Кафедра информационных и электротехнических систем и технологий

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Российский государственный аграрный заочный университет

Инженерный факультет

Кафедра информационных и электротехнических систем и технологий

Кандидат технических наук, профессор

МОХОВА ОЛЬГА ПАВЛОВНА

СВЕТОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ

КУРС ЛЕКЦИЙ

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Основные положения

1.1. Общая характеристика оптического излучения.

1.2. Взаимодействие оптического излучения с телом.

1.3. Световые величины и их единицы измерений.

2. Источники света, светильники и их характеристики

2.1. Тепловые источники света.

2.2. Разрядные источники света.

2.3. Светильники

3. Осветительные установки

3.1. Нормирование, виды и системы освещения

3.2. Выбор типа светильников и их размещение

3.3. Методы расчёта освещения

4. Проектирование и расчёт электрических сетей

4.1 Выполнение электрических осветительных сетей.

4.2. Расчёт осветительной сети.

4.3. Защита осветительных электросетей.

ЛИТЕРАТУРА

Москва 2006 г

ВВЕДЕНИЕ

Преобразование электрической энергии в лучистую энергию оптического диапазона осуществляется технологическими электроустановками освещения и облучения.

Наиболее широко используются установки электроосвещения, которые стали неотъемлемой электротехнической частью на любом производстве и в быту и обеспечивают возможность нормальной деятельности людей при отсутствии или недостаточности естественного освещения.

Электроустановки облучения отличаются от электроустановок освещения только тем, что в своём составе вместо источников света имеют источники ультрафиолетового или (и) инфракрасного спектра оптического излучения и применяются в специальных технологических целях.

Использование оптического излучения - важнейший фактор дополнительного совершенствования и повышения эффективности производства и улучшения быта.

В настоящее время большое внимание уделяется энергетической и экономической эффективности осветительных электроустановок, на нужды которых в нашей стране затрачивается свыше 13% вырабатываемой электроэнергии.

Основными путями повышения эффективности осветительных электроустановок являются:

· увеличение экономичности и срока службы источников света и светильников;

· применение автоматических устройств для регулирования искусственной освещённости в зависимости от значения естественной;

· рациональное проектирование и эксплуатация осветительных сетей и осветительных установок.

___________________

Основные положения

Источники света, светильники и их характеристики

Тепловые источники света.

Электрическим источником оптического излучения, и в частности источником света, называют устройство для преобразования электрической энергии в лучистую энергию оптического спектра.

В применяемых электрических источниках оптического излучения электрическая энергия преобразуется в лучистую двумя основными способами: нагревом тела электрическим током и электрическим разрядом в газах и парах металлов. В соответствии с этим электрические источники оптического излучения (лампы) подразделяют на тепловые и разрядные. Возможна и комбинация указанных способов в одном источнике. Различные лампы отличаются между собой электроэнергетическими, светотехническими и эксплуатационными параметрами и характеристиками.

Тепловые источники света выполняют в виде различных ламп накаливания. Несмотря на многообразие ламп накаливания, все они работают по единому физическому принципу преобразования электрической энергии в оптическое излучение путем нагрева электрическим током вольфрамовой нити до температуры 2200...2800 °С, а также имеют сходные основные конструктивные элементы.

Для защиты от окисления тело накала лампы, выполненное в виде вольфрамовой нити, помещают в стеклянную колбу, из которой удаляют воздух и которую для газонаполненных ламп заполняют инертным газом (аргоном, криптоном, азотом или их смесью). Для включения лампы в электрическую цепь её снабжают цоколем, который для различных условий эксплуатации может быть резьбовым, штифтовым, цилиндрическим фиксирующимся и т. д. Наряду с прозрачными стеклянными колбами для снижения яркости лампы применяют матированные, опаловые или " молочные" колбы. Однако в таких колбах теряется до 20% светового потока лампы. В отдельных случаях цокольная часть внутренней поверхности колбы имеет отражатель, выполненный в виде зеркального напыления.

Излучательная способность тела нагрева согласно закону Стефана—Больцмана зависит от температуры его нагрева в четвертой степени. С другой стороны, закон смещения Вина устанавливает связь положения максимума в спектре излучения черного тела с температурой его нагрева

l_max = С /Т, (2.1)

l_max - длина волны, соответствующая максимуму в спектре излучения черного тела, нм;

С = 2898× 10³ нм× К - постоянная Вина; Т — абсолютная температура тела, К.

Из анализа формулы (2.1) следует, что с увеличением температуры нагрева максимум излучения черного тела смещается в более коротковолновую часть спектра. Установлено, что при максимуме излучения в видимой части спектра световой КПД потока излучения, выражаемый как отношение светового потока Фс к полному лучистому Фл, достигает максимума 14, 5% при температуре около 6500 К. Реальные тела, используемые в качестве тепловых излучателей, не могут быть нагреты до такой температуры из-за нарушения их механической прочности (температура плавления вольфрама 3665 К). Поэтому реальный световой КПД ламп накаливания Фс /Фл с вольфрамовой нитью не превышает 4%. При этом в видимой части спектра ламп накаливания преобладают оранжево-красные излучения с длинами волн 600...760 нм. Сине-фиолетовых излучений с длинами волн 380...480 нм примерно в 10 раз меньше (рис.2.1).

Рис. 2.1. Спектральные характеристики типовых видов электрических источников излучения: 1 – разрядного (в ксеноне); 2 – теплового.

Так как максимум излучения ламп накаливания расположен в инфракрасной части спектра излучения и в целом у них высокое значение энергетического КПД Фл /Рл ⁼ 0, 7...0, 9, то они также находят широкое применение для различных целей инфракрасного нагрева. У специальных инфракрасных ламп температура тела накала меньше, чем у обычных осветительных. Поэтому их срок службы в б... 10 раз больше, чем у осветительных, для которых номинальный срок службы (средняя продолжительность горения) составляет 1000 ч.

Для уменьшения отрицательного влияния распыления вольфрамовой нити накала на показатели лампы накаливания внутрь стеклянной колбы вводят в ряде случаев небольшое количество йода или брома. Такие лампы называют галогенными.

Внешнее отличие галогенных осветительных ламп накаливания состоит в том, что их колба выполнена из кварцевого стекла в виде цилиндрической трубки малого объема, у которой на концах имеются выводы для подключения. Вольфрамовая спираль на поддержках вытянута по оси трубки. Поэтому для нормальной работы галогенные лампы устанавливают только в горизонтальном положении.

Галогенные лампы накаливания по сравнению с лампами накаливания общего назначения имеют большую световую отдачу: 20... 35 лм/Вт против 8...20 лм/Вт. Их номинальный срок службы в 2 раза больше. Световой поток к концу срока службы у галогенных ламп снижается всего на 2% вместо 20% у ламп накаливания общего назначения.

Существенные преимущества ламп накаливания — простота устройства, удобство в эксплуатации и относительно малая стоимость.

Отклонения питающего напряжения от номинального значения существенно влияют на характеристики ламп накаливания и, прежде всего, на их срок службы. Например, повышение температуры нити накала всего на 1 % увеличивает распыление вольфрама почти в 2 раза. Учитывая это обстоятельство, лампы накаливания выпускают на определенные диапазоны питающего напряжения: 125...135, 215...225, 220...230 В и т. д.

Мощность ламп накаливания общего назначения от долей ватта до 1000 Вт, галогенных — до 20 кВт.

Обозначение ламп накаливания общего назначения состоит из одной или нескольких букв: В — вакуумная, Г — газонаполненная (86% аргон, 14% азот); БК — биспиральная криптоновая (86% криптон, 14% азот) и т. д. Цифры после буквенного обозначения показывают диапазон уровней питающего напряжения в вольтах, далее номинальную мощность лампы в ваттах и затем порядковый номер разработки. Например, Г-215-225-200 — лампа накаливания газонаполненная моноспиралная на диапазон напряжений 215...225 В номинальной мощностью 200 Вт при среднем расчетном напряжении питания 220 В.

Линейные галогенные лампы накаливания осветительные обозначают буквами КГ (кварцевая галогенная), инфракрасные — КГТ (кварцевая галогенная теплоизлучающая).

Лампы накаливания инфракрасные негалогенные обозначают буквами ИК, лампы с зеркальным отражателем дополнительно имеют букву 3, и, если колба цветная, далее следует буква цвета колбы: К — красная, С — синяя. Например, ИКЗК-215-225-250-1 — лампа накаливания инфракрасная (ИК), с зеркальным отражателем (3), колба красная (К), диапазон напряжений питания 215...225 В, мощностью 250 Вт, номер разработки 1.

Разрядные источники света.

Разрядные источники оптического излучения, в том числе светового, работают по принципу преобразования в оптическое излучение энергии дугового электрического разряда.

Тихий и тлеющий электрические разряды из-за крайне малого КПД излучения для целей освещения и облучения не используют.

В зависимости от давления внутри разрядной колбы различают лампы: низкого (0, 1...10⁴ Па), высокого (3× 10⁴…10⁶ Па) и сверхвысокого (более 10⁶ Па) давления. От значения рабочего давления в колбе зависят КПД и спектр излучения разрядной лампы.

У разрядных ламп низкого давления энергетический КПД (Фл/Рл) высокий, а световой КПД потока излучения (Фс/Фл) мал, так как значительная часть их излучения сосредоточена в невидимой УФ-зоне спектра. Для разрядных ламп высокого давления наоборот: энергетический КПД меньше, а световой КПД больше.

Так как эффективный световой КПД лампы (Фс/Рл) равен произведению КПД энергетического (Фл/Рл) и светового (Фс/Фл), то это обусловило равноценную применимость обоих типов ламп.

В отличие от ламп накаливания, имеющих сплошной спектр излучения, разрядные лампы обладают ступенчатым или полосовым спектром, состав излучения которого зависит от состава газа и паров металла, наполняющих разрядную колбу (рис.2.1).

Рис.2.2. Устройство (а) и типовая стартерная схема включения (б) трубчатой разрядной лампы низкого давления:
1 – колба; 2 – стеклянная ножка; 3 – спиральный электрод; 4 – цоколь; 5 – штыревые токоподводы.

Разрядные лампы низкого давления имеют разрядную колбу 1 в виде стеклянной трубки, на концах которой в цоколь 4 вмонтированы штыревые токоподводы 5 (рис.2.2 а ). В оба цоколя 4 лампы через стеклянные ножки 2 впаяны оксидированные электроды 3, выполненные в виде моноспирали из вольфрама. У осветительных ламп внутренняя часть колбы из обычного стекла, которое не пропускает УФ-излучение, покрыта слоем люминофора. У ламп для УФ-облучения колбы выполняют из специального кварцевого или увиолевого стекла, которое имеет высокий коэффициент пропускания УФ-излучения соответствующей зоны УФ-спектра. Внутренний объем колбы заполняют аргоном и вводят небольшое количество ртути. Электрический разряд в лампе начинается в атмосфере инертного газа аргона, а затем по мере испарения ртути продолжается в её парах.

В люминесцентных разрядных лампах преобразование электрической энергии в видимое излучение происходит в два этапа.

На первом этапе электрический разряд в парах ртути сопровождается УФ-излучением в виде двух монохроматических потоков с длинами волн 253, 7 и 184, 9 нм, которые сами по себе являются мощными источниками бактерицидного излучения.

На втором этапе возникающее коротковолновое УФ-излучение преобразуется в слое люминофора колбы в видимое. То есть, в излучение с большей длиной волны и, соответственно, согласно (1.1) и (1.2) с меньшей энергией фотонов, так как что часть энергии фотонов теряется в слое люминофора на втором этапе преобразования. Изменяя состав люминофора, изменяют спектральный состав видимого излучения лампы.

Маркировка люминесцентных ламп низкого давления содержит буквенное обозначение, начинающееся с буквы Л (люминесцентная) и второй буквы, раскрывающей особенности ее спектра излучения: Б — белая, ТБ — тепло-белая, ХБ — холодно-белая, Д — дневная, Е — естественная, БЕ — белая естественная, ХЕ — холодная естественная. Ц — с повышенной цветопередачей, УФ — ультрафиолетовая, Ф — фотосинтезная, Р — рефлекторная, У — U – образная, К – кольцевая. После буквенного обозначения следуют цифры, указывающие мощность лампы в ваттах, и через дефис — номер разработки. Например, ЛБР-80 — лампа люминесцентная белая рефлекторная мощностью 80 Вт.

Средняя продолжительность горения осветительных люминесцентных ламп низкого давления составляет 12...15 тыс.ч, светоотдача — 40...80 лм/Вт, мощность — от 3 до 200 Вт (наиболее массовые мощностью 15...80 Вт).

Из-за падающей волътамперной характеристики электрического разряда для стабилизации режима в цепь разрядной лампы необходимо включать токоограничивающее балластное сопротивление, которое может быть активным (например лампы типа ДРВЛ), индуктивным (большинство ламп), емкостным или их комбинацией. Поэтому в сеть разрядные лампы включают через специальный пускорегулирующий аппарат (ПРА), который обеспечивает зажигание лампы и стабилизацию её дугового разряда в рабочем режиме.

На схеме, показанной на рисунке 2.2 б, представлен типовой вариант включения люминесцентной лампы низкого давления с использованием дроссельного ПРА и лампового стартера тлеющего разряда. Схема содержит осветительную люминесцентную лампу низкого давления EL, индуктивное балластное сопротивление в виде дросселя LL, ламповый стартер VL, помехоподавляюший конденсатор С2 и компенсирующий конденсатор С1, повышающий коэффициент мощности установки с 0, 4...0, 6 до 0, 92...0, 95. Сопротивление R предназначено для разряда конденсаторов С1 и С2 после отключения лампы от сети.

При включении схемы и незагоревшейся лампе EL сетевое напряжение практически полностью оказывается приложенным к стартеру, выполненному в виде лампы тлеющего разряда VL. Под действием высокого напряжения в стартере VL возникает тлеющий электрический разряд. Под действием выделяющегося в результате разряда тепла биметаллические электроды стартера VL изгибаются и в конечном итоге замыкаются. Разряд прекращается, и спиральные электроды лампы EL за счет замыкания контактов стартера VL разогреваются током, примерно в 1, 5 раза превышающим номинальный ток лампы. Процесс разогрева длится 0, 5...3 с, пока биметаллические электроды стартера не остынут и не разомкнут цепь разогрева. В результате размыкания цепи разогрева со стороны дросселя LL возникает ЭДС самоиндукции, которая, накладываясь на напряжение сети, вызывает электрический разряд и загорание предварительно разогретой лампы EL, обладающей к этому моменту повышенной электронной эмиссией нагретых электродов. За счет протекания тока загоревшейся лампы EL на дросселе LL возникает дополнительное падение напряжения, которое уменьшает напряжение на электродах стартера VL ниже значения его зажигания, и работа стартера VL при зажженной лампе EL прекращается.

В настоящее время выпускаются энергоэконмичные люминесцентные лампы низкого давления пониженной мощности: 18 Вт вместо 20 Вт, 36 Вт вместо 40 Вт и 58 Вт вместо 65 Вт. Они имеют уменьшенный диаметр трубчатой колбы (25 мм вместо 40 мм) и повышенную световую отдачу.

Наряду с трубчатыми люминесцентными лампами низкого давления для целей электроосвещения широкое применение нашли дуговые ртутные люминесцентные лампы высокого давления типа ДРЛ.

На рисунке 2.3 а показано устройство четырехэлектродной люминесцентной лампы высокого давления типаДРЛ, а на рисунке, б — типовая схема её включения в сеть.

Зажиганию четырехэлектродной разрядной лампы типа ДРЛ способствует предварительный тлеющий разряд между основным 11 и поджигающим б электродами (рис. 2.3 а). Период разгорания лампы типа ДРЛ длится около 5 мин. За это время происходит разогрев внутренней колбы 8 и испарение находящейся в ней ртути с одновременным повышением давления внутри колбы 8. При этом электрический разряд распространяется на основные электроды. Лампа выходит на нормальный режим со стабилизацией всех её параметров.

После отключения разрядной лампы высокого давления её повторное зажигание возможно только после остывания лампы и соответствующего снижения давления во внутренней разрядной колбе до значения, при котором возможен повторный процесс зажигания.

Рис. 2.3. Четырёхэлектродная разрядная лампа высокого давления типа ДРЛ: а — устройство: 7 - центральный токоподвод; 2 - композиционный изолятор; 3 - резьбовой токоподвод; 4 - стеклянная ножка; 5 и 12 - встроенные токопроводы; 6 - поджигающий электрод; 7— встроенный токоограничивающий резистор поджигающего электрода; 8 - внутренняя кварцевая колба; 9 - внешняя колба; 10 - люминофор; 11 - основной электрод; б — типовая схема включения.

Срок службы ламп ДРЛ от 6 до 12 тысяч часов в зависимости от мощности, которая может быть от 80 Вт до 1000 Вт, а светоотдача составляет 40…60 лм/Вт.

Для зажигания двухэлектродных разрядных лампы высокого давления типа ДРЛ, металлогалогенных типа ДРИ и натриевых типа ДНаТ применяют специальные ПРА, генерирующие дополнительно на начальном этапе зажигания высоковольтные импульсы, обеспечивающие возникновение в лампе дугового разряда и её последующее зажигание.

В колбу металлогалогенных ламп тип ДРИ вводятся добавки в виде галогенидов разных металлов. Это позволяет широко варьировать спектральное излучение этих ламп и вследствие этого увеличить их световую отдачу по сравнению с лампами ДРЛ до 100 лм/Вт при улучшенной цветопередаче и большем сроке службы.

Наиболее экономичными источниками света из газоразрядных ламп высокого давления являются натриевые типа ДНаТ, единичная мощность которых может составлять от 0, 25 кВт до 50 кВт. В них используется резонансное излучение с длинами волн 589 и 589, 6 нм. Этим обеспечивается их высокая световая отдача достигающая 130 лм/Вт. Однако, эти лампы несколько неудовлетворительны по цветопередаче, так как их жёлтое излучение почти монохраматично.

Для освещения больших закрытых площадей и открытых территорий наряду с лампами ДРЛ, ДРИ и ДНаТ нашли применение мощные ксеноновые трубчатые лампы типа ДКсТ, которые не нуждаются в токоограничивающем балластном сопротивлении из-за их возрастающей вольтамперной характеристики. Их спектр излучения является сплошным и близким к солнечному, что обеспечивает правильную цветопередачу. Однако, для зажигания ламп ДКсТ требуется сложное пусковое устройство (ПУ), генерирующее высоковольтные импульсы напряжением до 30 кВ. Поэтому лампы ДКсТ, как правило, выпускаются на единичные мощности 6, 10, 20 и более кВт. Их светоотдача составляет 30…35 лм/Вт при нормированном сроке службы 1000 часов.

Люминесцентные лампы как низкого, так и высокого давления, лампы типов ДРИ, ДНаТ и ДКсТ значительно экономичнее ламп накаливания из-за более высокой световой отдачи и большего срока службы. Поэтому, несмотря на большую первоначальную стоимость светотехнических установок с этими лампами, они являются перспективными, рекомендуются к применению и широко применяются как для внутреннего, так и наружного освещения.

Таблица 2.1.

Основные характеристики электроосветительных ламп накаливания (ЛН), галогенные лампы накаливания (ГЛН),
разрядных люминесцентных низкого давления (РЛНД) и разрядных высокого давления ДРЛ, ДРИ, ДНаТ и ДКсТ.

Тип лампы. Показатели.	ЛН	ГЛН	РЛНД	ДРЛ	ДРИ	ДНаТ	ДКсТ
Единичная мощность, Вт.	1-	6-	3-	80-	250-	250-	2000-
Преобладающий цвет свечения.	светло- жёлт.	светло- жёлт.	светл. коррект.	сине- зелёный	светл. коррект.	желто- оранжевый	естествен-ный
Средний срок горения, тыс. ч.
Световая отдача, лм/Вт.	8-	20-	40-	40-	80-100	100-	30-
Наличие ПРА и ПУ.	нет	нет	ПРА	ПРА	ПРА+ ПУ	ПРА+ ПУ	ПУ

Основными достоинствами светотехнических установок с лампами накаливания: являются: низкая стоимость, простота монтажа и эксплуатации, способность сохранять работоспособность в тяжёлых условиях окружающей среды. Поэтому они применяются, когда по условиям окружающей среды или по экономическим соображениям (малое число часов использования, недостаточная квалификация обслуживающего персонала и др.) применение других светотехнических установок нецелесообразно.

Основные характеристики осветительных электроламп приведены в таблице 2.1.

К новым типам осветительных ламп относятся спиральные компактные люминесцентные (СКЛ) лампы энергосберегающие (ЭН) с резьбовым цоколем типа Е27 на напряжения постоянного тока 12 В и переменного тока 127 и 220 В, которые экономически выгодно использовать для замены ламп накаливания. Их технические данные производства АО «Московский электроламповый завод» приведены в табл.2.2. Аналогичные лампы выпускают и другие страны (Польша, Китай и др.).

Таблица 2.2

Светильники

Электрические источники оптического излучения, и в частности света, используют в комплекте с устройствами, которые предназначены для установки и подключения к электропитанию самих источников излучения, для перераспределения их потока излучения и для защиты источников от механических повреждений и неблагоприятных воздействий окружающей среды. Такие устройства, перераспределяющие свет в больших телесных углах до 4p стерадиан называют светильниками, а внутри малых углов – прожекторами. В общем случае эти устройства принято называть - световые приборы.

Основные признаки, по которым классифицируют световые приборы, – это назначение, характер светораспределения и эксплуатационные условия.

По назначению световые приборы подразделяют на производственные, бытовые, транспортные, для общественных помещений, для наружного освещения и др.

Рис.2.4. Конструкция светильника типа ППД для общего освещения производственных помещений: 1 – лампа; 2 - отражатель; 3 – светопропускающий элемент; 4 – защитная сетка; g - защитный угол светильника.

Основная светотехническая функция светильников и прожекторов - перераспределять световой поток источников, так как они излучают свет практически во всех направлениях пространства. Исключение составляют лишь лампы с зеркальным напылением на внутренней поверхности колбы. Поэтому для изменения направления светового потока в нужном направлении, что является экономически целесообразным, в прожектор или светильник устанавливают отражатель. Лампу, а иногда и отражатель, как правило, защищают от внешних воздействий светопропускающим элементом, который в ряде случаев дополнительно защищают от возможных механических повреждений – защитной сеткой, рис.2.4.

Поверхность светопропускающего элемента светильника при необходимости выполняют рифлёной или матированной, что снижает яркость свечения источника света и, соответственно слепящее воздействие от него. Кроме того, он может быть выполнен в виде цветного светофильтра для коррекции спектра излучения источника и снижения от него слепящего действия.

Защитный угол g светильника (рис.2.4 и рис. обложки) как и его светопропускающий элемент также имеет важное значение для ограничения слепящего действия от источника света. Круглосимметричные светильники характеризуются одним значением угла g. Светильники с трубчатыми люминесцентными светильниками характеризуются двумя значениями защитного угла g: в поперечной и продольной плоскостях. Для обеспечения равенства указанных защитных углов в таких светильниках устанавливаются затеняющие продольные и поперечные планки, образующие затеняющую решётку.

Ограничение ослеплённости, создаваемой светильниками, достигается соответствующей высотой их подвеса, наименьшее значение которой, регламентируется «Строительными нормами и правилами» (СниП), согласно которых эта высота подвеса зависит от типа светильника, значения его защитного угла g и мощности применяемой лампы.

Если в светильнике применяется лампа накаливания с колбой из матированного стекла, то регламентируемая наименьшая высота подвеса светильника может быть снижена на 0, 5 м. Если светильник с лампой накаливания имеет защитный угол g £ 10⁰, то такие светильники без светопропускающего элемента в виде рассеивателя не применяются. Светильники с лампами накаливания мощностью до 60 Вт, у которых колба лампы из матированного стекла или матированный светопропускающий элемент, не имеют ограничений по высоте подвеса.

Высота подвеса светильников с лампами типа ДРЛ должна быть не менее 6 м при мощности лампы 400 Вт и более и не менее 4 м при мощности лампы менее 400 Вт.

Источник света, отражатель и светопропускающий элемент составляют оптическую систему светового прибора.

В зависимости от конструкции оптической системы световой поток светильника может иметь различное распределение в пространстве. По преобладающему направлению светового потока в нижнюю полусферу Фп в долях от полного потока Фо приняты следующие пять классов светильников:

Обозначение класса	Наименование класса светильника	Соотношение световых потоков Фп /Фо, %
П	Прямого света	> 80
Н	Преимущественно прямого света	60-80
Р	Рассеянного света	40-60
В	Преимущественно отражённого света	20-40
О	Отражённого света	< 20

По форме кривых силы света (КСС) светильники подразделяются на семь типов:

Тип КСС	Наименование КСС	Зоны направления максимальной силы света, градусы	Зона, в которой Фп> 0, 9Фо
Вниз	Вверх
К	Концентрированная	0-15	-	0-30
Г	Глубокая	0-30	180-150	0-50
Д	Косинусная	0-35	180-145	0-85
Л	Полуширокая	35-55	145-125	15-85
Ш	Широкая	55-85	125-95	25-85
М	Равномерная	0-90	180-90	0-180
С	Синусная	70-90	110-90	15-165

Графические изображения указанных типов КСС представлены на рис.2.5.

Рис.2.5. Типы стандартизованных КСС: К – концентрированная; Г – глубокая; Д – косинусная; Л – полуширокая; Ш – широкая; М – равномерная; С – синусная.

Для удалённого (дистанционного) освещения поверхностей или объектов предназначены специальные световые приборы, которые называют прожекторами.

Прожекторы перераспределяют свет источника внутри малых телесных углов. Типы прожекторов означают следующее: ПЗС — прожектор заливающего света со стеклянным отражателем; ПСМ — прожектор среднего светораспределения с металлическим отражателем; ПФС — прожектор со специальной прожекторной лампой типа ПЖ, позволяющей с помощью специального патрона 1Ф-С51 фокусировать поток лампы; ПЗР—прожекторы с лампами ДРЛ; ПКН — прожекторы с галогенными лампами накаливания. Цифры после букв обозначают диаметр выходного отверстия в см. Основная светотехническая характеристика прожектора — график относительных изолюкс для плоскости, отстоящей от прожектора на расстоянии 1 м, перпендикулярной оптической оси прожектора. Поскольку такая освещенность будет численно равна силе света, то эти графики иногда называют «кривые изокандел».

По степени защиты и безопасности световые приборы подразделяются:: а – незащищённые, б – частично защищённые, бп – повышенной защищённости, в – полностью защищённые, г – абсолютно защищённые (герметичные).

Условное обозначение степени защиты от попадания внутрь светового прибора твёрдых частиц и влаги имеет символьное обозначение IP ( International protection – международные правила ) с последующими двумя цифрами: первая цифра от 0 до 6 указывает степень защиты от попадания твёрдых частиц, вторая цифра от 0 до 8 – от попадания воды.

Чем больше значение указанных цифр, тем выше степень защиты светового прибора или аппарата от воздействия окружающей среды. Например, IP50 – пылезащищённое устройство с отсутствием защиты от попадания воды.

По ГОСТу каждому виду светильников присваивается свой шифр, который состоит из трех букв и трех групп цифр:

\a\b\с\1\2\-\3\х\4\,

где а—тип используемого источника света (Н – лампы накаливания, Р – ртутные лампы типа ДРЛ, Л –прямые трубчатые люминесцентные лампы, И – кварцевые галогенные лампы накаливания). Г – ртутные лампы типа ДРИ, Ж – натриевые пампы, К – ксеноновые трубчатые лампы и т.д.); b—способ установки светильника (С – подвесные, П – потолочные, Б – настенные, В – встраиваемые и т.д.); с—назначение светильника (П – для промышленных предприятий, О – для общественных зданий, У – для наружного освещения, Б – для бытовых помещений, Р – для рудников и шахт); 1, 2—номер серии светильников; 3 — число ламп в светильнике (если их больше 1), 4 — мощность лампы.

Климатическое исполнение для районов с умеренным климатом обозначается буквой У, для районов с тропическим климатом обозначается буквой Т и т.д. и проставляется в конце буквенного шифра с указанием категории размещения: 1 – на открытом воздухе. 2 – под навесом, 3 – в закрытых неотапливаемых помещениях, 4 – в закрытых отапливаемых помещениях, 5 – в сырых помещениях.

Светильники с разрядными лампами в своём составе содержат пускорегулирующие аппараты (ПРА) или специальное пусковое устройство (ПУ).

Основные технические характеристики ПРА для разрядных ламп низкого и высокого давления приведены в табл.2.3.

Таблица 2.3.

Осветительные установки

Точечный метод

Точечный метод используют для расчета неравномерного освещения: общего локализованного, местного, наклонных поверхностей, наружного. Необходимый световой поток осветительной установки определяют исходя из условия, что в любой точке освещаемой поверхности освещенность должна быть не менее нормированной, даже в конце срока службы источника света. Отражение от стен, потолка и рабочей поверхности не играет существенной роли.

Расчет ведется следующим образом:

1. По справочным данным определяют минимальную нормированную освещенность для данной категории помещений.

2. Выбирают тип источника света и светильник.

3. Рассчитывают размещение светильников в помещении.

4. На плане помещения с размещением выбранных светильников намечают контрольные точки. В качестве них на освещаемой поверхности, в пределах которой должна быть обеспечена нормированная освещенность, берут точки с минимальной освещенностью. Такие точки следует брать в центре между светильниками или посередине одной из крайних сторон.(рис.3.1а). Не следует брать точки с минимальной освещенностью у стены или в углах. Если в таких точках есть рабочие места, то освещенность в них можно довести до нормы путем местного освещения или увеличения мощности источников ближайших светильников.

5. Вычисляют условную освещенность в каждой контрольной точке и точку с наименьшей условной освещенностью принимают за расчетную.

6. По справочным данным устанавливают коэффициенты запаса и дополнительной освещенности.

7. Рассчитывают световой поток лампы.

8. Из справочных таблиц выбирают ближайшую стандартную лампу, световой поток которой отличается от полученного расчетного не более чем на - 10…+20%, и определяют ее мощность.

9. Подсчитываю электрическую мощность всей осветительной установки.

На рис.3.1 приведены примеры выбора контрольных точек на плане помещения (а) и в вертикальной плоскости (б).

a)
б)
Рис.3.1. Схемы к выбору и расчёту освещения в контрольных точках.

Если размеры источника меньше 0, 5Н_р (точечный источник света), то в начале рассчитывают условную освещенность в каждой контрольной точке:

(3.8)

где e_i - условная освещенность в контрольной точке от i -го источника света с условным световым потоком 1000 лм, которую определяют по кривым изолюкс или по формуле:

(3.9)

где a_i - угол между вертикалью и направление силы света i -го светильника в расчетную точку (рис. 3.1.б);

1000 - сила света i -го источника света с условной лампой, световой поток которой равен 1000лм, в направлении расчетной точки.

Численные значения I_a_i¹⁰⁰⁰ определяются по силе света типовых КСС. Точка, в которой суммарная условная освещенность минимальная, принимается за расчетную.

Световой поток источника света в каждом светильнике рассчитывают по формуле:

(3.10)

где m = 1, 1…1, 2 - коэффициент, учитывающий дополнительную освещенность от удаленных светильников и отражения от ограждающих конструкций;

1000 - световой поток условной лампы, лм.

По рассчитанному значению светового потока и табличным данным выбирают тип, размеры лампы и её номинальную мощность Р_лн, рассчитывают отклонение табличного светового потока от расчетного:

(3.11)

Если длина светового прибора больше 0, 5× Н_р (рис.3.2), то это линейный источник света и в начале определяют относительную условную освещенность e. При этом необходимо определить, как считать светильники: как сплошную линию или как точечные источники света. Если длина разрыва между светильниками в ряду меньше 0, 5× Н_р, то ряд светильников считают как одну сплошную (светящую) линию и под L понимается габаритная длина линии. Если длина разрыва больше 0, 5× Н_р, то каждый светильник считается точечным и рассчитывается по отдельности. Численные значения относительной условной освещенности e_i опр<