Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đô thị, hệ thống cung cấp điện và chiếu sáng công cộng đóng vai trò bảo đảm an toàn giao thông, nâng cao mỹ quan và thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội. Đối với các công trình giao thông trọng điểm, việc thiết kế chiếu sáng không chỉ đòi hỏi đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật về thị giác cho người điều khiển phương tiện (như độ chói, độ đồng đều, hạn chế lóa mắt) mà còn phải giải quyết bài toán tiêu thụ điện năng và độ tin cậy vận hành.

Tại thành phố Hải Phòng, cầu Rào 2 là công trình cầu dây văng một trụ tháp dầm thép bê tông cốt thép liên hợp, tổng mức đầu tư 661 tỷ đồng, được khởi công tháng 3/2010 và khánh thành kết nối trung tâm thành phố với đường cao tốc Hải Phòng - Hà Nội và khu du lịch Đồ Sơn. Toàn tuyến đường Cầu Rào 2 đóng vai trò trục giao thông huyết mạch, làm giảm tải lưu lượng phương tiện cho tuyến cầu Rào 1. Tuy nhiên, hệ thống chiếu sáng ban đầu chủ yếu sử dụng các loại bóng đèn cao áp truyền thống (Sodium, Halogen) có công suất tiêu thụ lớn, dẫn đến tổn thất điện áp cao trên các tuyến cáp hạ thế kéo dài và chi phí vận hành tốn kém.

Trước thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Bá Tiến đặt ra các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Tổng hợp cơ sở lý thuyết về kỹ thuật chiếu sáng đô thị, các đại lượng đo sáng và tiêu chuẩn cấp điện chiếu sáng công cộng.
  2. Khảo sát hiện trạng, phân tích các tiêu chuẩn quy phạm và đánh giá hệ thống chiếu sáng cùng tổn thất mạng điện hạ thế tuyến đường Cầu Rào 2.
  3. Đề xuất phương án sử dụng đèn LED thay thế hệ thống đèn chiếu sáng cao áp hiện hữu; thực hiện tính toán thiết kế kỹ thuật chiếu sáng với các cấu hình công suất đèn LED khác nhau (75W, 100W).
  4. Tìm hiểu cấu trúc mạch chuyển đổi và phương pháp điều khiển đèn LED ngoại tuyến dạng nối tầng phục vụ chiếu sáng đường phố.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là mạng điện cung cấp và hệ thống thiết bị chiếu sáng tuyến đường Cầu Rào 2, thành phố Hải Phòng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm đoạn tuyến đường bộ và cầu có chiều dài nghiên cứu 700 m với mặt cắt ngang điển hình (gồm 2 làn đường chính rộng 10,5 m mỗi làn, dải phân cách giữa 4 m, dải phân cách biên 4,5 m và làn đường phụ 7 m), cùng phạm vi cấp điện trục giao thông trải dài qua 5 phân đoạn trạm biến áp từ KM0 đến KM5+290. Thời điểm thực hiện đồ án vào năm 2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đồ án xây dựng nội dung dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết kỹ thuật chiếu sáng và các quy phạm ngành điện hiện hành:

  • Hệ thống đại lượng và định luật trắc quang:

    • Góc khối $\Omega = \frac{S}{R^2}$ (đơn vị steradian - sr).
    • Cường độ sáng $I = \frac{d\Phi}{d\Omega}$ (đơn vị candela - cd), xác định khả năng phát quang theo một hướng nhất định.
    • Quang thông $\Phi = \int I , d\Omega$ (đơn vị lumen - lm), biểu thị tổng lượng bức xạ ánh sáng phát ra.
    • Độ rọi $E = \frac{\Phi}{S}$ (đơn vị lux - lx), đại lượng đo mật độ quang thông trên bề mặt nhận sáng.
    • Độ chói $L = \frac{I}{S \cos\alpha}$ (đơn vị $\text{cd/m}^2$), thông số cơ bản phản ánh cảm nhận thị giác và độ tiện nghi của người quan sát.
    • Định luật Lambert áp dụng cho bề mặt phản xạ khuếch tán: $L = \frac{\rho \cdot E}{\pi}$ (với $\rho$ là hệ số phản xạ bề mặt) và độ trưng $M = \pi L$.
    • Tiêu chuẩn phân cấp chiếu sáng ngoài trời của Ủy ban Chiếu sáng Quốc tế (CIE) từ cấp A đến cấp E, quy định độ chói trung bình mặt đường từ $1$ đến $2\ \text{cd/m}^2$, độ đồng đều chung $U_0 \ge 0,4$, độ đồng đều dọc $U_1 \ge 0,7$ và chỉ số lóa mắt $G \ge 5$.

  • Quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng:

    • Quy phạm trang bị điện 11-TCN 19-84.
    • Tiêu chuẩn đèn điện chiếu sáng thành phố TCVN 5828:1994.
    • Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng nhân tạo đường phố, quảng trường đô thị TCXD 95-1093 (và 20TCN 95-83).
    • Nghị định số 54/CP về quy định hành lang an toàn lưới điện cao áp.
    • Tiêu chuẩn kỹ thuật điện quốc tế IEC đối với thiết bị hạ thế và khí cụ đóng cắt.

  • Phương pháp tính toán điện và nguồn dữ liệu:

    • Phương pháp giải tích xác định sụt áp trên đường trục cấp điện một pha và ba pha phân bố đều: $\Delta U = \frac{\rho \cdot I_t \cdot L}{2 \cdot s}$, với giả thiết hệ thống đã được bù công suất phản kháng đạt $\cos\varphi \approx 0,85$. Điện trở suất ruột dẫn tại nhiệt độ làm việc $65^\circ\text{C}$ được lấy là $\rho_{Cu} = 22\ \Omega\cdot\text{mm}^2/\text{km}$ đối với dây đồng và $\rho_{Al} = 23\ \Omega\cdot\text{mm}^2/\text{km}$ đối với dây nhôm.
    • Tiêu chuẩn sụt áp cho phép cuối đường dây chiếu sáng: $\Delta U_{cp} \le 3%$ ($6,6\ \text{V}$ trên lưới $220\ \text{V}$).
    • Phương pháp phân chia lưới điểm kiểm tra quang học ($12 \times 9$ điểm) để xác định độ rọi trung bình ($E_{av}$), độ rọi nhỏ nhất ($E_{min}$), độ rọi lớn nhất ($E_{max}$) và hệ số đồng đều ($E_{min}/E_{max}$).
    • Dữ liệu thu thập từ hồ sơ thiết kế kỹ thuật tuyến đường Cầu Rào 2, thông số đo đạc lưới điện từ Công ty Điện lực Hải Phòng và bảng thông số kỹ thuật của các dòng đèn LED công nghiệp model A-1-75-CCIM và A-1-100-CCIM.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ

Chương 1 trình bày tổng quan về vai trò của chiếu sáng nhân tạo đối với sự phát triển văn minh đô thị và trật tự an toàn giao thông, đồng thời điểm qua tình hình hiện đại hóa hệ thống chiếu sáng tại Việt Nam và Hải Phòng. Tác giả phân tích các nguyên lý chiếu sáng ngoài trời: quan sát mặt đường ở cự ly 100 m trong điều kiện khô ráo, yêu cầu kiểm tra độ đồng đều ngang và dọc giữa các cột đèn (khoảng cách 5 m giữa các điểm đo), và quy định hạn chế chói lóa thông qua chỉ số $G$ từ 1 (không chịu được) đến 9 (không cảm nhận được), duy trì ở mức chấp nhận được là $G = 5$.

Nội dung trọng tâm của chương đi sâu vào phần kỹ thuật cung cấp điện cho mạng chiếu sáng công cộng:

  • So sánh các phương thức phân phối điện một pha $220\ \text{V}$, ba pha sao có trung tính ($Y_n\ 220/380\ \text{V}$) và ba pha tam giác ($D\ 220\ \text{V}$):
Thông số so sánh Một pha 220V Ba pha sao trung tính ($Y_n$ 220/380V) Ba pha tam giác ($D$ 220V)
Số lượng dây dẫn 2 3 + 1 3
Dòng điện chạy trên dây $I$ $I / 3$ $I / \sqrt{3}$
Tiết diện dây dẫn tương đối $S_m$ $S_m / 3$ $S_m / 2$
Trọng lượng kim loại dẫn điện $2 S_m$ $0,88 S_m$ $1,5 S_m$
  • Tính toán thiết kế trạm biến áp chiếu sáng điển hình công suất $50\ \text{kVA} - 22/0,4\ \text{kV}$:
    • Phụ tải tính toán cho $1\ \text{km}$ đường gồm 20 cột chiếu sáng (mỗi cột 2 bóng $250\ \text{W}$) và 20 cột trang trí (mỗi cột 2 bóng $150\ \text{W}$).
    • Cáp đấu nối phía cao áp sử dụng dây nhôm lõi thép AC-35; thiết bị bảo vệ gồm chống sét van FCO $22\ \text{kV} - 5\ \text{A}$, cầu chì tự rơi loại C710-213 PB ($22\ \text{kV} - 100\ \text{A}$).
    • Phía hạ áp bố trí aptomat tổng NS400N ($400\ \text{A}$) và aptomat nhánh C100E ($100\ \text{A}$). Hệ thống tiếp địa gồm 6 cọc thép góc L75x75x7 mm dài $2,5\ \text{m}$, bảo đảm điện trở nối đất $R_{nđ} \le 4\ \Omega$.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO ĐƯỜNG CẦU RÀO 2

Chương 2 mô tả chi tiết quy mô công trình cầu Rào 2 và hiện trạng hệ thống cung cấp điện chiếu sáng trên tuyến. Do tuyến cáp $22\ \text{kV}$ và các trạm biến áp chuyên dùng chưa được đóng điện đồng bộ, hệ thống phải áp dụng phương án cấp điện tạm thời từ trạm biến áp T7 thuộc lộ 8A cấp cho dải đèn từ KM1+193 đến KM5+290.

Hệ thống chiếu sáng hiện hữu của toàn tuyến sử dụng tổng cộng 574 bộ đèn cao áp gián tiếp chấn lưu tụ (gồm 16 bóng công suất $1\ \text{kW}$, 24 bóng $0,4\ \text{kW}$ SODIUM và 534 bóng $0,25\ \text{kW}$). Cấu trúc cột gồm cột thép bát giác cao $11\ \text{m}$ vươn cần $1,8\ \text{m}$ góc nghiêng $15^\circ$, cột kép cao $10\ \text{m}$ cấp bảo vệ IP66, và các dàn đèn pha đặt trên cột thép cao $17\ \text{m}$ và $25\ \text{m}$ tại các nút giao cắt. Toàn tuyến phân bổ qua 5 trạm biến áp (T14, T7, T5, T3, T1) cấp nguồn cho 10 tủ điện chiếu sáng (T1 đến T10).

Bảng số liệu kiểm tra tổn thất điện áp trên các nhánh cáp hạ thế điển hình sử dụng cáp $\text{Cu/XLPE/PVC}(3\times 25 + 1\times 16)\ \text{mm}^2$:

Nhánh xuất tuyến tủ điện Chiều dài cáp (m) Công suất tiêu thụ (kW) Tổn thất điện áp $\Delta U$ (V) Tổn thất phần trăm $\Delta U%$
TBAT14 - Tủ T1 (cáp $3\times 50+25$) 350 36 13,12 5,96%
Tủ T1 - Nhánh 2 821 16 19,80 9,00%
Tủ T2 - Nhánh 2 730 8 5,13 2,33%
Tủ T3 - Nhánh 2 942 - 13,06 5,93%
Tủ T4 - Nhánh 2 866 10 8,13 3,70%
Tủ T5 - Nhánh 2 436 - 5,10 2,32%
Tủ T6 - Nhánh 2 (cáp $4\times 10$) 255 8 9,90 4,50%
Tủ T7 - Nhánh 2 1009 - 13,80 6,27%
Tủ T8 - Nhánh 2 842 - 9,15 4,16%
Tủ T9 - Nhánh 2 1010 - 13,20 6,00%
Tủ T10 - Nhánh 2 1065 - 14,00 6,36%

Kết quả đo đạc thông số quang học của hệ thống hiện trạng trên mặt đường:

  • Độ rọi trung bình: $E_{av} = 27,8\ \text{lx}$.
  • Độ rọi nhỏ nhất: $E_{min} = 13,5\ \text{lx}$.
  • Độ rọi lớn nhất: $E_{max} = 57,5\ \text{lx}$.
  • Tỷ số $u_0 = 48,5$.
  • Hệ số đồng đều $E_{min}/E_{max} = 0,235$.

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG ĐÈN LED VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG CẦU RÀO 2 SỬ DỤNG ĐÈN LED

Chương 3 phân tích cơ sở công nghệ điốt phát quang (LED), nhấn mạnh bước ngoặt phát minh ra LED ánh sáng trắng của Giáo sư Shuji Nakamura và hiệu suất phát quang đạt $80\ \text{lm/W}$ so với $10 - 18\ \text{lm/W}$ của đèn huỳnh quang truyền thống. Tác giả dẫn chứng các ứng dụng LED công cộng tại Việt Nam như đèn trang trí cầu Sông Hàn, cầu Thuận Phước (Đà Nẵng) với bộ điều khiển DMX và đèn LED sản xuất tại phòng thí nghiệm Nano LNT (ĐHQG TP.HCM).

Tác giả đưa ra các thông số hình học tính toán cho tuyến đường: chiều cao cột đèn $h = 10,798\ \text{m}$ (chiều cao hữu dụng thực tế $10,7\ \text{m}$), độ vươn cần đèn $s = 1,7\ \text{m}$, góc nghiêng $10^\circ$, độ nhô cần đèn $a = -0,533\ \text{m}$, khoảng cách giữa các cột $e = 35\ \text{m}$ (khoảng cách cực đại $e_{max} = 40\ \text{m}$). Hai phương án kỹ thuật thay thế được mô phỏng tính toán chi tiết:

  • Phương án 1 - Sử dụng đèn LED 75W (Model A-1-75-CCIM):

    • Điện áp làm việc: AC $85 \sim 256\ \text{V}$, tần số $47 - 63\ \text{Hz}$, quang thông $> 6000\ \text{lm}$, hiệu suất $80\ \text{lm/W}$.
    • Độ rọi điểm trung tâm danh định: $\ge 21,85\ \text{lx}$ (treo cao $8\ \text{m}$) và $\ge 14,25\ \text{lx}$ (treo cao $10\ \text{m}$).
    • Cường độ sáng cực đại: $305\ \text{cd/klm}$ (tại $70^\circ$), $80\ \text{cd/klm}$ (tại $80^\circ$) và $3,64\ \text{cd/klm}$ (tại $90^\circ$).
    • Kết quả kiểm tra trắc quang trên lưới điểm $12 \times 9$: Độ rọi trung bình $E_{av} = 8\ \text{lx}$, độ rọi cực tiểu $E_{min} = 4,52\ \text{lx}$, độ rọi cực đại $E_{max} = 18\ \text{lx}$, hệ số đồng đều $E_{min}/E_{max} = 0,251$.

  • Phương án 2 - Sử dụng đèn LED 100W (Model A-1-100-CCIM):

    • Điện áp làm việc: AC $85 \sim 256\ \text{V}$, công suất $100\ \text{W}$, quang thông $> 8000\ \text{lm}$, hiệu suất $80\ \text{lm/W}$.
    • Phân bố độ rọi tâm theo chiều cao treo đèn: $7\ \text{m}$ ($38,16\ \text{lx}$); $8\ \text{m}$ ($29,68\ \text{lx}$); $9\ \text{m}$ ($23,32\ \text{lx}$); $10\ \text{m}$ ($19,08\ \text{lx}$); $11\ \text{m}$ ($15,90\ \text{lx}$); $12\ \text{m}$ ($12,72\ \text{lx}$).
    • Cường độ sáng cực đại: $405\ \text{cd/klm}$ (tại $70^\circ$), $91\ \text{cd/klm}$ (tại $80^\circ$) và $4,84\ \text{cd/klm}$ (tại $90^\circ$).
    • Kết quả kiểm tra trắc quang trên lưới điểm $12 \times 9$: Độ rọi trung bình $E_{av} = 12\ \text{lx}$, độ rọi cực tiểu $E_{min} = 6,89\ \text{lx}$, độ rọi cực đại $E_{max} = 23\ \text{lx}$, hệ số đồng đều $E_{min}/E_{max} = 0,300$.

(Theo danh mục mục lục đề tài, chương 3 còn bao gồm mục tính toán phương án LED 150W và tính toán kiểm tra tiết diện dây dẫn).

CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN ĐÈN LED NGOẠI TUYẾN VỚI CẤU TRÚC NỐI TẦNG

Chương 4 hoàn thiện đề tài bằng việc tìm hiểu cấu trúc mạch nguồn và phương pháp điều khiển ngoại tuyến (offline driver) dành cho đèn LED công suất lớn dùng trong chiếu sáng đường phố. Nội dung chương theo đề cương văn bản bao gồm:

  • Mục I: Giới thiệu chung về yêu cầu kỹ thuật của bộ nguồn lái LED công nghiệp khi vận hành trực tiếp từ lưới điện xoay chiều.
  • Mục II: Cấu trúc chuyển đổi công suất hai tầng (cấu trúc nối tầng), tích hợp tầng hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) kết hợp với tầng ổn định dòng điện một chiều đầu ra cấp cho chuỗi điốt.
  • Mục III: Thiết kế và giải thuật điều khiển nhằm tối ưu hóa hiệu suất truyền nội bộ, giảm sóng hài dòng điện và bảo đảm độ ổn định phát quang của đèn trước các dao động của điện áp lưới đô thị.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã lượng hóa và so sánh hiệu quả kỹ thuật giữa hệ thống chiếu sáng hiện trạng và các phương án cải tạo bằng công nghệ LED:

Chỉ số kỹ thuật Hệ thống hiện trạng (Bóng cao áp Sodium/Halogen) Phương án thay thế LED 75W (A-1-75-CCIM) Phương án thay thế LED 100W (A-1-100-CCIM)
Công suất bóng đèn chính 250W – 400W – 1000W 75 W 100 W
Quang thông nguồn sáng Phụ thuộc bóng cao áp > 6.000 lm > 8.000 lm
Độ rọi trung bình $E_{av}$ 27,8 lx 8,0 lx 12,0 lx
Độ rọi cực tiểu $E_{min}$ 13,5 lx 4,52 lx 6,89 lx
Độ rọi cực đại $E_{max}$ 57,5 lx 18,0 lx 23,0 lx
Hệ số đồng đều $E_{min}/E_{max}$ 0,235 0,251 0,300
Tuổi thọ nguồn sáng ~ 2.000 – 6.000 giờ ~ 100.000 giờ ~ 100.000 giờ

Các giải pháp và đóng góp kỹ thuật chính của tác giả:

  • Cắt giảm công suất lắp đặt: Việc thay thế các bóng đèn Sodium $250\ \text{W}$ bằng bộ đèn LED $75\ \text{W}$ hoặc $100\ \text{W}$ giúp giảm công suất tiêu thụ của mỗi điểm sáng từ 2,5 đến 3,3 lần, giải quyết căn bản tình trạng quá tải và sụt áp trên các tuyến cáp kéo dài (trước đây có nhánh sụt áp lên đến $19,8\ \text{V}$, tương đương $9,0%$).
  • Cải thiện độ đồng đều ánh sáng: Hệ số đồng đều độ rọi tăng từ $0,235$ (hiện trạng) lên $0,251$ (với LED 75W) và $0,300$ (với LED 100W), loại bỏ hiện tượng các vệt sáng tối xen kẽ ("hiệu ứng bậc thang") gây mỏi mắt cho người điều khiển phương tiện giao thông.
  • Tự động hóa vận hành tủ điện: Đề xuất phương án tự động hóa đóng cắt chiếu sáng qua tủ phân phối bằng rơ le thời gian và contactor theo 3 chế độ thực tế: ban ngày ngắt toàn bộ, buổi tối đóng 100% công suất, và đêm khuya ngắt bớt 1/2 số bóng để tiết kiệm điện.
  • Ứng dụng cấu trúc chuyển đổi nối tầng: Tổng hợp nguyên lý mạch điều khiển LED ngoại tuyến có tầng PFC nối tầng, giúp khắc phục nhược điểm méo dạng sóng hài dòng điện trên lưới và tăng độ bền cho bộ nguồn điện tử trong điều kiện thời tiết ngoài trời.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Hạn chế của đồ án:

    • Giải pháp cấp nguồn trong đề tài vẫn phải phụ thuộc vào phương án đấu nối tạm thời từ trạm biến áp T7 do hệ thống lưới $22\ \text{kV}$ và các trạm biến áp dọc tuyến chưa vận hành đồng bộ tại thời điểm khảo sát.
    • Các kết quả phân bố ánh sáng của đèn LED $75\ \text{W}$ và $100\ \text{W}$ dừng lại ở kết quả tính toán mô phỏng lý thuyết theo dữ liệu quang học danh định của nhà sản xuất, chưa có điều kiện thực nghiệm đo kiểm trắc quang trực tiếp trên hiện trường sau lắp đặt thực tế.
    • Nội dung chương 4 về cấu trúc nối tầng cho bộ nguồn ngoại tuyến mang tính chất tổng hợp lý thuyết kỹ thuật, chưa đi kèm thiết kế phần cứng chế tạo mẫu thực tế (prototype) hay đo kiểm dạng sóng thực tế trên tải LED.

  • Hướng nghiên cứu mở rộng:

    • Nghiên cứu chi tiết bài toán kinh tế kỹ thuật (chi phí đầu tư ban đầu, chi phí bảo trì và thời gian thu hồi vốn đầu tư) khi chuyển đổi toàn bộ 574 bộ đèn cao áp sang đèn LED.
    • Phát triển hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh tích hợp bộ điều khiển DMX hoặc mạng truyền thông không dây để tự động điều chỉnh độ sáng (dimming) vô cấp theo mật độ phương tiện thực tế và điều kiện thời tiết thực tế.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn đối với:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện, Điện tự động công nghiệp và Hệ thống điện khi thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc các học phần liên quan đến thiết kế cung cấp điện công cộng và kỹ thuật chiếu sáng đô thị.
  • Kỹ sư thiết kế hạ tầng cơ điện (MEP) và chiếu sáng giao thông trong việc tra cứu phương pháp kiểm tra sụt áp mạng cáp hạ thế kéo dài, quy trình lựa chọn thiết bị trạm biến áp treo $50\ \text{kVA}$, và tính toán so sánh các chỉ tiêu trắc quang ($E_{av}, E_{min}, E_{max}, u_0$) giữa đèn phóng điện truyền thống và nguồn sáng LED.
  • Phần đáng tham khảo nhất của đồ án là phương pháp tính toán tổn thất điện áp mạng hạ thế chiếu sáng phân bố theo tuyến trục và chuỗi số liệu mô phỏng phân bố độ rọi mặt đường của các cấu hình đèn LED công suất 75W, 100W ở các độ cao treo đèn khác nhau.

Câu hỏi thường gặp

1. Tuyến đường Cầu Rào 2 có quy mô hình học mặt cắt ngang như thế nào trong bài toán tính toán chiếu sáng?
Tuyến đường nghiên cứu có chiều dài thiết kế $700\ \text{m}$, mặt cắt ngang gồm 2 làn đường xe chính rộng $10,5\ \text{m}$ mỗi làn, dải phân cách giữa rộng $4\ \text{m}$ được bố trí cột đèn trang trí, dải phân cách biên rộng $4,5\ \text{m}$ và làn đường phụ rộng $7\ \text{m}$. Đoạn cầu chính vượt sông dài $248\ \text{m}$, bề rộng mặt cầu $25,5\ \text{m}$ phục vụ 4 làn xe cơ giới và 2 làn xe thô sơ.

2. Hệ thống chiếu sáng hiện trạng đường Cầu Rào 2 lắp đặt những loại thiết bị nào và thông số kỹ thuật quang học đạt được ra sao?
Hệ thống hiện trạng sử dụng tổng cộng 574 bóng đèn cao áp gián tiếp chấn lưu tụ (gồm 16 bóng $1\ \text{kW}$, 24 bóng $0,4\ \text{kW}$ SODIUM và 534 bóng $0,25\ \text{kW}$) lắp trên các cột thép cao $10\ \text{m}$, $11\ \text{m}$, $17\ \text{m}$ và $25\ \text{m}$. Kết quả kỹ thuật ghi nhận: độ rọi trung bình $E_{av} = 27,8\ \text{lx}$, độ rọi cực tiểu $E_{min} = 13,5\ \text{lx}$, độ rọi cực đại $E_{max} = 57,5\ \text{lx}$, tỷ số $u_0 = 48,5$ và hệ số đồng đều độ rọi đạt $0,235$.

3. Tại sao mạng điện chiếu sáng tuyến đường lại gặp hiện tượng sụt áp lớn trong giai đoạn khảo sát?
Do đường cáp ngầm $22\ \text{kV}$ và các trạm biến áp chuyên dụng dọc tuyến chưa đồng thời đóng điện, hệ thống phải lấy nguồn cấp điện tạm thời từ trạm biến áp T7 lộ 8A qua các tuyến cáp kéo dài trên $1\ \text{km}$ (như nhánh tủ T7 dài $1009\ \text{m}$, nhánh tủ T10 dài $1065\ \text{m}$). Việc truyền tải dòng điện lớn của các bộ đèn cao áp công suất $250\ \text{W} - 400\ \text{W}$ trên khoảng cách xa đã gây ra tổn thất điện áp cao, cá biệt tại nhánh 2 của tủ T1 tổn thất điện áp lên tới $19,8\ \text{V}$ ($9,0%$), vượt quá giới hạn sụt áp cho phép ($3%$).

4. Hai phương án thay thế bằng đèn LED 75W và 100W đem lại kết quả quang học mặt đường khác nhau như thế nào?
Phương án đèn LED 75W (quang thông $>6000\ \text{lm}$) tạo ra độ rọi trung bình $E_{av} = 8\ \text{lx}$, độ rọi cực tiểu $E_{min} = 4,52\ \text{lx}$, độ rọi cực đại $E_{max} = 18\ \text{lx}$ và hệ số đồng đều $0,251$. Trong khi đó, phương án đèn LED 100W (quang thông $>8000\ \text{lm}$) mang lại độ rọi trung bình $E_{av} = 12\ \text{lx}$, độ rọi cực tiểu $E_{min} = 6,89\ \text{lx}$, độ rọi cực đại $E_{max} = 23\ \text{lx}$ và hệ số đồng đều cao hơn đạt $0,300$. Cả hai phương án đều cải thiện độ đồng đều so với mức $0,235$ của hệ thống cũ.

5. Cấu tạo và thông số kỹ thuật của trạm biến áp chiếu sáng 50 kVA điển hình được tính toán trong đồ án gồm những gì?
Trạm biến áp được thiết kế dạng trạm treo trên cột bê tông ly tâm cao $12\ \text{m}$, sử dụng máy biến áp 3 pha ngâm dầu tự nhiên $50\ \text{kVA} - 22/0,4\ \text{kV}$ tổ đấu dây $\text{Y/Y}0-12$, treo ở độ cao $3 - 4\ \text{m}$. Phía cao áp được cấp điện bằng dây AC-35 bảo vệ bằng chống sét van FCO $22\ \text{kV} - 5\ \text{A}$ và cầu chì tự rơi C710-213 PB ($22\ \text{kV} - 100\ \text{A}$). Phía hạ áp bảo vệ bằng aptomat tổng NS400N ($400\ \text{A}$), aptomat nhánh C100E ($100\ \text{A}$), cùng hệ thống tiếp địa gồm 6 cọc thép góc L75x75x7 mm dài $2,5\ \text{m}$ đạt điện trở tiếp đất $R{nđ} \le 4\ \Omega$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Bá Tiến đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ tính toán kỹ thuật chiếu sáng cho công trình giao thông đô thị đường Cầu Rào 2, Hải Phòng. Tác giả đã phân tích toàn diện hiện trạng tiêu thụ điện và tổn thất điện áp của mạng đèn phóng điện công suất lớn, từ đó xây dựng cơ sở định lượng để đề xuất thay thế bằng hệ thống đèn LED 75W và 100W giúp nâng cao hệ số đồng đều chiếu sáng và cắt giảm tải điện năng. Đồng thời, việc nghiên cứu cấu trúc chuyển đổi ngoại tuyến nối tầng đã cung cấp định hướng kỹ thuật quan trọng nhằm nâng cao tính ổn định và tuổi thọ cho các bộ nguồn LED vận hành trong môi trường hạ tầng công cộng.