Bài giảng hệ thống cung cấp điện chương 11 ts nguyễn đức tuyên

Chương 11: Tính tốn chiếu sáng Bộ mơn hệ thống điện Đại học Bách Khoa Hà nội TS.Nguyễn Đức Tuyên tuyen.nguyenduc@hust.edu.vn Chương 11: Tính tốn chiếu sáng §11.1 KHÁI NIỆM CHUNG 11.1.1 Chiếu sáng điện phụ tải chiếu sáng điện 11.1.2 Phân loại chiếu sáng nhân tạo §11.2 CÁC ĐẶC TRUNG QUANG HỌC VÀ CHIẾU SÁNG 11.2.1 Tóm tắt khái niệm 11.2.2 Các đại lượng đo ánh sáng §11.3 THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG 11.3.1 Bóng đèn 11.3.2 Chao đèn §11.4 TÍNH TỐN CHIẾU SÁNG CHUNG 11.4.1 Các yêu cầu ban đầu tính tốn chiếu sáng chung 11.4.2 Các phương pháp tính tốn chiếu sáng Chiếu sáng điện phụ tải chiếu sáng điện  Chiếu sáng điện Các cơng trình chiếu sáng tự nhiên nhân tạo Chiếu sáng ngày hoàn thiện chất lượng nhờ khoa học Chiếu sáng ảnh hưởng đến tiêu KT-KT kinh tế: Sức khỏe, lực, kỹ năng, tinh thần người lao động An toàn sản xuất, kiểm tra, sửa chữa, giao thơng, an ninh Mỹ quan, mơi trường  Tính toán thiết kế hệ thống chiếu sáng quan trọng  Đặc điểm chung phụ tải chiếu sáng Đồ thị phụ tải chiếu sáng phẳng Phụ tải chiếu sáng phụ thuộc mùa (ban ngày biến đổi với mùa) Phụ tải chiếu sáng phụ thuộc vị trí địa lý (tác động thời tiết) Phân loại chiếu sáng điện nhân tạo  Chiếu sáng chung, cục bộ, hỗn hợp Chiếu sáng chung: tạo độ rọi đồng tồn diện tích Đặc điểm bố trí: Đèn treo cao theo qui luật (vuông, thoi…) Phân bố đều hay chọn lọc phụ thuộc phân bố thiết bị Phạm vi ứng dụng: cho nơi có diện tích rộng, qui trình cơng nghệ khơng địi hỏi mắt phải làm việc căng thẳng Chiếu sáng cục bộ: tạo độ rọi lớn khơng gian hẹp Đặc điểm bố trí: Đèn sát nơi cần quan sát máy công cụ cầm tay di động Phạm vi ứng dụng: cần quan sát tỉ mỷ, xác, phân biệt rõ chi tiết Chiếu sáng hỗn hợp: kết hợp chiếu sáng chung cục Phạm vi ứng dụng: Nơi có đặc điểm công việc thuộc nhiều cấp chiếu sáng I (phân biệt kích thước vật < 0,1mm), II (0,1÷0,3mm), III (0,3÷1mm) Phân loại chiếu sáng điện nhân tạo  Chiếu sáng làm việc (CSLV) chiếu sáng cố (CSSC) Ngoài hệ thống CSLV, phải đặt thêm hệ thống CSSC Độ rọi CSSC phải lớn 10% độ rọi CSLV Đặc điểm CSSC: Cấp điện để công việc tiếp tục sửa chữa hệ thống CSLV Đảm bảo cho công nhân rời khỏi khu vực nguy hiểm CSSC cấp nguồn độc lập với CSLV  Chiếu sáng nhà (CSTN), trời (CSNT) Ngồi CSTN cịn có CSNT cho diện tích sân bãi, đường đi, nơi bốc dỡ hàng v.v… Chú ý tác động thời tiết, khí hậu, mùa thiết kế CSNT Khái niệm quang học chiếu sáng Ánh sáng nhìn thấy: Những xạ điện từ có bước sóng 400 nm < 𝜆 < 780 nm, mắt người cảm nhận trực tiếp Quang phổ: tập hợp xạ có tần số khác nhau, xếp theo chiều dài bước sóng Quang phổ liên tục hay gián đoạn Quang phổ ánh sáng nhìn thấy Ánh sáng Tử ngoại Tím Chàm Xanh da trời Xanh Vàng Da cam Đỏ Hồng ngoại Bước sóng λ 780 Mầu sắc: Là cảm nhận mắt nguồn sáng Nó phụ thuộc vào cấu thành phổ ánh sáng phát Mắt người thu quang phổ tinh vi nhạy cảm từ màu đỏ đến màu tím Ánh sáng đơn sắc(một màu): Tương ứng với phổ có chiều dài bước sóng hẹp cho không làm thay đổi mầu sắc Khái niệm quang học chiếu sáng Ánh sáng đồng sắc ánh sáng khác màu: Cho cảm nhận giống khác màu sắc Nguồn sáng: Là vật thể mà từ bề mặt hay từ khối lượng phát chùm sáng phân kỳ Nguồn sáng sơ cấp: nơi biến đổi lượng khác thành ánh sáng Nguồn sáng thứ cấp: nơi phát lại ánh sáng tới sau ánh sáng bị hấp thụ phần bị đổi hướng phản xạ khúc xạ Nguồn sáng dạng điểm: Nguồn sáng tập trung điểm Vật thể nóng sáng: Là nguồn sáng sơ cấp mà xạ phát suy từ nhiệt độ vật thể Sự phát quang: Các nguồn sáng sơ cấp mà xạ chúng không hoàn toàn suy từ nhiệt độ vật phát quang Đại lượng đo ánh sáng Góc khối (góc đặc) (Ω): Ω = 𝑆 𝑅2 R S  Đơn vị Steradian [Sr] Là góc khơng gian, Góc khối đo tỷ số diện tích phần mặt cầu S có tâm đặt nguồn điểm, nhìn nguồn điểm góc Ω với bình phương bán kính mặt cầu R2 Giá trị lớn góc khối Ω S tồn diện tích mặt cầu Khi đó: Ω = 𝑆 𝑅2 = 4𝜋.𝑅2 𝑅2 = 4𝜋 [Sr] Hiểu đơn giản: Sr góc đặc mà góc đó, người đứng tâm cầu có bán kính 1m nhìn thấy diện tích 1m2 mặt cầu Đại lượng đo ánh sáng Quang thông (Φ): Φ = 𝜆1 ‫𝑊 𝜆׬‬ 𝜆 𝜈 𝜆 𝑑𝜆 Đơn vị lumen [lm] Lumen quang thông nguồn phát góc đặc Sr Quang thơng thơng lượng quang nguồn sáng mà mắt người nhận biết 𝑊 𝜆 : Hàm phân bố lượng ánh sáng bước sóng 𝜆(𝑊) 𝜈 𝜆 : Hàm độ rõ ánh sáng có bước sóng 𝜆 mà mắt cảm nhận Ứng với ánh sáng có bước sóng khác mắt người cảm nhận với độ rõ khác 𝜆1 𝜆2 bước sóng giới hạn miền xạ ánh sáng mà mắt người cảm nhận Hàm độ rõ Đại lượng đo ánh sáng Cường độ ánh sáng (I): Đơn vị Candela [Cd] Một nguồn sáng điểm O phát quang thông dΦ theo phương điểm A tâm diện tích dS nhìn O góc khối 𝑑Ω Vậy, cường độ ánh sáng nguồn sáng O định nghĩa sau: 𝑑Φ 𝑑Ω→0 𝑑Ω 𝐼 = lim [Cd] Độ rọi (E): Đơn vị Lux [Lx] Đây đặc trưng quang học dành cho đối tượng chiếu sáng Độ rọi mật độ quang thông rơi bề mặt chiếu sáng 𝐸= 𝑑Φ 𝑑𝑆 [Lx] 10 Thiết bị chiếu sáng Stắc-te  Bóng đèn (tiếp) Đèn Huỳnh quang-Tuýp Đặc điểm cấu tạo Ống phóng điện Stắc-te (Starter) U~ Chấn lưu (Ballast) Chấn lưu Tụ điện (phụ) Nguyên lý hoạt động: phát quang dựa phóng điện chất khí (Hơi thủy ngân áp suất thấp) nguyên lý huỳnh quang (màn huỳnh quang bên bờ thành ống) Sự chất lượng thời gian phục vụ đèn (lão hóa) Ưu điểm: Hiệu suất cao, độ rọi lớn, tuổi thọ cao,… Nhược: phức tạp, giá cao, cos𝜑 thấp, ảo giác, … 15 Thiết bị chiếu sáng  Bóng đèn (tiếp) Đèn Compact Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, loại đèn cải tiến đèn compact tạo có hiệu phát quang cao, kích thước thu gọn Đó nhờ lớp bột huỳnh quang mịn tạo nên phát xạ ba dải hẹp (đỏ, xanh lơ xanh cây) Sự kết hợp ba ánh sáng tạo ánh sáng trắng Đèn compact có hiệu phát sáng cao 80ml/W (tiêu thụ điện thấp), kích thước nhỏ gọn, tuổi thọ cao, lắp đặt đơn giản Đèn LED  Light Emitting Diode: từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n Chủ yếu chiếu sáng dân dụng 16 Thiết bị chiếu sáng  Chao đèn Chao đèn phận bao bọc bên bóng đèn Các chức chao đèn gồm: Phân phối lại quang thơng bóng đèn cách hợp lý theo yêu cầu định Bảo vệ cho mắt khỏi bị chói Bảo vệ cho bóng đèn không bị va đập, bám bụi, phá hủy với khí ăn mịn Tăng thẩm mỹ với hệ thống chiếu sáng 17 Các u cầu ban đầu tính tốn chiếu sáng chung  Yêu cầu chiếu sáng Không bị chói mắt ánh sáng sơ cấp lẫn thứ cấp: để mắt phân biệt chi tiết cần thiết cách dễ dàng không bị mỏi Không có bóng tối: cho mặt người cảm nhận hình ảnh rõ ràng hình dáng chung quanh mục tiêu Phải tạo độ rọi đồng bề mặt chiếu sáng: quan hệ độ rọi cực đại độ rọi cực tiểu không vượt giới hạn định Phải tạo ánh sáng thích hợp với lao động tiến hành Có hệ thống đèn an tồn phịng trường hợp cố khẩn cấp 18 Các u cầu ban đầu tính tốn chiếu sáng chung  Các loại hình tính tốn chiếu sáng Chiếu sáng nhà: Nơi làm việc: chiếu sáng chung, cục hay tổ hợp Công nghệ luyện kim, gia công chi tiết máy công cụ Cho nhà máy điện trạm biến áp Trong cơng nghiệp: hóa chất, dệt, nghệ thuật, họa hình, in ấn, thực phẩm Cho văn phòng; Cho trường học; Cho bệnh viện Ở phòng chụp ảnh kỹ thuật in nắng; Khách sạn Nhà cơng nghiệp Chiếu sáng ngồi trời: cơng trường; chiếu sáng mặt ngồi hay mặt trước; bảng biển; cơng viên; sân bay; chỗ thể thao 19 Các yêu cầu ban đầu tính tốn chiếu sáng chung  Bố trí thiết bị chiếu sáng (đèn) Bố trí mặt bằng: Để tạo độ rọi đồng đều, đèn bố trí theo quy luật định hình vng, hình thoi  L: Khoảng cách nhỏ đèn Bố trí mặt đứng hlv: Khoảng cách từ mặt đến mặt công tác Khoảng cách thường cho trước số liệu ban đầu hc: Khoảng cách từ đèn đến trần hc= h - H – hlv với h: Khoảng cách từ sàn đến trần không gian cần chiếu sáng H: Khoảng cách đèn mặt công tác Khoảng cách phụ thuộc loại đèn, số lượng đèn, khoảng cách đèn yêu cầu chiếu sáng Trong sổ tay kỹ thuật tra nhanh quan hệ đại lượng tùy theo loại đèn, nơi cần chiếu sáng 20 Các u cầu ban đầu tính tốn chiếu sáng chung  Bố trí thiết bị chiếu sáng (đèn) c lv Các kích thước bố trí chiếu sáng 21 Các phương pháp tính tốn chiếu sáng  Phương pháp hệ số sử dụng Phương pháp dùng để tính tốn chiếu sáng chung Φ= 𝐸.𝑆.𝑘𝑑𝑡 𝑍 𝑛.𝑘𝑠𝑑 Φ: Quang thông đèn [lm] E: Độ rọi đối tượng [lx] Thường yêu cầu độ rọi tối thiểu Emin S: Diện tích cần chiếu sáng [m2] 𝑍 = 𝐸𝑡𝑏 : 𝐸𝑚𝑖𝑛 Hệ số qui đổi phụ thuộc loại đèn tỷ số L/H Thường lấy Z = 1÷1,4 kdt: Hệ số dự trữ tính đến suy thối quang thơng đèn sau thời gian sử dụng (kdt =1,2÷1,4) 22 Các phương pháp tính toán chiếu sáng  Phương pháp hệ số sử dụng (tiếp) ksd: Hệ số sử dụng đèn 𝑘𝑠𝑑 = Φ𝑠𝑑 ΦΣ Φ𝑠𝑑 :Quang thơng hữu ích đối tượng cần chiếu sáng ΦΣ : Tổng lượng quang thông sinh nguồn sáng ksd phụ thuộc vào loại đèn, hệ số phản xạ trần 𝜌𝑡𝑟 tường 𝜌𝑡𝑔 , số phòng 𝜑 Chỉ số phòng: 𝜑= 𝑎.𝑏 𝐻.(𝑎+𝑏) a b kích thước (chiều dài rộng) phịng Từ loại đèn, hệ số phản xạ trần 𝜌𝑡𝑟 tường 𝜌𝑡𝑔 , số phòng 𝜑, ta tra sổ tay ksd 23 Các phương pháp tính tốn chiếu sáng  Phương pháp hệ số sử dụng (tiếp) Thủ tục thiết kế Bước 1: Tìm thơng số ban đầu: Emin, loại đèn, kdt, hlv, a, b Bước 2: Chọn H Thường chọn H = 3m Từ đặc điểm đối tượng cần chiếu sáng loại đèn, tra L/H sổ tay tùy thuộc loại đèn số dãy tính L Bước 3: Xác định số phòng 𝜑 sau xác định ksd Bước 4: Dựa vào a, b, L chọn cách bố trí đèn xác định số đèn n Chú ý khoảng cách tường đèn nên lấy phạm vi l = (0,3÷0,5)L Bước 5: Tính quang thơng Φ Lựa chọn cơng suất Pđ quang thông tiêu chuẩn Φtc đèn Bước 6: Tính cơng suất tính tốn chiếu sáng Pcs = Pđ.n 24 Các phương pháp tính tốn chiếu sáng  Phương pháp hệ số sử dụng (tiếp) Ví dụ: Một phân xưởng có a = 32m, b = 16m, cao 4,5m, hlv = 0,8m Điện áp 220V Loại đèn sử dụng đèn sợi đốt vạn năng, kdt = 1,3 𝜌𝑡𝑟 = 30% 𝜌𝑡𝑔 = 50% Yêu cầu độ rọi tối thiểu Emin = 30[lx] Xác định công suất đèn Pđ bố trí đèn Giải Diện tích chiếu sáng: S = a.b = 32×16 = 512m Chọn chiều cao H = 3m ⇒hc = 4,5 - – 0,8 = 0,7m Với phân xưởng dùng đèn vạn năng, chọn L/H = 1,8 Vậy L = 1,8.H = 5,4 m Bố trí đèn theo quy luật hình vng, cạnh 5,4m, cách tường ngang 2,5m, tường dọc 2,6m Số bóng đèn n = 18 bóng Chọn Z = 1,2 25 Các phương pháp tính tốn chiếu sáng  Phương pháp hệ số sử dụng (tiếp) Giải: (tiếp) Xác định số phòng: 𝜑 = 𝑎.𝑏 𝐻.(𝑎+𝑏) = 32.16 3.(32+16) = 3,56 Với loại đèn sợi đốt vạn năng, từ 𝜑, 𝜌𝑡𝑟 , 𝜌𝑡𝑔 tra bảng rút ksd = 0,46 Quang thông: Φ = 𝐸.𝑆.𝑘𝑑𝑡 𝑍 𝑛.𝑘𝑠𝑑 = 30.512.1,3.1,2 18.0,46 = 2893 [𝑙𝑚] Chọn đèn sợi đốt vạn có Pđ = 200W có Φtc =3000 [lm] Mặt bố trí đèn 26 Các phương pháp tính tốn chiếu sáng  Phương pháp gần Phương pháp thường áp dụng để tính chiếu sáng cho phịng nhỏ số phòng nhỏ 0,5 yêu cầu tính tốn khơng cần xác Tính tốn gần theo hai cách: Cách thứ dựa việc tra suất chiếu sáng wo sổ tay để tính toán chiếu sáng Thủ tục thiết kế theo cách thứ sau Bước 1: Thu thập số liệu không gian cần chiếu sáng: a,b,h, hlv, 𝜌𝑡𝑟 , 𝜌𝑡𝑔 Bước 2: Với đối tượng cần thiết kế chiếu sáng, tra sổ tay, xác định suất chiếu sáng wo u cầu Từ xác định cơng suất hệ thống chiếu sáng Pcs= S.wo (S diện tích chiếu sáng) 27 Các phương pháp tính tốn chiếu sáng  Phương pháp gần (tiếp) Bước 3: Chọn loại đèn xác định quang thông Φđ công 𝑃 suất đèn Pđ Từ xác định số đèn n: 𝑛 = 𝑐𝑠 𝑃đ Bước 4: Tính H, 𝜑, L bố trí đèn dựa n, L, a, b Từ suy ksd Bước 5: Kiểm tra độ rọi 𝐸𝑡𝑡 = Φđ 𝑛.𝑘𝑠𝑑 𝑆.𝑘𝑑𝑡 𝑍 > 𝐸𝑚𝑖𝑛 Nếu chưa thỏa mãn quay lại Bước 3, chọn lại đèn 28 Các phương pháp tính tốn chiếu sáng  Phương pháp gần (tiếp) Cách thứ hai tương tự cách thứ nhất, khác Bước suất chiếu sáng tính tốn dựa việc tra số liệu tính tốn sẵn quan hệ công suất đèn với độ rọi ứng với suất chiếu sáng 10 W/m2 Từ quan hệ này, ứng với loại đèn có cơng suất Pđ cho trước, ta xác định độ rọi E tương ứng Sau đó, tính suất chiếu sáng ứng với độ rọi yêu cầu tối thiểu cho trước theo quan hệ sau: 𝐸𝑚𝑖𝑛 ′ 𝑤0 = 10 𝑘 𝐸 ok:hệ số an toàn (k > 1) Tính cơng suất hệ thống chiếu sáng Pcs = S.𝑤0′ số lượng đèn theo công thức Bước 29 .. .Chương 11: Tính tốn chiếu sáng ? ?11. 1 KHÁI NIỆM CHUNG 11. 1.1 Chiếu sáng điện phụ tải chiếu sáng điện 11. 1.2 Phân loại chiếu sáng nhân tạo ? ?11. 2 CÁC ĐẶC TRUNG QUANG HỌC VÀ CHIẾU SÁNG 11. 2.1... khái niệm 11. 2.2 Các đại lượng đo ánh sáng ? ?11. 3 THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG 11. 3.1 Bóng đèn 11. 3.2 Chao đèn ? ?11. 4 TÍNH TỐN CHIẾU SÁNG CHUNG 11. 4.1 Các u cầu ban đầu tính tốn chiếu sáng chung 11. 4.2 Các... đặt thêm hệ thống CSSC Độ rọi CSSC phải lớn 10% độ rọi CSLV Đặc điểm CSSC: ? ?Cấp điện để công việc tiếp tục sửa chữa hệ thống CSLV Đảm bảo cho công nhân rời khỏi khu vực nguy hiểm CSSC cấp nguồn