫn đến sự i-on hoá toàn bộ
lượng khí có trong bóng đèn, đèn phát sáng.
Khi đèn sáng, sự phóng điện của tắc-te ngừng lại do điện áp ở hai cực của tắc-te
tụt xuống, lá kim loại kép nguội, co lại về vị trí ban đầu, tiếp điểm của tắc-te mở ra và
dòng điện rẽ nhánh qua tắc-te bị ngắt. Bóng đèn đã làm việc thì tắc-te không còn tác
dụng, nếu rút tắc-te ra, bóng đèn vẫn làm việc bình thường.
Hộp chấn lưu được tính toán sao cho dòng đốt nóng sơ bộ các điện cực bằng
(1,21,8) Idm của đèn. Do cuộn chấn lưu có điện cảm lớn, tại thời điểm các điện cực của
tacte tách ra, trong cuộn chấn lưu xuất hiện xung điện áp lớn do dòng bị cắt đột ngột,
xung điện áp này đặt lên đèn làm phát sinh sự phóng điện trong chất khí giữa hai đầu cực
bóng đèn và mồi đèn.
Sự mồi đèn thường xảy ra sau (25) lần tác động của tacte.Thời gian khởi động
đèn từ 2-5 giây.


- Khi các tia hồ quang phóng điện đập vào chất phát sáng, một phần năng lượng
của chúng biến thành nhiệt năng, phần lớn còn lại xuất hiện dưới dạng một phổ liên tục
có bước sóng phân bố tùy thuộc bản chất của chất huỳnh quang thành ánh sáng;
- Màu của ánh sáng phát ra phụ thuộc vào lượng chất huỳnh quang và áp suất
trong ống.
1.5.3.4. Ưu điểm, nhược điểm đèn huỳnh quang

- Ưu điểm:
+ Có hiệu suất gấp 3 đến 4 lần và có tuổi thọ gấp 10-20 lần đèn sợi đốt;
+ Hiệu suất phát sáng cao, có thể đạt 80 lm/W;
+ Tuổi thọ lớn, có thể đạt 10.000 h;
+ Có thể tạo được nguồn sáng với những tập hợp quang phổ khác nhau;
+ Độ chói tương đối ít (5000 – 8000 cd/m2);
+ Quang thông của đèn ít bị phụ thuộc khi điện áp lưới giảm;
+ Nhiệt độ bên ngoài thành ống thấp (khoảng 450 C).
- Nhược điểm:
+ Sơ đồ đấu phức tạp vì cần thêm tắc te;
+ Kích thước bóng đèn phụ thuộc vào điện áp, công suất;
+ Phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường làm việc, số lần bật tắt: đèn có quang
thông cực đại khi nhiệt độ môi trường khoảng 25 0C. Ngoài giới hạn nhiệt độ trên hiệu
suất của bóng đèn bị giảm, nếu nhiệt độ của môi trường nhỏ hơn 10 0C, bóng đèn không
làm việc;
+ Quang thông giảm nhiều khi dùng đèn lâu;
+ Khi nhìn sẽ bị hại mắt nếu lắp 1 đèn, gây ảo giác;
+ Cần lắp thêm tụ điện để giảm lượng công suất vô công mà nó tiêu thụ do mạch
của đèn huỳnh quang có tiêu thụ công suất phản kháng (cuộn chấn lưu) làm cho hệ số
công suất cos thấp (0,50,6);
+ Khi điện áp giảm quá thì khó khởi động (< 10% Udm), nếu điện áp giảm quá
30% thì không khởi động được. Khi không ổn định làm cho chất huỳnh quang ở 2 đầu
điện cực bị hư hỏng, catốt phản xạ kém. Điện áp và tần số lưới biến thiên ảnh hưởng


nhiều đến quang thông và chất lượng chiếu sáng;
+ Giá thành cao.
*)Hiện nay, bên cạnh đèn huỳnh quang, người ta còn dùng bóng đèn compact
huỳnh quang. Đây là một dạng mới của bóng đèn huỳnh quang với cấu trúc ống đèn nhỏ
hơn nhiều có thể cạnh tranh với các loại đèn nóng sáng và uốn cong. Với cùng hiệu suất

sáng, bóng đèn compact có công suất nhỏ hơn.

Hình 1.7. Hình ảnh đèn compact
Đặc điểm của bóng đèn compact:
- Công suất bóng từ 5 dến 50W;
- Hiệu suất sáng 55–75 lm/W;
- Nhiệt độ màu 2700 – 4000 K;
- Chỉ số truyền màu CRI=85;
- Tuổi thọ lên đến 12.000 h;
- Giá thành cao.
1.5.4. Các đèn phóng điện
Các đèn phóng điện có ống hồ quang kích thước nhỏ, cường độ cao làm bằng
thạch anh hoặc vật liệu gốm trong suốt. Các đèn này chứa điện tích và hơi kim loại làm
việc ở hiệt độ cao và chia thành 3 loại:
1.5.4.1. Đèn thủy ngân
a) Đặc điểm
Đèn hơi thủy ngân là một loại đèn phóng điện có sử dụng một hồ quang điện
thông qua bốc hơi thủy ngân để tạo ra ánh sáng.


Đèn hơi thủy ngân hiệu quả hơn so với đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang , với hiệu
quả chiếu sáng 35 đến 65 lumens/watt. Tuổi thọ trung bình khoảng 24.000 giờ.

Hình 1.8. Hình ảnh đèn thủy ngân
b) Cấu tạo

Hình 1.9. Cấu tạo đèn thủy ngân
Đây là loại đèn phát quang có âm cực nóng được cấu tạo bởi hai bóng, một
bóng nhỏ bằng thạch anh, ở hai đầu bóng có điện cực và bên trong ống có chứa hơi
thuỷ ngân với một ít khí hiếm (argon) dưới áp suất cao(3). Bóng ngoài bằng thuỷ tinh

được rút chân không (5), bên trong có phủ một lớp phát quang được tráng lớp bột phốpho(8). Để cho lớp phát quang khỏi bị bong người ta cho vào trong bóng khí CO2.


Các điện cực chính là (1 và 1’), điện cực phụ (2), các điện cực ra (6, 7) và điện trở dây
quấn (4).
Điện áp cung cấp để đèn khởi động khoảng 300- 500V, nên khi đèn sử dụng với
nguồn điện 110/220V cần phải có một máy biến áp tăng áp để ổn định dòng điện qua
đèn.
c) Nguyên lý hoạt động
Đèn được mắc nối tiếp với chấn lưu (cuộn dây lõi thép có điện cảm lớn). Khi sơ
đồ được đóng vào mạng có điện áp, giữa cực mồi (2) và cực (1’) có sự phóng điện ở chế
độ toả sáng. Nhiệt độ ở trong ống thuỷ tinh thạch anh (3) tăng cao, thuỷ ngân bắt đầu bay
hơi. Áp suất thuỷ ngân bão hoà trong ống khá lớn (57)at, đồng thời khí argon và hơi
thuỷ ngân bị ion hoá.
Khi có dòng qua cực (2) và (1’), có sụt áp trên điện trở R, làm cho điện áp trên cực
(2) và (1’) giảm xuống, còn điện áp trên hai cực chính (1, 1’) bằng điện áp lưới, do trong
đèn khí và hơi thuỷ ngân đã bị ion hoá (dẫn điện), sự phóng điện giữa cực (1) và (1’) diễn
ra.
Sự phóng điện có tính chất chập chờn, chấn lưu sẽ cảm ứng một sức điện động tự
cảm có tác dụng cưỡng bức sự phóng điện trong đèn. Nhờ có chấn lưu mà có sự lệch pha
giữa dòng điện và điện áp, do đó dòng phóng điện liên tục hơn và vì vậy dòng ánh sáng
cũng liên tục hơn.
Khi đèn đã làm việc chấn lưu có tác dụng hạn chế dòng điện chạy qua đèn đến
trị số định mức. Khi hơi thuỷ ngân bị ion hoá và phát ra tia tử ngoại, đập vào lớp
huỳnh quang quét ở vách trong bóng chính tạo ra ánh sáng rất mạnh, lúc này áp suất
hơi trong bóng thạch anh tương đối cao (3-5 at). Và tạo ra 4 tia sáng chính: 400, 430,
540, 560 nm.
Ánh sáng của đèn thuỷ ngân áp suất cao có tỷ lệ ánh sáng xanh tím nhiều, đỏ, vàng
ít nên ánh sáng của nó khác với ánh sáng ban ngày. Dòng khởi động của đèn bằng 2,5 lần
Idm của đèn.

d) Ưu, nhược điểm


- Ưu điểm:
+ Hiệu suất phát sáng cao (40  50) lm/W;
+ Tuổi thọ cao vì không có dây tóc;
+ Hệ số công suất gần bằng 1;
+ Độ chói thấp;
+ Thích nghi với môi trường có nhiệt độ từ -300 C đến 600 C;
+ Ánh sáng của đèn có độ xuyên thấu qua sương mù và bụi khói cao nên đèn thuỷ
ngân áp suất cao thường được dùng cho chiếu sáng ngoài trời và chiếu sáng trong các
phân xưởng có nhiều bụi khói như phân xưởng luyện thép.
- Nhược điểm:
+ Thời gian khởi động lớn, lớn hơn hoặc bằng 7 phút;
+ Thời gian khởi động lại rất lâu (2  6) phút phụ thuộc vào điều kiện làm mát,
thành phần và áp suất khí trong đèn;
+ Khi điện áp giảm quá mức không khởi động được.
- Ứng dụng: Bóng đèn hơi thủy ngân dùng cho chiếu sáng tất cả các loại đường
giao thông, đường đi và lối đi bộ, chiếu sáng công xưởng.
- Thông số của bóng đèn:
+ Công suất bóng đèn từ 50 - 1000 W;
+ Hiệu suất sáng 30 - 60 lm/W;
+ Nhiệt độ màu: 3000 - 4000 K;
+Chỉ số truyền màu: 40 - 60;
+ Tuổi thọ: khoảng 4000 h.
1.5.4.2. Đèn halogen kim loại (Metal halide)
a) Cấu tạo


Hình 1.10. Cấu tạo đèn halogen kim loại

Đèn halogen giống bóng đèn hơi thủy ngân, chỉ khác trong bóng Halogen kim
loại, ngoài thuỷ ngân và acgon, người ta còn cho thêm các hợp chất của halogen với Iốt,
Brôm, Clo và các khí trơ như Argonm Kripton để làm tăng hiệu quả năng lượng cũng như
tuổi thọ của đèn. Ngoài ra, người ta còn cho thêm vào môi trường thủy ngân muối iốt các
kim lại như indi, thali và natri.
Bóng đèn halogen phải được chế tạo để hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 250 0C.Ở
nhiệt độ này khí halogen mới bốc hơi. Người ta sử dụng phần lớn thủy tinh thạch anh
để làm bóng vì loại vật liệu này chịu được nhiệt độ và áp suất rất cao, cao hơn thủy
tinh bình thường làm cho dây tóc đèn sáng hơn và tuổi thọ cao hơn bóng đèn thường.
Hợp chất Halogen của nhiều kim loại có tính bốc hơi dễ dàng hơn chính kim loại
đó và không huỷ hoại kính thạch anh.
b) Nguyên lý làm việc
Sau khi có phóng điện, khi nhiệt độ làm việc của bóng đạt tới mức nhất định thì
các hợp chất Halogen kim loại dần dần chuyển sang dạng hơi, các điện tử rơi vào vùng
trung tâm với nhiệt độ lớn (vài ngàn độ K).
Khi đó hợp chất Halogen kim loại lại bị phân tích thành Halogen và kim loại. Các
nguyên tử của kim loại dễ bị kích thích và bức xạ thành những phổ đặc trưng của chúng,
khuyếch tán ra khỏi vùng phóng điện, rơi vào vùng có nhiệt độ thấp hơn và sẽ lại bốc hơi.
c) Ưu, nhược điểm


- Ưu điểm:
+ Cho màu ánh sáng ban ngày, dễ kiểm soát và phân bố ánh sáng;
+ Hiệu suất phát quang cao hơn bóng thuỷ ngân;
+ Do sử dụng có bộ mồi xung quanh điện áp làm việc nên khi tăng điện áp hoặc
giảm nhiệt độ môi trường xung quanh, quá trình làm việc của bóng không bị ảnh hưởng
nhiều;
+ Đèn có vị trí vạn năng, có thể treo ở vị trí bất kỳ, dễ sử dụng.
- Nhược điểm:
+ Giá thành cao;

+ Màu sắc thay đổi theo thời gian sử dụng. Thường dùng từ (5001000) giờ thì
nên thay đèn để đảm bảo chất lượng màu trong việc truyền hình.
- Phạm vi sử dụng: Bóng đèn halogen kim loại là sự lựa chọn ưu tiên cho chiếu
sáng với chất lượng ánh sáng cao với yêu cầu cao trong việc thể hiện màu sắc như chiếu
sáng trong và ngoài nhà: tiền sảnh khách sạn, nhà hàng, hội chợ, triển lãm, sân thể thao,
tượng đài, công viên, bảo tàng, phòng họp quan trọng hoặc làm đèn pha, đèn chiếu sáng
công suất nhỏ nhất là 175W.... hoặc thực hiện những công việc đòi hỏi chi tiết, tỉ mỉ cần
có sự nhìn nhận rõ ràng về màu sắc, chi tiết.
Nguyên lý của bóng Halogen còn được ứng dụng trong Đèn sưởi Halogen.Được
thiết kế trên nguyên tắc sử dụng bóng phát nhiệt siêu bền, tỏa nhiệt nhanh và rộng khắp,
không gây đốt oxy nên không sợ thiếu ôxy.Đây cũng là một giải pháp tiết kiệm năng
lượng rất tốt cho nhu cầu sưởi ấm trong mùa đông với các kết cấu đèn sưởi Halogen treo
tường và có thể dịch chuyển.
Ngoài ra còn có các loại đèn khác như:Đèn sodium hay còn gọi là đèn Natri (đèn
natri áp suất cao, đèn natri thấp áp); Các nguồn sáng mới (đèn huỳnh quang không điện
cực,đèn sulful, đèn Laser, đènLED – điốt phát quang)…


Kết luận chương 1:
Kết thúc chương 1 em đã đi tìm hiểu, phân tích sâu hơn về các khái niệm về chiếu
sáng, phân loại chiếu sáng và một số đại lượng sử dụng cho công việc tính toán và thiết
kế, tìm hiểu kĩ hơn về các loại bóng đèn.
Hiểu và nắm được cách vận hành của một số loại bóng đèn:
-

Huỳnh quang;

-

Sợi đốt;

-

Các loại đèn phóng điện.

Qua đó là cơ sở để em tính toán, thiết kế lựa chọn bóng đèn cho toà nhà.
Nắm chắc được các đơn vị tính toán chiếu sáng.
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG
2.1. Phương pháp hệ số sử dụng
Phương pháp này dùng để tính toán chiếu sáng chungcó chú ý đến hệ số phản xạ
của tường, trần nhà và của vật cảnh, dùng để chiếu sáng cho các phân xưởng có diện tích
lớn hơn 10 m2.
Phương pháp này có thể xác định được lượng quang thông cần thiết của mỗi bóng
đèn ứng với độ rọi quy định trên mặt làm việc.
Thông thường khi tính toán người ta thường chọn độ rọi tối thiểu,số lượng đèn,
kiểu đèn và cách bố trí đèn rồi sau đó chọn được công suất của bóng đèn.
Hệ số sử dụng Ksd là tỉ số giữa quang thông mà mặt công tác nhận được với tổng
quang thông của các nguồn sáng:
Ksd= (*)
Trong đó:
- F c là quang thông mà mặt công tác nhận được [Lm];
- F là quang thông của mỗi đèn lm;
- n là số bóng đèn.


Hình 2.1. Sơ đồ để tính toán chiếu sáng
*) Xác định chỉ số phòng =
Trong đó:
- a,b là chiều dài, chiều rộng của phòng (m);
- hlà chiều cao của phòng;

- hlvlà khoảng cách từ sàn nhà đến mặt công tác;
- H là khoảng cách từ đèn tới mặt công tác.
Từ hệ số phản xạ của tường, của trần và chỉ số phòng ta tra bảng 2-70 (sách CCĐ
của Nguyễn Xuân Phú) tìm được hệ số sử dụng Ksd.
Dựa vào công thức (*) ta tính được Fc=Ksd.n.F
*) Bảng trị số L/H hợp lý (Sách CCĐ của Nguyễn Xuân Phú ).
Bảng 2.1. Bảng tra trị số L/H

Loại đèn và nơi sử dụng
Chiếu sáng ngoài nhà dùng
chao mờ hoặc sắt tráng men

L/H

L/H

Chiều rộng

Bố trí nhiều dãy

Bố trí 1 dãy

giới hạn của

Tốt
nhất
2,3

Cho
phép

cực đại

Tốt
nhất

3,2

1,9

Cho
phép
cực đại

phân xưởng

2,5

1,3H

khi bố trí 1
dãy