Определение расчетной мощности осветительных установок

Существуют разнообразные методы расчета освещения. Наиболее простым из них является расчет по удельной мощности. Этот метод обеспечивает вполне приемлемую точность и применяется при общем равномерном освещении горизонтальных поверхностей и отсутствии крупных, затеняющих свет предметов.

Удельной мощностью , Вт/м², называется отношение общей установленной мощности источников света P_УСТ, Вт, к площади помещения S, м². Значения удельной мощности приводятся в справочных материалах [1] в зависимости от нормированной освещенности E_Н, типа светильника, высоты его подвеса, площади и отражающих свойств потолка, пола и стен помещения и коэффициента запаса.

Таблицы удельной мощности для люминесцентных ламп и ламп типа ДРЛ обычно приводятся для освещенности 100 лк. При других значениях Е_Н осуществляется пропорциональный пересчет удельной мощности. Например, если  при Е_Н=100лк равна 11 Вт/м², то при Е_Н = 300 лк удельная мощность составит

₃₀₀ = ₁₀₀  3 = 113 = 33 Вт/м².

Расчетная мощность осветительных установок определяется по формуле

для ламп накаливания

Р_Р = Р_УСТ ∙K_C;

для газоразрядных ламп

Р_Р = Р_УСТ ∙К_С∙К _ПРА; Q_Р = Р_Р ∙tg,

где Р_УСТ - установленная мощность источников света, К_С - коэффициент спроса осветительной нагрузки ( справочная величина); К_ПРА - коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре ( К_ПРА = 1,1 - для ламп типов ДРЛ и ДРИ, К_ПРА =1,2 - для люминесцентных ламп со стартерными схемами включения К_ПРА = 1,31,35 - для бесстартерных схем включения).

Установленная мощности – это произведение мощности одной лампы на количество ламп.

Описание лабораторной установки

Схема стенда лабораторной установки приведена на рис.1 .

В процессе работы исследуются электрические и световые характеристики лампы накаливания и люминесцентной лампы. Электрические характеристики измеряются следующими приборами: PA, РV, PW, Pcos. Для определения световых характеристик используется люксметр типа «Ю116».

Изменение напряжения на источнике света осуществляется при помощи лабораторного автотрансформатора АТ.

Рис. 1

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с принципиальной схемой лабораторной установки (рис. 1).

2. Собрать схему лабораторной установки, подключив в качестве нагрузки вначале лампу накаливания, а затем люминесцентную лампу.

3. Изменяя напряжение на нагрузке в диапазоне от 160 до 240 В для лампы накаливания и в диапазоне от 240 В до напряжения при котором происходит погасание люминесцентной лампы, снять экспериментальные характеристики: освещенность, активную мощность, cos, согласно табл. 2.

4. Рассчитать значения коэффициента , определяемого как отношение освещенности Е к мощности Р, потребляемой лампой . Построить зависимости для лампы накаливания и люминесцентной лампы.

5. Рассчитать теоретические зависимости и - для лампы накаливания и для люминесцентной лампы и построить графики.

6. Построить экспериментальные зависимости : -

для лампы накаливания и для люминесцентной лапы.

7. Измерить освещенность помещения заданного преподавателем

и определить для данного помещения количество источников света

и расчетную мощность.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Схему стенда.

2. Паспортные данные измерительных приборов и исследуемых ламп.

3. Расчетные формулы.

4. Таблицу экспериментальных и расчетных данных по форме табл .2.

5. Графические зависимости.

6. Измеренную освещенность и расчетную мощность указанного

помещения.

7.Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Дайте характеристику лампам накаливания и люминесцентным лампам.

2. Каков срок службы ламп накаливания и люминесцентных ламп? Какие допустимы пределы отклонений напряжения для осветительных установок?

1. Как влияют отклонения напряжения на работу ламп накаливания и люминесцентных ламп?

2. Что понимается под световой отдачей лампы?

3. Поясните назначение ПРА.

4. Какова область применения ламп накаливания и люминесцентных ламп?

5. Какие лампы можно использовать в качестве аварийных источников света?

6. Поясните принцип действия люксметра.

Таблица 2

Экспериментальные данные						Расчетные данные
	№ измерений	Тип лам-пы	E, лк	Р, Вт	cos 	P, Вт	Q, вар	КСЕ,	Т, ч
1.Лампа накаливания
2.Люминесцен- тная лампа

Работа № 2

ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН

ПОВРЕЖДЕНИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

С ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМИ ЛАМПАМИ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить конструкцию и работу элементов осветительной установки с люминесцентными лампами низкого давления. Исследовать на лабораторном стенде работоспособность элементов осветительной установки и установить причины неисправностей в неработоспособных элементах.

Теоретическая часть

Основным источником света общего освещения производственных помещений и помещений общественных зданий являются люминесцентные лампы низкого давления.

Люминесцентная лампа низкого давления изображена на рис.2 и представляет собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, на внутреннюю поверхность которой нанесен тонкий слой люминофора.

Рис.2 Люминесцентная лампа

1 - колба; 2 - люминофор; 3 - электроды;

4 - штыри; 5 - ртуть; 6 - аргон; 7 - цоколь.

В торцы трубки впаяны вольфрамовые биспиральные электроды, покрытые активным слоем и присоединенные к штырькам специальных цоколей на концах лампы. Внутрь лампы после откачки воздуха вводится незначительное количество чистого аргона и дозированная капелька ртути, которая при работе лампы испаряется. Под действием напряжения, приложенного к предварительно разогретым электродам лампы, возникает электрический разряд в парах ртути с интенсивным ультрафиолетовым излучением. Под воздействием невидимых ультрафиолетовых лучей люминофор излучает видимый свет той или другой цветности, зависящий от состава люминофора.

Промышленностью выпускаются люминесцентные трубчатые лампы низкого давления мощностью 15,20, 30, 40, 65, 80 Вт со средней продолжительностью горения 10000 ч и номинальной световой отдачей (отношение светового потока лампы к ее мощности) от 47 до 75 лм/Вт.

На срок службы и световые параметры люминесцентных ламп влияют условия их эксплуатации. Оптимальным условиям работы лам соответствует температура +18  +25С. При больших или меньших температурах световая отдача ламп снижается, при температурах же, меньших +10С, зажигание ламп не обеспечивается.

Люминесцентные лампы могут включаться в электрическую сеть только последовательно с балластным резистором, ограничивающим ток в лампе и обеспечивающим устойчивый режим горения. Чаще всего в качестве балластного резистора используется дроссель.

Для уменьшения напряжения зажигания люминесцентной лампы ее электроды предварительно нагревают до температуры 800-900С с помощью стартера в схемах стартерного зажигания или с помощью накальных трансформаторов в бесстартерных схемах.

Стартер представляет собой миниатюрную газоразрядную неоновую лампу тлеющего разряда, стеклянная колба которой находится в пластмассовом или металлическом корпусе. В стартере имеется два электрода, один из которых неподвижный, а другой биметаллический - подвижный.

Схема стартерного зажигания отдельной лампы приведена на рис.3.

Рис.3. Стартерная схема зажигания люминесцентной лампы

1 - лампа; 2 - дроссель; 3 – стартер.

При подаче на стартер полного напряжения сети между его электродами возникает тлеющий разряд. Тепло, выделяющееся при разряде, нагревает биметаллический электрод, который, изгибаясь, замыкается с другим электродом стартера. Через образующуюся электрическую цепь протекает ток, необходимый для предварительного подогрева электродов лампы. В это время разряда в стартере нет. Биметаллический электрод остывает, разгибается и разрывает цепь тока. Возникающий при размыкании цепи импульс повышенного напряжения в обмотке дросселя зажигает лампу. При возникновении разряда в лампе напряжение на ней падает примерно до половины напряжения сети. Это напряжение на электродах, включенного параллельно горящей лампе стартера, оказывается недостаточным для возникновения вновь тлеющего разряда в стартере, который при горении лампы в работе схемы не участвует.

При работе лампы подогрев ее электродов происходит рабочим током. В тех случаях, когда по той или иной причине лампа не зажглась после разрыва электродов стартером, последний получает снова полное напряжение сети и процесс зажигания повторяется.

Напряжение зажигания тлеющего разряда в стартере выбирается так, чтобы оно было ниже номинального напряжения электрической сети, но выше рабочего напряжения на лампе при ее горении.

Описанная схема включения одной лампы имеет следующие недостатки:

1.Низкий cos = 0,5 обусловлен применением индуктивного балласта.

2.Стробоскопический эффект - ложное, искаженное восприятие движущихся и неподвижных предметов.

3.Недопустимо высокие радиопомехи, создаваемые горящей лампой.

Для устранения этих недостатков используют комплексное устройство, обеспечивающее зажигание и нормальную работу лампы, повышение коэффициента мощности, подавление радиопомех и уменьшение пульсации светового потока. Оно носит название пускорегулирующего аппарата - ПРА.

На рис.4 приведена двухламповая стартерная схема включения люминесцентной лампы с расщепленной фазой. Ток первой лампы по фазе отстает от напряжения, а второй лампы - опережает. По этой причине периодические изменения световых потоков обеих ламп смещаются по времени и суммарный световой поток ламп становится почти постоянным, cos  такой схемы 0,92.

Рис.4. Двухламповая стартерная схема включения люминесцентных ламп

1. люминесцентная лампа, 2,3 - дроссель, 4- конденсатор,

5- сопротивление.

В процессе работы осветительных установок имеет место старение ламп и связанное с этим снижение светового потока, выход из строя стартеров, ПРА, нарушение контактных соединений и др.

В установках с большим количеством светильников с люминесцентными лампами проверку их для обнаружения причин повреждения проводят на стенде в ремонтном отделении мастерской. На стенде должны проверяться лампы и детали светильников, снятые с эксплуатации, и новые перед установкой.

Описание лабораторного стенда

Схема стенда приведена на рис.5.

Включение стенда в электрическую сеть переменного тока производится автоматическим выключателем QF1. Для изменения напряжения на стенде используется лабораторный автотрансформатор АТ с диапазоном 0250 В. Контроль напряжения осуществляется вольтметром V1.

Наличие клемм 3,4,5 позволяет использовать стенд для проверки ламп, стартеров, ПРА, а также для включения в схему дросселей, соответствующих испытуемым лампам.

По амперметру А1, вольтметру V2 и ваттметру W2 проверяют ток, напряжение и мощность лампы. Контрольные лампы HL1 и HL2 и кнопки SB3 и SB4 предназначены для проверки целостности электродов люминесцентной лампы. Форсированное зажигание лампы можно осуществить при помощи стартера SF2 и кнопки SB4. Кнопка SB5 служит для зажигания лампы (без фокусировки).

Для обнаружения у лампы выпрямляющего эффекта в схеме стенда используется амперметр постоянного тока А2, конденсатор С1 и кнопка SB1. Клеммы 1 и 2 предназначены для подключения осциллографа и измерения амплитудного значения тока лампы.

Лампы HL3, HL4 используются для проверки стартеров.

Для проверки сложных приборов включения используются клеммы 11, 12, контрольная лампа HL5 и кнопка SB6.

Рис. 5.

Порядок выполнения работы

1. Подключить, указанную преподавателем, люминесцентную лампу к стенду. К клеммам 3 и 4 присоединить дроссель, соответствующий испытуемой лампе. При помощи латора АТ установить номинальное напряжение на лампе и нажать кнопку SB5. При исправной лампе ее электроды накаляются, а при отпускании кнопки лампа зажигается.

Через 15 минут (период стабилизации лампы) по амперметру А1, вольтметру V2 и ваттметру W2 проверить ток, напряжение и мощность лампы на соответствие номинальным значениям. Определить коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре К_ПРА как отношение показаний ваттметра W1 к показаниям ваттметра W2.

2.Если при нажатии кнопки SB5 нет свечения нити электродов, то поочередной коммутацией переключателей SB2 и SB3 проверяется исправность электродов. Если электроды целые, зажигаются соответствующие контрольные лампы HL1 и HL2. В противном случае, лампы не горят.

3. Если же электроды исправны, а лампа все же не зажигается, что бывает с люминесцентными лампами, хранившимися долгое время, то прибегают к форсированному зажиганию ее при помощи дополнительного стартера SF2. Для этого, нажимая кнопку SB5, подогревают, как обычно, электроды лампы, а затем, не отпуская кнопку SB5 нажимают кнопку SB4. Лампа при этом, как правило, зажигается.

Если после отпускания кнопок в той же последовательности - SB5, затем SB4 - лампа продолжает гореть, то по прошествии 15 минут проверяют ток и напряжение на лампе, а затем пробуют ее включить без стартера SF2 и окончательно определяют ее пригодность.

Если после отпускания кнопок при форсированном зажигании лампа гаснет, можно, нажав еще раз кнопки, подержать их несколько секунд. Если и после этого лампа гаснет, значит, она неисправна.

4. Исправную лампу проверяют на отсутствие у нее выпрямляющего эффекта, возникающего в результате потери эмиссии одним из электродов лампы. Это явление сопровождается сокращением в 2 раза нормального числа периодических колебаний светового потока, вызывающим неприятное ощущение для глаз.

Согласно ГОСТа 6825-91, отношение амплитудного значения тока лампы к его действующему значению должно быть не более 1,7. Для измерения амплитуды тока используется осциллограф, подключаемый к клеммам 1 и 2 прецизионного сопротивления R величиной 0,2 Ома.

При этом амплитуда тока определяется по формуле:

,

где С - цена деления осциллографа, n - количество клеток шкалы осциллографа в пределах которых находится полуволна амплитуды напряжения; R = 0,2 Ом.

Если амплитуда тока превышает в 1,7 действующее значение тока - это свидетельствует о дефекте лампы.

Вторым способом обнаружения у лампы выпрямляющего эффекта в схеме стенда является применение амперметра постоянного тока А2.

При нажатии кнопки SB1 показания А2 не должно превышать 10-15% показаний прибора А2. При больших показаниях А2 (25-30% показаний А1) лампа подлежит отбраковке.

5. Проверить исправность стартера. Для этого закрепить стартер в стартеродержателе (при отключенном автомате QF1). Включить стенд автоматом QF1. Если стартер исправен, то через несколько секунд после включения стенда контрольные лампы HL3 и HL4 зажгутся и начнут мигать.

Лампы могут не зажечься из-за обрывов проводов стартера или иной неисправности.

Длительное горение ламп (без мигания) указывает на то, что в стартере произошло замыкание электродов или пробой конденсатора. Стартер в обоих случаях негоден.

Для проверки напряжения срабатывания стартера его следует установить

в стартеродержатель и затем, при помощи латра АТ и вольтметра V1, определить напряжение, при котором прекращается мигание ламп HL3 и HL4. В исправном стартере замыкание контактов происходит при напряжении выше 128 В при напряжении сети 220 В.

6. Для проверки исправности ПРА необходимо перемкнуть клеммы 3 и 5, к клеммам 11 и 12 подключить ПРА. По степени накала лампы HL5 проверяется отсутствие короткого замыкания обмоток ПРА при разомкнутой кнопке SB6, а при нажатии SB6 - по А1 - ток короткого замыкания ПРА.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Паспортные данные исследуемых люминесцентных ламп.

2. Измеренные параметры люминесцентных ламп (ток, напряжение, мощность).

3. Амплитудное значение тока лампы и значение постоянной составляющей тока. Выводы о пригодности лампы к эксплуатации.

4. Коэффициент потерь мощности в пускорегулирующей аппаратуре К_ПРА .

5. Напряжения срабатывания исследуемых стартеров, выводы о их исправности.

6. Выводы об исправности дросселя.

Контрольные вопросы

1. Поясните принцип работы люминесцентной лампы низкого давления.

2. Каково назначение стартера, дросселя в схеме включения люминесцентной лампы?

3. Какие неисправности могут иметь место в работе люминесцентной лампы?

4. Что понимается под стробоскопическим эффектом, и какие меры борьбы с этим явлением Вам известны?

5. Какие факторы влияют на работоспособность люминесцентной лампы?

6. Каким способом можно зажечь лампу, хранившуюся долгое время?

7. Каково рабочее напряжение стартера?

8. Каков срок службы люминесцентных ламп?

9. Поясните принцип работы двухламповой стартерной схемы включения

люминесцентных ламп.

Работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП

ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Назначение работы

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследовать светотехнические и электрические характеристики ламп высокого давления.

Теоретическая часть

При повышении давления и тока в газовом разряде, разряд становится более эффективным.

На основании этого свойства созданы лампы высокого давления:

-ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная);

-ДКсТ( дуговая ксеноновая трубчатая);

-ДРИ ( дуговая, ртутная, с добавлением иодидов металлов);

-ДНаТ( дуговая натриевая).

Наиболее широко применяются лампы ДРЛ - четырехэлектродные лампы высокого давления с люминофорным покрытием на колбе. Их используют как для освещения промышленных предприятий, так и в качестве источников света наружного освещения.

Лампы ДКсТ используются для освещения глубоких карьеров и отвалов, больших строительных площадок, городских площадей. Такая область их применения обусловлена вредным для людей избытком в их спектре ультрафиолетовых излучений. Лампы выпускаются мощностью 5, 10, 20, 50 и 100 кВт. Имеют форму трубок диаметром 22-42 мм и длиной 640-2610 мм. Световая отдача лежит в пределах 20-45 лм/Вт, возрастая с увеличением единичной мощности. Срок службы различных типов ламп лежит в пределах 300-750 ч.

Принцип действия лампы основан на излучении ксенона при давлениях от сотен до миллионов паскалей. Характерной особенностью разряда в инертных газах при высоких давлениях и больших плотностях тока является непрерывный спектр излучения, обеспечивающий хорошую цветопередачу. В видимой области спектр ксенонового разряда близок к солнечному. Важной особенностью такого разряда является его возрастающая вольтамперная характеристика при высоких плотностях тока, что позволяет стабилизировать разряд с помощью относительно небольших балластных сопротивлений. Преимуществом ксеноновых ламп является отсутствие периода разгорания. Параметры ксеноновых ламп практически не зависят от температуры окружающей среды вплоть до - 50С, что позволяет применять их в установках наружного освещения в любых климатических зонах.

Вместе с тем ксеноновые лампы имеют высокие напряжения зажигания и требуют применения специальных зажигающих устройств. Простейшая схема включения ксеноновой лампы приведена на рис.6.

Рис.6. Схема включения ксеноновой лампы

Р- разрядник, ЗТ- зарядный трансформатор,

ИТ- импульсный трансформатор, С,С1,С2-

конденсаторы.

В качестве коммутатора применен воздушный разрядник Р. При замыкании ключа К напряжение сети подается на первичную обмотку зарядного трансформатора ЗТ, и конденсатор С1 заряжается до напряжения около 3 кВ. Как только напряжение на конденсаторе С1 достигнет пробоя разрядника Р, последний пробивается, обеспечивая разряд конденсатора С1 на первичную обмотку импульсного трансформатора ИТ. При этом во вторичной обмотке ИТ индуцируются импульсы высокого напряжения (до 25 кВ) и высокой частоты (около 1000 Гц), которые и зажигают лампу. Конденсаторы С2, представляющие собой емкостной фильтр, препятствуют проникновению высокочастотных импульсов в питающую сеть. Реактивное сопротивление импульсного трансформатора выполняет роль токоограничивающего балласта. Схема имеет высокий коэффициент мощности. После зажигания лампы зажигающее устройство автоматически отключается.

Лампы ДРИ относятся к классу металлогалагенных ламп и созданы в результате совершенствования ламп ДРЛ. Они применяются для общего освещения промышленных и общественных помещений, открытых пространств, для облучения рассады в теплицах. Металлогалагенные лампы выпускаются с йодидами натрия и скандия. Мощность ламп 250, 400, 700, 1000, 2000,