Chiếu sáng đô thị chiếu sáng đường trần phú

GVHD Huỳnh Ngọc Quang Đồ án Cung Cấp Điện Chiếu Sáng Đô Thị TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HềA KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN Giáo viên hướng dẫn Huỳnh Ngọc Quang Sinh viên thực hi[.]

GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện-Chiếu Sáng Đô Thị TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HềA KHOA: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN Giáo viên hướng dẫn: Huỳnh Ngọc Quang Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuõn Phỳ Lớp : CĐ-Điện 33B Nhiệm vụ thiết kế: Chiếu sáng đô thị : Chiếu sáng đường Trần Phú SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện-Chiếu Sáng Đơ Thị Lời Nói Đầu Nước ta giai đoạn phát triển nhanh chóng Do yêu cầu phát triển đất nước thị điện phát triển theo kịp nhu cầu điện Để đưa điên tới phụ tải cần sây dựng hệ thống cung cấp điện cho phụ tải Lĩnh vực cung cấp điện lĩnh vực nhiều việt phải làm Để đáp ứng nhu cầu ngày tăng sản xuất truyền tải điện nói chung, thiết kế cung cấp điện nói riêng Trường Cao Đẳng Cụng Nghiờp Tuy Hòa đào tạo đội ngũ cử nhân hệ thống điện để đáp ứng cho nhu cầu phỏt triờn xã hội ngày Trong nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp em chọn đề tài Chiếu Sáng Đô Thị Được sư hướng dẫn, giảng dạy nhiệt tình thầy cô ,cô giáo môn, đặc biệt thầy Huỳnh Ngọc Quang , em hoàn thành nhiệm vụ chọn Mặt dự cố gắn kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đồ án em cịn nhiền sai sót em mong bảo thầy Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, Huỳnh Ngọc Quang cựng cỏc thầy cô giỏo khỏc môn cung cấp điện SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện-Chiếu Sáng Đô Thị Phần TỔNG QUANG VỀ CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ 1.1 Bản chất ánh sáng Bản chất sóng - hạt ánh sáng: + Ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, sóng radio, sóng truyền hỡnh,…tất dạng lượng điện từ truyền khơng gian dạng sóng, giống xạ điện từ khác đặc trưng bước sóng λ, tần số ν, chu kỳ T với ν = 1/T c = ν.λ + Có thể chia bước sóng thành phạm vi sau, ta nhận thấy ánh sáng nhìn thấy dải hẹp từ 380nm-780nm: • Từ 3000 m đến 1000 m Sóng dài (LW = long wave) • Từ 1000 m đến 100 m Sóng trung (MW = medium wave) • Từ 100 m đến 10 m Sóng ngắn (SW = Short wave) • Từ 10 m đến 0,5 m Sóng vơ tuyến (FM) • Từ 0,5 m đến 1,0 mm Sóng rađa • Từ1000 àm đến 0,78 àm Sóng hồng ngoại • Từ 780 nm đến 380 nm Ánh sáng nhìn thấy • Từ 380 nm đến 10 nm Tia cực tím (tia tử ngoại, UV) + Theo thuyết lượng tử, ánh sáng cịn mang chất hạt (photon), có lượng E = hν= hc / λ ; h số Plank = 6,626176 ì 10-34Js Tại vật thể phát ánh sáng ? Ta phải dùng thuyết lượng tử để giải thích sau: SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện-Chiếu Sáng Đô Thị + Một photon bị biến va vào đẩy điện tử vịng ngồi lên trạng thái kích thích quỹ đạo xa nhân ẻ hấp thu lượng ánh sáng vật chất + Một photon sinh điện tử từ trạng thái kích thích chuyển sang quỹ đạo khác gần nhân tải lượng mà nguyên tử bị dạng tia sáng mà bước sóng tỷ lệ nghịch với lượng truyền ẻ phát lượng ánh sáng vật chất + Như vào bước sóng ta phân biệt sóng ánh sáng dạng lượng khỏc trờn quang phổ điện từ Nguồn sáng tự nhiên quang phổ liên tục + Ánh sáng nhìn thấy khác với dạng xạ điện từ khác khả làm kích hoạt võng mạc mắt người + Vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng dao động từ 380nm-780nm + Ánh sáng mặt trời coi nguồn sáng chuẩn để đánh giá chất lượng nguồn sáng nhân tạo + Ánh sáng mặt trời có nhiều cơng dụng khác ngồi chiếu sáng : sinh vitamin D tắm nắng buổi sáng, diệt vi khuẩn (do có lượng bé tia cực tím), phát điện, thu nhiệt, sấy khụ,… + Hiện người ta nghiên cứu thiết bị dẫn ánh sáng tự nhiên vào nhà nhằm giảm tiền điện có lợi cho sức khoẻ Nguồn sáng nhân tạo quang phổ vạch: + Ánh sỏng nhõn tạo có quang phổ đứt quãng (quang phổ vạch) kết thí nghiệm xác định quang phổ số nguồn sáng nhân tạo sau qua lăng kính: + Nói chung ánh sáng nhân tạo khơng tốt ánh sáng mặt trời (xét góc độ chiếu sáng) Về mặt tâm - sinh lý, trải qua hàng triệu năm tiến hóa, hệ thần kinh người thích nghi hồn tồn với ánh sáng ban ngày nên với nguồn sáng ánh sáng mặt trời không tốt mắt.Ước SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện-Chiếu Sáng Đô Thị mơ người luôn hướng đến việc tạo nguồn sáng giống ban ngày, để đánh giá chất lượng nguồn sáng nhân tạo người ta thường lấy ánh sáng ban ngày làm chuẩn để so sánh Ánh sáng đèn tuyp ta thường thấy có màu xanh, tức có quang phổ vạch ban đêm ta cảm thấy nú khỏ dễ chịu Với tiến kỹ thuật, người ta có thểchế tạo nguồn sáng có khả phát xạ có quang phổ liên tục gần với ánh sáng trắng đèn xenon, song giá thành đắt nên chủ yếu dùng cho loại xe đắt tiền 1.2 Một số tượng phát sáng phạm vi ứng dụng chiếu sáng nhân tạo: Hiện tuợng phát sáng nung nóng: Bất kỳ vật thể có nhiệt độ > 00K xạ lượng dạng sóng điện từ, nung nóng đến nhiệt độ khoảng 10000K phát xạ ánh sáng (cũng loại sóng điện từ) Nhiệt độ cao cường độ ánh sáng tăng lên màu sắcbề trở nên sáng Các loại đèn điện chiếu sáng thường dùng dịng điện để đốt nóng sợi đốt (dây tóc) kim loại Hiện tượng phát sáng nung nóng dòng điện nhà khoa học Anh Humphrey DaVy phát năm 1802 Sau nhà phát minh người Mỹ Edison mớichế tạo đèn sợi đốt Hiện tượng phát xạ ánh sáng nung nóng giải thích sau: Khi có điện áp đặt vào hai đầu dây tóc, điện tử lớp ngồi ngun tử giải phóng khỏi ngun tử dịch chuyển mạng tinh thể kim loại Trong q trình di chuyển, điện tử ln ln có va chạm với cỏcnguyờn tử, động điện tử truyền phần cho nguyên tử Kết nguyên tử bị kích thích số điện tử lớp nhảy lớp (nếu lớp chưa đầy) Điện tử có xu hướng trở vị trí trống gần hạt nhân (vị trí ổn định) điều xảy điện tử lượng lượng E (thế năng) đồng thời giải phóng photon có bước sóng λ=c.h/E (có thể ánh sáng nhìn thấy khơng nhìn thấy) Năng lượng xạ bao gồm quang năng, nhiệt xạ hồng ngoại, Ứng dụng tượng để chế tạo loại đèn sợi đốt đèn sợi đốt chân không (trong dân dụng 50W-75W), đèn sợi đốt halogen (còn gọi đèn halogen-Vonfram) Hiện tuợng phát sáng phóng điện: SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện-Chiếu Sáng Đô Thị Hiện tượng nhà khoa học Anh Edward Townsend phát Hiện tượng phóng điện chất khí trình diễn phức tạp, phụ thuộc vào áp suất khí, cơng suất nguồn điện dạng điện trường Tuy nhiên mơ tả tóm tắt thơng qua thí nghiệm sau đây: cho ống phóng điện thủy tinh chứa kim loại hoặcmột khí trơ áp suất thấp, bên có đặt điện cực nối với nguồn chiều thông qua biến trởđiều chỉnh được: + Khi điện áp tăng lên dịng điện tăng theo (đoạn AB) Ngun nhân có dịng điện Đề tài chiếu sáng thị + Đến điểm B (điểm xảy phóng điện) dịng điện tăng nhanh điện áp giảm xuống đến điểm M (điểm trì phóng điện) Ngun nhân dịng điện tăng tượng ion hóa chất khí làm cho số điện tử tăng lên nhanh + Đến điểm D (bằng cách giảm R) xảy tượng phóng điện hồquang Nguyên nhân điện cực bị đốt nóng mức làm phát xạ điện tử hiệu ứng nhiệt-ion Cần lưu ý áp suất cao xảy tượng phóng điện tia lửa khơng phải phóng điện tỏa sáng áp suất cao, tượng phóng điện khơng tự trì Khi ứng dụng tượng vào đèn điện chiếu sáng, người ta cho đèn làm việc khoảng B-D với điểm làm việc M xác lập nhờ điện trở R gọi “chấn lưu” Điện áp điểm B gọi điện áp phóng điện hay điện áp mồi Khi phóng điện, cỏc nguyờn tửkhớ bị kích thích lên mức lượng cao hơn, sau trở trạng thái ban đầu phát phụton gây nên tượng phát sáng hướng từ cực âm sang cực dương Ánh sáng phát thường đơn sắc mang màu đặc trưng khí ống thủy tinh Ngồi ánh sáng nhìn thấy, tùy vào chất khí mà cũn cú cỏc tia hồng ngoại hay tử ngoại Nếu có phát tia tử ngoại ống phóng điện phải làm thủy tinh có đặc tính cản tia tử ngoại (thủy tinh natri cacbonat), tránh hủy diệt sinh vật sống, tia hồng ngoại không nguy hiểm vỡ nú có tác dụng nhiệt Đối với nguồn điện xoay chiều hình sin chiều dịng điện trì ống thủy tinh liên tục thay đổi theo tần số nguồn điện Cả dòng điện điện áp ống phóng điện khơng cịn hình sin nờn nú xem phần tử phi tuyến Mặc dù mắt người không cảm nhận ánh sáng đèn tạo ánh sáng nhấp nháy liên tục Năng SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện-Chiếu Sáng Đô Thị lượng xạ gồm quang năng, nhiệt năng, xạ hồng ngoại, xạ tử ngoại có tỷ lệ thay đổi theo áp suất loại khí sử dụng +Ứng dụng tượng để chế tạo loại đèn phóng điện Natri áp suất thấp, Natri áp suất cao, đèn halogen kim loại (hơi thủy ngân cao ỏp),… Hiện tượng phát sáng huỳnh quang Hiện tượng huỳnh quang biết đến vào kỉ 19 nhà khoa học người Anh George G Stoke Khi cho ánh sáng tử ngoại (khơng nhìn thấy) chiếu vào chất phát huỳnh quang phần lượng biến đổi thành nhiệt, phần cịn lại biến đổi thành ánh sáng có bước sóng dài nằm dải quang phổ nhìn thấy (Đinh luật Stoke) Hiện tượng phát sáng lân quang -Lân quang dạng phát quang, phân tử chất lân quang hấp thụ ánh sáng, chuyển hóa lượng photon thành lượng electron sang trạng thái lượng tử có mức lượng cao bền vững Sau electron chậm chạp rơi vềtrạng thái lượng tử mức lượng thấp giải phóng phần lượng trở lại dạng photon Lân quang khác với huỳnh quang chỗ việc electron trở trạng thái cũ kèm theo nhả photon chậm chạp Trong huỳnh quang, rơi trạng thái cũ electron gần tức thời khiến photon giải phóng Do chất lân quang hoạt động lưu trữ ánh sáng: thu nhận ánh sáng chậm chạp nhả ánh sáng sau Sở dĩ có trở trạng thái cũ chậm chạp electron số trạng thái kích thích bền nên việc chuyển hóa từ trạng thái trạng thái bị cấm số quy tắc lượng tử Việc xảy trở trạng thái thực dao động nhiệt đẩy electron sang trạng thái không bền gần đó, để từ rơi trạng thái cơbản Điều khiến tượng lân quang phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ lạnh trạng thái kích thích bảo tồn lâu Đa số chất lân quang có thời gian tồn trạng thái kích thích vào cỡ miligiõy, cú số chất lên tới vài phút chí vài Trong thực tế ta thấy đom đóm phát sáng nhờ chất lân quang Chất quang chất có chứa nguyên tử phát sáng lân quang Hiện tượng lân quang không ứng dụng kỹ thuật chiếu sáng SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện-Chiếu Sáng Đô Thị hiệu thấp trạng thái phát sáng khơng bền Nó dùng chế tạo đồ chơi cho trẻ em,… Hiện tượng phát sáng thứ cấp: Khi vật chiếu sáng thân phản xạ phần ánh sáng gọi phát sáng thứ cấp Chỉ có vật đen tuyệt đối hấp thụ tồn ánh sáng Dựa vào tượng ta giải thích màu sắc vật tự nhiên: Sự thểhiện màu vật ánh sáng phản xạ tạo thành (ví dụ vật màu đỏ phản xạ tia màu đỏ, màu khỏc thỡ nú hấp thụ) Trước có nhiều lý thuyết màu sắc khác xuất chủyếu sử dụng ngành dệt nhuộm Với đời thuyết lượng tử, người ta xây dựng hoàn chỉnh thuyết màu đại dựa vào chất sóng hạt ánh sáng Một vật thể tiếp nhận ánh sáng chiếu vào xẩy tượng : phản xạ, xuyên qua, hấp thụ Mỗi tượng lại có tính chất riêng, ví dụ phản xạ lại cú cỏc loại phản xạ đều, phản xạ khuyếch tỏn,….Cỏc tượng nghiên cứu để chế tạo phận đèn (đặc biệt phản quang) nhằm điều khiển phân bố ánh sáng nguồn sáng hiệu Vấn đê xét phần sau 1.3 Các đại lượng đo ánh sáng Góc khối (cịn gọi góc đặc, gúc nhỡn) - Khỏi niệm: Xét đường cong kín (L) Từ điểm O không gian ta vẽ đường thẳng tới điểm đường cong (L) gọi đường sinh Khi phần không gian giới hạn đường sinh gọi góc khối nhìn đường cong (L) từ đỉnh O Độ đo góc khối diện tích phần mặt cầu có bán kính r = 1, tâm điểm O bị cắt góc khối - Đơn vị : Sr (steradian) Steradian góc khối mà gúc đú người quan sát đứng tâm O cầu R=1m nhìn thấy diện tích S=1m2 mặt cầu - í nghĩa: Góc khối góc không gian, đặc trưng cho gúc nhỡn (tức từ điểm nhìn vật thể góc khối) Trong kỹ thuật chiếu sáng, góc khối biểu thị cho không gian mà nguồn sáng xạ lượng SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện-Chiếu Sáng Đơ Thị - Ví dụ tính tốn số góc khối: + Cho cầu tâm O bán kính R, hình nón có đỉnh O cắt mặt cầu với diện tích S độ lớn góc khối : 2RS=Ω + Cho hình cầu bán kính R kR đồng tâm O Giả sử góc khối Ω chắn hình cầu R với diện tích S1=2πR2(1-cosα) hình cầu kR với diện tích S2= 2πk2R2(1-cosα) Năng lượng điện cung cấp cho nguồn sáng biến đổi hoàn toàn thành ánh sáng mà biến đổi thành nhiều dạng lượng khác hóa năng, xạ nhiệt, xạ điện từ Các xạ ánh sáng phần xạ điện từ nguồn phát Dưới góc độ kỹthuật chiếu sáng ta quan tâm đến lượng xạ ánh sáng nhìn thấy mà thơi, người ta đưa khái niệm thông lượng lượng xạ ánh sáng nhìn thấy, phần lượng xạ thành ánh sáng nguồn sáng giây theo hướng xác định theo công thức Quang thông - Khái niệm: Thông lượng lượng ánh sáng nhìn thấy khái niệm có ý nghĩa quan trọng mặt vật lý Tuy nhiên kỹ thuật chiếu sáng khái niệm quan tâm Thật vậy, giả sử có hai tia sáng đơn sắc màu đỏ (λ=700nm) màu vàng (λ=577nm) cú cựng mức lượng tác động đến mắt người kết nhận mắt người cảm nhận tia màu đỏ tốt màu vàng Điều giải thích khúc xạ qua mắt (vai trị thấu kính hội tụ) khác nhau: tia sáng có λ bé bị lệch nhiều hội tụ trước võng mạc, tia có λ lớn lại hội tụ sau võng mạc, có tia λ=555nm (vàng) hội tụ võng mạc Trên sở người ta xây dựng đường cong hiệu ánh sáng V(λ)của mắt người (hình 1.8) Đường cong ứng với thị giác ban ngày đường cong ứng với thị giác ban đêm Biểu thức gần đường cong V(λ) cho phụ lục cuối sách, đồng thời phụ lục có bảng giá trịcủa hàm V(λ) Như rõ ràng thông lượng lượng dùng kỹ thuật chiếu SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện-Chiếu Sáng Đô Thị sáng phục vụ người, người ta phải đưa vào đại lượng ngồi W(λ) phải kể đến đường cong V(λ), Quang hiệu - Định nghĩa: Quang hiệu tỷ số quang thông nguồn sáng phát công suất điện mà nguồn sáng tiêu thụ - í nghĩa: Trong kỹ thuật chiếu sáng người ta không dùng khái niệm hiệu suất theo nghĩa thơng thường (tính theo tỷ lệ %) mà sử dụng khái niệm quang hiệu Quang hiệu thể đầy đủ khả biến đổi lượng mà nguồn sáng tiêu thụ thành quang Một số tài liệu gọi khái niệm hiệu suất nguồn sáng Tuy nhiên, ta sử dụng khái niệm hiệu suất liên tưởng đến tỉ lệ % (giá trị ≤ 1) đại lượng đơn vị đo Trái ngược hoàn toàn với quan niệm hiệu suất, quang hiệu lại có giá trị lớn nhiều tỉ số đơn vị đo khác (lm/W) việc dùng khái niệm hiệu suất không hợp lý - Ký hiệu: η (Chữ Hy Lạp, đọc ờta) - Đơn vị: lm/W (lumen/Oỏt) - Ví dụ: Quang hiệu số nguồn sáng thông dụng (theo tài liệu Schrộder năm 2006) Nguồn sáng Công suất (W) Quang thông (Lm) Quang hiệu (Lm/W) Bóng đèn dây tóc 100 1500 15 Bóng huỳnh quang 36 2600 80 Bóng compact 20 1200 60 Bóng cao áp thủy ngân 250 13000 52 Bóng cao áp MetalHalide 250 20000 80 Bóng cao áp Sodium 250 27000 108 Cường độ sáng SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: ... Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện -Chiếu Sáng Đô Thị Phần TỔNG QUANG VỀ CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ 1.1 Bản chất ánh sáng Bản chất sóng - hạt ánh sáng: + Ánh sáng. .. Trong kỹ thuật chiếu sáng, góc khối biểu thị cho không gian mà nguồn sáng xạ lượng SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện -Chiếu Sáng Đô Thị - Ví dụ... thuật chiếu SVTH: Nguyễn Xuân Phú – CĐ-Điện 33B Trang: GVHD:Huỳnh Ngọc Quang Đồ án: Cung Cấp Điện -Chiếu Sáng Đô Thị sáng phục vụ người, người ta phải đưa vào đại lượng ngồi W(λ) cịn phải kể đến đường