Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường: Giải pháp nâng cao hiệu quả chiếu sáng các tuyến đường nội bộ tại Trường đại học Hải Phòng

Hiện tại hệ thống đèn cao áp của Nhà trường đang sử dụng bộ điều khiển bật tắt tại các tủ chiếu sáng dựa vào thời gian thực do đó thời gian bật tắt đèn hàng ngày là cố định.. Đã có 1 số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

Đơn vị: Khoa Điện cơ

Hải Phòng, tháng 05 năm 2019

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 3

DANH MỤC BẢNG 5

MỞ ĐẦU 6

GIẢI PHÁP CẢI TẠO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÁC TUYẾN ĐƯỜNG NỘI BỘ TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG 9

CHƯƠNG 1 10

TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG NGOÀI TRỜI 10

1.1 Khái niệm về ánh sáng 10

1.2 Các đại lượng đo ánh sáng 10

1.2.1 Góc khối 10

1.2.2 Cường độ sáng 11

1.2.3 Quang thông 11

1.2.4 Độ rọi 12

1.2.5 Độ chói 12

1.2.6 Chỉ số hoàn màu 13

1.3 Các yêu cầu của môi trường chiếu sáng 13

1.4 Phân loại chiếu sáng 13

1.5 Chiếu sáng đường 14

1.5.1 Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường 14

1.5.2 Phương pháp tỉ số R 15

1.5.3 Phương pháp độ chói điểm 19

1.5.4 Nguồn cung cấp chiếu sáng 19

1.6 Một số giải pháp cải tạo chiếu sáng cao áp hiện nay 20

1.6.1 Tiết giảm công suất theo các thời điểm sử dụng 20

1.6.2 Nhóm các giải pháp thay thế bóng đèn 21

1.7 Một số giải pháp đèn đường thông minh 22

1.7.1 Công nghệ S3 22

1.7.2 Công nghệ ETECO 26

1.7.3 Công nghệ VPN 27

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 30

CHƯƠNG 2 32

KHẢO SÁT THỰC TRẠNG CHIẾU SÁNG CÁC TUYẾN ĐƯỜNG NỘI BỘ TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG 32

2.1 Mặt bằng chiếu sáng các tuyến đường trường Đại học Hải Phòng 32

2.1.1 Giới thiệu trường Đại học Hải Phòng 32

2.1.2 Sơ đồ bố trí đèn các tuyến đường 34

2.2 Nguồn cấp của hệ thống đèn 35

2.3 Sơ đồ tủ điều khiển 36

2.4 Mức điện năng tiêu thụ của hệ thống chiếu sáng đường 39

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 40

GIẢI PHÁP CẢI TẠO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÁC TUYẾN ĐƯỜNG NỘI BỘ TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG 41

3.1 Cải tạo tủ điều khiển 41

3.1.1 Thông số kỹ thuật và cách cài đặt công tắc SC1 Pro 41

3.1.2 Cách lắp đặt công tắc SC1 PRO tại tủ điều khiển 46

3.2 Lắp đặt công tắc điều khiển tại các cột đèn 49

3.3 Thay thế bằng bóng đèn LED cao áp 53

3.3.1 Đặc điểm đèn cao áp đang sử dụng tại Trường ĐHHP 53

3.3.2 Lựa chọn công suất đèn theo độ cao treo đèn 55

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 58

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Góc khối

Hình 1.2 Khoảng cách bố trí đèn 15

Hình 1.3 Bố trí đèn 1 bên 16

Hình 1.4 Bố trí đèn so le 16

Hình 1.5 Bố trí đèn 2 bên 16

Hình 1.6 Bố trí đèn ở giữa 16

Hình 1.7 Góc nhị diện trước và sau ( nguồn kỹ thuật chiếu sáng Filip ) 18

Hình 1.8 Mô hình hệ thống đèn đường thông minh S3 23

Hình 1.9 Công nghệ đèn đường thông minh S3 23

Hình 1.10 Truyền thông kết nối GATEWAY 25

Hình 1.11 Mô hình công nghệ ETECO 26

Hình 1.12 Mô hình 1 công nghệ VPN 28

Hình 2.1 Cổng chính trường ĐH Hải Phòng 32

Hình 2.2 Khuôn viên trường ĐHHP 32

Hình 2.3 Sơ đồ tổng quan trường ĐHHP 33

Hình 2.4 Sơ đồ tổng quan bố trí đèn trường ĐHHP 34

Hình 2.5 Mặt trước tủ điện cấp nguồn cho hệ thống đèn chiếu sáng 36

Hình 2.6 Mặt trong tủ điện cấp nguồn cho hệ thống đèn chiếu sáng 37

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý điều khiển chiếu sáng 38

Hình 3.2 Ứng dụng E- Control 42

Hình 3.3 Tìm và tải ứng dụng E-Control 42

Hình 3.4 Giao diện chính của ứng dụng E-Control 43

Hình 3.5 Giao diện thêm thiết bị 44

Hình 3.6 Đăng nhập Wifi 44

Hình 3.7 Liên kết với thiết bị 45

Hình 3.8 Hiển thị trang thái ON (đèn đang bật) 46

Hình 3.9 Hiển thị trạng thái OFF (đèn đã được tắt) 46

Hình 3.10 Sơ đồ tủ chiếu sáng khi thay thế bằng công tắc SC1 47

Hình 3.11 Sơ đồ đấu nối công tắc 47

Hình 3.12 Giao diện điều khiển thiết bị 48

Hình 3.13 Cài đặt thời gian bật tắt đèn 48

Hình 3.14 Chân cột đèn 49

Hình 3.15 Giải pháp thiết kế 50

Hình 3.16 Sơ đồ đấu nối 50

Hình 3.17 Role trung gian 1 pha 220V/30A 51

Hình 3.18 Sơ đồ đấu công tắc thông minh và role trung gian 51

Hình 3.19 Cột đèn cao áp tại trường ĐHHP 54

Hình 3.20 Lựa chọn công suất theo chiều cao cột đèn 55

Hình 3.21 Đèn đường led 100W 3 cấp công suất 56

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Bước sóng của các tia sáng trong chân không 10

Bảng 1.2 Một số đại lượng cường độ sáng của các nguồn sáng thông dụng 11

Bảng 1.3 Quang thông của một số nguồn sáng thông dụng 11

Bảng 1.4 Độ chói của một số nguồn sáng thông dụng 12

Bảng 1.5 Các cấp chiếu sáng đường 15

Bảng 1.6 Các giá trị cực đại của tỉ số E/H 17

Bảng 1.7 Độ rọi trung bình của kiểu đèn và lớp phủ mặt đường 17

Bảng 1.8 Sự suy giảm quang thông của các loại đèn theo thời gian sử dụng 18

Bảng 1.9 Sự suy giảm quang thông theo môi trường 18

Bảng 2.1 Mức độ tiêu thụ điện năng của cả hệ thống đèn đường 39

Bảng 3.1 So sánh mức độ tiêu hao công suất trong 1 ngày ở tuyến đường trung tâm 52

Bảng 3.2 Chi phí đầu tư thay thế bóng đèn led 57

Bảng 3 3 Mức tiêu thụ điện năng khi sử dụng đèn LED 100W 3 cấp độ 57

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Năng lượng và tiết kiệm năng lượng đang là vấn đề cấp thiết không chỉ riêng với Việt Nam mà còn là của toàn thế giới Ở Việt Nam, trong các mục tiêu tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm điện năng tiêu thụ của các hệ thống chiếu sáng nói chung và cho chiếu sáng công cộng nói riêng rất được quan tâm Hàng năm, nước ta tiêu tốn hàng tỷ kWh điện năng phục vụ cho chiếu sáng công cộng, chiếm khoảng 25% tổng lượng điện năng tiêu thụ trên cả nước và ngày càng có

xu hướng gia tăng Chiếu sáng các tuyến đường là một nhu cầu thiết yếu Chiếu sáng các tuyến đường không chỉ đảm bảo về mặt an ninh, an toàn cho người qua lại mà còn phải đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật, 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, đảm bảo mỹ quan…

Hiện tại hệ thống đèn cao áp của Nhà trường đang sử dụng bộ điều khiển bật tắt tại các tủ chiếu sáng dựa vào thời gian thực do đó thời gian bật tắt đèn hàng ngày là cố định Tuy nhiên, do đặc thù theo mỗi mùa mà thời gian sáng ban ngày và tối của một ngày là khác nhau Thực tế đó dẫn đến hệ thống đèn có thể được bật lên sớm hoặc muộn, tắt sớm hoặc tắt muộn so với điều kiện thực tế của từng mùa Điều này làm ảnh hưởng đến sinh hoạt đi lại của sinh viên và công tác quản lý bảo vệ dẫn đến nguy cơ mất an ninh, an toàn giao thông trong trường

Để đáp ứng sự thay đổi đó cần thường xuyên thực hiện việc điều chỉnh thay đổi hẹn giờ tại các tủ điện, điều này gây mất nhiều thời gian và ảnh hưởng tới chất lượng các bộ hẹn giờ Vì vậy, cần có bộ điều khiển hệ thống chiếu sáng cao áp phải đáp ứng được yêu cầu thường xuyên thay đổi theo mùa Mặt khác, các loại bóng cao áp hiện tại có công suất lớn, điện năng tiêu thu cao (hiệu quả chỉ đạt khoảng 80%) Các loại bóng cao áp thông thường sử dụng các chất như thủy ngân, natri có thể gây ô nhiễm môi trường, nguy hiểm với con người trong trường hợp xảy ra sự cố Các loại bóng này có tuổi thọ thấp, tỏa nhiệt lớn trong quá trình sử dụng

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thị trường chiếu sáng toàn cầu đang trải qua giai đoạn thay đổi sâu sắc khi công nghệ đèn LED (light emitting diode - hoặc điốt phát quang) dần thay thế các công nghệ truyền thống Đèn đường cao áp led ngày càng được sử dụng phổ biến, đèn led đang dần thay thế đèn cao áp thông thường Với những ưu điểm là có tuổi thọ lớn hơn, độ sáng ổn định hơn, thân thiện với môi trường và đặc biệt là tiết kiệm điện năng hơn so với những dòng đèn cao áp truyền thống

Đã có 1 số giải pháp nhằm linh hoạt quá trình điều khiển chiếu sáng nhằm tiết kiệm điện năng như tiết giảm công suất theo nhu cầu sử dụng tại tủ điều khiển tổng hay sử dụng các nguồn năng lượng tự nhiên (năng lượng mặt trời, năng lượng gió) để sử dụng cho hệ thống chiếu sáng Gần đây với sự phát triển của công nghệ internet cung đã xuất hiện một số mô hình điều khiển chiếu sáng thông minh Việc áp dụng các giải pháp, mô hình điều khiển đang dần phát triển thay thế các mô hình truyền thống

Với hệ thống chiếu sáng các tuyến đường nội bộ của trường đại học Hải Phòng hiện tại vẫn sử dụng theo thiết kế truyền thống Điều này gây nhiều khó khăn trong công tác vận hành và hiệu quả kinh tế không cao Nhằm mục đích tiết kiệm điện năng tiêu thụ, tác giả đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả

sử dụng của hệ thống cao áp chiếu sáng các tuyến đường nội bộ tại trường đại học Hải Phòng

2 Mục đích nghiên cứu

Đề xuất một số giải pháp cải tạo tủ điều khiển và tính toán thay thế bóng đèn cao áp thông thường có công suất lớn bằng bóng đèn cao áp LED có công suất nhỏ hơn góp phần làm giảm tiêu hao điện năng Từ đó, nâng cao hiệu quả

sử dụng cho hệ thống chiếu sáng cao áp các tuyến đường nội bộ của Nhà trường

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các phần tử của hệ thống chiếu sáng cao áp

- Các mô hình, giải pháp chiếu sáng cao áp

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Hệ thống cao áp chiếu sáng các tuyến đường nội bộ tại trường đại học Hải Phòng

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về chiếu sáng và chiếu sáng công cộng

- Khảo sát thực trạng hệ thống chiếu sáng các tuyến đường nội bộ tại trường Đại học Hải Phòng

- Nghiên cứu các mô hình chiếu sáng cao áp

- Nghiên cứu đèn LED cao áp

- Đề xuất các giải pháp cải tạo, thay thế

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý luận: Sử dụng các các phương pháp nghiên cứu phân tích, tổng hợp, phân loại và hệ thống hóa, để nghiên cứu các tài liệu kỹ thuật về tổng quan của chiếu sáng và chiếu sáng cao áp

- Điều tra, khảo sát, tính toán, so sánh, vận dụng triển khai vào mô hình thực tiễn

6 Đóng góp chính của đề tài

Đề tài “Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống chiếu sáng cao áp các tuyến đường nội bộ tại Trường đại học Hải Phòng” bước đầu có một số đóng góp sau:

- Hệ thống hóa cơ sở lý luận, tổng quan về chiếu sáng ngoài trời

- Nghiên cứu một số giải pháp chiếu sáng cao áp các tuyến đường

- Khảo sát được thực trạng hệ thống chiếu sáng các tuyến đường tại trường

ĐH Hải Phòng

- Đề xuất một số phương án cải tạo nâng cấp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống chiếu sáng các tuyến đường tại trường ĐH Hải Phòng

7 Cấu trúc đề tài

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, nội dung chính của đề tài gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về chiếu sáng ngoài trời

Chương 2: Khảo sát thực trạng các tuyến đường nội bộ trường Đại học Hải Phòng

Chương 3: Giải pháp cải tạo hệ thống chiếu sáng các tuyến đường nội bộ trường Đại học Hải Phòng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG NGOÀI TRỜI 1.1 Khái niệm về ánh sáng

Ánh sáng nhìn thấy (hay còn gọi là ánh sáng) là 1 loại sóng điện từ có bước sóng từ 380nm – 780nm mà mắt người có thể cảm nhận trực tiếp được Ánh sáng trắng được tạo thành từ quang phổ đầy đủ của những bước sóng này [7] Ánh sáng do mặt trời tạo ra là ánh sáng trắng nó bao gồm các tia đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím

Bảng 1.1 Bước sóng của các tia sáng trong chân không

S: Diện tích mặt chắn trên mặt cầu (m2)

Bảng 1.2 Một số đại lượng cường độ sáng của các nguồn sáng thông dụng

Bảng 1.3 Quang thông của một số nguồn sáng thông dụng

Đèn Natri cao âp 400 47000

+ Φ ∶ Quang thông của vật chiếu sáng (lm)

+ S: Diện tích bề mặt được chiếu sáng (m2

) + E: Độ rọi đơn vị (lux)

* Một số giá trị độ rọi khi chiếu sáng tự nhiên hoặc nhân tạo:

- Ngoài trời, buổi trưa, trời nắng: 100.000 lx

Bảng 1.4 Độ chói của một số nguồn sáng thông dụng

Nguồn sáng Công suất (W) Độ chói (cd/m2)

Chỉ số hoàn mầu biến thiên từ 0 với một ánh sáng đơn sắc, đến 100 đối với phổ ánh sáng trắng ban ngày Trong thực tế ta chấp nhận sự phân loại sau đây:

- CRI = 0 màu hoàn toàn biến đổi

- CRI < 50 chỉ số không có ý nghĩa thực tế

- CRI < 70 sử dụng trong công nghiệp khi sự thể hiện màu là thứ yếu

- 70 < CRI < 85 sử dụng thông thường ở đó sự thể hiện màu là không quan trọng

- CRI > 85 sử dụng trong nhà ở hay những ứng dụng công nghiệp đặc biệt 1.3 Các yêu cầu của môi trường chiếu sáng

Môi trường chiếu sáng cần được thiết kế để đảm bảo các yêu cầu sau:

- Con người có thể nhìn thấy và di chuyển an toàn;

- Thực hiện các công việc bằng mắt một cách hiệu quả, chính xác, an toàn;

- Không gây ảnh hưởng tới thị giác và khó khăn khi quan sát;

- Đảm bảo các yêu cầu về chất lượng chiếu sáng: Đủ độ rọi (lx); đủ độ chói (cd/m2); hạn chế chói lóa làm giảm khả năng quan sát; chỉ số thể hiện màu và các yêu cầu theo loại chiếu sáng

1.4 Phân loại chiếu sáng

Theo lĩnh vực và đối tượng của thiết kế chiếu sáng, có thể phân loại như sau:

- Chiếu sáng bên trong: gồm chiếu sáng phần bên trong của các công trình dân dụng hoặc công nghiệp như: nhà ở, nhà sản xuất, nhà kho, công trình thể thao trong nhà, bãi đỗ xe trong nhà…

- Chiếu sáng bên ngoài: gồm chiếu sáng khu vực phía bên ngoài các công trình như: chiếu sáng bên ngoài các công trình; chiếu sáng công viên, vườn hoa; chiếu sáng các công trình kiến trúc, mỹ thuật;chiếu sáng các công trình thể dục thể thao ngoài trời

- Chiếu sáng đường giao thông: gồm chiếu sáng đường, đường phố, quảng trường đô thị

1.5 Chiếu sáng đường

1.5.1 Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường

- Độ chói trung bình là tiêu chuẩn đầu tiên và quan trọng nhất 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 trong các điều kiện làm việc bình thường [7]

- Độ đồng đều của độ chói nói chung

0 TB

Lmin

U = L

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 nên trên đường giao thông người ta phải kiểm tra độ đồng 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

Độ đồng đều dọc

1

Lmin

U = Lmax

- Tiêu chuẩn hạn chế chói lóa mất tiện nghi: 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 “Chỉ số loá mắt” G chia theo thang

từ 1 đến mức 9

Theo TCVN: 4≤ G ≤ 6

Bảng 1.5 Các cấp chiếu sáng đường

1.5.2 Phương pháp tỉ số R

1.5.2.1 Chiều cao cột đèn

Các thông số đặc trưng cho cách bố trí đèn được xác định:

h: Chiều cao của đèn

l: Chiều rộng của mặt đường

e: Khoảng cách giữa hai bộ đèn liên

Cách bố trí của bộ đèn trên đường:

a Ở một bên đường: trường hợp đường hẹp hoặc một phía có hàng cây hay đoạn đường bị uốn cong Trong trường hợp này sẽ bố trí đèn ở ngoài chỗ uốn khúc để đảm bảo hướng tầm nhìn cho phép đánh giá tầm quan trọng chỗ rẽ

Hình 1.3 Bố trí đèn 1 bên [7]

b Hai bên so le: Dành cho các đường hai chiều độ rọi nói chung sẽ đều hơn nhưng phải tránh uốn khúc không có lợi khi lái xe Sự đồng đều của độ chói ngang đòi hỏi độ cao của đèn h ≥ 2/3l

Hình 1.6 Bố trí đèn ở giữa [7]

1.5.2.2 Khoảng cách đèn

Tính đồng đều của độ chói theo dọc con đường quyết định sự lựa chọn khoảng cách giữa hai bộ đèn liên tiếp, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ cao của đèn và các chỉ số phát xạ của đèn Tùy 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

Bộ đèn chụp rộng tương đối lóa mắt ít gặp trong chiếu sáng đường có phương tiện vận tốc cao, thường dùng cho vùng có nhiều người đi bộ (quảng trường, khu nhà ở, )

Bộ đèn chụp sâu khắc phục được hiện tượng lóa mắt trực tiếp nhưng khi thiết kế cần tránh hiệu ứng bậc thang của các nguồn sáng điểm

Bộ đèn chụp vừa phân bố ánh sáng rộng thường thích hợp với nguồn sáng dạng ống có độ chói nhỏ

Bảng 1.6 Các giá trị cực đại của tỉ số E/H

1.5.2.3 Công suất đèn

a 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/m2

)

Bảng 1.7 Độ rọi trung bình của kiểu đèn và lớp phủ mặt đường

b Hệ số sử dụng của bộ đèn (fu): là phần trăm quang thông do đèn phát ra chiếu trên phần hữu ích của con đường có chiều rộng l

Đối với một bộ đèn đã cho hệ số sử dụng fu này phụ thuộc vào độ mở góc nhị diện của chùm tia sáng cắt mặt đường Đối với khoảng cách a dương, góc nhị diện trước (phía mặt đường) bị giới hạn bởi đường hàng đèn và cạnh đường đối diện với đèn được xác định bằng (l-a).h; góc nhị diện sau (cạnh hè đường) được xác định bằng a/h

Hình 1.7 Góc nhị diện trước và sau ( nguồn kỹ thuật chiếu sáng Filip)

c Hệ số già hóa

Trong quá trình sử dụng, bóng đèn bị già hóa theo thời gian và bám bẩn nên quang thông của bóng bị suy giảm Hệ số già hóa được tính bằng độ suy giảm quang thông trong thời gian làm việc sau một năm (già hóa theo thời gian

V1 và bám bẩn của môi trường V2) của bóng đèn so với quang thông ban đầu

Bảng 1.8 Sự suy giảm quang thông của các loại đèn theo thời gian sử dụng

Bảng 1.9 Sự suy giảm quang thông theo môi trường

Hệ số già hóa tính như sau:

V =


 =

d Lựa chọn đèn

Khi lựa chọn đèn cần xem xét về hiệu quả ánh sáng, tuổi thọ, sự thể hiện màu và cần bố trí một cách hợp lí để đảm bảo hệ số sử dụng tốt nhất

1.5.3 Phương pháp độ chói điểm

Phương pháp cho phép tính toán độ rọi, độ chói trên 1 lưới điểm đã được chia theo tiêu chuẩn trên mặt đường qua đó có được sự phân bố của E, L nhằm kiểm tra các tiêu chuẩn và Etb , Ltb, U0 , U1

Dữ liệu cần cho tính toán là:

- Các đặc điểm hình học của bố trí đèn

- Các đặc tính quang học của lớp phủ mặt đường

- Các đặc tính quang học của bộ đèn (các chỉ số phản xạ và công suất đèn)

- Mạng lưới các điểm tính toán

Ngày nay được ứng dụng rộng rãi để kiểm tra, thiết kế và người ta đã có những phần mềm chuyên dụng để ứng dụng cho các phương pháp này

1.5.4 Nguồn cung cấp chiếu sáng

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

- Nguồn chiếu sáng thiết kế theo nguyên tắc độc lập với hệ động lực (trong nhà máy thường lấy ra trực tiếp từ thanh cái tổng)

Hiện này có 2 dạng nguồn cung cấp cho chiếu sáng đó là:

- Sử dụng điện năng từ các nguồn năng lượng tái tạo độc lập (chủ yếu là năng lượng mặt trời) Loại này có ưu điểm tiết kiệm điện năng nhưng chi phí đầu tư lớn

- Sử dụng điện năng từ lưới điện quốc gia Loại này lắp đặt đơn giản, chi phí đầu tư thấp, tuy nhiên tiêu tốn chi phí sử dụng điện năng

1.6 Một số giải pháp cải tạo chiếu sáng cao áp hiện nay

Với mục tiêu giảm điện năng tiêu thụ hiện nay đã có các giải nhằm tiết giảm công suất theo nhu cầu sử dụng của hệ thông đèn cao áp Các giải pháp chủ yếu tập trung vào 2 nhóm chính đó là:

- Tiết giảm công suất theo các thời điểm sử dụng: Tự động bật tắt, ứng dụng IOT trong quản lý chiếu sáng

- Thay thế bóng đèn tiết kiệm

1.6.1 Tiết giảm công suất theo các thời điểm sử dụng

Giải pháp 1:

Sử dụng rơ le thời gian, chia lộ nguồn cấp cho dãy đèn, bật tắt đèn theo lộ đường dây Tiết giảm công suất theo nhu cầu sử dụng: 1 tuyến đèn đường sẽ được cấp nguồn thông qua các lộ xen kẽ; trong các khung giờ khác nhau sẽ cắt bớt đèn thông qua cắt các lộ dây

Ưu điểm:

Phương pháp đơn giản tiết kiệm điện năng

Dễ sửa chữa lắp đặt, dễ điều khiến hệ thống

Sử dụng giải pháp công nghệ thông minh trong điều khiển, quản lý các bóng đèn thông qua mạng không dây

Những năm gần đây, ở Việt Nam, nhiều giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các thiết bị chiếu sáng cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng như: sử dụng công nghệ đèn chiếu sáng hiệu suất cao (đèn hơi natri áp xuất thấp hoặc cao; đèn hơi halogen kim loại; đèn không điện cực LVD); đèn LED cao áp để thay thế cho các loại đèn cao áp trong chiếu sáng công cộng; nâng cao hiệu suất các thiết bị trong bộ đèn (choá đèn, chấn lưu…) Các bóng đèn công suất lớn đang được thay thế bằng các loại bóng đèn nhiều cấp công suất, đèn tự động tiết giảm quang thông qua chấn lưu cài đặt trước Các loại đèn 2 cấp công suất (70/50W, 100/70W, 150/100W, 250/150W, 400/250W) đang được sử dụng để thay thế, cải tạo và lắp đặt mới

- Giá thành thiết bị cao, chi phí đầu tư hệ thống rất lớn

1.7 Một số giải pháp đèn đường thông minh

1.7.1 Công nghệ S3

S3(Smart Streetlight System) phát triển dựa trên công nghệ Mesh Network với giao thức kết nối không dây giữa các thiết bị đầu - cuối Các thiết bị đóng vai trò vừa là thiết bị chấp hành vừa là điểm trung chuyển dữ liệu Công nghệ này cho phép mở rộng mạng không giới hạn và gia tăng độ ổn định mạng Ngoài

ra, các thiết bị có thể giao tiếp với nhau theo kiểu ngang hàng (Peer to Peer) và mang đến nhiều tính năng cho đèn đường (ví dụ: cảm biến có thể kích hoạt các đèn liền kề).[9]

Hình 1.8 Mô hình hệ thống đèn đường thông minh S3

Giải pháp thiết kế

Trên mỗi trụ đèn sẽ được gắn một thiết bị điều khiển gọi là controller các trụ đèn sẽ được giao tiếp với nhau thông qua mạng Wireless Mesh- Network và giao tiếp về Gateway sẽ ghép nối mạng chuyển sang giao thức GPRS thông qua Router để giao tiếp môi trường internet (điện toán đám mây) về trung tâm điều khiển Từ trung tâm điều khiển có thể mở rộng điều khiển thông qua các ứng dụng điều khiển trên thiết bị di động, trung tâm điều khiển dữ liệu [9]

Hình 1.9 Công nghệ đèn đường thông minh S3

Controller:

Thiết bị điều khiển đèn có trang bị cảm biến ánh sáng và cảm biến chuyển động được gắn trên cột đèn và các controller được giao tiếp với nhau thông qua mạng Mesh network

Mạng Mesh- Network:

Wi-Fi Mesh là một kiến trúc mạng kết nối các điểm truy cập wifi trong một phạm vi rộng (lên đến hàng km), các điểm truy cập này sẽ kết nối với nhau nhằm cung cấp một mạng lưới những điểm truy cập thống nhất và có thể phủ

sóng toàn bộ khu vực nhất định Các dữ liệu được tự động định tuyến để tối ưu hóa việc kết nối và độ ổn định Ngoài ra, khi một trong các điểm truy cập gặp phải sự cố thì các điểm khác tự động bổ sung lưu lượng và đảm nhiệm thay cho

vị trí của điểm truy cập bị lỗi đó cho đến khi nó được khắc phục hoàn toàn

Có thể coi hệ thống Wi-Fi Mesh như một mạng lưới của nhiều bộ kích sóng wifi gồm các điểm phát wifi được kết nối với nhau một cách thống nhất tạo nên khả năng phát wifi trong phạm vi rộng với các ưu điểm:

- Tính bảo mật cao, công nghệ mới

- Kết nối đồng nhất , không bị ngắt quãng trong quá trình sử dụng

- Không cần đi dây mạng qua từng điểm truy cập

Hình 1.10 Truyền thông kết nối GATEWAY

Router:

Router hay còn gọi là thiết bị định tuyến hoặc bộ định tuyến, là thiết bị mạng máy tính dùng để chuyển các gói dữ liệu qua một liên mạng và đến các đầu cuối, thông qua tiến trình được định tuyến Router có chức năng gửi các gói

dữ liệu mạng giữa 2 hoặc nhiều mạng, từ một tới nhiều điểm đích đến

Hệ thống điều khiển đèn đường thông minh S3 được thiết kế nhằm tiết kiệm năng lượng, bao gồm các bóng đèn chiếu sáng kiểu mới như đèn led, bộ điều khiển gắn trên cột đèn, các bộ phận truyền nhận tín hiệu và hệ thống trung tâm điều khiển Các bộ phận này được kết nối thông qua mạng không dây/có dây cho phép truyền nhận tín hiệu hai chiều phục vụ chức năng điều khiển, giám sát Hệ thống đèn đường thông minh này giúp điều chỉnh mức độ sử dụng các bóng đèn tùy thuộc vào nhu cầu, lưu lượng người trên các tuyến đường, khu vực; có thể bật, tắt, chỉnh độ sáng theo thời gian, mật độ người, phương tiện qua lại thông qua bộ cảm biến

Hệ thống đèn đường thông minh giúp tiết kiệm 30-70% lượng điện năng sử dụng chiếu sáng; 80% chi phí bảo trì; tiết kiệm chi phí vận hành (giảm hoàn toàn nhân công vận hành)

Đồng thời, hệ thống giúp nâng tuổi thọ bóng đèn do giảm công suất và thời gian chiếu sáng Sự điều khiển thông minh cũng có thể áp dụng cho các đèn đường thế hệ cũ, tuy nhiên mức độ tiết kiệm năng lượng sẽ không lớn bằng 1.7.2 Công nghệ ETECO

Hình 1.11 Mô hình công nghệ ETECO

Cấu trúc hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng công cộng từ trung tâm qua mạng thông tin di động (GSM/3G)

Tại trung tâm bao gồm: một hệ thống mạng máy tính nối mạng cục bộ có nhiệm vụ điều khiển, kiểm soát và quản lý đến từng điểm sáng ngoài trung tâm tại mọi thời điểm của hệ thống khi thực hiện chức năng điều khiển Hệ thống mạng cục bộ tại trung tâm được kết nối điều khiển đến từng phân vùng quản lý của hệ thống chiếu sáng hiện hữu thông qua đường truyền tải Internet

Tại các vùng điều khiển hệ thống chiếu sáng ngoài trung tâm Tại mỗi vùng điều khiển của hệ thống chiếu sáng hiện hữu được hình thành cấu trúc điều khiển gồm 1 tủ khu vực cho phân vùng khu vực ITD; ITD được sử dụng theo đường truyền tải Internet sử dụng công nghệ ADSL có chức năng nhận lệnh, điều khiển từ trung tâm chuyển đến địa chỉ của đơn vị điều khiển cục bộ (viết tắt

là UCL) và nhận thông tin của UCL chuyển về trung tâm UCL có chức năng nhận lệnh từ tủ khu vực để truyền tải lệnh đến các đơn vị điều khiển đèn (viết tắt

là UDC) và ghi nhận những thông tin của UDC chuyển về cho tủ điều khiển khu vực

Hệ thống truyền tải thông tin tại khu vực sử dụng đường truyền tải điện chiếu sáng hiện hữu, sử dụng công nghệ truyền tin PLC ( Power Line Carrier – Dùng sóng điện lực 50Hz làm sóng mang truyền tin) Giữa các UCL được kết nối với nhau thông qua đơn vị kết nối điện từ (viết tắt là DCM ) hoặc đơn vị kết nối vô tuyến ( viết tắt là UTR ) (DCM dùng cho những nơi có thể kéo lưới chiếu sáng giáp với nhau, UTR dùng cho những nơi không thể kéo cáp giáp lưới với nhau)

Khái quát hơn với hệ thống điều khiển trung tâm này những nhà quản lý chiếu sáng công cộng có phương tiện để điều khiển quản lý tốt hệ thống chiếu sáng để đạt được mục đích là cung cấp chất lượng chiếu sáng ở mức cao nhất cùng với một giá cả thấp nhất có thể được.[10]

1.7.3 Công nghệ VPN

VPN là mạng riêng ảo, là một công nghệ mạng giúp tạo kết nối mạng an toàn khi tham gia vào mạng công cộng như Internet hoặc mạng riêng do một nhà cung cấp dịch vụ sở hữu Các tập đoàn lớn, các cơ sở giáo dục và cơ quan chính phủ sử dụng công nghệ VPN để cho phép người dùng từ xa kết nối an toàn đến mạng riêng của cơ quan mình [10]

Hiện nay các công nghệ truyền thông được sử dụng cho trung tâm điều khiển gồm có 3 loại như sau:

Mô hình 1:

Tín hiệu điều khiển từ trung tâm điều khiển đến các tủ điều khiển khu vực được kết nối qua đường dây điện thoại dial-up (truyền thông qua đường điện thoại công cộng) Từ các tủ điều khiển khu vực này thông tin được truyền đến các tủ điều khiển chiếu sáng thông qua đường cáp cấp điện chiếu sáng (công nghệ truyền thông qua đường tải điện hạ thế: Power Line Communication (PLC)

Sử dụng giải pháp đường truyền thông dial-up có nhiều hạn chế cho việc quản lý vận hành, điều khiển & giám sát không được tức thời vì muốn điều khiển hoặc giám sát đến một tủ khu vực máy tính tại phòng điều khiển trung tâm phải quay số trực tiếp đến các tủ điều khiển khu vực (mỗi một lần quay số chỉ lấy được kết quả từ một tủ điều khiển khu vực, muốn lấy kết quả từ tủ điều khiển khu vực khác lại phải quay số lần nữa) nên thời gian điều khiển và nhận thông tin phản hồi chậm, giám sát không tức thời cho tất cả các khu vực chiếu sáng

Việc thiết kế các mạch truyền thông qua cáp điện chiếu sáng tại các tủ điều khiển chiếu sáng trong một khu vực là rất phức tạp khi lắp đặt đường cáp ngầm

Độ ổn định của hệ thống cũng không được cao vì đường truyền PLC giữa các tủ điều khiển chiếu sáng là tương đối xa nên chất lượng truyền thông cũng không được tốt, khoảng cách tối đã giữa các tủ trong mỗi khu vực là < 2km

Hình 1.12 Mô hình 1 công nghệ VPN

Mô hình 2:

Tín hiệu điều khiển từ trung tâm điều khiển đến các tủ điều khiển khu vực được kết nối qua đường truyền ADSL Từ các tủ điều khiển khu vực này thông tin được truyền đến các tủ điều khiển chiếu sáng và đến các điểm sáng thông qua đường truyền PLC (công nghệ truyền thông qua đường tải điện hạ thế: Power Line Communication) tận dụng đường cáp cấp điện chiếu sáng để truyền thông tin điều khiển giám sát

Hình 1.13 Mô hình 2 công nghệ VPN

Với giải pháp này việc thiết kế lắp đặt phải được lắp đặt đồng bộ cả thiết bị điều khiển, thiết bị tiết kiệm năng lượng cho từng điểm sáng và là giải pháp truyền thông có dây vì vậy giá thành lắp đặt cao và vận hành hệ thống cũng mất nhiều nhân công

Mô hình 3:

Sử dụng mạng không dây GSM/GPRS để điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng Tín hiệu điều khiển từ trung tâm điều khiển đến các tủ điều khiển chiếu sáng và ngược lại được truyền qua mạng không dây, truyền thông từ tủ điều khiển đến các điểm sáng qua cáp điện chiếu sáng