Осветительные установки промышленных и гражданских объектов

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году




В.П. Шеховцов



ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ ОБЪЕКТОВ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ



Рекомендовано Учебно-методическим советом Учебно-методического центра по профессиональному образованию Департамента образования города Москвы в качестве учебного пособия для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования




Электронноznanium.com

Москва

2022

ИНФРА-М

УДК 628.9(075.32)
ББК 31.29-5я723
     Ш54




     Рецензенты:
        Рыдкий А.В. — заместитель директора Обнинского политехнического техникума по УВР;
        Ануров А.М. — заместитель директора Учебно-методического центра профессионального образования Департамента образования города Москвы




      Шеховцов В.П.
Ш54 Осветительные установки промышленных и гражданских объектов : учебное пособие / В.П. Шеховцов. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2022. — 158 с. — (Среднее профессиональное образование).


          ISBN 978-5-00091-654-4 (ФОРУМ)
          ISBN 978-5-16-013425-3 (ИНФРА-М, print)
          ISBN 978-5-16-107332-2 (ИНФРА-М, online)


         Основная цель учебного пособия — сосредоточить внимание преподавателей и обучающихся на достижениях и перспективах светотехники, опираясь на базовые знания предмета.
         Представленный материал содержит рекомендации по дальнейшему совершенствованию элементов осветительных установок (ОУ). Особое внимание уделено устройству и принципу действия новых источников света, светильников, ПРА. Рассмотрены некоторые принципиально новые системы освещения, излагается новый взгляд на вопросы проектирования и эксплуатации ОУ.
         Пособие предназначено для студентов и преподавателей по специальности «Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт электрического и электромеханического оборудования».


УДК 628.9(075.32)
ББК 31.29-5я723





















ISBN 978-5-00091-654-4 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013425-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-107332-2 (ИНФРА-М, online)


© Шеховцов В.П., 2009
© ФОРУМ, 2009

                Оглавление






           Введение........................................................5

           Глава 1. Общие сведения.........................................6
           1.1. Глобализация светотехнической промышленности...............6
           1.2. Освещение, производительность труда, здоровье..............7
           1.3. Оптическое излучение (ОИ)..................................8

           Глава 2. Источники света (ИС)..................................12
           2.1. Светотехнические понятия..................................12
           2.2. Лампы накаливания (ЛИ)....................................19
           2.3. Газоразрядные лампы (ГЛ)..................................22
                  •  Ртутные лампы........................................26
                  •  Металлогалогенные лампы..............................31
                  •  Натриевые лампы......................................34
                  •  Ксеноновые лампы.....................................38
                  •  Лампы тлеющего свечения..............................39
           2.4. Индукционные лампы (ИЛ)...................................41
                  •  ИЛ т. «Master QL» (Нидерланды — «Philips»)...........43
                  •  ИЛ т. «Endura» (Германия — «Osram»)..................45
                  •  ИЛ т. «Genura» (США — «General Electric»)............46
                  •  Расчет эксплуатационной стоимости ИЛ (формула).......48
           2.5. Светодиодные лампы (СДЛ)..................................48
                  •  Устройство светодиода (СД) и принцип получения света.48
                  •  СД белого свечения...................................50
                  •  Светодиодные осветители (СДО)........................51
                  •  СД-модули на переменном токе «Acriche» (Корея).......55
           2.6. Компактные лампы (КЛ).....................................59
                  •  КЛЛ — компактная люминесцентная лампа................59
                  •  БКЛЛ — безъэлектродная компактная Л Л................61
           2.7. Комплектные осветительные устройства (КОУ)................64
                  •  КОУ со щелевым световодом............................64
                  •  Световоды............................................70
                  •  У ПС — устройство с плоским световодом...............75
                  •  Применение У ПС в народном хозяйстве.................79
           2.8. Перспективное направление развития ИС.....................83
                  •  Материалы тел накала.................................84
                  •  ЛЛ серии Т5 с ЭПРА...................................85
                  •  Светодиодные источники света (программа).............87
                  • Современное состояние и тенденции развития СД-го освещения.........................................88
                  •  Проблемы и перспектива применения СД в 2008 г........91

3

        Глава 3. Световые приборы (СП).................................92
        3.1. Общая характеристика СП...................................92
        3.2. Пуско-регулирующие аппараты (ПРА).........................97
               •  Электромагнитные ПРА (ЭмПРА).........................99
               •  Электронные ПРА (ЭПРА)...............................99
               •  Интеллектуальные ЭПРА...............................103
        3.3. Схемы зажигания..........................................104
               •  Схема «холодного» зажигания с ЗУ на умножителе напряжения ...........................................104
               •  Схемы «холодного» бесстартерного зажигания ЛЛ.......105
               •  Схема включения ГЛВД................................107
               •  Схема включения ГЛ с УИЗУ...........................108
               •  Схема «горячего» зажигания со стартером тлеющего разряда ..109
               •  Схема с тиристорным ЭЗУ.............................111
               •  Варианты схем зажигания ЛЛ с ЭПРА...................113
               •  Схема включения безъэлектродной ЛЛ..................114
        3.4. Новинки СП...............................................115
               •  Новый модульный светильник ЛЛ.......................115
               •  Светильник с белыми СД и БПН (блоком повышения напряжения)...........................................117

        Глава 4. Осветительные установки (ОУ)...........................121
        4.1. Системы освещения..........................................121
               •  Пассивная световодная система естественного освещения.122
               •  Интегральная система освещения помещений............124
        4.2. Управление освещением....................................129
               •  «Коридорные» схемы..................................129
               •  Принципиальные электрические схемы ДУ...............131
               •  «Каскадная» схема управления........................135
               •  Система управления освещением (СУО).................135
               •  Безъэлектродные ЛЛ и применение интегральных микросхем.. 137
        4.3. Экология и энергосбережение в светотехнике...............138
        4.4. Проектирование и эксплуатация............................141
               •  Поправочные коэффициенты............................141
               •  Установленная удельная мощность при проектировании ОУ.... 146
               •  Энергоэффективность и эргономичность ОУ.............148
               •  Эксплуатация ОУ внутреннего освещения...............150
               •  Определение среднего срока службы ЛЛ................153
               •  Гармонические искажения в сети от ИС, управляемых электронными устройствами.............................154

        Заключение....................................................156

        Литература....................................................157

                ВВЕДЕНИЕ






       Материал учебного пособия «Осветительный установки промышленных и гражданских объектов» предназначен для студентов и преподавателей по специальности 140613 «Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт электрического и электромеханического оборудования».
       Базовым документом является рабочая программа по предмету «Электрическое и электромеханическое оборудование», включающая вопросы светотехники.
       В настоящее время актуальность и темпы развития светотехники обязывают пополнять недостающий учебный материал.
       Основная цель создания данной разработки — это сосредоточить внимание преподавателей и обучаемых на достижениях настоящего времени и перспективах светотехники, опираясь на фундамент классических понятий и знаний.
       Кроме того, представленный материал традиционного изложения содержит рекомендации по дальнейшему совершенствованию элементов осветительных установок (ОУ).
       Особое внимание уделено устройству и принципу действия новых источников света, светильников, ПРА.
       Рассмотрены некоторые принципиально новые системы освещения, излагается новый взгляд на вопросы проектирования и эксплуатации ОУ.
       Включены некоторые справочные данные по ходу текста, экспериментальные показатели, которые могут быть успешно использованы при курсовом проектировании.
       Частично освещены вопросы управления ОУ и их особенности настоящего времени.
       Объем материала превышает программный, что позволяет варьировать им при составлении «календарных планов» преподавателями.
       Данная разработка позволит расширить круг знаний в области светотехники, пополнит учебный фонд образовательных учреждений по профилю названной выше дисциплины.
       Достоинством предлагаемого учебника является:
       • Возможность индивидуального освоения материала.
       • Использование при курсовом проектировании.
       • Осознанное видение путей энергоэффективного развития светотехники.
       Материал опробован в учебном процессе Обнинского политехникума и может быть использован при любых формах обучения (дневное, вечернее, дистанционное, заочное и экстернат).

В.П. Шеховцов

Глава 1




                ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ







   ■ 1.1. Глобализация светотехнической промышленности


       Глобализация в светотехнической промышленности — явление 21 века. Она означает охват международного рынка крупнейшими фирмами-производителями, диктующими свою волю в светотехнике.
       Это обеспечивается наличием новых технологий, позволяющих производить новые качественные товары так быстро, как это требует мировой рынок. Т.е. новые технологии должны способствовать производить лучшие товары со скоростью спроса рынка.
       Явление глобализации, в основном, определяют 3 фактора:
       •     Развитие цифровой связи, что позволило глобальный обмен информацией в режиме реального времени.
       •     Политические события (падение «железного занавеса»), которые привели к появлению близких привлекательных площадей с дешевой рабочей силой.
       •    Мировой рынок капитала с мобильными финансовыми инструментами.
       Первое представление о глобализации дает рисунок 1.1.1.


Рис. 1.1.1. Блочная схема глобализации светотехнической промышленности

6

      Глобализация предусматривает производство качественной продукции при малых затратах и сбыт ее по доступным ценам большими объемами. Это возможно, в основном, для крупных объединений, т.к. расходы на разработку новой продукции дадут положительный результат только при сбыте ее в больших количествах.
      Консолидация — это объединение, сплочение отдельных лиц, групп, организаций для усиления борьбы за общие цели.



   ■ 1.2. Освещение, производительность труда, здоровье


      С 2003 года особое внимание уделяется проблемам: «Свет и здоровье», «Свет и производительность труда», «Зрительное восприятие».
      Прогресс в области полупроводниковых источников света наметил новое направление — применение светодиодов (СД) для освещения и сигнализации.
      Перспективным средством доставки световой энергии к потребителю являются полые протяженные световоды.
      На основании исследований можно сделать следующие практические выводы:
      •     Увеличение уровня освещенности от требуемого минимального 300 лк до 500 лк приводит к повышению производительности труда не менее, чем на 11%. При этом, энергопотребление и затраты на обслуживание ОУ современного уровня будут ниже.
      •     Возраст работников производства стал критерием зрительной работоспособности, а значит уровня и качества освещения.
      При правильном проектировании окружающая производственная среда может оказывать стимулирующее воздействие на работающих в ней людей. Это выражается большим КПД и меньшим количеством ошибок, благоприятным психологическим настроем, позволяющим сохранять бодрость более длительное время.
      •     Вклад естественного освещения очень существенен не только для повышения уровня освещенности, но и для улучшения настроения и бодрствования.
      Плохое качество освещения приводит к усталости глаз, переутомлению, а иногда к головным болям. Головные боли могут быть вызваны пульсацией светового потока ламп, что является следствием применения магнитных ПРА, работающих на частоте 50 Гц.
      В некоторых случаях «мерцание» вызывает стресс. Такого эффекта не создают электронные ПРА, работающие на частоте 25 кГц.
      При изменении освещенности в диапазоне от 300 до 2000 лк линейную зависимость имеют следующие показатели: зрительная работоспособность (рост), количество брака (снижение), число несчастных случаев (меньше).



7

       При достаточном количестве света для выполнения зрительной работы освещение должно удовлетворять трем основным критериям:
       •     равномерность освещения и распределения яркости в рабочей зоне помещения,
       •   требуемый цвет освещения и хорошая цветопередача,
       •   отсутствие пульсаций и блесткости ОУ.



   ■    1.3. Оптическое излучение (ОИ)

       Оптическое излучение (ОИ) — это электромагнитное излучение с длинами волн от 1 до 10⁶ нм (между рентгеновскими лучами и радиоизлучением).
       В соответствии с предложением международной комиссии освещения (МКО) распределение спектра ОИ по длине волны (X, нм) представлено наглядно на рисунке 1.3.1.
       Оптическое излучение включает три составляющих:
       -     ультрафиолетовую (УФ), с длиной волны в пределах от 1 до 380 нм (нанометров);
       -     видимое излучение (свет), с длиной волны в пределах от 380 до 780 нм;
       -   инфракрасную (ИК), с длиной волны в пределах от 780 до 10⁶ нм.
       У   Ф-излучение делится на 3 зоны:
       •   УФ-Ас А. = 100...280нм,
       •   УФ-В с X = 280...315 нм,
       •   УФ-С с X = 315...400 нм.
       Установлено, что УФ-излучение благотворно влияет на ткани и клетки живых организмов. В зависимости от длин волн можно выделить следующие диапазоны:
       -   от 200 до 400 нм — биологическое действие;
       -     от 280 до 400 нм — полезное действие на организм человека, животных и птиц;
       -   от 220 до 315 нм — бактерицидное действие, Хм = 260 нм;
       -   от 250 до 315 нм — антирахитное действие, Хм = 280 нм;
       -   от 280 до 315 нм — витальное (жизненное) действие, Хм = 290 нм;
       -   от 315 до 400 нм — загарное действие, Хм = 340 нм.
       ИК-излучение делится на 3 зоны:
       •   ИК-А с X = 780... 1400 нм,
       •   ИК-ВсХ = 1400...3000 нм,
       •   ИК-СсХ = 3000...10б нм.
       Видимое излучение (свет) — это излучение, которое при действии на сетчатку глаз вызывает зрительное ощущение (превращение энергии внешнего раздражителя в факт сознания).

8

Видимое излучение (свет)

D 380

Максимальная чувствительность дневного зрения человеческого глаза

Инфракрасное излучение

   X более 10⁶ нм — радиоволны СВЧ, УКВ, КВ, СВ, ДВ
   Нанометр 1 нм = 10 ⁹ м
   МКО — Международная комиссия по освещению


Рис. 1.3.1. Распределение спектра оптического излучения по длине волны (X, нм) предложенное МКО


    Преобразование излучения в зрительное ощущение процесс сложный и поэтапный, влияющий на восприятие окружающего мира и здоровье.
    Цветовое пространство воспринимается во всем своем многообразии, благодаря широте спектральной чувствительности глаза. Наглядное представление об этом дает кривая спектральной чувствительности глаза на рисунке 1.3.2.

9

Хм = 515 нм (ночное зр.) А, = 380-780 нм (видимое)
ПЭЛН = 0,02               ПЭЛЛ = 0,06

Рис. 1.3.2. Кривая спектральной чувствительности глаза

   Показатель экономичности (ПЭ) ИС — это отношение светоотдачи ИС (Сис, лм/Вт) к максимально возможному значению светоотдачи (СмаКс ⁼ = 683 лм/Вт).

ПЭ = С„с/С

макс*

    Элементарной частицей излучения является фотон, движущийся в вакууме со скоростью света Со»2,9979-10⁸ м/с.
    Энергия фотона — квант £ = h-v, где h — постоянная Планка, равная 6,626-10’³⁴ Дж-с; v — частота излучения, Гц.


            л С


    Длина волны фотона в вакууме А, = —-, нм.
v
    Генераторами излучения являются движущиеся молекулы и атомы вещества.
    Светотехника — наука, объектом изучения которой является оптическое излучение.
    Классификация источников оптического излучения представлена на рисунке 1.3.3.

10