 
        
        - •Электрическое освещение
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Общие положения об освещении
- •1.1. Основные понятия и соотношения
- •1.2. Светотехнические единицы
- •1.3. Основы световых измерений
- •1.4. Системы и виды освещения
- •1.5. Нормирование освещения
- •1.6. Вопросы для самопроверки
- •2. Источники света и светильники
- •2.1. Характеристики источников света
- •Область применения светодиодов достаточно широка: - уличное освещение;
- •2.2. Выбор источников света
- •Рекомендуемые источники света производственных помещений
- •Рекомендуемые источники света жилых и общественных зданий
- •2.3. Характеристики осветительных приборов
- •2.4. Выбор светильников
- •2.5. Вопросы для самопроверки
- •3. Светотехническая часть осветительных установок
- •3.1. Методы расчета освещения
- •Рекомендуемые значения относительных расстояний 
- •3.1.1. Метод коэффициента использования
- •Значения коэффициентов использования 
- •3.1.2. Точечный метод
- •При общем равномерном освещении крупных помещений основными контрольными точками являются центр а углового поля и середина b его длинной стороны (рис. 3.3).
- •Определение освещенности по рис. 3.11
- •3.1.3. Метод удельной мощности
- •Установленные мощности общего искусственного освещения
- •3.2. Расчет наружного освещения
- •3.3. Компьютерные программы расчета освещения
- •3.5. Вопросы для самопроверки
- •4. Электротехническая часть осветительных установок
- •4.1. Электроснабжение осветительных установок
- •3.2. Расчет электрических сетей освещения
- •Коэффициенты спроса для расчета питающей сети рабочего освещения
- •3.3. Вопросы для самопроверки
- •Библиографический список
3.2. Расчет наружного освещения
Наружное освещение обеспечивает освещение проезжей части улиц, дорог, транспортных развязок, пешеходных переходов и т.п. Основной задачей наружного освещения является обеспечение безопасности движения транспорта и пешеходов в темное время суток. Статистика разных стран показывает, что хорошее наружное освещение сокращает количество дорожно-транспортных происшествий в темное время суток в среднем на 30 %.
Нормы наружного освещения установлены СНиП 23-05-95, которые нормируют среднюю яркость и среднюю горизонтальную освещенность покрытия. Кроме освещенности, яркость дорожного покрытия зависит от типа покрытия (бетон, асфальт, гравий) и его состояния (сухое, мокрое, покрытое снегом и т.п.), а также от углов падения света. И только в простейших случаях (грунт, щебенка, гравий), когда характер отражения света от покрытий близок к диффузионному, яркость прямо связана только с освещенностью.
Для обеспечения требований СНиП к яркости и освещенности покрытий, а также для максимального увеличения расстояния между светильниками и сокращения их количества в наружном освещении используются светильники с широкими (типа Ш), и реже с полуширокими (типа Л) кривыми силы света (КСС).
В СНиП регламентируется высота установки светильников в зависимости от типа КСС и светового потока источника света в светильнике (табл. 3.10).
Чаще всего для наружного освещения используются светильники, устанавливаемые на опорах с помощью достаточно длинных кронштейнов (консолей) длиной 1-2,5 м. Кронштейны (консоли) обеспечивают наклон продольной оси светильника относительно горизонтальной плоскости, что позволяет увеличить долю светового потока, падающую на проезжую часть, и уменьшить долу, падающую на тротуары.
Таблица 3.10
Нормирование высоты установки светильников
| Светораспределение светильников | Наибольший световой поток ламп в светильниках, установленных на одной опоре, лм | Наименьшая высота установки светильников, м | |
| при лампах накаливания | при разрядных лампах | ||
| Полуширокое | Менее 6000 | 6,5 | 7 | 
| 
 | От 6000 до 10000 | 7 | 7,5 | 
| 
 | Св. 10000 « 20000 | 7,5 | 8 | 
| 
 | « 20000 « 30000 | — | 9 | 
| 
 | « 30000 « 40000 | — | 10 | 
| 
 | « 40000 | — | 11,5 | 
| Широкое | Менее 6000 | 7 | 7,5 | 
| 
 | От 6000 до 10000 | 8 | 8,5 | 
| 
 | Св. 10000 « 20000 | 9 | 9,5 | 
| 
 | « 20000 « 30000 | — | 10,5 | 
| 
 | « 30000 « 40000 | — | 11,5 | 
| 
 | « 40000 | — | 13 | 
В качестве источников света для наружного освещения СНиП рекомендуют газоразрядные лампы, преимущественно – натриевые лампы высокого давления ДНаТ.
Расчет наружного освещения светильниками может быть произведен: методом коэффициента использования или точечным методом. Выбор метода расчета наружной осветительной установки зависит от того, какая освещенность нормируется: средняя или минимальная.
В зависимости от того, какая средняя величина устанавливается нормами: яркость дорожного покрытия Lcp или освещенность Еср – используются те или иные формулы расчета методом коэффициента использования.
В общем случае, когда расчетная точка освещается одновременно светильниками, расположенными в несколько рядов, причем на каждой опоре может быть расположено несколько светильников, расчет средней освещености и яркости производится по формулам
 ;
                                                     (3.14)
;
                                                     (3.14)
 .
                                                    (3.15)
.
                                                    (3.15)
В формулах (3.14) и (3.15) приняты следующие обозначения:
D – шаг светильников (расстояние между проекциями места установки светильников на горизонтальную плоскость), м;
b – ширина освещаемой площади, м;
Кз – коэффициент запаса (с лампами накаливания Кз =1,3, с разрядными лампами Кз =1,5);
Еi, Li – коэффициенты использования светового потока по освещенности и по яркости для i-го ряда светильников;
Флi, – световой поток светильника i-го ряда, лм;
Ni – число светильников на одной опоре, относящихся к i-му ряду;
М – число рядов светильников вдоль освещаемой полосы.
Три варианта расположения светильников наружного освещения показаны на рис. 3.12.
 
а) б) в)
Рис. 3.12. Расположение светильников относительно освещаемой поверхности
(к определению коэффициента использования )
Коэффициент использования зависит от расположения светильников над освещаемой полосой (рис. 3.12) и определяется из табл. 3.11 и 3.12 по значению отношения b/h.
Когда светильники размещены над освещаемой полосой (рис. 3.12,а,б), коэффициенты использования, определенные для b1/h и b2/h, суммируются =1+2 . При расположении светильников вне освещаемой полосы (рис. 3.12,в) коэффициенты использования вычитаются =1–2.
Для несимметричных светильников в табл. 3.11 и 3.12 приведены коэффициенты использования основного потока в направлении β=0 и потока, направленного в противоположную сторону (β=180°).
Если заданы условия установки светильников (тип опор, способ и высота подвеса), расчет освещенности сводится к определению шага светильников и выбору их числа.
Таблица 3.11
Коэффициенты использования при расчетах по средней яркости
| Тип светильника | Угол , град | Угол , град | Коэффициенты использования  при отношении ширины расчетной полосы к высоте установки светильника b/h | |||||
| 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | |||
| РКУ-125 гладкое | +15 | 0 | 0,041 | 0,063 | 0,075 | 0,082 | 0,086 | 0,068 | 
| -15 | 180 | 0,036 | 0,053 | 0,057 | 0,059 | 0,059 | 0,059 | |
| РКУ-250 гладкое 
 
 | +15 | 0 | 0,046 | 0,07 | 0,078 | 0,083 | 0,087 | 0,089 | 
| -15 | 180 | 0,033 | 0,043 | 0,047 | 0,047 | 0,047 | 0,047 | |
| +30 | 0 | 0,041 | 0,07 | 0,081 | 027 | 0,095 | 0,099 | |
| -30 | 180 | 0,022 | 0,027 | 0,027 | 0,248 | 0,028 | 0,028 | |
| РКУ-250 шерехо-ватое | +15 | 0 | 0,044 | 0,07 | 0,073 | 0,077 | 0,081 | 0,082 | 
| -15 | 180 | 0,032 | 0,048 | 0,043 | 0,044 | 0,045 | 0,045 | |
| +30 | 0 | 0,039 | 0,07 | 0,076 | 0,082 | 0,089 | 0,091 | |
| -30 | 180 | 0,021 | 0,032 | 0,026 | 0,026 | 0,027 | 0,027 | |
| РКУ-400 гладкое | +15 | 0 | 0,045 | 0,07 | 0,079 | 0,085 | 0,091 | 0,093 | 
| -15 | 180 | 0,035 | 0,048 | 0,05 | 0,051 | 0,051 | 0,051 | |
| +30 | 0 | 0,041 | 0,07 | 0,082 | 0,09 | 0,098 | 0,102 | |
| -30 | 180 | 0,026 | 0,032 | 0,031 | 0,031 | 0,031 | 0,031 | |
| РКУ-400 шерехо-ватое | +15 | 0 | 0,04 | 0,061 | 0,069 | 0,075 | 0,08 | 0,082 | 
| -15 | 180 | 0,032 | 0,044 | 0,047 | 0,047 | 0,048 | 0,048 | |
| +30 | 0 | 0,037 | 0,06 | 0,071 | 0,078 | 0,085 | 0,088 | |
| -30 | 180 | 0,025 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | |
| ЖКУ-250 гладкое | +15 | 0 | 0,055 | 0,086 | 0,095 | 0,1 | 0,105 | 0,106 | 
| -15 | 180 | 0,041 | 0,045 | 0,057 | 0,058 | 0,058 | 0,059 | |
| +30 | 0 | 0,049 | 0,085 | 0,099 | 0,107 | 0,114 | 0,117 | |
| -30 | 180 | 0,028 | 0,035 | 0,036 | 0,036 | 0,036 | 0,036 | |
| ЖКУ-250 шерехо-ватое | +15 | 0 | 0,045 | 0,065 | 0,073 | 0,077 | 0,081 | 0,083 | 
| -15 | 180 | 0,033 | 0,042 | 0,045 | 0,046 | 0,046 | 0,046 | |
| +30 | 0 | 0,04 | 0,065 | 0,076 | 0,082 | 0,088 | 0,091 | |
| -30 | 180 | 0,022 | 0,027 | 0,028 | 0,028 | 0,029 | 0,029 | |
| ЖКУ-400 гладкое | +15 | 0 | 0,053 | 0,082 | 0,092 | 0,097 | 0,102 | 0,104 | 
| -15 | 180 | 0,04 | 0,055 | 0,058 | 0,059 | 0,059 | 0,059 | |
| +30 | 0 | 0,047 | 0,082 | 0,096 | 0,103 | 0,11 | 0,114 | |
| -30 | 180 | 0,028 | 0,036 | 0,037 | 0,037 | 0,037 | 0,037 | |
| ЖКУ-400 шерехо-ватое | +15 | 0 | 0,043 | 0,063 | 0,071 | 0,075 | 0,079 | 0,081 | 
| -15 | 180 | 0,032 | 0,042 | 0,045 | 0,046 | 0,047 | 0,047 | |
| +30 | 0 | 0,039 | 0,063 | 0,073 | 0,08 | 0,086 | 0,088 | |
| -30 | 180 | 0,023 | 0,028 | 0,029 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | |
Таблица 3.12
Коэффициенты использования при расчетах по средней освещенности
| Тип светильника | Угол , град | Угол , град | Коэффициенты использования  при отношении ширины расчетной полосы к высоте установки светильника b/h | |||||
| 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | |||
| РТУ-125 | 0 | 0; 180 | 0,081 | 0,137 | 0,163 | 0,184 | 0,203 | 0,214 | 
| РТУ-250 | 0 | 0; 180 | 0,041 | 0,075 | 0,094 | 0,110 | 0,126 | 0,135 | 
| РКУ-125 | +15 | 0 | 0,154 | 0,259 | 0,308 | 0,343 | 0,376 | 0,394 | 
| -15 | 180 | 0,14 | 0,223 | 0,25 | 0,261 | 0,266 | 0,266 | |
| РКУ-250 | +15 | 0 | 0,208 | 0,342 | 0,392 | 0,431 | 0,462 | 0,472 | 
| -15 | 180 | 0,165 | 0,225 | 0,241 | 0,248 | 0,25 | 25 | |
| +30 | 0 | 0,201 | 0,345 | 0,434 | 0,479 | 0,515 | 0,553 | |
| -30 | 180 | 0,110 | 0,142 | 0,146 | 0,147 | 0,149 | 0,152 | |
| РКУ-400 | +15 | 0 | 0,195 | 0,319 | 0,372 | 0,408 | 0,44 | 0,454 | 
| -15 | 180 | 0,161 | 0,241 | 0,26 | 0,265 | 0,267 | 0,267 | |
| +30 | 0 | 0,282 | 0,32 | 0,384 | 0,428 | 0,469 | 0,49 | |
| -30 | 180 | 0,132 | 0,169 | 0,17 | 0,171 | 0,173 | 0,173 | |
| ЖКУ-250 | +15 | 0 | 0,193 | 0,305 | 0,346 | 0,37 | 0,391 | 0,401 | 
| -15 | 180 | 0,136 | 0,189 | 0,207 | 0,216 | 0,219 | 0,219 | |
| +30 | 0 | 0,171 | 0,307 | 0,366 | 0,402 | 0,432 | 0,446 | |
| -30 | 180 | 0,093 | 0,126 | 0,131 | 0,132 | 0,134 | 0,136 | |
| ЖКУ-400 | +15 | 0 | 0,191 | 0,298 | 0,340 | 0,366 | 0,387 | 0,397 | 
| -15 | 180 | 0,134 | 0,189 | 0,208 | 0,217 | 0,221 | 0,227 | |
| +30 | 0 | 0,166 | 0,307 | 0,357 | 0,393 | 0,424 | 0,437 | |
| -30 | 180 | 0,095 | 0,126 | 0,136 | 0,137 | 0,14 | 0,142 | |
Для определения шага светильников одного ряда формулы (3.14) и (3.15) записываются в виде:
 (3.16)
                                                            (3.16)
 (3.17)
                                                            (3.17)
где Ф – световой поток светильников, установленных на одной опоре;
N – количество светильников на одной опоре.
Пример. По оси дороги (рис. 3.13,б) шириной b=8 м на высоте h=8 м установлены светильники типа РТУ-125 с лампами типа ДРЛ-125 (р=125 Вт, Ф = 6300 лм). Требуемая нормативная освещенность 2 лк. Определить шаг светильников.
Решение.
Определяем отношение b/h = 8/8 =1.
Учитывая схему расположения светильников относительно освещаемой поверхности (схема на рис. 3.12,а), вычисляем коэффициент использования =1+2. В данном случае =21.
По отношению b1/h = b/(2h)=8/(2×8)=0,5 в табл. 3.12. для светильника РТУ-125 находим коэффициент использования 1=0,081; коэффициент использования =21=0,162.
Шаг светильников определяется по формуле (3.16):
 м.
м.
Пример. Светильники типа РКУ-250 с лампами ДРЛ-250 (р=250 Вт, Фл= 13000 лм) установлены на опорах высотой h=8 м в ряд вдоль освещаемой дороги шириной b=8 м на расстоянии b2 = 4 м от ее края. Расстояние между опорами D=20 м. Определить среднюю освещенность на дороге.
Решение.
Задача соответствует расположению светильников по схеме, приведенной на рис. 3.12,в.
Определяем коэффициент использования =1–2.
Значение 1= 0,333 находим по величине b1/h = (b+b2)/h = 12/8 = 1,5 из табл. 3.12. Аналогично находим 2 как функцию отношения b2/h = 0,28. Тогда  = 0,33 – 0,28 = 0,05.
По формуле (3.16), записанной для одного светильник на опоре (N=1), определяем освещенность на дороге
 лк.
лк.
В установках, для которых нормируется наименьшая освещенность, расчет рекомендуется вести точечным методом. Расчет основан на зависимости
 (3.18)
                                              (3.18)
где Е, соответственно освещенность, лк;
К3 – коэффициент запаса;
h – расчетная высота, м;
Ф – световой поток ламп в светильнике, лм;
Σе – сумма относительных освещенностей в контрольной точке, определяемая по кривым относительной освещенности. рассчитанным для условной лампы 1000 лм и для h = 1 м.
Контрольная точка (рис. 3.13) выбирается обычно между светильниками по краю освещаемой полосы, при однорядном расположении – противоположном ряду светильников.
 
а) б) в) г)
Рис. 3.13. Расположение точек минимальной освещенности (А, Б, В, Г, Д, Е)
Чаще всего при определении Σе достаточно учесть ближайшие светильники и лишь при малых расстояниях между светильниками учитываются следующие за ними.
Пример. Определить освещенность горизонтальной поверхности в точке, лежащей посередине между двумя светильниками РКУ с лампами ДРЛ (р=400 Вт, Ф=19000 лм), подвешенными на высоте h=6 м, а расстоянии l=14 м друг от друга. Кривые относительной освещенности светильника приведены на рис. 3.14.
 
Рис. 3.14. Кривые относительной освещенности для светильника РКУ
Решение. В рассматриваемом случае d=l/2=14/2=7 м, а отношение h/d=6/7=0,86. По приведенным на рис. 3.14 кривым относительной освещенности определяем е=41 лк. Тогда е=241=82 лк. Из формулы (3.18) определяем освещенность в расчетной точке
 лк.
лк.
