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

Về tốc độ tăng trưởng lưới đèn đô thị trong thời gian qua diễn ra rất nhanh vμ đồng bộ, đặc biệt có sự kết hợp chặt chẽ giữa các Bộ, ngμnh trung ương vμ chính quyền các đô thị, hệ thống

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

- -

NGUYỄN VĂN THỌ

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

thμnh phố bắc ninh

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYấN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN

MÃ SỐ: 60.52.02.02

GIÁO VIấN HƯỚNG DẪN : TS NGễ TRÍ DƯƠNG

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

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

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… ……….….i

LỜI CẢM ƠN.……….……… ………… … ii

MỤC LỤC ……… ……… ………iii

DANH MỤC BẢNG ……… ……… …….vi

DANH MỤC HèNH ……… ……… …….vii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 TèNH HèNH 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 súng - hạt của ỏnh sỏng 2

1.2.2 Nguồn sỏng tự nhiờn và quang phổ liờn tục 2

1.2.3 Nguồn sỏng nhõn tạo và quang phổ vạch 3

1.2.4 Cỏc đại lượng cơ bản đo ỏnh sỏng 3

1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁT SÁNG 9

1.3.1 Hiện tuợng phỏt sỏng do nung núng 9

1.3.2 Hiện tuợng phỏt sỏng do phúng điện 9

1.3.3 Hiện tượng phỏt sỏng huỳnh quang 10

1.3.4 Hiện tượng phỏt sỏng lõn quang 11

1.4 CẤU TẠO VÀ THễNG SỐ CỦA BỘ ĐẩN CHIẾU SÁNG CễNG CỘNG 11

1.4.1 Cấu tạo của bộ đốn chiếu sỏng cụng cộng 11

1.4.2 Cỏc thụng số về quang học của bộ đốn chiếu sỏng cụng cộng 12

1.5 Phõn loại cỏc bộ đốn chiếu sỏng cụng cộng 13

1.5.1 Bộ đốn chiếu sỏng hẹp 14

1.5.2 Bộ đốn chiếu sỏng bỏn rộng 14

1.5.3 Bộ đốn chiếu sỏng rộng 14

1.5.4 Giới thiệu một số loại đốn chiếu sỏng 14

1.6 Một số tiêu chuẩn, quy định về chiếu sáng 18

1.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CễNG CỘNG 23

1.7.1 PHƯƠNG PHÁP CẮT BỚT TẢI SỬ DỤNG CHUYỂN MẠCH

THỜI GIAN 23

1.7.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢM CễNG SUẤT CỦA BểNG ĐẩN CHIẾU SÁNG 24

CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG TAI BẮC NINH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN 28

2.1 THỰC TRẠNG TẠI BẮC NINH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN 28

2.1.1 Khối lượng quản lý, khai thác hệ thống chiếu sáng công cộng 28

2.1.2 Kết cấu lưới đèn hiện trạng 28

2.1.3 Dây dẫn truyền tải: 28

2.1.4 Hệ thống tủ điều khiển: 28

2.1.5 Phương thức điều khiển vμ vận hμnh lưới đèn 29

2.1.6 Hệ thống đốn chiếu sỏng: 30

2.1.7 Cỏp điện chiếu sỏng: 31

2.1.8 Nhu cầu phát triển 31

2.2 CỤ THỂ ĐỐI VỚI MỘT SỐ TUYẾN ĐƯỜNG KHU RUNG TÂM: 32

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CễNG CỘNG 40

3.1 YấU CẦU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 40

3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 41

3.2.1 Cảm biến đo độ sỏng 41

4.2.2 Bộ điều khiển 47

3.2.3 Lựa chọn cơ cấu chấp hành 51

3.2.4 Thiết lập sơ đồ khối 54

3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 54

3.3.1 Xõy dựng thuật toỏn 54

3.3.2 Viết chương trỡnh điều khiển 59

3.4 KẾT QUẢ CHẠY Mễ PHỎNG 62

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

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Yêu cầu độ đồng đều chiếu sáng 7Bảng 1.2 Chỉ số G vμ mức độ chói lóa 8Bảng 1.3 Phân cấp chiếu sáng đường vμ quảng trường: 20Bảng 1.4 Trị số độ chói trung bình vμ độ rọi trung bình được quy định

trong TCVN 1404 : 2005 21Bảng 1.5 Trích tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng nhân tạo đường, phố, quảng

trường đô thị TCXDVN 259: 22Bảng 1.6 Độ cao treo đèn 22Bảng 1.7 Phân cấp các loại đường theo mức độ chiếu sáng 23Bảng 2.1 Loại đốn v số lượng đốn được chiếu sỏng ở những phạm vi

khỏc nhau 30Bảng 2.2 Tổng hợp dự báo nhu cầu phát triển HTCSCC của TP Bắc Ninh

đến năm 2020 32Bảng 3.1: Bảng phõn cụng tớn hiệu v o ra 55

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

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

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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 TèNH HèNH KINH TẾ XÃ HỘI THÀNH PHỐ BẮC NINH

Bắc Ninh là một thành phố cửa ngừ phớa Bắc của Thủ đụ Hà Nội, trung tõm

xứ Kinh Bắc cổ xưa, mảnh đất địa linh nhõn kiệt, nơi cú truyền thống khoa bảng

và Bắc Ninh là thành phố thuộc vựng Đồng bằng sụng Hồng và là một trong 8 thành phố thuộc vựng Kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, khu vực cú mức tăng trưởng kinh tế cao, giao lưu kinh tế mạnh của cả nước, tạo cho Bắc Ninh nhiều lợi thế

về phỏt triển và chuyển dịch cơ cấu kinh tế

Là cửa ngừ phớa Đụng Bắc và là cầu nối giữa Hà Nội và cỏc thành phố trung du miền nỳi phớa Bắc và trờn hành lang kinh tế Nam Ninh - Lạng Sơn - Hà Nội - Hải Phũng - Hạ Long và cú vị trớ quan trọng về an ninh quốc phũng Thành phố Bắc Ninh chỉ cỏch trung tõm Thủ đụ Hà Nội 30 km, cỏch sõn bay Quốc tế Nội Bài 45 km, cỏch Hải Phũng 110 km Vị trớ địa kinh tế liền kề với thủ đụ Hà Nội, trung tõm kinh tế lớn

Vậy nờn Chiếu sáng đô thị lμ hoạt động không thể thiếu được trong quá trình phát triển Chiếu sáng đô thị lμm cho các đô thị trở nên an toμn hơn, đẹp hơn, đặc biệt vμo ban đêm, nó góp phần phát triển sản xuất, dịch vụ thương mại,

du lịch, thúc đẩy các hoạt động giáo dục, văn hoá nghệ thuật vμo buổi tối Nếu biết gắn chiếu sáng với thiết kế đô thị sẽ tạo hình ảnh, gam mμu lμm nên cảnh quan sinh động của đô thị mỗi khi đêm về

Chiếu sáng đô thị đã được chọn lμ một trong những chỉ tiêu để đánh giá phân loại đô thị Hiện nay các đô thị nước ta đã phát triển nhanh chóng về số lượng vμ chất lượng, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế – xã hội vμ khẳng định

được vai trò của đô thị trong sự nghiệp CNH-HĐH đất nước Trong sự phát triển chung đó, lĩnh vực chiếu sáng đô thị ở nước ta đã thực sự hình thμnh vμ phát triển

Về tốc độ tăng trưởng lưới đèn đô thị trong thời gian qua diễn ra rất nhanh

vμ đồng bộ, đặc biệt có sự kết hợp chặt chẽ giữa các Bộ, ngμnh trung ương vμ chính quyền các đô thị, hệ thống chiếu sáng công cộng đã được quan tâm vμ đầu tư xây dựng đúng hướng, phát huy hiệu quả trong phục vụ sinh hoạt đô thị, nhất

gỡ để đạt kết quả tốt hơn trong thời gian tới, đó lμ:

Hệ thống chiếu sáng các đô thị ở nước ta mới chỉ thoả mãn ở mức tối thiểu chức năng lμm tiêu, lμ chức năng sơ đẳng nhất của chiếu sáng vμ chủ yếu do

Hệ thống đμo tạo tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngμnh còn yếu vμ thiếu, không

đồng bộ, gây khó khăn cho công tác thiết kế, xây dựng vμ quản lý chất lượng các công trình chiếu sáng

Chiếu sáng không chỉ lμ cơ sở hạ tầng mμ còn lμ sự tiện nghi, đảm bảo an toμn an ninh trật tự, nó góp phần thúc đẩy các hoạt động SX-KD vμ cũng phần nμo thể hiện mức độ phát triển kinh tế -xã hội, thể hiện sự văn minh đô thị

Các biện pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng không quá khó vì đòi hỏi vốn đầu tư không nhiều vả lại không nhất thiết phải tập trung vμo một thời

điểm hoặc một địa điểm cố định Cần có những biện pháp kỹ thuật cụ thể phù hợp với từng loại đường vμ các biện pháp nμy cũng cần được thử nghiệm vμ đánh giá hiệu quả trước khi áp dụng phổ biến

Hệ thống chiếu sáng công cộng được triển khai nhằm:

- Đảm bảo an toμn giao thông đi lại của người dân vμ phương tiện tham gia giao thông khi trời tối

- Tạo môi trường chiếu sáng đầy đủ, đảm bảo an toμn văn hoá xã hội, góp phần loại trừ các tệ nạn xã hội

- Tạo một cảnh quan môi trường văn minh, hiện đại cho các thμnh phố, thị xã, các khu đô thị - dân cư, góp phần nâng cao đời sống văn hóa - tinh thần, nâng cao chất lượng cuộc sống

- Nâng cao điều kiện lμm 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 lμ:

- Đảm bảo yêu cầu về độ nhìn rõ

- Đảm bảo tính hiệu quả về năng lượng, có nghĩa rằng phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật chiếu sáng nhưng tiêu tốn năng lượng ít nhất

- Đảm bảo tính thẩm mỹ, dễ sử dụng vμ dễ bảo quản của hệ thống chiếu sáng 1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ NHỮNG NGUỒN SÁNG

1.2.1 Bản chất súng - hạt của ỏnh sỏng

Ánh sỏng nhỡn thấy, tia cực tớm, tia X, súng radio, súng vụ tuyến,…tất cả đều là những dạng năng lượng điện từ được truyền trong khụng gian dưới dạng súng, cũng giống như cỏc bức xạ điện từ khỏc được đặc trưng bởi bước súng λ.Súng điện từ được chia thành cỏc dải như bảng sau, ỏnh sỏng mà mắt người thấy được là dải súng điện từ hẹp trong khoảng 380nm - 780nm Theo thuyết lượng tử, ỏnh sỏng cũn mang bản chất hạt (photon)

1.2.2 Nguồn sỏng tự nhiờn và quang phổ liờn tục

Ánh sỏng nhỡn thấy khỏc với cỏc dạng bức xạ điện từ khỏc ở khả năng làm kớchhoạt vừng mạc của mắt người Vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy cú bước 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

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

- 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

Ký hiệu: L

Đơn vị: Cd/m2

1 Cd/m2 là độ chúi của một mặt phẳng phỏt sỏng đều cú diện tớch 1 m2 và

cú cường độ sỏng 1 Cd theo phương vuụng gúc với nguồn đú

- Yờu cầu độ chúi mặt đường

Một vật chướng ngại chỉ có thể phát hiện được khi có sự chênh lệch về độ chói giữa nền đường vμ vật

Độ nhìn rõ vật chướng ngại được tính bằng tỷ số:

Lng

Lv Ln Lng

Ltt

Δ

ư

= Δ

Δ

= V

- Yờu cầu độ đồng đều chiếu sỏng

Độ đồng đều chiếu sáng mặt đường bao gồm

+ Độ đồng đều chung: UO =Lmin/Ltb

+ Độ đồng đều theo chiều dọc: UL=Lmin/Lmax

Độ đồng đều theo chiều dọc ảnh hưởng nhiều đến độ nhìn rõ vật chướng ngại

Độ đồng đều tương ứng với điều kiện ranh giới giữa tiện nghi vμ mất tiện nghi thị giác như sau:

Bảng 1.1 Yêu cầu độ đồng đều chiếu sáng

Độ đồng đều UL L(cd/m2)

e<25 m e=25-35 e>35 m

- Sự chói lóa của các đèn đường

- Chói lóa mờ lμm giảm độ nhìn rõ ảnh hưởng tới việc phát hiện vật chướng ngại

- Chói lóa mất tiện nghi gây khó chịu cho người lái xe lμm giảm sự tập trung chú ý

Hiện tượng chói lóa mờ: lμm giảm độ nhìn rõ vμ tăng ngưỡng nhìn thấy Độ tăng ngưỡng có ký hiệu lμ TI tính bằng % vμ được xác định như sau:

Hệ số chói loá G được định nghĩa như sau:

G = ISL + 0,97logLtb + 4,41logh – 1,46logp + 1,29logF

ISL : Chỉ số đặc trưng của choá đèn do nhμ sản xuất cung cấp

Ltb : Độ chói trung bình của mặt đường

h : Độ cao treo đèn

p : Số đèn có trên 1km chiều dμi đường

Chỉ số G vμ mức độ chói lóa có thang đánh giá nh− sau:

Bảng 1.2 Chỉ số G vμ mức độ chói lóa

9 Không cảm thấy chói lóa

7 Ranh giới giữa chói lóa vμ không chói lóa

5 Hơi chói lóa nh−ng chấp nhận đ−ợc

3 Chói lóa nhiều

1 Chói lóa không thể chấp nhận đ−ợc

Hỡnh 1.4: Biểu đồ Kruithof

Đối với đốn sợi đốt, nhiệt độ màu chớnh là nhiệt độ bản thõn nú Đối với đốn huỳnh quang, đốn phúng điện (núi chung là cỏc loại đốn khụng dựng sợi

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

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

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

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 :

+ Sự già hoá của bản thân bộ đèn theo thời gian sử dụng

+ Sự bám bẩn của các hạt bụi trong không

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 :

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 t0lv=35000K.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

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

- 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

- Độ chói nhỏ

- Tuổi thọ cao khoảng 8.000 giờ

Đèn áp suất thấp thường dùng chiếu sáng bảo vệ, lối đi, bãi xe, ở những nơi không yêu cầu chất lượng cao

Ngoài ra còn có đèn hơi thủy ngân áp suất cao với các đặc điểm:

Hinh 1.16: Đèn hơi thủy ngân áp suất cao

- Hiệu suất cao 60-95lm/W

- Chỉ số IRC 40-60

- Nhiệt độ màu 3000-45000K

- Tuổi thọ cao khoảng 4.000 giờ

Thường dùng nhiều trong chiếu sáng các trung tâm thương mại, triển lãm, ngân hàng, khách sạn, sân thể thao, phòng hội thảo

- Đèn huỳnh quang

Đèn huỳnh quang gồm 2 bộ phận chính là:

Ống thủy tinh được phủ 1 lớp bột huỳnh quang ở mặt phía trong để phát ra ánh sáng nhìn thấy khi chịu tác dụng của tia tử ngoại Trong ống chứa khí trơ argon để mồi cho bóng đèn phóng điện ban đầu và ít hơi thủy ngân dùng để dẫn điện

Điện cực làm bằng dây vonfram dạng lò xo xoắn được tráng một lớp bari oxit để phát ra điện từ, có hai đầu tiếp điện đưa ra ngoài để nối với nguồn

Hình 1.17: Một số dạng bóng đèn huỳnh quang

Đặc điểm của đèn huỳnh quang:

- Hiệu suất chiếu sáng 40-105lm/W

- Nhiệt độ màu 3800-650000K

- Tuổi thọ cao khoảng 7.000 giờ

Các ưu điểm chủ yếu là nối trực tiếp vào lưới điện, hiệu suất phát quang cao lên tiết kiệm điện hơn đèn sợi đốt Các nhược điểm là có hiện tượng nhấp

nháy, cần mồi mới phóng điện Đây là loại đèn được dùng phổ biến trong chiếu sáng dân dụng và công nghiệp

- Mạch điện thắp đèn huỳnh quang

Hình 1.18: Sơ đồ đấu dây và giản đồ năng lượng của bóng đèn huỳnh quang

Bóng đèn huỳnh quang khi nối với nguồn điện thì bản thân nó không thể tự phát sáng mà phải có bộ phận khởi động bao gồm chấn lưu (còn gọi là ballast)

và tắc-te (bộ ngắt mạch) Dựa vào biện pháp khởi động người ta chia thành hai loại : đèn huỳnh quang catot nóng và catot nguội

- Đèn compact

Đây là dạng đèn mới của đèn huỳnh quang, có đặc điểm là chất lượng ánh sáng tốt, nhiệt độ màu từ 2700-40000K, chỉ số IRC = 85, công suất tiêu thụ điện thấp hơn đèn sợi đốt 4-5 lần và nhỏ hơn đèn huỳnh quang thông thường Hiệu suất 85lm/W Tuổi thọ khoảng 8000 giờ, sinh nhiệt ít hơn đèn sợi đốt 4 lần, kích thước nhỏ gọn, kiểu dáng đẹp

- Đèn LED

Các bộ đèn led có cấu tạo từ các bóng led nhỏ, các bóng led liên kết với nhau qua một bo mạch điện tử (bo mạch có chức năng trung gian cung cấp nguồn và tín hiệu điều khiển cho bòng led)

Hình 1.19: Hình dạng và cấu tạo của đèn led

Bóng led thông thường có 2 loại:

- High Power Led: Cụng suất lớn hơn 0.5W (0.5W, 1W, 2W,…)

Nếu dựng Mini Power Led cho cỏc bộ đốn cú kớch thước nhỏ, cú thể ứng dụng trong cỏc khe hoặc khụng gian nhỏ hẹp, khụng phải lo về vấn đề nhiệt độ làm núng xung quanh High Power Led được sử dụng cho cỏc bộ đốn cú cụng suất lớn Cỏc bộ đốn này cần cú kết cấu tản nhiệt tốt (thường bằng nhụm đỳc ộp) vỡ búng High Power Led rất núng Bộ đốn khụng tỏa được nhiệt sẽ dẫn đến giảm quang thụng (độ sỏng) của búng led và làm nhanh hư mạch điều khiển của búng led

- Đốn cao ỏp hai cấp cụng suất

Cỏc thành phần của bộ đốn cao ỏp hai cấp cụng suất:

- Balat hai cấp cụng suất: Là chấn lưu điện từ cú thờm cuộn khỏng phụ, khi được nối sẽ làm giảm cụng suất tiờu thụ trờn đốn Đối với chấn lưu hai cấp cụng suất cuộn khỏng phụ là cuộn dõy được quấn trờn cựng cực từ của cuộn dõy chớnh

và nối tiếp với cuộn dõy chớnh đú, khi đú chấn lưu cú 3 cực đấu dõy Nhờ bộ chuyển mạch, chấn lưu cú thể làm việc với cuộn dõy chớnh hay chuyển sang làm việc với cuộn dõy chớnh cú thờm cuộn phụ

- Bộ chuyển mạch cụng suất: Thực chất là Rơle thời gian để đổi nối chấn lưu với mạch điện, sau thời gian đó đặt, chấn lưu của bộ đốn được đúng thờm cuộn phụ khi Rơle tỏc động Đối với bộ chuyển đổi cụng suất thời gian đặt của Rơle được đặt trước là 4 hoặc 5 giờ

- Tụ kớch (mồi),

- Búng đốn

- Tụ bự hệ số cụng suất (nờn cú)

Hỡnh 1.20: Sơ đồ nguyờn lý đốn 2 cấp cụng suất

1.6 Một số tiêu chuẩn, quy định về chiếu sáng

TCXDVN 259-2001 Phân cấp đường phố, đường vμ quảng trường đô thị

theo yêu cầu chiếu sáng được quy đinh trong bảng 4.1 sau:

Bảng 1.3 Phân cấp chiếu sáng đường vμ quảng trường:

Tốc độ (km/h)

Cấp chiếu sáng Cao tốc Xe chạy tốc độ cao, tổ chức

Giao thông có điều khiển liên

hệ với đường phố cấp I Tổ chức giao thông khác cao độ

Bảng 1.4 Trị số độ chói trung bình vμ độ rọi trung bình được quy định

trong TCVN 1404 : 2005

thấp nhất (cd/m2)

Độ rọi ngang TB (lux)

Độ rọi ngang min(lux)

Đường dμnh cho xe cơ giới

A Đường cao tốc hai chiều tách

Đường dμnh cho người đi xe

đạp, đi bộ về đêm với lưu

lượng người qua lại:

5

3 1,5

1

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

Đường liên khu vực bề rộng mặt cắt từ (50-60)m A 1,2-1,6

Độ cao treo

đèn sợi đốt thấp nhất (m)

Độ cao treo đèn phóng

điện thấp nhất (m)

Bảng 1.7 Phân cấp các loại đường theo mức độ chiếu sáng

Độ chói trung bình Ltb cd/m2

Độ đồng

đều nói chung U0=

Lmin/Ltb

Độ đồng

đều theo chiều dọc U1=

1.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CễNG CỘNG

Hệ thống điều khiển chiếu sỏng cụng cộng (ĐKCS) nhiều tiện ớch cú thể rất

phức tạp, nhưng nhỡn chung chỳng cú hai nhiệm vụ: tắt ỏnh sỏng khi khụng cần

và điều khiển phỏt luụn đủ thụng lượng ỏnh sỏng cần thiết

Trong thực tế, phõn loại theo phương thức thay đổi cụng suất hệ thống đốn

ta cú 2 phương phỏp điều khiển cơ bản :

Phương phỏp cắt bớt tải sử dụng chuyển mạch thời gian

Phương phỏp giảm cụng suất của búng đốn

1.7.1 PHƯƠNG PHÁP CẮT BỚT TẢI SỬ DỤNG CHUYỂN MẠCH THỜI

GIAN

Phương phỏp cắt bớt tải là phương phỏp đơn giản và được ứng dụng rất phổ

biến trong thực tế

Phương phỏp điều khiển chiếu sỏng Bằng chuyển mạch thời gian cắt giảm

số lượng búng đốn Điều khiển: Hoàn toàn sử dụng cụng nghệ đúng cắt tự động

Hình 1.21 phương pháp chuyển mạch thời gian

Trong thiết kế hệ thống đèn chiếu sáng đường thì các đèn được nối chung pha với nhau theo thứ tự ABCABC… Như vậy, cứ cách 2 cột đèn các đó được nối với nhau, khi không cần thiết người ta có thể cắt bớt 1 đến 2 pha mà vẫn đảm bảo chiếu sáng xuyên suốt cả tuyến đường

* Ưu điểm: Đơn giản, rễ lắp đặt, chi phí đầu tư không cao

* Nhược điểm:

+ Các tủ chiếu sáng hiện nay chỉ có chức năng đóng cắt hệ thống đèn và bảo vệ quá tải, chưa có chức năng tự động điều khiển công suất và tiết kiệm điện năng + Các tủ được điều khiển cục bộ nên trong quá trình vận hành vẫn xảy ra hiện tượng chênh lệch giờ đóng cắt giữa các tuyến

+ Chỉ cắt bớt các đèn của các pha tạo lên các khoảng tối trên mặt đường, không đảm bảo an toàn giao thông và mỹ quan đô thị

+ Việc phát hiện sự cố vẫn phải dựa vào biện pháp thủ công là các công nhân đi kiểm tra phát hiện hoặc nhân dân báo về nên việc phát hiện và sử lý sự

cố nhiều khi chưa kịp thời đặc biệt là các sự cố trộm cắp thiết bị chiếu sáng công

cộng ban đêm

1.7.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢM CÔNG SUẤT CỦA BÓNG ĐÈN CHIẾU SÁNG

Với bóng đèn là tải thuần trở , để điều chỉnh công suất của đèn thì ta phải thay đổi giá trị điện áp đặt vào đèn Để thay đổi giá trị điện áp vào ta có thể thay đổi giá trị biên độ bằng máy biến áp và thay đổi dạng sóng hình sin bằng bộ biến đổi AC

- Điều chỉnh bằng thiết bị giảm công suất sử dụng các máy biến áp để giảm giá trị hiệu dụng (biên độ) của sóng hình Sin

Hình 1.22 Dạng sóng hình sin của máy giảm công suất bằng cách

giảm biên độ sóng hình sin

* Ưu điểm: Cho phép ổn áp tự động đối với hệ thống chiếu sáng tự động bật đèn khi trời tối và tự động tắt đèn khi trời sáng, tự động giảm công suất 20% đến 40% vào ban đêm, bộ nhớ hoạt động chính xác kể cả trong thời gian mất điện mà không phải đặt lại giờ có khả năng điều chỉnh mức công suất theo yêu cầu, mức tiết kiệm điện năng trung bình của hệ thống thiết bị đạt từ 30%-40%

* Nhược điểm: chi phí đầu tư cao hơn so với phương án 1

- Điều chỉnh bằng thiết bị giảm công suất sử dụng các mạch điện tử để thay đổi dạng sóng hình Sin

Để thay đổi giá trị của điện áp xoay chiều, ngoài phương pháp cổ điển là dùng máy biến áp, người ta có thể dùng các bộ tiristo đấu song song ngược hoặc Triac

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

* Ưu điểm: Biện pháp này việc điều chỉnh điện áp được linh hoạt hơn (vô cấp, nhanh, dễ tạo các mạch vòng tự động điều chỉnh) Kích thước của bộ biến đổi gọn, nhẹ và có giá thành hạ hơn nhiều so với dùng biến áp

* Nhược điểm: Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là chất lượng điện áp không được tốt và cần sử dụng thêm bộ lọc xoay chiều để khắc phục

nhược điểm này

- Phương phỏp điều khiển Dựng cụng nghệ truyền thụng qua đường điện lực kết hợp với cụng nghệ định vị GPGS

Hỡnh 1.24 Hệ thống điều khiển giỏm sỏt hệ thống chiếu sỏng cụng cộng

- Quản lý số liệu vận hμnh: Tình trạng đóng cắt, mức độ tiêu thụ điện năng

- Tổng hợp số liệu, chiết xuất các báo cáo phục vụ công tác quản lý

- Giảm thời gian đi kiểm tra lưới đèn cho Công nhân quản lý vận hμnh

- Góp phần nâng cao năng lực vμ ứng dụng công nghệ mới cho các cán bộ

kỹ thuật của công ty

Nhược điểm:

Chi phí đầu tư rất lớn vμ chỉ áp dụng được tại các thμnh p hố lớn hiện đại trên thế giới

Công nghệ điều khiển truyền thông trên đường dây tải điện Power Line Communication cho phép truyền thông giữa các trạm trong mỗi khu vực lμ < 1,5km (hiện trên một số tuyến đường mới được đầu tư xây dựng có nhiều trạm

đèn chiếu sáng có khoảng cách >1,5 km do đó không thể ứng dụng công nghệ) Công nghệ sử dụng đường dây điện hiện có lμm dây truyền thông do đó còn nhiều nhiễu ảnh hưởng đến khả năng giám sát các trạm đèn

Vật tư thiết bị của hệ thống mạng điện việt nam cũn cũ kĩ, cỏp điện cỏch điện, chất lượng kộm, tiếp địa khụng đạt chuẩn ngoài ra cũn cú nhiễu loạn trờn đường truyền do súng hài gõy ra phải cải tạo lại đường sỏ di rời cỏc trạm, tủ điều khiển gõy khú khăn trong thực tế

Phần mềm tại trung tâm chưa tích hợp bản đồ số GIS vμ phần mềm quản lý vật tư, vì vậy chưa phát huy được tối đa hiệu quả trong công tác quản lý

CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG TAI BẮC NINH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN 2.1 THỰC TRẠNG TẠI BẮC NINH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN 2.1.1 Khối lượng quản lý, khai thác hệ thống chiếu sáng công cộng

Hiện nay toàn TP Bắc Ninh đó cú 200km đốn đường quản lý vận hành 123 trạm điện tự động và hơn 100 điểm điện trang trớ họa tiết cỏc loại, tổng số búng trờn lưới là 5000 búng đốn cỏc loại trong đú búng cao ỏp (sodium cao ỏp) là 4.906 búng chiếm 96.97% tổng số búng Hệ thống đốn đường đó được mở rộng

ra khắp cỏc trục đường chớnh ra vào trung tõm , cỏc đường vành đai Lưới đốn tỏa đến cỏc ngừ xúm, cỏc khu tập thể, cỏc vườn hoa cụng viờn, tượng đài… cỏc

xó ngoại thành cũng đó cú chiếu sỏng cụng cộng chất lượng chiếu sỏng cũng được nõng cao rừ rệt, trong tổng số 1197,36km đốn đường

Số lượng: 11 trạm tại cỏc vị trớ: Đường Lý Thỏi Tổ 1, đường Lý Thỏi Tổ 2, đường Lờ Thỏi Tổ, Cụng viờn Nguyờn Phi, trạm biến ỏp Bảo tàng, đường Trần Hưng Đạo, Cầu vượt Đại Phỳc, Đờ Hữu Sụng Cầu, Cụng viờn Hoàng Quốc Việt, Trạm biến ỏp đốn đường xó Võn Dương, Tram biến ỏp Cầu vượt Bồ Sơn

Chất lượng: Hệ thống cỏc Trạm biến ỏp trờn được lắp đặt cựng với hệ thống chiếu sỏng trờn tuyến đường đú, đến nay cỏc trạm này cơ bản vẫn hoạt động tốt Tuy nhiờn cựng với thời gian hệ thụng này cũng dần xuống cấp nờn việc duy tu bảo dưỡng hệ thống này cũng cần phải tiến hành thường xuyờn hơn

2.1.2 Kết cấu lưới đèn hiện trạng

a Cột đèn: Thiết bị chiếu sáng được lắp đặt trên các cột thép bát giác liền

cần vμ cột bê tông

2.1.3 Dây dẫn truyền tải:

HTCSCC của TP hiện sử dụng thống nhất mạch 3 pha 4 dây điện áp 380/220V trung tính nối đất được cấp từ các tủ, các trạm đèn, tiết diện dây từ (6-35)mm2

+ Tuy nhiờn, do hệ thống được đầu tư xõy dựng dần trong một thời gian dài, cú tủ được lắp đặt từ những năm 1993, 1994 và cú nhiều tủ mới được lắp đặt thời gian gần đõy nờn chất lượng khụng đồng đều Nhiều tủ điều khiển, nhất

là cỏc tủ lắp đặt từ trước năm 2000 cỏc thiết bị đúng cắt cũng như thiết bị an toàn đó xuống cấp đang dần phải thay thế và nõng cấp

Đỏnh giỏ: Cỏc tủ điều khiển chiếu sỏng hiện nay(cả mới và cũ) Cụng nghệ

sử dụng vẫn cũn thụ sơ nờn vẫn cũn nhiều hạn chế như

+ Cỏc tủ chiếu sỏng hiện nay chỉ cú chức năng đúng cắt hệ thống đốn và bảo vệ quỏ tải, chưa cú chức năng tự động điều khiển cụng suất và tiết kiệm điện năng

+ Cỏc tủ được điều khiển cục bộ nờn trong quỏ trỡnh vận hành vẫn xảy ra hiện tượng chờnh lệch giờ đúng cắt giữa cỏc tuyến

+ Việc phỏt hiện sự cố vẫn phải dựa vào biện phỏp thủ cụng là cỏc cụng nhõn đi kiểm tra phỏt hiện hoặc nhõn dõn bỏo về nờn việc phỏt hiện và sử lý sự

cố nhiều khi chưa kịp thời đặc biệt là cỏc sự cố trộm cắp thiết bị chiếu sỏng cụng cộng ban đờm

+ Hàng năm thành phố thường đầu tư một số lượng nhỏ cỏc đốn bổ sung cho cỏc phường, xó và được thiết kế đấu nối luụn vào hệ thống sẵn cú nờn sau nhiều năm một số tủ điều khiển bị đầy tải hoặc quỏ tải nờn chất lượng cỏc thiết

bị trong tủ bị ảnh hưởng nhiều và xuống cấp nhanh

2.1.5 Phương thức điều khiển vμ vận hμnh lưới đèn

Về điều khiển: HTCSCC của TP Bắc Ninh được điều khiển theo 2 phương pháp:

- Điều khiển: Hoàn toàn sử dụng cụng nghệ đúng cắt tự động cục bộ từng

tủ độc lập bằng Rơle thời gian

Về vận hμnh: Hệ thống đốn chiếu sỏng cụng cộng được cấp nguồn 3 pha 4

dõy điện ỏp 380/220v được điều khiển đúng cắt bằng cỏc role thời gian, thời gian đúng cắt phụ thuộc vào từng mựa trong năm Về mựa hố đúng điện 18h30

và cắt vào 5h sỏng hụm sau (thời gian chiếu sỏng vào khoảng 10,5h trờn ngày)

về mựa đụng đúng điện 18h và cắt điện vào (5h30-6h) sỏng hụm sau

Hệ thống đèn chiếu sáng công cộng được cấp nguồn 3 pha 4 dây điện áp 380/220V được điều khiển đóng cắt tại trung tâm, hoặc bằng các rơle thời gian, thời gian đóng cắt phụ thuộc vμo từng mùa trong năm Đối với các tuyến đường trong nội thμnh vμ các khu trung tâm thì do yêu cầu đảm bảo cảnh quan vμ phù hợp với nhịp sống trong nội thμnh nên bật 100% số bóng trong thời gian chiếu sáng các tuyến đường không quan trọng khác như đường Nguyễn Gia Thiều, Trần Hưng Đạo thì đến 23h cắt 1/3 số bóng đèn

2.1.6 Hệ thống đèn chiếu sáng:

Số lượng: Hệ thống đèn chiếu sáng trên địa bàn thành phố Bắc Ninh có nhiều loại đèn với nhiều loại công suất khác nhau để phù hợp với từng phạm vi(đối tượng) chiếu sáng Cụ thể:

Bảng 2.1 Loại đèn và số lượng đèn được chiếu sáng

ở những phạm vi khác nhau

STT Chủng loại đèn Số lượng

(bộ) Phạm vi chiếu sáng

1 Đèn cao áp Sodium 1000w 8 Đường phố (ngã sáu)

2 Đèn cao áp Sodium 400w 263 Kiến trúc

3 Đèn cao áp Sodium 250w 1.909 Đường phố chính

4 Đèn cao áp Sodium 150w 2.525 Phố nhỏ, ngõ xóm

5 Đèn cao áp Sodium 70w 1.262 Xóm ngõ

6 Đèn cao áp thuỷ ngân 250w 30 Đường phố

7 Đèn Compact 15 w - 20w 811 CS Công viên, vườn hoa Chất lượng bộ đèn chiếu sáng đường phố:

+ Choá đèn: Hệ thống các choá đèn cơ bản là choá đèn có chất lượng tốt, hiệu suất phát quang cao Tuy nhiên vẫn còn một số tuyến như: Đường Lê Phụng Hiểu, Rạp Hát hệ thống chiếu sáng vẫn còn sử dụng loại choá đèn CS01

có hiệu suất phát quang thấp

+ Bóng đèn: Đa phần sử dụng bóng Sodium cao áp có hiệu suất chiếu sáng cao, một số ít còn sử dụng bóng đèn Thuỷ ngân cao áp(30 đèn) có hiệu suất chiếu sáng thấp nhưng cũng đang được thay thế dần bằng bóng đèn Sodium + Chấn lưu: Các chấn lưu đang sử dụng là loại chấn lưu sắt từ một công suất Đánh giá:

+ Nhìn chung hệ thống đèn chiếu sáng thành phố Bắc Ninh do mới được đầu tư xây dựng thời gian gần đây nên tương đối hiện đại, sử dụng nhiều loại đèn có chất lượng tốt, hiệu suất cao

+ Tuy nhiên vẫn còn một số tuyến như : Đường Lê Phụng Hiểu, Rạp Hát

hệ thống chiếu sáng vẫn còn sử dụng loại choá đèn CS01, bóng cao áp thuỷ ngân nên chất lượng cũng như hiệu suất chiếu sáng thấp, một số vườn hoa khu vực phường Suối Hoa các tay đèn được làm bằng lá tôn hiện nay đã han rỉ cần có kế