cung cấp điện cho thành phố

Chương Cung cấp điện thành phố 7.1 Phụ tải điện thành phố Đặc điểm quan hệ thống cung cấp điện thành phố là: mật độ phụ tải cao, địa bàn chật hẹp, yêu cầu an toàn thẩm mỹ cao v.v Phụ tải mạng điện thành phố đa dạng, bao gồm phụ tải khu chung cư, phụ tải khu vực hành nghiệp, phụ tải xí nghiệp sản xuất phụ tải công cộng Bài toán xác định thực sở phụ tải tính toán điểm tải địa bàn thành phố Lý thuyết chung phụ tải điện trình bày chi tiết chương Việc xác định phụ tải nhà khu chung cư, khách sạn trình bày chương Phụ tải tính toán xí nghiệp công nghiệp trình bày chương Bài toán xác định phụ tải dịch vụ công cộng với nét đặc thù riêng trình bày đây: 7.1.1 Tính toán phụ tải dịch vụ công cộng Phụ tải dịch vụ công cộng thuộc loại phụ tải đa dạng có tính chất gần với phụ tải sinh hoạt Thông thường hộ tiêu thụ điện có công suất trung bình nhỏ trang bị công sở, hành như: - Trường học; - Thương mại; - Cửa hàng ăn uống; - Nhà văn hóa, rạp hát; - Nhà nghỉ, an dưỡng; - Khách sạn, nhà trọ v.v Phụ tải dịch vụ công cộng thường xác định sở quy mô hình thức dịch vụ, thể qua đơn vị diện tích, chỗ ngồi v.v Công suất tính toán sở dịch vụ công cộng xác định theo biểu thức: Pcc= p0c.m (7.1) Trong đó: p0c – suất tiêu thụ điện đơn vị tính toán, kW/đ.vị (xem bảng 14.pl); m – số đơn vị Tổng phụ tải tính toán dịch vụ công cộng xác định theo biểu thức: Ptt = max( Pttn , Pttđ ) (7.2) Pttn – phụ tải tính toán ứng với thời điểm cực đại ngày; Pttđ – phụ tải tính toán ứng với thời điểm cực đại đêm; n n Pttn = Pcc max + ∑ ktMi Pcci (7.3) n đ Pttđ = Pcc max + ∑ ktMi Pcci (7.4) 203 Рcc.max – giá trị phụ tải lớn sở dịch vụ công cộng; Рcc.i, – giá trị phụ tải tính toán sở dịch vụ thứ i; kntMi , kđtMi – hệ số tham gia vào cực đại ngày/đêm phụ tải lấy theo bảng 5.pl 7.1.2 Phụ tải tính toán mạng điện phân phối Phụ tải tính toán trạm biến áp trung gian xác định theo phương pháp hệ số đồng thời: nb Ppp = k đtB ∑ PttB (7.5) Trong đó: PttB – phụ tải tính toán trạm biến áp phân phối, kW; kđtB – hệ số đồng thời trạm biến áp, tra theo bảng 6.pl nb – số lượng trạm biến áp Nếu biết sơ đồ mạng điện phân phối, phụ tải tính toán trạm biến áp trung gian xác định theo phương pháp số gia cách tổng hợp cặp điểm tải cuối đường dây (xem mục 2.3.2 chương 2) 7.2 Sơ đồ mạng điện thành phố Bài toán xây dựng sơ đồ cung cấp điện tối ưu thực toán phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cấu trúc mạng điện, cấp điện áp, vị trí nguồn điện trạm biến áp v.v Sơ đồ cung cấp điện thành phố trước hết cần xây dựng dựa tham số mức điện áp tối ưu phần tử hệ thống Cần phải lưu ý phần tử sơ đồ cung cấp điện thành phố đồng thời phần tử hệ thống điện vùng, tức với hỗ trợ chúng cho phép nguồn điện làm việc song song trì chế độ làm việc cần thiết Do số lượng hộ dùng điện vô lớn, việc lựa chọn sơ đồ không cần phải xét chi tiết đến đặc tính hộ dùng điện độc lập, mà độ tin cậy yêu cầu tính đến phụ thuộc vào tổng công suất tính toán Độ tin cậy sơ dồ tính toán có xét đến tăng trưởng không ngừng phụ tải theo thời gian Có thể có nhiều dạng sơ đồ mạng điện khác tùy thuộc vào quy mô diện tích thành phố Nhìn chung phân biệt ba dạng sơ đồ sau: 7.2.1 Sơ đồ cung cấp điện cho thành phố nhỏ Đại diện nhóm sơ đồ cung cấp điện cho thành phố nhỏ thể hình 7.1 Điện cung cấp từ nhà máy điện địa phương (1) từ hệ thống thông qua trạm biến áp trung gian 110/(10÷35) kV (2) Việc phân phối điện đến hộ dùng điện thực thông qua mạng phân phối trung áp 10÷ 35 kV mạng điện hạ áp với tham gia trạm biến áp phân phối (10÷35)/0,4 kV (3) Thông thường mạng điện phân phối trung áp xây dựng theo sơ đồ mạch vòng, vận hành hở Các trạm biến áp phân phối công suất khác có nhiệm vụ cung cấp điện cho mạng hạ áp 0,38 kV, mà trang bị cấu dự phòng tương hỗ đường dây Đối với hộ dùng điện công nghiệp cấp điện trạm biến áp riêng Tùy theo mức độ yêu cầu, mạng điện trang bị cấu tự động đóng dự phòng Đặc trưng sơ đồ cung cấp điện cho thành phố nhỏ sử 204 dụng cấp điện áp mạng điện cao áp thành phố (trong sơ đồ hình 7.1 cấp 10÷ 35kV) Mạng trung áp có bán kính hoạt động xác định đấp ứng cung cấp điện chất lượng phạm vi thích hợp ∼ 10÷35kV Từ HTĐ 0,38kV Mạng điện trung áp 10÷35 kV 0,38kV Đường dây dự phòng Hình 7.1 Sơ đồ mạng điện thành phố nhỏ 1- Nhà máy điện địa phương; – Trạm biến áp trung gian; 3- Trạm biến áp phân phối 7.2.2 Sơ đồ cung cấp điện cho thành phố trung bình Nếu quy mô thành phố lớn hệ thống cung cấp điện xét sơ đồ đáp ứng, khả truyền tải mạng trung áp có hạn Việc cung cấp điện cho thành phố có quy mô trung bình thực sơ đồ hình 7.2 Từ HTĐ 110 220 kV ∼ Mạng điện hạ áp Mạng điện hạ áp 3 10÷35kV Đường dây dự phòng 2 110 220 kV 205 Hình 7.2 Sơ đồ mạng điện thành phố trung bình Ở sơ 1đồ máy nguồn điện 2– –nhà máy điện phương nằm biến áp lãnh thổ – Nhà điện địa phương; Trạm biến áp địa trung gian; 3(1) – Trạm – Trạm phân –với Trạm bộMạng xí nghiệp thành phố trạmphân biếnphối; áp trung gian (2) cóphối; liên hệ hệ phân thốngphối quốcnội gia điện cung cấp 110÷ 220 kV thiết kế theo kiểu mạch vòng bao trùm toàn thành phố Mạng điện có vai trò không cung cấp điện cho thành phố mà trì liên hệ mạng điện thành phố với hệ thống quốc gia, nói cách khác phần tử hệ thống quốc gia Các tham số chế độ mạng điện xác định theo điều kiện tương đồng, tức mặt, theo công suất trao đổi trạm biến áp thành phố với hệ thống quốc gia và, mặt khác, theo điều kiện cung cấp cho trạm biến áp 110÷220 kV Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, sơ đồ mạng điện 110÷220kV có cấu trúc khác Các trạm biến áp phân phối (3) 10÷35/0,4 kV, cấp điện từ trạm biến áp trung gian, đóng vai trò lag nguồn cung cấp cho hộ dùng điện thông qua mạng điện hạ áp 0,38 kV Tùy trường hợp cụ thể, trạm biến áp trang bị đường dây dự phòng, dẫn điện từ phía thứ cấp trạm biến áp trung gian lân cận trường hợp xẩy cố (đường chấm chấm hình 7.2) Trong trường hợp cần cung cấp điện cho cụm công nghiệp, mạng điện phân phối trang bị trạm phân phối (4) với công suất cảnh khoảng 3÷10 MVA Đôi trạm phân phối trạm nội xí nghiệp công nghiệp (5) Từ trạm phân phối (5) điện phân bổ đến trạm biến áp phân xưởng để qua cung cấp cho hộ dùng điện công nghiệp Sơ đồ cung cấp điện cho thành phố trung bình đặc trưng hai cấp điện áp cao áp 7.2.3 Sơ đồ cung cấp điện cho thành phố lớn Điểm khác biệt sơ đồ cung cấp điện cho thành phố lớn (hình 7.3) số lượng công suất nguồn cung cấp lớn so với sơ đồ cung cấp điện cho thành phố trung bình Từ HTĐ 110 220 kV 35kV 22 kV 22 kV ∼ 0,4kV 22 kV 35kV 0,4kV Từ HTĐ 110 220 kV 206 Hình 7.3 Sơ đồ mạng điện thành phố lớn Mạng điện phân phối, chủ yếu dùng cấp điện áp 10÷35 kV, nhìn chung xây dựng theo sơ đồ hình tia Các phần tử mạng điện tương tự sơ đồ xét Mạng điện cung cấp 110 220 kV xây dựng theo sơ đồ mạch vòng, liên hệ tất nguồn điện với Sơ đồ mạch vòng xác định phụ thuộc vào điều kiện cụ thể, nhìn chung phức tạp Mạng điện phân phối thường xây theo sơ đồ dẫn sâu (tiếp cận mạng cao áp đến trung tâm tải với số cấp điện áp tối thiểu) Mạng điện dẫn sâu nhìn chung xây dựng theo sơ đồ tối giản dạng hai dự phòng tương hỗ cho Như phân tích, mạng điện phân phối thành phố bao gồm tập hợp phần tử: đường dây phân phối trung áp, trạm biến áp phân phối đường dây hạ áp, khu vực với điểm tải lớn, phần tử kể có thêm trạm phân phối cảnh Sơ đồ tổng hợp hệ thống cung cấp điện thành phố thể hình 7.4 Ở sơ đồ mạng điện phân cấp phả hệ: mạng truyền tải, mạng cung cấp mạng phân phối Truyền tải Cung cấp Phân phối CA/TA TA/HA Hình 7.4 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện thành phố AT – Máy biến áp tự ngẫu; CA – Cao áp; TA –Trung áp; HA – Hạ áp Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, mạng điện thành phố xây dựng với mạch vòng mạng cung cấp mạng phân phối, hỗ trợ cho trường hợp xẩy cố Một yêu cầu quan trọng việc xây dựng sơ đồ cung cấp điện thành phố công suất ngắn mạch phải đảm bảo giới hạn cho phép thiết 207 bị áp dụng sơ đồ Điều thực cách phân chia hệ thống thành phần nhỏ, lắp đặt cuộn kháng điện vị trí cần thiết v.v 7.2.4 Trạm biến áp phân phối Hầu hết trạm biến áp phân phối bảo vệ cầu chảy Phía hạ áp lắp đặt tủ phân phối với lộ bảo vệ aptomat (hình 7.5a) Trạm biến áp phân phối mạng điện thành phố xây dựng dạng hợp bộ, trạm treo, trạm biến áp ngầm lòng đất (hình 7.5) DCL CC CSC ApT BI A A kWh CSH kWh Ap b) a) DCL – dao cách ly; CC – cầu chảy cao áp; CSC – chống sét cao áp; CSH – chống sét hạ áp; ApT – aptomat tổng; Ap – aptomat lộ c) thang đèn cáp giữ a) cap hạ áp cáp cao áp bulông kéo Hộp nối dây nối đất kẹp nối đất d) 208 máy biến áp máy bơm Hình 7.5 Sơ đồ trạm biến áp phân phối: a) Sơ đồ nguyên lý; b) Trạm biến áp hợp bộ; c) Trạm biến áp treo; d) Trạm biến áp ngầm Vị trí xây dựng trạm biến áp phân phối xác định theo phương pháp trình bày chương Tuy nhiên mạng điện thành phố ta nhiều phương án lựa chọn vị trí trạm biến áp Gần phương án xây dựng trạm biến áp ngầm áp phổ biến Một yêu cầu quan trọng trạm biến áp ngầm điều kiện thông thoáng thoát nước Thông thường trạm biến áp có bố trí cụm máy bơm dự phòng Trong trường hợp hệ thống thoát nước làm việc hiệu máy bơm huy động Ưu điểm bật trạm biến áp ngầm tiết kiệm diện tích đảm bảo độ an toàn cao Tuy nhiên yêu cầu làm mát phải nghiêm ngặt Để lựa chọn loại trạm biến áp cần phải giải toán kinh tế-kỹ thuật với việc so sánh phương án khả thi Việc phân tích nguyên lý xây dựng sơ đồ cung cấp điện thành phố cho phép lựa chọn phương án tối ưu Bài toán lựa chọn sơ đồ cung cấp điện tối ưu cần giải sở phân tích kinh tế - kỹ thuật có xét đến đặc điểm cụ thể kinh tế, xã hội, địa lý, khí hậu, môi trường, nhân chủng v.v 7.3 Đặc tính kinh tế - kỹ thuật phần tử mạng điện Hình 7.5 Sơ đồ trạm biến áp diện ngầmkinh tế đường dây cáp 7.3.1 Tiết Cũng đường dây không, chi phí quy dẫn đường dây cáp gồm hai thành phần (xem chương 3): Thành phần phụ thuộc vào vốn đầu tư (pdV) thành phần phụ thuộc vào chi phí tổn thất: Zd = pdVd+3I2Rτc∆10-3; (7.6) Trong đó: Vd – vốn đầu tư đường dây, đồng; pd – hệ số khấu hao sử dụng hiệu vốn đầu tư; I – dòng điện truyền tải đường dây, A; R – điện trở đường dây, Ω; τ – thời gian tổn thất cực đại, h; c∆ – giá thành tổn thất điện năng, đồng/kWh Thay Vd = ad+bdF R = ρ l ta có: F Z d = pd (ad + bd F )l + 3I ρ l τ c∆ 10 −3 = Z k + Z ∆A F (7.7) ad, bd – hệ số kinh tế cố định thay đổi đường dây, đ/km đ/(km.mm2); ρ - điện trở suất vật liệu làm dây dẫn, Ω.mm2/km; l – chiều dài đường dây, km; F – tiết diện dây dẫn, mm2 Mật độ dòng điện ứng với giá trị cực tiểu hàm Z d gọi mật độ dòng điện kinh tế, xác định theo biểu thức (3.17): 209 jkt = pd bd 103 3ρ τ c∆ Nếu biết mật độ dòng điện kinh tế jkt, tiết diện kinh tế dây dẫn xác định dễ dàng theo biểu thức: I Fkt = , mm2 (7.8) jkt Trong trường hợp có xét đến phát triển phụ tải theo thời gian với suất tăng trung bình hàng năm phụ tải ap, tiết diện kinh tế đường dây xác định theo biểu thức: I Fkt = a p M c , mm (7.9) jkt IM.c – giá trị dòng phụ tải cực đại năm cuối chu kỳ thiết kế; ap - suất tăng phụ tải trung bình hàng năm, xác định theo biểu thức: a p = 0,15 + 0,25(i1 + 0,3) + 0,35(iM nh + 0,1) i1 = I M ; I M c iM nh = (7.10) I M nh hệ số, xác định theo tỷ lệ dòng điện: I M c IM.1 – giá trị dòng điện tính toán năm đầu chu kỳ thiết kế; IM.nh – giá trị dòng điện tính toán lớn phụ tải 7.3.2 Hệ số mang tải tối ưu máy biến áp Chi phí quy đổi trạm biến áp xác định theo biểu thức: Z B = pbVB + (∆P0t + ∆Pk S2 τ )c∆ ; S nB (7.11) Trong đó: pB – hệ số khấu hao sử dụng hiệu vốn đầu tư trạm biến áp; VB – vốn đầu tư trạm biến áp, đồng; ∆Pk; ∆P0 – tổn thất ngắn mạch tổn thất không tải máy biến áp, kW; S – phụ tải máy biến áp, kVA; SnB – công suất định mức máy biến áp, kVA; t τ – thời gian vận hành thời gian tổn thất cực đại máy biến áp, h Suất chi phí đơn vị công suất: cB = Z B pbVB ∆P0t.c∆ ∆Pkτ c∆ S = + + ( ) S S S S S nB (7.12) ZB ZB.min Hình 7.7 Biểu đồ chi phí trạm biến áp ZB=f(S) – chi phí vốn đầu tư; – chi phí tổn thất cuộn dây; – chi phí tổn thất lõi thép; – tổng chi phí trạm biến áp 30 210 50 Skt 70 90 S MVA Theo điều kiện cực tiểu suất chi phí, lấy đạo hàm (7.12), ∂cB / ∂S = giải phương trình tìm ta xác định công suất tối ưu (công suất kinh tế) máy biến áp theo biểu thức: S kt = S nB pbVB + ∆P0t.c∆ ∆Pkτ c∆ (7.13) Khi hệ số mang tải tối ưu máy biến áp là: k mt kt = S kt 100% S nB (7.14) Có thể dễ dàng nhận thấy chi phí quy dẫn trạm biến áp gồm ba thành phần: chi phí cho vốn đầu tư, tổn thất cuộn dây tổn thất lõi thép Các kết khảo sát tính toán trạm biến áp 110 kV công suất 40 MVA cho thấy ứng với phụ tải tối ưu (Skt=67,5 MVA) thành phần cho phí vốn đầu tư chiếm khoảng 46%, chi phí tổn thất cuộn dây – 44% chi phí tổn thất lõi thép – 10% (hình 7.7) Từ biểu thức (7.14) ta thấy công suất tối ưu máy biến áp phụ thuộc vào tham số, tiêu kinh tế, đặc tính phụ tải giá thành điện Theo số liệu thống kê kết tính toán hệ số mang tải tối ưu số máy biến áp cho bảng sau: Bảng 7.1 Các đặc tính tối ưu máy biến áp 35 kV 110 kV Công suất Sn, kmt.kt, % suất chi phí Công suất Sn, kmt.kt, % suất chi phí MVA $/kVA.năm MVA $/kVA.năm 2,5 156 1,41 6,3 180 1,38 160 1,08 10 186 1,07 6,3 150 0,90 16 177 0,90 10 140 0,89 25 178 0,83 16 139 0,76 40 169 0,71 25 131 0,63 63 156 0,62 Phân tích kết tính toán, ta thấy công suất tối ưu phụ tải máy biến áp lớn công suất định mức chúng Tuy nhiên máy biến áp đồng thời phải làm việc theo điều kiện kỹ thuật, đặc biệt nhiệt độ đốt nóng cho phép, thực tế máy biến áp làm việc chế độ mang tải tối ưu Các kết tính toán cho thấy phụ tải tối ưu máy biến áp đạt tổn thất không tải tổn thất ngắn mạch, tức ∆P0 = ∆Pk 7.3.3 Điều kiện chung lựa chọn công suất tối ưu trạm biến áp thành phố Công suất máy biến áp song song với số lượng máy có ảnh hưởng trực tiếp đến tất toán liên quan đến việc xây dựng sơ đồ cung cấp điện thành phố Trong điều kiện xác định việc lựa chọn công suất tối ưu máy biến áp thực theo phương pháp so sánh phương án Tuy nhiên, phương pháp không cho kết tin cậy, chi phối khối lượng tính toán, số lượng phương án đưa so sánh thường bị hạn chế, điều dẫn đến bỏ sót phương án mà tối ưu Về lý thuyết, cần xác định mối quan hệ tối ưu tham số phần tử hệ thống cung cấp điện cho tổng chi phí quy dẫn liên quan đến truyền tải phân phối điện 211 hệ thống nhỏ Ví dụ tăng công suất trạm biến áp giảm số lượng trạm biến áp, giảm chi phí cho mạng điện cung cấp Tuy nhiên, trường hợp làm tăng bán kính hoạt động mạng điện phân phối mối trạm biến áp, điều dẫn đến tăng chi phí mạng điện Như vậy, công suất trạm biến áp tham số mạng điện phải chọn cho tiêu tổng hợp hệ thống cung cấp điện tốt Trên hình 7.8 biểu thị sơ đồ lý tưởng (với giả thiết phụ tải phân bố toàn lãnh thổ) thay đổi chiều dài đường dây phụ thuộc vào số lượng trạm biến áp thành phố l2 l1 L1 L2 l4 l3 L4 L3 a) c) b) d) Hình 7.8 Sơ đồ tính toán so sánh phương án cung cấp điện a) N1=1; L1=4; l1=32; b) N2=2; L2=8; l2=24; c) N3=4; L3=14; l3=16; d) N4=8; L4=23; l4=8; O - Trạm biến áp phân phối; - Trạm biến áp thành phố Giả sử đường dây cung cấp thực mạch kép, đường dây phân phối mạch đơn, coi khoảng cánh trạm biến áp phân phối đơn vị, với phương án trạm biến áp thành phố N1=1 (hình 7.8a), chiều dài tương đối đường dây cung cấp L1=4 tổng chiều dài đường dây phân phối l1=32; Với phương án hai trạm biến áp N2 tương ứng: L2=8; l2=24 (hình 7.8b), tương tự phương án khác thể sơ đồ hình 7.8c hình 7.8d Như với việc tăng số lượng trạm biến áp giảm công suất trạm làm tăng đường dây cung cấp giảm đường dây phân phối Biểu thị z1 z2 suất chi phí tính toán tương ứng km đường dây cung cấp đường dây phân phối Nếu bỏ qua thành phần chi phí trạm biến áp ta xác định giới hạn phương án phương án theo điều kiện cân chi phí: z1L1+z2l1= z1L2+z2l2; (7.15) Từ rút ra: z1 l −l = ; z2 L2 − L1 (7.16) Chi phí quy dẫn phương án tỷ số hiệu chiều dài đường dây phân phối chiều dài đường dây cung cấp tỷ số suất chi phí tính toán mạng điện Sự phân tích (7.16) cho phép lựa chọn số lượng công suất tối ưu trạm biến áp thành phố Ở trường hợp chi phí tính toán phương án có số lượng trạm biến 212 7.4 Thiết kế chiếu sáng đường phố 7.4.1 Các yêu cầu Các tiêu chuẩn chất lượng chiếu sáng đường yêu cầu đảm bảo cho phép thị giác phản ứng nhanh chóng, xác tiện nghi Để đạt điều cần lưu ý: 1) Độ chói mặt đường Đại lượng quang học tác động trực tiếp đến người lái xe độ chói Độ chói trung bình mặt đường người lái xe quan sát nhìn mặt đường tầm xa 170m xét thời tiết khô Phạm vi quan sát mặt đường xét đến góc 0,5o đến 1,5o trải dài từ 60 đến 170 m từ vị trí người lái xe (hình 7.9) Mức độ yêu cầu phụ thuộc vào loại đường (mật độ giao thông, tốc độ, vùng đô thị hay nông thôn…) điều kiện làm việc bình thường 1,50 60m 10 0,50 170m Hình 7.9 Phạm vi quan sát mặt đường tài xế Độ chói mặt đường phụ thuộc vào nhân tố: Đặc điểm mặt đường; Tốc độ phương tiện giao thông; Giải pháp chiếu sáng (kiểu chiếu sáng, kiểu đèn, kiểu bố trí đèn, chiều cao treo đèn v.v.) 2) Độ đồng độ chói Độ chói điểm mặt đường giống nhau, mặt đường bề mặt phản xạ khuếch tán đều, mà phản xạ hỗn hợp, độ chói khác từ hướng quan sát khác Độ đồng chung xác định theo biểu thức: k0 = Lmin ; Ltb (7.22) Độ đồng dọc xác định theo biểu thức: k1 = Lmin ; Lmax (7.23) Trong đó: Lmin, Ltb Lmax – độ chói nhỏ nhất, độ chói trung bình độ chói cực đại mặt đường, cd/m2 Cần ý khác công thức hệ số đồng đều: giá trị k từ 0,4 đảm bảo tri giác nhìn xác nhìn mặt dường thấy phong cảnh thấp thoáng, gọi “hiệu ứng bậc thang” Nếu độ đồng theo chiều dọc k lớn 0,7, hiệu ứng không Ngoài hai tiêu độ đồng độ chói, người ta quan tâm đến độ đồng độ rọi, mà xác định theo biểu thức: kE = 214 Emin Etb (7.24) Emin, Etb – giá trị độ rọi điểm tối giá trị trung bình độ rọi mặt đường chiếu sáng 3) Tiêu chuẩn chói lóa tiện nghi Các yếu tố loá mắt không tiện nghi, cản trở mệt mỏi số lượng quang cảnh đèn xuất trường nhìn, liên quan đến độ chói trung bình đường Sự chói lóa tiện nghi nguyên nhân nguy hiểm dẫn đến tai nạn đáng tiếc Để đánh giá đại lượng người ta đưa khái niệm “chỉ số loá mắt” G (Glare index) Giá trị số G xác định theo biểu thức: G = ISL+0,97.lg(Ltb) + 4,41lg(H’) – 1,46lg(Nđ); (7.25) Trong đó: ISL- số riêng đèn (do nhà sản xuất cung cấp, thường có giá trị khoảng 3÷6) H – độ cao treo đèn, m; H’ – độ cao tính từ vị trí quan sát đến vị trí đèn (H’= H -1,5m); Ltb – độ chói trung bình mặt đường, cd/m2; Nđ – số lượng đèn km đường Theo kết phân tích thực nghiệm, giá trị số G đánh sau: Giá trị G Hiệu ứng Chói lóa mức chịu đựng Chói lóa mức chịu đựng Không cảm nhận chói lóa ≥9 Hiệu dẫn hướng nhìn lái xe phụ thuộc vào vị trí điểm sáng đường cong, loại nguồn sáng tuyến đường tín hiệu báo trước nơi cần ý (đường vòng, chỗ thu thuế đường, ngã tư…) lối rẽ vào đường nhánh v.v 7.4.2 Phân cấp chiếu sáng đường phố Việc phân cấp chiếu sáng cho phép áp dụng tiêu thích hợp thiết kế đảm bảo chất lượng tốt Tiêu chuẩn CIE xác định cấp chiếu sáng biểu thị giá trị tối thiểu phải thoả mãn với chất lượng phục vụ (bảng 7.2) Bảng 7.2 Tiêu chuẩn chiếu sáng ứng với cấp khác (theo CIE) Cấp Loại đường Vỉa Ltb ko=Lmin/Ltb k1=Lmin/Lmax G hè cd/m A Xa lộ 0,4 0,7 Xa lộ cao tốc B Đường Sáng 0,4 0,7 Đường hình tia Tối 1÷2 C Thành phố đường Sáng 0,4 0,7 có người Tối D Các phố Sáng 0,4 0,7 Các phố buôn bán E Đường vắng Sáng 0,5 Tối 0,5 Việc lựa chọn cấp chiếu sáng phù hợp với điều kiện cụ thể cần phải xét đến yếu tố sau: 215 - Sự diện loại phương tiện giao thông; - Bề rộng mặt đường; - Sự diện nút giao thông 7.4.3 Thiết kế chiếu sáng đường phố Quá trình thiết kế chiếu sáng đường phố thực theo trình tự tính toán sơ sau: - Chọn sơ đồ bố trí thiết bị chiếu sáng; - Chọn nguồn sáng (loại đèn) loại thiết bị chiếu sáng; - Xác định chiều cao treo đèn; - Xác định khoảng cách thiết bị chiếu sáng; - Xác định độ chói; - Tính toán kinh tế-kỹ thuật so sánh phương án 1) Sơ đồ bố trí thiết bị chiếu sáng Kiểu bố trí thiết bị chiếu sáng có ảnh hưởng trực tiếp đến tiêu chất lượng chiếu sáng Việc chọn sơ đồ bố trí thiết bị chiếu sáng cho phép đảm bảo tính kinh tế-kỹ thuật hệ thống chiếu sáng Việc chiếu sáng đường phố thực với thiết bị chiếu sáng phân bố theo chiều dài Phụ thuộc vào chiều rộng, địa hình yêu cầu độ rọi xây dựng sơ đồ bố trí đèn theo một, hai dãy, kiểu trục sơ đồ so le (hình 7.10) a) b) c) d) Hình 7.10 Sơ đồ bố trí đèn chiếu sáng đường phố: a) – Một dãy; b) – Kiểu trục giữa; c) Hai dãy; d) – Kiểu so le a) Sơ đồ dãy Sơ đồ dãy áp dụng bề rộng mặt đường nhỏ 10 m với cường độ phương tiện giao thông không, khoảng cách đèn lấy l =30÷40m chiều cao treo đèn H = 6÷7m Khi gặp đoạn đường cong cần bố trí dãy đèn phía đường cong để dẫn cho lái xe Yêu cầu để đảm bảo độ đồng chiều cao treo đèn (H) phải không nhỏ bề rộng (b) mặt đường (H≥ b) Sơ đồ đơn giản, có nhược điểm độ chiếu sáng mặt đường không b) Sơ đồ trục Sơ đồ trục thường áp dụng đường đôi, có dải phân giới Sơ đồ trục áp dụng đường phố hẹp, đèn treo sợi cáp ngang Sơ đồ làm tăng chi phí việc treo đèn khó khăn phức tạp Nó nên áp dụng bề rộng đường từ 10÷ 25m Để thỏa mãn độ đồng chiếu sáng phải đảm bảo điều kiện H≥ b c) Sơ đồ hai dãy 216 Sơ đồ hai dãy thường áp dụng bề rộng đường 30 m, chiều cao treo đèn khoảng H=7÷9 m Điều kiện để đảm bảo độ đồng chiếu sáng ngang là: H≥0,5b d) Sơ đồ so le Sơ đồ kiểu so le tiết kiệm so với sơ đồ hai chiều, thường áp dụng hiệu trường hợp đường có hai chiều chuyển động Điều kiện đảm bảo độ đồng chiếu sáng ngang là: H≥ b (7.26) H b a) b) d) c) Hình 7.11 Dạng tổng quát sơ đồ bố trí đèn chiếu sáng đường phố: a) – Một dãy; b) – Hai dãy; c) So le; d) – Một dãy đường cua 2) Chọn đèn chụp Chọn đèn chụp đèn phải kết hợp đồng Đầu tiên sơ chọn loại chụp đèn phù hợp với điều kiện cụ thể nơi thiết kế, sau sở chụp chọn tiến hành tính toán chọn loại đèn tương ứng Chụp đèn áp dụng chiếu sáng đường phố thường loại chiếu sâu, chiếu vừa chiếu rộng Kiểu chiếu sâu cho phép chống lóa mắt tốt thường áp dụng trục đường nhiều ô tô, nhiên cần lưu ý tượng hiệu ứng “bậc thang” Loại thường sử 217 dụng với nguồn sáng điểm Kiểu chụp chiếu rộng có độ lóa trực tiếp cao thường dùng cho trục đường có nhiều người Các đèn có chụp vừa thích hợp với nguồn sáng đường (dạng tuýp) có độ chói nhỏ Các hãng sản xuất nhiều thiết bị chiếu sáng khác nhau, nói thị trường chủng loại thiết bị chiếu sáng đa dạng Trên hình 7.12 biểu thị số thiết bị chiếu sáng đặc trưng Để chọn loại đèn thích hợp trước hết cần xác định quang thông yêu cầu đèn theo tỷ số độ rọi trung bình Etb (lux) độ chói trung bình Ltb (cd/m2) để đảm bảo chất lượng chiếu sáng: R= Etb Ltb (7.27) Hình 7.12 Một số đại diện thiết bị chiếu sáng đường phố: Theo tiêu chuẩn CIE giá trị tiêu R biểu thị bảng 7.3 Bảng 7.3 Các giá trị tiêu R theo tiêu chuẩn CIE Kiểu chụp đèn Mặt đường bê tông Mặt đường phủ nhựa Sạch Bẩn Sáng Trung bình Che hoàn toàn 12 14 14 20 Che không hoàn toàn 10 10 14 Tối Đường lát đá 25 18 18 13 Như vậy, biết tiêu R, ta xác định dễ dàng độ rọi trung bình cần thiết theo biểu thức: Etb=R.Ltc, lx (7.28) Trong đó: Ltc – độ chói tiêu chuẩn xác định phụ thuộc vào loại đường, cd/m2 (bảng 7.2) Quang thông cần thiết đèn xác định theo biểu thức: Fđ = b.l.Ltc R , lm k sg kld Trong đó: b, l – bề rộng mặt đường khoảng cách đèn, m; ksg, kld – hệ số suy giảm hệ số lượi dụng quang thông đèn Hệ số suy giảm quang thông: 218 (7.29) Trong trình vận hành già hoá thiết bị nên hiệu chiếu sáng bị giảm, tức giá trị quang thông đèn bị giảm Ngoài trình sử dụng bụi bặm bám vào thành bóng đèn làm giảm quang thông Hệ số suy giảm quang thông xác định theo biểu thức: ksg= kgh.kbb (7.30) Trong đó: kgh – hệ số suy giảm già hóa đèn; kbb – hệ số suy giảm bụi bẩn Các giá trị hệ số suy giảm quang thông biểu thị bảng 7.4 Bảng 7.4 Giá trị hệ số suy giảm quang thông phụ thuộc vào loại đèn thời gian sử dụng Thời gian sử Giá trị hệ số kgh phụ thuộc vào loại bóng dèn Đèn Natri cao áp Tuýp huỳnh Bóng huỳnh Bóng huỳnh dụng quang quang quang 3000 0,95 0,85 0,9 0,85 6000 0,9 0,8 0,85 0,8 9000 0,85 0,8 0,75 (Tiếp theo Bảng 7.4) Môi trường không Đèn có chụp kín Đèn chụp hở Bụi bẩn 0,7 0,65 Sạch 0,95 0,90 Sự suy giảm quang thông dẫn đến giảm hiệu suất chiếu sáng Sự phụ thuộc hiệu suất chiếu sáng đèn vào thời gian sử dụng thể hình 7.13 Hình 7.13 Hiệu suất chiếu sáng phụ thuộc vào thời gian sử dụng đèn – đèn có chụp kín; – đèn chụp hở năm * Hệ số lợi dụng quang thông Hệ số lợi dụng quang thông xác định theo biểu thức: kld = Fe Fđ (7.31) Trong đó: 219 Fe – quang thông hiệu dụng, tức quang thông hữu ích chiếu xuống diện tích mặt đường; Fđ – quang thông xạ đèn Hình 7.14 Các trường hợp phân bố quang thông đèn đường H a) H a >0 b kld 0,4 a0; Trường hợp – hình chiếu nằm vỉa hè, giá trị a