Глава XIII
ОСВЕЩЕНИЕ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Одним из условий высокопроизводительного труда является хорошая освещенность рабочего пространства. Но в подземных выработках естественное освещение вообще отсутствует, а на открытых разработках полноценный эффект достигается только в дневное время. Применение правильно выбранного искусственного освещения позволяет обеспечить запланированный технологический процесс ведения горных работ, повышает производительность труда, способствует предупреждению травматизма и механических повреждений оборудования.
Для искусственного освещения применяют стационарные и переносные светильники с газоразрядными лампами и лампами накаливания. Для стационарных осветительных установок питающее напряжение не должно превышать: на поверхности — 380 В; в подземных выработках — 220В. Для осветительных установок очистных выработок и фар освещения, встроенных в горные машины, напряжение не должно быть выше 127 В, а для ручных сетевых светильников 36 В.
Устройство осветительных установок поверхности должно выполняться в соответствий с требованиями ПУЭ, а в подземных, горных выработках в соответствии с требованиями отраслевых ПТЭ и ПБ.
При расчете освещения необходимо учитывать нормируемую освещенность, состав атмосферы в местах установки светильников (наличие газа, пыли, влаги и т. л.), ограниченность рабочего пространства в подземных выработках и значительные по площади пространства открытых горных разработок, предусмотреть защитные устройства для снижения радиопомех (газоразрядные лампы) и слепящего действия света (при использовании прожекторов).
§ 2. ОСНОВНЫЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
Световой поток Ф представляет собой мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению, производимому ею на глаз человека. Единицей измерения служит люмен (лм), равный световому потоку, испускаемому абсолютно черным телом при температуре затвердевания платины (Τ’ = 2046 К) с площади 0,5305 мм*. Световые потоки ламп приведены в табл. 39.
Таблица 39
Сила света определяется как плотность светового потока в пространстве или угловая плотность. Единица измерения силы света — кандела (кд). 1 кд равна силе света, испускаемого с поверхности площадью 1/600 000 м2 полного излучателя в перпендикулярном к этому сечению направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101 326 Па. Б зависимости от угла освещения сила света имеет различную величину. При расчетах освещения пользуются специально построенными кривыми распределения силы света или таблицами.
Освещенность Е определяется как поверхностная плотность падающего светового потока. Единица измерения освещенности — люкс (лк). Освещенность в 1 лк создается на площади в 1 м3, если на нее падает равномерный световой поток в 1 лм.
Светимость М — поверхностная плотность излучаемого светового потока. Единица измерения — лм/м3.
Яркость В — отношение силы света, излучаемого поверхностью, к величине этой поверхности. Единицей измерения яркости является кандела на квадратный метр (кд/ма), которая определяется как яркость равномерно светящейся плоской поверхности, излучающей в перпендикулярном к ней направлении свет силой в 1 кд с 1 м2 поверхности. За нормальную для человеческого глаза принимают яркость примерно 104 кд/м2.
§ 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА И ИХ СВОЙСТВА
По способу генерируемого излучения электрические источники света делятся на температурные и люминесцентные. К первым относятся лампы накаливания, ко вторым — газоразрядные лампы.
Соответствующие ГОСТы регламентируют следующие основные параметры ламп: номинальную мощность, напряжение, световой поток, среднюю продолжительность горения и световую отдачу, которая измеряется числом люменов на 1 Вт (лм/Вт).
Лампы накаливания. По конструкции лампа накаливания представляет собой запаянную стеклянную колбу с наружным металлическим цоколем. Внутри колбы помещена вольфрамовая нить, выполненная в виде спирали или биспирали (биспираль сокращает тепловые потери и увеличивает светоотдачу). При мощности до 60 Вт лампы могут быть вакуумными (тип НВ, от 15 до 40 Вт), а при большей мощности колбу наполняют аргоном с добавлением 12—16% азота (типы НБ и НГ, от 60 до 1000 Вт).
Принцип действия состоит в тепловом излучении твердого тела, нагретого током до яркого свечения. Несмотря на различные усовершенствования ламп, видимые излучения составляют 10— 12%, тепловые потери 14—22%, а невидимые излучения.68—74% расходуемой энергии. В целом, в силу неодинакового восприятия светового излучения человеческим глазом, световой к. п. д. данных ламп не превышает 4%. Световая отдача, в зависимости от мощности лампы, составляет 6—20 лм/Вт. Средняя продолжительность горения должна быть не менее 1000 ч.
Весьма перспективны галогенные лампы накаливания в кварцевой колбе. Благодаря происходящему в них йодному циклу испарившийся вольфрам переносится со стенок колбы лампы снова на нить накала. Поэтому срок службы таких ламп достигает 2000 ч, а световая отдача находится в пределах 21—29 лм/Вт.
Газоразрядные лампы . Такие лампы относятся к экономичным источникам света, работа которых основана на принципе светового излучения газов или паров металла под действием проходящего через них электрического тока. Для повышения светоотдачи внутренняя поверхность стекла ламп покрывается особыми светосоставами-люминофорами, которые представляют собой соли различных кислот или их смеси. Люминофоры способны преобразовывать невидимые ультрафиолетовые излучения в видимые излучения, а применяя комбинированный состав люминофоров, можно получить любую цветность лампы.
Распространение получили две группы ламп: низкого давления — люминесцентные и высокого — ртутные и ксеноновые. Люминесцентные трубчатые лампы с дуговым разрядом в парах ртути по цветности излучения выпускают пяти типов: белого света (ЛБ), холодно-белого света (ЛХБ), тепло-белого света (ЛТБ), дневного света (ЛД) и дневного света для правильной цветопередачи (ЛДЦ). Средняя продолжительность горения всех типов люминесцентных ламп должна быть не менее 10 000 ч, а световая отдача в зависимости от типа лампы — 40—75 лм/Вт. Наибольшую светоотдачу имеют лампы белого света. Люминесцентные лампы выпускают мощностью от 15 до 80 Вт. В зависимости от мощности их яркость составляет 5—10 ккд/ма.
В общем исполнении люминесцентные лампы выпускают в виде заполненных аргоном и парами ртути стеклянных трубок, которые в зависимости от мощности лампы и напряжения сети имеют различную длину и диаметр. С двух сторон на трубке установлены металлические цоколи с контактами для подключения к сети. На каждой стороне трубки по два контакта, которые внутри трубки соединены между собой спиралью из вольфрама, выполняющей роль электрода. При подаче напряжения между электродами возникает дуговой разряд, и лампа начинает излучать видимый свет. Зажигание лампы происходит при нагреве электродов до 800—1000° С или при подаче на них повышенного напряжения. В первом случае для включения цепи накала используют неоновый стартер, во втором — автотрансформатор. В схемах со стартерным пуском для ограничения тока и стабилизации разряда в лампе последовательно с лампой включают стабилизирующее сопротивление — дроссель. Кроме того, устанавливают два конденсатора: один для повышения коэффициента мощности лампы, второй — для снижения радиопомех от лампы.
Дуговые ртутные лампы высокого давления состоят из толстостенных кварцевых горелок, наполненных парами ртути, с самозакаляющимися вольфрамовыми электродами. Горелка запаяна и помещена в наружную термостойкую стеклянную колбу, покрытую внутри люминофором и заполненную углекислым газом. Люминофором служит арсенат магния, активизированный марганцем. Данный состав не боится высоких температур и гораздо лучше исправляет цветность излучения ртутно-кварцевой горелки, чем люминофор в лампах низкого давления. Углекислый газ применяют для продления срока службы люминофора.
Дуговые ртутные лампы с исправленной цветностью излучения типа ДРЛ выпускают мощностью от 80 до 1000 Вт со сроком службы до 3000 ч. Их световая отдача составляет 40—50 лм/Вт.
При использовании таких ламп внутри помещений в схему включают дроссель при напряжении сети 220 В. При низких температурах (до —30 С) импульс зажигания должен достигать 300 В. В таких случаях вместо дросселя используют трансформатор с большим магнитным рассеянием.
Наиболее перспективными мощными газоразрядными источниками света являются дуговые ксеноновые трубчатые лампы ДКсТ, состоящие из кварцевой трубки с впаянными по ее концам вольфрамовыми электродами. При высоком и сверхвысоком давлениях, созданных в трубке, дуговой электрический разряд в ксеноне образуется в результате пробоя между электродного промежутка высокочастотными импульсами высокого напряжения, которые получают от искрового генератора. Лампа дает излучение непрерывного спектра от ультрафиолетовой до ближайшей инфракрасной области. Дуга в лампе горит устойчиво без добавочных балластных сопротивлений. Видимая часть спектра не отличается от дневного света, а цветопередача соответствует естественному освещению, что является главным достоинством ксеноновых ламп.
Лампы ДКсТ выпускают мощностью от 2 до 100 кВт напряжением 110—380 В. Они способны излучать световой поток до нескольких миллионов люмен. Несмотря на меньшие световую отдачу и срок горения по сравнению с лампами ДРЛ, сильный нагрев трубки при работе, установку более сложных пусковых устройств, ксеноновые лампы, применяемые для освещения открытых горных работ, позволяют практически исключить расход леса, проводов, изоляторов и осветительной арматуры, необходимых при освещении светильниками малой мощности, уменьшить на одну треть расход электроэнергии, значительно сократить эксплуатационные расхода.
