4. Контрольные вопросы

4.1. Принцип действия и устройство ламп накаливания, газоразрядных, светодиодных.

4.2. Перечислите основные электрические, светотехнические и эксплуатационные параметры современных ламп.

4.3. Какие мероприятия способствуют снижению распыления вольфрама с тела накала во время работы лампы накаливания?

4.4. Какие из исследуемых в лабораторной работе ламп имеют наибольшую (наименьшую) световую отдачу и наибольший (наименьший) световой поток? Почему?

4.5. Каковы основные причины снижения светового потока лампы накаливания, газоразрядных к концу срока ее службы?

4.6. По заданию преподавателя расшифруйте маркировку различных типов ламп.

4.7. Что такое цветопередача и как она характеризует лампы?

4.8. Перечислите достоинства и недостатки исследуемых ламп.

4.9. Что такое цветовая температура? Какой цветовой температурой обладают исследованные в лабораторной работе лампы?

4.10. Сравните температуру нагрева исследуемых ламп. Объясните, почему она различна?

Лабораторная работа № 2 исследование электрических и светотехнических характеристик системы общего освещения

1. Цель работы

1.1. Изучить устройство, принцип действия, типоразмеры, параметры и типовые схемы включения люминесцентных и светодиодных ламп.

1.2. Исследовать светотехнические и электротехнические параметры светодиодных и люминесцентных растровых светильников.

1.3. Рассчитать количество растровых светодиодных и люминесцентных светильников для обеспечения необходимого уровня освещенности в лаборатории ВГТУ 119/3.

2. Теоретические пояснения

Н

17 18

едостаточное освещение влияет на функционирование зрительного аппарата, то есть определяет зрительную работоспособность, оказывает воздействие на психику человека, его эмоциональное состояние, вызывает усталость центральной нервной системы (ЦНС), возникающей в результате прилагаемых усилий для опознания четких или сомнительных сигналов. Установлено, что свет, помимо обеспечения зрительного восприятия, воздействует на нервную оптико-вегетативную систему, систему формирования иммунной защиты, рост и развитие организма и влияет на многие основные процессы жизнедеятельности, регулируя обмен веществ и устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Важно отметить, что неравномерное освещение может создавать проблемы адаптации, снижая видимость. Таким образом, становится, очевидно, что неправильное освещение представляет значительную угрозу для жизнедеятельности человека. Для оптимизации условий труда имеет большое значение освещение рабочих мест.

Исследование условий освещения заключается в оценке или определении расчетным путем следующих показателей:

1 коэффициент естественной освещенности;

2 освещенность рабочей поверхности;

3 показатель ослепленности;

4 отраженная блесткость;

5 коэффициент пульсации освещенности;

6 освещение на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ.

Известно, что при длительной работе в условиях недостаточной освещенности и при нарушении других параметров световой среды зрительное восприятие снижается, развиваются болезни глаз, появляются головные боли.

Обеспечение требований санитарных норм к факторам световой среды для рабочих мест персонала, занятого на зрительно напряженных работах, и для рабочих мест в учебных классах и аудиториях образовательных учреждений является важным фактором создания комфортных условий для органов зрения. В приложении А приведена выдержка из СНиП 23-05-95.

2.1. Общие требования к бытовому и промышленному освещению

Сети напряжением до 1000 В осуществляют распределение электроэнергии внутри промышленных предприятий и установок и непосредственное питание большинства приемников электроэнергии. Схема сети определяется технологическим процессом производства, взаимным расположением источника питания подстанций и приемников электроэнергии и их единичной установленной мощностью.

Сети электрического освещения промышленных предприятий потребляют значительное количество электроэнергии.

Электрическая часть осветительной установки в общем случае может состоять из следующих звеньев (рис. 2).

Рис. 2. Основные звенья сети освещения

На рис. 2 обозначены элементы схемы: 1 - трансформатор; 2 - щит низкого напряжения подстанции; 3 - линии питающей сети, т.е. все линии от щита подстанции до групповых щитков; 4 - вводный щит здания; 5 - магистральный щиток, устанавливаемый в местах разветвления питающей сети; 6 - групповой щиток, на котором установлены аппараты защиты или управления для групповых линий; 7 - линии групповой сети от групповых щитков до источников света.

Питание их в большинстве случаев осуществляется от общих трансформаторных подстанций (ТП), но линии сетей освещения прокладывают отдельно от силовых линий. Радиальные линии освещения (рис. 3) подключают к распределительному щиту 1, а при схеме трансформатор—магистраль — в самом начале магистрали силовой сети.

П

19 20

о линиям питания 2 напряжение подается на групповые распределительные пункты 3, от которых по групповым линиям 4 получают питание соединенные по магистральной схеме светильники 5. Чтобы при отключении одного источника питания работа цеха, предприятия, учреждения и т.д. не прерывалась из-за отсутствия освещения, создается перекрестное питание групповых линий.

Рис. 3. Схема сети электрического освещения

Цепь аварийного освещения подключают к отдельному независимому источнику — к ТП соседней сети, аккумуляторной батарее, дизельной станции и т.п.

2.2. Выбор типа, мощности, расположения и количества светильников

Выбор типа светильников следует производить с учетом характера их светораспределения, экономической эффективности и условий окружающей среды.

Во взрыво- и пожароопасных зонах следует применять светильники, удовлетворяющие требованиям глав 7.3 и 7.4 ПУЭ.

Минимально допустимую степень защиты светильников по ГОСТ 17677– 82 и ГОСТ 14254– 80 для освещения непожаро- невзрывоопасных помещений с разными условиями среды следует принимать по ВСН 59-88.

Освещение помещений, оборудованных дисплеями, следует выполнять люминесцентными светильниками прямого света, у которых ограничена яркость в зоне от 50 до 90° от вертикали (светильники с несветящимися боковинами и экранирующими решетками или призматическими рассеивателями).

Светильники следует располагать таким образом, чтобы исключить отраженную блескость на экранах.

При проектировании осветительных установок необходимо учитывать требования эксплуатации светильников. С этой целью светильники размещают в местах, удобных для безопасного обслуживания.

В строительной части проектов должны быть предусмотрены технические средства для обслуживания светильников, установленных на высоте более 5 м от пола (напольные передвижные подъемные устройства, стационарные и передвижные мостики, галереи и т. п.).

Светильники, установленные на высоте 5 м и менее от пола (принимается высота до низа светильников), обслуживаются со стремянок, приставных лестниц и тому подобных технических средств.

К светильникам верхнего обслуживания, встраиваемым в подвесные потолки, должен быть обеспечен безопасный доступ обслуживающего персонала. При этом прочность стационарных или передвижных ограждений мостиков должна быть рассчитана с учетом нахождения у любого из светильников двух человек с инструментом общим весом 200 кг.

Р

21 22

асчет систем отопления и вентиляции помещений должен выполняться из условия, что вся электрическая энергия, потребляемая источниками света, превращается в тепло (1 кВт ч соответствует 864 ккал).

Люминесцентные светильники с рассеивающими решетками, встраиваемые в подвесные потолки, 48% тепловой энергии выделяют в освещаемое помещение и 52% – в пространство над потолком, а люминесцентные светильники с рассеивателями – соответственно 40 и 60%.

Светотехническим расчетом могут быть определены:

1) мощность дамп, необходимая для получения заданной освещенности при выбранном типе, расположении и числе светильников,

2) число и расположение светильников, необходимых для получения заданной освещенности при выбранном типе светильников и мощности ламп в них,

3) расчетная освещенность при известном типе, расположении светильников и мощности ламп в них.

Основными при проектировании являются задачи первого вида, поскольку тип светильников и их расположение должны выбираться исходя из качества освещения и его экономичности.

Решение задач при расчете освещения второго вида производится, если мощность ламп точно задана, например, необходимо применить светильники с люминесцентными лампами мощностью 80 Вт.

Задачи третьего вида решаются для существующих установок, если освещенность невозможно измерить, и для проверки проектов и расчетов, например, для проверки точечным методом расчетов, выполненных методом коэффициента использования.

2.3. Внутреннее освещение зданий должно отвечать требованиям СНиП и СанПин.

Внутренне освещение

На изложенных общих принципах должно базироваться освещение любого внутреннего помещения. Однако в таких общественных помещениях, как магазины и театры, где не ставятся крайне ответственные задачи зрительной работы и где воздействие на воображение и привлекательность более приоритетны, чем комфортность и эффективность зрительного восприятия, качество освещения имеет менее важное значение. Оно весьма существенно там, где приходится иметь дело с очень ответственными задачами зрительной работы, – в механических цехах, операционных, учреждениях, школьных классах, студенческих аудиториях.

Исследования условий оптимального освещения помещений, требующих комфортности, привели к следующим выводам: потолки лучше всего делать белыми с высоким коэффициентом отражения, порядка 85%; коэффициент отражения стен должен составлять 40–60% (при этом возможен широкий спектр приятных оттенков); коэффициент отражения мебели должен составлять около 35%, пола – не менее 20%. Эти требования подразумевают, в частности, что на окнах должны быть предусмотрены неяркие занавеси, задергиваемые в темное время суток, а поверхность стола должна иметь достаточно высокий коэффициент отражения, чтобы по яркости она не контрастировала с белой бумагой. Высокие коэффициенты отражения способствуют созданию идеальных условий для зрительной работы, т.к. уменьшаются коэффициент ослепленности и отраженная блесткость.

2.4. Зажигание газоразрядных ламп и пускорегулирующая аппаратура (ПРА)

Люминесцентные лампы включаются в сеть посредством специальных пускорегулирующих аппаратов (ПРА). В зависимости от особенностей и режима зажигания люминесцентных ламп ПРА подразделяются на: импульсного зажигания с предварительным подогревом электродов и использованием стартера; горячего зажигания с использованием постоянного подогрева электродов; мгновенного зажигания при холодных электродах лампы. Основными элементами схемы импульсного зажигания люминесцентных ламп являются: лампа, дроссель – в качестве балластного сопротивления и стартер.

Балластное сопротивление предназначено для стабилизации режима дугового разряда в лампе.

В

23 24

распространенных стартерных схемах самым ненадежным элементом схемы является стартер с подвижными, биметаллическими электродами. Существуют и безстартерные схемы включения люминесцентных ламп.

Электроды лампы разогреваются током вторичных обмоток накального трансформатора TV, что позволяет снизить напряжение зажигания лампы и, когда оно становится равным приложенному к лампе напряжению, возникает разряд. В рабочем режиме напряжение, подводимое к автотрансформатору, снижается из-за падения напряжения в дросселе, однако некоторый подогрев электродов накальным трансформатором сохраняется, зажигание происходит с первого включения, что устраняет "мигание" люминесцентных ламп, характерное для стартерных схем.

Альтернативой стартерной схеме зажигания ЛЛ является электронное ПРА.

Электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) — электронное устройство, осуществляющее пуск и поддержание рабочего режима газоразрядных осветительных ламп.

Работа ЭПРА делится на три фазы:

Предварительный разогрев электродов лампы. Делает запуск лампы мгновенным, мягким (продлевает срок службы лампы) и возможным при низких температурах окружающей среды.

Поджиг — ЭПРА генерирует импульс высокого (до 1,6 кВ) напряжения, вызывающего пробой газа, наполняющего колбу лампы.

Горение — на электродах лампы поддерживается небольшое напряжение, достаточное для поддержания ее горения.

ЭПРА может оснащаться устройством плавного регулирования яркости, требующим использования внешнего светорегулятора, специально предназначенного для управления электронным балластом.

2.5. Светодиодные светильники и их характеристики

В начале двадцать первого века разработаны и внедрены в промышленное производство, новые источники освещения с улучшенными качественными характеристиками, которые позволяют значительно снизить затраты электроэнергии. Лампы и другие осветительные приборы на основе светодиодов уже давно используются для освещения жилых, офисных и производственных помещений, а также уличного освещения.

Светодиод – это полупроводниковый прибор, в основе действия которого лежит процесс преобразования электрического тока непосредственно в световое излучение. Данная технология развивалась с середины 20-го века. И светодиод из маломощного источника светового излучения превратился в полноценный осветительный прибор, по качественным характеристикам, превосходящий различные виды ламп. Сегодня светодиодные технологии используются для различных целей.

Характеристики.

Вольт-амперная характеристика сведодиодов в прямом направлении нелинейна. Диод начинает проводить ток, начиная с некоторого порогового напряжения. Это напряжение позволяет достаточно точно определить материал полупроводника. КПД светодиодов в основном колеблется от 30 до 50%. Потребление энергии в 8 раз меньше, чем у ламп накаливания. Срок службы — в 80 раз дольше (почти 50 тысяч часов).

Цвета и материалы полупроводника.

Обычные светодиоды изготавливаются из различных неорганических полупроводниковых материалов.

Преимущества.

По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:

Высокий КПД. Современные светодиоды немного уступают по этому параметру только натриевым газоразрядным лампам. Однако натриевые лампы малопригодны для освещения жилых помещений из-за специфического цвета.