đồ án thiết kế chiếu sáng cho trường học

dựa vào tài liệu bạn sẽ biết được các việc cần làm để làm đồ án chiếu sáng cho một trường học nào đó.

Trờng ĐHSPKT Hng Yên cộng hoà x hội chủ nghĩa việt namã hội chủ nghĩa việt namKHOA ĐIệN - điện tử Độc lập - tự do - hạnh phúc

Nghành đào tạo :Kỹ thuật điện

Tên đè tài: Tính toán, thiết kế chiếu sáng cho một trờng học.

+ Số liệu cho trớc:

-Dãy nhà 2 tầng gồm 10 phòng học lý thuyết, mỗi phòng có diện tích 120 m2

-Một phân xởng cơ khí có diện tích 1000 m2, đợc lợp mái tôn

+ Nội dung cần hoàn thành:

1 Tính toán công suất chiếu sáng, lựa chọn nguồn sáng

2 Tính toán lựa chọn dây dẫn và cáp

3 Tính toán lựa chọn các thiết bị đóng cắt, bảo vệ

4 Quyển thuyết minh và các bản vẽ , mô tả đầy đủ nội dung đề tài

Giáo viên hớng dẫn: Ngày giao đề: 20/02/2006

Ngày hoàn thành: 15/4/2006

Vũ Thị Tựa

Lời nói đầu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá nớc nhà, công nghiệp điện lực giữ vai trò đặc biệt quan trọng, bởi vì điện năng là nguồnnăng lợng không thể thiếu, đang đợc dụng rộng rãi trong nền kinh tế

quốc dân nh công ngiệp, nông nghiệp, dịch vụ,sinh hoạt…

Hệ thống cung cấp điện bao gồm các khâu phat điện, truyền tải và phân phối điện năng để cấp điện cho một khu vực, một nhóm hộ tiêu thụnhất định Vấn đề về tính toán, thiết kế hệ thống cung cấp điện cho các

nhóm hộ dùng điện sao cho đảm bảo yêu cầu về kĩ thuật, tính khả thi,và

đảm bảo an toàn …là một bài toán khó nhng lại là yêu cầu cần đạt tới cho tất cả mọi ngời học môn cung cấp điện

Trong bất kì một hệ thống cung cấp điện nào thì hệ thống chiếu sáng lá một phần thiết yếu không thể thiếu Hiện nay chiếu sáng đang đợc dùng phổ biến nhất tiêu tốn một lợng điện năng rất lớn, nhng vấn đề sử dụng cũng nh chất lợng sử dụng ánh sáng vẫn còn cha đảm bảo và quan tâm đúng mức của mọi ngời dẫn đến những sự cố,thiệt hại đáng tiếc và lãng phí điện năng rất lớn

Đề tài mà chúng em cần hoàn thành là:

Tính toán,thiết kế chiếu sáng cho một trờng học

Số liệu cho tr ớc:

-Dãy nhà 2 tầng gồm 10 phòng học lý thuyết, mỗi phòng có diên tích 120 m2 -Một phân xởng cơ khí có diện tích 1000 m2, đợc lợp mái tôn Đồ án gồm các phần sau: Phần I : Giới thiệu chung về chiếu sáng Phần II : Thiết kế chiếu sáng Phần III: Tính toán, thiết kế chiếu sáng cho trờng học Đây là lần đầu tiên chúng em làm một đồ án về cung cấp điện gặp rất nhiều khó khăn nhng với sự hớng dẫn tận tình của cô Vũ Thị Tựa cùng các thầy cô trong khoa đã chỉ cho em những kiến thức cần thiết để hoàn thành đồ án này.Trong quá trình thực hiện còn nhiều sai sót chúng em rất mong nhận đợc sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn! MụC LụC Trang Phần I Giới thiệu chung về chiếu sáng I Đặt vấn đề ……… 1

II Phân loại ……… 1

III Những điều kiện chiếu sáng tốt nhất ……… 2

IV Hệ thống chiếu sáng những nơi làm việc ……… 3

V Một số đại lợng dùng trong tính toán chiếu sáng ……… 4

VI Dụng cụ chiếu sáng thông dụng ……… 7

1 Đèn sợi đốt ……… 7

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Thị Tựa

2 Đèn huỳnh quang ……… 9

Phần II Các phơng pháp tính toán chiếu sáng trong công nghiệp

I Bố trí đèn ……… 11

II Phơng pháp hệ số sử dụng ………12 III Phơng pháp tính gần đúng với đèn sợi đốt ……… 14

IV Phơng pháp tính toán tong điểm ………

2 Chọn cáp và dây dẫn cho xởng cơ khí……… 34 III Lựa chọn các phần tử đóng

Phần I: Giới thiệu chung về chiếu sáng

I

Đặt vấn đề.

Trong đời sống sinh hoạt cũng nh trong sản xuất,chiếu sáng đóng mộtvai trò rất quan trọng và cần thiết trong việc đảm bảo sức khoẻ của ngời lao động, nâng cao năng xuất lao động, đảm bảo chất lợng sản phẩm,

an toàn trong sản xuất.Nếu ánh sáng không đủ, ngời lao động sẽ phải làm việc trong trạng thái căng thẳng, hại mắt và ảnh hởng đến sức khoẻ,dẫn đến hàng loạt các sản phẩm không đạt các tiêu chuẩn kĩ thuật và năng suất lao động thấp, thậm chí còn gây tai nạn trong quá trình làm việc Vì vậy hệ thống chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Không bị loá mắt do phản xạ

 Không bị loá mắt

 Không tạo ra những khoảng tối bởi những vật bị che khuất

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Thị Tựa

 Phải có độ rọi đồng đều

 Phải tạo ra đợc ánh sáng càng gần ánh sáng tự nhiên thì càng tốt

2 Chiếu sáng dân dụng: là ánh sáng đợc cung cấp cho các

căn hộ, gia đình, trờng học, bệnh viện, khách sạn……

 Căn cứ vào mục đích chiếu sáng đợc chia ra nh sau:

1 Chiếu sáng chung: là chiếu sáng tạo ra độ sáng đồng đều trên bề mặt chiếu sáng

2 Chiếu sáng cục bộ: Là hình thức ánh sáng tập chung cho một điểm hay cho một diện tích hẹp

3 Chiếu sáng dự phòng: là hình thức chiếu sáng dự phòng khi sẩy ra mất điện

Nhng mỗi hình thức chiếu sáng đều có yêu cầu riêng, đặc điểm riêngvà phụ tải chiếu sáng phải phù hợp với từng mục đích.đòi hỏi phải có phơngpháp tính toán chiếu sáng sao cho khi thiết kế chiếu sáng trong từng tr-ờng hợp sẽ đảm bảo yêu cầu về kĩ thuật và mĩ thuật chiếu sáng

III

Những điều kiện chiếu sáng tốt nhất

1 Độ rọi phải đảm bảo, tức là bề mặt làm việc và môi trờng nhìn thấy phải thoả mãn độ chói để cho mắt có thể phân biệt đợc các chi tiết cần thiết một cách rõ ràng và không bị mệt mỏi

2 Quang thông xác định sự che tối và tỷ lệ của độ chói ( tơng phản) cầnphải đợc định hớng sao cho mắt ngời thu nhận đợc hình ảnh rõ ràng về hình dáng và chung quanh của mục tiêu mà ta nhìn

3 ánh sáng cần phải đợc thoả mãn đồng đều, tức là quan hệ giữa độ rọi cực đại và cực tiểu của bề mặt không đợc vợt quá một giới hạn nhất

định

4 Màu của ánh sáng cần phải thích hợp với dạng lao động đợc tiến hành

5 Việc bố trí đặt các đèn và độ chói của đèn phải chọn sao cho mắt

ng-ời ta không bị mệt mỏi do chiếu sáng trực tiếp hay ánh sáng phản xạ

6 Trong một số trờng hợp nhất định, cần phải có những đèn an toàn, bốtrí sao cho trong trờng hợp ánh sáng chung bị ngắt, thì hệ thống đèn an toàn phải có khả năng tạo cho mỗi ngời có thể tìm thấy con đờng để thoát khỏi khu vực ra ngoài Độ rọi an toàn không đợc bé hơn

0,3 lux

Những yêu cầu nêu trên của chiếu sáng cần phải đợc thoả mãn với sự tốn kém ít nhất

IV

Hệ thống chiếu sáng của những nơi làm việc

Để tạo nên độ rọi ở những chỗ làm việc, ngời ta dùng chiếu sáng chung,chiếu sáng cục bộ ( hay khu vực ) và chiếu sáng tổ hợp

Chiếu sáng này thờng đợc dùng để chiếu sáng các chi tiết gia công trên máy công cụ, chiếu sáng ở các bộ phận kiểm tra v.v Tại đây, chiếusáng chung sẽ không đủ độ rọi cần thiết nên phải sử dụng thêm chiếu

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Thị Tựa

sáng cục bộ Các loại đèn chiếu sáng cục bộ trên máy công cụ hoặc các đèn cầm tay di động thờng dùng với điện áp 36 V hay 12 V

3 Chiếu sáng tổ hợp ( hay còn gọi là chiếu sáng hỗn hợp )

Đó là kết quả của việc sử dụng đồng thời chiếu sáng chung và chiếu sáng cục bộ Chiếu sáng hỗn hợp đợc dùng ở những phân xởng, có những công việc thuộc cấp 1, 2 và 3 ghi ở bảng phân cấp công việc Nó cũng đợc dùng khi cần phân biệt màu sắc, độ lồi, lõm v.v… Chiếu sáng loại này thờng đợc dùng ở các phân xởng gia công nguội, các phân x-ởng khuôn mẫu v.v trong các nhà máy cơ khí

V

Một số đại l ợng dùng trong tính toán chiếu sáng

1 Quang thông: (Đơn vị Lumen,viết tắt [lm])

Là năng lợng do một nguồn sáng phát ra qua một diện tích trong một

đơn vị thời gian, là thông lợng của năng lợng

Những ánh sáng từ nguồn quang phát ra gồm nhiều sóng điện từ có bớcsóng khác nhau, do đó năng lợng của nó đợc biểu hiện:





1

2 2 1

Trong nguồn quang có công suất khá lớn, có các bớc sóng khác nhau

sẽ gây ra cho mắt ta cảm giác khác nhau do đó ngời ta đa ra thêm khái niêm :Độ rõ

Ký hiệu: V

Vậy định nghĩa quang thông(F): là tích phân của thông lợng quang năng

và hàm độ rõ:

2 Cờng độ sáng I:, đơn vị Candela [cd].

Nếu có một nguồn sáng S bức xạ theo mọi phơng, trong một góc đặc (hay góc khối) dw nó truyền đi một quang thông dF thì đại lợng dF/dw gọi là cờng độ ánh sáng của nguồn sáng trong phơng đó

a) Độ rọi E của một diện tích ở tại một điểm, là tỉ lệ giữa quang thông dF

nhận đợc bởi một vi phân diện tích ở xung quanh điểm này với diện tích



E=dF/dS

Đơn vị E la lux (lx) 1 lux = 1 lm/m2Giả sử có một nguồn sáng S, chiếu vào diện tích dS có pháp tuyến



n nh hình vẽ

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Thị Tựa

dS



n dS

Tóm lại: độ rọi là mật độ quang thông rơi trên bề mặt diện tích

(đơn vị lux)

b) Độ trng R: của một bề mặt của một nguồn sáng có kích thớc giới hạn

tại một điểm của nó là tỉ lệ giữa quang thông dF phát ra từ một bề mặt

so cấp xung quanh điểm này và diện tích dS của nó:

lệ giữa cờng độ ánh sáng di theo một phơng đã nêu của một vi phân diện tích dS xung quanh điểm này,với diện tích d  =dS cos

(d - là hình chiếu của dS lên mặt phẳng vuông góc với phơng đã chọn)

L=



dI dI

 cos

cd

]

VI Dụng cụ chiếu sáng thông dụng.

Để tạo nguồn sáng cung cấp ánh sáng cho sinh hoạt, trong sản xuất.v.v ,ngời ta thờng dùng các loại đèn nh:đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang.v.v

-Tốn điện, phát nóng nhanh, tuổi thọ bị ảnh hởng lớn bởi

nhiệt và điện áp nguồn

Bảng thông số kĩ thuật của bóng đèn sợi đốtGiáo viên hớng dẫn: Vũ Thị Tựa

¸nh s¸ng tr¾ng ¸nh s¸ng ban

ngµy

Thêi giansödông(h)Quang

th«ng(lm)

th«ng(lm)

Gồm một ống thỷ tinh chứa khí trơ áp suất thấp, lớp trong đợc phủmột lớp bột phát quang, và hai điện cực anot và catot

balast

te stac

động về phía anot làm áp trên hai cực stắc-te giảm và nhiệt cũng nh hồ quang không đợc duy trì tiếp điểm stắc-te nhả ra Trong quá trình

chuyển động của các electron từ canot sang anot với tần số f=50Hz chúng va đập vào thành ống làm phát quang

-Khi đóng điện đèn không sáng ngay

Phần II Các ph ơng pháp tính toán chiếu sáng trong

a) Bố trí đèn theo hình chữ nhậtb) Bố trí đèn theo hình thoi

II

Phơng pháp hệ số sử dụng.

Phơng pháp này dùng để tính toán chiếu sáng chung có chú ý đến hệ

số phản xạ của tờng, trần nhà và của vật cảnh, dùng để chiếu sáng chocác phân xởng có diện tích lớn hơn 10 m2,

Phơng pháp này có thể xác định đợc lợng quang thông cần thiết của mỗibóng đèn ứng với độ rọi quy định trên mặt làm việc

Thông thờng khi tính toán ngời ta thờng chọn độ rọi tối thiểu, số lợng

đèn, kiểu đèn và cách bố trí đèn rồi sau đó chọn đợc công suất của bóng đèn

Hệ số sử dụng Ksd là tỉ số giữa quang thông mà mặt công tác nhận đợc với tổng quang thông của các nguồn sáng :

.

b a H

b a

Trong đó: a,b là chiều dài và chiều rộng của phòng (m)

-h: là chiều cao của phòng

-hlv: là khoảng cách từ sàn nhà đến mặt công tác

-H : là khoảng cách từ đèn tới mặt công tác

Từ hệ số phản xạ của tờng, của trần và chỉ số phòng ta tra bảng

2.70 ( sách CCĐ của Nguyễn Xuân Phú )

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Thị Tựa

Ta tìm đợc hệ số sử dụng Ksd

Dựa vào công thức (*) ta tính đợc Fc=Ksd.n.F

Bảng trị số L/H hợp lý (Sách CCĐ của Nguyễn Xuân Phú )

Loại đèn và nơi sử dụng

L/H

Bố trí nhiềudãy

L/H

Bố trí 1 dãy

Chiều rộnggiới hạncủa phân x-ởng khi bốtrí 1 dãy

Tốtnhất

Chophépcực đại

Tốtnhất

Chophépcực đại-Chiếu sáng ngoài nhà

dùng chao mờ hoặc sắt

3,2

2,51,8

1,9

1,81,5

2,5

2,01,8

1,3H

1,2H1,0H

H

h lv

h

-Z là tỉ lệ rọi bình quân so với độ rọi tối thiểu.

-Z nói lên mức độ không đồng đều của độ rọi lên bề mặt làm việc

Đối với loại đèn khi đặt ở vị trí có lợi nhất thì Z=1,1 đến 1,2

Đối với gian phòng có diện tích nhỏ hơn 10m2 thì lấy Z=1

Emin là độ rọi tối thiểu (lux) ứng với từng loại công việc, Emin ( Tra trong bảng (13-36) và (13-37Sách CCĐ của Nguyễn Xuân Phú)

Từ (**) ta tính đợc quang thông cần thiết của nguồn sáng

n K

S Z E F

sd.

.

min



Để bù lại sự giảm quang thông của đèn trong quá trình làm việc ngời ta

đa thêm hệ số dự trữ Kdt vào công thức trên khi đó:

n K

S Z K E F

sd

dt

.

.

Phơng pháp tính gần đúng đối với đèn sợi đốt

Phơng pháp này thích hợp cho tính toán chiếu sáng các phòng nhỏ

đèn.v.v Khi cần có thể kiểm tra lại độ rọi theo phơng pháp tính độ rọitừng điểm

P=P0.STrong đó:

-P0 là suât phụ tải chiếu sáng trên một đơn vị diên tích

(w/m2)-S là diện tích cần chiếu sáng (m2)

Bảng Suất phụ tải chiếu sáng trên một đơn vị diện tích sản xuất củamột số phân xởng cơ khí

Dạng chiếu

sáng cho

Độ dàitrong chiếusáng chung(lx)

Độ cao treo

đèn (m)

Suất phụ tảichiếu sáng(W/m2)

Công suấtcủa mộtbóng đèn( W)Cơ khí lắp

Nếu khác nhau về độ rọi thì công thức phải hiệu chỉnh theo công thức sau:

) / (

m W E

K E



Trong đó:

- P suất phụ tải chiếu sáng tính theo độ rọi yêu cầu (W/m2)

- Emin là độ rọi tối thiểu cần có đối với nơi cần tính toán chiếu

Rồi tuỳ vào yêu cầu chiếu sáng mà bố trí đèn cho hợp lý.

Bảng độ rọi theo tiêu chuẩn 10W/m2

đơn giản trong tính toán ngời ta coi đèn là một điểm sáng để áp dụng

đ-ợc định luật bình phơng khoảng cách Trong phơng pháp này ta phải phân biệt để tính độ rọi cho 3 trờng hợp điển hình sau:

 Tính độ rọi trên mặt phẳng ngang, Eng

 Tính độ rọi trên mặt phẳng đứng, Eđg

 Tính độ rọi trên mặt phẳng nghiêng một góc , Engh

Theo định luật về bình phơng khoảng cách đã giới thiệu trong sách cung cấp điện; khi có quang thông rọi theo phơng thẳng góc với mặt phẳng S ta có độ rọi

2

I r

I S

Hình 2.3.1 Tính độ rọi tại một điểm theo mặt phẳng bất kì

nguyên tắc chung bao giờ cũng phải quy tia I về tia có phơng vuông góc với mặt phẳng đang xét

1 Tính độ rọi của điểm A trên mặt phẳng ngang:

2

cos

2 2

cos.sin.cos

/

sin.sin

2 2

2

3

h

I h

I r

I

E d  .cos2 3  ng

3 Tính độ rọi tại điểm A trên mặt phẳng nghiêng

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Thị Tựa

2 2

2 2

3

h

I h

I r

cos

sin sin cos cos cos

cos.2

3

d d

F h

có một đèn nếu có nhiều đèn thì quang thông của một đèn cần có để

đáp ứng độ rọi yêu cầu E là:

Fld =1000

k E

Emin-độ rọi tối thiểu tại một điểm đang xét

E - độ rọi tính toán ứng với bóng đèn có 1000 lm

(Với mặt phẳng ngang thì E = 2

2

cos

h

I 

)

K - hệ số an toàn, tuỳ tình trạng bụi nhiều hay ít

 - hệ số kể đến độ rọi của các đèn thờng lấy:

 = 1,1  1,2

1000 - hệ số quy đổi

V

Phơng pháp tính toán đối với đèn ống:

Đèn ống hay dùng để chiếu sáng chung, đèn ống có u điểm là công suất tiêu thụ ít nhng có độ rọi cao, ánh sáng dịu mát Đèn ống là một nguồn quang có kích thớc chứ không phải là một nguồn điểm, do đó trong tính toán phải chấp nhận một số giả thiết cần có, tuy vậy phơng pháp tính toán dới đây không gây sai số quá 5%

l

lr h

I - cờng độ ánh sáng của một kích thớc nguồn quang

r - cự li từ nguồn quang đến điểm M

h - độ treo cao so với mặt công tác

 - góc giữa r và h

l - chiều dài của nguồn quang

Từ hình 2.4.1 ta có thể suy luận rằng: muốn tính độ rọi tại điểm M ta ’ ta

phải tính độ rọi với chiều dài của đèn là A C, sau đó trừ đi độ rọi ứng với’ ta

nguồn quang có độ rọi là A A, nghĩa là: E’ ta ”M = EA C’ ta - EA A’ ta

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Thị Tựa

Trờng hợp muốn tính độ rọi tại điểm E’ ta M ta sẽ dùng phơng pháp tơng

tự

E’ ta M = EAB + EBC

Qua biểu thức trên ta thấy độ rọi là hàm số của

P f r

arctg r

1 1

2

cos

2 2

2



Trị số I là cờng độ ánh sáng ứng với nguồn có quang thông là F, do

đó phải quy đổi về nguồn có quang thông là 1000 lm



I F

I 1000 ' 

Trong đó:

I - cờng độ ánh sáng ứng với nguồn có quang thông 1000

F - quang thông thực tế trên đơn vị dài của mỗi nguồn sáng

Nh vậy ta có:



1000 ,

1

F h

P h f I h

Hình 2.4.2 Mối quan hệ

h

P h

tra đợc  là tính đợc độ rọi E cần thiết

VI Ph ơng pháp tính gần đúng với đèn huỳnh quang:

ở phơng pháp này ngời ta đ tính sẵn đối với một phòng đã ợc chiếu sáng bởi hai đèn ống 30w (30.2 = 60w)

 Hệ số phản xạ của trần màu trung bình: P12 = 0,5

 Hệ số phản xạ của tờng màu sáng: Ptg = 0,3

 Hệ số phản xạ của tờng màu trung bình: Ptg = 0,3 Hệ số an toàn K(hệ số dự trữ):Khi phối quang trực xạ: K = 1,3

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Thị Tựa

 Khi phối quang phản xạ: K = 1,5

 Khi chủ yếu dùng phối quang trực xạ: K=1.4

 a là chiều rộng của phòng (m)

 h là chiều cao của phòng (m)

Khi thiết kế có độ rọi khác với Eđm=100 Lx thì công suất tổng của các đèn cần thiết kế sẽ tính theo tỉ lệ :

dm dm

E S P

S P

P

/

/ 2460 25 ,

E S P P

.

8 , 30

0

Trong đó :

Pden- Là công suất của đèn dùng trong thiết kế

Fđen- Là quang thông của đèn dùng trong thiết kế

S – Là diện tích đợc chiếu sáng

E- độ rội tối thiểu

S0 - Là diện tích đợc chiếu sáng bởi một đèn ống có Eđm= 100, công suất mỗi đèn 30w, quang thông là 2.1230=2460 lm

(Trị số S0 có thể tra bảng dới –Sách cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú)

Bảng Diện tích S0 theo điều kiện tính toán chuẩn