1. ВВЕДЕНИЕ.

Для повышения производительности труда в общественном производстве, для улучшения условий труда и быта трудящихся немаловажное значение имеет эффективная световая среда, а именно, искусственное освещение, которое создает возможность нормальной деятельности человека при отсутствии или недостаточности естественного освещения.

На устройство и эксплуатацию искусственного освещения затрачиваются значительные материальные средства и большое количество – электроэнергии -110-120 млрд. кВт.ч ( это около 10-12% всей вырабатываемой электроэнергии). Рациональная организация освещения обеспечивает количественные и качественные характеристики осветительных установок, повышает производительность труда, улучшает качество выпускаемой продукции. На предприятиях, где работают в 2 или 3 смены, освещение имеет большое значение, а соответствующее выполнение осветительных установок способствует росту производительности труда в вечернее и ночное время до уровня производительности дневных смен.

Осветительные установки в городах, поселках городского типа и сельской местности должны обеспечивать требование безопасности транспорта и людей.

В настоящее время происходит внедрение новых видов светильников и различных источников света, применение автоматических устройств для регулирования искусственным освещением в зависимости от естественного света, рационализация в методах расчета, проектировании и разработке индустриальных методов монтажа осветительных установок.

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА

И ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.

1. Требования к осветительным установкам.

К освещению промышленных предприятий предъявляются следующие требования:

1. Достаточная яркость рабочей поверхности.

2. Постоянство освещения.

3. Ограничение пульсации светового потока.

4. Ограничение ослепленности.

5. Благоприятное распределение яркости в поле зрения.

Достаточная яркость рабочей поверхности является необходимым

условием для обеспечения нормальной работоспособности человеческого глаза.

Величина освещенности рабочего места устанавливается в зависимости от точности выполняемой производственной операции. Чем точнее работа, чем меньше объекты различения и чем дальше эти объекты расположены от рабочего, тем уровень освещенности должен быть выше.

Однако уровень освещенности определяется не только величиной объектов различения и расстоянием их до глаза рабочего, но и контрастом объектов различения с фоном, а также степенью светлоты фона, т.е. поверхностью обрабатываемого изделия.

Постоянство освещенности на рабочем месте является необходимым условием в осветительной установке.

Колебания освещенности на рабочей поверхности могут явиться следствием колебания напряжения в осветительной сети или раскачивания светильников местного освещения, свободно подвешенных на подводящих ток проводах.

Колебания освещенности вызывают зрительное утомление. Исследования показали, что колебания освещенности имеют место при изменении амплитуды напряжения на ⁺ 4% от номинального значения.

Ограничение пульсации светового потока

Для люминесцентных ламп, работающих в сетях переменного тока, как и для любых других газоразрядных источников света, характерно наличие колебаний светового потока во времени, определяемых безынерционностью излучения электрического разряда.

Колебания светового потока создает так называемый стробоскопический эффект. Стробоскопический эффект нарушает правильное восприятие глазом движущихся предметов.

Достаточной мерой борьбы с пульсацией светового потока, т.е. явлением стробоскопического эффекта, является применение схем включения ламп таким образом, чтобы соседние лампы получали напряжение со сдвигом фаз, т.е. включение ламп в многоламповых светильниках на разные фазы или применение двухламповой схемы, где одна лампа включается последовательно с индуктивным сопротивлением, а другая - последовательно с индуктивным и емкостным сопротивлением.

.

Ограничение ослепленности

Уровень ослепленности, создаваемый светильниками, расположенными в поле зрения, определяется их яркостью и силой света по направлению к глазу наблюдателя, высотой их расположения над линией зрения и яркостью окружающего фона.

В соответствии с этим ограничение ослепленности в действующих СНиП сводится к регламентации минимально допускаемой высоты подвеса светильника над полом освещаемого помещения в зависимости от защитного угла светильника, характера рассеивателя и мощности источника света, определяющих его яркость и силу света по направлению к глазу наблюдателя.

Светильники с защитным углом менее 10⁰ без рассеивателей и с лампами в прозрачной колбе для общего освещения помещений не допускаются.

Угол, заключенный между горизонталью, проходящей через тело накала лампы, и линией, соединяющей крайнюю точку тела накала с противоположным краем отражателя, называется защитным углом светильника.

Величину защитного угла можно определить из соотношения:

=

где h - расстояние от тела накала лампы до уровня выходного отверстия светильника, мм;

R-радиус выходного отверстия светильника, мм;

r-радиус кольца тела накала лампы, мм.

В установках местного освещения должно быть обращено особое внимание на устранение бликов, возникающих на поверхностях с направленным отражением, что достигается соответствующим выбором размещения светильников, исключающим попадание отраженных лучей в глаза работающему

Распределение яркости в поле зрения

В практических условиях освещения недопустима большая неравномерность распределения яркости в поле зрения, которая может возникнуть, если яркость рабочей поверхности резко отличается от яркости стен и потолка помещения.

Для сохранения удовлетворительного распределения яркости в окружающем пространстве светильники общего освещения должны создавать на уровне рабочей поверхности не менее 10% освещенности, нормированной для данного рода работ при комбинированном освещении, но не более 30%.

Неравномерность распределения яркости в поле зрения может быть вызвана падающими тенями, возникающими от расположенных вблизи предметов, корпуса работающего или неравномерным освещением рабочей поверхности. Неравномерность распределения яркости по рабочей поверхности не регламентирована СНиП, однако при проектировании осветительной установки надо стремиться к устранению затенения и равномерному распределению освещенности в пределах рабочей поверхности.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВЕТОВЫХ ВЕЛИЧИНАХ.

Световой поток Ф - мощность световой энергии или видимого излучения, оцениваемого по световому ощущению, которое оно производит на глаз человека. Это одна из основных величин, характеризующих источник света. Единица измерения светового потока- люмен (лм).

Точечный источник, сила света которого равна 1 канделе (кд) в телесном угле, равном 1 стерадиану (ср), испускает световой поток, равный 1 люмену:

,

где I - сила света, кд; Ф - световой поток, лм;

 - телесный угол, ср.

Сила света I - характеризует пространственную плотность излучаемого светового потока. Сила света, равная 1 канделе, испускается с площади 1/600000 м² сечения полного излучателя в перпендикулярном этому сечению направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердивания платины при давлении 101325 МПа.

Телесный угол  в 1 ср соответствует части пространства, ограниченной конической поверхностью с вершиной в центре сферы и вырезанным на ее поверхности участком, равным величине квадрата радиуса сферы:

,

где S_сф1 - площадь участка сферы, вырезаемого телесным углом, м² ;

r - радиус сферы, м.

Освещенность E - поверхностная плотность падающего светового потока, определяется отношением светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности:

Единица измерения освещенности - люкс (лк).

Светимость R - поверхностная плотность излучаемого светового потока, определяется из соотношения

где R - светимость, лм/м² ; Ф - световой поток, лм;

S_И - площадь излучаемой поверхности, м² .

Яркость L - поверхностная плотность силы света в заданном направлении

,

где I_ - сила света по направлению угла  , кд;

dScos - площадь проекции светящегося тела на плоскость, перпендикулярную направлению, отсчитываемую от нормали, к поверхности излучаемого тела, м² ; L_ - яркость, кд/м² .

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА.

По способу генерирования света все электрические источники делятся на : 1) температурные; 2) люминесцентные (холодного свечения).

К первой группе относятся лампы накаливания, в том числе галогенные, ко второй - газоразрядные лампы, в том числе люминесцентные.

Основными характеристиками источников света являются следующие номинальные величины: напряжение, мощность, световой поток, световая отдача и средняя продолжительность работы (горения).

Световая отдача  лампы определяется отношением ее излучаемого светового потока Ф_Л к потребляемой электрической мощности Р_Л

.

Единица измерения световой отдачи - лм/Вт.

Лампы накаливания (ЛН) состоят из цоколя и стеклянной колбы, внутри которых расположена вольфрамовая нить накала. Лампы накаливания общего назначения выпускаются в диапазоне мощности 151500 Вт на напряжение 127 и 220 В. Лампы подразделяются на вакуумные (В) мощностью15,25 Вт и газонаполненные (Б,Г) мощностью от 40 до 1000 Вт.

Газонаполненные лампы (Б,Г) после откачки воздуха заполняются аргоном с добавлением 12...16% азота. Буква Б обозначает биспиральное исполнение элемента свечения.

Светоотдача с криптоновым наполнением на 10...20% больше лампы с аргоновым наполнением. Стоимость криптона выше стоимости аргона, поэтому лампы с криптоновым наполнением (БК) дороже ламп с аргоновым наполнением (Б,Г).

Вакуумирование ламп вызвано тем, что вольфрамовая нить накаливания нагревается до температуры 2000...2500⁰ К, т.е. до температуры, при которой вольфрам окисляется в присутствии кислорода.

Лампы мощностью 40 Вт и более наполняются газом, который уменьшает интенсивность распыления нити накаливания даже при более высоких температурах. Вольфрамовая нить накаливания может сворачиваться в спираль, биспираль (Б) и другие формы.

Большинство ламп накаливания изготавливают из прозрачного стекла. Для создания более рассеянного света выпускают лампы с баллонами из матированного, опалового или молочного стекла. Светоотдача их меньше, чем ламп с прозрачным баллоном.

Лампы в светорассеивающих колбах имеют следующую буквенную индексацию: МТ - матированная; МЛ – молочная; О - опаловая.

Широко распространены лампы местного освещения на напряжение 12, 24 и 36 В мощностью до 100 Вт.

Световая отдача ламп основной серии лежит в пределах 719 лм/Вт, Средняя продолжительность горения ЛН при номинальном напряжении определяется в 1000 часов. Срок службы их сокращается в условиях повышенного напряжения и увеличивается при работе в условиях пониженного напряжения.

В настоящее время выпускаются лампы на напряжение в определенных пределах, например, 215...225, 220...230, 230...240 В. Лампы на 230...240, 235...245 В применяют на лестничных площадках, в коридорах для дежурного освещения, т.к. ночью и днем может быть повышенное напряжение. Но их нецелесообразно применять при стабильном напряжении 220В из-за значительного уменьшения их светового потока.

Простота схем включения делает лампы накаливания надежными источниками света в светильниках местного освещения, в осветительных установках аварийного освещения и некоторых других случаях..

Люминесцентные лампы (ЛЛ) относятся к газоразрядным лампам, видимое излучение в которых происходит под действием электрического разряда в газах и парах металлов.

Люминесцентные лампы состоят из трубки с электродами на ее концах. На внутреннюю поверхность стеклянной трубки нанесен тонкий слой люминофора. Каждый электрод состоит из вольфрамовой нити накала и двух никелевых усов. От электродов выведены наружу два контакта. Колба лампы заполнена аргоном под небольшим давлением. Для создания ртутных паров в нее введена небольшая капелька ртути.

Трубчатые ЛЛ низкого давления отличаются от ЛН по всем характеристикам.

Световая отдача - 75 лм/Вт. Средняя продолжительность работы (горения) всех типов ЛЛ не менее 12000 часов, т.е. значительно больше, чем ЛН. Световая отдача и КПД ЛЛ также в несколько раз выше, чем ЛН.

По цветности излучения трубчатые ЛЛ низкого давления делятся на : ЛБ - лампы белого цвета; ЛХБ - холодно-белого цвета; ЛТБ - лампы тепло-белого цвета; ЛД - дневного цвета; ЛДЦ - дневного цвета для правильной цветопередачи.

ЛЛ предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от + 5 до + 50 С. При температуре меньше +10 С лампы не зажигаются. Для зажигания и горения ламп необходимо включение последовательно с ними пускорегулирующих аппаратов (ПРА). ПРА разделяются на индуктивные (И), емкостные (Е) и компенсированные (К), на аппараты с параллельным, пониженным (П) и особо низким (ПП) уровнем шума.

Прямые ЛЛ выпускаются мощностью: 4; 6; 8; 15; 20; 30; 40; 65; 80; 150 Вт. В сети напряжением 127 и 220 В применяются ЛЛ от 15 до 80 Вт. ЛЛ мощностью 30, 40, 65, 80 Вт могут работать только в сети напряжением 220 В, они же наиболее распространены в люминесцентном освещении. А в настоящее время уже применяются лампы с мощностью 18, 36 и 58 Вт. При маркировке ламп мощность указывают цифрой, например, ЛЛ мощностью 40 Вт: ЛБ 40, ЛТБ 40, ЛДЦ 40, ЛХБ 40. ЛЛ бывают : U - образные - 880 Вт; W - образные - 30 Вт; кольцевые - 2040 Вт.

К недостаткам люминесцентного освещения относятся: возможность стробоскопического эффекта; длительность процесса зажигания (несколько секунд); низкий коэффициент мощности; более высокие затраты по сравнению с затратами на освещение ЛН; резкое сокращение срока службы ламп при частых включениях.

Однако, несмотря на эти недостатки, люминесцентное освещение нашло широкое применение, т.к. ЛЛ при меньшем расходе электроэнергии обеспечивают большую светоотдачу.

Лампы ДРЛ - четырехэлектродные дуговые лампы высокого давления с люминофорным покрытием на колбе, выполняются в пределах мощностей 802000 Вт и имеют световую отдачу 4060 лм/Вт.

Срок службы до 12000 часов, к концу срока службы световой поток снижается до 70% начального. ДРЛ включаются через одноламповые индуктивные ПРА, потери мощности в которых составляют около 10%.

Лампы 2000 Вт включаются на линейное напряжение системы 380/220 В, остальные - на 220 В.

Преимуществом ДРЛ по сравнению с ЛЛ является их компактность при высокой единичной мощности. Существенный недостаток - плохая цветопередача их излучения, позволяющая применять лампы ДРЛ только при отсутствии каких-либо требований к различению цветов, а также значительные пульсации светового потока.

Процесс разгорания ламп после включения длится 5-7 минут.

При температуре от -10 до + 25 С и выше лампы не утрачивают своих качеств.

Лампы ДКсТ - дуговые ксеноновые трубчатые лампы с воздушным охлаждением. Работают без ПРА, но зажигаются с помощью специального пускового устройства.

Мощность - 5;10; 20 и 50 кВт.

Световая отдача - 2045 лм/Вт.

Срок службы - 300750 часов, но при стабилизации напряжения может достигать и 3000 часов.

Лампы 5 кВт включаются на 220 В попарно-последовательно, лампы 10 кВ - в сеть 220 В; более мощные - 380 В.

Область применения ограничена вредным для людей избытком в их спектре ультрафиолетовых лучей. Этот недостаток устранен в лампах в колбе из легированного кварца (ДКсТЛ).

Пульсации светового потока у ламп ДКсТ особенно велики. Температура окружающей среды влияния не оказывает.

МЕТАЛЛОГЕННЫЕ И НАТРИЕВЫЕ ЛАМПЫ

Металлогенные лампы МГЛ и ДРИ выпускаются мощностью 250-400-700-1000-2000 Вт. Лампы мощностью 2000 Вт включаются на 380 В. Световая отдача до 100 лм/Вт. Срок службы от 1000 до 5000 часов. Лампы включаются в сеть через ПРА, состоящие из дросселя и поджигающего устройства УИЗУ, дающего импульсы высокого напряжения.

У ДНаТ световая отдача -180 лм/Вт. Лампы ДНаТ дают только желтый свет, поэтому пригодны только для освещения загородных автострад. Срок службы 20000 часов. В сеть включаются через однофазные индуктивные ПРА.

Для общего освещения производственных помещений высотой 8 и более метров, в основном, применяются газоразрядные лампы..

Лампы накаливания применяются в основном в помещениях, где производятся грубые работы или осуществляется общий надзор за работой оборудования (подвалы, туннели, кладовые, проходы между фундаментами машин и т.д.) или же в помещениях, где использование газоразрядных ламп исключается.

Для местного освещения применяются ЛН и ЛЛ (при высоких требованиях к цветопередаче и при работах с блестящими поверхностями).

Для общественных зданий обязательно применяют ЛЛ, а в коридорах, гардеробах, фойе, санузлах, кладовых, подвалах, чердаках и т.п. применяются ЛН.

4. ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Осветительный прибор ближнего действия называется светильником. Состоит он из двух основных частей - источника света и устройства, перераспределяющего световой поток источника в пространстве (отражатель, рассеиватель и т.п.). Кроме того, в состав светильника входит арматура: провода, ламподержатели или патроны, детали крепления и пускорегулирующие устройства ПРА.

Экономичность, качество и удобство эксплуатации осветительной установки зависят от выбора светильников. Экономичность и качество освещения определяются их светотехническими характеристиками, надежность и эксплуатационные требования – конструктивным исполнением.

Светильники характеризуют по ряду признаков: характеру светораспределения; форме кривой силы света; типу источника света; способу установки; защите от воздействия внешней среды; целевому назначению и т.д.

Классификация светильников по указанным признакам предусмотрена в ГОСТ 17677 82Е «Светильники. Общие технические условия», каталог 09.00.01-89.

Полная светотехническая характеристика светильника образуется:

1. из его класса светораспределения (табл.1).

Таблица 1

КЛАССИФИКАЦИЯ СВЕТИЛЬНИКОВ ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ СВЕТОВОГО ПОТОКА

Обозначение класса светильника	Светораспределение	Распределение светового потока для нижней сферы, %	Распределение светового потока для верхней сферы, %
1	2	3	4
П	НСПО3-60; НСПО2-200; НСП17-200; прямое ЛСПО2-2х40; ЛВПО-4х40; ЛСПО6-2х40...	80...100	20...0
Н	ПУН-100; НПО30-60(100); ППД-250 (ДРЛ) Преимущественно- прямое	60...80	40...20

1	2	3	4
Р	РСП11-400; НС002-100(150) Люцетта; НСПО9-200	40...60	60...40
В	НВ004-300; НВ003-200; НВ001-15; ЛВ008-1х86 Преимущественно- отраженное	20...40	80...60
О	ЛС005-2х40; ЛП002-2х40; ЛП016-40; Отраженное НББ61-60	0...20	100...80

К светильникам прямого света с ЛН относятся: НСП17 на 200, 500, 1000 Вт и НСП02-200, НСП17-200, НСП17-103 - для тяжелых условий среды; НСП03 с фарфоровым патроном. Люцетта и Шар относятся к светильникам рассеянного света, а кольцевой НВ004- к светильникам преимущественно отраженного света. Светильники ЛВП05-4, ЛСП02-2 с ЛЛ относятся к светильникам прямого света.

2. формы кривой силы света в любых меридианах (т.е. вертикальных) плоскостях и направления максимума силы света (табл.2 )

Таблица 2

Типы кривых сил света светильников

Обозначение типа кривой силы света	Тип кривой силы света	Зона направленной максимальной силы света в нижней полусфере, град.	Зона направленной максимальной силы света в верхней полусфере, град.
К	Концентрированная	0...15	180...165
Г	Глубокая	0...30	180...150
Д	Косинусная	0...35	180...145
Л	Полуширокая	35...55	145...125
Ш	Широкая	55...85	125...95
М	Равномерная	0...90	180...90
С	Синусная	70...90	110...90

Для производственных помещений чаще всего используются светильники с кривыми силы света - К, Г, Д, Л.

В соответствии с ГОСТ 17677-82 по типу кривой силы света ( КСС ) в любой меридиальной плоскости в верхней или нижней полусфере светильники для производственных помещений подразделяются на 7 групп и характеризуются направлением максимальной силы света и коэффициентом формы К_Ф (1,3  К_Ф  5) , т.е. для КСС (рис.1):

М - К_Ф  1,3; Г - 2  К_Ф  3; Ш - 1,5  К_Ф  2;

Д - 1,3  К_Ф  2; К - 3  К_Ф  5; С - К_Ф  1,3.

Из различных взрывозащищенных исполнений для светильников характерно исполнение повышенной надежности (Н) и взрывонепроницаемое (В). По климатическому исполнению светильники имеют обозначение:

У - для умеренного климата; Т - для тропиков и т.д.

Рис. 1Типовые кривые силы света

3) степени защиты от пыли и воды (табл.3)

Таблица 3

Классификация светильников по степени защиты от пыли и воды

Защита по пыли	Первая цифра в обозна- чении ГОСТ 14254-80	Первая цифра в обозна- чении ГОСТ 17677-82	Защита по воде	Вторая цифра в обозна- чении ГОСТ 14254-80	Обозна-чение защиты
1	2	3	4	5	6
Защита отсутствует	0	-	Защита отсутствует	0	IР00
Защита от твердых тел более 50 мм	1	-	Защита от капель	1	IР11
Защита от твердых тел более 12 мм	2	-	Защита от капель под углом до 15	2	IР22
Попадание пыли ограничено не уплотненной оболочкой	-	2*	-	-	2* 0
Защита от твердых тел 2,5 мм	3	-	Защита от дождя	3	IР33
Защита от твердых тел более 1,0 мм	4	-	Защита от брызг	4	IР44
Защита от пыли	5	-	Защита от водяных струй	5	IР55
Защита от твердых отложений пыли, но колба лампы не защищена от воздействий пыли	-	5*	-	-	5* 0; 5* 3

Продолжение таблицы 3

1	2	3	4	5	6
Полная защита от попадания пыли	6	-	Защита от волн воды	6	IР66
Полная защита от пыли, но колба лампы не защищена от воздействия пыли	-	6*	-	-	6* 0; 6* 3

СТРУКТУРА УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ

ПО ГОСТ 17677-82

Первая буква обозначает источник света:

Н - лампы накаливания;

С - лампы - светильники (зеркальные, диффузные);

И - кварцевые-галогенные (накаливания);

Л - прямые трубчатые люминесцентные;

Ф - фигурные люминесцентные;

Р - ртутные типа ДРЛ;

Г - ртутные типа ДРИ, ДРИШ;

Ж - натриевые типа ДНаТ;

Б - бактерицидные;

К - ксеноновые трубчатые.

Вторая буква обозначает способ установки светильников:

С - подвесные;

П - потолочные;

В - встраиваемые;

Д - пристраиваемые;

Б - настенные;

Н- настольные, опорные;

Т - напольные, венчающие;

К - консольные, торцевые;

Р - ручные;

Г - головные.

Третья буква обозначает основное назначение светильника:

П - для промышленных и производственных зданий;

О - общественных зданий;

Б - жилых домов;

У - наружных;

Р - рудников и шахт;

Т - кинематографических и телевизионных студий.

Двухзначное число (0-99) означает номер серии; цифра (цифры), означающая мощность ламп, Вт.

Трехзначное число (001-999), означающее номер модификации.

Например, светильники серии НСП17 - предназначены для освещения различных по высоте производственных помещений с нормальными (светильники модификаций 003, 004, 005) и тяжелыми условиями среды (светильники модификаций 103, 104, 105) и рассчитаны для работы в сети переменного тока с номинальным напряжением 220/127 и 380/220 В частоты 50 Гц.

Расшифровка цифр номера модификации:

первая цифра - степень защиты от окружающей среды, где 0-1Р20; 1-5^* 0;

вторая цифра - не имеет обозначения;

третья цифра - тип кривой силы света, где 3 - полуширокая, 4 - глубокая, 5 - концентрированная.

Для производственных помещений используются чаще светильники типов ЖСП01-400 (КПД не менее 75%); РСП05 - (250-400-700 Вт) с cos =0,53; РСП08; ГСП17- (700-2000 Вт) с cos  = 0,43; ЛСП02(2х40-2х40-2х65-2х80-2х36-2х58 Вт) с cos  = 0,9; ЛСП06 (2х40-2х65-2х80 Вт) с cos  = 0,9; ЛСП13- (2х40-2х65 Вт) cos  = 0,92.

В помещениях с химически активной средой рекомендуется использовать светильники с корпусами из пластмассы и фарфора с отражателями, покрытыми силикатной эмалью, или светильники, специально предназначенные для этих условий.

В пыльных помещениях целесообразно использовать амальгамные люминесцентные лампы, а также лампы меньшей мощности.