За единицу светового потока, излучаемого источником света в 1 с по всем направлениям, принят 1 люмен (лм). На квадратный метр поверхности земли в летнее время в солнечный день падает световой поток 10000 лм. Лампа накаливания мощностью 150 Вт излучает световой поток 1845 лм, люминесцентная лампа белого света мощностью 40 Вт — 1920 лм.
Освещенность поверхности, на которую падает световой поток, измеряется в люксах (лк): 1 лк представляет собой освещенность поверхности в 1 м2, на которую падает световой поток величиной 1 лм. Для работ средней точности требуется освещенность 50— 200 лк.
Для электрического освещения используют светильники, которые состоят из источника света (электрической лампы) и осветительной арматуры (светильника с патроном для ввертывания или закрепления лампы). Применяемые в настоящее время электрические лампы разделяют на две основные группы: накаливания и люминесцентные. Кроме того, применяют ртутные лампы.
Лампы накаливания имеют нить накаливания из тугоплавкого металла (например, вольфрама), помещенную в стеклянный баллон с вакуумом или наполненный нейтральным газом. Лампы накаливания изготовляют на напряжение до 220 В мощностью от 10 до 1000 Вт.
Светильники в зависимости от условий среды, для которой они предназначены, по своему конструктивному исполнению разбиваются на следующие виды: незащищенные открытые; частично пылезащищенные; полностью пылезащищенные; частично пыленепроницаемые; полностью пыленепроницаемые; брызгозащищенные; повышенной надежности против взрыва; взрывонепроницаемые.
На рис. 115 показаны наиболее распространенные типы светильников для ламп накаливания.
Рис. 115. Светильники для ламп накаливания:
а — «Универсаль», б — «Универсаль» в пылезащищенном исполнении, в — «Глубокоизлучатель эмалированный», г — зеркальная лампа ЛЗ, д — фарфоровый до 60 Вт, е — типа ПУ-100, ж — типа ПУ-200, з — типа РН-60, и — типа РН-100, к — типа РП-200, л — типа СХ, м — «Люцетта», н — типа СК, о — типа СПО, п — плафон, р — шар
Светильники «Универсаль» (рис. 115, а) для ламп до 200 и 500 Вт применяют для устройства общего освещения как в сухих помещениях предприятий, так и в помещениях с повышенной влажностью или пыльностью (рис. 115, б). Их подвешивают на высоте 3—6 м от пола.
В цехах с большой высотой используют светильник «Глубокоизлучатель эмалированный» ГЭ (рис. 115, в), подвешиваемый на высоте 6—8 м от пола. Этот светильник выпускают трех размеров — для ламп до 200, 500 и 1000 Вт.
Выпускаются светильники «Глубокоизлучатель» со средней концентрацией светового потока (ГС-300, ГС-500 и ГС-1000). Они изготовляются из алюминия, имеют массу на 30—40% меньше, чем масса светильников ГЭ, и на 25—30% больший к. п. д.
Для высоких производственных помещений применяют зеркальные лампы ЛЗ (рис. 115, г), имеющие колбу параболической формы, на внутреннюю поверхность которой нанесен зеркальный слой.
Фарфоровые светильники до 60 Вт (рис. 115, д) используют для сырых, с химически активной средой и пыльных помещений при небольшой высоте подвеса.
Светильники ПУ (промышленные уплотненные) выпускают двух размеров со стальным и пластмассовым корпусами мощностью до 100 и 200 Вт (рис. 115, е, ж). Они влагопылезащищенные, применяются в сырых, особо сырых, пыльных и пожароопасных помещениях; устанавливаются на высоте не менее 2,5 м от пола.
Рудничные светильники РН (рис. 115, з, и, к) выпускают трех размеров: РН-60, РН-100 и РН-200 в зависимости от мощности ламп. Светильники РН-60 и РН-100 имеют колпаки из матированного стекла, а РН-200 из матированного или молочного. Их применяют в тех же условиях, что и светильники ПУ.
Светильники СХ (рис. 115, л) предназначены для помещений сырых и содержащих пыль с химически активными примесями. Они имеют фарфоровый или литой алюминиевый корпус, защитный стеклянный колпак с уплотняющей прокладкой и защитную сетку. Эти светильники выпускают для ламп мощностью 60, 200 и 500 Вт.
Светильники «Люцетта» (рис. 115, м) предназначены для ламп мощностью до 200 Вт, имеют открытое снизу молочное стекло. В светильнике «Люцетта» может быть установлен фарфоровый патрон с ушками для раздельного ввода проводов; тогда его можно использовать для сырых бытовых и производственных помещений.
Светильники кольцевые СК (рис. 115, н) предназначены для конторских и учебных помещений и выпускаются для ламп мощностью до 300 Вт. Эти светильники окрашивают белой эмалевой краской.
Светильники СПО (рис. 115, о) предназначены для наружного освещения и выпускаются для ламп мощностью 300 и 1000 Вт. Они имеют стальной корпус, патрон, фокусирующее приспособление, отражатель и рассеиватель из молочного стекла. Светильник СПО-1000 отражателя не имеет.
Рис. 116. Устройство люминесцентной лампы (а) и ее электрода (б)
Плафоны (рис. 115, п) выпускаются для ламп мощностью до 60 Вт и имеют матированное или молочное стекло.
Светильники «Шар» (рис. 115, р) выпускают диаметром 150, 250, 350 и 500 мм для ламп мощностью соответственно 60, 150, 300 и 1000 Вт. Их применяют в конструкторских бюро, больницах, учебных заведениях.
Люминесцентные лампы нашли широкое применение и имеют два основных преимущества перед лампами накаливания: потребляют примерно в три раза меньше электрической энергии при одинаково создаваемой освещенности и позволяют лучше различать цветные оттенки освещаемых предметов.
Устройство люминесцентной лампы показано на рис. 116, а. Стеклянная трубка. 2, запаянная с обоих концов, с внутренней стороны покрыта тонким слоем специального вещества — люминофора. Люминофоры обладают способностью сами светиться, поглощая направленное на них ультрафиолетовое излучение.
В качестве источника ультрафиолетового излучения используют электрический разряд в парах ртути. Из стеклянной трубки откачан воздух, вместо которого введен инертный газ (аргон) при низком давлении. Кроме того, в стеклянную трубку помещена дозированная капля ртути 3, которая при нагреве превращается в пары ртути. Оба конца стеклянной трубки оканчиваются цоколем с двумя штырьками, к которым внутри трубки припаяны вольфрамовые электроды 1 в виде небольших спиралей, покрытых специальным составом из углекислых солей бария и стронция: Параллельно спиралям помещены два никелевых уса 4, каждый из которых припаян к одному из концов спирали 1 (рис. 116, б).
Физический процесс свечения люминесцентной лампы заключается в следующем: между вольфрамовыми электродами лампы под действием приложенного напряжения происходит электрический разряд в парах ртути, образовавшихся в трубке от испарения капли ртути при предварительном нагреве электродов током.
Разряд сопровождается интенсивным ультрафиолетовым излучением под действием которого люминофор начинает излучать свет различных оттенков, определяемых составом люминофора. Таким образом, в люминесцентной лампе происходит двойное преобразование электрической энергии: вначале в ультрафиолетовое, а затем люминесцентное излучение.
Выпускаются люминесцентные лампы мощностью 15, 20, 30, 40, 80 и 125 Вт. Лампы мощностью 30, 40, 80 и 125 Вт выпускаются на напряжение 220 В, меньшей мощности — на 127 В.
В зависимости от цветности светового потока люминесцентные лампы бывают дневного света (ЛДЦ и ЛД), белого света (ЛБ), холодно-белого света (ЛХБ) и тепло-белого света (ЛТБ).
Лампы ЛДЦ дают наилучшее приближение к естественному дневному свету и применяются там, где требуется различать тонкие цветовые оттенки (при окраске, отбраковке по цвету и т. д.). Лампы ЛД также дают приближение к естественному дневному свету, но не позволяют различать все цветовые оттенки. Лампы ЛБ дают свет, приблизительно аналогичный отраженному от облаков дневному свету, и не позволяют различать цветовые оттенки (как при рассеянном естественном свете). Но они наиболее экономичны по расходу электрической энергии, поэтому применяются в конторах, металлообрабатывающих цехах, т. е. там, где не требуется различать цветовые оттенки. Лампы ЛХБ дают излучение по цветности среднее между лампами ЛБ и ЛДЦ. Лампы ЛТБ дают излучение розового оттенка; их применяют там, где нужно подчеркнуть розовые и красные тона.
В современных системах люминесцентного освещения применяют три схемы электрического включения ламп: импульсного замедленного зажигания, быстрого зажигания и мгновенного зажигания.
Схема импульсного замедленного зажигания (рис. 117) содержит пускатель (стартер) П, дроссель Др, конденсаторы С1 и С2 и лампу Л. Пускатель представляет собой маленькую неоновую лампочку с двумя электродами — неподвижным и изгибающимся при нагреве (из биметалла), замыкающим электрическую цепь с неподвижным электродом. Выпускают также пускатели с двумя изгибающимися электродами, замыкающими при нагреве электрическую цепь.
При включении (выключателем) напряжения сети между электродами неоновой лампочки П возникает тлеющий разряд и замыкается цепь тока через электроды 1 люминесцентной лампы Л. Через тлеющий разряд неоновой лампочки проходит незначительный ток (сотые доли ампера), недостаточный для нагрева электродов люминесцентной лампы, но достаточный для нагрева изгибающегося электрода неоновой лампочки, который, нагреваясь, замыкает цепь тока накоротко, как в выключателе. При этом ток возрастает до 0,5 А и электроды люминесцентной лампы накаляются. Одновременно электроды пускателя П остывают и размыкают цепь тока.
При мгновенном разрыве цепи дроссель Др дает импульс повышенного напряжения. (обратная э. д. с.), вызывающий зажигание лампы Л. Вначале возникает разряд в среде аргона, которым наполнена лампа, затем разряд происходит в парах капли ртути, создавая ультрафиолетовое излучение. В искровом промежутке между никелевыми усами и спиралью электрода (см. рис. 116, б) возникают местные разряды, что также способствует зажиганию лампы.
После того как лампа Л зажглась, в ее цепи устанавливается рабочий ток 0,3—0,4 А, а напряжение на электродах лампы составляет только около половины напряжения сети, так как другая половина падает на дроссель Др, имеющий значительное индуктивное сопротивление. Таким образом, на электродах пускателя тоже остается половина сетевого напряжения, недостаточного для возникновения повторного тлеющего разряда.
Рис. 117. Схема импульсного замедленного зажигания люминесцентной лампы с дросселем
Конденсаторы С1 и С2 не участвуют в процессе включения и применяются для улучшения коэффициента мощности в сети и поглощения радиопомех, излучаемых разрядами в лампах и искрой в пускателе П.
В схемах быстрого зажигания включение люминесцентных ламп осуществляется без пускателя. На рис. 118 и 119 показаны трансформаторная и резонансная схемы, поясняющие принципы быстрого зажигания. ·
В схеме, показанной на рис. 118, дроссель Др выполняет роль балластного сопротивления и повышает напряжение зажигания. Сразу после включения напряжения сети электроды лампы Л накаляются от обмотки накала Н, при повышенном напряжении дроссель-трансформатора происходит зажигание лампы. После зажигания устанавливается рабочий ток и создается падение напряжения в дросселе. Напряжение на электродах лампы и на обмотке накала падает. При горении лампы электроды частично прогреваются от пониженного напряжения обмотки накала, вызывая дополнительный расход электроэнергии. Это является недостатком схем быстрого зажигания.
В схеме, показанной на рис. 119, используется явление электрического резонанса в цепи переменного тока, содержащей емкость и индуктивность. Дроссели Др1 и Др2 подобраны так, что их суммарное индуктивное сопротивление равно емкостному сопротивлению конденсатора С, и при включении напряжения сети образуется резонансный контур. На электродах лампы Л появляется напряжение, которое в 1,5—2 раза выше сетевого. При этом происходит быстрый нагрев электродов и зажигание лампы. После зажигания цепь С — Др2 шунтируется лампой, резонанс нарушается; от рабочего тока на дросселе Др1 создается падение примерно половины сетевого напряжения, и лампа входит в нормальный режим горения.
В схемах быстрого зажигания время включения не превышает 1 с и исключается «мигание», которое имеет место в схемах с импульсным замедленным зажиганием.
Рис. 118. Схема быстрого зажигания люминесцентной лампы с дроссель-трансформатором
Рис. 119. Резонансная схема быстрого зажигания люминесцентной лампы
Рис. 120. Схема мгновенного зажигания люминесцентной лампы
Схема мгновенного зажигания, показанная на рис. 120, содержит все элементы резонансной схемы быстрого зажигания и отличается от нее только отсутствием предварительного подогрева электродов лампы. Для зажигания лампы Л при холодных электродах надо приложить к ним кратковременно напряжение, превышающее напряжение сети в 6—7 раз, соответствующим подбором емкости конденсатора С и индуктивности дроссель- трансформатора с обмотками А, Б и В. После зажигания лампы напряжение на ее электродах падает до номинального в результате падения напряжения в обмотках Б—В от рабочего тока лампы; вследствие шунтирования лампой резонансного контура явление резонанса прекращается.
Повышенное, хотя и кратковременное напряжение небезопасно, поэтому схемы мгновенного включения применяют в тех случаях, когда к лампе нет свободного доступа людей, и в тех случаях, когда другие схемы использовать нежелательно (например, во взрывоопасных помещениях). В обычных люминесцентных лампах электроды при применении мгновенного зажигания быстро изнашиваются; для этих схем нужны лампы с усиленными электродами.
Обычные люминесцентные лампы предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от 10 до 40° С. При температурах ниже 10° С надо использовать пускатель с подогревом или схему быстрого зажигания, а при температурах ниже 0°С должна быть применена специальная арматура.
Пускорегулирующие устройства (ПРУ) для включения люминесцентных ламп выпускаются отечественной промышленностью в комплекте, содержащем пускатель, дроссель, конденсаторы и сопротивления, помещенные в общий металлический кожух, залитый битумной массой. Устройства ПРУ1 предназначены для включения одиночных ламп, ПРУ2 — двух ламп одновременно. Рядом с обозначением ПРУ1 и ПРУ2 стоят цифры, показывающие мощность лампы, для которой эти устройства предназначены (например, ПРУ 1-15, ПРУ1-40, ПРУ2-30). Полная схема включения лампы с устройством ПРУ1 показана на рис. 121.
Рис. 122. Светильники для люминесцентных ламп:
а — типа ПВЛМ — 2x80 — для пыльных производственных помещений, б — типа УВЛН-1 — 4x80 — для общего освещения производственных и общественных помещений
Рис. 121. Полная схема включения люминесцентной лампы с устройством ПРУ1:
Л — лампа, ПРУ1 — пускорегулирующее устройство, К — корпус светильника, П — пускатель, 1—4 — номера выводов из ПРУ (корпус ПРУ показан пунктиром)
Электрические магистрали, питающие люминесцентное освещение, имеют следующие особенности. В то время как в магистралях с нулевым проводом для питания освещения с лампами накаливания сечение нулевого провода берется равным половине сечения фазового, в аналогичных магистралях для питания люминесцентных ламп сечение нулевого провода должно по плотности тока соответствовать сечению фазового провода.
Ртутные лампы ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные) применяют для освещения высоких промышленных цехов и улиц. Эти лампы имеют мощность 250; 500; 700 и 1000 Вт и выпускаются в виде стеклянных баллонов яйцеобразной формы с резьбовым цоколем.
Внутри стеклянного баллона лампы ДРЛ имеется трубка из кварцевого стекла, заполненная парами ртути под высоким давлением. Внутренняя поверхность баллона, аналогично баллону люминесцентной лампы, покрыта слоем люминофора. Стеклянный баллон заполнен углекислым газом для поддержания стабильности люминофора. Электрический разряд в трубке· вызывает ультрафиолетовое излучение ртутных паров, от которого люминофор дает свечение красного цвета. Ртутные пары имеют синеватый оттенок свечения. Оба цвета, сливаясь, дают излучение, близкое к белому.
Ртутные лампы ДРЛ применяют там, где не предъявляется особых требований к различию цветовых оттенков.
Принцип работы ртутных ламп и схемы их включения аналогичны принципу работы и схемам люминесцентных ламп; применяют обычно схемы с пускорегулирующим устройством. Лампы ДРЛ имеют, по сравнению с люминесцентными, более длительное время зажигания (5—7 с).
Для ламп ДРЛ выпускают светильники ВД (диффузные) и ВДЗ (зеркальные), корпус и отражатель которых изготовлены из алюминия.
Светильники для люминесцентных ламп выполняют различных конструкций.
На рис. 122 показаны новые типы светильников: ПВЛМ — 2X80 — для пыльных производственных помещений и УВЛН-1 — 4X80 — для производственных и общественных помещений с повышенным содержанием пыли.
Освещение может быть общим, местным и комбинированным.
Общее освещение представляет собой одну из систем электрического освещения. Оно создает общую освещенность помещения или территории. Для питания светильников общего освещения служит напряжение 110, 127 и 220 В. В помещениях с повышенной и особой опасностью обычные светильники нужно подвешивать не ниже 2,5 м от пола. При меньшей высоте подвеса напряжение светильников общего освещения должно быть не выше 36 В.
Местное освещение применяют для усиления освещенности рабочих мест (на станках, верстаках, столах). Оно является лишь дополнением к общему освещению. Местное освещение может быть стационарным или переносным (например, для ремонтных целей или малодоступных и редко посещаемых мест). Для стационарного местного освещения в нормальных помещениях используют напряжение 110, 127 и 220 В, в помещениях с повышенной и особой опасностью оно не должно превышать 36 В. Для переносного местного освещения применяют напряжение до 36 В, а для особо опасных случаев, например, для работы внутри котлов — не выше 12 В. Питание светильников местного освещения производится от сети общего освещения.
Промышленность выпускает блок АМО-3 для питания местного освещения 12—36 В. Блок содержит понизительный трансформатор ТПБ-50 на напряжение 127, 220, 380, 500/12—36 В мощностью 50 Вт, предохранитель и выключатель ВТ-2. Блок может иметь вывод на 6 В для цепей сигнализации.
Комбинированное освещение представляет собой совокупность общего и местного освещения. Его делят на:
рабочее освещение, предназначенное для обеспечения надлежащих условий видимости при нормальной работе устройств электрического освещения; разновидностью рабочего освещения является охранное освещение, обеспечивающее видимость вдоль границ охраняемой территории;
аварийное освещение, предназначенное для временного продолжения деятельности персонала при аварийном отключении рабочего освещения (светильники аварийного освещения должны быть присоединены к независимому источнику питания);
аварийное освещение для эвакуации, предназначенное для обеспечения условий безопасного выхода из помещений при аварийном отключении рабочего освещения (присоединяется к сети, независимой от сети рабочего освещения).
