Dựa vào kết quả tính toán ở trên, để Acu đủ công suất nuôi tải trong suốt 13h thì cấu hình hệ thống Acu cần đạt khoảng 382.2Ah; ta sẽ chọn 2 bình Acu có dung lƣợng 200Ah[9], 2 bình là 400Ah.
Kết luận: Sau khi tính toán ta quyết định sử dụng 2 bình Acu với tổng dung lƣợng là 400Ah để đảm bảo đủ công suất nuôi toàn bộ tải hoạt động.
2.2.3.3. Tính toánlựa chọn cấu hình Solar
Chúng ta sẽ lựa chọn bộ sạc SolarV loại 12V/20A, mỗi Acu 200Ah sẽ đƣợc nạp bằng một bộ SolarV. Nhƣ vậy, để nạp đầy Acu ta cần 10h nạp trong một ngày (khoảng từ 7h00 sáng – 5h00 chiều).
Vậy để đáp ứng việc sạc đầy cấu hình Acu 400Ah chúng ta cần cấu hình Solar có thể sản sinh ra dòng điện ít nhất 40A, suy ra tổng công suất của cấu hình Solar là: 40 x 12 = 480W, sau khi tìm hiểu trên thị trƣờng, chúng ta chọn 4 tấm Solar loại 120W. Mỗi Acu (200Ah) sẽ đƣợc nạp bằng 2 tấm Solar 120W (tổng 240W) thông qua bộ sạc 12V/20A.
2.2.4. Kết luận
Nhƣ vậy, sau khi thực hiện quá trình kiểm tra Led, tính toán tải và lựa chọn cấu hình Acu, Solar cho toàn bộ hệ thống; ta quyết định sử dụng cấu hình các thiết bị cho hệ thống nhƣ sau:
Sử dụng đèn Led loại 2 nhƣ Hình 2.7 b), tổng số lƣợng là 16 Led cho 4 trụ. Cấu hình Acu là 2 bình 200Ah.
Cấu hình Solar là 4 tấm 120W (2 tấm sạc một Acu). Sử dụng bộ sạc SolarV 12V/20A.
Mô hình chúng ta sẽ tiến hành lắp đặt là loại mô hình Solar – Acu – Led tập trung (Mục 1.4, Chương 1), PNLMT sẽ đƣợc lắp đặt toàn bộ trên trụ đèn trƣớc nhà A8 (trụ sô 4 cuối cùng tính tìn cổng trƣờng). Acu sẽ đƣợc đặt trong một tủ điện ngay bên dƣới chân trụ số 4, để cung cấp nguồn điện cho 4 trụ đèn sử dụng.
2.3. TRIỂN KHAI THÍ NGHIỆM TRÊN THỰC TẾ
2.3.1. Lắp đặt, triển khai thử nghiệm khả năng đáp ứng của đèn Led đối với đặc điểm của hệ thống. điểm của hệ thống.
2.3.1.1. Đặc điểm hệ thống hiện tại của tuyến đường cải tạo
Tuyến đƣờng từ cổng trƣờng đến nhà A8 (tuyến đƣờng đang tiến hành cải tạo của dự án) hiện đang đƣợc chiếu sáng bởi 4 trụ đèn, khoảng cách giữa các trụ đèn không đồng đều khoảng từ 29m đến 35m. Để cho dễ tính toán và thử nghiệm ta lấy trung bình khoảng cách giữa các trụ là 30m. Đây là đoạn đƣờng dốc, gấp khúc, có nhiều cây cối che phủ và chịu ảnh hƣởng của nhiều nguồn sáng khác nhau từ bên ngoài, là tuyến đƣờng quan trọng của trƣờng.
2.3.1.2. Triển khai thử nghiệm khả năng đáp ứng độ sáng của Led
Dựa vào đặc điểm của tuyến đƣờng đã phân tích ở Mục 2.3.1.1, ta sẽ triển khai thí
nghiệm nhƣ sau:
Sử dụng một pha đèn đã lắp đầy đủ Led (2 Led), một nguồn DC 12V (bộ nguồn đã dùng thí nghiêm có khả năng điều chỉnh điện áp từ 10.5V đến 14V), một đồng hồ đo ánh sáng, một cần dài để treo đèn ở độ cao 6m. Toàn bộ thí nghiệm sẽ triển khai tại khu Giảng đƣờng G3, sau khi đảm bảo không có ánh sáng từ bên ngoài tác động vào thí nghiệm.
Đánh dấu các điểm đo tại các vị trí so với vị trí treo đèn là: 0m, 3m, 6m, 9m, 12m, 15m, treo đèn ở độ cao 6m. Mục đích của thí nghiệm này là để xác định xem, với đèn Led công suất 20W đã đủ để đảm bảo độ sáng trên toàn bộ tuyến đƣờng là tƣơng đối đồng đều nhau theo tiêu chuẩn ởBảng 2.2, nếu chƣa đủ thì cần đèn Led công suất bao nhiêu. Sau khi tiến hành thí nghiệm ta đƣợc bảng số liệu sau:
Bảng 2. 5: Số liệu thí nghiệm xác định khả năng đáp ứng của Led
Khoảng cách (m) 0 3 6 9 12 15
Độ sáng (lx) 7.82 6.71 3.60 2.32 1.54 0.70
Nhận xét và kết luận:
Nhƣ vậy, với số liệu chúng ta có đƣợc thì rõ ràng với cấu hình Led 20W hoàn toàn không đáp ứng đƣợc khả năng mà hệ thống trên tuyến đƣờng yêu cầu, độ sáng ngay dƣới chân đèn và cách chân đèn 3m đã đủ tiêu chuẩn 5lx; tuy nhiên càng ra xa thì thì độ sáng càng thấp, hoàn toàn không đáp ứng đủ tiêu chuẩn, tại vị trí 15m chỉ còn chƣa đến 1lx.
Tuy nhiên nếu ta xét hết toàn bộ các yếu tố và các khía cạnh khác là:
Khi ta lắp đầy đủ 2 pha đèn lên môt trụ, thì sẽ có sự bù trừ cho nhau về độ sáng giữa các pha đèn trên một trụ và giữa các pha đèn trên các trụ khác nhau;
Một bất lợi cho hệ thống đèn Led là khoảng cách giữa các trụ quá xa (29 – 35m) trong khi đó độ cao tối đa chúng ta có thế treo đèn là 6 – 7m, vì nếu treo đèn cao hơn thì sẽ vƣớng vào cây cối 2 bên đƣờng và ánh sáng sẽ bị tán cây che khuất; Nếu tăng công suất đèn lên trên 20W thì đòi hỏi chúng ta phải đầu tƣ cho hệ
thống cấu hình Acu lẫn Solar cao lên, mà kinh phí thi công dự án thì có hạn. Lý do loại Led chúng ta lựa chọn thì nghiệm vẫn chƣa đáp ứng đƣợc độ sáng nhƣ yêu cầu là vì chỉ mới đƣợc lắp vào tản nhiệt để thì nghiệm mà chƣa có pha
đèn, ánh sáng phân tán đi nhiều hƣớng trong không gian. Giải pháp đƣa ra ở đây là lắp đặt toàn bộ Led vào trong pha đèn, tận dụng sự phản xạ ánh sáng và thấu kính của pha đèn để tập trung ánh sáng theo chiều dọc của trục đƣờng. Tiến hành đo đạt lại thí nghiệm ta đƣợc bản số liệu sau:
Bảng 2. 6: Số liệu độ sáng đèn led sau khi lắp pha
Khoảng cách (m) 0 3 6 9 12 15
Độ sáng (lx) 7.63 7.20 6.10 5.30 4.80 4.50
Nhƣ vậy, với số liệu thu đƣợc ở Bảng 2.6 , ta thấy Led đã đáp ứng một cách
tƣơng đối về tiêu chuẩn độ sáng cần thiết (tiêu chuẩn của Bộ XD là 5lx) mà ta cần (độ sáng của các bóng cao áp tại các giảng đƣờng cũng chỉ đạt từ 2-3lx).
2.3.2. Kết luận và lựa chọn
Sau khi phân tích đặc điểm tuyến đƣờng ta cải tạo và triển khai thí nghiệm với Led 20W dự định sử dụng cho công trình (Mục 2.3.1). Chúng ta vẫn sẽ lựa chọn loại Led 20W (Hình 2.9)nhƣ đã tính toán để lắp đặt cho công trình.
CHƢƠNG 3
THI CÔNG VÀ LẮP ĐẶT THIẾT BỊ CHO CÔNG TRÌNH
Chƣơng 3 sẽ trình bày cụ thể về tiến trình thực thiện dự án trên thực thế[5] , tiến hành thi công tất cả các công đoạn quan trọng của công trình, chủ yếu là chuyên môn liên quan đến xây dựng và chuyên môn của điện lực. Công việc chính sẽ là đúc móng trụ, vận chuyển và dựng trụ đèn; lắp đặt đèn Led lên cả 4 trụ; đƣa vào vận hành thử 4 trụ đèn với nguồn điện AC-DC (220VAC-12VDC); lắp đặt PNLMT, tủ điện chứa Acu, bộ sạc SolarV, bộ điều khiển; kết nối hoàn chỉnh hệ thống theo và đƣa vào vận hành chính thức.
3.1. ĐÚC MÓNG VÀ DỰNG TRỤ ĐÈN 3.1.1. Thi công đúc móng trụ đèn 3.1.1. Thi công đúc móng trụ đèn
3.1.1.1. Tiêu chuẩn thiết kế móng trụ đèn
Đúc móng trụ đèn là một công việc nằm ngoài chuyên môn của sinh viên ngành Điện – Điện tử, vì thế để đảm bảo an toàn chất lƣợng cho toàn bộ công trình; chúng ta sẽ sử dụng bản vẽ thiết kế móng trụ và trụ đèn của công trình cũ.
Bản thiết kế do Khoa Xây Dựng nắm giữ và quản lý (Hình 3.1). Đây là bản vẽ hoàn công do công ty CP XÂY DỰNG & PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN 3 thực hiện, chi tiết thông tin bản vẽ thiết kế nhƣ sau:
- Bản vẽ kết cấu móng trụ đèn chiếu sáng 9m
- Thuộc hạng mục: điện chiếu sáng đƣờng nội bộ. Dự án Xây dựng cơ sở hạ tầng bƣớc 1 – trƣờng ĐHTS (ĐHNT trƣớc khi đổi tên).
- Do công ty TNHH tƣ vấn giao thông xây dựng – UBND tỉnh Khánh Hòa phê duyệt chất lƣợng.
3.1.1.2. Thi công đúc móng trụ đèn
Khi thi công móng trụ đèn cần đảm bảo sao cho khi dựng trụ đèn 4 ốc cố định ở móng trụ phải vừa với 4 lổ ốc đã khoan sẵn ở chân trụ đèn, mặt móng trụ cần phải phẳng đảm bảo trụ đèn không bị nghiêng, cần đèn phải vuông góc với mặt đƣờng sau khi dựng trụ. Đó là những điểm cần lƣu ý trƣớc khi tiến hành đúc móng trụ đèn.
Để đảm bảo an toàn đối với một sinh viên không thuộc lĩnh vực xây dựng, cách tốt nhất là chúng ta sẽ tạo 4 khung ốc phù hợp dành cho 4 trụ đèn (các khung ốc đã lắp vừa vào 4 lổ ốc trên chân trụ đèn; loại ốc Ø24 dài 75cm, thép C45 mạ kẽm 20cm, gai 10cm), sau đó mới tiến hành đúc móng trụ.
Công việc đào hố móng và đổ bê-tông móng trụ đèn sẽ do Công ty CPTM VÀ TƢ VẤN TÂN CƠ TẠI NHA TRANG; địa chỉ: số 372 Lê Hồng Phong – TP Nha Trang thực hiện theo đúng bản vẽ đã trình bày ở Mục 3.1.1.1.
Hình 3.2 đã thể hiện đầy đủ các bƣớc thi công móng trụ; Hình 3.2 c) thể hiện
trƣớc khi đổ đầy bê-tông, chúng ta đã đổ một lớp bê-tông nền kích thƣớc 1000mm x 1000mm, sau đó để khô, nhằm đảm bảo chất lƣợng tốt nhất cho móng trụ đeng; ở Hình
3.2 d) là hình ảnh của móng trụ đèn sau khi đã đƣợc thi công hoàn thành, 4 ốc cố định
chân trụ đã đƣợc cố định thành khung trƣớc đó đƣợc để nổi phần ren ốc lên trên về mặt 5cm, đƣợc bọc keo để đảm bảo không bị bê-tông bám vào.
3.1.2. Tháo dở, vận chuyển và hoàn thiện trụ đèn
Chúng ta sẽ tận dụng các trụ đèn hiện không sử dụng trong khuông viên trƣờng ĐHNT, để sƣ dụng cho công trình. Các trụ đèn chúng ta tận dụng thuộc loại mới và thông dụng nhất hiện nay: trụ 9m, thép mạ kẽm toàn bộ, cần đèn kép. Tiến hành vận chuyển 4 trụ đèn trong trƣờng đến vị trí lắp đặt của công trình (Hình.
Hình 3. 2: Thi công đúc móng trụ đèn
a) Hố móng trụ đèn đã đào xong b) Độ sâu đạt tiêu chuẩn đã thiết kế
c) Đổ bê-tông nền và cốt thép d) Móng trụ sau khi công
a) b)
Sau khi vận chuyển đủ 4 trụ đèn trong khuông viện trƣờng ĐHNT đến nơi thi công công tình, ta tiến hành hoàn thiện trụ đèn: điều chỉnh độ cao trụ đèn, lắp đặt cần đèn, vệ sinh trụ đèn (Hình 3.4).
a) b)
Hình 3. 3: Tháo dở và vận chuyển trụ đèn
a) Tháo dở trụ đèn b) Vận chuyển trụ đèn
3.1.3. Dựng trụ đèn
Dựng trụ đèn là công việc nặng nhọc, nguy hiểm và khá khó khăn; nên chúng ta sẽ sử dụng xe cẩu chuyên dụng để tiến hành lắp đặt các trụ đèn vào móng trụ, vừa đảm bảo an toàn cho ngƣời thi công, ngƣời lƣu thông trên tuyến đƣờng này và tiết kiệm đƣợc thời gian.
3.2. LẮP ĐẶT PHA ĐÈN LED VÀO TRỤ VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM 3.2.1. Lắp đặt pha đèn vào trụ đèn 3.2.1. Lắp đặt pha đèn vào trụ đèn
Các Led đã đƣợc kiểm tra kỹ về chất lƣợng sẽ đƣợc lắp đặt cố định vào pha đèn, sau đó kiểm tra độ tản nhiệt tốt đối với pha đèn, sẽ đƣợc đấu nối dây; tất cả các Led trong 2 pha đều đƣợc đấu nối song song để chạy nguồn Acu 12V. Trƣớc khi các trụ đèn đƣợc dựng vào vị trí móng trụ, ta đã tiến hành chạy dây dẫn nguồn cho Led bên trong lòng trụ, việc đấu nối bên dƣới sẽ đƣợc thực hiện ngay hộp điện của trụ đèn. Phía trên các pha đèn sẽ đƣợc đấu nối vào dây dẫn ở 2 cần đèn và đƣợc cố định bằng ốc (Hình 3.6).
3.2.2. Chạy thử nghiệm các trụ đèn
Mặc dù tuổi thọ của Led rất cao (100.000 giờ), nhƣng đó chỉ là con số lý tƣởng trong phòng thí nghiệm, có rất nhiều yếu tố tác động quyết định tuổi thọ của Led, có 3 yếu tố chính là: điện áp, dòng và nhiệt độ của Led.
Để hạn chế tối đa sự tác động tiêu cực của 3 yếu tố trên đối với tuổi thọ và độ bền của Led, ta sẽ dùng phƣơng pháp điện tử để can thiệp, cụ thể ta sẽ sử dụng mạch điều tiết ổn áp dạng xung để cấp nguồn cho Led sử dụng, chúng ta sẽ đƣợc tìm hiểu rõ loại mạch xung này ở phần sau.
Tại hộp điện của mỗi trụ điện ta sẽ lắp một mạch điều tiết xung (Hình 3.7 a)) để cấp nguồn cho Led hoạt động; nguồn điện sẽ đƣợc bộ nguồn AC –DC 220VAC – 12VDC/30A (Hình 3.7 b)) cung cấp, bộ nguồn này đƣợc lắp đặt bên trong trụ số 1 (ngay sau cổng trƣờng), cung cấp cho cả 4 trụ đèn hoạt động.
Sau tiến trình chạy thử nghiệm các mạch điều tiết sẽ đƣợc đóng hộp bảo vệ và đƣợc cố định bằng cố vào bảng điện trong trụ đèn (chi tiết sẽ đƣợc đề cập ở phần sau), bộ nguồn AC-DC 12V sẽ đƣợc lắp bên trong tủ điện chứa Acu và đóng vai trò là nguồn dự bị (nguồn thứ cấp) cho Acu.
Sau khi lắp đặt và cấp nguồn xong cho các trụ đèn, chúng ta sẽ điều chỉnh độ sáng cho Led vào ban đêm khi các trụ đèn đƣợc bật để hoạt động. Cụ thể, ta sẽ sử dụng đồng hồ đo độ sáng (đơn vị Lx) đặt ngay dƣới pha đèn Led, sau đó điều chỉnh biến trở trên mạch ổn áp điều tiết, sao cho giá trị trên đồng hồ đo đƣợc khoản 6lx (theo tiêu chuẩn của Bộ xây dựng) thì dừng lại, làm tƣơng tự cho tất cả các trụ.
a)
b)
Hình 3. 7: Các thiết bị cấp nguồn cho trụ đèn a) Bộ điều ổn áp điều tiết xung
Công việc quan trọng nhất là theo dõi khả năng chịu tải của mạch ổn áp điều tiết, nếu các linh kiện công suất của mạch đều ổn định nhiệt độ và độ sáng của các pha đèn Led không đổi theo thời gian, nghĩa là quá trình chạy thử nghiệm đã thành công và đúng theo thiết kế.
3.2.3. Kết luận
Từ việc lắp đặt cho đến kiểm tra hoạt động của các trụ đèn ta đã tuân thủ những quy tắc quan trọng để đảm bảo tính chính xác cho quá trình thử nghiệm. Kết quả ta đạt đƣợc hoàn toàn nằm trong dự tính: đèn Led, mạch ổn áp điều tiết cho Led đều hoạt động ổn định (thực tế đã cho chạy và theo dõi đƣợc 2 tuần cho đến khi lắp đặt chính thức), độ sáng led đạt tiêu chuẩn nhƣ trong thiết kế ở phần trƣớc.
3.3. LẮP ĐẶT PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
Từ việc tính toán và lựa chọn cấu hình Solar ở Chƣơng 2, chúng ta sẽ đặt mua Pin cùng bộ sạc SolarV đúng nhƣ thiết kế.
3.3.1. Tính toán lắp đặt Solar
Solar sẽ đƣợc lắp đặt phía trên trụ số 4 (ngay vị trí cột đèn ứng dụng PNLMT của sinh viên khóa 48 đã thực hiện trong đồ án Tốt Nghiệp, nay sẽ đƣợc thay thế bằng trụ đèn số 4 – thuộc dự án ta đang làm), đây là vị trí duy nhất có đủ không gian và bức xạ năng lƣợng Mặt Trời để ứng dụng PNLMT.
Kế thừa những số liệu đã tính toán của khóa 48[1] ( ĐATN của anh Nguyễn Văn Điệp – K48) là:
Từcôngthứcβ=φ±10°,trongđóφlàvĩ độnơilắpđặt.
VĩđộtạiNhaTrangφ=12o,khiđóβ=12+ 10=22o,tachọnβ≈20o
ỞbáncầuNamthìquayvề hƣớngBắc,nếuởbáncầuBắcthìquayvềhƣớng Nam.NhaTrangthuộcNambáncầu,vậysẽlắpđặtnghiêng20otheohƣớng Bắc- Nam.ĐồthịđiệnáptheothờigianthểhiệnnhƣHình 3.8.
3.3.2. Tiến hành lắp đặt Solar
Từ những số liệu đã tính toán cũng nhƣ kế thừa ta tiến hành lắp đặt PNLMT lên trên trụ số 4 (Hình 3.9), đấu nối dây xuống vị trí hộp điện của trụ đèn.
Hình 3. 8:
ĐồthịđiệnápkhôngtảitheothờigiancủatấmPin vớigócnghiêngthayđổi
a) b)
Hình 3. 9: Lắp đặt Pin năng lượng Mặt Trời
3.4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG
Mục này sẽ trình bày cụ thể từng bƣớc ứng dụng kiến thức điện tử để thiết kế và lập trình bộ điều khiển, với mục đích kiểm soát, điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống trụ đèn: bật/tắt đèn, thu thập, quản lý dữ liệu,… Ngoài ra, bộ điều khiển còn đƣợc thiết kế để phục vụ quá trình theo dõi hệ thống, phục vụ nghiên cứu và đào tạo cho sinh viên khóa sau chuyên ngành Điện tử.
3.4.1. Xác định chức năng của bộ điều khiển
3.4.1.1. Chức năng điều khiển hệ thống
Bộ điều khiển sẽ đƣợc thiết kế để đảm nhiệm chức năng: Tự động bật đèn khi trời tối, tắt đèn khi trời sáng.
Tự động ngắt tải khi Acu cạn điện, đồng thời chuyển tải qua sử dụng nguồn điện dự phòng (nguồn dự bị), tức là sử dụng bộ nguồn AC – DC 12VDC/30A để nuôi tải cho đến khi Acu đƣợc nạp điện đầy trở lại (sang ngày hôm sau).
3.4.1.2. Chức năng phục vụ nghiên cứu và đào tạo
Ngoài chức năng chính đƣợc nêu ra ở Mục 3.4.1.1 thì bộ điều khiển còn đƣợc thiết kế và lập trình để phục vụ công tác theo dõi, đánh giá sự phù hợp và ổn định của hệ thống, phục vụ công tác nghiên cứu, đào tạo cho sinh viên khóa sau:
Hiển thị thời gian thực: ngày/tháng/năm, giờ/phút/giây. Đọc, hiển thị điện áp hiện tại của Acu và Solar (PNLMT).
Ghi lại thời gian (ngày/tháng/năm, giờ/phút) và giá trị điện áp của Acu trƣớc khi bật đèn (khi trời tối), ghi lại thời gian và giá trị điện áp Acu sau khi tắt đèn (khi trời đã sáng). Có đƣợc 2 giá trị điện áp trên ta sẽ đánh giá đƣợc chất lƣợng và tình trạng làm việc của toàn bộ hệ thống. Cụ thể:
o Với giá trị điện áp Acu trƣớc khi bật đèn ta sẽ biết đƣợc Acu có đƣợc nạp đầy sau một ngày hay không, nếu không thì ta cũng sẽ tính đƣợc mất bao lâu
để nạp đầy Acu, đèn đƣợc bật vào lúc nào (vào lúc nào trong ngày đó thì trời tối) (dựa vào giá trị thời gian).