Thiết kế cung cấp điện theo tiêu chuẩn iec

Giới thiệu về tiêu chuẩn IEC trong thiết kế cung cấp điện Tiêu chuẩn IEC 60364 do hội đồng kỹ thuật điện quốc tế International Electrotecnical Commission ban hành theo tinh thần chung l

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN THEO TIÊU

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i

MỤC LỤC ii

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ v

DANH SÁCH CÁC BẢNG vi

Lời mở đầu viii

CHƯƠNG 1 Tổng quan về chiếu sáng 1

1.1 Các khái niệm cơ bản về chiếu sáng 1

Khái niệm ánh sáng 1

Quang thông (lm) 2

Độ rọi E (Lux) 2

Độ chói L (cd/m2) 3

Cường độ ánh sáng 4

Độ đồng đều chiếu sáng 5

Chỉ số hoàn màu 5

Hiệu suất ánh sáng 6

Các hình thực chiếu sáng 7

Nhiệt độ màu của ánh sáng 7

1.2 Các yêu cầu về thiết kế chiếu sáng 8

1.3 Phương pháp tính toán chiếu sáng 9

Các vấn đề chung khi thiết kế chiếu sáng 9

Phương pháp hệ số sử dụng 11

CHƯƠNG 2 Thiết kế chiếu sáng công nghiệp 14

2.1 Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng công nghiệp 14

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7114-1:2008 14

Quy chuẩn Việt Nam QCVN 09:2013 15

Chỉ tiêu và chất lượng chiếu sáng 16

2.2 Thiết kế chiếu sáng các khu vực trong công nghiệp 17

Thiết kế chiếu sáng cho khu vực dây chuyền nhà máy 17

Thiết kế chiếu sáng cho khu vực kho 20

Thiết kế chiếu sáng cho khu vực chung nhà máy 23

2.3 Thiết kế chiếu sáng sử dụng phần mềm Dialux 26

Giới thiệu về phần mềm Dialux 26

Các bước thiết lập cơ bản để tính toán 27

2.4 Áp dụng Dialux thiết kế chiếu sáng 27

Thiết kế chiếu sáng cho khu vực dây chuyền nhà máy 28

Thiết kế chiếu sáng cho khu vực kho 29

Thiết kế chiếu sáng cho khu vực chung nhà máy 30

CHƯƠNG 3 Thiết kế cung cấp điện theo tiêu chuẩn IEC 31

3.1 Cơ sở lý thuyết 31

Xác định phụ tải 31

Chọn máy biến áp 33

Bù công suất phản kháng 35

Chọn dây dẫn 38

Chọn CB 45

Chọn contactor và relay nhiệt 50

3.2 Sử dụng phần mềm Ecodial tính toán 51

Giới thiệu phần mền Ecodial 51

Áp dụng Ecodial cho thiết kế cung cấp điện 53

3.3 Kết luận 65

CHƯƠNG 4 Thiết kế cung cấp điện theo tiêu chuẩn IEC cho nhà máy gạch không nung 66

4.1 Tổng quan 66

4.2 Thiết lập sơ đồ cấp điện 73

4.3 Tính toán phụ tải 78

4.4 Chọn máy biến áp 82

4.5 Tính toán bù công suất phản kháng 84

4.6 Tính toán chọn dây dẫn , CB, contactor,relay nhiệt 86

Tính toán chọn dây dẫn,CB cho các tủ điện 86

Chọn dây dẫn, CB, Contactor, relay nhiệt cho động cơ của hệ thống 92 4.7 Kiểm tra ngắn mạch và sụt áp 101

Tính toán ngắn mạch 101

Tính toán sụt áp 108

4.8 Thiết kế sử dụng phần mềm Ecodial 113

Nhập dữ liệu vào phần mềm Ecodial 113

Chạy phần mềm và xuất kết quả 118

Kết luận 124

4.9 Thiết kế chiếu sáng cho nhà máy gạch không nung 124

Thiết kế chiêu sáng cho các khu vực 125

Mặt bằng bố trí chiếu sáng 134

CHƯƠNG 5 Kết luận 136

Tài liệu tham khảo 137

Phụ lục 138

Lời cảm ơn 139

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1.Quang thông đèn 2

Hình 1.2.Độ rọi đèn 3

Hình 1.3.Độ chói của đèn 4

Hình 1.4 Cường độ ánh sáng 4

Hình 1.5.Độ đồng đều chiếu sáng 5

Hình 1.6.Chỉ số hoàn màu 6

Hình 1.7.Hiệu suất ánh sáng 6

Hình 1.8 Biểu đồ Kruithof 7

Hình 1.9.Nhiệt độ màu 8

Hình 4.1 Máy biến áp 83

Hình 4.2: Mặt bằng bố trí chiếu sáng 134

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Yêu cầu độ rọi chiếu sáng cho khu vực công nghiệp xi măng, bê tông gạch

14

Bảng 2.2: Yêu cầu về mật độ công suất chiếu sáng LPD 16

Bảng 2.3: Bảng chỉ tiêu và chất lượng chiếu sáng 16

Bảng 3.1 Bảng tra hệ số nhiệt độ môi trường khác 20°C của cáp chôn trong đất 39

Bảng 3.2: Bảng tra nhiệt trở suất của đất 39

Bảng 3.3: Bảng tra hệ số số mạch đi chung cáp chôn trong đất 40

Bảng 3.4: Bảng tra tiết điện dây dẫn kiểu D chôn dưới đất 40

Bảng 3.5: Bảng tra hệ số nhiệt độ môi trường khác 30°C của cáp không đặt trong đất 41

Bảng 3.6: Bảng tra hệ số số mạch đi chung của phương pháp đi trên thang máng cáp 42

Bảng 3.7: Bảng tra tiết điện dây dẫn trường hợp cáp không chôn đi trên thang máng cáp 43

Bảng 3.8: Bảng tra độ sụt áp cho phép 44

Bảng 3.9: Bảng tra điện trở suất tại 20oC theo IEC 60909 (mΩ.mm2/m) 45

Bảng 3.10: Bảng tra điện trở suất tại các nhiệt độ khác nhau 45

Bảng 3.11: Bảng tra cảm kháng trên m của dây dẫn 45

Bảng 3.11: Bảng tra hệ số C 48

Bảng 3.12: Bảng so sánh kết quả tính toán phụ tải bằng lý thuyết và phần mềm Ecodial 55

Bảng 3.13: Bảng so sánh kết quả tính toán chọn dây dẫn, CB bằng lý thuyết và phần mềm Ecodial 59

Bảng 3.15: Bảng so sánh kết quả tính toán sụt áp bằng lý thuyết và phần mềm Ecodial 61

Bảng 3.17: Bảng so sánh kết quả tính ngắn mạch bằng lý thuyết và phần mềm Ecodial 65

Bảng 4.1: Bảng kết quả tính toán phụ tải nhà máy 80

Bảng 4.2: Bảng phụ tải tính toán tủ DP-LP 81

Bảng 4.3: Bảng kết quả tính toán phụ tải toàn nhà máy 81

Bảng 4.4: Bảng kết quả chọn dây dẫn và CB cho tủ phân phối 89

Bảng 4.5: Bảng tính toán chọn dây dẫn CB cho tủ DP-LP 91

Bảng 4.6: Bảng kết quả chọn dây dẫn và CB cho động cơ 96

Bảng 4.7: Bảng kết quả chọn dây dẫn và CB cho tủ chiếu sáng (DB-LP) 96

Bảng 4.8: Bảng kết quả tính ngắn mạch tại tủ phân phối 104

Bảng 4.9: Bảng kết quả tính ngắn mạch tại động cơ 107

Bảng 4.10: Bảng kết quả tính sụt áp tại tủ phân phối 110

Bảng 4.11: Bảng kết quả tính sụt áp tại động cơ 112

Bảng 4.12: Bảng kết quả phụ tải toàn nhà máy theo phần mềm Ecodial 118

Bảng 4.13: Bảng kết quả phụ tải tủ DB-01 theo phần mềm Ecodial 119

Bảng 4.14: Bảng kết quả chọn dầy dẫn, CB cho tủ DB-01 122

Bảng 4.15: Bảng kết quả ngắn mạch theo phần mềm Ecodial 123

Bảng 4.16: Bảng kết quả sụt áp theo phần mềm Ecodial 123

Lời mở đầu

1 Sự cần thiết của đề tài

Ngày nay, trong xu thế hội nhập và quá trình phát triển rất mạnh mẽ của đất nước Trong những năm gần đây, nước ta đã đạt được rất nhiều thành tựu to lớn, tiền đề cơ bản

để đưa đất nước bước vào thời kỳ mới thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa Trong quá trình đó thì ngành điện đã đóng một vai trò hết sức quan trọng, là then chốt, là điều kiện không thể thiếu của ngành sản xuất công nghiệp Song song với sự phát triển của nền kinh

tế, đời sống xã hội của người dân ngày càng được nâng cao, thì nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt và các ngành công nông nghiệp, dịch vụ không ngừng tăng lên cả vễ số lượng lẫn hình thức đa dạng

Nhằm đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, cũng như phục vụ nhu cầu đời sống người dân Việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, an toàn tin cậy và phụ hợp với mức độ sử dụng là rất cần thiết Do đó, thiết kế hệ thống cung cấp điện là yêu cầu bắt buộc với sinh viên ngành điện

Trước đây, hầu hết các đơn vị tư vấn thiết kế nói chung thường áp dụng theo tiêu chuẩn liên Xô cũ Ngày nay nước ta đã gia nhập WTO, nền kinh tế kỹ thuật hòa nhập vào cộng đồng quốc tế Cho nên các tiêu chuẩn và chỉ tiêu thiết kế điện như cũ không phù hợp với tình hình hiện tại

Như chúng ta đã biết,một hệ thống điện bao gồm các thành phần: Nguồn cung cấp, thiết bị quản lý điều hành, mạng lưới dây dẫn điện, các phụ tải tiêu thụ điện, mạng tiếp địa

Tại hội thảo Quốc tế về tiêu chuẩn thiết kế và lắp đặt điện IEC 60364 ngày 02/12/2003, Bộ xây dựng khuyến khích các đơn vị tư vấn thiết kế điện theo IEC 60364 đã được hầu như các nước trên thế giới sử dụng

2 Giới thiệu chung về cung cấp điện

Cấp điện là một công trình điện Để thực hiện một công trình tuy nhỏ cũng cần phải

có kiến thức tổng hợp từ các ngành khác nhau, phải có sự hiểu biết về xã hội môi trường và đối tượng cấp điện Từ đó tính toán và lựa chọn ra phương án tối ưu nhất

Cung cấp điện là trình bày những bước cần thiết để tính toán, lựa chọn các phần tử

hệ thống điện thích hợp với từng đối tượng Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng công cộng Tính toán chọn lựa dây dẫn phù hợp, đảm bảo sụt áp phù hợp với tiêu chuẩn, có khả năng chịu dòng ngắn mạch với thời gian nhất định Tính toán dung lượng bù cần thiết để giảm điện áp, điện năng trên lưới trung hạ Thiết kế đi dây để bước đến triển khai hoàn tất một bản vẽ thiết kế Bên cạnh đó, còn phải thiết kế lựa chọn nguồn dự phòng cho nhà máy để đảm bảo sự ổn định làm việc của đối tượng Trong tình hình kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp lớn nhỏ các tổ hợp sản xuất đều phải tự hoạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt về chất lượng và giá của sản phẩm Công nghiệp thương mại du lịch chiếm một tỷ trọng ngày càng tăng trong nền kinh tế quốc doanh, thực sự là khách hàng quan trọng trong ngành điện lực Sự mất điện, chất lượng điện xấu (chủ yếu là điện áp thấp) đều ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, gây phế phẩm, giảm hiệu suất lao động Đặc biệt làm ảnh hưởng đến các xí nghiệp may, hóa chất, điện tử đòi hỏi sự chính xác cao Do đó đảm bảo sự tin cậy cấp điện, nâng cao chất lượng điện năng là mối quan tâm hằng đầu Một

xã hội có điện sẽ làm mức sống tăng nhanh với các trang thiết bị nội thất quan trọng nhưng nếu chúng ta lắp đặt cẩu thả, thiếu tuân thủ các quy tắc an toàn sẽ rất nguy hiểm Các phụ tải sinh hoạt là các phụ tải khổng lồ Người thiết kế cần quan tâm đến độ sụt áp trên đường dây xa nhất Thiết kế cấp điện cho phụ tải sinh hoạt nên chọn thiết bị tốt nhất nhằm đảm bảo an toàn và độ tin cậy cấp điện cho người sử dụng

Tóm lại, việc thiết kế cấp điện đối với các đối tượng là rất đa dạng với các đặc thù khác nhau Như vậy để một khóa luận thiết kế cung cấp điện tốt đối với bất cứ đối tượng nào cũng cần thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Độ tin cậy cấp điện: mức độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc vào yêu cầu của phụ tải Với những công trình cấp quốc gia phải đảm bảo cấp điện liên tục ở mức cao nhất nghĩa

là không mất điện trong mọi tình huống Những đối tượng như nhà máy, xí nghiệp, tổ sản

xuất, tốt nhất là dùng máy điện dự phòng, khi mất điện sẽ dùng máy phát điện cho những phụ tải quan trọng

+ Chất lượng điện: Chất lượng điện được đánh giá qua 2 chỉ tiêu tần số và điện áp Chỉ tiêu tần số do cơ quan hệ thống điện quốc gia điều chỉnh Như vậy người thiết kế phải đảm bảo vấn đề điện áp Điện áp lưới trung và hạ chỉ cho phép dao động trong khoảng

± 5% Các xí nghiệp nhà máy yêu cầu chất lượng điện cao thì phải là ±2.5 %

+ An toàn: Công trình cấp điện phải được thiết kế có tính an toàn cao An toàn cho người vận hành, người sử dụng, an toàn cho thiết bị và toàn bộ công trình Tóm lại người thiết kế ngoài việc tính toán chính xác , chọn lựa đúng thiết bị và khí cụ còn phải nắm vững những quy định về an toàn Hiểu rõ môi trường hệ thống cấp điện và đối tượng cấp điện

+ Kinh tế: Trong quá trình thiết kế thương xuất hiện nhiều phương án, các phương

án điều có ưu và khuyết điểm riêng, có lợi về kinh tế nhưng xét về kỹ thuật thì không được tốt Một phương án đắt tiền thương có đặc điểm là độ tin cậy và an toàn cao hơn, để đảm bảo hài hòa giữa 2 vấn đề kinh tế kỹ thuật cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng mới đạt được tối

ưu

3 Giới thiệu về tiêu chuẩn IEC trong thiết kế cung cấp điện

Tiêu chuẩn IEC 60364 do hội đồng kỹ thuật điện quốc tế (International Electrotecnical Commission) ban hành theo tinh thần chung là mạng điện sử dụng trong công trình phải đáp ứng các quy tắc về an toàn cho con người và trang thiết bị Đây là tiêu chuẩn mới đối với thị trường nước ta mà rất nhiều sự án đầu tư, nhất là các dự án của nước ngoài và liên doanh yêu cầu thực hiện

IEC ( International Electrotecnical Commission) là cơ quan tiêu chuẩn hóa quốc tế được sáng lập lập khoảng năm 1900, năm 1906 bắt đầu hoạt động Lúc đầu trụ sở đóng tại London, nay chuyển sang Genever năm 1948

Hiện nay IEC đã ban hành trên 6500 tiêu chuẩn là các chỉ tiêu do hội đồng kỹ thuật Điện Quốc Tế ban hành cho tất cả các công trình

Sự ban hành các tiêu chuẩn của bộ khoa học công nghệ nước ta trên cơ sở chấp nhận các tiêu chuẩn của IEC trong quyết định 514/QĐ-BKHCN ngày 13/03/2006 Tuy nhiên, khi nước ta gia nhập vào hệ thống WTO, hầu hết các nước lớn có nền công nghiệp phát

triển đều sử dụng hệ thống tiêu chuẩn về điện theo IEC mà sự chuyển dịch để công nhận của chúng ta còn quá khiêm tốn

Bộ khoa học và công nghệ chấp nhận một số tiêu chuẩn để phục vụ và hội nhập quốc

tế trong phần xây lắp điện của các dự án xây dựng nước ta, các vật liệu điện trên thị trường nước ta cũng được sản xuất theo IEC So sánh với TCVN thì các chỉ tiêu đầy đủ hơn và phổ biến trên thị trường nên các nhà sản xuất, nhà đầu tư cũng mạnh dạn áp dụng

Bộ khoa học và công nghệ cũng ban hành một số tiêu chuẩn TCVN chấp nhận IEC

để chuyển dịch thành tiêu chuẩn Việt Nam nằm trong tiêu chuẩn IEC 60335 Những tiêu chuẩn loại IEC 60335 là những tiêu chuẩn đề cập đến an toàn về xây lắp đặt điện cho hộ gia đình và những hộ tiêu thụ tương tự IEC 60335 có trên 100 tiêu chuẩn ( hiện nay là 105)

đề cập đến các mặt về an toàn sử dụng điện vì quan điểm cơ bản của tiêu chuẩn IEC lấy an toàn cho con người, cho cộng đồng và cho thiết bị là mục tiêu quan trọng bậc nhất khi thiết

kế và xây lắp điện

Nước ta là thành viên tham gia chính thức của IEC Việc chấp nhận để chuyển thành tiêu chuẩn của nước ta là việc làm hết sức cấp bạch trong thời kỳ hội nhập toàn cầu hiện nay

4 Giới thiệu về tiêu chuẩn trong thiết kế chiếu sáng

Thiết kế và lắp đặt hệ thống chiếu sáng là lĩnh vực phát triển mạnh Để đảm bảo hiệu quả và tính an toàn cao nhất, bắt cứ một hoạt động nào cũng nên dựa trên các quy định và tiêu chuẩn của các cơ quan có thẩm quyền ban hành Trong thiết kế chiếu sáng chúng ta thường sử dụng các tiêu chuẩn sau đây:

- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7114-1:2008: về các chỉ tiêu và chất lượng ánh sáng

- Quy chuẩn Việt Nam QCVN 09:2013: về sử dụng năng lượng hiệu quả trong các công trình xây dựng

5 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xuất phát từ lý do thực tế như trên, việc nghiên cứu lựa chọn đề tài được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu phương pháp thiết kế cung cấp điện, trên cơ sở tiêu chuẩn IEC

Từ đó áp dụng các phần mềm Dialux và phần mềm Ecodial vào tính toán, thiết kế chiếu sáng và thiết kế cung cấp điện

6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng là cung cấp điện cho đời sống người dân, hoạt động sản xuất kinh doanh, phát triển kinh tế xã hội

Nghiên cứu, phân tích các phương pháp chiếu sáng nói riêng và tính toán thiết kế cung cấp điện nói chung

Tìm hiểu và áp dụng các phần mềm Dialux, Ecodial vào thiết kế chiếu sáng và thiết

kế cung cấp điện

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu các phương pháp thiết kế chiếu sáng, tính toán thiết kế cung cấp điện đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, an toàn, tin cậy và phù hợp với mức độ sử dụng

Đề tài mang tính ý nghĩa khoa học và thực tiễn, giúp sinh viên ra trường có đầy đủ kiến thức về thiết kế cung cấp điện Trên cơ sở tính toán lý thuyết kết hợp với việc mô phỏng bằng phần mềm đưa ra bảng thiết kế có hiệu quả sử dụng cao phù hợp với nhu cầu khách hàng sử dụng điện, đáp ứng được mục tiêu phát triển kinh tế xã hội, đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa

CHƯƠNG 1 Tổng quan về chiếu sáng

Chiếu sáng là một kỹ thuật đa ngành, trước hết đó là mối quan tâm của các kỹ sư điện, các nhà nghiên cứu quang và quang phổ học, các cán bộ kỹ thuật của các công ty công trình công cộng và các nhà quản lý đô thị Chiếu sáng cũng là mối quan tâm của các nhà kiến trúc, xây dựng và giới mỹ thuật

Trong thời gian gần đây, với sự ra đời và hoàn thiện của các nguồn sáng hiệu suất cao, các phương pháp tính toán và công cụ phần mềm chiếu sáng mới, kỹ thuật chiếu sáng

đã chuyển từ chiếu sáng tiện nghi sang chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện năng gọi tắt

là chiếu sáng tiện ích

Theo số liệu thống kê, năm 2005 điện năng sử dụng cho chiếu sáng trên toàn thế giới

là 2650 tỷ KWh, chiếm 19% sản lượng điện Hoạt động chiếu sáng đồng thời vào giờ cao điểm buổi tối đã khiến cho đồ thị phụ tải của lưới điện tăng vọt, gây không ít khó khăn trong việc truyền tải và phân phối điện Chiếu sáng tiện ích là một giải pháp tổng thể nhằm tối ưu hóa toàn bộ kỹ thuật chiếu sáng từ việc sử dụng nguồn sáng có hiệu suất cao Kết quả chiếu sáng tiện ích phải đạt tiện nghi tốt nhất, tiết kiệm năng lượng, hạn chế các loại khí thải nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường

1.1 Các khái niệm cơ bản về chiếu sáng

Quang thông (lm)

Quang thông chính là thông lượng bức xạ hữu ích trong hệ ánh sáng hay nói cách khác quang thông chính là lượng ánh sáng do nguồn sáng phát ra Cùng một công suất nên chọn đèn có quang thông càng lớn càng tốt

Đối với sự nhìn ban ngày L >=10cd/m2

Đối với sự nhìn ban đêm L<=0.01cd/m2

Đơn vị ∅ : lumen là 1 quang thông của 1 nguồn sáng điểm có cường độ ánh sáng 1 candela phát ra trong 1 đơn vị góc khối (rad).[1]

Hình 1.2.Độ rọi đèn

Khi độ sáng trên bề mặt được chiếu sáng không đều, nên tính trung bình số học ở các điểm khác nhau để tính độ rọi trung bình

Trong trường hợp quang thông phân bố đều trên bề mặt chiếu sáng, ta có khái niệm

độ rọi trung bình trên bề mặt chiếu sáng:

𝐸𝑡𝑏 =∅𝑐𝑠

𝑆𝑐𝑠

Độ rọi trên mặt đất trong một số trường hợp:

- Giữa trưa, trời không mây : E=100000 lux

- Đêm trăng tròn không mây: E=0.25 lux

- Ban đêm với hệ chiếu sáng công cộng: E=10-30 lux [1]

Độ chói L (cd/m 2 )

Huy độ bức xạ trong hệ ánh sáng hay còn gọi là độ chói

Để đặc trưng cho các quan hệ của nguồn, kể cả sơ cấp lẫn thứ cấp, đối với mắt cần phải thêm vào các cường độ sáng cách suốt hiện ánh sáng

Độ chói theo một hướng cho trước của nguồn sáng là tỉ số giữa cường độ ánh sáng theo hướng 𝛼 trên diện tích biểu kiến của nguồn sáng :

𝐿𝛼 = 𝑑𝐼𝛼

𝑑𝐴𝛼

Trong đó:

- 𝐼𝛼 : cường độ sáng theo hướng

- 𝐴𝛼 : diện tích biểu kiến khi nhìn nguồn

Huy độ hay độ chói là một đại lượng rất quan trọng, vì nó tác dụng trực tiếp lên mắt người [1]

𝐼𝐴 = d∅

𝑑𝜔Đơn vị candela (cd)

Góc khối : góc tạo bởi bề mặt nón, có giá trị: 𝑑𝜔=ds/r2

Trong đó:

- ds: diện tích bề mặt cầu mà gọc khối tựa lên

- r: bán kính hình cầu

Đơn vị góc khối: rad, góc khối lớn nhất: 4𝜋

Nguồn đối xứng: cường độ ánh sáng phân bố đối xứng qua một trục nào đó

Độ đồng đều chiếu sáng

Ký hiệu: U

Mức độ đồng đều của độ rọi là tỉ số của giá trị độ rọi tối thiểu và giá trị độ rọi trung bình Độ rọi phải thay đổi dần dần Vùng làm việc phải được chiếu sáng đồng đều nhất có thể Mức độ đồng đều của độ rọi vùng làm việc không được nhỏ hơn 0,7 Mức độ đồng đều của độ rọi xung quanh lân cận vùng làm việc không được nhỏ hơn 0,5 [2]

Hình 1.5.Độ đồng đều chiếu sáng

Chỉ số hoàn màu

Chỉ số hoàn màu được ký hiệu là CRI (color rendering index) phản ánh độ trung

Ánh sáng mặt trời (ánh sáng ban ngày) là có chỉ số hoàn màu cao nhất, Ra = 100 Nguồn sáng đèn đường cao áp Natri có chỉ số hoàn màu thấp Ra = 26 Nguồn sáng huỳnh quang cho chỉ số hoàn mầu Ra > 70, loại chất lượng cao (đèn huỳnh quang 3 phổ của Rạng Đông) có chỉ số hoàn màu Ra > 84

Chỉ số hoàn màu thấp sẽ phản ánh sai lệch màu sắc của vật Chẳng hạn dưới ánh sáng đèn cao áp Natri, màu hồng sặc sỡ của bông hoa hồng sẽ biến thành màu đỏ sẫm [2]

Hình 1.6.Chỉ số hoàn màu

Hiệu suất ánh sáng

Là hiệu quả phát sáng của bóng đèn, bằng tỷ số giữa quang thông của bóng đèn và công suất tiêu thụ Đèn có hiệu suất phát sáng cao là đèn cho quang thông lớn mà tiêu thụ năng lượng điện ít [2]

Đơn vị: lm/W

Các hình thực chiếu sáng

Chiếu sáng trực tiếp: Hơn 90% ánh sáng được chiếu xuống dưới, vì thế ánh sáng ít

bị tường hoặc sàn hấp thụ nhưng tạo nên bóng râm Kiểu chiếu sáng này thích hợp với chiếu sáng bên ngoài (trực tiếp, tăng cường) cho các phân xưởng và cho các văn phòng có diện tích lớn

Chiếu sáng bán trực tiếp: Từ 60% đến 90% ánh sáng chiếu xuống dưới Kiểu chiếu

sáng này thích hợp với các văn phòng, nhà ở và nhà hàng

Chiếu sáng hỗn hợp: Từ 40% đến 60% ánh sáng chiếu xuống dưới, nó chỉ được sử

dụng cho những địa điểm có các bề mặt phản chiếu tốt

Chiếu sáng bán gián tiếp: Từ 10% đến 40% ánh sáng chiếu xuống dưới Không gây

chói lóa, sấp bóng và tạo môi trường dễ chịu Phù hợp chiếu sáng trong văn phòng, nhà ở

và một số không gian sinh hoạt, giao tiếp chung

Chiếu sáng gián tiếp: Hơn 90% ánh sáng chiếu lên trên Chiếu sáng có hiệu quả thấp

nhất, nhưng tiện nghi nhìn tốt, không chói và sấp bóng [2]

Nhiệt độ màu của ánh sáng

Ánh sáng trắng được định nghĩa như ánh sáng có phổ năng lượng liên tục trong miền bức xạ nhìn thấy Để đặc trưng hơn khái niệm về ánh sáng “trắng” theo đó tập trung các bức xạ màu đỏ hoặc màu xanh da trời, ta gắn cho nó khái niệm về “nhiệt độ màu” tính bằng đơn vị Kelvin

Hình 1.8 Biểu đồ Kruithof

Chọn nhiệt độ màu của ánh sáng theo tiêu chuẩn tiện nghi Kruithof Nhiệt độ màu T

là nhiệt độ của vật đen lý tưởng phát sáng khi đột nóng ở nhiệt độ cao [2]

Hình 1.9.Nhiệt độ màu

1.2 Các yêu cầu về thiết kế chiếu sáng

Khi thực hiện thiết kế chiếu sáng, chúng ta cần tham khảo về các yêu cầu sau:

- Đáp ứng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7114-1:2008: về các chỉ tiêu và chất lượng ánh sáng

- Đáp ứng quy chuẩn Việt Nam QCVN 09:2013: về sử dụng năng lượng hiệu quả trong các công trình xây dựng

1.3 Phương pháp tính toán chiếu sáng

Các vấn đề chung khi thiết kế chiếu sáng

Các yêu cầu đối với hệ thống chiếu sáng

Các vật được chiếu sáng phải có huy độ ( độ chói) vừa đủ để phát hiện và phân biệt chúng

Đảm bảo không có sự khác biệt lớn giữa huy độ bề mặt làm việc và không gian xung quanh

Độ rọi (độ sáng) không đổi trên bề mặt làm việc theo thời gian

Không có các vết tối lớn trên bề mặt làm việc và khi chiếu sáng vật nối cho phép ta phân biệt thể tích và hình dạng chúng

Đảm bảo trong tầm nhìn không có những mặt chói lớn [1]

Xác định nguồn sáng

Chọn nguồn sáng theo các tiêu chuẩn sau đây:

- Nhiệt độ màu được chọn theo biểu đồ Kruithof

+ Chung đều: khoảng cách các đèn trong 1 dãy và giữa các dãy được đặt đều nhau Sự phân bố đều được sử dụng trong các trường hợp khi cần có các điều kiện chiếu sáng giống nhau trên diện tích phòng

+ Khu vực: khi cần phải thêm những phần chiếu sáng, mà những phần này chiếm diện tích khá lớn hoặc theo điều kiện làm việc không thể sử dụng

các bộ phận chiếu sáng tại chỗ, thì người ta dùng phương thức chiếu sáng khu vực Các đèn được chọn lựa theo hướng phân bố có lợi của quang thông và khắc phục các bóng tối trên bề mặt được chiếu do các công cụ máy móc đặt sát gần nhau

- Hệ chiếu sáng hỗn hợp: Gồm các đèn được đặt trực tiếp tại chỗ làm việc, dùng

để chiếu sáng chỗ làm việc và các đèn chiếu sáng chung dùng để khắc phục

sự phân bố không đều của huy độ trong tầm nhìn và thiết bị, tạo một độ rọi cần thiết tại các lối đi trong phòng [1]

Giá trị độ rọi yêu cầu

Độ rọi được chọn phải đảm bảo nhìn rõ mọi chi tiết mà mắt nhìn không bị mệt mỏi Việc xác định độ rọi phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Loại công việc, kích thước các vật, sự sai biệt của vật và hậu cảnh

- Mức độ căng thẳng của công việc

- Lứa tuổi người sử dụng

- Hệ chiếu sáng, loại nguồn sáng lựa chọn [1]

Chọn hệ số bù d.

Trong thiết kế chiếu sáng cần phải chú ý trong quá trình vận hành của hệ chiếu sáng, giá trị độ rọi trên mặt phẳng làm việc giảm Những nguyên nhân chính làm giảm độ rọi E là: giảm quang thông của nguồn sáng trong quá trình làm việc, giảm hiệu suất của đèn khi TBCS, tường, trần bị bẩn Như vậy, khi tính công suất nguồn sáng để đảm bảo giá trị tiêu chuẩn trên mặt phẳng làm việc trong quá trình vận hành của TBCS cần phải cho thêm một

hệ số tính đến sự giảm độ rọi E Hệ số đó gọi là hệ số dự trữ k (Liên Xô cũ) hay hệ số bù d (Pháp)

Hệ số bù d phụ thuộc vào :

- Hệ số suy giảm quang thông

- Hệ số suy giảm do các bề mặt phản xạ bị bẩn [1]

Phương pháp hệ số sử dụng

Khái niệm

Đây là phương pháp tính khá chính xác, thường được áp dụng cho các đối tượng quan trọng, nơi có độ sáng cao, có dạng hình hộp Tuy nhiên, ta có thể sử dụng phương pháp này để tính toán các dạng phòng khác, nếu quy đổi tương đương về dạng hình hộp

Các bước tính toán chiếu sáng

Bước 1: Xác định các thông số của khu vực cần thiết kế chiếu sáng:

Bước 3: Độ rọi yêu cầu: Etc = (lux)

Xác định theo tiêu chuẩn : TCVN 7114 -1 -2008 “ Ecgônômi ”- chiếu sáng nơi làm việc

Bước 4: Chọn hệ chiếu sáng: Bước 5: Chọn khoảng nhiệt độ màu: Tm = (K)

Xác định theo đồ thị đường cong Kruithof

Chiều cao đèn so với bề mặt làm việc: htt = (m)

Bước 9: Chỉ số địa điểm:

K = 𝑎∗𝑏

ℎ 𝑡𝑡 ∗(𝑎+𝑏) =

Bước 10 Hệ số bù:

Chọn hệ số suy giảm quang thông: 𝛿1 =………

Chọn hệ số suy giảm do bám bụi : 𝛿2 =…………

Bước 18 Xác định phụ tải chiếu sáng:

Công suất tác dụng tính toán:

CHƯƠNG 2 Thiết kế chiếu sáng công nghiệp

2.1 Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng công nghiệp

Đối với chiếu sáng công nghiệp, khi tiến hành thiết kế, chúng ta cần tuân theo các tiêu chuẩn Sau đây là các tiêu chuẩn Việt Nam về thiết kế chiếu sáng

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7114-1:2008

Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu chiếu sáng nơi làm việc trong nhà và cho người làm việc thực hiện các công việc thị giác hiệu quả, thoải mái và an toàn suốt thời gian làm việc Tiểu chuẩn này không giải thích các giải pháp thiết kế và tối ưu hệ thống chiếu sáng hoặc kỹ thuật chiếu sáng như thế nào cho từng nơi làm việc cụ thể Có thể tìm thấy trong các hướng dẫn và báo cáo của CIE có liên quan tới vấn đề này

Các yêu cầu chiếu sáng

Các yêu cầu chiếu sáng đối với các loại phòng và hoạt động được khuyến nghị trong các bảng Bảng dưới là trích dẫn các yêu cầu về lĩnh vực công nghiệp xi măng, bê tông và gạch [3]

4 Công nghiệp xi măng, bê tông & gạch

Loại phòng, công việc hoặc hoạt

động

E m

(Lux) URG L Ra Ghi chú

phải rõ ràng Chuẩn bị nguyên liệu, làm việc ở

- Em (Lux): độ rọi yêu cầu

- URGL: giới hạn độ chói lóa

- Ra: chỉ số hoàn màu

Quy chuẩn Việt Nam QCVN 09:2013

Đối tượng áp dụng:

Quy chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật bắt buộc phải tuân thủ đối với mọi tổ chức, cá nhân có các hoạt động liên quan đến các các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả

Phạm vi điều chỉnh:

Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả” quy định những yêu cầu kỹ thuật bắt buộc phải tuân thủ khi thiết kế, xây dựng mới hoặc cải tạo các công trình dân dụng (văn phòng, khách sạn, bệnh viện, trường học, thương mại, dịch vụ, chung cư) có tổng diện tích sàn từ 2500 m2 trở lên

Chiếu sáng trong QCVN 09:2013:

Phạm vi áp dụng:

Mục này quy định những giá trị giới hạn công suất chiếu sáng tối đa được dùng cho

hệ thống chiếu sáng công trình, cũng như quy định các giá trị giới hạn về hiệu suất cho phép của những thiệt bị chiếu sáng thông dụng (đèn và chấn lưu) và hệ thống điều khiển chiếu sáng Các trường hợp sau đây không nằm trong các yêu cầu của mục này:

- Chiếu sáng dành cho các hoạt động biểu diễn, làm chương trình truyền hình, các phần trong khu giải trí như phòng khiêu vũ trong khách sạn, vũ trường, những khu vực mà chiếu sáng là một yếu tố kỹ thuật quan trọng cho chức năng trình diễn

- Chiếu sáng đặc biệt chuyên dùng cho y tế

- Chiếu sáng đặc biệt dùng cho các phòng thí nghiệm nghiên cứu

- Chiếu sáng an toàn được tắt mở tự động trong quá trình vận hành

- Chiếu sáng vùng an ninh đặc biệt theo yêu cầu của luật pháp Nhà nước hoặc quy định của chính quyền địa phương

- Vùng an toàn hoặc an ninh cho con người cần có chiếu sáng bổ sung

Độ rọi nhỏ nhất:

Độ rọi (lux) nhỏ nhất cho các không gian chức năng phải đảm bảo theo yêu cầu của

Mật độ công suất chiếu sáng tối đa:

Mật độ công suất chiếu sáng tính trung bình (LPD) cho toàn bộ công trình không được vượt quá mức tối đa cho phép nêu trong bảng Mật độ công suất chiếu sáng trung bình của tòa nhà được tính bằng tổng số công suất chiếu sáng công trình chia cho tổng diện tích

Khu đỗ xe ở ngoài nhà hoặc đỗ xe mở (chỉ có mái) 1.6

Bảng 2.2: Yêu cầu về mật độ công suất chiếu sáng LPD

Các dạng công trình khác có quy mô thuộc diện điều chỉnh của Quy chuẩn mà không

có trong dánh sách ở bảng thì được lấy trị số mật độ công suất chiếu sáng tối đa tới 13 W/m2 [4]

Chỉ tiêu và chất lượng chiếu sáng

Căn cứ theo TCVN 7114-2008 và QCVN 09:2013 ta có bảng chỉ tiêu và chất lượng chiếu sáng công nghiệp như sau:

STT Không gian chức năng Độ rọi Chỉ số

hoàn màu

Mật độ công suất

Bảng 2.3: Bảng chỉ tiêu và chất lượng chiếu sáng

Trong bảng 2.3:

- Độ rọi và chỉ số hoàn màu lấy theo tiêu chuẩn TCVN 7114-2008

- Mật độ công suất lấy theo quy chuẩn QCVN 09:2013

2.2 Thiết kế chiếu sáng các khu vực trong công nghiệp

Thiết kế chiếu sáng cho khu vực dây chuyền nhà máy

Dây chuyền sản xuất là những nơi có cường độ làm việc cao, đòi hỏi sự tập trung chú ý Chiếu sáng đúng sẽ giúp cho công nhân dễ dàng thao tác, nhận biết lỗi sản phẩm Nên sử dụng các bộ đèn chuyên dụng giúp tập trung ánh sáng, đảm bảo độ rọi Lựa chọn các nguồn sáng có chỉ số hoàn màu cao, hiệu suất cao, tiết kiệm điện và tuổi thọ cao giúp giảm thiểu thay thế, hạn chế ngắt quãng dừng sản xuất

a Yêu cầu thiết kế:

Theo bảng 2.3: bảng chỉ tiêu chất lượng chiếu sáng ta có các yêu cầu sau:

- Độ rọi trung bình (lux) > 750 lux

d Tính toán thiết kế chiếu sáng theo phương pháp hệ số sử dụng

Bước 1: Xác định các thông số của khu vực cần thiết kế chiếu sáng:

Chiều dài a = 17.5 (m)

Chiều rộng b = 5.5 (m)

Chiều cao H = 4 (m)

Diện tích S = 96.25 (m2)

Bước 2: Xác định các hệ số phản xạ:

Trần: trắng

Hệ số phản xạ trần: ρtr = 0.8 Tường: vàng nhạt

Hệ số phản xạ tường: ρtg = 0.7 Sàn: xám đậm

Hệ số phản xạ sàn: ρlv = 0.1

Bước 3: Độ rọi yêu cầu: Etc = 750 (lux)

Bước 4: Chọn hệ chiếu sáng: Chung đều

Bước 5: Chọn khoảng nhiệt độ màu: Tm = 5000 (K) theo đồ thị đường cong Kruithof

Chiều cao đèn so với bề mặt làm việc: htt = 2.2 (m)

Bước 9: Chỉ số địa điểm:

Bước 18 Xác định phụ tải chiếu sáng:

Công suất tác dụng tính toán:

Thiết kế chiếu sáng cho khu vực kho

Yêu cầu của chiếu sáng nhà kho là đảm bảo tính an toàn, phân biệt rõ hàng hóa sản phẩm và tiết kiệm điện

a) Yêu cầu thiết kế

Theo bảng 2.3: bảng chỉ tiêu chất lượng chiếu sáng ta có các yêu cầu sau:

- Độ rọi trung bình (lux) > 100 lux

d) Tính toán thiết kế chiếu sáng theo phương pháp hệ số sử dụng

Bước 1: Xác định các thông số của khu vực cần thiết kế chiếu sáng:

Chiều dài a = 21 (m)

Chiều rộng b = 12 (m)

Chiều cao H = 4 (m) Diện tích S = 252 (m2)

Bước 2: Xác định các hệ số phản xạ:

Trần: trắng

Hệ số phản xạ trần: ρtr = 0.7 Tường: xám sáng

Hệ số phản xạ tường: ρtg = 0.5 Sàn: xám đậm

Hệ số phản xạ sàn: ρlv = 0.1

Bước 3: Độ rọi yêu cầu: Etc = 100 (lux)

Bước 4: Chọn hệ chiếu sáng: Chung đều

Bước 5: Chọn khoảng nhiệt độ màu: Tm = 3000 (K) theo đồ thị đường cong Kruithof

Số đèn/1 bộ: 2 Quang thông các bóng trên 1/bộ: 3400 (lm)

Bước 8: Phân bố các bộ đèn

Cách trần: h’= 0 (m)

Bề mặt làm việc: hlv = 0.8 (m)

Chiều cao đèn so với bề mặt làm việc: htt = 3.2 (m)

Bước 9: Chỉ số địa điểm:

Bước 18 Xác định phụ tải chiếu sáng:

Công suất tác dụng tính toán:

Thiết kế chiếu sáng cho khu vực chung nhà máy

Tạo năng suất và an toàn là ưu tiên hàng đầu của khu sản xuất Việc phân bố ánh sáng hợp lý sẽ tăng hiệu quả làm việc, chống chói lóa, giảm mệt mỏi và hạn chế nguy cơ tai nạn lao động

Sử dụng sản phẩm chiếu sáng chất lượng cao sẽ giảm chi phí bảo dưỡng, giảm tần suất ngưng trệ sản xuất do sự cố liên quan đến chiếu sáng Cần có hệ thống chiếu sáng sự

cố và các đèn chỉ dẫn thoát hiểm để đảm bảo an toàn

a) Yêu cầu thiết kế

Theo bảng 2.3: bảng chỉ tiêu chất lượng chiếu sáng ta có các yêu cầu sau:

- Độ rọi trung bình (lux) > 200 lux

d) Tính toán thiết kế chiếu sáng theo phương pháp hệ số sử dụng

Bước 1: Xác định các thông số của khu vực cần thiết kế chiếu sáng:

Chiều dài a = 54 (m) Chiều rộng b = 21 (m) Chiều cao H = 8 (m) Diện tích S = 1134 (m2)

Bước 2: Xác định các hệ số phản xạ:

Trần: trắng

Hệ số phản xạ trần: ρtr = 0.7 Tường: xám sang

Hệ số phản xạ tường: ρtg = 0.5 Sàn: xám đậm

Hệ số phản xạ sàn: ρlv = 0.1

Bước 3: Độ rọi yêu cầu: Etc = 200 (lux)

Bước 4: Chọn hệ chiếu sáng: Chung đều Bước 5: Chọn khoảng nhiệt độ màu: Tm = 3000 (K) theo đồ thị đường cong Kruithof

Bước 6: Chọn bóng đèn: led highbay

Mã hiệu : D HB02L 430/150W

Tm = 3000 (K)

Pd = 150 (W)

Φđ = 15000 (lm) Ra=80

Bước 7: Chọn bộ đèn:D HB02L 430/150W Hiệu suất, cấp bộ đèn: 1

Số đèn/1 bộ: 1 Quang thông các bóng trên 1/bộ: 15000 (lm)

Bước 8: Phân bố các bộ đèn

Cách trần: h’= 2 (m)

Bề mặt làm việc: hlv = 0.8 (m) Chiều cao đèn so với bề mặt làm việc: htt = 5.2 (m)

Bước 9: Chỉ số địa điểm:

Bước 15 Kiểm tra sai số quang thông

𝑛 = 7.7 Khoảng cách giữa các đèn theo chiều b: Ib = 𝑏

𝑚 = 7

Bước 18 Xác định phụ tải chiếu sáng:

Công suất tác dụng tính toán:

2.3 Thiết kế chiếu sáng sử dụng phần mềm Dialux

Giới thiệu về phần mềm Dialux

DIALux là phần mềm thiết kế chiếu sáng độc lập, được tạo lập bởi công ty DIAL GmbH – Đức và cung cấp miễn phí cho người có nhu cầu Phần mềm thiết kế chiếu sáng Dialux bao gồm 2 phần:

Phần DIALux 4.2 Light Wizard:

Đây là một phần riêng biệt của DIALux từng bước trợ giúp cho người thiết kế dễ dàng và nhanh chóng thiết lập một dự án chiếu sáng nội thất Kết quả chiếu sáng nhanh chóng được trình bày và kết quả có thể được chuyển thành tập tin PDF hoặc chuyển qua dự

án chiếu sáng DIALux để DIALux có thể thiết lập thêm các chi tiết cụ thể chính xác với đầy đủ các chức năng trình bày

Phần DIALux 4.2:

Đây là phần chính và là toàn bộ phần mềm thiết kế chiếu sáng DIALux

Từ phần DIALux 4.2 bạn có thể chọn để vào nhiều phần khác nhau:

- Phần trợ giúp thiết kế nhánh (wizards) cho chiếu sáng nội thất, chiếu sáng ngoại thất và chiếu sáng giao thông

- Phần thiết kế mới một dự án chiếu sáng nội thất

- Phần thiết kế mới một dự án chiếu sáng ngoại thất

- Phần thiết kế mới một dự án chiếu sáng giao thông

DIALux tính toán chiếu sáng chủ yếu theo các tiêu chuẩn châu Âu như EN 12464, CEN 8995

DIALux cho phép chèn và xuất tập tin DWG hoặc DXF

DIALux có thể chèn nhiều vật dụng, vật thể các mẫu bề mặt cho thiết kế sinh động

và giống với thực tế hơn

Với chức năng mô phỏng và xuất thành ảnh, phim DIALux có hình thức trình bày khá ấn tượng

DIALux là phần mềm độc lập, tính toán được với thiết bị của nhiều nhà sản xuất thiết bị chiếu sáng khác nhau với điểu kiện các thiết bị đã được đo đạc sự phân bố ánh sáng

và có tập tin dữ liệu phân bố ánh sáng để đưa vào DIALux

Các bước thiết lập cơ bản để tính toán

Bước 1: Chọn hạng mục và nhập kích thước đối tượng cần tính toán chiếu sáng Bước 2: Thiết lập các hệ số cho đối tượng tính toán

Bước 3: Chọn loại đèn, tiến hành bố trí trên không gian đã tạo

Bước 4: Sau khi đã bố trí đèn, tiến hành tính toán và xuất kết quả chiếu sáng của đối tượng thiết kế

2.4 Áp dụng Dialux thiết kế chiếu sáng

Sử dụng dữ liệu thiết kế của các khu vực tại mục 2.2 để tính toán chiếu sáng bằng phần mềm Dialux