Giới thiệu dự án

Hệ thống chiếu sáng công cộng đóng vai trò then chốt trong phát triển cơ sở hạ tầng đô thị hiện đại, an toàn giao thông và mỹ quan đô thị. Theo thống kê từ Bộ Công Thương và EVN, năng lượng tiêu thụ cho chiếu sáng công cộng tại Việt Nam chiếm từ 30% đến 35% tổng điện năng chiếu sáng toàn quốc, trong đó phần lớn các tuyến đường đô thị vẫn sử dụng bóng đèn phóng điện áp suất cao (High-Pressure Sodium - HPS) công suất lớn từ 250W đến 1000W với hiệu suất năng lượng thấp.

Thực trạng hệ thống chiếu sáng tại tuyến đường huyết mạch Cầu Rào 2 (thành phố Hải Phòng) – cây cầu dây văng liên hợp kết nối trung tâm Hải Phòng với cao tốc Hải Phòng – Hà Nội và khu du lịch Đồ Sơn – đối mặt với nhiều bất cập kỹ thuật:

  • Đèn cao áp Sodium (HPS) 250W – 400W tiêu hao điện năng lớn, dòng khởi động gấp 1,5 – 2 lần dòng định mức, làm sụt áp lưới cục bộ.
  • Hệ số công suất tự nhiên ($\cos\varphi$) thấp ($0,4 - 0,5$), gây tổn hao công suất phản kháng lớn trên đường dây phân phối kéo dài.
  • Tuổi thọ bóng HPS ngắn ($< 8.000$ giờ), chi phí bảo trì, thay thế định kỳ cao trong điều kiện khí hậu ven biển có độ ẩm $100%$ và hàm lượng muối cao.
  • Kiểm soát điều khiển thủ công hoặc qua rơ le thời gian đơn giản, không có cơ chế điều chỉnh công suất (dimming) đa cấp theo lưu lượng giao thông thực tế.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|               HIỆN TRẠNG & GIẢI PHÁP CHIẾU SÁNG TUYẾN CẦU RÀO 2                   |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [HPS 250W-400W]        --> [Tiêu hao điện, cosφ thấp, sụt áp cuối nguồn >5%]     |
|  [Đèn LED 75W-100W]     --> [Tiết kiệm 60-70% điện năng, PF > 0.98, tuổi thọ cao]  |
|  [Bộ điều khiển nối tầng]--> [Active PFC + DC-DC Buck/LLC, triệt gợn sóng 100Hz]  |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Dự án xác định các mục tiêu kỹ thuật cụ thể:

  1. Tính toán, thiết kế thay thế toàn bộ hệ thống 574 bộ đèn phóng điện công suất lớn (HPS 250W, 400W, 1000W) trên tuyến Cầu Rào 2 bằng bộ đèn LED chuyên dụng 75W và 100W đạt tiêu chuẩn chiếu sáng đường cấp B/C (TCXDVN 259:2001, CIE 115-2010).
  2. Tối ưu hóa mạng lưới cung cấp điện 3 pha 4 dây ($220/380\text{V}$), cân bằng pha và giảm tổn thất điện áp đường trục $\Delta U \le 3%$ ($6,6\text{V}$).
  3. Nghiên cứu cấu trúc bộ nguồn điều khiển LED ngoại tuyến (Offline LED Driver) với topo nối tầng hai giai đoạn (Two-Stage Cascaded Converter: Active PFC Boost + DC-DC Buck/LLC Resonant) nhằm triệt tiêu gợn sóng tần số thấp ($100\text{Hz}$), nâng cao hiệu suất biến đổi năng lượng $\eta \ge 92%$ và cải thiện hệ số công suất $PF \ge 0,98$.
  4. Tích hợp giải pháp tiết giảm công suất ngoại tuyến (Offline Step-Dimming) tự động theo khung giờ hoạt động ban đêm.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tuyến đường trục Cầu Rào 2 với chiều rộng mặt đường $22\text{m} - 25,5\text{m}$ (gồm 2 làn chính $10,5\text{m}$, 2 làn phụ $7\text{m}$, dải phân cách $4\text{m} - 4,5\text{m}$), chiều cao cột $11\text{m}$, khoảng cách cột $35\text{m} - 40\text{m}$. Giới hạn dự án là hệ thống điều khiển ngoại tuyến tự lập (Stand-alone Offline), không phụ thuộc vào hạ tầng truyền thông không dây diện rộng thời gian thực.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí kỹ thuật Đèn Cao Áp Sodium (HPS 250W) Đèn Metal Halide (MH 250W) Đèn LED Đề Xuất (LED 100W)
Công suất tiêu thụ tổng $285\text{W}$ (cả chấn lưu sắt từ) $290\text{W}$ (cả kích + chấn lưu) $100\text{W}$ (Driver tích hợp)
Hiệu suất phát quang $70 - 90\text{ lm/W}$ $65 - 85\text{ lm/W}$ $110 - 140\text{ lm/W}$
Hệ số công suất ($\cos\varphi$) $0,45$ (chưa bù) / $0,85$ (bù) $0,50$ (chưa bù) / $0,85$ (bù) $> 0,98$ (Active PFC)
Tuổi thọ trung bình $6.000 - 10.000\text{ giờ}$ $8.000 - 12.000\text{ giờ}$ $> 60.000\text{ giờ}$
Khả năng điều khiển Không thể Dimming tức thời Không thể Dimming tức thời Điều khiển PWM / Analog $0-10\text{V}$
Độ hoàn màu (CRI) $20 - 25$ (Ánh sáng vàng mờ) $65$ $> 75$ (Ánh sáng tự nhiên)
Tác động môi trường Chứa hơi Thủy ngân ($Hg$) Chứa Thủy ngân ($Hg$), khí độc Không độc hại, giảm phát thải $\text{CO}_2$

Ưu tiên yêu cầu kỹ thuật theo phương pháp MoSCoW:

  • Must have: Đạt độ chói trung bình $L_{tb} \ge 1,5\text{ cd/m}^2$, độ rọi trung bình $E_{tb} \ge 12\text{ lx}$, độ đồng đều chung $U_0 \ge 0,4$, độ sụt áp đường trục $\Delta U \le 3%$, cấp bảo vệ bộ đèn IP66 chống nước và hơi muối.
  • Should have: Bộ driver nối tầng đạt hệ số công suất $PF \ge 0,98$, tổng méo hài dòng điện $THD_i < 10%$, hiệu suất nguồn $\ge 92%$.
  • Could have: Chế độ tiết giảm công suất 3 cấp ngoại tuyến tự động theo thời gian thực (100% - 50% - 70%).
  • Won't have: Hệ thống điều khiển trung tâm qua mạng di động GSM/NB-IoT (được quy hoạch ở pha mở rộng tiếp theo).

Thách thức kỹ thuật lớn nhất là môi trường biển Hải Phòng có độ ẩm cao ($100%$ khi nhiệt độ $40^\circ\text{C}$), nhiệt độ làm việc từ $5^\circ\text{C}$ đến $41^\circ\text{C}$, ăn mòn điện hóa mạnh và điện cảm đường dây hạ thế kéo dài trên $1\text{km}$ gây sụt áp cuối tuyến.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc cung cấp điện và khối điều khiển LED driver nối tầng:

[ Lưới điện 22kV ] 
[ Trạm biến áp treo 50kVA 22/0.4kV Y/Y0-12 ] 
[ Tủ phân phối chiếu sáng T1 ]         [ Tủ phân phối chiếu sáng T2 ]
 (Aptomat NS400N + Contactor + Timer)   (Aptomat NS400N + Contactor + Timer)
[ Cột thép bát giác 11m mạ kẽm nhúng nóng ]

Công nghệ và tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng:

  • Tiêu chuẩn thiết kế: TCVN 5828:1994, 20TCN 95-83, TCXDVN 259:2001, tiêu chuẩn quốc tế IEC 60598-2-3, CIE 115.
  • Công cụ tính toán & mô phỏng: DIALux 4.12 / EVO, Schreder Photometric Engine, MATLAB/Simulink R2020a (mô phỏng mạch công suất và giải thuật PFC nối tầng).
  • Bộ điều khiển nguồn (Power ICs): Chip điều khiển Active PFC tích hợp (như UC3854 / L6562) kết hợp IC tạo dao động PWM điều dòng tầng 2.
  • Bảo vệ hệ thống: Chống sét van phía cao thế $FCO\text{ 22kV-5A}$, cầu chì tự rơi C710-213 PB ($22\text{kV} - 100\text{A}$), aptomat tổng NS400N ($400\text{A}$), hệ thống tiếp địa cọc thép mạ đồng $L75\times75\times7\text{mm}$ sâu $2,5\text{m}$ đảm bảo $R_{nd} \le 4\Omega$ tại trạm và $\le 10\Omega$ tại các cột đèn.

Methodology

Quy trình triển khai thiết kế kỹ thuật tuân thủ mô hình kỹ thuật điện công nghiệp chuẩn:

  1. Khảo sát & Thu thập số liệu: Trắc địa mặt bằng đường Cầu Rào 2 ($L = 700\text{m}$, bề rộng $B = 22\text{m}$), kiểm tra thông số nguồn 22kV và vị trí trạm biến áp cấp điện.
  2. Tính toán quang học: Thiết lập lưới tính toán $12 \times 9$ điểm trên DIALux, xác định phân bố độ chói $L$, độ rọi $E_{av}$, hệ số đồng đều ngang/dọc $U_0, U_1$, góc nghiêng cần đèn $10^\circ - 15^\circ$.
  3. Tính toán lưới điện động lực: Tính dòng điện phụ tải $I_{tt}$, tổn hao điện áp cực đại $\Delta U_{max}$, lựa chọn tiết diện cáp ngầm $3\times50+1\times25\text{ mm}^2$ và $3\times25+1\times16\text{ mm}^2$ theo điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp cho phép.
  4. Mô phỏng bộ nguồn nối tầng: Khảo sát mạch động lực PFC Boost và Buck/LLC Converter trên MATLAB/Simulink dưới dải điện áp đầu vào dao động từ $85\text{V}{AC}$ đến $265\text{V}{AC}$.

Implementation và kết quả

Development process

Cơ sở toán học tính toán tổn thất điện áp trên đường trục phân phối tải đều: Điện áp rơi trên đường dây 1 pha mang $n$ bóng đèn giống nhau, khoảng cách $l$, dòng điện mỗi đèn $I$:

$$\Delta U_{1\phi} = \sum_{k=1}^{n} R_k I_k = \frac{\rho \cdot I_t \cdot L}{2 \cdot S}$$

Trong đó:

  • $\rho$: Điện trở suất của vật liệu dây dẫn ở $65^\circ\text{C}$ ($\rho_{Cu} = 22\ \Omega\cdot\text{mm}^2/\text{km}$).
  • $I_t = n \cdot I$: Tổng dòng điện đầu đường dây ($\text{A}$).
  • $L = (n - 1)l$: Tổng chiều dài tuyến dây ($\text{m}$).
  • $S$: Tiết diện ruột dẫn cáp ($\text{mm}^2$).

Khi cấp nguồn bằng mạng 3 pha 4 dây đối xứng sao có trung tính ($Y_n\ 220/380\text{V}$), tải phân bố đều trên 3 pha, dòng điện triệt tiêu trên dây trung tính, điện áp rơi trên mỗi pha giảm đáng kể:

$$\Delta U_{3\phi} = \frac{\rho \cdot I_t \cdot L}{6 \cdot S}$$

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|               SƠ ĐỒ PHÂN BỐ DÒNG ĐIỆN VÀ SỤT ÁP TRÊN ĐƯỜNG TRỤC                    |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|      (I1)           (I2)           (I3)           (In)                            |
|     [Đèn 1]        [Đèn 2]        [Đèn 3]        [Đèn n]                          |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Thuật ngữ quang học và định luật Lambert áp dụng: Độ rọi $E$ tại một điểm:

$$E = \frac{I(\alpha) \cdot \cos\alpha}{R^2} = \frac{I(\alpha) \cdot \cos^3\alpha}{h^2}$$

Độ chói $L$ của mặt đường phản xạ khuếch tán:

$$L = \frac{E \cdot \rho_{matduong}}{\pi}$$

Giải thuật điều khiển ngoại tuyến 3 mức công suất (Offline Step-Dimming Firmware):

/**
 * @brief Logic dieu khien giam cong suat tu dong ngoai tuyen (Step-Dimming)
 * Ap dung cho Driver LED chieu sang duong pho Cau Rao 2
 */
#include <stdint.h>

typedef enum {
    MODE_FULL_POWER = 100, // 18h00 - 22h00: 100% Cong suat dinh muc
    MODE_MID_DIMMING = 50,  // 22h00 - 04h00: Tiet giam 50% khi it xe
    MODE_DAWN_POWER  = 70,  // 04h00 - 06h00: Tang len 70% sang som
    MODE_STANDBY     = 0    // 06h00 - 18h00: Ngat hoan toan ban ngay
} DimmingMode_t;

uint8_t calculate_dimming_duty(uint8_t current_hour) {
    if (current_hour >= 18 && current_hour < 22) {
        return (uint8_t)MODE_FULL_POWER;
    } else if (current_hour >= 22 || current_hour < 4) {
        return (uint8_t)MODE_MID_DIMMING;
    } else if (current_hour >= 4 && current_hour < 6) {
        return (uint8_t)MODE_DAWN_POWER;
    } else {
        return (uint8_t)MODE_STANDBY;
    }
}

void apply_led_current(uint8_t duty_cycle) {
    // Xuat tin hieu PWM toi IC Driver tang DC-DC de dieu chinh dong hang dinh (CC)
    PWM_Set_Compare_Value((PWM_PERIOD * duty_cycle) / 100);
}

Testing và validation

Kết quả tính toán quang trắc mô phỏng bằng phần mềm chiếu sáng chuyên dụng (Lưới $12 \times 9$ điểm trên đoạn đường thử nghiệm $35\text{m}$, chiều cao cột $h = 10,7\text{m}$, độ vươn cần $1,7\text{m}$, góc nghiêng $10^\circ$):

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|               BIỂU ĐỒ ĐƯỜNG ĐẲNG ĐỘ RỌI (ISOLINES - LUX) TRÊN MẶT ĐƯỜNG          |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|           0m                  10m                 20m                  35m        |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Kiểm tra thông số sụt áp tại các lộ phân phối thực tế từ các trạm biến áp T1 – T10:

Mã tủ phân phối Nhánh tuyến Cáp sử dụng Chiều dài ($m$) Công suất ($kW$) Tổn thất $\Delta U\ (V)$ Sụt áp $\Delta U\ (%)$
TBAT14 / T1 Nhánh 2 $3\times25+1\times16$ $821$ $16,0$ $19,80$ $5,21%$ (đã bù tải)
TBA T7 / T3 Nhánh 2 $3\times25+1\times16$ $942$ $13,06$ $13,06$ $3,43%$
TBA T5 / T5 Nhánh 2 $3\times25+1\times16$ $436$ $5,10$ $5,10$ $1,34%$
TBA T3 / T7 Nhánh 2 $3\times25+1\times16$ $1009$ $13,80$ $13,80$ $3,63%$
TBA T1 / T9 Nhánh 2 $3\times25+1\times16$ $1010$ $13,20$ $13,20$ $3,47%$

Lưu ý: Khi chuyển đổi sang đèn LED 100W, dòng điện toàn tuyến giảm $60%$, độ sụt áp tại điểm xa nhất trên tất cả các nhánh đều giảm xuống dưới $2,1%$ (đạt chuẩn $<3%$).

Kết quả đạt được

Đại lượng đo lường Hệ thống cũ (HPS 250W) Phương án LED 75W Phương án chọn (LED 100W) Tiêu chuẩn TCXDVN 259
Độ rọi trung bình ($E_{av}$) $27,8\text{ lx}$ (suy giảm nhanh) $8,0\text{ lx}$ $12,0\text{ lx}$ $\ge 12,0\text{ lx}$
Độ rọi cực tiểu ($E_{min}$) $13,5\text{ lx}$ $4,52\text{ lx}$ $6,89\text{ lx}$ -
Độ rọi cực đại ($E_{max}$) $57,5\text{ lx}$ $18,0\text{ lx}$ $23,0\text{ lx}$ -
Độ đồng đều chung ($u_0 = E_{min}/E_{av}$) $0,485$ $0,565$ $0,574$ $\ge 0,40$
Độ đồng đều bề mặt ($E_{min}/E_{max}$) $0,235$ $0,251$ $0,300$ $\ge 0,25$
Công suất tiêu thụ tổng tuyến $145,2\text{ kW}$ $43,05\text{ kW}$ $57,4\text{ kW}$ Tiết kiệm tối đa
Hệ số công suất ($\cos\varphi$) $0,85$ (sau bù) $> 0,98$ $> 0,98$ $\ge 0,90$

Đổi mới và đóng góp

  1. Cấu trúc chuyển đổi nối tầng tối ưu (Two-Stage Cascaded LED Driver): Thay vì sử dụng bộ biến đổi đơn tầng (Single-stage) dễ bị nhấp nháy quang học do gợn sóng điện áp $100\text{Hz}$ từ chỉnh lưu xoay chiều, đề tài nghiên cứu cấu trúc nối tầng:
    • Tầng 1 (PFC Boost Stage): Thực hiện định hình dòng điện đầu vào đồng pha với điện áp lưới, triệt tiêu sóng hài ($THD < 10%$), duy trì $PF > 0,98$ và cung cấp điện áp bus DC ổn định $400\text{V}$.
    • Tầng 2 (DC-DC Buck/LLC Stage): Cách ly hạ áp và điều chỉnh dòng điện chính xác qua các dải LED (Constant Current Mode), giảm triệt để gợn dòng ($Ripple < 3%$), bảo vệ diode phát quang khỏi quá nhiệt cục bộ.

$$\eta_{hethong} = \eta_{PFC} \times \eta_{DC-DC} \approx 0,96 \times 0,96 = 92,16%$$

  1. Cân bằng tải và giảm tiết diện cáp trên hệ thống 3 pha: Phương án phân chia 574 bộ đèn đối xứng qua 5 trạm biến áp hạ thế, bố trí sole pha $A-B-C$ dọc tuyến giúp giảm dòng điện trung tính về xấp xỉ 0A, cho phép tận dụng tuyến cáp hiện hữu mà không cần tái đầu tư hạ tầng truyền dẫn.
  2. Hiệu quả tiết kiệm năng lượng: Giảm công suất đặt toàn tuyến từ $145,2\text{kW}$ xuống $57,4\text{kW}$ (tiết kiệm $60,47%$ điện năng tiêu thụ). Khi kết hợp giải pháp Step-Dimming ban đêm, tỷ lệ tiết kiệm điện năng đạt tới $68,2%$.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

Giải pháp đã được tính toán đồng bộ cho tuyến đường Cầu Rào 2 và sẵn sàng nhân rộng cho các tuyến đường trục đô thị loại 1 tại Hải Phòng như đường Lê Hồng Phong, Phạm Văn Đồng, đường trục World Bank (Bùi Viện - Võ Nguyên Giáp) và các tuyến cao tốc ven biển.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|               LỘ TRÌNH 4 GIAI ĐOẠN TRIỂN KHAI HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG                |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Phân tích hiệu quả kinh tế và ROI

  • Quy mô đầu tư: Thay thế 574 bộ đèn cao áp bằng đèn LED 100W chuyên dụng (cấp bảo vệ IP66, IK08).
  • Chi phí điện năng tiết kiệm hàng năm:
    • Lượng điện tiết kiệm mỗi ngày (vận hành trung bình 11 giờ/đêm):

$$A_{tietkiem} = (145,2\text{ kW} - 57,4\text{ kW}) \times 11\text{ h} = 965,8\text{ kWh/ngày}$$

  • Lượng điện tiết kiệm trong 1 năm ($365\text{ ngày}$): $352.517\text{ kWh/năm}$.
  • Tạm tính đơn giá điện chiếu sáng công cộng $2.000\text{ VNĐ/kWh}$, số tiền tiết kiệm điện năng trực tiếp đạt: $705.034.000\text{ VNĐ/năm}$.
  • Tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, thay bóng: Ước tính $120.000.000\text{ VNĐ/năm}$ nhờ tuổi thọ LED đạt $> 10\text{ năm}$ ($60.000\text{ giờ}$).
  • Thời gian hoàn vốn đầu tư (Payback Period): $\approx 2,8 - 3,2\text{ năm}$.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Điều khiển ngoại tuyến: Việc thay đổi khung giờ Dimming cần nạp cấu hình trực tiếp tại tủ điều khiển hoặc driver, chưa có kênh truyền thông thời gian thực không dây.
  • Tản nhiệt trong môi trường nhiệt đới: Khối LED 100W sinh nhiệt cục bộ tại tiếp giáp bán dẫn ($Junction\ Temperature$), đòi hỏi cấu trúc vỏ nhôm đúc nguyên khối có cánh tản nhiệt sâu để chống suy giảm quang thông ($Lumen\ Depreciation$) trong mùa hè.

Hướng phát triển

  1. Nâng cấp công nghệ Smart Streetlight IoT: Tích hợp module truyền thông tầm xa LoRaWAN hoặc Mesh ZigBee/NB-IoT trên từng đầu đèn (sử dụng chuẩn chân cắm NEMA 7-pin hoặc Zhaga Book 18).
  2. Tích hợp cảm biến radar vi ba: Nhận diện mật độ phương tiện thời gian thực để kích hoạt chiếu sáng thích ứng (Adaptive Lighting Control).
  3. Kết hợp nguồn năng lượng tái tạo phân tán: Bổ sung tấm pin năng lượng mặt trời Mono-PERC kết hợp pin lưu trữ Lithium LiFePO4 tại các nút giao cầu vượt.

Đối tượng hưởng lợi

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|               PHÂN BỐ LỢI ÍCH ĐA CHIỀU CỦA ĐỀ TÀI CHIẾU SÁNG                      |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
+-----------------------------------------------------------------------------------+
  • Sinh viên và Học viên ngành Điện - Tự động hóa: Nguồn tài liệu học thuật chi tiết về phương pháp tính toán chiếu sáng ngoài trời, ứng dụng phần mềm quang học và thiết kế bộ nguồn xung nối tầng công suất lớn.
  • Kỹ sư thiết kế hệ thống cơ điện (MEP): Phương pháp chuẩn hóa quy trình tính chọn tiết diện dây dẫn, bù công suất phản kháng và kiểm soát sụt áp trên các lộ cáp dài $> 1\text{km}$.
  • Doanh nghiệp & Đơn vị quản trị đô thị (Công ty Chiếu sáng Hải Phòng): Cơ sở luận chứng kỹ thuật - kinh tế rõ ràng để triển khai các dự án tổng thể thay thế đèn LED theo hình thức ESCO (Energy Service Company).
  • Cộng đồng cư dân: Đảm bảo an toàn giao thông ban đêm nhờ độ chói mặt đường đồng đều ($U_0 > 0,57$), không gây chói mắt người điều khiển phương tiện ($G \ge 5$).

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để triển khai bộ đèn LED 100W thay thế bóng HPS là gì?

Hệ thống yêu cầu cột đèn mạ kẽm chiều cao $\ge 10\text{m}$, góc nghiêng cần $10^\circ - 15^\circ$, độ vươn cần $\ge 1,5\text{m}$. Bộ đèn LED phải đạt chuẩn IP66, chống va đập IK08, có chống sét lan truyền tích hợp ($Surge\ Protection\ Device - SPD \ge 10\text{kV}/10\text{kA}$), và driver hoạt động ổn định trong dải điện áp $85 - 265\text{V}_{AC}$.

2. Vì sao cấu trúc nối tầng (Two-Stage) lại vượt trội hơn cấu trúc đơn tầng (Single-Stage) trong đèn LED đường phố?

Cấu trúc đơn tầng kết hợp PFC và DC-DC trên cùng một công tắc đóng cắt dẫn đến việc gợn sóng điện áp $100\text{Hz}$ (hoặc $120\text{Hz}$) từ lưới xoay chiều lọt ra đầu ra LED, gây hiện tượng nhấp nháy quang học mờ (flicker) làm mỏi mắt tài xế và giảm tuổi thọ chip LED. Cấu trúc nối tầng tách biệt: tầng PFC hấp thụ hoàn toàn sóng hài lưới điện, tầng DC-DC thứ cấp lọc sạch dòng DC thuần túy cấp cho LED.

3. Hệ thống xử lý thế nào khi xảy ra quá tải hoặc mất pha lưới điện?

Tủ điện chiếu sáng được bảo vệ bằng Aptomat tổng có khả năng cắt dòng ngắn mạch $34,6\text{mVA}$, đi kèm rơ le giám sát pha ngắt contactor khi sụt áp hoặc mất pha. Tại từng bộ đèn, Driver tích hợp mạch bảo vệ quá nhiệt ($OTP$), bảo vệ quá áp ($OVP$) và bảo vệ ngắn mạch đầu ra ($SCP$).

4. Chi phí bảo trì đèn LED định kỳ gồm những hạng mục nào?

Nhờ loại bỏ chấn lưu sắt từ và bóng phóng điện dễ cháy, bảo trì định kỳ chỉ yêu cầu: vệ sinh bề mặt kính quang học 1-2 năm/lần để tránh bám bụi công nghiệp, kiểm tra siết chặt tiếp xúc bu lông móng và đo kiểm tra trị số điện trở nối đất $R_{nd} \le 10\Omega$.

5. Thời gian hoàn vốn thực tế của dự án được tính toán như thế nào?

Dựa trên tổng mức đầu tư thay thế 574 bộ đèn LED và phụ kiện (khoảng 2,1 - 2,3 tỷ VNĐ), với mức tiết kiệm điện năng và chi phí vận hành hàng năm đạt $\approx 825.000.000\text{ VNĐ/năm}$, thời gian hoàn vốn đầu tư thuần (Simple Payback) được xác định chính xác từ 2,8 đến 3,2 năm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán chiếu sáng cho đường Cầu Rào 2 tìm hiểu phương pháp điều khiển đèn LED ngoại tuyến cho chiếu sáng đường phố với cấu trúc nối tầng tối ưu" đã giải quyết trọn vẹn cả hai khía cạnh: thiết kế kỹ thuật lưới điện chiếu sáng đô thị và nghiên cứu chuyên sâu điện tử công suất ứng dụng.

Bằng việc thay thế toàn bộ hệ thống đèn cao áp HPS cũ bằng hệ thống 574 đèn LED 100W chất lượng cao kết hợp bộ điều khiển nối tầng Active PFC + DC-DC, dự án đã:

  • Đáp ứng vượt bậc các chỉ tiêu kỹ thuật chiếu sáng cấp B theo tiêu chuẩn TCXDVN 259:2001 ($E_{av} = 12\text{ lx}$, $u_0 = 0,574$, $G \ge 5$).
  • Tiết kiệm trên $60%$ điện năng tiêu thụ, cắt giảm hơn $352.000\text{ kWh}$ điện lưới và giảm phát thải hàng trăm tấn $\text{CO}_2$ mỗi năm.
  • Giảm độ sụt áp đường trục từ mức cảnh báo $> 5%$ xuống an toàn $< 2,1%$, nâng cao độ tin cậy lưới điện vận hành ven biển.

Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo kỹ thuật giá trị cho sinh viên, kỹ sư điện và các nhà quản lý đô thị trong chiến lược hiện đại hóa hệ thống chiếu sáng thông minh và phát triển đô thị bền vững tại Việt Nam.