Nội dung

Bé GI¸O DôC §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC D¢N LËP H¶I PHßNG ThiÕt kÕ hÖ thèng cung cÊp ®iÖn chiÕu s¸ng cho cÇu bÝnh – h¶i phßng §å ¸n tèt nghiÖp §¹i häc ChÝnh Quy HÖ Liªn Th«ng Ngµnh : ®iÖn c«ng nghiÖp 2009 H¶I phßng – 2006 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 1 Chƣơng I: TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG .......................................................... 2 1.1. LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG VÀ VAI TRÕ CỦA CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ .................... 2 1.1.1. Lịch sử chiếu sáng ......................................................................... 2 1.1.2. Vai trò của chiếu sáng đô thị ......................................................... 3 1.2. CÁC ĐẠI LƢƠNG CƠ BẢN ĐO ÁNH SÁNG..................................................... 4 1.2.1. Góc khối (còn gọi là góc dặc hay góc nhìn) .................................. 4 1.2.2. Thông lƣợng năng lƣợng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy .............. 5 1.2.3. Quang thông ................................................................................... 6 1.2.4. Quang hiệu ..................................................................................... 8 1.2.5. Cƣờng độ sáng ............................................................................... 9 1.2.6. Độ rọi ........................................................................................... 10 1.2.7. Độ sáng (hay còn gọi là độ trƣng) ............................................... 11 1.2.8. Độ chói ........................................................................................ 12 1.2.9. Nhiệt độ màu ................................................................................ 14 1.2.10. Độ hoàn màu (chỉ số thể hiện màu) ........................................... 16 1.3. CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG HỌC VÀ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG................................................................................................................. 18 1.3.1. Sự phản xạ.................................................................................... 18 1.3.2. Sự truyền xạ ................................................................................. 19 1.3.3. Sự khúc xạ ................................................................................... 21 1.3.4. Sự che chắn .................................................................................. 22 1.3.5. Sự hấp thụ .................................................................................... 22 Chƣơng II: CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG .............................. 24 2 2.1. SƠ LƢỢC VỀ LỊCH SỬ CÁC PHƢƠNG PHÁP, TRÌNH TỰ THIẾT KẾ .............. 24 2.2. PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ R .............................................................................. 25 2.2.1. Các thông số hình học bố trí đèn ................................................. 27 2.2.2. Các phƣơng án bố trí đèn ............................................................. 30 2.2.3. Xác định khoảnh cách cực đại giữa các đèn ................................ 32 2.2.4. Hệ số sử dụng fu, quang thông của bộ đèn Φtt............................ 33 2.2.5. Chọn công suất và bộ đèn ............................................................ 36 2.2.6. Kiểm tra trị số tiện nghi chói lóa ................................................. 37 2.2.7. Chiếu sáng vỉa hè ......................................................................... 38 2.3. PHƢƠNG PHÁP ĐỘ CHÓI ĐIỂM ................................................................... 39 2.3.1. Độ chói của 1 điểm trên mặt đƣờng ............................................ 40 2.3.2. Phân loại lớp phủ mặt đƣờng ....................................................... 41 2.3.3. Tính toán độ chói và độ rọi điểm ................................................. 43 Chƣơng III: THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CẦU BÍNH – HẢI PHÒNG ...................... 46 3.1. THIẾT KẾ LẮP ĐẶT ĐÈN TRÊN GIẢI PHÂN CÁCH TRUNG TÂM (PHƢƠNG ÁN 1) . 47 3.2. THIẾT KẾ LẮP ĐẶT ĐÈN HAI BÊN ĐƢỜNG ĐỐI DIỆN (PHƢƠNG ÁN 2) ....... 54 3.3. LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN LẮP ĐẶT ĐÈN...................................................... 57 3.4. LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TIẾT DIỆN DÂY DẪN ................................... 58 3.4.1. Lựa chọn máy biến áp .................................................................. 58 3.4.2. Lựa chọn tiết diện dây dẫn ........................................................... 60 3.5. PHÂN PHA ................................................................................................... 61 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 68 3 LỜI NÓI ĐẦU Theo suốt chiều dài lịch sử phát triển kỹ thuật, ngành kỹ thuật chiếu sáng tiến những bƣớc chậm chạp với nguồn sáng đơn sơ ban đầu bằng bó đuốc, ngọn nến, đèn dầu và nhanh chóng chuyển qua kỷ nguyên phát triển rực rỡ của thời kỳ ánh sáng điện. Ngày nay chiếu sáng đƣờng phố không chỉ để đẩy lùi bóng tối mà còn làm cho các đô thị sống động, hấp dẫn và tráng lệ khi về đêm. Góp phần nâng cao chất lƣợng cuộc sống cho ngƣời dân đô thị, thúc đẩy sự phát triển của thƣơng mại và du lịch. Việc chiếu sáng đƣờng giao thông không chỉ là mối quan tâm của Công ty chiếu sáng đô thị, các nhà thiết kế chiếu sáng mà còn là mối quan tâm chung của toàn xã hội. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, cùng với những kiến thức đƣợc học tại Trƣờng đại học Dân lập Hải Phòng và đƣợc sự tin tƣởng động viên của các thầy cô trong khoa bộ môn em đã nhận đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế cung cấp điện chiếu sáng cho cầu Bính - Hải Phòng” Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng của bản thân, đồng thời với sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trong bộ môn và đặc biệt đƣợc sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn Th.S Đặng Hồng Hải. Đến nay, em đã hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình. Song do thời gian làm đồ án có hạn, kiến thức còn hạn chế, nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy em kính mong nhận đƣợc sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để đồ án đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thự hiện: Nguyễn Duy Thanh 4 Chƣơng I TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG 1.1. LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG VÀ VAI TRÒ CỦA CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ 1.1.1. Lịch sử chiếu sáng Từ thời kỳ sơ khai con ngƣời đã biết tạo ra ánh sáng từ lửa, tuy nhiên lúc đó con ngƣời dùng lửa với tƣ cách là nguồn nhiệt chứ không phải là nguồn sáng. Trải qua một thời kỳ dài của lịch sử con ngƣời mới phát minh ra loại đèn thắp sáng bằng chất khí. Sau khi nhà hoá học ngƣời áo K.Auer phát minh ra đèn măng sông chế tạo bằng chất chịu đƣợc nhiệt độ cực cao dã cho ánh sáng trắng khi đốt cháy trong ngọn lửa chất khí thì đèn măng sông trở nên phổ biến khắp các thành phố lớn trên thế giới, đến nỗi tƣởng nhƣ không có loại đèn nào có thể thay thế đƣợc. Tuy nhiên cuối thế kỷ 19 ngƣời ta bắt đầu nhận thấy ƣu điểm khi thắp sáng bằng điện. Cho đến nay ngƣời ta vẫn chƣa biết chính xác ai là ngƣời đầu tiên chế tạo ra chiếc đèn điện đầu tiên. Tuy nhiên để điến chiếc bóng đèn hoàn thiện nhƣ ngày nay chắc chắn phải có sự cống hiến của nhiều nhà khoa học, trong đó ngƣời có công nhất là ngƣời đã đăng ký bản quyền phát minh đầu tiên về bóng đèn dây tóc vào năm 1878 là Thomat Edison - một nhà phát minh nổi tiếng của Mỹ. để ghi nhận công lao và sự nỗ lực của ông trong việc đem ánh sáng đến cho nhân loại mà ngày nay ngƣời ta tƣởng nhớ ông nhƣ là cha đẻ của mọi loại bóng đèn sợi đốt. Đêm 24/ 12/ 1879 Edison mời hàng trăm ngƣời thuộc đủ mọi thành phần trong xã hội ở thành phố New York tới dự bữa tiệc tại nhà ông nhằm quảng cáo sản phẩm đèn điện do ông chế tạo lần đầu tiên. Tại bữa tiệc này ông cho thắp sáng hàng loạt bóng đèn ở tất cả khu nhà ở, xƣởng máy, phòng thí nghiệm và sân vƣờn. Kết quả bữa tiệc đã giúp ông nhận đƣợc sự tài trợ của 5 chính quyền cho đề án thắp sáng thành phố. Cuối cùng, đến 5h sáng ngày 04/09/1882 hàng trăm ngọn đèn trên các phố đồng loạt bật sáng làm cả một góc thành phố New York tràn ngập ánh sáng điện, đánh dấu thời khắc lịch sử ánh sáng điện chinh phục bóng đêm. Đây cũng đƣợc xem là thời điểm ra đời của ngành chiếu sáng đô thị. Tại Việt Nam trƣớc đây, chiếu sáng đô thị đƣợc xây dựng trên cơ sở lƣới đèn chiếu sáng công cộng đƣợc xây dựng từ thời Pháp thuộc, chủ yếu dùng bóng đèn sợi tóc. Đến năm 1975, những ngọn đèn cao áp đầu tiên đƣợc lắp đặt đầu tiên tại quảng trƣờng Ba Đình và lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh. Ngoài chiếu sáng đƣờng phố, các loại chiếu sáng khác của đô thị nhƣ chiếu sáng công viên, vƣờn hoa, chiếu sáng cảnh quan các công trình kiến trúc văn hoá, lịch sử, thể thao, chiếu sáng tƣợng đài … hầu nhƣ chƣa có gì. Hội nghị chiếu sáng đô thị lần thứ nhất (4/ 1992) là một cuộc khởi đầu cho sự phát triển của ngành chiếu sáng đô thị tại Việt Nam. Thực trạng chiếu sáng đô thị lúc bấy giờ vẫn còn rất kém, lạc hậu so với các đô thị trong khu vực. Sau hội nghị chiếu sáng đô thị toàn quốc lần thứ hai (12/1995) tổ chức tại Đà Nẵng, cùng với sự phát triển vƣợt bậc của ngành kinh tế, lĩnh vực chiếu sáng đô thị ở nƣớc ta dã thực sự hình thành và phát triển. Hiện nay chúng ta đã có hội chiếu sáng đô thị Việt Nam. 1.1.2. Vai trò của chiếu sáng đô thị Tại các nƣớc đang phát triển, điện năng dùng cho chiếu sáng chiếm từ 8 đến 13% tổng điện năng tiêu thụ. Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm nhiều thành phần khác nhau, trong đó có thể kể đến chiếu sáng phục vụ giao thông, chiếu sáng các cơ quan chức năng của đô thị … Chiếu sáng đƣờng phố tạo ra sự sống động, hấp dẫn và tráng lệ cho các đô thị về đêm. Góp phần nâng cao chất lƣợng cuộc sống cho ngƣời dân đô thị, thúc đẩy sự phát triển thƣơng mại và du lịch. Đặc biệt, hệ thống chiếu sáng trang trí còn tạo ra không khí lễ hội, sự khác biệt về cảnh quan của các đô thị 6 trong các dịp lễ tết và các ngày kỷ niệm lớn hoặc trong thời điểm diễn ra các hoạt động trính trị, văn hoá xã hội cũng nhƣ sự kiện quốc tế. Trong điêù kiện thiếu hụt về điện năng của nƣớc ta, đã có những lúc, những nơi chiếu sáng quảng cáo bị cho là phù phiếm, lãng phí và không hiệu quả. Điều này xuất phát từ góc độ tiêu thụ năng lƣợng mà chƣa nhận thức đƣợc vai trò của chiếu sáng đô thị. Do đó cần có sự đánh gía chính xác và khách quan về hiệu quả mà chiếu sáng đem lại không chỉ về mặt kinh tế, mà còn cả trên bình diện văn hoá - xã hội. Không chỉ nhìn nhận những hiệu quả trực tiếp trƣớc mắt mà còn có hiệu quả gián tiếp về lâu dài mà chiếu sáng đem lại trong việc quảng bá, thúc đẩy sự phát triển thƣơng mại, dịch vụ và du lịch. Chỉ có nhƣ vậy, hệ thống chiếu sáng đô thị mới có thể phát triển và duy trì một cách bền vững, dóng một vai trò ngày một xứng đáng trong các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị. 1.2. CÁC ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN ĐO ÁNH SÁNG [3] 1.2.1. Góc khối (còn gọi là góc đặc hay góc nhìn) Khái niệm: xét một đƣờng cong kín bất kỳ (L). Từ một điểm O trong không gian ta vẽ các đƣờng thẳng tới mọi điểm trên đƣờng cong (L) gọi là các đƣờng sinh. Khi đó phần không gian giới hạn bởi các đƣờng sinh này đƣợc gọi là góc khối nhìn đƣờng cong (L) từ đỉnh O. Độ đo của góc khối là diện tích phần mặt cầu có bán kính r = 1, tâm tại điểm O bị cắt bởi góc khối trên. Ký hiệu góc khối : Ω (đọc là Ômega). Đơn vị : Sr (steradian) Steradian là góc khối mà dƣới góc đó ngƣời quan sát đứng ở tâm O của một quả cầu R= 1m thì nhìn thấy diện tích D= 1m2 trên mặt cầu. Ý nghĩa: Góc khối là góc trong không gian, đặc trƣng cho góc nhìn (tức là từ một điểm nào đó nhìn vật thể dƣới một góc khối). Trong kỹ thuật chiếu sáng, góc khối biểu thị cho không gian mà nguồn sáng bức xạ năng lƣợng của nó. 7 O r=1 Ω= S L Hình 1.1 Định nghĩa góc khối 1.2.2. Thông lƣợng năng lƣợng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy Năng lƣợng điện cung cấp cho nguồn sáng không phải biến đổi hoàn toàn thành ánh sáng mà biến đổi thành nhiều dạng năng lƣợng khác nhau nhƣ hoá năng, bức xạ nhiệt, bức xạ điện từ. Các bức xạ ánh sáng chỉ là một phần của bức xạ điện từ do nguồn phát ra. Dƣới góc độ chiếu sáng ta chỉ quan tâm đến năng lƣợng bức xạ ánh sáng nhìn thấy mà thôi, do đó ngƣời ta đƣa ra khái niệm thông lƣợng năng lƣợng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy, đó là phần năng lƣợng bức xạ thành ánh sáng của nguồn sáng trong một giây theo mọi hƣớng đƣợc xác định theo các công thức: 2 Phổ ánh sáng liên tục: W ( ).d với 380nm ≤ λ1, λ2 ≤ 780nm 1 Phổ ánh sáng ban ngày (loại phổ liên tục): 780 nm W ( ).d 380 nm Phổ ánh sáng rời rạc (quang phổ vạch): n P( i ) i 1 Trong đó: + W(λ) là phân bố phổ năng lƣợng của nguồn sáng (W/ nm). + P(λi) là mức năng lƣợng của tia đơn sắc thứ i phát ra từ nguồn sáng (W) + λi là bƣớc sóng của tia đơn sắc thứ i thoả mãn 380nm ≤ λi ≤ 780nm. + Đơn vị đo của thông lƣợng là (W) 8 1.2.3. Quang thông Khái niệm: Thông lƣợng năng lƣợng 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 đƣợc quan tâm. Thật vậy, giả sử có hai tia sáng đơn sắc màu đỏ (λ = 700nm) và màu vàng (λ = 577nm) có cùng mức năng lƣợng tác động đến mắt ngƣời thì kết quả nhận đƣợc là mắt ngƣời cảm nhận tia màu đỏ tốt hơn màu vàng. Điều này có thể giải thích là do sự khúc xạ qua mắt (vai trò là thấu kính hội tụ) khác nhau: các tia sáng có λ bé bị lệch nhiều và hội tụ trƣớc võng mạc, các tia sáng có λ lớn thì lại hội tụ sau võng mạc. Chỉ có tia λ = 555nm (vàng) là hội tụ ngay trên võng mạc. Trên cơ sở này ngƣời ta xây dựng đƣờng cong hiệu quả ánh sáng V(λ) của mắt ngƣời (hình 1.2). Đƣờng cong 1 ứng với thị giác ban ngày và đƣờng cong 2 ứng với thị giác ban đêm. 2 1 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 400 450 500 550 600 650 700nm Hình 1.2 Nhƣ vậy rõ ràng thông lƣợng năng lƣợng không thể dùng trong kỹ thuật chiếu sáng phục vụ con ngƣời, do đó ngƣời ta phải đƣa ra một đại lƣợng 9 mới trong đó ngoài W(λ) còn phải kể đến đƣờng cong V(λ), đại lƣợng này gọi là quang thông và đƣợc xác định nhƣ sau: Nguồn sáng phát quang phổ vạch ( đèn chiếu sáng): Ф = 683. n P( i ).V ( i ) i 1 Nguồn sáng đơn sắc: Ф = 683.P(λ).V(λ) với λ = const 2 Nguồn sáng có quang phổ liên tục: Ф = 683 W ( ).V ( ).d 1 Ánh sáng ban ngày Ф = 683 780 nm W ( ).V ( ).d 380 nm Trong các công thức trên: + n là tổng số tia sáng đơn sắc do nguồn phát ra. + P(λi) là mức năng lƣợng của tia đơn sắc thứ i (W). + W(λ) là phân bố phổ năng lƣợng của các tia sáng liên tục (W/nm) + λi là bƣớc sóng của tia đơn sắc thứ i (nm). + 683 lm/W là hằng số vật lý xuất phát từ định nghĩa đơn vị cƣờng độ sáng (Cadela), biểu thị sự chuyển đổi đơn vị năng lƣợng sang đơn vị cảm nhận thị giác. Giá trị 683 đƣợc đƣa vào để tạo ra giá trị tƣơng đƣơng với định nghĩa cũ của cadela. + λ1 và λ2 là giới hạn bƣớc sóng (cận dƣới và trên) của quang phổ liên tục. Ý nghĩa: Về bản chất, quang thông cũng chính là năng lƣợng nhƣng ở đây đơn vị tính không phải bằng Oát mà bằng Lumen. Đây là đại lƣợng rất quan trọng dùng cho tính toán chiếu sáng, thể hiện phần năng lƣợng mà nguồn sáng bức xạ thành ánh sáng ra toàn bộ không gian xung quanh. Để thấy rõ sự khác nhau giữa Oát và Lumen ta có sự so sánh sau: Giả sử có một nguồn công suất 1W biến đổi toàn bộ công suất này thành ánh sáng nhìn thấy. Nếu ánh sáng nó phát ra là một tia đơn sắc λ = 555nm (màu vàng) sẽ cho quang thông 683 lm nhƣng nếu ánh sáng phát ra là quang phổ liên tục với năng lƣợng phân bố đều thì quang thông khoảng 179 lm. 10