Судовые станции и сети - Расчет электрического освещения

Основные требования к судовому электрическому освещению.

Для питания приемников электрического освещения на судах речного флота применяются следующие напряжения:
а)  четырехпроводная трехфазная система 220 и 380 в с нулем (для приемников электрического освещения 127 в или 220 В);
б)  110 В постоянного тока;
в)  24 в постоянного и переменного тока.
Сеть электрического освещения выполняется независимой от силовой сети. При этом допускается питание от сети освещения настольных и потолочных вентиляторов и других мелких силовых потребителей мощностью до 0,25 л. с., а также нагревательных приборов мощностью до 600 вт.
Минимальная освещенность судовых помещений регламентирована правилами Речного Регистра (табл. 65).
Аварийное освещение должно обеспечивать освещенность в проходах и выходах на поверхности палубы не менее 0,1 люкс.
Аварийное освещение для наблюдения за механизмами и оборудованием, бесперебойная работа которых крайне необходима, должно обеспечивать освещенность не менее 10% от нормальной.
При выборе типа светильника надлежит руководствоваться следующими положениями:

В помещениях, опасных в отношении взрыва, освещение предпочтительно следует выполнять через простеночные фонари. В этих помещениях выключатели, штепсели и кнопки устанавливать не допускается.

Расчет электрического освещения по методу коэффициента использования.

Метод коэффициента использования дает возможность определить световой поток ламп, необходимый для получения нужной освещенности горизонтальных поверхностей при общем равномерном освещении с учетом света, отражаемого стенами и потолками. Этот метод непригоден для расчета местного освещения и негоризонтальных поверхностей.
Основное уравнение

где F — поток каждой из одинаковых ламп в люменах;
Е — минимальная горизонтальная освещенность в люксах;
К — коэффициент запаса;
S — площадь помещения в м²;
N — число ламп;
Z — отношение средней освещенности к минимальной (этот коэффициент не вводится при расчете на среднюю освещенность);
η — коэффициент использования светового потока, т. е. отношение потока, падающего на горизонтальную поверхность, к суммарному потоку всех ламп.

Основной величиной уравнения является коэффициент использования, который зависит от геометрических размеров помещения, цвета стен и потолка и типа светильника.

Рис. 143. Зависимость коэффициента использования от индекса помещения (светильник типа РН-200)

Индекс помещения, зависящий от размеров помещения, вычисляется по формуле

где h — расчетная высота (расстояние по вертикали от лампы до рабочей поверхности);
А и В — длина и ширина помещения.

Ориентировочные значения коэффициентов отражения стен и потолка указаны ниже:

Зная индекс помещения и коэффициенты отражения стен и потолка, по кривым (рис. 143) можно определить коэффициент использования светового потока.
Кривые η = f(i) в справочниках даются чаще в виде таблиц для различных типов светильников.
Коэффициент Z также приводится в справочниках для разных светильников в зависимости от отношения L : Н. Значения Z колеблются от 1 до 2,2.


Рис. 144.

Для данного помещения целесообразно применить три светильника с тремя лампами 200 вт, световой поток которых равен 2400·3 = 7200 лм.

Точечный метод расчета. Точечный метод дает возможность определить световой поток ламп, необходимый для создания заданной освещенности, при условии, что отраженный свет не имеет существенного значения.
Если светильник расположен в точке О и необходимо определить освещенность в точке А горизонтальной рабочей поверхности (рис. 144), то мы можем написать

Здесь Еа — освещенность в точке А в люксах;
I — сила света светильника в направлении к точке А в свечах;
α — угол между направлением от светильника к точке А и нормалью к рабочей поверхности;
L — расстояние между светильником и точкой А в м;
К — коэффициент запаса.

Так как,
то


Пользуясь этим уравнением, можно определить освещенность любой точки рабочей поверхности.
Если рабочая поверхность освещается несколькими светильниками, то следует определить освещенность интересующей нас точки каждым светильником в отдельности.
Если освещенность в точке А от первого светильника обозначить еА1, от второго светильника еА2 и т. д., то

т. е. суммарная освещенность точки, обусловленная несколькими светильниками, равна сумме отдельных освещенностей.

Рис. 145. Пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности светильника РН-100 с прозрачным стеклом

Точечный метод расчета освещенности может быть упрощен, если пользоваться кривыми, называемыми пространственными изолюксами.
Если уравнение для освещенности точки

решить относительно h, то получим

Располагая данными распределения силы света светильника в различных направлениях (в виде кривой или таблицы) и задаваясь различными значениями Е, можно определить значения h для угла а (например, 0°). Таким же образом можно определить значения h и для других углов: α1, α2, α3 и т. д.

Для построения кривых пространственных изолюксов в координатах d u h проводят лучи 0°, 15°, 30° и т. д. и на эти лучи сносят значения h, соответствующие одинаковой освещенности Е.
На рис. 145 показаны кривые пространственных изолюксов для светильника PH-100, построенные указанным способом.
Пусть точка А освещается несколькими светильниками, расположение которых задано. Освещенность точки А каждым из светильников есть функция α и h. Совокупное действие ближайших светильников создает в точке А освещенность ∑е; влияние более удаленных светильников и отраженного света приближенно учитывается коэффициентом μ > 1.
Предположим, что в каждой светящейся точке установлена лампа с потоком 1000 лм.
Основываясь на пропорциональности между освещенностью и световым потоком, находим, что для создания заданной освещенности необходим световой поток лампы

Освещенность ∑е определяется по графику пространственных изолюксов, построенных для соответствующего светильника с потоком 1000 лм.
Значение μ можно принимать:
а)  для эмалированных светильников прямого света 1,1 —1,2;
б)  для светильников преимущественно прямого света, если рп = 50%, рс = 30%, в пределах 1,3-1,6.
Правилами Речного Регистра в некоторых случаях нормируется освещенность вертикальных поверхностей.
Если известна горизонтальная освещенность точки А, то вертикальную освещенность той же точки можно определить из уравнения
где а — как и в случае определения горизонтальной освещенности, угол между линией, соединяющей источник света с точкой, где замеряется освещенность, и вертикальной линией.

Расчет люминесцентного освещения по методу коэффициента использования.

Исходные уравнения при расчете люминесцентного освещения по методу коэффициента использования применяются те же, что и при расчете освещения с лампами накаливания.
Если определяется световой поток лампы (или нескольких ламп, заключенных в одном светильнике) по заданной освещенности, применяется уравнение
Если известны световой поток лампы и их число, то освещенность определяется по уравнению
Коэффициент использования светильников люминесцентных ламп может быть определен по таблицам, построенным как и для ламп накаливания. В этом случае, в зависимости от типа светильника и коэффициентов отражения стен и потолка, даются значения коэффициентов использования. На рис. 146 даны кривые для определения коэффициента использования светового потока для подвесного, открытого сверху светильника с решетчатым затенителем 30°.

Нормы освещенности при люминесцентном освещении.

Нормы освещенности для освещения судовых помещений люминесцентными лампами еще не разработаны. При установлении норм освещенности при люминесцентном освещении следует иметь в виду следующее обстоятельство. Сложный лучистый поток люминесцентных ламп по своему составу ближе к солнечному свету, чем световой поток ламп накаливания, и при освещенности порядка 75—100 люкс свет люминесцентных ламп производит впечатление сумеречности, так как освещенность 75—100 люкс имеет место при сумерках или в очень ненастную погоду.
Для борьбы с эффектом сумеречности люминесцентного освещения необходимо значительно повысить освещенность относительно норм, установленных для ламп накаливания.
Анализ норм освещенности, установленных для некоторых предприятий, показывает, что при люминесцентном освещении необходимо повысить освещенность:
а) в помещениях с грубыми работами в 4—5 раз;
б) в помещениях с тонкими работами в 2—2,5 раза, а в среднем в 3 раза.

Освещенность помещений, где постоянно пребывают люди, должна быть не менее 75 люкс, но и не более 300 люкс. При необходимости, дальнейшее увеличение освещенности рабочих мест должно осуществляться светильниками местного освещения.
Ниже приведены нормы освещенности, рекомендуемые при люминесцентном освещении для некоторых помещений.

1. Жилые комнаты 75 люкс
2. Комнаты отдыха, красные

уголки ... 150                     »

1. Кухни .. 100—150                »
2. Библиотеки ... 300                    »
3. Конторы . 150                    »
4. Парикмахерские, рестораны     .  .   200           »
5. Лестницы, проходы ...  75           »
6. Уборные, умывальные                   50            »

Таким образом, более экономичные показатели люминесцентных ламп, в сравнении с лампами накаливания, направлены не на экономию электроэнергии, а на улучшение освещенности.