Thiết kế chiếu sáng đường

Thiết kế chiếu sáng đường

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước ta trong những năm qua đã có những thay đổi to lớn về kinh tế và xã hội Về xã hội không chỉ đáp ứng nhu cầu của nhân dân mà còn cao về chất lượng Kinh tế có sự tăng trưởng cao trong nhiều năm, đặc biệt khi nước ta gia nhập tổ chức thương mại quốc tế, Nhân dân tích cực đầu tư xây dựng….Bên cạnh đó với chính sách

mở cửa đã thu hút được rất nhiều nhà đầu tư nước ngoài đầu tư vào nước ta Nhiều khu công nghiệp, nhiều công trình kiến trúc cơ sở hạ tầng, xa lộ đang được xây dựng… Đất nước ta đang là một công trường khổng lồ

Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành kinh tế Ngành kỹ thuật chiếu sáng cũng không ngừng phát triển, việc chiếu sáng các công trình không chỉ là cung cấp đủ ánh sáng mà hiện nay cần đòi hỏi nhiều về thẩm mỹ cũng như cao về chất lượng Việc chiếu sáng các công trình nay đã trở nên mối quan tâm hàng đầu của các nhà thiết kế cũng như giới mỹ thuật Với một công trình được chiếu sáng tốt sẽ mang lại cho con người nhiều tiện ích, thoái mái trong công việc, học tập cũng như thư giãn

Và giờ đây chiếu sáng là một bộ phận quan trọng trong sự phát triển chung của xã hội

Chiếu sáng đường là một bộ phận của kỹ thuật chiếu sáng, ngày nay với hệ thống giao thông phát triển hiện đại, mật độ giao thông lớn Yêu cầu đầu tiên đối với

hệ thống chiếu sáng đó là phải hạn chế tôi đa tai nạn giao thông ban đêm, tạo cho các lái xe có một tầm nhìn thoải mái …

Qua một thời gian làm ngoài sự nỗ lực của bản thân còn có sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Ngọc Dương em đã hoàn thành đồ án Tuy nhiên do vốn hiểu biết còn có hạn và chưa có kinh nghiệm nên đồ án của em còn nhiều sai sót và hạn chế, kính mong các thầy cô giáo chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn và cho em những bài học quý báu để phục vụ cho công tác sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Quy Nhơn, tháng 04 năm 2012

Sinh viên

Phạm Thành An

Đối với người thiết kế chiếu sáng cần quan tâm đến đường cong hiệu quả ánh sáng V(λ).

V(λ) - Thị giác ban ngày

V’(λ) - Thị giác ban đêm

1.1.2 Các đại lượng đo ánh sáng

a Góc khối Ω - đơn vị Steradian (Sr)

Góc khối được định nghĩa là tỷ số giữa diện tích và bình phương của bán kính Nó

là một góc trong không gian

Ta giả thiết rằng một nguồn điểm đặt ở tâm O của một hình cầu rỗng bán kính R, và

ký hiệu S là diện tích mặt của phần mặt cầu tạo bởi góc khối Ω.

Thuỷ tinh thểVõng mạc

Các tếbào

Thần kinhthị giác

Hình 1.1

Hình 1.2

b. Cờng độ sáng I - Đơn vị đo Candela (cd)

Cờng độ sáng là thông số đặc trng cho khả năng phát quang của nguồn sáng.Candela là cờng độ sáng theo một phơng đã cho của nguồn phát một bức xạ đơn sắc có tần số là 540.1012Hz (λ = 555nm), và cờng độ năng lợng theo phơng này là 683

0

Hỡnh 1.4

+ Cường độ sáng trung bình của nguồn:

- Cường độ sáng mạnh sẽ làm cho mắt có cảm giác bị loá, khả năng phân biệt màu sắc cũng như sự vật bị giảm đi, lúc này thần kinh căng thẳng và thị giác mất chính xác

c Quang thông φ - Đơn vị đo Lumen (lm)

Quang thông là một thông số hiển thị phần năng lượng chuyển thành ánh sáng, được đánh giá bằng cường độ sáng cảm giác với mắt thường của người có thể hấp thụ được lượng bức xạ:

- Quang thông của một nguồn phát ra trong góc khối Ω:

d Độ rọi E - Đơn vị lux (lx)

Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho mật độ quang thông nhận được trên bề mặt được chiếu sáng

hoặc 1Lux 1lm2

m

=

Trong đó:

φ - Quang thông bề mặt diện tích nhận được: (lm)

S - Diện tích bề mặt đuợc chiếu sáng: (m2)

Khi một mặt phẳng có diện tích S =1m2 nhận được cường độ sáng một lượng quang thông φ = 1lm sẽ có độ rọi E = 1lx.

Khái nịêm về độ rọi ngoài nguồn ra còn liên quan đến vị trí của mặt được chiếu sáng:

I

d cos

ds d

Suy ra:

r2

cos I d

α: Góc tạo bởi pháp tuyến n của ds với phương I

r : Khoảng cách từ nguồn sáng điểm 0 cho đến mặt nguyên tố ds (m)

Do đó khi tính toán thiết kế chiếu sáng cần yêu cầu về độ rọi theo tiêu chuẩn nhà nước

cos I

h Tri giác nhìn thấy và độ tương phản

Tri giác nhìn thấy là độ nhạy của mắt với sự tương phản, với sự chênh lệch tương đối của hai độ chói của các vật cạnh nhau mà mắt có thể phân biệt được

Khi quan sát một vật có độ L0 trên một nền có độ chói Lf chỉ có thể phân biệt đợc nếu độ tơng phản:

L

L L

+Tớnh năng nhỡn được biểu diển theo:

C/CS : Cho phộp đỏnh giỏ tớnh năng nhỡn

Khi chiếu lên bề mặt vật liệu, ánh sáng tiêu tán đến mức bề mặt đạt đợc độ chói

đồng đều theo mọi phơng thì các tia phản xạ hoặc thấu xạ của ánh sáng này gọi là khuyếch tán

+ Trờng hợp phản xạ, khuyếch tán:

M = E ρ = L π

Vì tổng các quang thông phản xạ φρ, quang thông bị hấp thụ φγ , quang thông truyền

qua φτ bằng quang thông tới bề mặt, nên ta có :

ρ γ τ+ + =1

1.1.3 Màu của các nguồn

a Nhiệt độ màu

Để đặc trưng rõ hơn khái niệm về ánh sáng trắng thì người ta gán cho nó khái niệm

về “nhiệt độ màu“, tính bằng độ Kelvin Đó là mô tả màu của một nguồn sáng bằng

cách so sánh với màu của một vật đen nói chung được nung nóng giữa 2000 và

10000K

b Chỉ số màu của ánh sáng I.R.C

Chỉ số màu là thông số để đánh giá chất lượng trung thực của ánh sáng do nguồn

phát ra

+ I.R.C = 0 là ánh sáng đơn sắc phản ánh màu sắc không trung thực

+ I.R.C = 90 ÷ 100 ánh sáng trung thực

Đối với chiếu sáng sân vận động có truyền tivi màu thì yêu cầu I.R.C > 85

Khi tính toán thiết kế các nguồn sáng thì cần phải chú ý đến chỉ số màu

1.2 Các thiết bị chiếu sáng

1.2.1 Đèn sợi đốt

200030004000500060007000

Vùng môi trừơng sáng tiện nghi

50 100 200 300 400 500 1000 1500 2000

Độ rọi, lx

NHỆT ĐỘ MÀU, 0K

Hình 1.7

a Cấu tạo

Đèn sợi đốt gồm 3 bộ phận chính: Sợi đốt, bóng đèn và đuôi đèn Sợi đốt thường làm bằng dây vonfram, bóng đèn thường làm bằng thủy tinh có thêm chì, bên trong có chứa khí trơ hoặc thành phần halogen để tăng hiệu quả ánh sáng

+ Nhiệt độ màu phù hợp với chiếu sáng mức thấp và trung bình

+ Không phụ thuộc vào điều kiện môi trường

* Ứng dụng:

+ Dùng để chiếu sáng cục bộ, chiếu sáng trang trí

+ Thuận lợi cho việc chiếu sáng mức thấp và trung bình ở các khu vực dân cư + Dùng làm đèn tín hiệu

+ Sử dụng trong vấn đề đốt nóng và sưởi ấm

1.2.2 Đèn phóng điện

a Cấu tạo

Gồm hai điện cực đặt trong bóng thủy tinh có chứa khí trơ hoặc hơi kim loại Để

có sự phóng điện phải đặt vào hai điện cực một điện áp UPd lớn hơn điện áp định mức của đèn (Udm den), do đó phải dùng chấn lưu (balat) và tắcte để tạo ra quá trình quá độ

- Có hai loại chấn lưu: Chấn lưu điện cảm và chấn lưu điện từ

* Chấn lưu điện cảm:

Chấn lưu điện cảm là một cuộn dây quấn trên một lõi thép kỹ thuật điện

- Ưu điểm:

+ Hạn chế dòng điện khi làm việc

+ Tạo ra quá điện áp để phóng điện

+ San bằng dòng điện

+ Có độ bền cao

- Nhược điểm:

+ Tiêu thụ điện năng lớn trên chấn lưu

+ Dòng điện không còn hình sin nữa

+ Hệ số cosϕ thấp (0,4 ÷ 0,5) do đó ta có thể mắt thêm tụ bù để nâng cao cosϕ.

* Chấn lưu điện từ:

Dùng bộ chỉnh lưu nghịch lưu để biến đổi tần số từ 50HZ lên khoảng 20KHZ

- Ưu điểm:

+ Loại trừ được hiệu tượng nhấp nháy do tần số thấp

+ Giảm được tổn hao trên chấn lưu

+ Hệ số cosϕ cao (cosϕ ≈ 0,96)

+ Kích thước nhỏ

+ Điều chỉnh quang thông của đèn thuận lợi

+ Hiệu suất phát quang cao, tăng (10 ÷ 20)%

- Đặc trưng của đèn:

+ Chỉ số màu bằng 0 do sự tỏa tia hầu như đơn sắc.

+ Tuổi thọ khoảng 8000giờ

+ Thường dùng chiếu sáng xa lộ, đô thị

* Đèn hơi Natri áp suất cao:

Đèn có kích thước nhỏ để duy trì nhiệt độ và áp suất Được làm bằng thủy tinh

Alumin, thạch anh bị ăn mòn bởi Na Đèn được đặt trong một bóng hình quả trứng hay hình ống có đuôi xoáy

Các đặc trưng của đèn:

+ Hiệu quả ánh sáng có thể đạt tới 120lm/w

+ Chỉ số màu thấp (Ra ≈ 20) tuy nhiên có loại Ra >80

+ Có nhiệt độ thấp nên dễ chịu ở mức độ rọi thấp

+ Tuổi thọ đạt tới 10000giờ

+ Dùng để chiếu sáng đường phố, bến đổ xe và các công trình thể thao

+ Có màu trắng ấm

* Đèn Halogen kim loại:

Là đèn gồm hỗn hợp thủy ngân và halogen kim loại ở áp suất cao

- Các đặc trưng của đèn:

+ Hiệu quả ánh sáng có thể đạt tới 95lm/w

+ Nhiệt độ màu có 4000 ÷ 6000K, màu rất trắng

+ Chỉ số màu 60 ÷ 90, chấp nhận được

+ Tuổi thọ trung bình là 4000giờ

+ Đèn dùng để chiếu sáng diện tích lớn như sân vận động, quảng trường vì có chỉ

số màu cao nên có thể truyền hình tivi màu

+ Nhược điểm của đèn là giảm nhiệt độ màu sau một thời gian sử dụng khoảng

500 ÷ 1000giờ, giá thành cao

* Đèn huỳnh quang (đèn ống):

Được cấu tạo là một ống thủy tinh, bên trong có hai điện cực đặt ở hai đầu ống, phía trong ống có chứa khí Acgôn và thủy ngân, phía trong ống có bôi một lớp huỳnh quang để làm phát ra các tia bức xạ có bước sóng mắt thường nhìn thấy được Loại đèn này có côngtăcte và chấn lưu kèm theo

- Đặc điểm của đèn huỳnh quang:

+ Hiệu quả ánh sáng từ 60 ÷ 95lm/w

+ Chỉ số màu từ 55 ÷ 92

+ Nhiệt độ màu giữa 2800 ÷ 6500K

+ Tuổi thọ khoảng 7000giờ

+ Độ chói tương đối ít

+ Nhiệt độ bên ngoài thành ống thấp khoảng 450C

+ Dùng lâu quang thông của bóng đèn sẽ giảm

+ Giá thành chỉ đắt hơn so với đèn sợi đốt

+ Thời gian làm việc phụ thuộc vào số lần bật, tắt đèn

+ Quang thông và phạm vi phát quang phụ thuộc vào nhiệt độ

* Đèn compact hùynh quang:

Được thiết kế với kích thước thu nhỏ, được sử dụng để thay thế trực tiếp đèn sợi đốt vì có hiệu suất phát quang cao, lắp đặt thuận tiện tuổi thọ cao loại đèn này có tắcte, chấn lưu kèm theo

Đặt tính kỹ thuật: Hiệu suất phát quang: 50 ÷ 60lm/w

Tuổi thọ trung bình: 10000giờ

Độ bền cơ học cao

Màu ánh sáng trắng ấm có chất lượng cao

Nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ môi trường

* Đèn thủy ngân cao áp:

Cấu tạo: Gồm ống phóng điện, điện cực chính, và điện cực phụ Bên trong bóng có hơi thủy ngân ở áp suất cao

Đặt tính kỹ thuật: Hiệu suất phát quang: 45 ÷ 60lm/w

Tuổi thọ trung bình: 2500 ÷ 4000giờ

Thời gian khởi động: 5 ÷ 7phút

Nhiệt độ màu:T = 3800 ÷ 4300K

Chỉ số thể hiện màu CRI: 40 ÷ 60

→ Hiệu suất phát quang thấp nên ngày càng ít được sử dụng

* Đèn ánh sáng hỗn hợp:

Đây là đèn kết hợp đèn thủy ngân cao áp với đèn sợi đốt

Đặt tính kỹ thuật:

Không cần chấn lưu, đấu trực tiếp vào lưới điện như đèn sợi đốt

Hiệu suất phát quang: 20 ÷ 65lm/w

Thời gian khởi động: Sáng ngay

Nhạy cảm với thay đổi điện áp

Tuổi thọ: 6000giờ Nhiệt độ màu 3800K

1.2.3 Các nguồn sáng mới

a Đèn cảm ứng không điện cực.

Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng trong đèn

Đặc tính kỹ thuật:

- Hiệu suất phát quang: 60 ÷ 80 lm/w

- Tuổi thọ trung bình cao: 60.000 ÷ 100.000 giờ

- Hiệu suất phát quang: 20 ÷ 25lm/w

- Loại LED cực sáng có hiệu suất phát quang: 115 lm/w

- Tuổi thọ cao: 50.000 ÷ 100.000 giờ

- Màu sắc: Đa dạng, đỏ, vàng, xanh, trắng

Đèn LED được sử dụng làm đèn tín hiệu và chiếu sáng trang trí với chất lượng thẩm mỹ cao

c Đèn Sulfur.

Đây là đèn không điện cực, ánh sáng phát ra do bức xạ của các nguyên tử sulfur trong môi trường khí argon, khi bị kích thích bằng vi sóng

Đặc tính kỹ thuật:

- Hiệu suất phát quang: 100lm/w

- Thời gian khởi động rất ngắn

* Bộ phận điều chỉnh

* Các thiết bị phụ kiện khác

* Choá đèn có và không có kính bảo vệ

b Thông số của bộ đèn

* Điện áp U(V): Là điện áp làm việc của bộ đèn

* Công suất P(W): Là tổng công suất của bộ đèn

c Đường cong cường độ sáng (đường cong trắc quang)

Là đặc tính quan trọng của bộ đèn, nhờ đặc tính này ta xác định cường độ sáng I theo một hướng nào đó, từ đó ta xác định được độ rọi, độ chói, và xác định được sự phân bố ánh sáng của bộ đèn trong không gian

d Hiệu suất của bộ đèn

1.3 Phương pháp quản lý chiếu sáng

1.3.1 Quản lý hệ thống chiếu sáng công cộng

Trong các đô thi hiện đại ngày nay, hệ thống đèn đường là một phần không thể tách rời trong cấu trúc cơ sở hạ tầng, và có qui mô ngày càng mở rộng, cùng với sự phát triển của đô

thị Trong một thành phố lớn, số phương tiện chiếu sáng được sử dụng có thể lên tới con số hàng trăm nghìn, và được phân bố rộng khắp trên các tuyến đường, công viên

Do đó việc đưa vào thực tiễn các tiến bộ về khoa học kỹ thuật trong nhiều lĩnh vực, nhất là trong lĩnh vực điện-điện tử, giúp giải quyết các vấn đề về chiếu sáng đô thị được xem

là một nhu cầu bức thiết hiện nay

Hệ thống điều khiển chiếu sáng cho đèn đường thực hiện 2 chức năng cơ bản:

Điều chỉnh ánh sáng đèn một cách phù hợp cho toàn khu vực đô thị bằng nhiều phương pháp khác nhau: bật/tắt đèn, điều chỉnh độ sáng Để thực hiện được chức năng điều chỉnh độ sáng cần nhiều thiết bị, từ đơn giản (như relay thời gian) đến phức tạp (các bộ điều áp cho phép điều chỉnh độ sáng đèn ở nhiều mức độ khác nhau) Việc sử dụng kết hợp các thiết bị trên cho phép ta xây dựng được hệ thống chiếu sáng tiết kiệm năng lượng và đạt được hiệu suất cao

Hỗ trợ việc quản lý, vận hành toàn hệ thống chiếu sáng: phát hiện hư hỏng, tăng cường khả năng điều hành tại trung tâm, giảm nhân sự vận hành hệ thống, …

Điều khiển chiếu sáng ngày nay bước vào một kỷ nguyên mới, dựa trên các tiến

bộ trong lĩnh vực Điện-Điện tử, công nghệ thông tin, cho phép thực hiện các thao tác vận hành phức tạp cho hệ thống chiếu sáng công cộng Các phần tiếp theo sẽ bàn về các phương pháp được sử dụng nhằm xây dựng hệ thống chiếu sáng công cộng hiệu suất cao

Các giải pháp giúp điều chỉnh độ sáng của hệ thống:

Nhu cầu thực tế của ánh sáng công cộng không giống nhau tại các thời điểm khác nhau trong một ngày, và các ngày một năm Điều này dẫn đến nhu cầu cắt giảm lượng ánh sáng thừa trong toàn hệ thống theo thời gian Ngoài ra, sự thiếu hụt năng lượng đang là một vấn đề nóng bỏng của quốc gia và toàn thế giới, do đó việc cắt giảm lượng ánh sáng thừa và cắt giảm năng lượng hệ thống chiếu sáng công cộng là vấn đề tất yếu Tại Việt Nam, yêu cầu cắt giảm năng lượng dùng cho chiếu sáng công cộng lên đến 50%.Sau đây là một số thiết bị được sử dụng hiện nay nhằm điều chỉnh độ sáng và bật tắt đèn cho các hệ thống chiếu sáng công cộng

- Relay thời gian

- Sử dụng các thiết bị điều chỉnh độ sáng

Việc áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào chiếu sáng cho phép mang lại những hiệu ứng tích cực, giúp tiết kiệm hơn 40% năng lượng tiêu thụ, và giảm hơn 50% chi phí vận hành hệ thống, và góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng hiện nay.Tuy nhiên, các thiết bị dùng trong chiếu sáng hiện nay khá đắt tiền Nhằm giảm chi phí xây dựng hệ thống, ta có thể tự thiết kế các thiết bị chiếu sáng, và xây dựng các mô hình hệ thống chiếu sáng công cộng

a Giới thiệu về trung tâm điều khiển trong đô thị

Hệ thống chiếu sáng công cộng là một trong những hạng mục công trình hạ tầng

kỹ thuật không thể thiếu của các đô thị Để đáp ứng được tốc độ phát triển đô thị, trong những năm gần đây các đô thị đã không ngừng đầu tư cải tạo và xây dựng hệ thống chiếu sáng công cộng nhằm nâng cao chất lượng ánh sáng Trên thế giới, hầu hết các

đô thị loại vừa và lớn đều được trang bị, lắp đặt một hoặc nhiều trung tâm điều khiển cho hệ thống chiếu sáng thành phố nhằm phát huy hiệu quả cao trong công tác vận hành và kiểm soát lưới đèn Ở Việt Nam, thành phố Hà Nội là đơn vị lắp đặt trung tâm điều khiển đầu tiên trong cả nước – từ những năm 1980, tiếp theo là thành phố Hồ Chí Minh đã xây dựng trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng với quy mô điều khiển 12.000 điểm sáng

Từ khi ứng dụng trung tâm điều khiển vào việc quản lý hệ thống đèn chiếu sáng các đơn vị quản lý chiếu sáng công cộng đều thấy được các hiệu quả góp phần nâng cao công tác quản lý:

- Điều chỉnh linh hoạt thời gian đóng cắt Hệ thống chiếu sáng tại các khu vực từ trung tâm theo tình hình thời tiết, giảm tiêu thụ điện năng

- Từ trung tâm cho phép đóng cắt và giám sát tới từng tủ chiếu sáng của mỗi khu vực

- Quan sát tức thời các thông số điện áp, dòng điện Báo hiệu sự cố khi có tình trạng chạm chập, quá tải và các hiện tượng câu móc điện

- Quản lý số liệu vận hành: 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 hành.

- Góp phần nâng cao năng lực và ứng dụng công nghệ mới cho các cán bộ kỹ thuật của công ty

* Thiết bị camera giám sát

Tùy từng nhu cầu sử dụng sẽ lắp đặt loại camera cố định hoặc camera quay quét Với

hệ thống camera giám sát cố định ngoài trời sử dụng sóng vô tuyến để truyền dẫn tín hiệu hình ảnh về trung tâm, giá thành hiện nay trên thị trường khoảng 500$/1camera

* Thiết bị truyền dẫn

Với nhiều năm kinh nghiệm triển khai hệ thống vô tuyến băng rộng, chúng tôi đề xuất phương án sử dụng thiết bị truyền dẫn sử dụng công nghệ WIMAX băng tần không kiểm soát 5.4GHz hoặc hệ thống Outdoor Wifi 5.8Ghz

- Hệ thống bảng LED

- Hệ thống màn hình tấm lớn

* Hệ thống bảng LED

Được kết nối trực tiếp với module nhận trạng thái của các tủ điều khiển ( tuyến đèn ) để có thể hiển thị trạng thái bật/ tắt Ưu điểm của hệ thống này là đơn giản, trực quan tuy nhiên lại khó khăn trong vấn đề mở rộng

c Giải pháp hệ thống quản lý chiếu sáng công cộng Savelite

* Giới thiệu chung

- Hệ thống quản lý chiếu sáng đô thị Savelite là một hệ thống hoàn chỉnh ứng dụng trong lĩnh vực chiếu sáng công công Hệ thống được công ty Công nghệ Unique – Israel phát triển thành công và triển khai nhiều nơi trên thế giới (Nam Phi, Thụy điển, Israel, Chile, Ấn độ, Singapore, Cộng hòa Dominican, Thổ Nhĩ Kỳ, Dubai…)

- Sử dụng công nghệ truyền thông tin trên đường dây tải điện PLC (Power Line Communication), hệ thống Savelite đem đến những thay đổi lớn trong việc quản lí và

sử dụng điện năng trong các hệ thống chiếu sáng giúp cho việc sử dụng năng lượng chiếu sáng được tối ưu, tiết kiệm năng lượng dư thừa và không hiệu quả

- Hệ thống Savelite là hệ thống truyền tải thông tin hai chiều, với sự trao đổi liên tục giữa hệ thống quản lí và các thiết bị cơ bản trong hệ thống Những thiết bị đầu cuối ghi nhận toàn bộ thông tin về việc đo đếm các thông số trên đường dây tải điện trực tiếp đến đèn và hệ thống đèn ( ví dụ như các thông số về điện áp, dòng điện, pha điện sử dụng…) đồng thời chuyển tải toàn bộ thông tin thu nhận được về trung tâm quản lí để thể xác định được tình hình hiện tại của hệ thống, độ ổn định của nguồn điện, sự thay đổi điện áp trên chiều dài của lưới điện từ đó ghi nhận, theo dõi, thống kê để có thể đưa

ra các giải pháp quản lý tối ưu

* Đặc điểm hệ thống

- Hệ thống Savelite sử dụng công nghệ PLC (Power Line Communication) tận dụng sẵn đường truyền tải điện năng tới các vị trí chiếu sáng làm đường truyền thông tin, để truyền toàn bộ thông số liên quan đến hệ thống chiếu sáng về trung tâm quản lí và điều khiển Điều này làm giảm được chi phí đầu tư ban đầu cho các công ty chiếu sáng

- Hệ thống Savelite có tính module cao ( mỗi trạm biến áp cấp điện là một bộ điều khiển lên tới 250 thiết bị) nên việc lắp mới, nâng cấp, mở rộng hệ thống rất đơn giản,

dễ dàng

- Công nghệ đặc biệt cho phép kéo dài khoảng cách truyền tin không giới hạn do đó giảm được việc lắp đặt thêm tủ điều khiển trong cùng một trạm biến áp, giảm chi phí đầu tư ban đầu

- Hệ thống có khả năng quản lí đóng/mở Tủ điều khiển của tuyến đèn và quản lí đến từng thiết bị chiếu sáng riêng biệt

- Điều chỉnh mức tiêu thụ năng lượng của từng đèn với nhiều mức: 100% - 80% - 60%

- Trung tâm quản lý chiếu sáng điều khiển hoạt động bằng hệ thống phần mềm máy tính hoặc tin nhắn SMS để gửi lệnh tới từng đèn, hoặc từng nhóm đèn Điều khiển các hoạt động Bật/ Tắt/ tăng giảm độ sáng tùy theo yêu cầu thực tế

- Cảnh báo đèn hỏng: Trạng thái của đèn được cập nhật thường xuyên về trung tâm quản lí, phần mềm quản lí sẽ phân tích các thông số hiện tại và tình trạng của đèn để đưa ra những cảnh báo đối với người giám sát

- Thiết lập chế độ hoạt động theo thời gian, theo mùa, theo sự kiện, theo ngày đặc biệt

- Chế độ khẩn cấp cho phép đưa ra những chỉ thị lệnh đặc biệt có tác động tới nhiều đèn, nhiều hệ thống đèn, hoặc toàn bộ hệ thống đèn mà trung tâm quản lí có khả năng điều khiển

- Chống mất cắp đường dây cáp điện: Việc cảnh báo mất điện bằng còi báo động hoặc qua đèn hiển thị ngay khi thiết bị mất điện sẽ giúp cho người quản lý kiểm tra hệ thống tức thời , giúp ngăn ngừa việc ăn cắp cáp điện

- Xác định được pha của từng đèn trong hệ thống giúp việc quản lý, cân tải hợp lý tránh tổn hao và an toàn cho lưới điện

- Tăng cường khả năng quản lí hệ thống điện: Tích hợp bản đồ số vào việc xác định vị trí từng thiết bị trong hệ thống

+ Thành phần của hệ thống

- Bộ tập trung xử lý thông tin

+ Khả năng quản lý

- Là thiết bị trung tâm 3 pha có chức năng đọc từ xa, xử lý và điều khiển đến 250 thiết

bị quản l đèn trong một trạm biến áp ( 1 tủ hay nhiều tủ điều khiển trong một trạm biến áp)

- Báo cáo về tình trạng tải của từng pha

- Lưu báo cáo về 10 lần mất điện gần nhất

- Định kỳ thực hiện việc đọc thông tin tất cả các thiết bị kết nối với nó

- Có thể lưu giữ số liệu tổng hợp của 6 tháng trong bộ nhớ

- Lập các báo cáo kỹ thuật về lưới điện

Chức năng trao đổi với Trung tâm điều khiển

- Bộ tập trung được gắn 1 SIM GSM có hỗ trợ kết nối GPRS có chức năng trao đổi thông tin với Trung tâm điều khiển

- Các báo cáo hoàn chỉnh sẽ được truyền từ Bộ tập trung về Máy tính Trung tâm theo đường GPRS hoặc bằng thiết bị cầm tay (Microterminal)

Đặc điểm và cài đặt

- Lắp đặt tại tủ điều khiển

- Kích thước nhỏ: 180x100x120 (mm)

- Màn hình hiển thị 2 dòng x 16 ký tự

- Pin dự phòng Lithium cho phép hoạt động liên tục theo đồng hồ thời gian thực

Thiết bị điều khiển đèn

Dimming

- 3 Mức dimming của đèn: 100%, 80% và 60% mà không làm giảm tuổi thọ của thiết

bị khác như chấn lưu, tu điện và đèn

- Tại mỗi mức hệ số công suất được giữ đồng nhất với hệ số công suất gốc

PLC

- Phương thức liên lạc song công hoàn toàn tại tần số băng A

- Tính năng phát lại để khuếch đại tín hiệu truyền tới từ các thiết bị lân cận và chuyển tiếp tới bộ tập trung Loại bỏ giới hạn về khoảng cách trên đường truyền

- Mỗi đèn có một ID riêng, được giám sát và điều khiển một cách riêng biệt

Cài đặt

- Cài đặt nối tiếp tại đầu vào nguồn điện của các đèn, có thể đặt vào bất kì vị trí nào thuận tiện cho việc lắp đặt

- Kích thước đủ nhỏ đề cài đặt tại bất kỳ vị trí nào bên trong cột đèn

- Không yêu cầu lập trình tại chân các cột đèn

- Bộ điều khiển trung tâm cài đặt tại tủ điều khiển

Phần mềm điều khiển Controllectric

- Phần mềm điều khiển của hệ thống Savelite – CollectricTM giúp người quản lý có thể giám sát, điều khiển toàn bộ các hệ thống chiếu sáng với các giá trị gia tăng có khả năng ứng dụng vượt trội

- Chức năng ứng dụng của phần mềm CollectricTM

• Giám sát theo sơ đồ tuyến chiếu sáng: Bản đồ số cập nhật vị trí của các tuyến chiếu sáng, vị trí các bóng đèn trên tuyến chiếu sáng qua đó người quản l có thể giám sát hệ thống chiếu sáng một cách trực quan, hệ thống có đang làm việc hay không, trong hệ thống đèn nào đang bật, đèn nào đang tắt, công suất làm việccủa từng bóng đèn (các chế độ - công suất - làm việc của bóng đèn như đang làm việc ở chế độ tắt, 60%, 80%, 100% công suất)

• Các thông số lưới điện trên tuyến đèn chiếu sáng, đèn nào đang được đang được cấp điện từ pha nào trong hệ thống điện 3 pha, đèn nào đang làm việc với công suất chiếu sáng thế nào, dòng điện làm việc là bao nhiêu được hiển thị chi tiết trong bản báo cáo của phần mềm, qua đó ta có thể phát hiện ra bóng đèn nào hỏng, đèn nào đang làm việc, làm việc với chế độ nào, đèn nào có hiện tượng chạm chập dò điện…

• Từ những thông tin về điện áp, dòng điện phần mềm Controllectric tự động hóa việc tạo thành các báo cáo về đường đặc tuyến phụ tải của hệ thống chiếu sáng, vẽ thành những biểu đồ để theo dõi và tổng hợp thông tin tiêu thụ điện trên từng pha từ đóphân

bố lại phụ tải trên từng pha giúp cân bằng tải và tăng hiệu suất sử dụng năng lượng điện tới mức tối đa

Các thông số, tình trạng làm việc của đèn được thể hiện trên báo cáo

• Từ phần mềm điều khiển người quản l có thể dễ dàng cập nhật các thông tin liên quan đến các thiết bị như thiết bị được lắp ở cột nào, thuộc tuyến chiếu sáng nào, đèn được lắp đặt từ bao giờ, đã sửa chữa bao nhiêu lần…

• Phần mềm CollectricTM giúp người quản l có thể trực tiếp điều khiển chế độ làm việc của một bóng đèn bất kỳ trong hệ thống chiếu sáng Trong trường hợp làm việc bình thường, người quản l có thể dễ dàng lập lịch làm việc cho các tuyến đèn chiếu sáng, thiết lập các thông số làm việc như ngày giờ bật giờ tắt, giờ nào làm việc với công suất chiếu sáng nào, ngày nghỉ, lễ tết làm việc như thế nào, đồng thời đưa ra 4 lựa chọn ứng với 4 mùa để người quản l có thể dễ dàng thiết lập giờ bật tắt đèn sao cho phù hợp với các quy luật ngày đêm của các mùa

Điều khiển chế độ làm việc của đèn bất kỳ.

Bảng thời gian biểu lên lịch làm việc cho hệ thống chiếu sáng.

* Phân tích hiệu quả đầu tư

+ Hiệu quả kỹ thuật

- Giải pháp quản lý chiếu sáng công cộng Savelite dựa trên mạng lưới chiếu sáng hạ thế với tần số sóng mang khác Như vậy sẽ tiết kiệm khi không phải đi cáp thông tin, không phải đào đường lắp đặt mạng cáp thông tin này Quá trình làm việc của hệ thống

Ví dụ : Hiện nay nếu như một tuyến đường bị sự cố sáng ngày hay tắt ban đêm phải

mất một thời gian đến lúc có thông tin về Cty Chiếu sáng công cộng từ đội tuần tra giám sát, từ các đội duy tu, từ dân cư thì việc sửa chữa mới bắt đầu được (chưa kể độ chính xác của thông tin, chất lượng của thông tin…) Với kỹ thuật mới thì Trung tâm

sẽ được báo động qua còi báo động hoặc phần mềm và việc ngắt nguồn chiếu sáng tại

tủ điều khiển sẽ tiến hành ngay trong vòng vài phút Sau đó việc sửa chữa sẽ được tiến hành ngay, ngoài ra chúng ta còn chủ động sửa chữa những nhóm thiết bị đã gần hỏng trên cơ sở tập hợp được từ việc thống kê lý lịch thiết bị

+ Hiệu quả quản lý

- Không chỉ về mặt kỹ thuật mà về mặt quản lý cũng tốt hơn do số liệu quản lý luôn được cập nhật tự động :

- Quản lý theo từng đối tượng riêng lẻ

• Quản l chính xác lượng điện năng tiêu thụ để so sánh với hóa đơn tiền điện của Điện lực

• Quản l chính xác số lượng đèn trên từng phase giúp cho việc quy hoạch thiết bị trên mỗi phase hợp l tránh tổn thất điện năng và an toàn lưới điện

• Ra những báo cáo đột xuất hay thường kỳ cho những sửa chữa đột xuất, những

kế hoạch duy tu bảo dưỡng, số liệu quản l được cập nhật hay quản l vật tư

tồn kho

+ Hiệu quả kinh tế:

- Dự án sau khi được triển khai áp dụng sẽ mang lại những hiệu quả kinh tế- tài chính thể hiện trong các khoản tiết kiệm Các khoản tiết kiệm đó là tiết kiệm trong đầu tư, tiết kiệm điện năng tiêu thụ và tiết kiệm trong công tác bảo trì hệ thống

Giảm chi phí đầu tư ban đầu

- Không phải kéo thêm dây dẫn thông tin từ cột này sang cột khác và về trung tâm như các hệ thống khác

- Quy trình lắp đặt, bảo dưỡng đơn giản do đó giảm chi phí nhân công lắp đặt và bảo dưỡng sau này

- Hệ thống đơn giản do đó chi phí đầu tư thiết bị ban đầu thấp

- Môi trường truyền tin qua GPRS với giá thành truyền dữ liệu ngày càng rẻ

khoảng 5đ/1kb

Giảm chi phí đầu tư hệ thống nguồn cấp

- Mỗi thiết bị Savelite có tính năng cân bằng điện áp ( Transformer) do đó tại cuối đường dây điện áp cho đèn vẫn đáp ứng trong khoảng 220 V

- Trong một trạm biến áp bộ tập trung có khả năng quản lý lên tới 250 đèn chiếu sáng

Với 2 tính năng trên sẽ giảm đáng kể việc đầu tư tủ cấp điện cho hệ thống chiếu sáng so với các hệ thống trước đây

Giảm chi phí tiêu thụ điện năng

- Giám sát được các trạng thái của bóng đèn, có thể điều khiển on/off các bóng đèn không cần thiết hoặc theo một quy trình nhất định.

- Giảm được độ sáng của bóng đèn vào các thời điểm phù hợp, tiết kiệm tối đa lượng điện năng tiêu thụ của mỗi bóng đèn

- Giám sát được lượng điện tiêu thụ của từng bóng đèn

- Có khả năng tính toán tổn hao, tổn thất do một số nguyên nhân ngoài tác động như đường dây, dò điện từ đó đưa ra các giải pháp thay thế và kiểm tra

Giảm chi phí quản lý, vận hành

- Hệ thống chạy trên một mô hình lập trình có sẵn vì vậy khi đưa ra bài toán cụ thể chúng ta không phải mất thời gian quản lý hệ thống, mà chỉ phải giám sát các sự cố xảy

ra trong qúa trình vận hành hệ thống

- Hệ thống có chức năng đưa ra các cảnh báo cho người sử dụng về khả năng tiêu thụ của từng bóng đèn dựa trên sô liệu đó đánh giá chất lượng bóng đèn theo một tiêu chuẩn cho trước, giúp cho việc thay định kỳ có kế hoạch hơn

- Giảm thiểu tối đa nhân lực thủ công cho những hoạt động thường niên như

1.3.2 Các giải pháp công nghệ điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng đang được

áp dụng tại Việt Nam

Việc xây dựng các trung tâm điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng là việc ứng dụng các công nghệ truyền thông phù hợp Các thông tin điều khiển được truyền

từ trung tâm đến các tủ điều khiển chiếu sáng và có thể đến từng điểm sáng tùy theo cấp độ của từng công nghệ: điều khiển đóng cắt pha, điều khiển chế độ tiết kiệm năng lượng tại tủ điều khiển chiếu sáng, điều khiển tiết giảm công suất tại các điểm sáng và

nhận các thông tin phản hồi từ các điểm sáng, lưới điện chiếu sáng, các tủ điều khiển chiếu sáng về phòng điều khiển trung tâm.

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)) Với công nghệ PLC: tín hiệu truyền dữ liệu được điều chế với dòng điện 220V/50Hz để truyền đi mà không cần một đường dây truyền dữ liệu thứ

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 két quả từ tủ điều khiển khu vực khác lại hải 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

- 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

Với giải pháp này việc thiết kế lắp đặt phải được lắp đặt đồng bộ cả thiết bị điều khiển và thiết bị tiết kiệm năng lượng cho từng điểm sáng vì vậy giá thành đầu tư rất lớn Giải pháp này đã được áp dụng tại Trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng Thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên dây là giải pháp truyền thông có dây nên 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 (PLC)

Ứng dụng giải pháp này sẽ giảm bớt được cấp điều khiển khu vực, chỉ còn 2 cấp điều khiển là tủ điều khiển trung tâm và tủ điều khiển chiếu sáng Đường truyền tín hiệu từ trung tâm điều khiển đến các tủ điều khiển chiếu sáng sử dụng đường truyền không dây (sử dụng mạng GSM/GPRS) Từ tủ điều khiển chiếu sáng thông tin được truyền đến các điểm sáng thông qua đường truyền PLC, sử dụng cáp điện chiếu sáng hiện có cấp nguồn cho lưới đèn để truyền thông tin giám sát điều khiển đến từng điểm sáng

Mô hình này là mô hình ứng dụng hiện đại nhất hiện nay, là giải pháp đã được quốc tế thừa nhận trong lĩnh vực điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng công cộng Là đường truyền không dây nên có thể lắp đặt tại bất cứ vị trí nào, có vùng phủ sóng không hạn chế, dễ dàng mở rộng hệ thống Không làm ảnh hưởng đến các cơ sở hạ tầng đã xây dựng.

Giá thành đầu tư theo mô hình này là phù hợp với các thành phố nước ta Các thành phố có thể đầu tư theo từng bước tuỳ theo các cấp độ vận hành theo yêu cầu thực

tế của từng địa phương:

+ Điều khiển, giám sát đến tủ điều khiển chiếu sáng: Lắp đặt thiết bị điều khiển tại tủ, thiết bị tiết giảm công suất tại tủ

+ Điều khiển, giám sát đến từng đèn nhằm tiết kiệm điện năng Có thể điều khiển và kết nối với nhiều loại balast và bộ tiết giảm công suất khác nhau của nhiều hãng sản xuất

Đề xuất lựa chọn công nghệ.

Chiếu sáng cộng cộng là một nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống đô thị Hiện nay việc xây dựng trung tâm điều khiển hệ thống chiếu sáng tại các đô thị là rất cần thiết nhằm phục vụ cho việc quản lý vận hành, đáp ứng được nhu cầu ánh sáng về đêm cho người dân, tiết kiệm năng lượng

Sau khi nghiên cứu các giải pháp công nghệ chúng ta thấy mô hình thứ ba đó là: Ứng dụng công nghệ mạng không dây GSM/GPRS cho việc quản lý vận hành Hệ thống chiếu sáng công cộng là công nghệ hiện đại, tiên tiến, tối ưu nhất hiện nay

Với mô hình này có thể tùy theo nhu cầu điều kiện thực tế tại từng địa phương

mà có thể đầu tư từng bước, thực hiện các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho phù hợp: tiết kiệm năng lượng tại tủ điều khiển chiếu sáng, tiết kiệm năng lượng tại từng điểm sáng

1.4 Đặc điểm chiếu sáng đường

1.4.1 Đặc điểm và các tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng đường

a Mục đích

Nhằm tạo ra một môi trường chiếu sáng tiện nghi đảm bảo cho người tham gia giao thông xử lý quan sát chính xác tình huống giao thông xảy ra trên đường.

b Đặc điểm

II - Chiếu sáng cho người quan sát đang chuyển động

- Khác với chiếu sáng nội thất lấy độ rọi làm tiêu chuẩn đầu tiên thì thiết kế chiếu sáng được chọn độ chói khi quan sát đường làm tiêu chuẩn đầu tiên

- Khác với độ chói trong thiết kế nội thất, độ chói trên đường không tuân thủ định luật Lambert mà phụ thuộc vào kết cấu lớp phủ mặt đường

- Khi thiết kế chiếu sáng trên mặt đường cần đảm bảo độ đồng đều chiếu sáng để tránh hiện tượng “bậc thang”

III - Các đèn chiếu sáng ở đường cần có công suất lớn và chú ý đến chỉ tiêu tiết kiệm điện năng

- Đường phố là bộ mặt của đô thị nên cần phải quan tâm đến yếu tố thẩm mỹ

c Các tiêu chuẩn

IV Độ chói: Là tiêu chuẩn đầu tiên và quan trọng nhất

V Độ đồng đều của độ chói: Độ đồng đều chung: U0 = min

tb

L L

Độ đồng đều dọc: U1 =

max L

min L

VI Tiêu chuẩn hạn chế chói loá mất tiện nghi:

G = ISL + 0,97 log LTB + 4,41 log h’ - 1,46 log P

Trong đó: ISL là chỉ số chói loái của bộ đèn (3 ÷ 6)

LTB: Giá trị độ chói trung bình trên đường

h’ = h -1,5 m

P: Là số bộ đèn bố trí trên 1km đường theo TCVN: 5≤ G ≤ 6

1.4.2 Phân loại cấp của bộ đèn

a Kiểu chụp sâu

Kiểu này ánh sáng phát ra trong phạm vi hẹp Ưu điểm là tránh loá mắt cho người lái xe Nhược điểm là nếu thiết kế không cân nhắc sẽ gây hiệu ứng bậc thang

Ứng dụng cho những đường 2 chiều Điều kiện đảm bảo đồng đều h ≥ 2/3 l.

c Bố trí 2 bên đối diện

Ứng dụng cho những đường có nhiều làn xe Sự đồng đều cần thiết là h ≥ 1/2 l

d Bố trí ở giữa dải phân cách

Ứng dụng cho đường đôi bên có giải phân cách ở giữa Cần đảm bảo điều kiện h ≥ l.

1.4.4 Phương pháp tỉ số R

a Các thông số hình học bố trí chiếu sáng