6.4. Искусственное освещение и его источники

Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света, или для освещения помещений в часы суток, когда естественная освещенность отсутствует.

По функциональному признаку оно подразделяется на рабочее, аварийное (освещение безопасности и эвакуационное), охранное и дежурное. Назначение каждого из этих видов рассмотрено в разд. 6.2.

В современных осветительных установках, предназначенных для искусственного освещения производственных помещений, в качестве источников света используют лампы накаливания и газоразрядные лампы.

Основными характеристиками, используемыми при выборе и сравнении источников света, являются: электрическая мощность лампы Р (Вт); напряжение электропитания U (В); световой поток, излучаемый лампой F (лм), или максимальная сила света I (кд); световая отдача  = F/Р (лм/Вт); срок службы лампы и спектральный состав света.

Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити. На рис. 6.4 изображены лампы накаливания общего назначения.

Промышленность выпускает различные типы ламп накаливания: вакуумные (В), биспиральные (Б), газонаполненные (Г) (наполнитель – смесь аргона и азота), с криптоновым наполнением (К).

Лампы накаливания по сравнению с другими существующими источниками просты в изготовлении и эксплуатации, надежны при колебаниях напряжения и различных метеорологических условий окружающей среды, имеют низкую инерционность при включении. Их недостатки: низкая световая отдача

Рис. 6.4. Лампы накаливания общего назначения:

а – моноспиральная; б – биспиральная; в – биспиральная криптоновая;

1 – стеклянная колба; 2 – тело накала (вольфрам); 3 – электроды (никель,

сплавы, платинид); 4 – держатели-крючья (молибден); 5 – стакан цоколя

(сплав железа); 6 – контактная шайба

(до 20 лм/Вт), сравнительно малый срок службы (до 2500 ч), спектр свечения сильно отличается от спектра дневного света (преобладают желтые и красные лучи), что приводит к искажению цветопередачи.

К группе ламп накаливания относятся и галоидные лампы, которые наряду с вольфрамовой нитью содержат в колбе пары йода, что позволяет повысить температуру накала нити, то есть световую отдачу лампы (до 40 лм/Вт). Кроме того, пары вольфрама, испаряющиеся с нити накаливания, соединяются с йодом и вновь оседают на вольфрамовую спираль, препятствуя распылению вольфрамовой нити и увеличивая срок службы лампы до 3000 ч. Спектр излучения галоидной лампы ближе к естественному, чем обычных ламп накаливания

В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металла, а также за счет явления люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет. Различают газоразрядные лампы низкого (1,0–1,5 Па) и высокого давления (0,3–1,5 МПа).

По сравнению с лампами накаливания светоотдача газоразрядных ламп значительно выше (до 110 лм/Вт), срок службы продолжительнее (до 12000 ч). От газоразрядных ламп можно получить световой поток практически любого желаемого спектра, подбирая соответствующим образом инертные газы, пары металлов, люминофоры.

Самыми распространенными газоразрядными лампами низкого давления являются люминесцентные, имеющие форму цилиндрической трубки (рис. 6.5). Внутренняя поверхность трубки покрыта тонким слоем люминофора, который и используется для преобразования ультрафиолетового излучения, возникающего при электрическом разряде в парах ртути, в видимый свет.

Рис. 6.5. Устройство люминесцентной лампы:

1 – штырьки; 2 – цоколь; 3 – стеклянная ножка; 4 – биспираль;

5 – колба; 6 – слой люминофора

По спектральному составу видимого света различают лампы дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ), холодного белого (ЛХБ), теплого белого (ЛТБ), белого цвета (ЛБ), лампы, близкие по спектру к солнечному свету (ЛЕ), лампы холодного белого цвета с улучшенной цветопередачей (ЛХБЦ). Наиболее экономичными и универсальны-

ми являются лампы ЛБ; лампы ЛХБ, ЛД и особенно ЛДЦ и

ЛЕ применяются в тех случаях, когда выполняемая работа предполагает цветоразличение.

В настоящее время для целей освещения получили распространение газоразрядные лампы высокого давления и, в первую очередь, лампы ДРЛ (дуговые ртутные люмине-

сцентные). Лампа (рис.6.6) состоит из кварцевой колбы (пропускающей ультрафиолетовые лучи), которая заполнена парами ртути при давлении 0,20,4 МПа, с двумя электродами и внешней стеклянной колбы, покрытой люминофором, за счет которого исправляется спектр ртутной лампы (пополняется оранжево- красными лучами), приближаясь по цветности к спектру днев-

Рис. 6.6. Лампа ДРЛ: ного света, Эти лампы, в от-

1  внешняя стеклянная колба; чие от обычных люминесцент-

2  слой люминофора; 3  раз- ных ламп, сосредотачивают в

рядная труба из кварцевого небольшом объеме значитель-

стекла; 4  рабочий электрод; ную электрическую и свето-

5  зажитающий электрод; вую мощности. Такие лампы

6 ограничительные резисто- выпускают мощностью от 80

ры в цепи поджигающих элек- до 1000 Вт. Лампы ДРЛ рабо-

тродов тают тают при любой темпера-

туре внешней среды, их ис-

пользуют для освещения открытых пространств и высоких

(более 6 м) производственных помещений. Преимуществом

является то, что их можно устанавливать в обычных светильни-

ках взамен ламп накаливания. Недостаток ламп  длительное

(57 мин) разгорание при включении.

Галогенные лампы ДРИ (дуговые ртутные с иодидами) по

своей конструкции аналогичны лампам ДРЛ, Для заполнения

колбы лампы применяют галогениды галлия, натрия, индия,

лития и других редкоземельных элементов. Спектр излуче-

ния лампы имеет практически сплошной характер, приближаю-

щийся к дневному свету.

Ксеноновые лампы ДКсТ (дуговые ксеноновые трубча-

тые) обладают стабилизированным разрядом и не нуждаются

поэтому в балластном сопротивлении. Учитывая большую еди-

ничную мощность 550 кВт, большую долю ультрафиолетово-

го излучения в спектре и высокое давление в колбе, эти лам-

пы применяют, как правило, для освещения территорий.

Натриевые лампы ДнаТ (дуговые натриевые трубчатые)

обладают наивысшей эффективностью и удовлетворительной

цветопередачей. Их применяют для освещения производственных помещений высотой более 10 м, где требования к цветопередаче невысоки (кузнечные, штамповочные, заготовительные, сварочные и т.д.).

К недостаткам газоразрядных ламп следует отнести необходимость применения специальных пусковых устройств, облегчающих зажигание ламп; зависимость работоспособности от температуры окружающей среды, длительный период разгорания, возможность создания радиопомех, исключение которых требует специальных устройств.

Кроме этого, всем газоразрядным источникам света присущ так называемый стробоскопический эффект, вызывающий искажение восприятия движущихся предметов.

Как известно, переменный ток обычной частоты 50 Гц меняет

свое направление 100 раз в секунду. Следовательно, любой

безынерционный источник света, питаемый таким переменным

током, 100 раз в секунду «гаснет» и «зажигается». В лампах

накаливания эти пульсации сглаживаются за счет большой свето-

вой инерции тела накала, но световая инерция большинства лю-

минофоров значительно меньше. При наблюдениях неподвиж-

ных предметов эти пульсации незаметны для глаза. При наблю-

дении же движущегося предмета изображение его на сетчат-

ке глаза не только появляется и исчезает 100 раз в секунду, но

одновременно и перемещается с одного элемента сетчатки на

другие, поэтому движение предмета воспринимается глазом как

. прерывистое, а при некоторой скорости вращения предмета может создаться иллюзия, что он вращается в противоположную сторону или находится в покое. Это явление и носит название стробоскопического эффекта.

Пульсация светового потока ухудшает условия зрительной работы, а стробоскопический эффект ведет к увеличению опасности травматизма и делает невозможным успешное выполнение ряда производственных операций.

Для устранения вредного воздействия стробоскопического эффекта следует применять двух- или трехламповые схемы включения. Двухламповая схема (рис. 6.7) имеет дроссель с «опережающей» и «отстающей» обмотками, в каждую из которых включается по одной лампе. В результате пульсирующие потоки излучения Рис. 6.7. Двухламповая схема

Ламп смещены относительно включения люминесцентных ламп: друг друга на 120⁰, и суммар- 1  лампа; 2  дроссель; 3  зажига-

марный поток имеет существе- тель; 4  конденсатор; 5  компенси-

нно меньшую пульсацию. рующий пусковой дроссель

Еще более эффективное

устранение стробоскопии достигается при трехламповой схеме включения, состоящей из трех одноламповых, включенных в разные фазы трехфазной сети. Другой, более действенный спо-

соб ликвидации стробоскопического эффекта  это питание люминесцентных источников света токами повышенных частот (например 400 Гц).