Bộ GIáO DụC ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC DÂN LậP HảI PHòNG Thiết kế hệ thống cung cấp điện chiếu sáng cho cầu bính hải phòng Đồ án tốt nghiệp Đại học Chính Quy Hệ Liên Thông Ngành : điện công nghiệp 2009 HảI phòng 2006 MC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chƣơng I: TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG 1.1 LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG VÀ VAI TRÕ CỦA CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ 1.1.1 Lịch sử chiếu sáng 1.1.2 Vai trò chiếu sáng đô thị 1.2 CÁC ĐẠI LƢƠNG CƠ BẢN ĐO ÁNH SÁNG 1.2.1 Góc khối (cịn gọi góc dặc hay góc nhìn) 1.2.2 Thông lƣợng lƣợng xạ ánh sáng nhìn thấy 1.2.3 Quang thông 1.2.4 Quang hiệu 1.2.5 Cƣờng độ sáng 1.2.6 Độ rọi 10 1.2.7 Độ sáng (hay gọi độ trƣng) 11 1.2.8 Độ chói 12 1.2.9 Nhiệt độ màu 14 1.2.10 Độ hoàn màu (chỉ số thể màu) 16 1.3 CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG HỌC VÀ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG 18 1.3.1 Sự phản xạ 18 1.3.2 Sự truyền xạ 19 1.3.3 Sự khúc xạ 21 1.3.4 Sự che chắn 22 1.3.5 Sự hấp thụ 22 Chƣơng II: CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG 24 2.1 SƠ LƢỢC VỀ LỊCH SỬ CÁC PHƢƠNG PHÁP, TRÌNH TỰ THIẾT KẾ 24 2.2 PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ R 25 2.2.1 Các thông số hình học bố trí đèn 27 2.2.2 Các phƣơng án bố trí đèn 30 2.2.3 Xác định khoảnh cách cực đại đèn 32 2.2.4 Hệ số sử dụng fu, quang thông đèn Φtt 33 2.2.5 Chọn công suất đèn 36 2.2.6 Kiểm tra trị số tiện nghi chói lóa 37 2.2.7 Chiếu sáng vỉa hè 38 2.3 PHƢƠNG PHÁP ĐỘ CHÓI ĐIỂM 39 2.3.1 Độ chói điểm mặt đƣờng 40 2.3.2 Phân loại lớp phủ mặt đƣờng 41 2.3.3 Tính tốn độ chói độ rọi điểm 43 Chƣơng III: THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CẦU BÍNH – HẢI PHÒNG 46 3.1 THIẾT KẾ LẮP ĐẶT ĐÈN TRÊN GIẢI PHÂN CÁCH TRUNG TÂM (PHƢƠNG ÁN 1) 47 3.2 THIẾT KẾ LẮP ĐẶT ĐÈN HAI BÊN ĐƢỜNG ĐỐI DIỆN (PHƢƠNG ÁN 2) 54 3.3 LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN LẮP ĐẶT ĐÈN 57 3.4 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TIẾT DIỆN DÂY DẪN 58 3.4.1 Lựa chọn máy biến áp 58 3.4.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn 60 3.5 PHÂN PHA 61 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 LỜI NÓI ĐẦU Theo suốt chiều dài lịch sử phát triển kỹ thuật, ngành kỹ thuật chiếu sáng tiến bƣớc chậm chạp với nguồn sáng đơn sơ ban đầu bó đuốc, nến, đèn dầu nhanh chóng chuyển qua kỷ nguyên phát triển rực rỡ thời kỳ ánh sáng điện Ngày chiếu sáng đƣờng phố khơng để đẩy lùi bóng tối mà cịn làm cho thị sống động, hấp dẫn tráng lệ đêm Góp phần nâng cao chất lƣợng sống cho ngƣời dân đô thị, thúc đẩy phát triển thƣơng mại du lịch Việc chiếu sáng đƣờng giao thông không mối quan tâm Công ty chiếu sáng đô thị, nhà thiết kế chiếu sáng mà mối quan tâm chung toàn xã hội Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, với kiến thức đƣợc học Trƣờng đại học Dân lập Hải Phòng đƣợc tin tƣởng động viên thầy cô khoa môn em nhận đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế cung cấp điện chiếu sáng cho cầu Bính - Hải Phịng” Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với cố gắng thân, đồng thời với giúp đỡ thầy, cô giáo môn đặc biệt đƣợc giúp đỡ tận tình thầy giáo hƣớng dẫn Th.S Đặng Hồng Hải Đến nay, em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Song thời gian làm đồ án có hạn, kiến thức cịn hạn chế, nên đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót Do em kính mong nhận đƣợc góp ý, bảo thầy cô giáo để đồ án đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thự hiện: Nguyễn Duy Thanh Chƣơng I TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG 1.1 LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG VÀ VAI TRỊ CỦA CHIẾU SÁNG ĐƠ THỊ 1.1.1 Lịch sử chiếu sáng Từ thời kỳ sơ khai ngƣời biết tạo ánh sáng từ lửa, nhiên lúc ngƣời dùng lửa với tƣ cách nguồn nhiệt nguồn sáng Trải qua thời kỳ dài lịch sử ngƣời phát minh loại đèn thắp sáng chất khí Sau nhà hoá học ngƣời áo K.Auer phát minh đèn măng sông chế tạo chất chịu đƣợc nhiệt độ cực cao dã cho ánh sáng trắng đốt cháy lửa chất khí đèn măng sông trở nên phổ biến khắp thành phố lớn giới, tƣởng nhƣ khơng có loại đèn thay đƣợc Tuy nhiên cuối kỷ 19 ngƣời ta bắt đầu nhận thấy ƣu điểm thắp sáng điện Cho đến ngƣời ta chƣa biết xác ngƣời chế tạo đèn điện Tuy nhiên để điến bóng đèn hồn thiện nhƣ ngày chắn phải có cống hiến nhiều nhà khoa học, ngƣời có cơng ngƣời đăng ký quyền phát minh bóng đèn dây tóc vào năm 1878 Thomat Edison - nhà phát minh tiếng Mỹ để ghi nhận công lao nỗ lực ông việc đem ánh sáng đến cho nhân loại mà ngày ngƣời ta tƣởng nhớ ông nhƣ cha đẻ loại bóng đèn sợi đốt Đêm 24/ 12/ 1879 Edison mời hàng trăm ngƣời thuộc đủ thành phần xã hội thành phố New York tới dự bữa tiệc nhà ông nhằm quảng cáo sản phẩm đèn điện ông chế tạo lần Tại bữa tiệc ông cho thắp sáng hàng loạt bóng đèn tất khu nhà ở, xƣởng máy, phịng thí nghiệm sân vƣờn Kết bữa tiệc giúp ông nhận đƣợc tài trợ quyền cho đề án thắp sáng thành phố Cuối cùng, đến 5h sáng ngày 04/09/1882 hàng trăm đèn phố đồng loạt bật sáng làm góc thành phố New York tràn ngập ánh sáng điện, đánh dấu thời khắc lịch sử ánh sáng điện chinh phục bóng đêm Đây đƣợc xem thời điểm đời ngành chiếu sáng đô thị Tại Việt Nam trƣớc đây, chiếu sáng đô thị đƣợc xây dựng sở lƣới đèn chiếu sáng công cộng đƣợc xây dựng từ thời Pháp thuộc, chủ yếu dùng bóng đèn sợi tóc Đến năm 1975, đèn cao áp đƣợc lắp đặt quảng trƣờng Ba Đình lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh Ngồi chiếu sáng đƣờng phố, loại chiếu sáng khác đô thị nhƣ chiếu sáng công viên, vƣờn hoa, chiếu sáng cảnh quan cơng trình kiến trúc văn hoá, lịch sử, thể thao, chiếu sáng tƣợng đài … hầu nhƣ chƣa có Hội nghị chiếu sáng đô thị lần thứ (4/ 1992) khởi đầu cho phát triển ngành chiếu sáng đô thị Việt Nam Thực trạng chiếu sáng thị lúc cịn kém, lạc hậu so với đô thị khu vực Sau hội nghị chiếu sáng thị tồn quốc lần thứ hai (12/1995) tổ chức Đà Nẵng, với phát triển vƣợt bậc ngành kinh tế, lĩnh vực chiếu sáng đô thị nƣớc ta dã thực hình thành phát triển Hiện có hội chiếu sáng thị Việt Nam 1.1.2 Vai trị chiếu sáng thị Tại nƣớc phát triển, điện dùng cho chiếu sáng chiếm từ đến 13% tổng điện tiêu thụ Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm nhiều thành phần khác nhau, kể đến chiếu sáng phục vụ giao thông, chiếu sáng quan chức đô thị … Chiếu sáng đƣờng phố tạo sống động, hấp dẫn tráng lệ cho thị đêm Góp phần nâng cao chất lƣợng sống cho ngƣời dân đô thị, thúc đẩy phát triển thƣơng mại du lịch Đặc biệt, hệ thống chiếu sáng trang trí cịn tạo khơng khí lễ hội, khác biệt cảnh quan đô thị dịp lễ tết ngày kỷ niệm lớn thời điểm diễn hoạt động trính trị, văn hố xã hội nhƣ kiện quốc tế Trong điêù kiện thiếu hụt điện nƣớc ta, có lúc, nơi chiếu sáng quảng cáo bị cho phù phiếm, lãng phí khơng hiệu Điều xuất phát từ góc độ tiêu thụ lƣợng mà chƣa nhận thức đƣợc vai trị chiếu sáng thị Do cần có đánh gía xác khách quan hiệu mà chiếu sáng đem lại khơng mặt kinh tế, mà cịn bình diện văn hố - xã hội Khơng nhìn nhận hiệu trực tiếp trƣớc mắt mà có hiệu gián tiếp lâu dài mà chiếu sáng đem lại việc quảng bá, thúc đẩy phát triển thƣơng mại, dịch vụ du lịch Chỉ có nhƣ vậy, hệ thống chiếu sáng thị phát triển trì cách bền vững, dóng vai trị ngày xứng đáng cơng trình hạ tầng kỹ thuật thị 1.2 CÁC ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN ĐO ÁNH SÁNG [3] 1.2.1 Góc khối (cịn gọi góc đặc hay góc nhìn) Khái niệm: xét đƣờng cong kín (L) Từ điểm O không gian ta vẽ đƣờng thẳng tới điểm đƣờng cong (L) gọi đƣờng sinh Khi phần khơng gian giới hạn đƣờng sinh đƣợc gọi góc khối nhìn đƣờng cong (L) từ đỉnh O Độ đo góc khối diện tích phần mặt cầu có bán kính r = 1, tâm điểm O bị cắt góc khối Ký hiệu góc khối : Ω (đọc Ômega) Đơn vị : Sr (steradian) Steradian góc khối mà dƣới góc ngƣời quan sát đứng tâm O cầu R= 1m nhìn thấy diện tích D= 1m2 mặt cầu Ý nghĩa: Góc khối góc khơng gian, đặc trƣng cho góc nhìn (tức từ điểm nhìn vật thể dƣới góc khối) Trong kỹ thuật chiếu sáng, góc khối biểu thị cho khơng gian mà nguồn sáng xạ lƣợng O r=1 Ω= S L Hình 1.1 Định nghĩa góc khối 1.2.2 Thông lƣợng lƣợng xạ ánh sáng nhìn thấy Năng lƣợng điện cung cấp cho nguồn sáng khơng phải biến đổi hồn tồn thành ánh sáng mà biến đổi thành nhiều dạng lƣợng khác nhƣ hoá năng, xạ nhiệt, xạ điện từ Các xạ ánh sáng phần xạ điện từ nguồn phát Dƣới góc độ chiếu sáng ta quan tâm đến lƣợng xạ ánh sáng nhìn thấy mà thơi, ngƣời ta đƣa khái niệm thông lƣợng lƣợng xạ ánh sáng nhìn thấy, phần lƣợng xạ thành ánh sáng nguồn sáng giây theo hƣớng đƣợc xác định theo công thức: Phổ ánh sáng liên tục: W ( ).d với 380nm ≤ λ1, λ2 ≤ 780nm Phổ ánh sáng ban ngày (loại phổ liên tục): 780 nm W ( ).d 380 nm Phổ ánh sáng rời rạc (quang phổ vạch): n P( i ) i Trong đó: + W(λ) phân bố phổ lƣợng nguồn sáng (W/ nm) + P(λi) mức lƣợng tia đơn sắc thứ i phát từ nguồn sáng (W) + λi bƣớc sóng tia đơn sắc thứ i thoả mãn 380nm ≤ λi ≤ 780nm + Đơn vị đo thông lƣợng (W) 1.2.3 Quang thông Khái niệm: Thông lƣợng lƣợng ánh sáng nhìn thấy khái niệm có ý nghĩa quan trọng mặt vật lý Tuy nhiên kỹ thuật chiếu sáng khái niệm đƣợc quan tâm Thật vậy, giả sử có hai tia sáng đơn sắc màu đỏ (λ = 700nm) màu vàng (λ = 577nm) có mức lƣợng tác động đến mắt ngƣời kết nhận đƣợc mắt ngƣời cảm nhận tia màu đỏ tốt màu vàng Điều giải thích khúc xạ qua mắt (vai trị thấu kính hội tụ) khác nhau: tia sáng có λ bé bị lệch nhiều hội tụ trƣớc võng mạc, tia sáng có λ lớn lại hội tụ sau võng mạc Chỉ có tia λ = 555nm (vàng) hội tụ võng mạc Trên sở ngƣời ta xây dựng đƣờng cong hiệu ánh sáng V(λ) mắt ngƣời (hình 1.2) Đƣờng cong ứng với thị giác ban ngày đƣờng cong ứng với thị giác ban đêm 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 400 450 500 550 600 650 700nm Hình 1.2 Nhƣ rõ ràng thông lƣợng lƣợng dùng kỹ thuật chiếu sáng phục vụ ngƣời, ngƣời ta phải đƣa đại lƣợng ngồi W(λ) cịn phải kể đến đƣờng cong V(λ), đại lƣợng gọi quang thông đƣợc xác định nhƣ sau: Nguồn sáng phát quang phổ vạch ( đèn chiếu sáng): Ф = 683 n P( i ).V ( i ) i Nguồn sáng đơn sắc: Ф = 683.P(λ).V(λ) với λ = const Nguồn sáng có quang phổ liên tục: Ф = 683 W ( ).V ( ).d Ánh sáng ban ngày Ф = 683 780 nm W ( ).V ( ).d 380 nm Trong công thức trên: + n tổng số tia sáng đơn sắc nguồn phát + P(λi) mức lƣợng tia đơn sắc thứ i (W) + W(λ) phân bố phổ lƣợng tia sáng liên tục (W/nm) + λi bƣớc sóng tia đơn sắc thứ i (nm) + 683 lm/W số vật lý xuất phát từ định nghĩa đơn vị cƣờng độ sáng (Cadela), biểu thị chuyển đổi đơn vị lƣợng sang đơn vị cảm nhận thị giác Giá trị 683 đƣợc đƣa vào để tạo giá trị tƣơng đƣơng với định nghĩa cũ cadela + λ1 λ2 giới hạn bƣớc sóng (cận dƣới trên) quang phổ liên tục Ý nghĩa: Về chất, quang thông lƣợng nhƣng đơn vị tính khơng phải t mà Lumen Đây đại lƣợng quan trọng dùng cho tính tốn chiếu sáng, thể phần lƣợng mà nguồn sáng xạ thành ánh sáng tồn khơng gian xung quanh Để thấy rõ khác Oát Lumen ta có so sánh sau: Giả sử có nguồn cơng suất 1W biến đổi tồn cơng suất thành ánh sáng nhìn thấy Nếu ánh sáng phát tia đơn sắc λ = 555nm (màu vàng) cho quang thông 683 lm nhƣng ánh sáng phát quang phổ liên tục với lƣợng phân bố quang thơng khoảng 179 lm 10 ... VỀ CHIẾU SÁNG 1.1 LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG VÀ VAI TRÕ CỦA CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ 1.1.1 Lịch sử chiếu sáng 1.1.2 Vai trò chiếu sáng đô thị 1.2 CÁC ĐẠI LƢƠNG CƠ BẢN ĐO ÁNH SÁNG... viên thầy cô khoa môn em nhận đồ án tốt nghiệp: ? ?Thiết kế cung cấp điện chiếu sáng cho cầu Bính - Hải Phịng” Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với cố gắng thân, đồng thời với giúp đỡ thầy, cô... xạ ánh sáng nhìn thấy Năng lƣợng điện cung cấp cho nguồn sáng khơng phải biến đổi hồn tồn thành ánh sáng mà biến đổi thành nhiều dạng lƣợng khác nhƣ hoá năng, xạ nhiệt, xạ điện từ Các xạ ánh sáng