Hiện nay, tiết kiệm năng lượng điện đã trở thành một vấn đề mang tính toàn cầu và có tính cấp bách. Trên thế giới đã và đang xẩy ra nhiều cuộc xung đột mà nguyên nhân bắt nguồn từ việc tranh chấp các nguồn năng lượng và cụm từ “Anh Ninh Năng Lượng” cũng được đề cập đến nhiều. Nhận thức được vấn đề này, các quốc gia đã tự xây dựng cho mình một chương trình phát triển năng lượng mà trọng tâm là hướng đến nguồn năng lượng sạch có
tính bền vững. Đi đôi với nó là cả một chiến lược sử dụng năng lượng có hiệu quả và tiết kiệm.
Ở nước ta, hiện nay mức tiêu thụ điện năng cho chiếu sáng đang chiếm một tỉ phần khá cao trong tổng lượng điện năng tiêu thụ. Theo số liệu của tổng công ty điện lực (EVN), điện tiêu thụ cho chiếu sáng trên toàn quốc chiếm khoảng 35% tổng lượng điện tiêu thụ. Trong đó, hệ thống chiếu sáng công cộng đang là lĩnh vực tiêu tốn nhiều năng lượng do thiết kế, lắp đặt, thiết bị và sử dụng chiếu sáng chưa hiệu quả.
Có nhiều giải pháp được đưa ra để tiết kiệm điện năng trong chiếu sáng. Giải pháp sử dụng tủ điều khiển, tự động cắt bớt một số bóng đèn đang là giải pháp được sử dụng rộng rãi nhất trên cả nước.
Việc điều khiển chiếu sáng không chỉ mang lại hiệu quả tiết kiệm điện mà còn mang lại nhiều giá trị văn hóa, nghệ thuật trong đời sống con người.
3.2. Giới thiệu môt số hệ thống điều khiển chiếu sáng đường giao thông
3.2.1. Hệ thống điều khiển chiếu sáng công cộng từ trung tâm qua mạngthông tin di động (GSM-3G) thông tin di động (GSM-3G)
Đây là sản phẩm kết hợp giữa điện, điện tử, tự động hóa, công nghệ thông tin và viễn thông. Sản phẩm đã được thử nghiệm và ứng dụng tại một số địa phương trong cả nước, được các đơn vị sử dụng đánh giá cao (hình 3.3), có thể tự động điều khiển hoặc điều khiển từ trung tâm qua mạng thông tin di động :
-Có thể điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng công cộng từ trung tâm: có khả năng điều khiển bật, tắt đèn chiếu sáng theo thời gian, điều khiển tiết giảm điện năng tiêu thụ với nhiều mức theo thời gian, điều khiển tắt xen
kẽ các pha theo thời gian; có khả năng lưu trữ giữ liệu về hệ thống chiếu sáng và điện năng tiêu thụ trên máy tính (hình 3.1).
-Tiết kiệm đến 50% lượng điện năng tiêu thụ
-Tiết kiệm nhân công khai thác, bảo dưỡng hệ thống chiếu sáng công cộng, giảm lượng phát thải khí CO2 góp phần bảo vệ môi trường...
Hình 3.1: Mô hình hệ thống điều khiển chiếu sáng công cộng từ trung tâm qua mạng thông tin di động
Hình 3.2: Module truyền tín hiệu qua mạng thông tin di động
•Tính năng và chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu
-Cung cấp giải pháp sử dụng điện tiết kiệm hiệu quả.
-Vận hành lắp đặt dễ dàng, có chế độ điều khiển tự động hoặc điều khiển từ trung tâm.
-Đặt thời gian đóng, cắt, đặt thời gian tiết giảm công suất, đặt % tiết giảm.
Hình 3.3: Ứng dụng thiết bị điều khiển chiếu sáng công cộng trong thực tế
-Công suất : 15KVA, 20KVA, 25KVA, 30KVA, 40KVA, 60KVA và 90KVA.
-Điện áp đầu vào từ 260 ÷ 430 VAC ( 160 ÷ 240 VAC). -Đặt chế độ tiết kiệm: 0 ÷ 50%.
-Tần số: 49 ÷ 62HZ.
-Kích thước: 600 × 700 × 1100mm -Khối lượng 120kg
-Độ bền cách điện: ˃ 3M
Hệ thống điều khiển chiếu sáng tiết kiệm điện năng là giải pháp có thể ứng dụng hiệu quả cho hệ thống chiếu sáng công cộng, đem lại hiệu quả tiết kiện điện cao có thể ứng dụng trong:
-Hệ thống chiếu sáng công cộng, chiếu sáng đô thị tại các thành phố, huyện, thị xã.
-Hệ thống chiếu sáng trong các khu công nghiệp, khu đô thị, khu chế xuất.
-Hệ thống chiếu sáng trên đường cao tốc, quốc lộ, tỉnh lộ, cầu, cảng biển...
3.2.2. Hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng công cộng – smartlight
• Đặc tính :
-Sử dụng công nghệ truyền thông: GPRS, RF, PLC, telephone line. -Chức năng giám sát điều khiển tập trung từ trung tâm, tự động báo lỗi về trung tâm điều khiển.
-Cài đặt lịch và chế độ điều khiển từ trung tâm.
-Điều khiển 3 cấp: Điều khiển từ trung tâm, điều khiển từ tủ khu vực, điều khiển tại chỗ.
-Lưu trữ, thống kê tình trạng hoạt động của các tủ điều khiển chiếu sáng.
-Lắp đặt thuận tiện không ảnh hưởng đến cấu trúc mạng chiếu sáng -Bảo hành nhanh chóng kịp thời
Hình 3.4: Sơ đồ điểu khiển của hệ thống smartlight
•Thông số kỹ thuật:
-Số lượng tủ chiếu sáng được quản lý không giới hạn. -Nhiệt độ hoạt động: -100C đến 600C; độ ẩm 95%
-Giám sát các thông số: Tình trạng đóng, cắt, các thông số dòng điện, điện áp của tuyến, chuẩn đoán và báo lỗi về trung tâm.
-Công suất tiêu thụ của thiết bị thấp .
Hình 3.5: Giao diện điều khiển chiếu sáng qua mạng của hệ thống smartlight
3.2.3 Tủ điều khiển chiếu sáng
Tủ điều khiển chiếu sáng chứa các thiết bị đóng, cắt và thiết bị điều khiển được dùng để điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng đường phố, chiếu sáng vườn hoa, khu vực công cộng, chiếu sáng văn phòng, siêu thị...
Tủ điều khiển chiếu sáng sử dụng các bộ đóng, cắt theo thời gian như timer hoặc các bộ điều khiển có thể lập trình chế độ điều khiển phức tạp như PLC, vi điều khiển. Tùy theo yêu cầu hoạt động của hệ thống chiếu sáng, tủ chiếu sáng có thể được thiết kế chức năng đơn giản hoặc phức tạp, thậm chí chức năng thông minh tự động nhận biết điều kiện chiếu sáng để bật tắt bóng đèn cũng như điều chỉnh cường độ sáng phù hợp.
• Phân loại tủ điều khiển chiếu sáng :
- Tủ chiếu sáng đơn giản: Sử dụng timer để đặt thời gian bật/ tắt bóng đèn.
Ưu điểm: Giá thành sản xuất thấp, thao tác vận hành đơn giản.
Nhược điểm: Không cho phép cài đặt chế độ điều khiển phức tạp, không có chức năng và điều khiển từ xa.
- Tủ điện chiếu sáng dùng bộ điều khiển: Sử dụng PLC hoặc vi điều khiển cài đặt thông số ban đầu qua bàn phím chức năng và màn hình hiển thị LCD/LED.
Ưu điểm: Có thể cài đặt chế độ hoạt động linh hoạt theo thời gian và điều khiển cường độ sáng của đèn (đối với loại đèn cho phép điều chỉnh công suất) hoặc điều khiển màu sắc đèn (đối với đèn trang trí nhiều màu) có thể tích hợp chức năng giáp sát và điều khiển từ xa.
Hình 3.6: Tủ điều khiển chiếu sáng
- Tủ chiếu sáng thông minh: Sử dụng vi điều khiển và các bộ cảm biến được sử dụng cho các hệ thống chiếu sáng thông minh. Tự động điều khiển bật/tắt và cường độ sáng phù hợp bằng cách đo lường các thông số như độ sáng trời mưa/sương mù, phát hiện có người... kết hợp với các thông số do người sử dụng cài đặt.
Ứng dụng : Tủ điều khiển chiếu sáng dùng cho các hệ thống đèn chiếu sáng trong các khu vực công cộng như đường phô, khu đô thị, vườn hoa, công viên... hay trong trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, chung cư...
3.3. Thế kế hệ thống điều khiển chiếu sáng đường Ngô Xuân Quảng
3.3.1. Các thiết bị trong hệ thống
Lựa chọn k1, k2
Trong sơ đồ điều khiển, để tự động cắt nguồn động lực cung cấp cho hệ thống chiếu sáng có tín hiệu điều khiển bằng 2 công tắc tơ k1 và k2 .
Công tắc tơ k1 dùng để cắt ½ số đèn khi về khuya nhằm mục đích tiết kiệm điện năng. Còn công tắc tơ k2 đảm nhận nhiệm vụ cắt ½ số đèn còn lại khi trời sáng.
Tổng công suất đường Ngô Xuân Quảng là 12750W theo bảng 2.1. Tính nhánh k1 và k2 duy trì đóng cắt cho ½ số đèn đường Ngô Xuân Quảng
P1 = ½ . 12750 = 6375 (W) Dòng điện của nhánh k1
I1 = = = 11,4 (A)
Chọn k1 và k2: có dòng định mức 25A, điện áp định mức 380V Sử dụng 2 rơ le thời gian 24h để điều khiển chiếu sáng.
3.3.2. Sơ đồ điều khiển mạch chiếu sáng
K1 RT1 RT1 K2 RT2 RT2 AT
Hình 3.7: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống chiếu sáng đường Ngô Xuân Quảng
Với yêu cầu của hệ thống điều khiển chiếu sáng là 18h chiều toàn bộ đèn trên đường được tự bật sáng lên, đến 23h30 tối thì tự động tắt đi 1/2 số đèn, đến 6h sáng hôm sau thì toàn bộ hệ thống đèn sẽ tự động tắt hoàn toàn. Thì ta dùng, 2 rơ le thời gian loại 24h, 2 công tắc tơ k1 và k2. Thời điểm 18h thì k1 và k2 cùng hoạt động, đến 23h30 thì chỉ còn k2 hoạt động, đến 6h sáng hôm sau thì k2 tắt luôn thì toàn bộ hệ thống chiếu sáng đường được tắt hoàn toàn. Các rơ le thời gian được hẹn giờ đến 18h, 23h30 và 6h. Đến đúng thời gian đó thì chúng sẽ cấp điện cho cuộn điều khiển của k1 và k2 từ đó cho phép các tiếp điểm chính k1và k2 mở ra hay đóng vào để cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng đường.
3.4. Thiết kế xây dựng mô hình điều khiển chiếu sáng đường
3.4.1. Các thiết bị sử dụng trong mô hình
Em đã xây dựng mô hình điều khiển chiếu sáng đường với các thiết bị sau:
2 rơ le thời gian 24h; 2 contactor;
1 aptomat 2 cực; 2 aptomat 1 cực; 1 đèn báo pha; 1 cầu chì;
3.4.2. Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống chiếu sáng K1 RT1 RT1 K2 RT2 RT2 AT
Hình 3.8: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống chiếu sáng
Em cài đặt hệ thống điều khiển như sau: thời điểm 18h thì k1 và k2 cùng hoạt động, đến 23h30 thì chỉ còn k2 hoạt động, đến 6h sáng hôm sau thì k2 tắt luôn thì toàn bộ hệ thống chiếu sáng đường được tắt hoàn toàn. Các rơ le thời gian được hẹn giờ đến 18h, 23h30 và 6h. Đến đúng thời gian đó thì chúng sẽ cấp điện cho cuộn điều khiển của k1 và k2 từ đó cho phép các tiếp điểm chính k1và k2 mở ra hay đóng vào để cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng đường.
Hình 3.9: Mô hình điều khiển đèn đường tự động 3.4.3. Khảo nghiệm mô hình
Sau khi lắp ráp mô hình xong, em tiền hành đo thời gian điều khiển hệ thống chiếu sáng của mô hình. Kết quả thu được trong bảng 3.1
Bảng 3.1: Số liệu khảo nghiệm mô hình
STT Thời gian bật toàn bô đèn
Thời gian tắt môt nửa số đèn
Thời gian tắt toàn bô đèn
Ngày 1 18h 23h30p 6h
Ngày 2 18h1p 23h31p 6h1p
Ngày 3 18h1p 23h31p 6h1p
Ngày 4 18h2p 23h32p 6h2p
Ngày 5 18h2p 23h32p 6h2p
Chú ý: Rơ le 24 h sử dụng trong mô hình của hãng national với khoảng cài đặt thời gian nhỏ nhất là 15p nên ta chỉ có thể cài đặt khung đóng giờ đóng cắt cho rơ le thời gian nhỏ nhất là 15p.
Nhận xét: với khoảng cài đặt nhỏ nhất là 15p mà sai lệch rất nhỏ chỉ một, hai phút em thấy mô hình hoạt động ổn định, có thể ứng dụng trong điều khiển chiếu sáng các con đường có yêu cầu điều khiển chiếu sáng không cao.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Sau quá trình thực hiện đồ án em đã thu được kết quả như sau: - Tìm hiểu phương pháp thiết kế chiếu sáng đường giao thông
- Áp dụng thiết kế chiếu sáng cho đường Ngô Xuân Quảng, Trâu Quỳ, Gia Lâm, Hà Nội.
- Gới thiệu một số hệ thống điều khiển chiếu sáng.
- Xây dựng mô hình điều khiển đèn đường tự động theo thời gian.
2. Kiến nghi
Do đề tài còn khá mới, kiến thức của em còn hạn chế nên đồ án vẫn còn một số phần thiếu sót chưa hoàn chỉnh: Sử dụng đèn led trong chiếu sáng giao thông, xây dựng mô hình điều khiển chiếu sáng thông minh.
Từ những thiếu sót trên, em mong muốn đề xuất: Tiếp tục nghiên cứu đề tài thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng đèn đường thông minh sử dụng các cảm biến ánh sáng, cảm biến lưu lượng di chyển... Sử dụng bóng đèn led trong chiếu sáng đường giao thông.
Tuy nhiên trong quá trình hoàn thành khóa luận em không tránh khỏi các sai sót, kính mong quý thầy cô và các bạn cùng góp ý để bài khóa luận của em được hoàn thiện hơn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Kỹ thuật chiếu sáng – Ptrick Vardeplanque (Lê Văn Doanh, Đặng Văn Đào) 2.Thiết bị và hệ thống chiếu sáng - Pgs.Ts Đặng Văn Đào, Pgs.Ts Lê Văn
Doanh, Ts Nguyễn Ngọc Mỹ.
3.Thiết kế cấp điện –Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm.
4. Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng - Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch.
5. Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị – Ngô Hồng Quang. 6. Mạng điện – Nguyễn Ngọc Kính.