[Khóa luận]thiết kế nâng cấp hệ thống chiếu sáng đô thị quận hồng bàng, sử dụng đèn chiếu sáng hiệu suất cao tiết kiệm năng lượng

Chơng I ánh sáng đại lợng đo ¸nh s¸ng 1.1 ¸nh s¸ng Mọi sóng điện từ tuân theo định luật vật lý, cụ thể định luật truyền sóng, định luật khúc xạ phản xạ, ảnh hưởng sóng khác rõ rệt tùy theo lượng truyền nghĩa tùy theo bước sóng λ Mọi vật nhiệt độ lớn độ K o tuyệt đối (độ ok) không ngừng xạ lượng không gian xung quanh dạng sóng điện từ Tuy nhiên có tần xạ phạm vi bước sóng hẹp từ 380 – 780nm (1nm = 10 -9m) tạo mắt cảm giác sáng gọi ánh sáng nhìn thấy đơn giản ánh sáng Như ánh sáng pha trộn tất bước sóng điện từ có bước sóng phạm vi từ 780 – 380nm 1.1.1 Các nguồn xạ ánh sáng Ngời ta phân làm loại xạ: - Bức xạ nung nóng (nóng sáng) hay nhiệt: chứa xạ mà giới hạn chiều dài sáng bao gồm số giới hạn - xạ phát quang: đợc tạo phóng điện chất khí mà trở thành ánh sáng 1.1.2 Tần số chiều dài sóng ánh sáng ánh sáng giống nh sóng điện từ, đợc lan truyền với tốc độ 3.108 m/s quan hệ tần số chiều dài sóng là: = v f : : chiều dài sóng ( m ) v: tấc độ ¸nh s¸ng ( m/s ) f: tÇn sè cđa sãng ( Hz ) 1.2 nh sáng trắng Lng kính tách ¸nh s¸ng tr¾ng thành c¸c tia đơn sắc Ánh sáng từ phổ thông dùng để xạ điện từ có bước sóng nằm vùng quang phổ nhìn thấy mắt thường (tức từ khoảng 400 nm đến 700 nm) Giống xạ điện từ, ánh sáng mơ tả đợt sóng hạt chuyển động gọi photon Ánh sáng Mặt Trời tạo gọi ánh nắng (hay gọi ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím); ánh sáng Mặt Trăng mà thấy gọi ánh tr¾ng thực tế ánh sáng mặt trời chiếu tới mặt trăng phản xạ tới mắt người; đèn tạo cịn gọi ánh đèn; lồi vật phát gọi ánh sáng sinh học “Ánh sáng lạnh” ánh sáng có bước sóng tập trung gần vùng quang phổ tím “Ánh sáng nóng” ánh sáng có bước sóng nằm gần vùng đỏ Ánh sáng có quang phổ trải từ đỏ đến tím ánh sáng trắng; cịn ánh sáng có bước sóng tập trung vùng quang phổ hẹp gọi "ánh sáng n sc" 1.2.1 Các nguồng ánh sáng trắng Trong thập kỷ gần đây, LED đà mở rộng vai trò từ chấm đổ nhỏ báo hiệu thiết bị điện tử đà đợc bật lên, nguồn ánh sáng trắng rực rỡ có khả chiếu sáng phòng, huặc làm đèn đờng, làm đèn trang trí Hiệu suất đèn LED vào khoảng 80lm/w (so với 12lm/w đèn sợi đốt), LED toả 100lm Hình 1.1 Đèn LED Những loại nguồn sáng 1)ánh sáng Mặt trời nơi liên tục xẩy phản ứng hạch tâm phóng thích vô số lợng Năng lợng đến trái đất dới dạng xạ điện từ Một phần xạ nằm phần nhìn thấy mà ta gọi ánh sáng trắng, chứa sóng có chiều dài khỏang 380nm ®Õn 780nm (1nm = 10 m) Theo thuyÕt h¹t ánh sáng hạt mang lợng dới hình thức thể nhỏ gọi quang tử (photon) 2) Nguồn gốc ánh sáng Một vật thể bị đốt nhiệt độ cao đáng kể phát ánh s¸ng tõ sù nãng s¸ng (incandÐcence), thÝ dơ mét tia chớp, tia lửu nhiệt độ môi trờng toả sáng phát quang (lumnécence) thí dụ đom đóm , ảnh tivi hay bóng huýnh quang … Vµ chÊt khÝ co sù phãng ®iƯn cã thĨ ph¸t ¸nh s¸ng thÝ dơ nh đèn neon đèn natri hay thuỷ ngân 3) Nguồn sơ cấp Những nguồn sáng tự phát ánh sáng nguồn sáng nh mặt trời, nhng nguồn sáng gọi nguồn sáng sơ cấp chúng tự phát ánh sáng 4) Nguồn sáng thứ cấp Ta thấy vật hoàn toàn không co ánh sáng Nhng đợc chiếu sáng,nghĩa phát lại ánh sáng chiều hớng ta lại thấy Vật mà bị nguồn sáng chiếu tới phát phần ánh sáng nhận đợc đợc gọi nguồn sơ cấp Thí dụ mặt trăng nguồn thứ cấp toả ánh sáng mặt trời (nguồn sơ cấp) để ta nhìn thấy 1.3 Góc khối-, steradian, sr Có thể nói đơn giản góc khối, ký hiệu , góc không gian Ta giả thuyết nguồn điểm đặt tâm hình cầu rỗng bán kính R ký hiệu S tâm nguyên tố mặt hình cầu Hình nón đỉnh cắt S hình cầu biểu diễn góc khối , nguồn nhìn mặt S dới góc đợc định nghĩa tỉ số S bình phơng bán kính S = R Ta đợc giá trị cực đại từ ta chắn khoảng không gian tức thời toàn hình cầu = S R = 4π R R 2 = steradian Do Steradian góc khối tức khai triển hình nón dới góc ngời quan sát đứng tâm cầu bán kính 1m nhìn thấy diện tích 1m mặt cầu R S KS S R KS Hình.1.1 1.4 Cờng độ sáng I candela, Cd Là thông số đặc trng cho nguồn sáng Cờng độ sáng luôn liên quan tới phơng cho trớc đợc biểu diễn vectơ theo phơng có độ lớn tính candela Cần phải định nghĩa đơn vị mẫu đặc trng cho candela Candela vừa có định nghĩa (tháng 10 năm 1979 ) quan đo lờng S.I đa Candela cờng độ sáng theo phơng đà cho nguồn phát xạ đơn sắt có tần số 540 x 1012 Hz ( λ = 555nm )vµ cêng độ lợng theo phơng 1/683 oát Steradian Để công suất lớn lợng cờng độ sáng có candela nhiều I OA = Lim d O dΦ dΩ dφ A dΩ H×nh 1.2 Cờng độ sáng nguồn phát đồng hớng I= để thấy rõ ý nghĩa đại lợng thực tế, sau số đại lợng cờng độ sáng đại lợng sáng thông dụng: Ngọn nến : 0.8 cd (theo hớng) Đèn sợi đốt 40w/220v : 35 cd (theo hớng) Đèn sợi đốt 300w/220v : 400 cd (theo hớng) Có phản xạ : 1500 cd (ở chùm tia) Đèn iốt kim loại 2Kw : 14800 cd (theo hớng) Có phản xạ : 250000 cd (ở chùm tia) 1.4.1 Quang thông - , lumen, lm Đơn vị cờng độ sáng Candela nguồn sáng phát theo hớng tơng ứng với đơn vị quang thông tính theo lumen Lumen quang thông nguồn ph¸t mét gãc më b»ng mét Steradian Do ta biết phân bố cờng độ sáng ngng kh«ng gian ta cã thĨ suy quang thông Trờng hợp đặc biệt nhng hay gặp, cờng độ xạ I không phụ thuộc phơng quang thông là: = I d = 4π.I 1.5 §é räi Á E, lux, Lx Độ rọi mật độ quang thông rơi bề mặt, có đơn vị Lux ELx = lm Sm2 1Lux = 1lm/m2 Khi chiếu sáng bề mặt không tính trung bình số học điển khác để tính độ rọi trung bình Một số giá trị thông dụng chiếu sáng tự nhiên nhân tạo: Ngoài trời, buổi sáng trời nắng : 100000 Lx; phòng làm việc: 400 600 Lx, Trời có mây: 2000 10000 Lx; nhà ở: 50 300 Lx Trăng tròn: 0,250 Lx; phố đợc chiếu sáng: 20 50 Lx Khái niệm độ rọi, nguồn liên quan tới vị trí mặt đợc chiếu sáng Ta coi nguồn sáng điểm xạ mặt nguyên tố dS cách khoảng r, cờng độ sáng I Góc góc tạo pháp tuyến dS với phơng r n Góc khối d chắn hình cầu bán kính R Một diện tích = dS.Cos α d Ω= dS Cosα r2 = dΦ I Tõ ®ã suy : E= dΦ I Cosα = r2 dS n α I dΩ r H×nh.1.3 dS 1.6 Độ chói L, Cd/m2 Các yếu tố diện tích vật đợc chiếu sáng nói chung phản xạ ánh sáng nhận đợc cách khác từ phía Để đặc trng cho quan hệ nguồn, kể nguồn thứ cấp sơ cấp mắt cần phải thêm vào cờng độ sáng Độ chói nhìn nguồn sơ cấp L= I S bk Trong đó: I : cờng độ sáng theo híng γ Sbk : diƯn tÝch biĨu kiÕn nh×n nguån π Sbk = π R2 = d2 Tiªu chuẩn L= 5000 Cd/m2 khó chịu E L= Độ chói nhìn nguồn thứ cấp : Do phản xạ, truyền dẫn Trong đó: : hệ số phản xạ bề mặt Các hệ số phản xạ: Mằu trắng sáng, thạch cao trắng: = 0.8 Các màu sáng, mằu trắng nhạt: =0.7 Màu vàng, xanh cây, màu xi măng: = 0.5 Các màu rực rỡ, gạch: = 0.3 Các màu tối, kính: = 0.1 Để hạn chế độ chói ta không nên chọn nguồn công suất lớn Vì ta phải làm nhiều bóng 1.7 Độ tơng phản C Đối với mắt quan sát vật có độ chói L0 có độ chói Lf phân biệt đợc mức chiếu sáng vừa đủ C= Trong đó: L0 If If 0.01 L0 : độ chói nhìn tơng đối Lf : độ chói nhìn Để phân biệt đối tợng nhìn C 0,01 Trong thực tế kích thớc mằu sắc vật tác động đến khả phân biệt mắt điều kéo theo mức độ chiếu sáng phải phù hợp với công trình chiếu sáng 1.7.1 Tiện nghi nhìn loá mắt Sự loá mắt suy giảm tức thời cảm giác nhìn tơng phản lớn Nói chung ngời ta chấp nhận độ chói nhỏ cho mắt nhìn thấy 10-5 Cd/ m2 bắt đầu gây loá mắt 5000 Cd/ m2 1.8 Độ nhìn rõ tính nhìn Tất nhiên cách nhìn thấy vật phụ thuộc vào độ tơng phản cđa nã nhng cịng phơ thc vµo kÝch thíc cđa vật độ chói nền, điều dẫn tới kích hoạt tế bào hình nón (thị giác ngày) tế bào hình que (thị giác ban đêm) Định nghĩa tơng phản C = L0 Lf If chøng tá mét vËt s¸ng trÌn nỊn tèi, C > biÕn thiªn tõ → + ∞ vật tối sáng C < biến thiên từ -1 độ chói kích thớc vật đà cho ta xác định ngỡng tơng phản Cs ứng với giá trị C cho phép phân biệt đợc vật Black Well đà đa quan niệm độ nhìn rõ nh tỉ số C/Cs cho phép đánh giá tính nhìn Đối với độ nhìn rõ l, giá trị ngỡng tơng phản thấp rộng sáng Ta nhận thấy dới vài phần trăm Cd/m2 thị giác đêm vài Cd/m2 trở nên thị giác ngày Vis = 12 Vis = -1 Vis = Mơc tiªu hĐp 0,06 -2 Vis = -4 -2 Thị giác đêm Mục tiêu rộng Log If Thị giác ngày Hình.1.4 1.9 Định luật Lambert Dù ánh sáng qua bề mặt suốt ánh sáng đợc phản xạ mặt mờ Hoặc ánh sáng chịu hai tợng bề mặt mờ, phần ánh sáng đợc bề phát lại theo hai cách sau đây: - Sự phản xạ khúc xạ tuân theo định luật quang hình học hay tuân theo định luật Đescartes -Sự phản xạ truyền khuyếch tán theo định luật Lambert E = L Ta gọi độ sáng M tỉ số quang thông phát nguyên tố diện tích dù nguyên nhân phát có phản xạ, truyền dẫn phát xạ nội nh mặt hình máy thu hình Độ sáng tính Lumen.m-2 (nhng Lux ) quang thông phát quang thông thu Khi độ sáng khuyếch tán, định luật Lambert đợc tổng quát hoá là: M = L 1.10 Lux kế đo cờng độ sáng Lux kế: dụng cụ đo tất đại lợng ánh sáng Dụng cụ gồm tế bào Sêlen quang điện (pin quang điện) biến đổi lợng nhận đợc thành dòng điện cần đợc nối với miliampe kế Đo cờng độ sáng: tế bào chiếu sáng trực tiếp nguồn đặt khoảng cach r toả tia có cờng độ sáng I theo phơng phản tuyến với tế bào Biểu thức I = E.r2 cho giá trị cờng độ sáng Sử dụng phơng pháp bao gồm điều nguồn thứ cấp khác chiếu sáng nh vật hay thành phần phản xạ đà làm, ngời ta sơn mặt đen ( = 0.05) Chỗ tiến hành đo cờng độ sáng Đo độ chói : Ta xác định đợc độ chói L nhờ định luật lambert hệ số phản xạ 1.11 Chỉ số màu (thể màu hoàn màu) Đo khái niệm quan trọng lựa chọn tơng lai nguồn sáng Cùng vật đợc chiếu sáng nguồn sáng chuẩn khác suất màu khác nhng không chịu biến đổi màu So sánh với vật đen có nhiệt độ màu, vật làm biến màu vật đợc chiếu sáng, biến đổi màu phát xạ phổ khác đợc đánh giá xuất phát từ độ sai lệch màu gán cho nguồn số màu (IRC) biến thiên từ không với ánh sáng đơn sắc đến 100 đối víi vËt ®en Trong thùc tÕ ta chÊp nhËn sù phân loại sau đây: Ra < 50: Chỉ số ý nghĩa thực tế, màu hoàn toàn bị biến đổi Ra < 70: Các sử dụng công nghiệp thể màu thứ yếu 70 < Ra < 85: Các sử dụng thông thờng thể màu không quan trọng 10 4.4 phơng án xây dựng lắp đặt móng cột trạm biến áp 600 600 1000 X1 X2 Ghi : X7 1800 X1: Xà đỡ sứ (1 bộ) X2: Xà đỡ cầu dao (1 bộ) X3: Xà đỡ chống sét (1bộ) X4: Xà đỡ cầu chì (1 bộ) X5: Công sơn đỡ trạm (2 bộ) X6: Xà đỡ máy biến áp (2 bộ) X7: Xà đỡ đầu cáp (1 bé) 1700 X3 1350 2500 10000 X4 500 3000 X5 700 2500 1200 Hình4 8.Trạm biến áp treo hai cột §uêng d©y 22 kV 1400 400 1200 1500 Đất đầm chặt Chú thích 1: Xà kép đầu trạm 2: Xà đỡ sứ trung gian 3: Xà đỡ cầu chì tự rơi 4: Xà đỡ chống sét van sứ trung gian 5: Máy biến áp 6: Tủ điện hạ 7: Ghế thao tác 8: Giá đỡ máy biến áp 9: Thang trèo 10: Cột bê tông ly tâm 12m Bê tông móng M200 12000 1400 2500 1900 Bê tông lót M100 3600 100 1700 1800 500 10 100 Hình4 9.Trạm biến áp treo cột 100 100 1700 H×nh 4.10 KÕt cÊu mãng cét 4.5 thiÕt kÕ hƯ thống đóng cắt đèn chiếu sáng 101 4.5.1 giới thiệu chung Việc đóng cắt hệ thống điện chiếu sáng đô thị công nhân thao tác tay Việc tốn nhân công nguy hiểm trời ma bÃo khí hậu ẩm ớt hệ thống đóng cắt đặt trời Hiện có số phơng pháp đà đợc sử dụng để thiết kế hệ thống tự đóng cắt là: Máy cắt theo có cấu đồng hồ điện Hệ thống có tế bào quang điện Phát dòng điện 175 Hz lên dây dẫn mạng để thao tác công tắc tơ đóng cắt hệ thống Các hệ thống có nhợc điểm là: cấu tạo phức tạp, làm việc không tin cậy, phải thờng xuyên bảo dỡng việc đóng đèn chiếu sáng phổ biến dùng tay Qua trình nghiên cứu ngời ta đà sử dụng PLC loại nhỏ LOGO! để điều khiển công tắc tơ điều khiển đóng cắt hệ thống Ưu điểm hệ thống hoạt động tin cậy, có khả lập trình chơng trình điều khiển đóng cắt khác nhau, giá thành tơng đối rẻ, lắp ráp đơn giản, gọn nhẹ Hệ thống đáp ứng đợc yêu cầu đặt ra: Hệ thống hoạt động tin cậy Tự hoạt động trở lại có điện Tự đóng cắt hệ thống theo mùa: mùa đông từ 17h đến 6h30, mùa hè từ 18h ®Õn 5h30 4.5.2 ThiÕt kÕ hƯ thèng tù ®éng đóng cắt đèn chiếu sáng 4.5.3 Vài nét LOGO! 230RC a Phần cứng LOGO! Là họ tiếng tập đoàn SIEMENS cộng hoà liên bang Đức LOGO! Modul điều khiển vạn dạng nhỏ PLC Về cấu tạo phần cứng LOGO! Có nhiều loại ph©n theo thÕ hƯ (Standard) 1996: OBA0 102 1998: OBA1 2000: OBA2 Sự khác hệ dung lợng nhớ, mức độ phức tạp thuật toán giải đợc Bảng 5.1 So sánh hệ Logo! Bộ nhớ Blocks Memory 0BA0 OBA1 OBA2 Par Tham sè Khèi 56 56 30 Ram Timer 27 27 24 Bé ®Õm 16 16 10 48 48 27 Rem Makers 15 15 017 Cờ Phân loại theo đầu vào - Hệ chuẩn: đầu vào Logic (I0 ữI6) đầu Logic (Q0ữQ4) - Hệ dài: 12 đầu vào Logic (I0ữI12) đầu Logic(Q0ữQ8) LOGO!230 R C Nguồn cung cấp Đầu rơle Có đồng hồ - HƯ cã ®êng chun (Bus): cã thĨ kÕt nèi mạng (ký hiệu B11) + Phân loại nguồn cung cấp: 12V, 24V, 220V + Phân loại theo dạng đầu ra: đầu Rơ le: 30V DC: 220V AC, 10A tải trở b Phần mềm 103 Để lập trình cho Logo! Sử dụng phần mềm Logo!Soft comfort OBA0 Đây phần mềm chuyên dụng cho họ sản phẩm Logo! Siemens Nó cỏ thể làm việc Windown 95 trở lên Chức năng: Lập trình cho Logo! hình thức FBD (Funtion Block Datagram), có công cụ trao đổi chơng trình liệugiữa Logo! với máy tính PC ngợc lại Có khẳ mô (simulation) nhiều tiện ích khác nh tự nhận dạng loại Logo!, tự động kiểm soát chơng trình Các khối Logo!: - Teminal block (khối đầu cuối): + Input: I, Ia + Output: Q, Qa + Marker: M - Funtion block(khèi chức năng): + Khối bản: NOT, AND, OR, XOR + Khối đặc biệt (Special Funtion Block): RS, timer c GhÐp nèi phÇn cøng - Nguån cung cÊp: Nguån DC có hai loại 12V, 24V (L+, M) Nguồn AC 220V (L1, N) - Đầu vào Logic: Đầu vào DC Loại 12V: "1" Logic UV >8V, dòng vào: I >1,5mA "0" Logic UV 0,08 mA "0" Logic UV