Основні відомості про освітлювальні електроустановках

Освітлювальні електроустановки призначені для штучного освітлення приміщень, будівель, споруд і територій. Вони являють собою комплекс освітлювальної арматури з джерелом світла, магістральних і розподільних електричних мереж, пускорегулювальної апаратури та розподільних пристроїв. При влаштуванні освітлення виробничих приміщень або робочих місць враховують ступінь точності виконуваної роботи, контрастність об'єкта і навколишній фон. Найважливішою умовою при влаштуванні штучного освітлення є забезпечення достатньої освітленості робочих поверхонь, правильного напрямку променів світла і його сприятливого спектрального складу.

Освітлення може бути загальним і місцевим. Загальне освітлення застосовується для всіх видів приміщень. Залежно від цілей освітлення воно може бути рівномірним по всьому приміщенню або локалізованим, тобто з різним рівнем освітленості в окремих зонах приміщення. Для місцевого освітлення світильники встановлюють безпосередньо на робочих місцях: верстатах, верстаках, столах, розмічальних плитах і т. д. Застосування в приміщеннях тільки одного місцевого освітлення заборонено. Зазвичай застосовують комбіноване освітлення: одночасно місцеве і загальне. Система комбінованого освітлення значно економічніше системи спільного: світильники місцевого освітлення створюють хорошу освітленість на робочих місцях і витрачають мало електроенергії.

Робочим називають освітлення, що служить для забезпечення нормальної діяльності громадських, соціально-культурних організацій і виробничих підприємств. При аварійному відключенні робочого освітлення виробнича діяльність призупиняється раптово, що може призвести до порушень технології, псування обладнання і матеріалів, а іноді і до нещасних випадкам. Щоб уникнути цього у виробничих приміщеннях і на територіях передбачено аварійне освітлення.

Аварійним називають освітлення, яке при порушенні робочого освітлення тимчасово забезпечує можливість евакуації працюючих або продовження роботи. Евакуаційне аварійне освітлення влаштовують у тих приміщеннях і на територіях, де без освітлення може виникнути небезпека травматизму при виході, а також у виробничих і громадських приміщеннях з великим скупченням людей. Аварійне освітлення для продовження робіт передбачають у тому випадку, коли при порушенні робочого освітлення в темряві можуть відбутися пожежі, вибухи, збій технологічного процесу, отруєння людей, псування устаткування і т. д. Світильники аварійного освітлення повинні відрізнятися від світильників робочого освітлення чітко помітними ознаками - розміром, конструкцією, забарвленням корпусів.

Конструкція світильників, їх розміщення в приміщеннях повинні забезпечувати найбільш раціональний розподіл світлових потоків ламп і дотримання необхідних норм освітленості. Відповідно до вимог охорони праці на виробництві існують обов'язкові норми штучного освітлення. Основною кількісною нормованої характеристикою служить освітленість, що встановлюється в межах від 5 до 5000 лк залежно від призначення приміщення, умов та виду виконуваної роботи. У табл. ш наведені норми освітленості для деяких приміщень.

Джерела світла. Електричним джерелом світла називають пристрій, що перетворює електричну енергію в енергію видимих випромінювань. За принципом дії розрізняють лампи розжарювання і газорозрядні.

Лампи розжарювання (рис. 1, а) - це джерело світла, в якому перетворення електричної енергії в світлову відбувається за рахунок розжарювання тугоплавкого провідника електричним струмом. Лампа розжарювання являє собою скляну колбу, всередині якої у вакуумі або інертному газі знаходиться нитка з тугоплавкого провідника.

Найчастіше нитка розжарення виконана у вигляді одинарної або подвійної спіралі. Лампи, з обсягу яких викачане повітря, називаються вакуумними на відміну від газонаповнених. Колби газонаповнених ламп заповнені інертним газом (сумішшю азоту, аргону, ксенону, криптону). Газонаповнені лампи в порівнянні з вакуумними мають кращу світловіддачу, так як газ, що знаходиться в колбі під тиском, перешкоджає випаровуванню вольфраму. Це дозволяє підвищити температуру розжарення, за рахунок чого збільшується світловий потік лампи і поліпшується її кольоровість.

Рис. 1. Електричні джерела світла:

а - лампа розжарювання; б - люмінесцентна; в - дугова ДРЛ;

1 - цоколь, 2 - скляна ніжка; 3 - нитка розжарювання;

4 - люмінофор; 5 - кварцова трубка; 6 – електрод

Таблиця 1

Норми освітлення для деяких приміщень

Приміщення або виробниче обладнання	Найменша освітленість
	При люмінесцентних лампах		Загальне освітлення при лампах розжарюван­ня
	комбіноване освітлення	Загальне освітлення
Котельні: котельний зал котли вимірювальні пристрої	150 300	30 - -	- - -
Гараж ремонтний зал профілакторій миюче відділення	- - -	50 50 20	- - -
Гуртожитки, інтернати	-	100	50
Кабінети, конторські приміщення	-	200	75
Машинописні, машино-розрахункові бюро, креслярські	-	300	150
Аудиторії, класи, лабораторії	-	300	150
Зали, столові, буфети	-	200	75
Сходи, коридори	-	75-50	20-10
Магазини	-	300	150
Глядацький зал кінотеатрів	-	100	30

Електричні, світлотехнічні характеристики і тривалість горіння ламп розжарювання залежать від зміни напруги живлення. При зниженій напрузі зменшується світловий потік, а при підвищеному - різко знижується тривалість горіння лампи: при підвищенні напруги на 15% вище номінального лампи виходять з ладу. Промисловість випускає лампи розжарювання загального призначення на наступні стандартні потужності (Вт): 15, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 200, 300, 500, 750, 1 000, 1 500.

Газорозрядні джерела світла - лампи, в яких випромінювання видимого діапазону довжин хвиль виникає в результаті електричного розряду в середовищі інертних газів, парів металів або їх сумішей. До газорозрядних джерел світла відносяться люмінесцентні лампи, дугові ртутні лампи з люмінофором (ДРЛ), ксенонові лампи (ДКсТ), дугові ртутні лампи з іодідами (ДРІ), дугові натрієві лампи високого тиску (ДНаТ).

Люмінесцентна лампа - це газорозрядний джерело світла, світловий потік якого визначається свіченням люмінофора під впливом ультрафіолетового випромінювання. Конструкція Люмінесцентної лампи забезпечує тривале стійке її горіння. Скляна трубка лампи (пряма, U-подібна, кільцева або іншої форми) зсередини покрита тонким шаром люмінофора і кінці її герметично запаяні. З трубки видалено повітря і всередину в неї введений при низькому тиску інертний газ - аргон і крапля ртуті. У торцях трубки укріплені вольфрамові електроди. При підключенні лампи до джерела змінного струму відбувається нагрів електрод, ртуть випаровується і між електродами виникає електричний розряд, який супроводжується інтенсивним ультрафіолетовим випромінюванням, під дією якого люмінофор випромінює світло.

Люмінесцентні лампи широко застосовують для загального освітлення. При цьому їх світлова віддача і термін служби в кілька разів більше, ніж у ламп розжарювання того ж призначення. У позначеннях маркування люмінесцентних ламп застосовують такі літери: Л - люмінесцентна, Д - денного, Б - білого, ХБ - холодно-білого, ТБ - тепло-білого світла, Ц - поліпшеної передачі кольору, А - амальгамні. Недоліком цих ламп є періодичні пульсації їх світлового потоку з частотою, рівній подвоєній частоті електричного струму. Людське око не в змозі помітити ці миготіння світла завдяки зорової інерції, але якщо частота руху деталі збігається з частотою імпульсів світла, то деталь може здатися нерухомою або повільно обертається в протилежну сторону через стробоскопічного ефекту. У цьому випадку лампи включають в різні фази трифазного струму (пульсація світлового потоку буде в різні навпіл періоди).

Люмінесцентні лампи при включенні в мережу постачають пуско регулюючими апаратами (ПРА), так як при безпосередньому включенні лампи в мережу будь короткочасне зниження напруги призводить до різкого наростання струму і перегорання електродів.

Компактні лампи починають потихеньку застосуються все більше і більше , особливо для заміни лампрозжарювання - лампи з вбудованим баластом , наприклад лампа 18Вт , еквівалентна 75Вт лампі розжарювання.

Компактна лампа являє собою складену в два рази трубку (залежно від типу зустрічаються лампи з двома або трьома такими вигнутими трубками ) . Кожна трубка діаметром T4 або T5. Електроди - їх два або чотири (у позначенні іноді ставитися 2P - 2 pins або 4P - 4 pins ) знаходяться з одного боку . Для них потрібен спеціальний патрон до (рами ламп з вбудованим баластом ) - який ставитися в позначенні лампи - наприклад , 2G11 ( для ламп серії L ) , GX24d - 1 і т.д.

Такі лампи , як і решта лампи T5 , мають високу ефективність ( світловіддача становить 80-100 Lm / W) , гарний коефіцієнт передачі кольору ( CRI) і довгий термін служби .

Тут зображені різні компактні лампи з вбудованим баластом , Багато їх них мають цоколь, який вкручується в звичайний патрон для електролампи . На жаль , такі компактні лампи зазвичай мають невелику потужність , оскільки призначені для заміни електроламп . Правда , недавно з'явилися такі лампи потужністю близько 40Вт , для заміни 200Вт електролампи .

На малюнку показана конструкція компактних ламп. Зліва - лампа, що має вбудований електронний баласт , праворуч - лампа з вбудованим стартером і вимагає спеціального баласту.

Лампи ДРЛ складаються з цоколя 1, балони (колби) і кварцовою трубки 5 (див. рис. 10, в). Кварцова трубчаста пальник з двома основними і двома спостереження за полум'ям заповнена чистим аргоном під тиском 2,5-4,5 кПа і дозованою кількістю ртуті 40-60 мг. Цоколь звичайного різьбового типу. Колба, внутрішня поверхня якої покрита люмінофором 4, служить для захисту деталей пальника від окислення і механічних пошкоджень, запобігає вихід ультрафіолетового випромінювання назовні і забезпечує необхідний температурний режим на пальнику і шарі люмінофора.

Колбу після відкачування повітря заповнюють аргоном до тиску в кілька десятків кілопаскалей.

При подачі напруги на електроди лампи в парах ртуті утворюється електричний розряд, що створює інтенсивне ультрафіолетове випромінювання в синьо-зеленого частини спектру. Під впливом ультрафіолетових променів люмінофор випромінює світловий потік оранжево-червоного кольору, створюючи змішаний з основним світловим потоком видимий людським оком білий світ із зеленуватим відтінком. Промисловість випускає лампи потужністю 80, 125, 250, 400, 700, 1 000 і 2 000 Вт зі світловим потоком від 3 200 до 50 000 лм.

Для запалювання лампи ДРЛ при нормальній температурі застосовують дросель, а для включення ламп при зниженій температурі (до -30 ° С) - трансформатор з великим магнітним розсіюванням.

Лампи дугові ртутні іодідні (ДРІ) - конструктивно нагадують лампи ДРЛ, але зовнішня колба не вкрита люмінофором, кварцова пальник коротша і має на кінцях тепловідбивне покриття, а всередину колби пальники вводяться поряд зі ртуттю і наповнює газом аргоном іодіди деяких металів (натрію, талію , індію та ін.) Введення цих металів дозволяє варіювати в широких межах спектральний склад випромінювання розряду, збільшувати видиму частину випромінювання і відмовлятися від використання люмінофора. Світлова віддача цих ламп досягає 90-100 лм/Вт, що в 1,5-2 рази вище, ніж у ламп ДРЛ. Потужності ламп ДРІ відповідають звичайному ряду потужності ламп ДРЛ, а їх електричні характеристики практично збігаються або дуже близькі. Термін служби ламп ДРІ менше, ніж у ламп ДРЛ і становить 3000 - 5000 ч. Катоди в лампах ДРІ активують окисом чи торієм, тому в мережі для запалювання ламп навіть при позитивній температурі потрібна підвищена напруга.

Дугові натрієві лампи високого тиску (ДНаТ) - являють собою циліндричну розрядну трубку з світлопропускаючої полікристалічної окису алюмінію. Кінці трубки герметично закриті ковпаками, на яких укріплені активовані вольфрамові електроди. Всередину трубки введено дозовану кількість натрію, ртуті і газу ксенону. Зовнішній балон для теплоізоляції має глибокий вакуум 10 "4-10" 5 Па. У робочому стані тиск парів натрію становить 25 - 27 кПа, при цьому лампа випромінює потужний світловий потік з помітно жовтим світлом. Світлова віддача ламп становить 115 - 125 лм / Вт, а середня тривалість горіння 15 - 20 тис. год, що дає можливість застосовувати їх для освітлення великих відкритих просторів: високопрольотних цехів, кар'єрів, будівельних майданчиків, територій підприємств, площ і т. д.

Галогенна лампа - лампа розжарення, в балон якої додано буферний газ: пари галогенів (брому або йоду). Це підвищує тривалість життя лампи до 2000-4000 годин, і дозволяє підвищити температуру спіралі. При цьому робоча температура спіралі становить приблизно 3000 К. Ефективність галогенних ламп при масовому виробництві на січень 2012 досягає 15-22 лм/Вт.

Галогенні лампи в залежності від рівня мережевої напруги поділяють на два типи: на мережеве напруга 220-230 В і низьковольтні - на 12 В або 24 В.

У першу групу входить велика кількість типів, що розрізняються потужністю, розмірами, цоколем і призначенням. Найчастіше їх застосовують в промисловості і при зовнішньому освітленні. Але серед них є лампи і "домашнього" застосування зі звичайним гвинтовим цоколем Е27 або Е14 потужністю до 250 Вт Вони чудово замінюють звичайні лампи розжарювання. Вони вигідно відрізняються майже дворазовим збільшенням терміну служби і світлового потоку. Головне на відміну від звичайних ламп розжарювання полягає в тому, що у галогенних ламп більш високі робочі температури, тому слід керуватися правилом: якщо патрон розрахований на 150 Вт, то потужність "галогенки" не повинна перевищувати 100 Вт.

У групі низьковольтних теж багато видів, але спільне у них одне - для підключення до мережі потрібно понижуючий трансформатор, зазвичай на 12 В. У підвісних і накладних стелях, в меблевій підсвічуванні, в люстрах і настільних світильниках застосовують лампи з відбивачем, звані "дзвіночками" . Якщо за фальшивою стелею є приміщення 10 см, цього цілком достатньо для розсіювання тепла, що виділяється. Можна лампи монтувати і у ванних кімнатах, тільки ступінь захисту світильників повинна бути IP44.

Перевага галогенних лампочок - в підвищеній світловидатності при тій же витраті електроенергії.

У спектрі цих джерел світла дійсно присутні УФ-промені. Галогенні лампи навіть рекомендують для поповнення нестачі природного освітлення при вирощуванні рослинних культур. Відомий випадок, коли в бутіку плаття на манекені висвітлювали галогенною лампою, і через два місяці утворилося "вигоріле" пляма.

Світло, яке вони випромінюють, ближче світла всіх інших ламп до сонячного. Їх малі розміри, майже мініатюрність, дозволяють створювати абсолютно нові світильники, наприклад так званого акцентованого освітлення, - спеціально сконструйована система відбивача дозволяє настільки посилити потік світла, що це дає дизайнерам додаткові можливості в оформленні приміщення.

В порівнянні із звичайними лампами розжарювання галогенні мають світлову віддачу 13-25 лм / Вт, високий ресурс служби і кращу стабільність світлового потоку.

Мініатюрні розміри галогенних ламп естетично привабливіші (у низьковольтних галогенних ламп (12 В, 100 Вт) діаметр колби в 5 разів менше, ніж у ламп розжарювання тієї ж потужності). Не випадково сьогодні саме низьковольтні галогенні лампи використовують для підсвічування стелажів, полиць, різних елементів інтер'єру. Всі предмети виглядають ошатними, об'ємними, а їх кольори стають соковитіше і яскравіше; підкреслюється блиск скла і металу. Крім цього галогенні лампи на 12 В повністю електробезпеки.

Асортимент галогенних лампочок набагато більше звичайних.

Вироблені сьогодні галогенні лампи дуже різноманітні і багатофункціональні (лінійні, капсульні, рефлекторні і т. д.), що дає можливість знаходити таке світлове рішення, яке потрібно приміщенню в кожному конкретному випадку .

Основними перевагами галогенних ламп порівняно з лампами розжарювання:

1. галогенні лампи більш ефективно перетворює енергію, тобто

2. мають в кілька раз більший термін дії,

3. виконують більш яскраве біле освітлення,

4. більш якісно передають кольори освітлюваних предметів,

5. випускаються в більш багатому асортименті,

6. дoзвoляють кращe керувати cвітлoвим пучком і направлялись його з більшою точністю,

7. більш компактні, завдяки чому створюють нові можливості дизайну.

Галогенні лампи відрізняються від ламп розжарювання

Галогенні лампи за структурою і принципом дії порівнянні з лампами розжарювання. Але вони містять в газі-наповнювачі незначні добавки галогенів (бром, хлор, фтор, йод) або їх з'єднання. З допомогу цих добавок можливо в певному температурному інтервалі практично повністю усунути потемніння колби (викликане випаровуванням атомів вольфраму) і обумовлене цим зменшення світлового потоку.

Галогенні лампи, як і лампи розжарювання, випромінюють тепло. Спіраль, виготовлена з жаростійкого вольфраму, знаходиться в колбі, заповненої інертним газом. При проходженні через спіраль електричного струму вона загострюється, виробляючи теплову та світлову енергію. Накалювання призводить до випаровування частинок вольфраму, які осідають у вигляді чорного осаду всередині колби. При підвищенні тиску газу цей процес сповільнюється. Розміри і низька міцність колби традиційної лампи розжарювання не дозволяють підвищувати тиск газу далі. Чим вище температура спіралі, тим більше випромінюється світла. У теж час прискорюється процес випаровування вольфраму, що знижує термін служби лампи розжарювання. У галогенних лампах велика частина цих негативних явищ усунена.

Крім цього, колба галогенною лампи виконується з тугоплавкого кварцового скла, яке більш стійке до високої температури і хімічних впливів. Кварцове скло - жароміцний матеріал, а маленькі габарити гарантують міцність, достатню для того, щоб створювати більш високий тиск газу. Тому розмір колби в галогенних лампах розжарювання може бути сильно зменшений, внаслідок чого з одного боку можна підвищити тиск в газі-наповнювачі, і з іншого боку стає можливим застосування дорогих інертних газів криптон і ксенон в якості газів-наповнювачів.

Все це дозволяє підвищити температуру спіралі, в результаті чого збільшується в 2 рази світлова віддача (13-25 лм / Вт) і термін служби галогенною лампи (в 2-4 рази вище, ніж у ламп розжарювання).

Галогенні лампи з покриттям, що відображає інфрачервону складову інфрачервоне випромінювання покриттям лампової колби, характеризуються значним підвищенням світлової віддачі.

Основний недолік - у зміщенні спектру в синю область. У них світло "біліше", ніж у ламп розжарювання, причому з деякою кількістю ультрафіолету. Якщо він падає на річ, забарвлену нестійкої до світла фарбою, то вигорає вона значно швидше, ніж від звичайних ламп, - це треба враховувати.

Освітлювальна арматура. Світильник - це пристрій для штучного освітлення відкритих просторів, приміщень і окремих предметів, що складається з джерела світла (лампи) та освітлювальної арматури. Освітлювальна арматура складається з корпусу з відбивачем, розсіювача або захисного скла, патрона і пускорегулювального апарату для газорозрядних ламп. Світильники мають спеціальний пристрій для введення проводів і вузол підвіски, що дозволяє встановлювати світильник на трубі, тросі, коробі і крюках.

За способом захисту від впливу навколишнього середовища світильники діляться на відкриті; перекриті, мають екранує сітку або решітку; бризко захищені, в які не потрапляють падаючі під кутом 45 ° до вертикалі краплі і бризки; водо захищені і ущільнені, в які не проникає вода, пил і волога ; пило захищені і пилонепроникні, в які не проникають дрібні частинки пилу; вибухозахищені, що виключають виникнення іскор; вибухо непроникні, конструкція яких здатна витримувати найбільший тиск внутрішнього вибуху без пошкоджень світильника. Залежно від того, який відсоток всього світлового потоку спрямований в нижню півсферу, світильники бувають п'яти класів (табл. 2).

Залежно від цільового призначення світильники поділяють на промислові, громадські, побутові, вуличні; від способу установки - на підвісні, стельові, настінні і т. д. Промисловість випускає світильники різних типів. Для люмінесцентних ламп застосовують світильники, зовні відрізняються від світильників для ламп розжарювання і ДРЛ.

Таблиця 2