THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN DÂN DỤNG

Mục đích: Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị cho mạng điện chiếu sáng trong nhà. Yêu cầu: Sinh viên phải nắm được: Yêu cầu của một hệ thống chiếu sáng tốt Ưu nhựơc điểm của các loại đèn điện: Các đèn sợi đốt, các đèn huỳnh quang, các đèn cao áp. Tính chọ hệ thống điện chiếu sáng trong nhà: Cho một căn hộ, một phòng học, phòng họp, hội trường…. Cách tính chọ dây dẫn và thiết bị đóng cắt Hình thức đi dây

Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN DÂN DỤNG Mục đích: Cung cấp cho sinh viên kiến thức tính tốn thiết kế lựa chọn thiết bị cho mạng điện chiếu sáng nhà Yêu cầu: Sinh viên phải nắm được: - Yêu cầu hệ thống chiếu sáng tốt - Ưu nhựơc điểm loại đèn điện: Các đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang, đèn cao áp - Tính chọ hệ thống điện chiếu sáng nhà: Cho hộ, phòng học, phòng họp, hội trường… - Cách tính chọ dây dẫn thiết bị đóng cắt - Hình thức dây 3.1 CÁC THIẾT BỊ VÀ MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 3.1.1 Khái niệm chung ánh sáng Chúng ta biết ánh sáng xạ điện từ, nhiên có xạ điện từ có giải bước sóng từ 380 nm đến 760 nm (1 nm = 10-9m) gây nên tác dụng nhìn thấy mắt người, xạ giải bước sóng xẽ có tác dụng lên tế bào thần kinh võng mạc mắt gây cảm giác nhìn thấy mắt người, gọi “ánh sáng” Trong giải xạ tương ứng với bước sóng khác xẽ tạo màu sắc khác nhau: Xanh Xanh Tím Chàm Đỏ lam Vàng Cam Bức xạ tử 380 ngoại 550 760 Bức xạ hồng ngoại Phổ nhìn thấy mắt người Hình 1.1 Trong phổ nhìn thấy mắt người, mắt người lại có cảm giác nhậy cảm với sạ có bước sóng 550 nm (tương ứng với mầu vàng chanh) Tức mắt ngườ có cảm giác sáng ánh sáng mầu vàng chanh Ánh sáng tự nhiên tốt nhất, nhiên sinh hoạt sản xuất chiếu sáng tự nhiên phải dùng chiếu sáng nhân tạo Hiện phổ biến dùng đèn điện để chiếu sáng nhân tạo, chiếu sáng điện có ưu điểm sau: Thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiện, giá thành rẻ, tạo ánh sáng gần giống ánh sáng tự nhiên 3.1.2 Yêu cầu hệ thống chiếu sáng Rất nhiều yếu tố nêu để có hệ thống chiếu sáng tối ưu Trong quan trọng phải cung cấp số lượng ánh sáng đầy đủ loại ánh sáng nghĩa Ánh sáng không bị hạn chế vật cản khơng gây chói mắt Hình thức lắp đặt đèn ưa chuộng để người khơng nhìn thấy nguồn sáng đèn trực tiếp Theo không gian chiếu sáng phân thành - Chiếu sáng nhà - Chiếu sáng ngồi trời Theo hình thức chiếu sáng phân thành - Chiếu sáng trực tiếp: Là hình thức chiếu sáng tạo cách lắp đặt đèn cho tất ánh sáng đèn hướng khu vực chiếu sáng - Chiếu sáng gián tiếp: Là hình thức chiếu sáng ánh phát từ đèn tới vật phản chiếu đến khu vực cần chiếu sáng 1.1.3 Bóng đèn a Đèn sợi nung (sợi đốt) Cấu tạo: Có hai loại: Đế ngạnh trê đế xoắn ốc với cấu tạo hình 1.2 Bóng thủy tinh hút chân khơng Dây tóc đèn làm vonfram Râu đỡ Giá tóc trụ thủy tinh Phần dây tóc Giá đèn Cổ đèn Cực đèn Hình 1.2 Nguyên lý làm việc: Khi đặt vào hai cực đèn điện áp làm việc U có dòng điện qua sợi tóc bóng đèn, sợi tóc đèn làm vật liệu có điện trở lớn (dây vonfram) nên phát nhiệt lượng Q = 0,24I2.R.t (calo) đốt nóng dây vonfram đến nhiệt độ cao làm xạ ánh sáng trắng Ở điện áp hiệu suất phát quang lớn công suất đèn lớn Ưu điểm: Đèn chiếu sáng điện áp thấp (tuy nhiên hiệu suất phát quang thấp) Tác động nhanh, bật công tắc đèn sáng ngay, sơ đồ mắc điện đơn giản, dễ sử dụng, giá thành hạ Nhược điểm: Hiệu suất phát quang thấp, tỏa nhiệt q trình chiếu sáng, tiêu thụ cơng suất lớn b Đèn huỳnh quang Cấu tạo: Như hình 1.3 Chân đèn Cực đèn Ống đèn Nguồn 5, Tụ điện Tắc te 8 Chấn lưu Hình 1.3 + Bóng đèn: Ống thủy tinh hình trụ bịt kín, vách ống thủy tinh có tráng lớp bột huỳnh quang (hỗn hợp lưu huỳnh, can xi, magiê kẽm chế tạo đặc biệt), bên ống hút khơng khí có nạp lượng nhỏ agon thuỷ ngân, hai đầu ống có hai nắp cực điện dây vonfram, mặt dây vonfram có tráng lớp bari ơxít để sau điện cực nóng lên phát xạ điện, hai đầu cực điện nối với hai chân đèn để nối với hai mạch điện bên + Tắc te: Thực chất rơ le nhiệt có cấu tạo hình 1.4, gồm: vỏ nhơm (1), tụ điện (2), bóng thủy tinh (3), cực nối điện (4), kim loại kép (5) + Chấn lưu: Là cn dây có lõi thép gọi cuộn kháng Hình 1.4 Ngun lý làm việc Khi đóng điện tiếp điểm tắc te trạng thái mở nên toàn điện áp nguồn điện đặt lên cực tắc te gây nên phóng điện chiếu sáng làm kim loại thép nóng lên đến (800C  900C) dãn nở, lúc hai cực bóng đèn nóng lên có phát xạ điện từ làm cho khí agon gần hai cực bị ion hóa, nhiệt độ xung quanh hai cực tăng, thủy ngân bốc tạo điều kiện dễ dàng cho ion hóa tồn chất khí đèn Mặt khác mạch có dòng điện có phần điện áp rơi cuộn chấn lưu, làm cho điện áp đặt hai cực tắc te giảm đi, phóng điện cháy sáng tắc te dừng lại, kim loại thép nguội dần trở trạng thái cũ làm cho tiếp điểm mở dòng điện đột ngột, cuộn chấn lưu xuất sức điện động tự cảm có giá trị lớn, điện áp hai cực đèn tăng lên mạnh mẽ Hơi thủy ngân bóng đèn tác dụng điện trường mạnh bị ion hóa tồn gây nên tượng phóng điện hồ quang xạ tia tử ngoại Các tia tử ngoại bắn vào bột huỳnh quang kích thích bột huynh quang làm cho toàn đèn sáng lên Sau đèn sáng điện áp hai đầu ắc te không đủ để tạo nên phóng điện cháy sáng nữa, nên tắc te ngừng làm việc, tụ đấu song song với tiếp điểm tắc te có tác dụng trừ khử tượng nhiễu thiết bị điện như: Đài, vô tuyến , tụ đấu song song với mạch điện để bù cosφ cho lưới điện Một tác dụng khác chấn lưu đèn sáng hạn chế dòng điện đèn đề phòng dòng điện lớn làm cháy đèn Ưu điển Hiệu suất phát quang lớn (gấp ba lần sợi đốt), ánh sáng mát dịu, chế tạo đèn nhiều mầu để trang trí, diện tích phát quang lớn, tuổi thọ dài (bằng 30005000 giờ) Nhược điểm Cosφ thấp, chế tạo phức tạp, giá thành đắt Khi điện áp thấp khó khởi động Khi đóng điện khơng sáng mà phải nhấp nháy Ngày chế tạo chấn lưu điện tử có kích thước nhỏ loại trừ tượng nhấp nháy c Đèn cao áp thủy ngân + Đèn cao áp thủy ngân chấn lưu Cấu tạo: Hình 1.5 Bóng thủy tinh ngồi Bóng thủy tinh thạnh anh (bón trong) 3, Cực đèn Cực phụ đèn R CL U C Điện trở phụ Chấn lưu Hình 1.5 Bóng thủy tinh ngồi hút hết khơng khí nạp lượng khí trơ (nitơ-agon), bên bóng thạch anh có lượng nhỏ thủy ngân Nhuyên lý làm việc: Khi đóng điện cực số cực phụ số phóng điện làm nhiệt độ bóng thạch anh tăng cao, thủy ngân bay hơi, đến mức độ cực cực hình thành phóng điện hồ quang, phát ánh sáng mạnh, đồng thời thủy ngân bị ion hóa phát tia tử ngoại, tia tử ngoại đập vào lớp bột huỳnh quang quét vách bóng thuỷ tinh phát ánh sáng mạnh Trên cực phụ có mắc nối tiếp điện trở nên đèn sáng điện áp cực cực phụ giảm chúng ngừng phóng điện Chấn lưu mạch điện dùng để hạn chế dòng điện bóng đèn, tụ điện bù dùng để tăng hệ số công suất mạch điện Những điều cần ý dùng đèn cao áp thủy ngân chấn lưu - Khi đèn bắt đầu cháy sáng dòng điện tương đối lớn, thiết bị phải sử dụng loại vật liệu chịu dòng điện lớn - Nhiệt độ đèn cao, khoảng cách đèn không nên nhỏ - Sự thay đổi điện áp đường dây không nên lớn ± 15 V, khơng q trình sử dụng bị tắt đột ngột - Sau tắt đèn cần để nguội  10 phút áp suất bên đèn giảm xuống, sau bật cơng tắc đèn sáng lại + Đèn cao áp thủy ngân tự chấn lưu Cấu tạo: Hình 1.6 Bóng thủy tinh ngồi Bóng thuỷ tinh thạch anh 3,5 Cực Dây tóc tựa chấn lưu Cực phụ R Điện trở U Hình 1.6 Nguyên lý làm việc: Đóng điện cực phụ cực phóng điện, thủy ngân bay đồng thời dây tóc nóng lên làm cực có phóng điện hồ quang, phát ánh sáng mạnh, đồng thời thủy ngân bị ion hóa phát tia tử ngoại đập vào lớp huỳnh quang quét vách thành bóng tạo ánh sáng mạnh Tác dụng dây tóc khơng giúp cho đèn cháy sáng mà làm giảm áp lực, hạn chế dòng điện cải thiện màu sắc ánh sáng Ưu điểm: Hiệu suất phát sáng cao, tiết kiệm điện, hệ số cosφ ≈ nên không cần tụ điện Nhược điểm: Không bền đèn chấn lưu ngồi d Bóng đèn halogen kim loại Cấu tạo: Hình 1.7 Vòng cố định Vỏ ngồi hình ống thuỷ tinh bền Bộ phận bảo vệ giá đỡ Lớp phủ bên Ống phóng điện thạch anh Giá đỡ đưa dòng điện vào Hình 1.7 Đui xốy Ngun lý làm việc: Giống bóng đèn thủy ngân, khác: - Hợp chất Halogen nhiều kim loại có tính bốc dễ dàng kim loại khơng huỷ hoại kính thạch anh - Trong bóng Halogen kim loại, ngồi thuỷ ngân acgon, người ta cho thêm hợp chất halogen với Iốt, Brơm, Clo - Sau có phóng điện, nhiệt độ làm việc bóng đạt tới mức định hợp chất Halogen kim loại chuyển sang dạng hơi, điện tử rơi vào vùng trung tâm với nhiệt độ lớn (vài ngàn độ K) Khi hợp chất Halogen kim loại lại bị phân tích thành Halogen kim loại Các nguyên tử kim loại dễ bị kích thích xạ thành phổ đặc trưng chúng, khuyếch tán khỏi vùng phóng điện, rơi vào vùng có nhiệt độ thấp lại bốc Các thông số bóng đèn halogen kim loại - Cơng suất bóng đèn từ 70 đến 2000 W - Hiệu suất sáng: 68 ÷ 90 lm/W - Nhiệt độ màu: 3000 ÷ 65000K Bóng sáng phủ lớp photpho: 3400 ÷ 4100 K Bóng cơng suất thấp sáng ấm: 3000 ÷ 3200 K - Chỉ số truyền màu: 65 ÷ 90 - Tuổi thọ: 10000 ÷ 20000 h Bóng đèn halogen kim loại sử dụng cho chiếu sáng nhà tiền sảnh khách sạn, nhà hàng, hội chợ, triển lãm, sân thể thao, tượng đài, công viên Đèn halogen kim loại dùng để chiếu sáng diện tích lớn, với yêu cầu cao việc thể màu sắc chiếu sáng sân thể thao cần truyền hình màu Ưu điểm: + Cho màu ánh sáng ban ngày, dễ kiểm soát phân bố ánh sáng + Hiệu suất phát quang cao bóng thuỷ ngân + Do sử dụng có mồi xung quanh điện áp làm việc nên tăng điện áp giảm nhiệt độ môi trường xung quanh, q trình làm việc bóng khơng bị ảnh hưởng nhiều Nhược điểm: + Giá thành cao + Trong trình sử dụng bị giảm nhiệt độ màu: sau 500 ÷ 1000h sử dụng cần phải thay đèn để giữ vững chất lượng truyền hình màu Thường dùng từ (5001000) nên thay đèn để đảm bảo chất lượng màu việc truyền hình e Bóng đèn natri + Đèn natri cao áp Cấu tạo: Hình 1.8 Hình 1.8 Giá đỡ giữ đèn ống Đầu điện vào Bóng đèn elíp băng thuỷ tinh bền Ống phóng điện ơxít nhơm để có hiệu suất cao Lớp phủ bên Thiết bị giãn nở để khử ứng suất nhiệt mối hàn ống phóng điện Giá đỡ đưa dòng điện vào Đui xốy Ngun lý làm việc: Ở nhiệt độ 1000 0C, có áp suất cao, natri phát vạch khác phổ nhìn thấy, cho ánh sáng trắng có màu sắc “nóng” hay gọi màu sắc ấm áp, nhiệt độ màu từ (20002500)0K Đèn phóng điện có kích thước giảm tương đối nhiều để trì nhiệt độ áp suất, bóng đèn làm thuỷ tinh alumin Bóng đèn natri cao áp coi nguồn sáng lý tưởng cho chiếu sáng đường phố tuổi thọ lên đến 24.000h hiệu suất sáng cao loại bóng đèn phóng điện - Cơng suất bóng 35 ÷ 1000 W - Hiệu suất sáng 80 ÷ 125 lm/W - Nhiệt độ màu 2000 ÷ 2200 K - Chỉ số truyền màu CRI= 25 ÷ 65 Ưu điểm: - Hiệu suất phát sáng cao - Ít ảnh hưởng dao động điện áp - Tuổi thọ cao (8000h) Nhược điểm: - Chỉ số truyền màu CRI thấp - Màu ánh sáng nóng - Độ chói cao + Bóng đèn natri thấp áp Cấu tạo: Hình 1.9 Bóng đèn hình trụ thuỷ tinh bền Giá đỡ giữ đèn ống Hình 1.9 Ống phóng điện Nơi chứa dọt natri Các cực đưa dòng điện vào Đui cài Nguyên lý làm việc: Đèn có dạng ống chứa natri (khi nguội trạng thái giọt) khí neon Khi có phóng điện vài phút, natri bốc phát đôi vạch 589 589,6 nm nên tạo ánh sáng màu vàng da cam gần với cực đại nhạy cảm mắt với điều kiện áp suất natri thấp khoảng 10-3 torr (1 torr = mm cột thủy ngân) Loại bóng khơng sử dụng rộng rãi xạ ánh sáng đơn sắc có hiệu suất sáng cao - Cơng suất bóng 18 ÷ 180 W - Hiệu suất sáng 100 ÷ 200 lm/W (vượt xa nguồn sáng khác) - Chỉ số truyền màu CRI = (tỏa tia đơn sắc) - Tuổi thọ trung bình 8000 Bóng đèn natri thấp áp loại chiếu sáng đặc biệt kinh tế, sử dụng cho đường hầm, kênh rạch, cửa cống Ưu điểm: - Hiệu suất phát sáng cao - Tuổi thọ cao (18000h) - Tái khởi động nhanh (