NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG
Vai trò của chiếu sáng đường giao thông
Kỹ thuật chiếu sáng nội thất và chiếu sáng công cộng đã có sự phát triển mạnh mẽ trong hơn nửa thế kỷ qua Các phương pháp thiết kế được cải tiến để hướng tới chiếu sáng tiện nghi và hiệu quả năng lượng cao.
Trong giao thông, việc quan sát và phản ứng với các tình huống vào ban ngày dễ dàng hơn nhiều so với ban đêm, ngay cả khi có ánh sáng nhân tạo.
Theo thống kê của Ủy ban An toàn quốc gia số vụ tai nạn xảy ra vào ban đêm thường lớn gấp 2 – 3 lần so với ban ngày.
Tuy rằng, các tai nạn xảy ra cũng phụ thuộc nhiều vào các điều kiện khác như do đường ướt hay do người đi bộ.
Nghiên cứu tại 10 khu vực dân cư cho thấy, khi đường ướt, tỷ lệ tai nạn liên quan đến người đi bộ chiếm 65% vào ban đêm, trong khi vào ban ngày, con số này chỉ là 7%.
Tất cả các trường hợp đều liên quan đến sự thay đổi độ chói Khi đường khô ráo mà độ chói giảm một nửa, số tai nạn sẽ tăng gấp đôi so với đoạn đường có độ chói không đổi Ngược lại, chỉ cần tăng độ chói lên 1 cd, số tai nạn sẽ giảm khoảng 30%.
Nói như vậy, chiếu sáng đường giao thông chiếm vai trò rất quan trọng. Đó là:
- Giúp ngăn ngừa tai nạn, bảo vệ người tham gia giao thông.
- Đảm bảo an toàn, an ninh, bảo vệ con người và tài sản.
Chiếu sáng đóng vai trò quan trọng trong việc giúp người tham gia giao thông nhận diện nhanh chóng các tình huống thay đổi trên đường, đặc biệt trong những điều kiện giao thông khác nhau.
- Giúp chỉ hướng đi của đường, tạo nên hiệu quả của một “đường dẫn”.
Chiếu sáng quảng trường, đường phố, tượng đài và các công trình nghệ thuật không chỉ làm nổi bật nét đặc trưng của đô thị mà còn phản ánh chất lượng cuộc sống của người dân trong khu vực.
Chiếu sáng đường là yếu tố quan trọng giúp lái xe quan sát rõ ràng các đặc điểm của đường, bao gồm dòng giao thông, phương tiện di chuyển, người đi bộ, vật cản và biển báo Việc đảm bảo ánh sáng đầy đủ không chỉ tăng cường an toàn giao thông mà còn góp phần giảm thiểu tai nạn.
Yêu cầu chung của chiếu sáng đường giao thông
Chiếu sáng đường giao thông vào ban đêm không chỉ đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông mà còn góp phần nâng cao vẻ đẹp cho không gian đô thị Khi thiết kế hệ thống chiếu sáng, cần chú ý đến các yêu cầu như độ sáng phù hợp, tiết kiệm năng lượng, và tính thẩm mỹ để tạo ra môi trường an toàn và thân thiện cho người dân.
Chất lượng chiếu sáng cao với độ chói trung bình và độ động đều cao là rất quan trọng để hạn chế tình trạng lóa mắt Hệ thống chiếu sáng cần tạo ra môi trường đủ sáng vào ban đêm, giúp người tham gia giao thông có thể phân biệt rõ mọi vật xung quanh và phản ứng kịp thời với các tình huống nguy hiểm có thể xảy ra.
Để đảm bảo an toàn cho các phương tiện giao thông, cần phải có chức năng định hướng và định vị hiệu quả Việc phân bố các đèn giao thông, quang thông và phổ màu của chúng phải được thực hiện một cách hợp lý, giúp người tham gia giao thông dễ dàng nhận biết và tìm hướng đi cho mình.
Tính thẩm mỹ hài hòa với môi trường đô thị là yếu tố quan trọng để tạo ra không gian cảnh quan tự nhiên, đô thị và kiến trúc hấp dẫn hơn Điều này không chỉ phục vụ tích cực vào các dịp lễ hội lớn mà còn tạo nên sự thích mắt và tò mò khám phá, đặc biệt vào lúc hoàng hôn và ban đêm Ánh sáng nhân tạo có khả năng biến đổi các không gian quen thuộc trở nên mới mẻ, xóa bỏ những chi tiết bất lợi, đồng thời làm nổi bật vẻ đẹp tích cực và sự sống động của cảnh trí Việc khai thác du lịch không chỉ diễn ra vào ban ngày mà còn rất quan trọng vào ban đêm, vì đôi khi các công trình thu hút khách du lịch lại bị ảnh hưởng bởi kiến trúc xung quanh vào ban ngày.
Hiệu quả kinh tế cao với mức tiêu thụ điện năng thấp, nguồn sáng phát quang hiệu quả, tuổi thọ thiết bị và toàn bộ hệ thống cao giúp giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng Đồng thời, sản phẩm cũng đáp ứng các yêu cầu về an toàn, thuận tiện trong quá trình vận hành và bảo trì.
Các tiêu chuẩn của hệ thống chiếu sáng đường giao thông
Để đảm bảo việc chiếu sáng đường phố đạt yêu cầu và mục đích theo tiêu chuẩn của Hội chiếu sáng quốc tế CIE, mỗi quốc gia đã phân loại đường dựa trên lưu lượng phương tiện, tốc độ xe, chức năng và vị trí Các loại cấp chiếu sáng được phân chia thành A, B, C, D và E, đi kèm với các tiêu chuẩn cụ thể.
Bảng 1.1 Tiêu chuẩn chiếu sáng đường theo CIE 12-2
Cấp Loại đường Độ sáng biên Độ chói trung bình cd/ Độ đồng đều nói chung Độ đồng chiềuđều dọc
B Đường trục Đường chính Đường hình tia
C Đường vành đai Đường tia hướng tâm Đường thành phố ít người đi bộ
D Đường các phố chính
Các phố buôn bán giao thông hỗn hợp
Phố địa phương Đường vắng
(cd/ ) là độ chói trung bình trên mặt đường có giá trị từ 0,5 – 2cd/
Thông số lựa chọn đầu tiên khi thiết kế chiếu sáng đường là tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá hệ thống chiếu sáng giao thông Hệ số đồng đều chung được xác định bằng tỷ số độ chói cực tiểu so với độ chói trung bình trên đoạn đường giữa hai cột liên tiếp.
= (1.1) là hệ số đồng đều chiều dọc bằng tỉ số độ chói cực tiểu trên độ chói cực đại :
Trị số được tính theo mỗi làn đường và lấy tỉ số nhỏ nhất:
G là chỉ số tiện nghi được tính theo công thức:
ISL là chỉ số tiện nghi riêng của bộ đèn có trong cataloge của nhà chế tạo; h’ là chiều cao đèn với mắt người lái xe ( h’ = h – 1,5m);
P là số lượng bộ đèn trên từng km đường.
G có các giá trị từ 1 – 9.
G = 1 Mất tiện nghi, chói lóa không chịu được.
G = 3 Thiếu tiện nghi, chói lóa khó chịu.
G = 5 Tiện nghi chấp nhậ được.
G = 9 Tiện nghi, song không cảm nhận được sự vật.
Chỉ số tiện nghi G cũng là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá hệ thống chiếu sáng đường giao thông
Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường của Việt Nam
Tiêu chuẩn XDVN 259:2001 quy định việc phân cấp đường phố và đường quảng trường đô thị dựa trên yêu cầu chiếu sáng, được trình bày chi tiết trong bảng 1.2.
Trị số độ chói trung bình và độ rọi trung bình được quy định trong TCVN 1404:2005 và được cho trong bảng 1.3.
Bảng 1.2 Cấp chiếu sáng đường và quảng trường
Cấp đường phố, và đô thị
Chức năng chính của đường, phố, quảng trường
Cấp chiếu sáng Đường cấp đô thị
Cao tốc Đường phố cấp I Đường phố cấp II
Xe chạy tốc độ cao, tổ chức giao thông khác cao độ.
Giao thông liên tục giữa các khu nhà ở, khu công nghiệp.
Tổ chúc giao thông khác cao độ.
Giao thông có điều khiển liên hệ với đường phố cấp I.
Tổ chức giao thông khác cao độ.
Cấp khu vực Đường khu vực Đường vận tải
Liên hệ với đường phố chính cấp đô thị.
Vận chuyển hàng hóa ngoài khu dân dụng.
B B Đường nội bộ Đường khu nhà ở Đường khu công nghiệp
Liên hệ các tiểu khu với đường khu vực.
Chuyển hàng hóa trong giới hạn khu công nghiệp
Quảng trường chính thành phố
Quảng trường giao thông trước cầu, ga, đầu mối giao thông Quảng trường trước các điểm tập trung công cộng
Bảng 1.3 Độ chói và độ rọi trung bình của đường TCVN 1404:2005
TT Mô tả kiểu đường Độ chói tối thiểu (cd/ ) Độ rọi ngang
TB (lx) Độ rọi ngang min (lx)
I Đường dành cho xe cơ giới
1 Đường cao tốc với các làn đường riêng, không có đường cắt ngang, với kiểm soát đầy đủ, đường ô tô, đường cao tốc.
Mật độ giao thông và độ phức tạp của mặt đường:
2 Đường cao tốc, đường đôi kiểm soát giao thông và phân chia làn khác nhau:
Các tuyến giao thông quan trọng trong thành phố, các đường tỏa tròn, các đường trong quận, huyện.
Kiểm soát giao thông và phân chia các làn đường khác nhau:
Các đường không quan trọng, đường địa phương, các đường vào các khu định cư đường dẫn đến các tuyến giao thông, vv
Kiểm soát giao thông phân chia các làn đường:
II Đường dành cho người đi xe đạp, đi bộ
1 Đường trong các trung tâm đi bộ của các đô thị lớn - 20 7,5
2 Đường dành cho người đi xe đạp, đi bộ về đêm với lưu lượng người qua lại:
Các loại nguồn sáng thường dùng trong chiếu sáng đường giao thông
1.4.1 Một số loại đèn thường dùng trong chiếu sáng đường giao thông
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại đèn cao áp chất lượng cao phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau Trong chiếu sáng đường phố, chủ yếu sử dụng ba loại đèn cao áp: đèn cao áp thủy ngân, đèn cao áp sodium, và đèn cao áp metal halide, cùng với đèn LED.
Bóng cao áp thủy ngân:
Nguyên lý phát sáng của bóng đèn này dựa vào sự phản ứng giữa khí trơ và chất thủy ngân bên trong ống thủy tinh Khi hai chất này tương tác, chúng tạo thành hơi thủy ngân, và khi gặp dòng điện, sẽ phát sáng Tuy nhiên, để quá trình phát sáng diễn ra, cần phải có một hiệu điện thế khá lớn.
Hình 1.1: Bóng đèn cao áp thủy ngân cao áp mercury
Bóng cao áp thủy ngân là lựa chọn lý tưởng cho những không gian cần ánh sáng mạnh mẽ và bền bỉ, như nhà máy, sân vận động và chiếu sáng đường phố Với tuổi thọ cao, loại bóng này đảm bảo cung cấp ánh sáng ổn định cho các hoạt động diễn ra trong những môi trường yêu cầu ánh sáng nhiều.
Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật các loại đèn cao áp thủy ngân do mercury chế tạo
Bóng cao áp sodium (đèn hơi natri):
Nguyên lý phát sáng của bóng đèn cao áp sodium dựa vào phản ứng của ba hỗn hợp muối Natri, Thadiu và Indium, tạo thành dải sóng ánh sáng Loại bóng đèn này có hiệu suất chiếu sáng cao nhất trong số các dòng đèn cao áp, đạt mức 150 lm/W và có tuổi thọ lên đến nhiều năm.
Hình 1.2: Bóng cao áp natri
Các loại đèn natri phù hợp cho chiếu sáng đường phố, khu vực dân cư, đèn pha trang trí, chiếu sáng công nghiệp và thương mại, cũng như khu thể thao giải trí.
- Tính năng và lợi ích:
Đèn sodium Philips có cấu trúc kỹ thuật đơn giản và chắc chắn, với kiểu dáng mạnh mẽ giúp chống rung, nên tuổi thọ của đèn rất cao Do đó, tỷ lệ bóng hư hỏng rất thấp.
Bóng đèn natri Philips sử dụng chất thu khí ZrAl đơn giản giúp nâng cao độ quang thông và cải thiện độ tin cậy của đèn Tính năng này đảm bảo độ quang thông ổn định trong thời gian dài, mang lại hiệu suất chiếu sáng vượt trội.
Thân thiện với môi trường: Toàn bộ bóng đèn philips natri được sản xuất từ nguyên liệu đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường.
Bảng 1.5: Thông số kỹ thuật các loại đèn cao áp philips natri
Bóng cao áp metal halide Philips là sản phẩm tiên tiến, khác biệt với đèn cao áp thủy ngân truyền thống Philips đã nghiên cứu và phát triển loại bóng đèn này bằng cách sử dụng hỗn hợp muối gồm ba chất Thaliun, Indium và Natri Sự kết hợp này tạo ra dãy sóng ánh sáng ba màu xanh, đỏ, mang lại hiệu ứng phát quang ấn tượng.
Nhờ vào hợp chất kim loại metal ở dạng muối mà bóng đèn có hiệu suất phát quang tốt hơn nhiều so với bóng đèn thủy ngân.
- Bóng đèn metal halide thích hợp cho chiếu sáng nhà xưởng, nhà máy, khu công nghiệp, sân vận động, khu chiếu sáng ngoài trời.
Hình 1.3: Bóng đèn metal halide do philips chế tạo
Bảng 1.6: Thông số một sô loại bóng đèn metal halide do philips chế tạo
Bóng đèn LED hoạt động dựa trên công nghệ bán dẫn, tương tự như nhiều loại điốt bán dẫn khác Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống mang điện tích dương, khi kết hợp với khối bán dẫn n chứa các điện tử tự do, các lỗ trống này sẽ khuếch tán sang khối n Đồng thời, khối p nhận thêm điện tử từ khối n, tạo ra sự chênh lệch điện tích: khối p tích điện âm và khối n tích điện dương Tại biên giới giữa hai khối, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng hoặc bức xạ điện từ có bước sóng gần.
Đèn LED được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm chiếu sáng trang trí nội thất, chiếu sáng trong tòa nhà và chiếu sáng đường giao thông.
Hình 1.4:Bóng đèn led hapumos
Bảng 1.7: Thông số kỹ thuật một số bóng đèn LED hapumos
Theo bảng 1.5, 1.6 và 1.7, đèn natri cao áp có hiệu suất phát quang cao nhất nhưng tiêu thụ điện năng lớn Ngược lại, đèn LED mang lại hiệu suất phát quang cao với công suất tiêu thụ nhỏ và tuổi thọ dài, rất phù hợp cho chiếu sáng đường giao thông Tuy nhiên, chi phí lắp đặt ban đầu của đèn LED vẫn còn cao so với đèn natri cao áp.
1.4.2 Một số loại cột đèn sử dụng trong chiếu sáng đường giao thông
Cột đèn chiếu sáng công cộng được chia làm 3 phần chính: trụ móng, thân cột và Chóa đèn chiếu sáng.
Trụ móng là phần quan trọng giúp cột đứng vững trong môi trường lắp đặt, đảm bảo khả năng chịu đựng gió và các tác động từ ngoại cảnh Nó cũng đóng vai trò quan trọng trong việc chiếu sáng công cộng và cải thiện mỹ quan cho các tuyến đường phố.
Phần thân cột: thân cột + phần vươn tùy vào bản vẽ thiết kế mà có độ dài chế tác khác nhau.
- Thân cột: Cột bát giác, cột tròn côn, cột liền cần đơn
- Phần vươn: liền thân như cột liền cần đơn, chia nhánh như cột ap01, cột ap02
Chóa đèn chiếu sáng: phần ngọn của cột lắp đặt chóa đèn chiếu sáng, như chóa đèn Sun A, Sun B, chóa đèn Indu, chóa đèn Neptune
Cột tròn côn liền cần có thiết kế thanh thoát và tinh tế, với thân cột được uốn cong thành cần vươn để lắp đèn chiếu sáng Chiều cao của cột dao động từ 6 đến 11 mét, mang lại sự hiện đại và sang trọng cho không gian.
Hình 1.5: Cột thép tròn côn liền cần do hapulico chế tạo
Cột bát giác liền cần là loại cột phổ biến nhất trên thị trường hiện nay, với thiết kế thân cột hình bát giác liên tục Ngọn cột được uốn cong thành cần vươn, cho phép lắp đèn với độ vươn từ 1,2 đến 2m Chiều cao của cột dao động từ 6 đến 12m.
Hình 1.6: Cột thép bát giác côn liền cần do hapulico chế tạo
Hình 1.7: Cột đèn chiếu sáng đường Láng Hòa Lạc
Các cách bố trí đèn
Tùy vào chiều rộng lòng đường, điều kiện hai bên vỉa hè mà ta có các cách bố trí đèn như sau:
Bố trí một bên đường (hình 1.8):
Hình 1.8: Sơ đồ đèn bố trí một bên đường
Phương án này áp dụng cho những đoạn đường hẹp với chiều rộng lòng đường nhỏ hơn 7,5m hoặc khi một bên có hàng cây che khuất Để đảm bảo độ đồng đều của ánh sáng, chiều cao đèn chiếu sáng không được nhỏ hơn chiều rộng lòng đường.
Bố trí 2 bên so le (hình 1.9):
Hình 1.9: Sơ đồ đèn bố trí hai bên so le
Phương án này áp dụng cho các tuyến đường 2 chiều, đảm bảo độ rọi đồng đều bằng cách yêu cầu chiều cao đèn không được nhỏ hơn 2/3 chiều rộng lòng đường.
Bố trí 2 bên đối diện (hình 1.10):
Hình 1.10: Sơ đồ đèn bố trí hai bên đối diện
Phương án này thích hợp cho các tuyến đường có nhiều làn xe, đảm bảo điều kiện ánh sáng đồng đều Chiều cao của đèn phải lớn hơn hoặc bằng một nửa chiều rộng lòng đường để đạt hiệu quả chiếu sáng tối ưu.
Bố trí giữa giải phân cách (hình 1.11):
Hình 1.11: Sơ đồ đèn bố trí trên giải phân cách
Phương án này áp dụng cho các tuyến đường đôi có giải phân cách ở giữa Để đảm bảo độ rọi ánh sáng, chiều cao của đèn cần phải lớn hơn chiều rộng lòng đường.
Tính toán thiết kế chiếu sáng đường giao thông
Các thông số cơ bản với chiếu sáng đường giao thông:
Hình 1.12: Các thông số cơ bản với chiếu sáng đường giao thông
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các thông số quan trọng liên quan đến hệ thống chiếu sáng đường phố Cụ thể, l là chiều rộng lòng đường, tức khoảng cách giữa hai đường biên lòng đường; h là chiều cao treo đèn, phản ánh khoảng cách giữa đèn và mặt đường; s là khoảng cách từ hình chiếu đèn xuống mặt đường đến chân đèn; và a là khoảng cách từ hình chiếu đèn đến mép đường, có thể là âm hoặc dương Những thông số này đóng vai trò thiết yếu trong việc thiết kế và lắp đặt hệ thống chiếu sáng hiệu quả.
Với một hệ thống chiếu sáng đường thì các thông số trên phải được tính toán hoặc lựa chọn phù hợp.
1.6.1 Chọn chiều cao cột và vị trí đặt cột đèn
Dựa vào chiều rộng lòng đường và đặc điểm của con đường mà ta có thể chọn chiều cao cột như trong bảng 1.8:
Bảng 1.8: Điều kiện chọn chiều cao cột đèn
Cách bố trí đèn Điều kiện
Bố trí đèn một bên đường h ≥ l
Bố trí đèn hai bên so le h ≥ 2/3l
Bố trí đèn hai bên đối diện h ≥ 1/2l
Bố trí đèn giữa giải phân cách h ˃ l
Trong đó: h – Chiều cao cột đèn; l – Chiều rộng lòng đường.
Tùy thuộc vào chiều rộng, chiều hẹp của vỉa hè và chiều dài cần đèn của bộ đèn, vị trí đặt cột có thể được lựa chọn sao cho ánh sáng chiếu từ đèn rơi xuống lòng đường hoặc vỉa hè một cách hợp lý.
Bảng 1.9: Độ cao treo đèn tối thiểu với cấp chiếu sáng C và D theo
STT Tính chất đèn
Tổng quang thông lớn nhất của các bóng đèn được treo lên 1 cột đèn (lm) Độ cao treo đèn thấp nhất (m) Bóng đèn nung sáng
Bóng đèn phóng điện
1 Đèn nấm tán xạ ánh sáng
2 Đèn phân bố ánh sáng bán rộng
3 Đèn phân bố ánh sáng rộng
1.6.2 Khoảng cách giữa 2 đèn liên tiếp Để đảm bảo độ đồng đều dọc tuyến, khoảng cách giữa 2 đèn liên tiếp được xác định (phụ thuộc vào cách bố trí đèn và kiểu bộ đèn) phải nhỏ hơn hoặc bằng được cho trong bảng 1.10.
Bảng 1.10: Khoảng cách đèn cực đại
Kiểu bộ đèn Phương pháp bố trí đèn
Một bên, hai bên đối diện, trên dải phân cách 4h
Một bên, hai bên đối diện, trên dải phân cách 3,5
Một bên, hai bên đối diện, trên dải phân cách 3h
Kiểu chụp rộng cho phép ánh sáng bức xạ theo mọi hướng, tuy nhiên, nhược điểm của nó là thường gây chói mắt, do đó chỉ nên được áp dụng ở những khu vực có tốc độ thấp như vườn hoa hay những con đường dành cho người đi bộ như quảng trường, nơi dạo mát và khu dân cư Độ chói của ánh sáng có thể được chấp nhận khi đèn được bố trí trong các hình cầu khuếch tán ánh sáng một cách hợp lý.
Kiểu chụp vừa có phạm vi ánh sáng phát ra rộng hơn, rất phù hợp cho chiếu sáng đường Loại này thích hợp với nguồn sáng dạng ống có độ chói nhỏ, chẳng hạn như đèn natri áp suất thấp hoặc ống đèn huỳnh quang.
Kiểu chụp sâu là loại ánh sáng phát ra trong phạm vi hẹp, mang lại ưu điểm là giúp tránh loá mắt cho người lái xe Tuy nhiên, nếu thiết kế không được cân nhắc kỹ lưỡng, nó có thể gây ra hiệu ứng bậc thang không mong muốn.
1.6.3 Xác định hệ số suy giảm quang thông
Sự suy giảm quang thông của bộ đèn là do thời gian sử dụng và sự bám bụi làm bẩn bóng đèn.
Hệ số suy giảm quang thông được tính :
V = (1.5) trong đó, hệ số suy giảm quang thông theo thời gian sử dụng được xác định từ bảng 1.11, và hệ số suy giảm quang thông do bụi bẩn bám vào bộ đèn được tham khảo từ bảng 1.12.
Bảng 1.11: Hệ số suy giảm
Thời gian Cao áp Na Ống huỳnh quang Cao áp Hg Na thấp áp
Bảng 1.12: Hệ số suy giảm
Bộ đèn Không loe Có loe
1.6.4 Hệ số sử dụng của bộ đèn
Là phần trăm quang thông do đèn phát ra chiếu lên phần hữu ích của con đường có chiều rộng l.
Hình 1.13: Đường cong hệ số sử dụng của bộ đèn
Biểu thức xác định fu: fu = fuAV ± fuAR; (1.6)
(Dấu “+” ứng với a ˃ 0, dấu “-“ ứng với a ˂ 0)
Trong đó, fuAV đại diện cho góc nhị diện trước, được xác định thông qua tỷ số, trong khi fuAR tương ứng với góc nhị diện sau, cũng được xác định nhờ tỷ số.
1.6.5 Xác định tỉ số R
Do sự phản chiếu không vuông góc của các lớp phủ mặt đường, việc xác định mối quan hệ giữa độ chói và độ rọi ngang của nền đường ban đầu gặp khó khăn Tuy nhiên, các thí nghiệm cho thấy rằng với các thiết bị phân phối ánh sáng đối xứng, độ rọi phụ thuộc vào hình dáng bố trí đèn và độ chói trung bình của thiết bị chiếu sáng cũng như lớp phủ mặt đường.
- là độ rọi trung bình (lux);
- là độ chói trung bình (cd/ ).
Tỉ số R phụ thuộc vào tính chất mặt đường và loại bộ đèn đường được cho ở bảng 1.13.
Bảng 1.13: Giá trị tỉ số R
Loại và tính chất mặt đường Đèn chụp hẹp Đèn chụp bán rộng
Bê tông xi mang sạch 12 8
Bê tông phủ nhựa màu sáng 14 10
Bê tông phủ nhựa màu trung bình 20 14
Bê tông phủ nhựa màu tối 25 18 và đường lát gạch, cấp phối đá 18 13 dăm mang lại ưu điểm là cho phép tính toán một cách tương đối chính xác mà không cần dữ liệu về đèn và bộ đèn chiếu sáng Sau khi tính toán quang thông, người dùng có thể tra cứu catalog để chọn đèn và bộ đèn phù hợp.
Quang thông của một nguồn sáng được lựa chọn theo biểu thức:
Trong đó: l - Là bề rộng của lòng đường, m; e – Là khoảng cách giữa hai đèn liên tiếp, m;
– Là đọ chói trung bình của lòng đường theo tiêu chuẩn, cd/ ;
R – Là hệ số phụ thuộc vào lớp phủ mặt đường, vào loại bộ đèn sử dụng.
Nguồn sáng được chọn là nguồn sáng thỏa mãn
1.6.7 Kiểm tra hệ thống chiếu sáng
Chỉ số lóa G miêu tả mức độ hạn chế và mệt mỏi do các đèn gây nên
ISL là chỉ số tiện nghi riêng của bộ đèn có trong cataloge của nhà chế tạo; h’ là chiều cao đèn với mắt người lái xe ( h’ = h – 1,5m);
P là số lượng bộ đèn trên từng km đường Tùy vào từng phương án bố trí đèn mà ta có các cách tính P khác nhau.
- Bố trí đèn 1 bên đường:
P = (kết quả làm tròn xuống) (1.10)
- Bố trí đèn hai bên so le:
- Bố trí đèn hai bên đối diện:
Với e là khoảng cách giữa hai cột liên tiếp.
G có các giá trị từ 1 – 9:
Với G = 9 – Không cảm nhận được;
Từ độ chói trung bình ta tính được độ chói thực theo biểu thức;
So sánh kết quả với giá trị cho ở bảng 1.3 độ chói và độ rọi trung bình của đường TCVN 1404:2005 từ đó đưa ra kết luận.
1.6.8 Thiết kế cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng
Dựa trên phương án thiết kế hệ thống chiếu sáng và các đặc điểm, vị trí địa lý của con đường, chúng tôi đề xuất các phương án thiết kế cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng Từ những phương án thiết kế này, chúng tôi sẽ tiến hành lựa chọn thiết bị điện phù hợp cho hệ thống.
Aptomat là thiết bị đóng cắt hạ áp, có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch Với ưu điểm vượt trội so với cầu chì như khả năng làm việc chắc chắn, tin cậy và an toàn, aptomat có thể đóng cắt đồng thời cả 3 pha và có khả năng tự động hóa cao Chính vì vậy, aptomat được sử dụng rộng rãi trong lưới điện hạ áp công nghiệp cũng như trong lưới điện sinh hoạt.
Aptomat được chọn theo các điều kiện sau : Điện áp định mức: UđmAT ≥ Uđm.LĐ = 0,38 kV
Dòng điện định mức: IđmAT ≥ Ilv.max = Itt Dòng cắt định mức: IcđmAT ≥ IN (kiểm tra trong phần tính toán ngắn mạch)
Khi lựa chọn cáp, cần đảm bảo điều kiện đốt nóng k1.k2.Icp ≥ Imax (1.14) Trong đó, k1 là hệ số phản ánh nhiệt độ môi trường xung quanh đối với phụ tải của cáp và dây dẫn cách điện, không cách điện; k2 là hệ số hiệu chỉnh cho số dây cáp được đặt cùng trong một hầm cáp hoặc một rãnh dưới đất.
Chú ý kiểm tra tổn hao điện áp cho phép với mạng chiếu sáng là cp ±2,5%.
ÁP DỤNG THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO ĐƯỜNG NGÔ XUÂN QUẢNG, THỊ TRẤN TRÂU QUỲ, HUYỆN GIA LÂM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Giới thiệu về đường Ngô Xuân Quảng
Phố Ngô Xuân Quảng là tuyến đường chính của thị trấn Trâu Quỳ, huyện Gia Lâm, kéo dài 1,2 km từ ngã tư Trâu Quỳ đến cổng Tuyến đường này kết nối thị trấn Trâu Quỳ với quốc lộ 5 đi Hải Phòng và trung tâm thành phố Hà Nội, có mật độ giao thông đông đúc do dân cư xung quanh đông Đặc biệt, cuối đường Ngô Xuân Quảng là Học viện Nông nghiệp Việt Nam, nơi có hơn 25.000 sinh viên theo học, làm tăng lưu lượng giao thông Ngoài ra, Ủy ban nhân dân thị trấn Trâu Quỳ cũng nằm trên tuyến đường này, khẳng định vị thế quan trọng của nó.
Tuyến đường mới được mở rộng vào năm 2013, có tổng chiều dài 1200m và rộng 16m, phục vụ nhu cầu đi lại của cư dân khu vực Đây là đường hai chiều không có giải phân cách, với vỉa hè rộng 4m hai bên Các công trình dân dụng như hàng quán và nhà ở kiên cố đã được xây dựng ổn định xung quanh Tuyến đường đẹp và nằm trong khu dân cư, vì vậy cần nâng cấp và thiết kế hệ thống chiếu sáng hợp lý để đáp ứng nhu cầu ánh sáng và mỹ quan cho con đường.
C ng H c Vi n N ng Nghi p Vi t Nam
Hình 2.1: Sơ đồ mặt bằng đường Ngô Xuân Quảng
Các yêu cầu cụ thể cho hệ thống chiếu sáng đường Ngô Xuân Quảng34 2.3 Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho đường Ngô Xuân Quảng .35 2.3.1 Các phương án thiết kế chiếu sáng cho đường Ngô Xuân Quảng 35
2.2.1 Các yêu cầu cho hệ thống chiếu sáng đường giao thông
Chiếu sáng đường giao thông không chỉ đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông vào ban đêm mà còn nâng cao vẻ đẹp của đô thị Khi thiết kế hệ thống chiếu sáng, cần chú ý đến các yêu cầu như độ sáng phù hợp, tiết kiệm năng lượng và tính thẩm mỹ để tạo ra một không gian an toàn và dễ chịu cho người dân.
Chiếu sáng đường là yếu tố quan trọng giúp lái xe nhìn rõ các đặc điểm của đường và dòng giao thông, bao gồm các phương tiện di chuyển, người đi bộ, vật cản và biển báo trên mặt đường.
Tạo môi trường ánh sáng tốt là yếu tố quan trọng giúp lái xe xử lý nhanh chóng và chính xác các tình huống trên đường Điều này không chỉ nâng cao khả năng quan sát mà còn đảm bảo an toàn khi điều khiển xe với tốc độ quy định.
Giảm đến mức thấp nhất các tai nạn giao thông, bảo đảm an toàn cho người và phương tiện giao thông trên đường.
Có tác dụng dẫn đường cho lái xe, đặc biệt với giao thông phức tạp, các đoạn đường cong, các nút giao thông.
Hệ thống và thiết bị chiếu sáng cần được thiết kế hài hòa với không gian, góp phần làm đẹp cho cảnh quan đô thị cả vào ban ngày lẫn ban đêm.
2.2.2 Các yêu cầu cụ thể cho hệ thống chiếu sáng đường Ngô Xuân Quảng
Khảo sát đường Ngô Xuân Quảng cho thấy đây là tuyến đường cấp chiếu sáng C, với chỉ số tiện nghi G = 5, và độ chói trung bình Ltb = 1,5 cd/m² (theo bảng 1.1).
Cần thiết kế hệ thống chiếu sáng cho đoạn đường phố Ngô Xuân Quảng, với tổng chiều dài 1200m và rộng 16m Đoạn đường này có hai bên vỉa hè rộng 4m, cho phép lưu thông hai chiều mà không có giải phân cách ở giữa.
Lớp phủ mặt đường có độ sáng trung bình và không khí trong lành, với đèn được lắp đặt trong hộp kín Hiện trạng mắt đường là bê tông nhựa.
Công trình dân dụng hai bên vỉa hè bao gồm các cửa hàng và dãy nhà kiên cố, bán kiên cố, đã được xây dựng một cách ổn định và bền vững.
2.3 Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho đường Ngô Xuân Quảng
2.3.1 Các phương án thiết kế chiếu sáng cho đường Ngô Xuân Quảng
Phương án 1 bố trí đèn 1 bên đường
Phương án này không phù hợp khi bề rộng lòng đường hẹp (l ≤ 7,5m) hoặc khi một bên có hàng cây hoặc đường uốn cong dẫn hướng Do đó, cần loại bỏ phương án này.
Phương án 2 bố trí so le
Hình 2.2: Sơ đồ đèn bố trí đèn hai bên so le
Bảng 1.3 trình bày độ chói và độ rọi trung bình của đường theo tiêu chuẩn TCVN 1404:2005 Đối với các tuyến giao thông quan trọng trong thành phố, bao gồm các đường tỏa tròn và các đường trong quận, huyện, việc kiểm soát giao thông và phân chia làn đường kém sẽ yêu cầu lựa chọn độ chói phù hợp.
Với chiều rộng lòng đường là 16m, bố trí đèn hai bên đường sole thì chiều cao cột là: h ≥ l = 16 = 10,66 (m) (2.1)
Chọn cột bát giác tròn côn 12m do hapulico chế tạo, cột đặt trên vỉa hè cách mép đường 0,5m.
Chọn bộ đèn chụp vừa MAC-250 HAPULICO, có độ nghiêng
Chọn tầm nhô ra của đèn (cần đèn) s = 2m.
Chỉ số riêng của đèn ISL = 3,3
Với đèn natri cao áp (T`00h) tra bảng 1.11 chọn = 0,9.
Không khí trên đường Ngô Xuân Quảng không bị ô nhiễm tra bảng 1.12 chọn = 0,9.
Với đèn chụp vừa, đường bê tông phủ nhựa trung bình tra bảng 1.13 chọn R = 14.
Với đèn chụp vừa, bố trí sole thì khoảng cách giữa hai cột liên tiếp theo bảng 1.10 là:
Số cột đèn trên toàn tuyến đường (1200m) n = ( +1).2 = 33,57 (cột)
Ta tính được khoảng cách thực giữa các cột là: e th = = = 35,29 (m)
Hình 2.3: Thông số đèn
Tính hệ số sử dụng
Vị trí đặt cột đèn trên vỉa hè cách mép lòng đường 0,5m a = s – 0,5 (2.2)Cạnh sau:
Tra đường cong hệ số sử dụng ta có = 0,04
Tra đường cong hệ số sử dụng (hình 2.4) ta có = 0,46
Vậy hệ số sử dụng của đèn A là:
Hình 2.4: Đường cong hệ số sử dụng của bộ đèn MAC-250 HAPULICO
Quang thông mỗi đèn theo tính toán.
Tra bảng 2.3 trang 27 sách “thiết bị và hệ thống chiếu sáng” chọn bóng đèn natri cao áp có:
Số đèn tính cho 1km đường
Chọn P = 30 bóng Độ cao của đèn so với mắt người: h’ = h – 1,5 = 12 – 1,5 = 10,5m Từ độ chói trung bình ta tính được độ chói thực theo biểu thức;
Ta tính được chỉ số tiện nghi thực theo biểu thức:
Gth = ISL + 0,97log( ) + 4,41log(h’) – 1,46log(P)
Với chỉ số tiện nghi thực Gth = 5,76, bộ đèn đã đạt tiêu chuẩn tiện nghi cho đường cấp C Độ chói L = 1,74 cd/m² cũng nằm trong mức chấp nhận được, cho thấy bộ đèn natri cao áp được chọn là phù hợp với yêu cầu tiện nghi.
Phương án 3 bố trí đèn hai bên đối diện
Hình 2.5: Sơ đồ bố trí đèn hai bên đối diện
Bảng 1.3 trình bày độ chói và độ rọi trung bình của đường theo tiêu chuẩn TCVN 1404:2005 Các tuyến giao thông quan trọng trong thành phố, bao gồm các đường tỏa tròn và các đường trong quận, huyện, cần được kiểm soát giao thông và phân chia làn đường hợp lý để đảm bảo an toàn, do đó cần lựa chọn độ chói phù hợp.
= 1,5cd/ Để đảm bảo độ đồng đều ngang thì chọn chiều cao cột là: h ≥ l = 16 = 8m (2.7)
Chọn cột bát giác tròn côn 8m do hapulico chế tạo, cột đặt trên vỉa hè cách mép đường 0,5m.
Chiếu sáng đường phố nên ta chọn loại đèn natri cao áp.
Chọn loại đèn chụp vừa của hãng PHILIP có chỉ số ISL = 3,8.
Chọn tầm nhô ra của đèn (cần đèn) là s = 2m.
Hình 2.6: Các thông số của bộ đèn
Với đèn natri cao áp (T`00h) tra bảng 1.6 chọn = 0,9.
Không khí trên đường Ngô Xuân Quảng không bị ô nhiễm tra bảng 1.12 chọn = 0,9.
Với đèn chụp vừa, đường bê tông phủ nhựa trung bình tra bảng 1.13 chọn R = 14.
Khoảng cách giữa 2 cột liên tiếp ≤ (3 ÷ 4).h (tra bảng 1.10)
Với đèn chụp vừa, bố trí sole thì:
= 3,5 8 = 28 (m) Để đảm bảo đồng đều độ chói theo chiều dọc ta chọn e = 28m.
Số cột đèn trên toàn tuyến (1200m)
Ta tính được khoảng cách thực giữa các cột là: e th = = = 33,33 (m)
Tính hệ số sử dụng
Chọn vị trí đặt cột đèn trên vỉa hè cách mép lòng đường 0,5m a = s – 0,5
Tra đường cong hệ số sử dụng ta có fuAV = 0,05
Vậy hệ số sử dụng của đèn A: fuA = fuAV + fuAR = 0,31 + 0,05 = 0,36
Vì 2 đèn bố trí đối diện nên fuA = fuB
Quang thông mỗi đèn theo tính toán
Tra bảng 2.3 trang 27 “ sách thiết bị và hệ thống chiếu sáng ”
Chọn bóng đèn natri cao áp :
Số đèn cho 1km đường
Chọn P = 71 bóng Độ cao của đèn so với mắt người : h’ = h – 1,5 = 8 – 1,5 = 6,5 (m).
Từ độ chói trung bình ta tính được độ chói thực theo biểu thức;
Ta tính được chỉ số tiện nghi thực theo biểu thức:
Gth = ISL + 0,97log( ) + 4,41log(h’) – 1,46log(P)
2.3.2 So sánh hai phương án thiết kế hệ thống chiếu sáng đường Ngô Xuân Quảng
Bảng 2.1: So sánh hai phương án
Tiêu chí kiểm tra Phương án 2 Phương án 3
Hệ số sử dụng của hệ thống fu 0,5 0,72
Chỉ số tiện nghi riêng của bộ đèn ISL 3,3 3,8
Hệ số suy giảm quang thông V 0,81 0,81
Pcl % (W) Độ chói trung bình của lòng đường Lth 1,74 (cd/m 2 ) 1,95 (cd/m 2 )
Số bộ đèn trên 1200m tuyến đường P4 (bộ đèn) 72
Tổng công suất được tính theo biểu thức
So sánh chọn phương án thiết kế đường Ngô Xuân Quảng:
Phương án 2 được chọn làm thiết kế chiếu sáng cho đường Ngô Xuân Quảng, vì chỉ số tiện nghi G đạt 5,88, cao hơn so với phương án 3 với G = 4,96, mặc dù tổng công suất đèn của phương án 3 cao hơn.
Tính toán cấp điện cho hệ thống chiếu sáng
Hệ thống cung cấp điện cho chiếu sáng đèn đường có đặc điểm nổi bật là các đèn có cùng công suất, được bố trí đều nhau, hoạt động đồng thời và hoạt động chủ yếu vào ban đêm.
Hình 2.7: Sơ đồ cấp điện cho hệ thống chiếu sáng
Chiều dài đường Ngô Xuân Quảng là 1,2 km, với công suất không cao, vì vậy chúng ta đã chọn phương án nối trực tiếp vào lưới điện hạ thế của các hộ tiêu thụ điện.
Trên đường Ngô Xuân Quảng, có hai trạm biến áp: trạm Đại học Nông nghiệp 2 với công suất 560KVA 35-22/0,4 và trạm sát phụ tải Trâu Quỳ 14 có công suất 350KVA Do công suất hệ thống chiếu sáng trên đường Ngô Xuân Quảng không cao, tôi đề xuất lấy điện từ trạm biến áp Trâu Quỳ 14 để cung cấp cho hệ thống chiếu sáng tại đây.
Lấy điện từ trạm biến áp Trâu Quỳ 14 400KVA 35-22/0,4.
Tổng công suất đường Ngô Xuân Quảng là 12750W theo bảng 2.1. Vậy phụ tải tính toán là :
Aptomat là thiết bị đóng cắt hạ áp, có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch Với ưu điểm vượt trội so với cầu chì, aptomat đảm bảo độ tin cậy, an toàn và khả năng đóng cắt đồng thời cả 3 pha Nhờ vào khả năng tự động hóa cao, aptomat được sử dụng rộng rãi trong lưới điện hạ áp công nghiệp cũng như trong lưới điện sinh hoạt.
Aptomat được chọn theo các điều kiện sau : Điện áp định mức: UđmAT ≥ Uđm.LĐ = 0,38 kV
Dòng điện định mức được xác định bởi công thức IđmAT ≥ Ilv.max = Itt Để đảm bảo an toàn, dòng cắt định mức cần phải thỏa mãn điều kiện IcđmAT ≥ IN, điều này sẽ được kiểm tra trong phần tính toán ngắn mạch Việc tính chọn aptomat cần dựa trên dòng cắt định mức để đảm bảo hiệu suất và an toàn cho hệ thống điện.
Tra bảng 3.3 trang 151 sách “ Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện “ ta chọn aptomat loại DPNA 6-32A do merlin gerin (Pháp) chế tạo.
Bảng 2.2: Thông số của aptomat AT
Số cực I đm (A) U đm (V) I N (kA)
2.4.2 Chọn cáp từ trạm biến áp tới tủ chiếu sáng
Theo bảng PL4.29 trong sách "Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng", chúng tôi đã chọn loại cáp đồng 4 lõi tiết diện 25 mm² cách điện PVC do Lens chế tạo với các thông số kỹ thuật cụ thể.
Bảng 2.3: Thống số cáp từ trạm biến áp đến tủ chiếu sáng
(mm 2 ) Đường kính
(mm) Trọng lượng
1km đường dây (kg/km) Điện trở của dây dẫn /km ở 20 o C (/km)
I cp (A) lõi vỏ Trong nhà
Với nhiệt độ môi trường 25°C, hệ số k1 được xác định là 1 Khi chỉ có một cáp đi trong rãnh cáp, khoảng cách giữa các lớp cáp là 200 mm, do đó k2 cũng bằng 1 Tuy nhiên, khi có từ ba đến năm cáp, giá trị k2 lần lượt giảm xuống còn 0,87, 0,84 và 0,82 Tính toán dòng điện Icp cho thấy k1 k2 Icp = 1.0 x 0,84 x 144 = 120,96 (A), lớn hơn Itt là 22,79 (A).
Cáp được nói với aptomat DPNA 6-32A có Iđm = 32 (A). k1 k2 Icp = 0,84 144 = 120,96A ≥ = = 2 A
Như vậy cáp đã chọn thỏa mãn.
2.4.3 Lựa chọn aptomat cho lộ ra các dãy đèn
Lựa chọn AT1, AT2 cho lộ ra OA và OB.
Dòng điện tính toán đi qua aptomat là:
Tra bảng 3.1 trang 130 sách sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện ta chọn aptomat loại ABE 103a do LG chế tạo có các thông số.
Bảng 2.4: Thông số aptomat các lộ ra AT1 và AT2
Loại U đm (V) I đm (A) Số cực
2.4.4 Tính chọn dây dẫn các lộ ra OA và OB
Lộ ra OA và OB mỗi lộ cấp điện cho 17 bóng natri cao áp toàn tuyến đường Ngô Xuân Quảng.
Chiều dài đoạn dây OA và OB: L = 1200m ( chiều dài nữa con đường ). Dòng điện chạy đầu đoạn cáp OA và OB là:
Tiết diện dây dẫn đoạn OA và OB là
- Là điện trở suất của đồng: = 22 /km;
L – Là chiều dài đoạn OA;
I – Là dòng điện chạy đầu đoạn OA;
– Là tổn thất cho phép mạng chiếu sáng.
Bảng 4.29 trang 380 của sách hệ thống cung cấp điện trình bày thông số kỹ thuật của cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo.
Bảng 2.5: Thông số cáp các lộ ra OA và OB
(mm 2 ) Đường kính
(mm) Trọng lượng
1km đường dây (kg/km) Điện trở của dây dẫn /km ở 20 o C (/km)
I cp (A) lõi vỏ Trong nhà
Cáp được nối với aptomat loại ABE 103a có Iđm = 15 (A) k1 k2 Icp = 0,84 144 = 120,96 (A) ≥ = = = 12,5 (A)
Cáp được chọn thỏa mãn.
2.4.5 Lựa chọn dây dẫn từ cáp đến đèn Đèn natri cao áp 350W, chấn lưu 25W.
F ≥ (2.13) Đối với đèn natri cao áp cửa sổ cách mặt đất 1m, cột cao 12m cần đèn 2m, vậy chiều dài dây dẫn lên đèn là:
Trong đó : 1,1 là hệ số dự trữ.
Bảng PL2.48 trang 378 trong sách hệ thống cung cấp điện mô tả cáp đồng hạ áp 2 lõi cách điện PVC do hãng LENS sản xuất, với tiết diện 2x1,5mm² Cáp này có các thông số kỹ thuật quan trọng cần lưu ý.
Bảng 2.6: Thông số dây dẫn từ cáp lên đèn
(mm 2 ) Đường kính (mm)
Trọng lượng 1km đường dây (kg/km) Điện trở của dây dẫn /km ở 20 o C (/km)
I cp (A) lõi vỏ Trong nhà
Tổn thât điện áp trên các lộ OA và OB là bằng nhau.
là điện trở suất của đồng: = 22 /km;
S – Là tiết diện đoạn OA; lOA – Là chiều dài đoạn OA.
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
Vai trò của việc điều khiển chiếu sáng đường giao thông
Tiết kiệm năng lượng điện đang trở thành một vấn đề toàn cầu cấp bách, với nhiều cuộc xung đột liên quan đến tranh chấp nguồn năng lượng Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề này, các quốc gia đã xây dựng chương trình phát triển năng lượng tập trung vào nguồn năng lượng sạch và bền vững, đi kèm với chiến lược sử dụng năng lượng hiệu quả Tại Việt Nam, tiêu thụ điện cho chiếu sáng chiếm khoảng 35% tổng lượng điện năng tiêu thụ, trong đó hệ thống chiếu sáng công cộng là lĩnh vực tiêu tốn nhiều năng lượng do thiết kế và sử dụng chưa hiệu quả.
Có nhiều giải pháp hiệu quả để tiết kiệm điện năng trong chiếu sáng, trong đó việc sử dụng tủ điều khiển tự động để cắt bớt một số bóng đèn là phương pháp phổ biến nhất hiện nay trên toàn quốc.
Việc điều khiển chiếu sáng không chỉ giúp tiết kiệm điện hiệu quả mà còn mang lại giá trị văn hóa và nghệ thuật trong cuộc sống con người.
Giới thiệu một 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 mạng 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 (hình3.3), có thể tự động điều khiển hoặc điều khiển từ trung tâm qua mạng thông
Hệ thống chiếu sáng công cộng có thể được điều khiển và giám sát từ trung tâm, cho phép bật, tắt đèn theo thời gian và giảm điện năng tiêu thụ với nhiều mức độ khác nhau Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ tắt xen kẽ các pha theo thời gian, đồng thời lưu trữ dữ liệu về hoạt động chiếu sáng và điện năng tiêu thụ trên máy tính.
-Tiết kiệm đến 50% lượng điện năng tiêu thụ
Tiết kiệm nhân công trong khai thác và bảo dưỡng hệ thống chiếu sáng công cộng không chỉ giảm chi phí mà còn góp phần giảm lượng phát thải khí CO2, từ đó bảo vệ môi trường hiệu quả hơn.
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.
-An toàn, điện khi có tự động cắt sự cố.
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%.
-Độ bền cách điện: ˃ 3M
Địa chỉ ứng dụng:
Hệ thống điều khiển chiếu sáng tiết kiệm điện năng là giải pháp hiệu quả cho hệ thống chiếu sáng công cộng, giúp tiết kiệm điện năng tối ưu và nâng cao hiệu quả sử dụng Giải pháp này có thể được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau để giảm thiểu chi phí và bảo vệ môi trường.
-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
-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
-Số lượng tủ chiếu sáng được quản lý không giới hạn.
-Nhiệt độ hoạt động: -10 0 C đến 60 0 C; 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
Chế độ điều khiển: Tự động , bằng tay (cho 1 hoặc toàn bộ tủ quản lý).
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 là thiết bị quan trọng, bao gồm các bộ phận đóng, cắt và điều khiển, được sử dụng để quản lý hệ thống đèn chiếu sáng cho nhiều không gian khác nhau như đường phố, vườn hoa, khu vực công cộng, văn phòng và siêu thị.
Tủ điều khiển chiếu sáng sử dụng các bộ đóng, cắt theo thời gian như timer hoặc các bộ điều khiển lập trình 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 với chức năng đơn giản hoặc phức tạp, thậm chí tích hợp chức năng thông minh tự động nhận biết điều kiện chiếu sáng để bật tắt bóng đèn và điều chỉnh cường độ sáng phù hợp.
Phân loại tủ điều khiển chiếu sáng :
Tủ chiếu sáng đơn giản sử dụng timer để cài đặt thời gian bật/tắt bóng đèn, mang lại sự tiện lợi cho người dùng Ưu điểm nổi bật của sản phẩm này là giá thành sản xuất thấp và thao tác vận hành dễ dàng, phù hợp với nhu cầu sử dụng hàng ngày.
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 sử dụng bộ điều khiển, như PLC hoặc vi điều khiển, cho phép cài đặt thông số ban đầu qua bàn phím chức năng và màn hình hiển thị LCD/LED Ưu điểm của hệ thống này là khả năng 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) Hệ thống cũng có thể tích hợp chức năng giáp sát và điều khiển từ xa, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong việc quản lý ánh sáng.
Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao
Hình 3.6: Tủ điều khiển chiếu sáng
Tủ chiếu sáng thông minh sử dụng vi điều khiển và các bộ cảm biến để tự động điều khiển bật/tắt và điều chỉnh cường độ sáng phù hợp Hệ thống này đo lường các thông số như độ sáng trời, mưa, sương mù và phát hiện có người, kết hợp với các thông số do người sử dụng cài đặt Ứng dụng của tủ điều khiển chiếu sáng rất đa dạng, bao gồm các hệ thống đèn chiếu sáng ở khu vực công cộng như đường phố, khu đô thị, vườn hoa, công viên, cũng như trong trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng và chung cư.
Thế kế hệ thống điều khiển chiếu sáng đường Ngô Xuân Quảng
3.3.1 Các thiết bị trong hệ thống
Trong sơ đồ điều khiển, việc tự động cắt nguồn động lực cung cấp cho hệ thống chiếu sáng được thực hiện qua tín hiệu điều khiển từ hai công tắc tơ K1 và K2.
Cụng tắc tơ K1 được sử dụng để cắt đèn khi trời khuya nhằm tiết kiệm điện năng, trong khi cụng tắc tơ K2 đảm nhận nhiệm vụ cắt 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 ẵ sụ́ đèn đường Ngụ Xuõn Quảng
Dòng điện của nhánh k1
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
Hình 3.7: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống chiếu sáng đường Ngô
Hệ thống điều khiển chiếu sáng được thiết lập để tự động bật toàn bộ đèn đường lúc 18h và tắt 1/2 số đèn vào lúc 23h30, trước khi tắt hoàn toàn lúc 6h sáng hôm sau Để thực hiện điều này, cần sử dụng 2 rơ le thời gian loại 24h và 2 công tắc tơ k1 và k2 Cả k1 và k2 sẽ hoạt động cùng lúc vào lúc 18h, sau đó chỉ k2 hoạt động vào 23h30, và đến 6h sáng, k2 sẽ tắt, hoàn tất quá trình tắt toàn bộ hệ thống chiếu sáng Các rơ le thời gian được cài đặt để cấp điện cho cuộn điều khiển của k1 và k2 tại các thời điểm quy định, từ đó cho phép mở hoặc đóng các tiếp điểm chính để cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng đường.
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:
10 bóng đèn mô hình;
3.4.2 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống chiếu sáng
Hình 3.8: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống chiếu sáng
Hệ thống điều khiển được cài đặt với thời gian hoạt động cụ thể: vào lúc 18h, cả k1 và k2 sẽ hoạt động đồng thời, sau đó đến 23h30 chỉ còn k2 hoạt động Đến 6h sáng hôm sau, k2 sẽ tắt, dẫn đến việc toàn bộ hệ thống chiếu sáng đường sẽ ngừng hoạt động Các rơ le thời gian được lập trình để kích hoạt vào các thời điểm 18h, 23h30 và 6h, từ đó cung cấp điện cho cuộn điều khiển của k1 và k2, cho phép các tiếp điểm chính mở hoặc đóng, nhằm 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 hoàn thành lắp ráp mô hình, tôi tiến hành đo thời gian điều khiển hệ thống chiếu sáng của mô hình Kết quả thu được được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Số liệu khảo nghiệm mô hình
STT Thời gian bật toàn bộ đèn
Thời gian tắt một nửa số đèn
Thời gian tắt toàn bộ đèn
Rơ le 24 giờ của hãng National chỉ cho phép cài đặt thời gian nhỏ nhất là 15 phút Do đó, khung thời gian để đóng và cắt cho rơ le này không thể dưới 15 phút.
Với khoảng cài đặt nhỏ nhất là 15 phút và sai lệch chỉ từ một đến hai phút, hệ thống hoạt động ổn định và có thể ứng dụng hiệu quả trong việc điều khiển chiếu sáng các con đường có yêu cầu điều khiển chiếu sáng không cao.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
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.
Kiến nghị
Dự án của em vẫn còn một số thiếu sót do đề tài còn mới và kiến thức hạn chế Cụ thể, em đang nghiên cứu về việc sử dụng đèn LED trong chiếu sáng giao thông và xây dựng mô hình điều khiển chiếu sáng thông minh.
Để khắc phục những thiếu sót đã nêu, tôi đề xuất tiếp tục nghiên cứu về thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng cho đèn đường thông minh Hệ thống này sẽ sử dụng các cảm biến ánh sáng và cảm biến lưu lượng di chuyển để tối ưu hóa việc chiếu sáng Đồng thời, việc sử dụng bóng đèn LED trong chiếu sáng đường giao thông cũng là một giải pháp hiệu quả nhằm tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất chiếu sáng.
Trong quá trình hoàn thành khóa luận, em không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong quý thầy cô và các bạn góp ý để bài khóa luận của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!