 |
Основные светотехнические понятия и величины
|
|
|
|
В.В. ВАХНИНА, О.В. САМОЛИНА, А.Н. ЧЕРНЕНКО
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Учебное пособие
для студентов всех форм обучения специальностей
140211 «Электроснабжение» и
140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий,
организаций и учреждений»
Тольятти 2007
УДК 628.9:621.32
Рецензент:
кандидат технических наук, доцент
Тольяттинского государственного университета, В.А. Шаповалов
В.В.Вахнина, О.В.Самолина, А.Н.Черненко. Проектирование осветительных установок: Учебное пособие – Тольятти: ТГУ, 2007. - С 90.
В учебном пособии изложены физические основы работы светотехнических изделий, содержатся сведения о принципах нормирования расчета, проектирования светотехнических установок. В пособии приведены рекомендации по освещению промышленных предприятий, содержится справочный материал, необходимый для расчетов.
Предназначено для студентов специальности 140211 «Электроснабжение», изучающих курсы «Электроснабжение», «Проектирование и оптимизация систем электроснабжения промышленных предприятий», «Системы электроснабжения», «Установки внутреннего и наружного освещения», а также для студентов специальности 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений», изучающих курсы «Потребители электрической энергии», «Внутризаводское электроснабжение и режимы».
Утверждено научно-методическим советом университета
ã Тольяттинский государственный университет, 2007
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время отмечаются значительные достижения в области светотехники.
Во-первых, появились новые источники света, которые существенно повысили энергосбережение и снизили материалоемкость осветительных приборов. Миниатюризация разрядных ламп путем создания компактных люминесцентных ламп с электронным пускорегулирующим устройством привела к сокращению размеров осветительных приборов и сокращению расхода материалов. Потребление электроэнергии таких ламп в 3 - 4 раза ниже, чем у ламп накаливания той же мощности. Световая отдача таких ламп в пределе достигает 130 лм/Вт, срок службы – до 60 тыс.ч.
|
|
|
Во-вторых, компьютеризация в области светотехники приобрела большой размах. Применение ЭВМ для вероятностного проектирования осветительных установок, моделирования осветительных приборов и управления работой светильников. Применение компьютерной графики позволило визуализировать расчеты световых полей освещаемых помещений.
О масштабах современной светотехники можно судить по следующему: на освещение ежегодно расходуется примерно 13 % вырабатываемой электроэнергии, примерно 220 млрд.кВт∙ч.
Без искусственного освещения не может обойтись современный город, невозможна работа шахт и рудников, предприятий в безоконных зданиях, метрополитена, многих взрыво- и пожароопасных производств.
Главной задачей светотехники является создание комфортной световой среды для труда и отдыха человека, а также эффективное применение оптического излучения в технологических процессах при рациональном использовании электрической энергии.
ОСНОВНЫЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ВЕЛИЧИНЫ
Для гигиенической оценки условий труда используются светотехнические единицы, принятые в физике [1].
Световой поток F - мощность световой энергии, эффективная величина, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. Единица светового потока - люмен (лм); 1 лм соответствует световому потоку, излучаемому в единичном телесном угле точечным изотропным источником с силой света 1 кандела.
|
|
|
Сила света I - пространственная плотность светового потока: отношение светового потока к телесному углу, в котором он излучается:
. (1.1)
Единица силы света - кандела (кд) - одна из основных единиц системы СИ.
Кандела равна силе света, испускаемого в перпендикулярном направлении с площади в 1/600000 м2 черного тела при температуре затвердевания платины Т = 2045 К и давлении 101 325 Па.
Телесный угол - часть пространcтва, ограниченная незамкнутой поверхностью. Мерой телесного угла с вершиной в центре сферы является отношение площади сферической поверхности dS,на которую он опирается, к квадрату радиуса сферы r. За единицу телесного угла - стерадиан (ср) - принят центральный телесный угол, вырезающий участок сферы, площадь которого равна квадрату ее радиуса.
Распределение в пространстве потока излучения точечного источника однозначно определяется его фотометрическим телом - частью пространства, ограниченного поверхностью, проведенной через концы радиусов - векторов силы излучения. Сечение фотометрического тела плоскостью, проходящей через начало координат и точечный источник, определяет кривую силы света источника для данной плоскости сечения. Если фотометрическое тело имеет ось симметрии, источник излучения характеризуют КСС в продольной плоскости (рис. 1.1).
Освещенность Е - плотность светового потока по освещаемой поверхности:
dE = d F /dS; Е ср = Ф /S, (1.2)
где dE и Е ср - освещенность участка поверхности dS и средняя освещенность поверхности S.
За единицу освещенности принят люкс (лк). Освещенность в 1 лк имеет поверхность, на 1 м2 которой падает и равномерно по ней распределяется световой поток в 1 лм.
Рис. 1.1 Кривая силы света в продольной плоскости
Яркость в направлении a тела или участка его поверхности равна отношению силы света в направлении a к проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению:
L a = dI / (dS cos a),(1.3)
где L a - яркость участка поверхности dS в направлении a, проекция которого на плоскость, перпендикулярную этому направлению, равна
(dS cosa); I a - сила света, испускаемая поверхностью dS в направлении a.
За единицу измерения яркости (кд/м2) принята яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света в 1 кд с площади в 1 м2.
|
|
|
ИСТОЧНИКИ СВЕТА
Для искусственного освещения промышленных предприятий в настоящее время в основном применяются лампы накаливания (ЛН) и газоразрядные [2,3].
Лампы всех групп и типов должны удовлетворять требованиям ГОСТ.
Экономичность источника света характеризуется световой отдачей 
, т. е. отношением светового потока, излучаемого лампой, к ее электрической мощности:
= Ф / Р. (2.1)
Относительно невысокая световая отдача ЛН (8 - 20 лм/Вт для ламп общего назначения) объясняется их физической природой. Световой КПД вакуумных ламп равен 1,5, а газополных 2 - 4 %.
Основные достоинства ламп накаливания:
- изготовление в широком сортаменте, на самые разные мощности и напряжения;
- разнообразие конструкций, приспособление к определенным условиям применения;
- непосредственное включение в сеть без дополнительных аппаратов;
- работоспособность (хотя и с резко изменяющимися характеристиками) даже при значительных отклонениях напряжения сети от номинального;
- почти полная независимость от условий окружающей среды, в том числе от температуры.
Недостатками ЛН являются их низкая световая отдача, преобладание в спектре излучений желто-красной части, ограниченный срок службы (не более 2000 ч).
Основными характеристиками ламп накаливания являются номинальные значения напряжения, мощности, светового потока, срок службы, а также габаритные размеры.
Лампы общего назначения - вакуумные (В), биспиральные аргоновые (Б), биспиральные криптоновые (БК), газополные моноспиральные (Г) (ГОСТ 2239-79) - предназначены для освещения помещений и открытых пространств, рассчитаны на напряжения 127 и 220 В. Срок службы ламп 1000 ч. Учитывая нестабильность напряжения в сетях, ГОСТ 2239-79 предусматривает выпуск ЛН на расчетные напряжения 130, 220, 225, 235 и 240 В (на лампе указывают диапазон напряжений: 125 - 135, 215 - 225, 220 - 230, 230 - 240 и 235 - 245 В).
На рис. 2.1 показан внешний вид наиболее распространенных ЛН.
|
|
|
Сортамент и основные характеристики наиболее распространенных типов ламп накаливания приведены в табл. 2.1.
При эксплуатации ЛН должно соблюдаться следующее:
- использование ламп в соответствии с назначением, т. е. в тех светильниках, для которых они предназначены, поэтому на каждом светильнике или в паспорте на него указываются максимально допустимая мощность лампы, ее тип и другие данные;
- обеспечение соответствия напряжения, указанного на лампе, напряжению сети;
- соответствие климатических факторов предусмотренным техническими условиями на лампы, например ЛН нормального исполнения рассчитаны для работы при относительной влажности не более 98 % в интервале от - 60 до +50 °С и при внешнем давлении 80 - 1010 гПа (550 - 760 мм рт. ст.).
Рис. 2.1 Лампы накаливания общего назначения:
а - моноспиральная с аргоновым наполнением; б - вакуумная или биспиральная с аргоновым наполнением, в - биспиральная с криптоновым наполнением
Газоразрядные лампы - лампы, в которых свет возникает в результате электрического разряда в газе, парах металлов или в смеси газа с парами. К ним относятся лампы люминесцентные, дуговые ртутные (ДРЛ), дуговые ртутные с йодидами металлов (ДРИ), ксеноновые и др.
Люминесцентные лампы (ЛЛ) представляют собой разрядные источники света низкого давления, в которых УФ излучение ртутного разряда преобразуется люминофором в более длинноволновое излучение. Основные характеристики стандартных люминесцентных ламп приведены в табл. 2.2.
Параметры ЛН общего назначения с расчетными напряжениями 130 и 220 В
Таблица 2.1
| Тип лампы | Номинальное значение | Тип цоколя по ГОСТ 17100-79* | ||||
| Ф, лм | h v, лм/Вт | d к., мм | l, мм | h, мм | ||
| B125-135-I5 | 9,0 | |||||
| В125-135-25 | 10,4 | |||||
| Б125-135-40 | 12,2 | |||||
| БК125-135-40 | 13,0 | |||||
| Б125-135-60 | 13,5 | |||||
| БК125-135-60 | 14.8 | |||||
| Б125-135-100 | 15.4 | Е27/27 | ||||
| БKI25-135-100 | 16,8 | |||||
| Г125-135-150 | 16,1 | 166,5 | ||||
| Г125-135-150-1 | 16,1 | |||||
| Г125-135-200 | 16,7 | 166,5 | ||||
| Г125-135-300-1 | 16,8 | Е27/30 | ||||
| Г125-135-300 | 16,8 | |||||
| Г125-135-500 | 18,4 | Е40/45 | ||||
| Г125-135-1000 | 20,0 | |||||
| Г125-1 35-1000-1 | 20,0 | |||||
| В215-225-15 | 8,0 | |||||
| В215-225-25 | 8,8 | |||||
| Б215-225-40 | 10,8 | |||||
| БК215-225-40 | 11,9 | |||||
| Б215-225-60 | 12,2 | |||||
| БК215-225-60 | 13,3 | |||||
| Б215-225-75 | 12,8 | |||||
| БК215-225-75 | 13,7 | |||||
| Б215-225-100 | 13,8 | Е27/27 | ||||
| БК215-225-100 | 15,0 | |||||
| Б215-225-150 | 14,8 | 166,5 | ||||
| Б215-225-150-1 | 14,8 |
|
|
|
Продолжение табл. 2.1
| Г215-225-150 | 13,9 | 166,5 | ||||
| Г215-225-150-1 | 13,9 | |||||
| Б215-225-200 | 15,7 | 166,5 | ||||
| Г215-225-200 | 14,7 | 166,5 | Е27/30 | |||
| Г215-225-300-1 | 16,1 | |||||
| Г215-225-300 | 16,1 | |||||
| Г215-225-500 | 16,1 | |||||
| Г215-225-750 | 17,5 | |||||
| Г215-225-1000 | 18,8 | Е40/45 | ||||
| Г215-225-1000-1 | 18,8 |
* С цоколем В22 по ГОСТ 17100-79, допускаемым для ламп мощностью до 150 Вт включительно, длина лампы l уменьшается на 1,5 мм, а высота светового центра h - на 8 мм.
Примечание. Расчетное напряжение лампы равно среднему из первых двух чисел обозначения типа, мощность - третьему числу.
Производство и применение ЛЛ объясняется, во-первых, рядом их достоинств:
1) высокой световой отдачей и большим сроком службы;
2) малой себестоимостью изготовления в связи с высокой степенью механизации, простотой конструкции и доступностью сырья и материалов;
3) благоприятным спектром излучения, обеспечивающим высокое качество цветопередачи;
4) низкими яркостью и температурой поверхности лампы.
Во-вторых, за характеристики ламп непрерывно улучшались: продолжительность горения увеличилась до 15 - 18 тыс. ч, световая отдача возросла с 50 до 85 лм/Вт, а спад световой отдачи к концу средней продолжительности горения при этом уменьшился с 40 до 20 %.
|
|
|
