Грибанов А.А. Электрическое освещение

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический

университет им. И.И. Ползунова»

А.А. ГРИБАНОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Информационно-методические материалы к изучению

дисциплины

Барнаул • 2006

УДК 628.94 (075.5)

Грибанов, А.А. Электрическое освещение: Информационно-

методические материалы к изучению дисциплины [Текст] / А.А. Гри-

банов / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул, 2006. –

120 с.

Издание содержит основные сведения по рассматриваемым в кур-

се «Электрическое освещение» вопросам. Рассмотрены законы генера-

ции, распространения и поглощения оптического излучения

. Приведе-

ны особенности конструкции, функционирования и применения элек-

трических источников света, пускорегулирующей аппаратуры, свето-

вых приборов. Изложены основы нормирования и проектирования ос-

ветительных установок, а также рассмотрены вопросы их питания.

Для студентов, обучающихся по специальности «Электроснабже-

ние» (по отраслям) с использованием дистанционных образовательных

технологий.

Данные методические указания разработаны

по заявке ИИО

АлтГТУ, который обладает эксклюзивным правом на их распростране-

ние.

По вопросам приобретения методических указаний обращаться

по адресу: 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, ауд. 109

корп. «Г»; тел.

36-78-36

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

1. СВЕТОТЕХНИКА. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ТЕРМИНЫ

1.1. Термины и определения 5

1.2. Основные энергетические характеристики излучения 9

1.3. Основные характеристики оптического излучения 10

1.4. Оптические характеристики тел 13

1.5. Контрольные вопросы 14

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ

2.1. Общая характеристика источников света 15

2.2. Параметры источников света 16

2.3. Характеристики эффективности электрических источни-

ков оптического излучения 17

2.4. Электрические лампы накаливания 18

2.5. Галогенные лампы накаливания 20

2.6. Газоразрядные лампы 23

2.7. Контрольные вопросы 31

3. ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА

3.1. Пускорегулирующие аппараты и их функции 32

3.2. Классификация пускорегулирующих аппаратов и их

параметры 36

3.3. Основы маркировки пускорегулирующих аппаратов 39

3.4. Аппараты мгновенного зажигания 40

3.5. Аппараты быстрого зажигания 46

3.6. Аппараты для зажигания ламп импульсом напряжения 50

3.7. Контрольные вопросы 54

4. СВЕТОВЫЕ ПРИБОРЫ

4.1. Классификация световых приборов 55

4.2. Комплектные

осветительные устройства 63

4.3. Основы маркировки светильников 64

4.4. Контрольные вопросы 67

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ОСВЕЩЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ

5.1. Общие положения 68

5.2. Выбор нормируемых показателей 69

5.3. Выбор системы освещения, типов источников света и

светильников 71

5.4. Размещение светильников 72

5.5. Расчёт осветительной установки методом удельной мощ-

ности на единицу площади помещения

5.6. Расчёт мощности осветительных установок методом ко-

эффициента использования 75

5.7. Точечный метод расчёта осветительных установок 76

5.8. Аварийное, эвакуационное и охранное освещение 78

5.9. Контрольные вопросы 81

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ НАРУЖНОГО

ОСВЕЩЕНИЯ

6.1. Выбор нормируемых параметров 82

6.2. Проектирование установок, выполненных светильниками 84

6.3. Проектирование установок,

выполненных прожекторами

заливающего света 85

6.4. Световое ограждение высотных препятствий промыш-

ленных предприятий 89

6.5. Контрольные вопросы 94

7. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ

УСТАНОВОК

7.1. Напряжение электрических сетей 95

7.2. Источники питания 96

7.3. Питание осветительных установок различного назначе-

ния 99

7.4. Схемы питания освещения производственных зданий 100

7.5. Схемы питания общественных и жилых зданий 103

7.6. Схемы питания наружного освещения 115

7.7. Контрольные вопросы 119

Введение

Настоящие информационно-методические материалы представ-

ляют собой расширенный конспект лекций по учебной дисциплине

«Электрическое освещение». Целью издания является обновление и

обобщение информации в области проектирования и использования

осветительных установок.

1. СВЕТОТЕХНИКА. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ТЕРМИНЫ

Светотехника

– это область науки и техники, предметом которой

является исследование принципов и разработка способов генерирова-

ния, пространственного распределения, измерения оптического излу-

чения, преобразования его в другие виды энергии.

Значение освещения связано с тем, что зрительное восприятие да-

ёт примерно 90% информации, получаемой из окружающего мира. Ос-

вещение является важным фактором, способствующим повышению

производительности труда и качества продукции, оздоровлению труда

и снижению травматизма.

Основные направления современного развития:

1. Разработка экономичных источников света (люминесцентных,

газоразрядных, новых);

2. Применение излучения видимого и невидимого в различных

технологических процессах в промышленности, сельском хозяйстве,

медицине.

Главной задачей

современной светотехники является создание

комфортной световой среды для труда и отдыха человека, а также эф-

фективное применение оптического излучения в технологических про-

цессах при рациональном использовании электрической энергии.

1.1. Термины и определения

Блеск – величина, применяемая при визуальном наблюдении ис-

точника света, когда наблюдатель не воспринимает размеры источни-

ка. Блеск измеряется освещённостью, которую создаёт источник в

плоскости, перпендикулярной лучам и проходящей через зрачок на-

блюдателя.

Дежурное освещение — освещение в нерабочее время.

Естественное освещение — освещение помещений светом неба

(прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в

наружных ограждающих конструкциях.

Индекс цветопередачи (Ra) — мера соответствия зрительных

восприятий цветного объекта, освещенного исследуемым и стандарт-

ным источниками света при определенных условиях наблюдения.

Ra91–100 – очень хорошая цветопередача; Ra81–91 – хорошая цвето-

передача; Ra51–80 – средняя цветопередача; Ra<51 – слабая цветопе-

редача.

Комбинированное освещение –

освещение, при котором к об-

щему освещению добавляется местное.

Контраст объекта различения с фоном К определяется отноше-

нием абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона

к яркости фона. Контраст объекта различения с фоном считается:

большим – при К более 0,5 (объект и фон резко отличаются по ярко-

сти); средним – при К от

0,2 до 0,5 (объект и фон заметно отличаются

по яркости); малым – при К менее 0,2 (объект и фон мало отличаются

по яркости).

Коэффициент естественной освещенности (КЕО), % – отноше-

ние естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке задан-

ной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или

после отражений), к одновременному значению наружной горизон-

тальной освещенности, создаваемой

светом полностью открытого не-

босвода.

Коэффициент запаса К

– расчетный коэффициент, учитываю-

щий снижение КЕО и освещенности в процессе эксплуатации вслед-

ствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых

проемах, источников света (ламп) и светильников, а также снижение

отражающих свойств поверхностей помещения.

Коэффициент пульсации освещённости К

п,

% – критерий оцен-

ки относительной глубины колебаний освещенности в результате из-

менения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании

их переменным током, выражающийся формулой

100

ср

минмакс

ЕЕ

−

где Е

макс

и Е

мин

– соответственно максимальное и минимальное значе-

ния освещенности за период её колебания, лк; Е

ср

– среднее значение

освещенности за этот же период, лк.

Красное отношение – выраженное в процентах отношение крас-

ного светового потока к общему световому потоку источника света.

Местное освещение – освещение, дополнительное к общему,

создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток не-

посредственно на рабочих местах.

Объект различения – рассматриваемый предмет, отдельная его

часть или дефект, которые требуется различать в процессе работы.

Общее освещение – освещение, при

котором светильники раз-

мешаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное

освещение) или применительно к расположению оборудования (общее

локализованное освещение).

Освещение безопасности – освещение для продолжения работы

при аварийном отключении рабочего освещения.

Освещённость – поверхностная плотность светового потока, или

отношение светового потока, падающего на поверхность к площади

этой поверхности (люкс (лк)).

Отражённая

блескость – характеристика отражения светового

потока от рабочей поверхности в направлении глаз работающего, оп-

ределяющая снижение видимости вследствие чрезмерного увеличения

яркости рабочей поверхности и вуалирующего действия, снижающего

контраст между объектом и фоном.

Показатель дискомфорта М – критерий оценки дискомфортной

блескости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном

распределении яркостей в поле зрения.

Показатель ослепленности

Р – критерий оценки слепящего дей-

ствия осветительной установки.

Полуцилиндрическая освещенность – характеристика насы-

щенности светом пространства и тенеобразующего эффекта освещения

для наблюдателя, движущегося по улице параллельно ее оси. Опреде-

ляется как средняя плотность светового потока на поверхности верти-

кально расположенного на продольной линии улицы на высоте 1,5 м

полуцилиндра, радиус и высота

которого стремятся к нулю. Расчет

полуцилиндрической освещенности производится инженерным мето-

дом.

Рабочая поверхность – поверхность, на которой производится

работа и нормируется или измеряется освещенность.

Рабочее освещение – освещение, обеспечивающее нормируемые

осветительные условия (освещенность, качество освещения) в поме-

щениях и в местах производства работ вне зданий.

Световой поток – полное количество света, излучаемого данным

источником в видимой области спектра (люмен (лм)).

Сила света – пространственная плотность светового потока в за-

данном направлении, или отношение светового потока, направленного

от источника в пределах телесного угла, охватывающего данное на-

правление, к этому углу (кандела (кд)).

Совмещенное освещение – освещение, при котором недостаточ-

ное

по нормам естественное освещение дополняется искусственным.

Стробоскопический эффект – явление искажения зрительного

восприятия вращающихся, движущихся или сменяющихся объектов в

мелькающем свете, возникающее при совпадении кратности частотных

характеристик движения объектов и изменения светового потока во

времени в осветительных установках, выполненных газоразрядными

источниками света, питаемыми переменным током.

Условная рабочая поверхность – условно принятая горизон-

тальная поверхность, расположенная на высоте 0,8 м от пола.

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту

различения, на которой он рассматривается.

Фон считается: светлым – при коэффициенте отражения поверх-

ности более 0,4; средним – то же, от 0,2 до 0,4; темным – то же, менее

0,2.

Цветовая температура, Т

– температура излучателя Планка

(черного тела), при которой его излучение имеет ту же цветность, что и

излучение рассматриваемого объекта, °К. Это мера объективного впе-

чатления от цвета данного источника света. 2700К – сверхтёплый бе-

лый; 3000К – тёплый белый; 4000К – естественный белый; >5000К –

холодный белый (дневной).

Цветопередача – общее понятие, характеризующее влияние

спектрального состава источника света на зрительное восприятие

цветных объектов, сознательно или бессознательно сравниваемое с

восприятием тех же объектов, освещенных стандартным источником

света.

Цилиндрическая освещенность Е

– характеристика насыщен-

ности помещения светом. Определяется как средняя плотность свето-

вого потока на поверхности вертикально расположенного в помещении

цилиндра, радиус и высота которого стремятся к нулю. Расчет ци-

линдрической освещенности производится инженерным методом.

Эвакуационное освещение – освещение для эвакуации людей из

помещения при аварийном отключении нормального освещения.

Эквивалентный размер объекта различения – размер равнояр-

кого круга на равноярком фоне, имеющего такой же пороговый кон-

траст, что и объект различения при данной яркости фона.

Яркость – отношение силы излучения в заданном направлении от

участка поверхности к проекции излучающей поверхности на плос-

кость, перпендикулярную этому направлению (кандела на метр квад-

ратный (кд

/м

)).

1.2. Основные энергетические характеристики излучения

Излучение (радиация) является одной из форм существования ма-

терии в виде электромагнитного поля. Характерной особенностью из-

лучения является корпускулярно-волновой дуализм.

Волновые свойства света.

Энергия фотона (кванта)

⋅

где h – постоянная Планка h=6,626⋅10

-34

;

– частота излучения, Гц.

h ⋅=

где с=3⋅10

м/с; λ – длина волны, определяемая по выражению

. (м)

Корпускулярные свойства света.

Масса фотона

= .

Импульс фотона

= .

К энергетическим характеристикам излучения относят следую-

щие:

Лучистый поток излучения

= (Вт)

где dW – энергия излучения; dt – время, в течение которого энергия

излучения неизменна.

Спектральная плотность излучения

()

λϕ

dФ

(Вт/нм)

d – ширина полосы спектра, на которой измерен однородный поток

dФ

Поток излучения в диапазоне от

до

()

∫

λλϕ

dФ

()

∑

iе

dФ

λλϕ

Сила излучения

dФ

I =

где Ф

– поток излучения; ω – телесный угол,

внутри которого поток распределяется равно-

мерно.

Плотность излучения

eАе

dА

dФ

RЕ

===

(Вт/м

)

где

– площадь поверхности излучающего тела, в пределах кото-

рого излучение равномерно.

Облучённость (плотность облучения).

dА

dФ

ее

(Вт/м

)

где А – поверхность облучения, м

; Ф

– поток облучения.

Вышеприведённые энергетические характеристики используются

по всему спектру излучения.

1.3. Основные характеристики оптического излучения

Эффективный поток излучения – часть спектра излучения, ко-

торая направленно используется для получения требуемого эффекта.

Он определяется по выражению

()() ( ) ()()

∫∫

∞∞

===

λλκλϕλλλλϕ

dgdgFФ

максэфэф

где

()

– спектральная чувствительность приёмника потока излуче-

ния;

()

– спектральная плотность;

()

– относительная спектраль-

ная чувствительность приёмника излучения.

Световой поток определяется по выражению

ис. 1. Телесный угол.