Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева

Факультет: ФИТЭ

Кафедра: Промышленная энергетика

РЕФЕРАТ

На тему:

Основы светотехники

Выполнили: студенты группы 11-ЭЛ-1

Данько И., Фатихов К.

Проверила: доцент, к. ф.-м. н.

Ердыбаева Н.К.

Усть-Каменогорск 2011



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СВЕТ

2. ОПТИКА

2.1 Природа света

2.2 Характеристики света

2.2.1 Частота

2.2.2 Спектр (Цвет)

2.2.3 Поляризация

2.2.4 Скорость света

2.2 Волновые свойства света

2.3.1 Когерентность

2.4.3 Интерференция света

2.4.3 Дифракция

2.4.4 Дисперсия

3. Светотехника

3.1 Измерение световых величин

3.2 Взаимодействие оптического излучения с телом

4. Источники света: светильники и их характеристики

4.1. Тепловые источники света.

4.2. Разрядные источники света.

4.3. Светильники

4.4 Нормирование, виды и системы освещения

4.5 Выбор нормированной освещенности.

ВЫВОД



ВВЕДЕНИЕ

Преобразование электрической энергии в лучистую энергию оптического диапазона осуществляется технологическими электроустановками освещения и облучения.

Наиболее широко используются установки электроосвещения, которые стали неотъемлемой электротехнической частью на любом производстве и в быту и обеспечивают возможность нормальной деятельности людей при отсутствии или недостаточности естественного освещения.

Электроустановки облучения отличаются от электроустановок освещения только тем, что в своём составе вместо источников света имеют источники ультрафиолетового или (и) инфракрасного спектра оптического излучения и применяются в специальных технологических целях.

Использование оптического излучения - важнейший фактор дополнительного совершенствования и повышения эффективности производства и улучшения быта.

В настоящее время большое внимание уделяется энергетической и экономической эффективности осветительных электроустановок, на нужды которых в нашей стране затрачивается свыше 13% вырабатываемой электроэнергии.



1. СВЕТ

Свет -- электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом. Нередко, под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра.

В быту свет не принято воспринимать как излучение. Тем не менее именно нагретые или по-иному возбужденные состояния окружающих нас предметов и позволяют видеть их человеческому глазу. Еще из школьного курса физики известно, что природа света двояка. С одной стороны он -- электромагнитная волна, с другой -- поток частиц фотонов, в этом и состоит корпускулярно-волновой дуализм, говоря по-научному. В практике пожаротушения наибольший интерес вызывают особенности света именно волновой природы.

Свет может распространяться там, где звук уже не существует (если смотреть через прозрачный колпак, из-под которого выкачали воздух, то видно, как бьётся молоточек колокольчика под колпаком, а звука не слышно). Значит, световые колебания распространяются в особой среде, эту среду Гюйгенс назвал эфиром (современная наука отрицает существование эфира).

Физические величины, связанные со светом: яркость, освещённость, световой поток, световая отдача.

В физике свет изучается в разделе «Оптика».



2. ОПТИКА

Оптика (от др.-греч. ?рфйкЮ появление или взгляд) -- раздел физики, рассматривающий явления, связанные с распространением электромагнитных волн преимущественно видимого и близких к нему диапазонов (инфракрасное и ультрафиолетовое излучение). Оптика описывает свойства света и объясняет связанные с ним явления. Методы оптики используются во многих прикладных дисциплинах, включая электротехнику, физику, медицину (в частности, офтальмологию). В этих, а также в междисциплинарных сферах широко применяются достижения прикладной оптики.

Важнейшие понятия оптики: преломление и отражение света (ход лучей света на примере призмы).

Вместе с точной механикой оптика является основой оптико-механической промышленности.

2.1 Природа света

Оптика оказалась одним из первых разделов физики, где проявилась ограниченность классических представлений о природе. Была установлена двойственная природа света:

Корпускулярная теория света, берущая начало от Ньютона, рассматривает его как поток частиц -- квантов света или фотонов. В соответствии с идеей Планка любое излучение происходит дискретно, причём минимальная порция энергии (энергия фотона) имеет величину

е = hн,

где частота н соответствует частоте излучённого света, а h есть постоянная Планка. Использование представлений о свете, как потоке частиц, объясняет явление фотоэффекта и закономерности теории излучения.

Волновая теория света, берущая начало от Гюйгенса, рассматривает свет как совокупность поперечных монохроматических электромагнитных волн, а наблюдаемые оптические эффекты как результат сложения (интерференции) этих волн. При этом считается, что в отсутствие перехода энергии излучения в другие виды энергии, эти волны не влияют друг на друга в том смысле, что, вызвавшая в некоторой области пространства интерференционные явления, волна продолжает распространяться дальше без изменения своих характеристик. Волновая теория электромагнитного излучения нашла своё теоретическое описание в работах Максвелла в форме уравнений Максвелла. Использование представления о свете, как о волне, позволяет объяснить явления, связанные с интерференцией и дифракцией, в том числе структуру светового поля (построение изображений и голографию).

2.2 Характеристики света

Длина световой волны л зависит от скорости распространения волны в среде и связана с нею и частотой соотношением:

На практике принято считать, что показатель преломления среды является функцией длины волны: n = n(л). Зависимость показателя преломления от длины волны (точнее -от частоты) проявляется в виде явления дисперсии света.

Характеристиками света являются:



2.2.1 Частота

Главной характеристикой электромагнитной волны является частота, поскольку именно она определяет особенности приема информации. Каждый радиоприемник имеет определенный диапазон рабочих частот. Человеческий глаз также является «приемником» -- со своим рабочим диапазоном. Он настроен на прием электромагнитных волн определенных частот, которые человек воспринимает как видимый свет. Анатомическое строение нашего глаза таково, что одинаковый по интенсивности свет различных оттенков он воспринимает всего лишь как более или менее яркий. Распределение электромагнитных волн по различным частотам называется спектром. Если мы рассмотрим общий спектр электромагнитных волн и место видимого света в нем, то получим следующую картину (Таблица.1)

Таблица 1.

Свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна, скорость распространения в вакууме которой постоянна (с = 299 792 458 м/с) , либо как поток фотонов: частиц, обладающих определённой энергией и нулевой массой покоя.

2.2.2 Спектр (Цвет)

Одной из характеристик света является его цвет, который для монохроматического излучения определяется длиной волны, а для сложного излучения -- его суммарным спектром.

Свет, видимый человеком, занимает лишь малый участок спектра электромагнитных волн (рис 1.).

Наш глаз способен воспринимать электромагнитное излучение в диапазоне частот от 400 до 700 нм. Важно то, что цвет наблюдаемого света зависит от его частоты. По мере роста частоты цвет видимого света меняется от красного к фиолетовому. При этом одни цвета занимают более широкие диапазоны частот, а другие -- более узкие.

2.2.3 Поляризация

Поляризамция волн -- явление нарушения симметрии распределения возмущений в поперечной волне (например, напряжённостей электрического и магнитного полей в электромагнитных волнах) относительно направления её распространения. В продольной волне поляризация возникнуть не может, так как возмущения в этом типе волн всегда совпадают с направлением распространения.

Поперечная волна характеризуется двумя направлениями: волновым вектором и вектором амплитуды, всегда перпендикулярным к волновому вектору. Так что в трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы -- вращение вокруг волнового вектора.

Причиной возникновения поляризации волн может быть:

несимметричная генерация волн в источнике возмущения;

анизотропность среды распространения волн;

преломление и отражение на границе двух сред.

2.2.4 Скорость света

Универсальным понятием в физике является скорость света c. Её значение в вакууме представляет собой не только предельную скорость распространения электромагнитных колебаний любой частоты, но и вообще предельную скорость распространения любого воздействия на материальные объекты. При распространении света в различных средах скорость света v уменьшается:

v = c / n,

где n есть показатель преломления среды, характеризующий её оптические свойства и зависящий от частоты света:

n = n(н)

2.3 Волновые свойства света

2.3.1 Когерентность

Когерентность (от лат. cohaerens -- «находящийся в связи») -- скоррелированность (согласованность) нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.

Классический пример двух когерентных колебаний -- это два синусоидальных колебания одинаковой частоты.

Когерентность волны означает, что в различных точках волны осцилляции происходят синхронно, то есть разность фаз между двумя точками не зависит от времени. Отсутствие когерентности, следовательно -- ситуация, когда разность фаз между двумя точками не постоянна, а меняется со временем. Такая ситуация может иметь место, если волна была сгенерирована не единым излучателем, а совокупностью одинаковых, но независимых (то есть нескоррелированных) излучателей.

Изучение когерентности световых волн приводит к понятиям временномй и пространственной когерентности. При распространении электромагнитных волн в волноводах могут иметь место фазовые сингулярности. В случае волн на воде когерентность волны определяет так называемая вторая периодичность.

Без когерентности невозможно наблюдать такое явление, как интерференция.

Радиус когерентности -- расстояние, при смещении на которое вдоль псевдоволновой поверхности, случайное изменение фазы достигает значения порядка р.

2.4.3 Интерференция света

Интерференция света -- это явление сложения световых волн, при котором обычно наблюдается распределение интенсивности света в виде чередующихся светлых и темных полос. Явление взаимного усиления (ослабления) света, при наложении двух его волн, которые имеют одинаковые частоты колебаний.

Это явление наблюдались еще Ньютоном, но он не мог объяснить его с точки зрения его корпускулярной теории. Объяснить интерференцию света как волновое явление смогли в начале 19 в. Т. Юнг и О. Френель

Свет, испускаемый разными источниками, строго монохроматическим не бывает. Поэтому для наблюдения интерференции свет от одного источника нужно разделить на два пучка. Для деления волнового фронта пучок света пропускается, например, через два близко расположенных отверстия в непрозрачном экране.

Рис 2. (интерференция света)

2.4.3 Дифракция

Дифракция волн (лат. diffractus -- буквально разломанный, переломанный, огибание препятствия волнами) -- явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. (Рис 3.)

Рис. 3

Первоначально понятие дифракции относилось только к огибанию волнами препятствий, но в современном, более широком толковании, с дифракцией связывают весьма широкий круг явлений, возникающих при распространении волн в неоднородных средах, а также при распространении ограниченных в пространстве волн. Дифракция тесно связана с явлением интерференции. Более того, само явление дифракции зачастую трактуют как частный случай интерференции (интерференция вторичных волн).

Дифракция волн наблюдается независимо от их природы и может проявляться:

- в преобразовании пространственной структуры волн. В одних случаях такое преобразование можно рассматривать как «огибание» волнами препятствий, в других случаях -- как расширение угла распространения волновых пучков или их отклонение в определённом направлении;

- в разложении волн по их частотному спектру;

- в преобразовании поляризации волн;

- в изменении фазовой структуры волн.

Дифракционные эффекты зависят от соотношения между длиной волны и характерным размером неоднородностей среды либо неоднородностей структуры самой волны. Наиболее сильно они проявляются при размерах неоднородностей сравнимых с длиной волны. При размерах неоднородностей существенно превышающих длину волны (на 3-4 порядка и более), явлением дифракции, как правило, можно пренебречь. В последнем случае распространение волн с высокой степенью точности описывается законами геометрической оптики. С другой стороны, если размер неоднородностей среды много меньше длины волны, то в таком случае вместо дифракции часто говорят о явлении рассеяния волн.

2.4.4 Дисперсия

Дисперсия света -- разложение света в спектр, явление характеризующее зависимость показатель преломления вещества от длины волны.

При попытки усовершенствовать телескоп, Ньютон обратился к исследованию цветов, наблюдаемых при преломлении света. Стремясь получить линзы лучшего качества, Ньютон убедился, что главным недостатком изображений является наличие окрашенных краёв. Исследуя окрашивание при преломлении, Ньютон сделал величайшие оптические открытия (например, явление дисперсии).

Свет от источника падает на узкое отверстие, при помощи линзы изображение щели получается на экране в виде узкого белого прямоугольника, (рис 4).

Рис. 4

Поместив на пути пучка света призму, Ньютон обнаружил, что изображение щели сместится и превратится в окрашенную полоску (подобное явление мы наблюдаем в радуге). Это радужное изображение Ньютон условно разбил на 7 цветов.

В основных опытах Ньютона заключались следующие открытия:

1. Свет различного цвета характеризуется различными показателями преломления в веществе.

2. Показатель преломления вещества зависит от длины световой волны.

3. Белый свет есть совокупность простых цветов.



3. СВЕТОТЕХНИКА

Светотехника -- область науки и техники, предметом которой являются исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения и измерения характеристик оптического излучения, а также преобразование его энергии в другие виды энергии и использование в различных целях. Светотехника включает в себя также конструкторскую и технологическую разработку источников излучения и систем управления ими, осветительных, облучательных и светосигнальных приборов, устройств и установок, нормирование, проектирование, монтаж и эксплуатацию светотехнических установок.

Рис 5. Первая лампа Томаса Эдисона

В современное время светотехника -- это наука о свойствах света, возможностях и принципов его использования, а также о новых альтернативных источниках получения света. Светотехника как наука плотно связана с энергетикой, электроникой, оптикой, архитектурой. Наиболее востребованные и популярные направления светотехники -- изучение и разработка световых приборов на основе светодиодов, световой дизайн.

3.1 Измерение световых величин

Существуют два метода световых измерений: субъективный (зрительный), при котором приемником служит человеческий орган зрения (глаз), и объективный (физический), где для световых измерений используются физические приемники -- фотоэлементы, фотоумножители, фотографические материалы и др. В настоящее время субъективные измерения проводятся значительно реже, чем объективные. Субъективным методом пользуются при градуировке физических приемников, измерениях на линейном фотометре (светотехнической скамье), измерениях цветовой температуры. Измерение яркости проводят тем и другим методом. Для измерения освещенности, светового потока, снятия продольных кривых сил света, измерения энергетических величин используются физические приемники потока излучения. В основе субъективного метода световых измерений лежит способность глаза устанавливать равенство яркостей двух соприкосающихся поверхностей. При использовании физических приемников излучения для световых измерений приходится исправлять (корригировать) их спектральные чувствительности под спектральную чувствительность светлоадаптированного глаза.

3.2 Взаимодействие оптического излучения с телом

Длина волны или частота электромагнитных колебаний - это качественная характеристика монохромного оптического излучения.

Мощность оптического излучения, называемая лучистым потоком, даёт количественную оценку оптического излучения. В общем случае мощность лучистого потока измеряется в ваттах (Вт). Для видимого спектра оптического излучения этот поток называют световым потоком.

Основные величины, количественно характеризующие оптическое излучение в целом, - это лучистый поток и сила излучения, облучённость и экспозиция.

Лучистый поток Ф (Вт), характеризующий мощность оптического излучения, численно равен лучистой энергии dQ (Дж), излучаемой источником в единицу времени dt (с):

Ф = dQ /dt, (1.3)

Сила излучения I (Вт/ср) определяет удельную мощность излучения, приходящуюся на единицу пространственного угла d , измеряемого в стерадианах (ср):

I = dФ /d, (1.4)

Облучённость E (Вт/м²) характеризует удельную мощность излучения, приходящуюся на единицу облучаемой поверхности dS (м²):

E = dФ /dS, (1.5)

Экспозиция (Дж/м²), называемая также количеством облучения, определяет удельную энергию излучения, приходящуюся на единицу облучаемой поверхности в течение времени облучения (с),

H = 0 Edt, (1.6)

Энергия оптического излучения, падая на какой-либо объект, частично отражается от поверхности объекта, частично им поглощается и частично пропускается. Относительные значения потоков в долях от полного, упавшего на поверхность объекта, соответственно характеризуют коэффициенты: - отражения, - поглощения и - пропускания. Очевидно, что

+ + = 1 (1.7)

Эти коэффициенты - важные оптические показатели различных тел. В зависимости от преобладающего значения того или иного коэффициента тела подразделяют на отражатели, поглотители и фильтры.

Из всей энергии оптического излучения в другой вид преобразуется лишь та, которая поглощается телом. Тела, в которых происходит преобразование поглощенной энергии излучения в другие виды энергии (биологическую, тепловую, электрическую и т. д.), называют приёмниками.

свет волновой оптический источник



4. ИСТОЧНИКИ СВЕТА СВЕТИЛЬНИКИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

4.1 Тепловые источники света

Электрическим источником оптического излучения, и в частности источником света, называют устройство для преобразования электрической энергии в лучистую энергию оптического спектра.

В применяемых электрических источниках оптического излучения электрическая энергия преобразуется в лучистую двумя основными способами: нагревом тела электрическим током и электрическим разрядом в газах и парах металлов. В соответствии с этим электрические источники оптического излучения (лампы) подразделяют на тепловые и разрядные. Возможна и комбинация указанных способов в одном источнике. Различные лампы отличаются между собой электроэнергетическими, светотехническими и эксплуатационными параметрами и характеристиками.

Тепловые источники света выполняют в виде различных ламп накаливания. Несмотря на многообразие ламп накаливания, все они работают по единому физическому принципу преобразования электрической энергии в оптическое излучение путем нагрева электрическим током вольфрамовой нити до температуры 2200...2800°С, а также имеют сходные основные конструктивные элементы.

Для защиты от окисления тело накала лампы, выполненное в виде вольфрамовой нити, помещают в стеклянную колбу, из которой удаляют воздух и которую для газонаполненных ламп заполняют инертным газом (аргоном, криптоном, азотом или их смесью). Для включения лампы в электрическую цепь её снабжают цоколем, который для различных условий эксплуатации может быть резьбовым, штифтовым, цилиндрическим фиксирующимся и т. д. Наряду с прозрачными стеклянными колбами для снижения яркости лампы применяют матированные, опаловые или "молочные" колбы. Однако в таких колбах теряется до 20% светового потока лампы. В отдельных случаях цокольная часть внутренней поверхности колбы имеет отражатель, выполненный в виде зеркального напыления.

Излучательная способность тела нагрева согласно закону Стефана--Больцмана зависит от температуры его нагрева в четвертой степени. С другой стороны, закон смещения Вина устанавливает связь положения максимума в спектре излучения черного тела с температурой его нагрева

_max = С /Т, (2.1)

_max - длина волны, соответствующая максимуму в спектре излучения черного тела, нм;

С = 289810³ нмК - постоянная Вина;

Т -- абсолютная температура тела, К.

Из анализа формулы (2.1) следует, что с увеличением температуры нагрева максимум излучения черного тела смещается в более коротковолновую часть спектра. Установлено, что при максимуме излучения в видимой части спектра световой КПД потока излучения, выражаемый как отношение светового потока Фс к полному лучистому Фл, достигает максимума 14,5% при температуре около 6500 К. Реальные тела, используемые в качестве тепловых излучателей, не могут быть нагреты до такой температуры из-за нарушения их механической прочности (температура плавления вольфрама 3665 К). Поэтому реальный световой КПД ламп накаливания Фс /Фл с вольфрамовой нитью не превышает 4%. При этом в видимой части спектра ламп накаливания преобладают оранжево-красные излучения с длинами волн 600...760 нм. Сине-фиолетовых излучений с длинами волн 380...480 нм примерно в 10 раз меньше (рис.6).

Так как максимум излучения ламп накаливания расположен в инфракрасной части спектра излучения и в целом у них высокое значение энергетического КПД Фл /Рл ⁼ 0,7...0,9, то они также находят широкое применение для различных целей инфракрасного нагрева. У специальных инфракрасных ламп температура тела накала меньше, чем у обычных осветительных. Поэтому их срок службы в 6-10 раз больше, чем у осветительных, для которых номинальный срок службы (средняя продолжительность горения) составляет 1000 ч.

Рис. 6. Спектральные характеристики типовых видов электрических источников излучения: 1 - разрядного (в ксеноне); 2 - теплового.

Для уменьшения отрицательного влияния распыления вольфрамовой нити накала на показатели лампы накаливания внутрь стеклянной колбы вводят в ряде случаев небольшое количество йода или брома. Такие лампы называют галогенными.

Внешнее отличие галогенных осветительных ламп накаливания состоит в том, что их колба выполнена из кварцевого стекла в виде цилиндрической трубки малого объема, у которой на концах имеются выводы для подключения. Вольфрамовая спираль на поддержках вытянута по оси трубки. Поэтому для нормальной работы галогенные лампы устанавливают только в горизонтальном положении.

Галогенные лампы накаливания по сравнению с лампами накаливания общего назначения имеют большую световую отдачу: 20... 35 лм/Вт против 8...20 лм/Вт. Их номинальный срок службы в 2 раза больше. Световой поток к концу срока службы у галогенных ламп снижается всего на 2% вместо 20% у ламп накаливания общего назначения.

Существенные преимущества ламп накаливания -- простота устройства, удобство в эксплуатации и относительно малая стоимость.

Отклонения питающего напряжения от номинального значения существенно влияют на характеристики ламп накаливания и, прежде всего, на их срок службы. Например, повышение температуры нити накала всего на 1% увеличивает распыление вольфрама почти в 2 раза. Учитывая это обстоятельство, лампы накаливания выпускают на определенные диапазоны питающего напряжения: 125...135, 215...225, 220...230 В и т. д.

Мощность ламп накаливания общего назначения от долей ватта до 1000 Вт, галогенных -- до 20 кВт.

Обозначение ламп накаливания общего назначения состоит из одной или нескольких букв: В -- вакуумная, Г -- газонаполненная (86% аргон, 14% азот); БК -- биспиральная криптоновая (86% криптон, 14% азот) и т. д. Цифры после буквенного обозначения показывают диапазон уровней питающего напряжения в вольтах, далее номинальную мощность лампы в ваттах и затем порядковый номер разработки. Например, Г-215-225-200 -- лампа накаливания газонаполненная моноспиралная на диапазон напряжений 215...225В номинальной мощностью 200Вт при среднем расчетном напряжении питания 220В.

4.2 Разрядные источники света.

Разрядные источники оптического излучения, в том числе светового, работают по принципу преобразования в оптическое излучение энергии дугового электрического разряда.

Тихий и тлеющий электрические разряды из-за крайне малого КПД излучения для целей освещения и облучения не используют.

В зависимости от давления внутри разрядной колбы различают лампы: низкого (0,1...10⁴ Па), высокого (310⁴…10⁶ Па) и сверхвысокого (более 10⁶ Па) давления. От значения рабочего давления в колбе зависят КПД и спектр излучения разрядной лампы.

У разрядных ламп низкого давления энергетический КПД (Фл/Рл) высокий, а световой КПД потока излучения (Фс/Фл) мал, так как значительная часть их излучения сосредоточена в невидимой УФ-зоне спектра. Для разрядных ламп высокого давления наоборот: энергетический КПД меньше, а световой КПД больше.

Так как эффективный световой КПД лампы (Фс/Рл) равен произведению КПД энергетического (Фл/Рл) и светового (Фс/Фл), то это обусловило равноценную применимость обоих типов ламп.

В отличие от ламп накаливания, имеющих сплошной спектр излучения, разрядные лампы обладают ступенчатым или полосовым спектром, состав излучения которого зависит от состава газа и паров металла, наполняющих разрядную колбу (рис. 7).

Рис. 7. Устройство (а) и типовая стартерная схема включения (б) трубчатой разрядной лампы низкого давления: 1 - колба; 2 - стеклянная ножка; 3 - спиральный электрод; 4 - цоколь; 5 - штыревые токоподводы

Разрядные лампы низкого давления имеют разрядную колбу 1 в виде стеклянной трубки, на концах которой в цоколь 4 вмонтированы штыревые токоподводы 5 (рис.7 а). В оба цоколя 4 лампы через стеклянные ножки 2 впаяны оксидированные электроды 3, выполненные в виде моноспирали из вольфрама. У осветительных ламп внутренняя часть колбы из обычного стекла, которое не пропускает УФ-излучение, покрыта слоем люминофора. У ламп для УФ-облучения колбы выполняют из специального кварцевого или увиолевого стекла, которое имеет высокий коэффициент пропускания УФ-излучения соответствующей зоны УФ-спектра. Внутренний объем колбы заполняют аргоном и вводят небольшое количество ртути. Электрический разряд в лампе начинается в атмосфере инертного газа аргона, а затем по мере испарения ртути продолжается в её парах.

В люминесцентных разрядных лампах преобразование электрической энергии в видимое излучение происходит в два этапа.

На первом этапе электрический разряд в парах ртути сопровождается УФ-излучением в виде двух монохроматических потоков с длинами волн 253,7 и 184,9 нм, которые сами по себе являются мощными источниками бактерицидного излучения.

На втором этапе возникающее коротковолновое УФ-излучение преобразуется в слое люминофора колбы в видимое. То есть, в излучение с большей длиной волны и с меньшей энергией фотонов, так как что часть энергии фотонов теряется в слое люминофора на втором этапе преобразования. Изменяя состав люминофора, изменяют спектральный состав видимого излучения лампы.

Маркировка люминесцентных ламп низкого давления содержит буквенное обозначение, начинающееся с буквы Л (люминесцентная) и второй буквы, раскрывающей особенности ее спектра излучения: Б -- белая, ТБ -- тепло-белая, ХБ -- холодно-белая, Д -- дневная, Е -- естественная, БЕ -- белая естественная, ХЕ -- холодная естественная. Ц -- с повышенной цветопередачей, УФ -- ультрафиолетовая, Ф -- фотосинтезная, Р -- рефлекторная, У -- U - образная, К - кольцевая. После буквенного обозначения следуют цифры, указывающие мощность лампы в ваттах, и через дефис -- номер разработки. Например, ЛБР-80 -- лампа люминесцентная белая рефлекторная мощностью 80 Вт.

4.3 Светильники

Электрические источники оптического излучения, и в частности света, используют в комплекте с устройствами, которые предназначены для установки и подключения к электропитанию самих источников излучения, для перераспределения их потока излучения и для защиты источников от механических повреждений и неблагоприятных воздействий окружающей среды. Такие устройства, перераспределяющие свет в больших телесных углах до 4 стерадиан называют светильниками, а внутри малых углов - прожекторами. В общем случае эти устройства принято называть - световые приборы.

Основные признаки, по которым классифицируют световые приборы, - это назначение, характер светораспределения и эксплуатационные условия.

По назначению световые приборы подразделяют на производственные, бытовые, транспортные, для общественных помещений, для наружного освещения и др.

Рис. 8. Конструкция светильника типа ППД для общего освещения производственных помещений: 1 - лампа; 2 - отражатель;3 - светопропускающий элемент; 4 - защитная сетка; - защитный угол светильника.

Основная светотехническая функция светильников и прожекторов - перераспределять световой поток источников, так как они излучают свет практически во всех направлениях пространства. Исключение составляют лишь лампы с зеркальным напылением на внутренней поверхности колбы. Поэтому для изменения направления светового потока в нужном направлении, что является экономически целесообразным, в прожектор или светильник устанавливают отражатель. Лампу, а иногда и отражатель, как правило, защищают от внешних воздействий светопропускающим элементом, который в ряде случаев дополнительно защищают от возможных механических повреждений - защитной сеткой, (рис.8).

Поверхность светопропускающего элемента светильника при необходимости выполняют рифлёной или матированной, что снижает яркость свечения источника света и, соответственно слепящее воздействие от него. Кроме того, он может быть выполнен в виде цветного светофильтра для коррекции спектра излучения источника и снижения от него слепящего действия.

Защитный угол светильника (рис. 8) как и его светопропускающий элемент также имеет важное значение для ограничения слепящего действия от источника света. Круглосимметричные светильники характеризуются одним значением угла . Светильники с трубчатыми люминесцентными светильниками характеризуются двумя значениями защитного угла : в поперечной и продольной плоскостях. Для обеспечения равенства указанных защитных углов в таких светильниках устанавливаются затеняющие продольные и поперечные планки, образующие затеняющую решётку.

Ограничение ослеплённости, создаваемой светильниками, достигается соответствующей высотой их подвеса, наименьшее значение которой, регламентируется «Строительными нормами и правилами» (СниП), согласно которых эта высота подвеса зависит от типа светильника, значения его защитного угла и мощности применяемой лампы.

Если в светильнике применяется лампа накаливания с колбой из матированного стекла, то регламентируемая наименьшая высота подвеса светильника может быть снижена на 0,5 м. Если светильник с лампой накаливания имеет защитный угол 10⁰, то такие светильники без светопропускающего элемента в виде рассеивателя не применяются. Светильники с лампами накаливания мощностью до 60 Вт, у которых колба лампы из матированного стекла или матированный светопропускающий элемент, не имеют ограничений по высоте подвеса.

Высота подвеса светильников с лампами типа ДРЛ должна быть не менее 6 м при мощности лампы 400 Вт и более и не менее 4 м при мощности лампы менее 400 Вт.

Источник света, отражатель и светопропускающий элемент составляют оптическую систему светового прибора.

4.4 Нормирование, виды и системы освещения

При выполнении расчёта электроосвещения придерживаются следующей последовательности:

Выбирают источник света, систему и вид освещения, нормируемую освещенность Е_{н ,} коэффициент запаса К_з, тип светового прибора, размещают светильнтки в освещаемом помещении, рассчитывают мощность осветительной установки, проверяют фактическую освещенность в контрольных точках и составляют светотехническую ведомость.

Тип источника излучения выбирают в зависимости от нормируемой освещенности и характеристики источников света, которые должны соответствовать условиям освещаемого объекта (техническим требованиям, особенностям эксплуатации, стоимостным показателям и др.).

Лампы накаливания в сельском хозяйстве предпочтительны при низких и средних уровнях освещенности (не более 50 лк), в светильниках местного освещения при общем освещении люминесцентными лампами, переносных светильниках, в помещениях с частыми включениями и отключениями ламп.

Высокие эксплуатационные показатели ламп накаливания особенно важны для надежной работы осветительных установок в тяжелых условиях сельскохозяйственного производства, при значительных снижениях напряжения, высокой влажности и пониженных температурах воздуха, в среде агрессивных газов.

Люминесцентные лампы сохраняют номинальные параметры, при температуре окружающего воздуха 20 ... 25°С.

Учитывая благоприятный спектр излучения, высокую световую отдачу и срок службы, люминесцентные лампы следует использовать в помещениях с напряженной зрительной работой, при недостатке или полном отсутствии естественного излучения, в общественных и административных зданиях, а в сельском хозяйстве также при благоприятном влиянии их излучения на продуктивность животных, птицы и урожайность растений.

В производственных условиях при отсутствии повышенных требований к правильной цветопередаче, а также для наружного освещения целесообразно применять лампы высокого давления ДРЛ, ДнаТ, ДРИ, ДРВ.

Учитывая, что разрядные лампы (РЛ) имеют более высокую световую отдачу и больший срок службы СНиП 11-4-79 «Естественное и искусственное освещение» и «Отраслевые нормы освещения сельскохозяйственных предприятий, зданий и сооружений» рекомендуют использовать эти источники для общего освещения производственных помещений и только в тех случаях, когда это невозможно или нецелесообразно, допускается использовать лампы накаливания (ЛН). ЛН рекомендуется использовать для освещения вспомогательных помещений (коридоры, лестницы, санузлы и др.), а также складских помещений.

Также следует учитывать, что расход электрической энергии РЛ по сравнению с ЛН меньше на 40-70%.

Светильник выбирают в зависимости от характера окружающей среды, требований к светораспределению, ограничению слепящего действия, их стоимости и экономичности.

К светильникам, устанавливаемым в сухие отапливаемые помещениях не предъявляют специальных требований. Сельскохозяйственные помещения могут относится к сухим, влажным, сырым, особо сырым, пыльным, с химически активной средой, жарким, пожароопасным. Поэтому при выборе светильников нужно учитывать степень защиты светильников от окружающей среды помещения.

Светораспределение потока и форма кривой силы света (КСС) являются основными показателями качества освещения и энергетической экономичности установки. Для освещения помещений, стены и потолок которых имеют невысокие отражающие свойства, целесообразно использовать светильники прямого света (П), при высоких отражающих свойствах стен и потолков -- светильники преимущественно прямого света (Н). Для такого типа помещений используются сетильники с типовыми КСС К, Г или Д. Для дминистративных, общественных и жилых помещений используются светильники рассеянного, преимущественно отраженного или отраженного светораспределения с типовыми КСС М, Л, или Ш. Для высоких помещений с точки зрения минимальной установленной мощности источников света наиболее выгодны светильники с типом КСС К, а по мере уменьшения высоты КСС типа Г и Д, но применение светильников с такими типами КСС приводит к уменьшению расстояния между ними и к увеличению капитальных затрат.

Для сельскохозяйственных помещений чаще всего выбират светильники с типом КСС Ш, Д, М, реже Г. Для освещения территорий ферм, выгульных площадок и дорог применяют светильники с типом КСС Ш.

СНиП различают две системы освещения - общее и комбинированное (местное и общее освещение). При любой системе освещения допускаются отклонения расчетной освещенности от нормированной в любой точке поверхности не более чем на +20…-10%.

В сельскохозяйственных и животноводческих помещениях, где нормированная освещенность, как правило, не превышает 50 лк для ЛН и 150 лк для РЛ, рекомендуется использовать общее освещение. При выборе общего освещения предпочтение отдают локализованному, которое обеспечивает повышенную освещенность в главных точках рабочей поверхности, таких как кормовые и навозные проходы, кормушки, стеллажи, верстаки и др. На остальных участках рабочей поверхности помещения освещенность не должна быть меньше 75% от средней. Светильники местного освещения устанавливают на рабочем месте или применяют переносной светильник. Применение только местного освещения в помещениях недопустимо.

В сельскохозяйственных помещениях предусматриваются следующие виды освещения: рабочее освещение двух разновидностей - технологическое и дежурное, а также аварийное и ремонтное.

Технологическое освещение обеспечивает нужную продуктивность животных, птицы, а также условия видения для выполнения обслуживающим персоналом производственных операций. Технологическое освещение располагают в зоне расположения животных.

Рабочее освещение обеспечивает нормированную освещенность во всех точках рабочей поверхности, соответствующее качество, которое определяется отклонениями питающего напряжения, пульсацией светового потока, направлением и спектральным составом света, равномерность освещения и др. Включается только при выполнении персоналом работ в данном помещение.

Дежурное освещение предназначено для наблюдения на объекте в ночное время с минимальной освещенностью. Светильники дежурного освещения выделяются из числа светильников общего освещения. В помещениях для содержания животных они составляют 10%, а в родильных отделениях 15% от общего числа светильников в помещении. Дежурное освещение располагается, как правило, равномерно по проходам производственных помещений. К дежурному освещению может относится наружное освещение входов в помещение.

Аварийное освещение предназначено для продолжения работ или эвакуации. Наименьшая освещенность рабочих поверхностей для продолжения работ принимается в пределах 5% от рабочей освещенности, но не менее 2 лк внутри помещения и 1 лк для наружных площадок. Аварийное освещение для продолжения работ устанавливают в том случае, если отключение освещения может привести к травматизму, нарушению технологического процесса или работы жизненно важных объектов( пожарная, медицинская службы и др.).

В сельскохозяйственном производстве аварийное освещение для продолжения работ необходимо проектировать на следующих объектах: инкубаторы, электрические станции и подстанции, ветеринарные пункты, зернопункты, имеющие протравливатели, сушильные установки.

Для эвакуации должна обеспечиваться освещенность на полу в основных проходах и на ступеньках помещений не менее 0,5 лк и 0,2 лк на открытых площадках. Для аварийного освещения можно использовать только лампы накаливания. Люминесцентные лампы допускается использовать при питании переменным током напряжением не ниже 90% номинального.

Светильники аварийного освещения должны отличаться от светильника рабочего освещения окраской или типом.

Аварийное освещение допускается выполнять от постоянного источника применением переносных электрических фонарей.

4.5 Выбор нормированной освещенности

Нормированная освещенность - это наименьшая допустимая освещенность в «наихудших» точках рабочей поверхности перед очередной чисткой светильников. Значение нормируемой освещенности выбирается в зависимости от характера зрительной работы, размеров объекта различия, фона и контраста объекта с фоном, вида и системы освещения, типа источника света. Нормы освещенности приведены в СНиП 11-4-79, в отраслевых нормах освещения сельскохозяйственных предприятий, зданий, сооружений.

При выборе нормированной освещенности необходимо иметь в виду, что в общем случае при освещенности внутри помещения до 50 лк в качестве источников света следует использовать лампы накаливания, а свыше 50 лк - люминесцентные. Нормы освещенности для люминесцентного освещения из-за его специфики превышают нормы, установленные для ламп накаливания.

Выбор коэффициента запаса и дополнительной освещенности. Снижение светового потока осветительной установки из-за загрязнения светильников и источников света и их старения при расчетах учитывают коэффициентом запаса К_з. Для ламп накаливания принимают К_з=1,15-1,7, для газоразрядных К_з = 1,3-2,1. Для сельскохозяйственных производственных помещений рекомендуется принимать для ламп накаливания К_з = 1,15, для газоразрядных К_з=1,3. При расчете освещенности в любой точке помещения учитывают световые потоки только ближайших светильников. Для учета действия удаленных светильников и отраженных потоков при расчете используют коэффициент дополнительной освещенности . Обычно его принимают равным 1,1-1,2.



ВЫВОД

Использование оптического излучения - важнейший фактор дополнительного совершенствования и повышения эффективности производства и улучшения быта.

Необходимо уделять большее внимание энергетической и экономической эффективности осветительных электроустановок, на нужды которых в нашей стране затрачивается свыше 13% вырабатываемой электроэнергии.

Основными путями повышения эффективности осветительных электроустановок являются:

увеличение экономичности и срока службы источников света и светильников;

применение автоматических устройств для регулирования искусственной освещённости в зависимости от значения естественной;

рациональное проектирование и эксплуатация осветительных сетей и осветительных установок.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баев В.И. Практикум по электрическому освещению и облучению. - М.: Агропромиздат, 1991. - 175 с.

2. Епанешников М.М. Электрическое освещение. Изд. 4-е, перераб. М.: Энергия, 1973. - 352 с.

3. Живописцев Е.Н., Косицин О.А. Электротехнология и электрическое освещение. М.: Агропромиздат, 1990. - 303 с.

4. Жилинский Ю.М., Кумин В.Д. Электрическое освещение и облучение. - М.:Колос, 1982. - 272 с.

5. Козинский В.Д. Электрическое освещение и облучение. - М.: Агропромиздат, 1991. - 239 с.

6. Лямцов А.К., Тищенко Г.А. Электроосветительные и облучательные установки. - М.: Колос, 1983. - 224 с.

7. Отраслевые нормы освещения сельскохозяйственных предприятий, зданий, сооружений. - М.: ВИЭСХ, 1992. - 27 с.

8. Правила устройства электроустановок.- М. Энергоатомиздат, 1998.- 550

9. Справочная книга для проектирования электрического освещения /Под ред. Г.М. Кнорринга. - Л.: Энергия, 1976. - 384 с.

10. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. 2 изд., перераб. и доп. М.: Энегоатомиздат, 1995. - 528 с.

11. Справочник инженера-электрика сельскохозяйственного производства /Учебное пособие. - М.: Информагротех, 1999. - 536 с.

12. Фалилеев Н.А., Ляпин В.Г. Проектирование электрического освещения. - М.: ВСХИЗО, 1989. - 97 с.

13. Шичков Л.П., Коломиец А.П. Электрооборудование и средства автоматизации с.-х. техники: Уч. пособие для вузов. - М.: Колос, 1995. - 368

14. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок / Под ред. И.Ф. Кудрявцева. - М.: Агропромиздат, 1988.- 480с.

Размещено на Allbest.ru