Материал: Светотехнический и электрический расчеты системы освещения ремонтного цеха

Светотехнический и электрический расчеты системы освещения ремонтного цеха

ВВЕДЕНИЕ

Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека, предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда, для обеспечения комфортности и безопасности труда, улучшения и облегчения его условий, увеличения производительности труда, повышает работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте должно быть таким, чтобы работник мог без напряжения зрения выполнять свою работу.

Осветительными электроустановками называются специальные электротехнические устройства, предназначенные для освещения территорий, помещений.

Осветительные электроустановки являются необходимым элементом современных жилых домов, учреждений, общественных и производственных предприятий. Они представляют собой сложные комплексы, состоящие из распределительных устройств, магистральных и групповых электросетей, различных приборов, осветительной арматуры, источников света,

Отличительной особенностью осветительных электроустановок является многообразие применяемых схем и способов исполнения электропроводок, конструкций светильников и других источников света.

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Основную часть информации человек получает через органы зрения, но и носителем этой информации является излучение, называемое светом. Благодаря действию светового излучения человек может не только воспринимать зрительные образы предметов, но и видеть окружающий мир во всем разнообразии красок.

Современное общество немыслимо без повседневного использования искусственного света. Осветительные установки создают необходимые условия освещения, которые обеспечивают зрительное восприятие (видение), дающие около 90% информации, получаемой человеком из окружающего мира. Без современных средств освещения невозможна работа ни одного предприятия. Особенно важную роль свет играет для работников шахт, рудников, предприятий, имеющих здания без окон, многих взрыво и пожароопасных производств. Без искусственного света не может обойтись ни один современный город, не возможно строительство, а также работа в темное время суток.

Эффективное использование света с помощью достижений современной светотехники - важнейший резерв повышения производительности труда и качества продукции, снижения травматизма и сохранения здоровья людей. Главной задачей современной светотехники является создание комфортной световой среды для труда и отдыха человека.

Свет является разновидностью электромагнитной энергии. Видимый свет представляет собой разновидность электромагнитных колебаний с длинной волны от 380 до 760 Нм. Энергия, передаваемая лучеиспусканием, называется энергией излучения, а ее мощность - потоком излучения. Часть потока излучения, вызывающая световое ощущение, называется световым потоком.

Световые волны разной длины вызывают у человека различные цветовые ощущения. Зрачок человеческого глаза фокусирует лучи на чувствительных рецепторах сетчатки. Зрительные центры мозга синтезируют образ из множества изображений, получаемых обоими глазами, рассматривающими объект в определенной последовательности. Воздействие на глаза видимого излучения вызывает ощущение разных цветов от фиолетового до красного, причем восприимчивость глаза к цветам видимого спектра различна. При одинаковой мощности светового излучения глаз наиболее чувствителен к желтовато - зеленому цвету. В сторону красного и фиолетового цветов чувствительность глаза понижается и доходит до нуля на границах видимой части спектра.

Свет, падающий на предметы, дает достаточную информацию о форме и размерах наблюдаемых объектов. Необходимо выбрать такое освещение, чтобы получить исчерпывающую информацию о них.

1.1 Системы освещения

Для создания нормальной световой среды применяют различные системы освещения.

Естественное освещение - освещение помещений светом, исходящим от неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях. Подразделяется на боковое, верхнее и комбинированное. Нормируемой характеристикой является коэффициент естественной освещенности. Боковое естественное освещение - естественное освещение помещения через световые проемы в наружных стенах. Верхнее естественное освещение - естественное освещение помещения через фонари, световые проемы в стенах (в местах перепада высот здания). Комбинированное естественное освещение - сочетание верхнего и бокового естественного освещения.

Искусственное освещение - освещение помещений и других мест, где недостаточно естественного освещение. Подразделяется на рабочее, аварийное, охранное, дежурное, общее, местное и комбинированное. При необходимости часть светильников рабочего или аварийного освещение используется для дежурного освещения.

Рабочее освещение обеспечивают во всех помещениях, а также на участках открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Для помещений, имеющих зоны с разными условиями естественного освещения и с разными режимами работы, предусматривается раздельное управление рабочим освещение.

Аварийное освещение - освещение объектов различного назначения, не прекращающееся или автоматически вводимое в действие при внезапном отключении рабочих (основных) источников света. Предназначено для обеспечения эвакуации людей или временного продолжения работы на объектах, где внезапное отключение освещение создает опасность травматизма или недопустимого нарушения технологического процесса.

Охранное освещение (при отсутствии специальных технических средств охраны) предусматривается вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время.

Дежурное освещение - освещение в нерабочее время. Область применения, величины освещенности, равномерность и требования к качеству не нормируются.

Общее освещение - освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализованное освещение).

Местное освещение - освещение, дополнительное к общему, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочих местах.

Комбинированное освещение - освещение, при котором к общему освещение добавляется местное.

Совмещенное освещение - освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.
Эвакуационное освещение - освещение для эвакуации людей из помещений при аварийном отключении нормального освещение.
Источниками искусственного освещения являются газоразрядные лампы и лампы накаливания.

1.2 Классификация ламп для освещения

В современном мире применяют для освещения различные типы ламп, такие как лампы накаливания, люминесцентные лапы, лампы ДРЛ и ДНаТ, светодиодные лампы.

Лампа накаливания - искусственный источник света, в котором свет испускает тело накала, нагреваемое электрическим током до высокой температуры. В качестве тела накала чаще всего используется спираль из тугоплавкого металла (чаще всего -вольфрама), либо угольная нить. Чтобы исключить окисление тела накала при контакте с воздухом, его помещают в вакуумную колбу, либо колбу, заполненную инертными газами или парами галогенов. Лампа накаливания и её приведена на рисунке 1.

Рисунок 1.1 - Лампа накаливания

- колба; 2 - тело накала; 3 - крючки-держатели тела накала; 4 - ножка лампы; 5 - электроды (токовые вводы); 6 - внешнее звено токопровода, предохранитель; 7 - корпус цоколя; 8 - изолятор цоколя (стекло); 9 - контакт донышка цоколя.

Преимущества:

·              высокий индекс цветопередачи <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BA%D1%81_%D1%86%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B8>;

·              налаженность в массовом производстве;

·              низкая цена;

·              небольшие размеры;

·              отсутствие пускорегулирующей аппаратуры;

·              нечувствительность к ионизирующей радиации;

·              чисто активное электрическое сопротивление (единичный коэффициент мощности <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8>);

·              мгновенное зажигание;

·              невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения;

·              отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации;

·              возможность работы на любом роде тока;

·              нечувствительность к полярности напряжения;

·              возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт);

·              незаметность мерцания при работе на переменном токе (важно на предприятиях);

·              отсутствие гудения при работе на переменном токе (ввиду отсутствия электронного балласта, драйвера или преобразователя напряжения);

·              устойчивость к электромагнитному импульсу;

·              приятный и привычный в быту спектр; спектр излучения лампы накаливания определяется исключительно температурой рабочего тела и не зависит ни от каких иных условий, что следует из принципа её работы. Он не зависит от применяемых материалов и их чистоты, стабилен во времени и имеет стопроцентную предсказуемость и повторяемость. Это важно в том числе при больших инсталляциях и в светильниках из сотен ламп: нередко можно увидеть, когда при применении современных люминофорных или светодиодных ламп они имеют разный цветовой оттенок в пределах группы. Это уменьшает эстетическое совершенство инсталляций. При неисправности одной лампы часто приходится заменять всю группу целиком, но даже при установке ламп из одной партии встречается девиация спектра.

Недостатки:

·              низкая световая отдача

·              относительно малый срок службы

·              хрупкость, чувствительность к удару и вибрации

·              бросок тока при включении (примерно десятикратный)

·              при термоударе или разрыве нити под напряжением возможен взрыв баллона

·              резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения

·              лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает, в зависимости от мощности, следующих величин: 25 Вт - 100 °C, 40 Вт - 145 °C, 75 Вт - 250 °C, 100 Вт - 290 °C, 200 Вт - 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается ещё сильнее.

·              нагрев частей лампы требует термостойкой арматуры светильников

·              световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности, потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4 %. Включение электролампы через диод, что часто применяется с целью продления ресурса на лестничных площадках, в тамбурах и прочих затрудняющих замену местах, ещё больше усугубляет её недостаток: значительно уменьшается КПД, а также появляется значительное мерцание света.

Люминесцентная лампа - газоразрядный <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%80%D1%8F%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B0> источник <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D1%81%D0%BA%D1%83%D1%81%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8_%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%B0> света <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82>, в котором электрический разряд в парах ртути <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D1%82%D1%83%D1%82%D1%8C> создаёт ультрафиолетовое <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%82> излучение, которое преобразуется в видимый свет <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5> с помощью люминофора <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%8E%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D1%84%D0%BE%D1%80> - например, смеси галофосфата кальция с другими элементами.

Световая отдача <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D1%82%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0> люминесцентной лампы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F> аналогичной мощности. Срок службы люминесцентных ламп около 5 лет при условии ограничения числа включений до 2000, то есть не больше 5 включений в день в течение гарантийного срока 2 года.

Рисунок 1.2 - Люминесцентная лампа

Популярность люминесцентных ламп обусловлена их преимуществами (над лампами накаливания <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F>):

·              значительно большая светоотдача <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D1%82%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0> (люминесцентная лампа 20 Вт даёт освещенность как лампа накаливания на 100 Вт) и более высокий КПД <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%9F%D0%94>;

·              разнообразие оттенков света;

·              рассеянный свет;

·              длительный срок службы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B0_%D0%BD%D0%B0_%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B0%D0%B7> (2 000-20 000 часов в отличие от 1 000 у ламп накаливания), при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу включений и выключений.

К недостаткам относят:

·              химическая опасность (ЛЛ содержат ртуть в количестве от 10 мг до 1 г);

·              неравномерный, линейчатый спектр, неприятный для глаз и вызывающий искажения цвета освещённых предметов (существуют лампы с люминофором спектра, близкого к сплошному, но имеющие меньшую светоотдачу);

·              мерцание лампы с удвоенной частотой питающей сети <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5> (применение ЭПРА <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%9F%D0%A0%D0%90> решает проблему, при условии достаточной ёмкости сглаживающего конденсатора выпрямленного тока на входе инвертора ЭПРА (производители часто экономят на ёмкости конденсатора);

·              наличие дополнительного приспособления для пуска лампы - пускорегулирующего аппарата (громоздкий шумный дроссель с ненадёжным стартером или же дорогой ЭПРА <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%83%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%B3%D1%83%D0%BB%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B9_%D0%B0%D0%BF%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82>);

·              очень низкий коэффициент мощности <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8> ламп - такие лампы являются неудачной для электросети <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B5%D1%82%D1%8C> нагрузкой <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9D%D0%B0%D0%B3%D1%80%D1%83%D0%B7%D0%BA%D0%B0_(%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0)&action=edit&redlink=1> (нивелируется применением очень дорогих ЭПРА с корректором коэффициента мощности);

ДРЛ (Дуговая Ртутная Люминесцентная) - принятое в отечественной светотехнике обозначение РЛВД, в которых для исправления цветности светового потока, направленного на улучшение цветопередачи, используется излучение люминофора <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%8E%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D1%84%D0%BE%D1%80>, нанесённого на внутреннюю поверхность колбы.