Проектирование осветительных установок
8.1. Выбор источников света.
Массовое применение имеют: лампы накаливания (ЛН), люминесцентные лампы (ЛЛ), дуговые ртутные лампы высокого давления (ДРЛ).
Последние, несмотря на высокую световую отдачу, применяются лишь для таких производственных помещений, где не предъявляется существенных требований к правильной цветопередаче. К таким помещениям относятся ряд цехов металлургических и машиностроительных заводов, в особенности большой высоты, в которых возникают трудности при обслуживании светильников. При применении ламп ДРЛ в этом случае существенно снижаются эксплуатационные расходы (редко приходится заменять лампы). Лампы ДРЛ удобно применять вне производственных зданий: они хорошо работают при низких температурах (открытые склады, фабрично-заводские территории, улицы и площади городов).
Для помещений применяются в основном ЛН и ЛЛ. Сравним их:
а) значительно более высокая (40-50 лм/Вт, по сравнению со световой отдачей ЛН (7-22 лм/Вт) позволяет в случае применения ЛЛ, создавать более высокие уровни освещенности на рабочих местах при той же мощности, что способствует повышению видимости.
б) ЛЛ обеспечивают более правильную цветопередачу, что в ряде случаев является решающим при выборе источников света.
в) ЛЛ имеют более высокий срок службы (6-8 тыс. часов, а некоторые до 1500), по сравнению с ЛН (500-1500 час).
Недостатки ЛЛ:
а) ЛЛ работают при температуре (+5÷50)0С, их нельзя применять вне зданий.
б) усложнение электроосветительных сетей (нужна специальная пускорегулирующая аппаратура (ПРА); специальные схемы для уменьшения пульсации светового потока.
в) для люминесцентного освещения характерно повышение нижней границы зоны зрительного комфорта, в пределах которой освещение воспринимается как достаточное. Если эта граница для ЛН соответствует освещенности 30-50 лк, а для ЛЛ марки ЛБ (лампы белого света) она повышается до 150-200 лк, а для марки ЛД (лампы дневного света) до 300-500 лк, что приводит к выводу о целесообразности применения ЛЛ при низких уровнях нормируемой освещенности.
Учитывая изложенные соображения, следует безусловно рекомендовать применение ЛЛ в следующих случаях:
- в производственных помещениях, где работа связана с большим и длительным напряжением зрения или помещениях, где необходимо создать особо благоприятные условия для зрительной работы,
находящихся в них людей (контрольно-браковочные операции, учебные заведения, проектно-конструкторские бюро и т.д.);
- при повышенных требованиях к цветопередаче;
- в производственных помещениях без естественного освещения, если люди находятся в них длительно;
- в помещениях, где необходимость люминесцентного освещения обусловлена архитектурно-художественными соображениями (музеи, выставочные залы, картинные галереи, вокзалы, метро и т.д.).
Для общего освещения производственных помещений наиболее широкое распространение получили ЛЛ марки ЛБ как обладающие удовлетворительной цветопередачей и, вместе с тем, наиболее высокой светоотдачей.
При повышенных требованиях к цветопередаче следует применять ЛЛ марки ЛД, а при особо высоких требованиях – лампы марки ЛДЦ.
В производственных помещениях допускается одновременное использование ЛЛ и ЛН, если это оправдано техническими соображениями. Например, в практике промышленного освещения при общем освещении, выполненном ЛЛ, местное освещение выполняется светильниками с ЛН.
Широкому использованию ксеноновых ламп для освещения производственных помещений препятствует ряд причин. Основными из них являются:
- большая единичная мощность ламп (5 кВт);
- малый срок службы (500-2000 час.);
- отсутствие достаточных гигиенических обоснований условий и области применения этих источников, обладающих значительным излучением в ультрафиолетовой области спектра.
Следует, однако, указать, что ксеноновые лампы с успехом используются для освещения работ на больших открытых пространствах, например, карьеры, аэропорты, ж/д вокзалы и т.д.
Натриевые лампы низкого давления, обладающие высокой световой отдачей, из-за неудовлетворительного спектрального состава, не могут быть рекомендованы для освещения помещений и могут использоваться лишь для освещения открытых пространств, при отсутствии требований к цветопередаче (например, автострады).
8.2. Применение ламп накаливания.
ЛН могут применяться для общего освещения во вспомогательных и подсобных помещениях без постоянного пребывания людей и в некоторых производственных помещениях с грубыми зрительными работами не требующими высокой освещенности.
ЛН должны также применяться для общего освещения в случаях, когда невозможно или недопустимо использование газоразрядных ламп (например, при питании постоянным током; при возможности понижения напряжения питания ниже 90%; при специальных требованиях по ограничению радио помех; в помещениях с условиями среды, для которой отсутствуют светильники с газоразрядными лампами - например, взрывоопасные помещения).
ЛН применяют при температурах в помещениях +100С (когда не могут работать ЛЛ).
ЛН применяют для аварийного освещения, если рабочее освещение выполняется лампами ДРЛ, ДРИ, ДНаТ.
ЛН общего назначения для напряжений 127-135В и 220-235В целесообразно использовать в производственных зданиях, в осветительных сетях, в которых напряжение может длительно превышать
номинальное (127 или 220 В), а также для дежурного освещения, включаемого в ночное время, когда напряжение питания из-за малой нагрузки повышается.
8.3. Системы и виды освещения.
Для системы общего освещения применяют два способа размещения светильников – равномерное и локализованное, в зависимости от характера производства и расположения рабочих мест.
Система комбинированного освещения применяется, как правило, в помещениях, где выполняются тонкие и точные зрительные работы (см. СНиП). Однако в некоторых случаях применение местного освещения в составе комбинированного по техническим причинам невозможно. Тогда применяется лишь общее освещение.
Наиболее широко местное освещение применяют на металлообрабатывающих станках, слесарных верстаках, столах для производственных операций с мелкими деталями и т.п.
Применение одного местного освещения в помещении без общего освещения запрещается, ввиду того, что при этом создается крайне неблагоприятное распределение яркости в поле зрения работающих в помещении людей, приводящее к ухудшению условий зрительной работы, утомлению и порче зрения.
Совмещенное освещение - недостаточный по нормам естественный свет дополняется искусственным освещением. Есть производства, где самим проектом допускается иметь недостаточное естественное освещение.
При совмещенном освещении общее искусственное освещение рекомендуется выполнять преимущественно газоразрядными лампами и целесообразно предусматривать автоматическое управление искусственным освещением – для обеспечения большего постоянства светового режима в помещениях.
8.4. Виды освещения (по назначению).
Различают рабочее и аварийное освещение.
Аварийное освещение должно давать возможность в одних помещениях продолжать работу при сниженной освещенности (для основного производства), а в других помещениях – безопасно выйти людям из помещения (эвакуационное аварийное освещение).
Аварийное освещение для продолжения работы должно устраиваться в помещениях, в которых внезапное отключение рабочего освещения может привести к тяжелым последствиям для людей и производственного оборудования. Освещенность должна быть не менее 2 лк. Освещенность свыше 30 лк при аварийном освещении разрешается создавать только при наличии обоснований.
При эвакуационном аварийном освещении освещенность должна быть не менее 0,5 лк.
Дежурное освещение применяется в основных производственных помещениях в нерабочее время в темное время суток. Освещенность не нормируется.
Для дежурного освещения может быть использована часть светильников рабочего освещения. Эвакуационное освещение также может использоваться как дежурное.
Для аварийного освещения применяют лампы накаливания. Разрешается также применять ЛЛ при условии, что минимальная температура в помещении будет не ниже 100С и питание ламп при всех режимах будет осуществляться переменным током с напряжением не ниже 90% от номинального.
Применять для аварийного освещения дуговые лампы ДРЛ, ДРИ, ДНаТ не разрешается, т.к. повторное зажигание их после отключения происходит спустя 10-15 мин после погасания, что неприемлемо для аварийного освещения.
8.5. Выбор освещенности и коэффициента запаса.
Для обоснованного назначения норм необходимо детальное знакомство с технологией производства и выявление особенностей зрительной задачи на данном рабочем месте.
При выборе разряда норм (см. СНиП) возникает задача выявлять размер объекта различения, а при выборе подразряда установить контраст объекта с фоном и коэффициент отражения рабочей поверхности. Это задача относительно просто решается в тех случаях, когда зрительная задача заключается в различении плоского диффузного объекта на плоском диффузном фоне, что характерно для административно-конторских помещений. Угловой размер определяется толщиной черточки букв и цифр, а контраст объекта с фоном – отношением разности коэффициентов отражения объекта и фона к коэффициенту отражения фона.
Значительно сложнее решить задачу при различении рельефного объекта на диффузно отражающем или направленно отражающем фоне, что характерно для большинства рабочих мест в производственных помещениях. Сложность решения задачи заключается в том, что размер рельефного различения, а также его контраст с фоном зависят не только от размера и световых свойств объекта и фона, но одновременно от направления света, падающего на рабочую поверхность и положения работающего.
При проектировании осветительной установки и, в частности при расчете установленной мощности следует иметь в виду, что в процессе эксплуатации осветительной установки освещенность уменьшается. Основные причины этого: уменьшение светового потока источников света в процессе работы, снижение КПД светильников в результате загрязнения ламп и осветительной арматуры, загрязнение стен и потолка. Учитывая эти факторы, вводят коэффициент запаса 1,3÷2, в зависимости от типа освещаемых объектов и источников света.
8.6. Выбор типа светильника.
От выбора типа светильника зависит экономичность и надежность системы освещения. При неправильном выборе может даже произойти пожар, взрыв.
Основные условия выбора светильника:
- характер окружающей среды;
- требования к светораспределению и ограничению слепящего действия;
- минимум приведенных затрат.
Условия среды определяют конструктивное исполнение светильника.
В нормальных сухих и влажных помещениях допускается применение всех типов незащищенных светильников. В сырых помещениях также допускается применение незащищенных светильников, но при условии выполнения корпуса патрона из изоляционных и влагостойких материалов.
В особо сырых помещениях рекомендуется применение светильников в пыленепроницаемом, пылезащищенном или брызгозащищенном исполнении. При этом корпус светильника и патрон должны быть выполнены из влагостойких материалов, а ввод проводов должен исключать возможность замыканий.
Аналогичные требования предъявляются к светильникам для освещения помещений с химически активной средой. Изоляция должна быть стойкой к агрессивной среде (например, флоропласт).
В пыльных помещениях должны применяться светильники в полностью пылезащищенном или пыленепроницаемом исполнении.
В пожароопасных помещениях, в которых применяются или хранятся горючие жидкости с температурой вспышки паров 450С или выделяются пыль, волокна, образующие с воздухом легковоспламеняющиеся смеси, рекомендуется применение полностью пыленепроницаемых светильников и допускается применение полностью пылезащищенных светильников.
В пожароопасных помещениях, где имеются твердые или волокнистые горючие материалы (дерево, ткани), но возможность образования взрывоопасных смесей исключается, допускается применение незащищенных перекрытых светильников (стеклом, сеткой).
Во взрывоопасных помещениях, в которых возможно образование взрывоопасных концентраций в процессе производства, необходимо применение светильников во взрывонепроницаемом исполнении.
Для выбора светильников в зависимости от условий среды применяются специально составленные справочные таблицы. В них помещения классифицируются следующим образом:
- сухие нормальные;
- влажные;
- сырые;
- особо сырые;
- жаркие;
- пыльные;
- с химически активной средой.
Производственные и П-I
Складские П-III
Пожароопасные Производственные П-II
П-IIA
Складские П -II
П –IIA
Взрывоопасные В-I
В-IA
В-IБ
В-IГ
В-II
В-IIА
8.7. Светораспределение светильников.
Светораспределение светильников является основной характеристикой, определяющей светотехническую эффективность применения светильника в заданных условиях.
Распределение светового потока, излучаемого светильником в нижнюю и верхнюю полусферы и форма кривой силы света – основные показатели.
Например, для освещения помещений, стены и потолок которых имеют невысокие отражающие свойства, необходимы светильники с отражением света в основном вниз, на рабочие поверхности. Однако при концентрированной кривой силы света может появиться слишком большая неравномерность освещения, резкие тени.
8.8. Эксплуатация осветительных установок
Парк установленных в стране световых точек (включая жилые дома) составляет 600 млн. штук. На освещение затрачивается огромные средства, материальные ресурсы.
Задача эксплуатации – обеспечить выполнение проектных параметров осветительных установок.
Необходимо иметь в виду, что при существенном снижении освещенности от нормального уровня снижается производительность труда (до 10%); появляется дополнительное утомление; ухудшается зрение (появление близорукости); снижается качество продукции.
На улицах от уровня освещенности зависит безопасность движения транспорта и пешеходов.
Надежность осветительных установок необходимо обеспечить путем регулярного восстановления: очистка, замена, ремонт, а также установкой дополнительного числа осветительных приборов.
Надежность и эффективность осветительных установок зависит от своевременности их обслуживания, т.е. от организации службы эксплуатации.
В процессе эксплуатации происходит запыление осветительных приборов, что приводит к снижению КПД за счет уменьшения светового потока, а при зеркальных отражателях – за счет искажения кривой силы света.
Очистка светильников от пыли – очень важное мероприятие, которое систематически должно проводиться в процессе эксплуатации.
Необходимо иметь в виду, что происходит со временем необратимое снижение КПД. Обязанности службы эксплуатации:
1. Прием в эксплуатацию вновь смонтированных и реконструированных осветительных установок.
2. Обеспечение мер по рациональному использованию и экономии электрической энергии, расходуемой на освещение.
3. Обеспечение осветительных установок запасом осветительных приборов и комплектующих изделий к ним.
4. Регулярный контроль состояния осветительных установок.
5. Установление соответствия осветительных установок требованиям технологии при реконструкции производственных помещений или изменении назначения участков территорий или класса улиц в установках наружного освещения.
6. Обеспечение дезактивации ртути вышедших из строя газоразрядных ламп.
7. Оценка эксплуатационных качеств светотехнических изделий с целью внесения предложений по их совершенствованию изготовителями.
В сфере эксплуатации имеются следующие резервы экономии электрической энергии и повышения эффективности ее использования в действующих осветительных установках (ОУ):
1. Реконструкция физически и морально устаревших ОУ;
2. Совершенствование управления ОУ (автоматика; своевременное включение и отключение; соответствие освещения режиму работы основного производства);
3. Принятие мер по снижению перенапряжений с целью предотвращения преждевременного входа из строя;
4. Использование амальгамных ЛЛ вместо обычных при работе их в условиях повышенных температур; использование экономичных ЛЛ; применение ЛН на повышенное напряжение.
В ОУ внутреннего освещения указанные мероприятия могут дать экономию электрической энергии 5-20%.
В установках наружного освещения экономия может быть получена за счет применения высокоэффективных источников света и использования рациональных по светораспределению осветительных приборов.
На крупных промышленных предприятиях и в общественных зданиях для ремонта и чистки светильников, проверки и испытаний источников света, осветительных приборов, пускорегулирующей аппаратуры целесообразно создавать светотехнические мастерские и лаборатории.
В составе светотехнической мастерской целесообразно предусматривать следующие помещения: моечное, ремонтное, кладовая.
8.9. Утилизация отработавших газоразрядных ламп.
Газоразрядные источники света содержат, как правило, ртуть. В каждую ЛЛ вводится от 60 до 120 мг ртути, а в ДРЛ – значительно больше.
Практикуемый при эксплуатации осветительных устройств вывоз отработавших ГЛ на свалки или их захоронение в специально отведенных местах создает опасность ртутного заражения воздуха, почвы и водных источников. Известно, что при полном испарении 100г ртути, высвобождающейся при разбивании примерно 1 тыс. ЛЛ, происходит ртутное заражение воздуха в объеме 10 млн м3 (площадь 100га при высоте слоя воздуха 10м) до предельно допустимой нормы (0,01 мг/м3).
Существует способы обезвреживания отработавших ГЛ, их утилизации на специальных установках. Разными организациями разработаны проекты таких установок. На некоторых заводах используются установки для утилизации заводского брака ламп.
9. Источники, схемы питания и управления освещением.
Электрическое освещение производственных зданий обычно питается от одно- и двух трансформаторных подстанций, общих для силовых и осветительных потребителей.
Мощность силового оборудования значительно превышает мощность осветительных установок, поэтому вопрос решается комплексно.
При наличии в цехе нескольких ТП осветительные сети не обязательно питаются от всех ТП, можно взять только часть. Принимается наиболее рациональное решение.
Нельзя питать осветительные сети от подстанций, где присоединяются потребители с большими толчками нагрузки.
Как показывают расчеты и многолетний опыт, применение самостоятельных трансформаторов (только для освещения) – технически и экономически не оправдано. Выделение для питания освещения самостоятельных трансформаторов значительно усложняет и удорожает систему электроснабжения и питающие осветительные сети.
При выборе трансформаторов, используемых как для силовых, так и осветительных потребителей, необходимо учитывать требования ПУЭ о надежности и бесперебойности действия искусственного освещения.
Наиболее жесткие требования предъявляются к аварийному освещению для продолжения работы, а также к аварийному эксплуатационному освещению. Эти виды освещения должны питаться от независимого источника электрической энергии или автоматически переключаться на независимый источник при прекращении питания рабочего освещения.
Независимым называется источник, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках. На производственных предприятиях независимыми источниками являются обычно трансформаторы, питаемые от двух источников, а также от отдельных шин одного распредустройства, при условии, что каждая секция питается от независимого источника и что секции не связаны между собой или же имеют связь, которая автоматически отключается при нарушении работы одной из секций.
Для питания силовых и осветительных электроприемников на производственных предприятиях применяется система 3-х фазного тока 380/220В с заземлением нейтрали. При этом в режиме ХХ трансформатор имеет напряжение 400/230В.
В ограниченном числе случаев (например, если применяется система 680/380В) разрешается примерять светильники с питанием от 380В. При этом применяется усиленная изоляция и особые меры безопасности.
В ПУЭ содержится важное ограничение на применение напряжения 127 и 220В в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных. При высоте установки светильников менее 2.5м.
Конструкция их должна исключать возможность доступа к лампе без применения какого-либо приспособления или инструмента (ключ, отвертка, плоскогубцы), чтобы не пытались менять лампы неквалифицированные люди. Если же это условие не соблюдается, то должно применяться напряжение не выше 42В. (установлено по нормам международной электротехнической комиссии – МЭК).
Для светильников местного стационарного освещения с лампами накаливания и ручных переносных светильников в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных также должно применяться напряжение не выше 42В. В особых условиях – должно применяться напряжение не выше 12В. Другие применяемые в цехах напряжения: 36, 24В (от понижающих трансформаторов).
9.1. Схемы питания.
Осветительные сети внутреннего освещения разделяются на питающие и групповые.
В начале каждой питающей линии устанавливается аппарат защиты и отключения. В начале групповой линии установка аппарата защиты обязательна, а отключающий аппарат можно не ставить, если такие аппараты устанавливаются по длине линии.
Наибольшее распространение получили автоматы, с помощью которых осуществляется как защита, так и отключение. Реже применяются предохранители (защита) в комплекте с рубильниками (отключение).
Групповые осветительные щитки, устанавливаемые в производственных зданиях, в большинстве случаев с плавкими предохранителями не применяются.
Ниже проводятся основные схемы осветительных сетей, применяемые на промышленных предприятиях.
Схемы осветительных сетей для потребителей III категории.
Схема осветительных сетей для потребителей II категории.
Если каждый из трансформаторов ( ТП-I и ТП-2) получает питание от независимого источника, то схему можно применять и для потребителей I категории.
В целях сохранения полного освещения при аварийных и плановых ремонтах трансформаторов в ряде случаев ( например, в целях с частыми и длительными остановками технологического оборудования на ремонт и профилактический осмотр) желательно иметь перемычки между ТП для взаимного резервирования.
Схема осветительных сетей для потребителей II категории с применением перемычки.
Схема осветительных сетей для потребителей I категории.
В этой схеме предусмотрено автоматическое включение резервного питания системой АВР ( автоматическое включение резерва).
Для электрических нагрузок I категории в качестве второго источника питания ( дя аварийного освещения) применяют также аккумуляторные батареи, дизельные станции, бензиновые двигатели или же используются электрические связи с ближайшими независимыми источниками. Эти же источники применяются и в качестве третьих независимых источников при питании электронагрузок особых категорий.
27
Схема питания электрического освещения для потребителей особой группы I категории.
При наличии большого количества осветительных точек применяются схемы с магистральными линиями.
Где :
1 – главные магистрали.
2 – линии, питающие внецеховые нагрузки.
Защитные аппаратуры устанавливаются в местах ответвлений по всей длине магистрали.
Рабочее и аварийное освещение питаются от разных магистралей.
Использование для осветительных сетей силовых магистралей не рекомендуются ( колебания напряжения и отключения).
Осветительные сети могут записываться непосредственно от силовых вводов:
В питающих сетях освещения применяют как магистральные, так и радиальные схемы, в зависимости от мощности расположения щитков.
Ограниченность числа защитных аппаратов на распределительных щитках подстанций и большие значения их номинальных токов в ряде случаев делают необходимым питания групповых щитков от распределительного щита через магистральный пункт , на котором происходит «размножение» мощного фидера подстанции.
При большом числе осветительных приборов, необходимости обеспечивать освещение во многих помещениях – применяются групповые осветительные сети.
Ниже приводиться наиболее типичные их виды
10. Защита осветительных сетей.
Осветительные сети во всех случаях должны быть защищены от токов коротких замыкании:
а) для сетей, выполненных открыто расположенными незащищенными изолированными проводами с горючей изоляцией (АПР, ПРД и др.)
б) для сетей жилых и общественных зданий , торговых помещений, служебно-бытовых помещений промышленных предприятий, пожароопасных помещений и взрывоопасных установках ( включая наружные ).
Аппараты защиты: плавкие предохранители, автоматический выключатель.
Защитные и отключающие аппараты не устанавливаются в нулевых проводниках, кроме нулевых проводников двух проводных линий во взрывоопасных помещениях класса В-1.
При защите двух- и трехфазных линий в системах с глухозаземленной нейтралью, применяются однополосные аппараты защиты. Двух - и трехполосные аппараты ( автоматические) предусматриваются лишь в тех случаях, когда требуется одновременное отключение всех фаз или полюсов.
Литература
1. Мешков В.В. Основы светотехники. ч.1. М.: Энергия, 1979 .
2. Мешков В.В., Матвеев А.Б. Основы светотехники. ч.2. М.: Энергоатомиздат, 1989 .
3. Литвинов В.С., Рохлин Г.Н. Тепловые источники оптического излучения. М.: Энергия, 1976
4. Рохлин Г.Н Разрядные источники света. М.: Энергоатомиздат, 1991.
5. Трембач В.В. Световые приборы. М.: Высшая школа, 1990
6. Справочная книга по светотехнике. Под ред. проф. Ю.Б. Айзенберга. М.: Энергоатомиздат, 1995.
7. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. СНиП 23-05-95. Светотехника. 1995 №11/12. с. 2-20.
8. ГОСТ 2239-79 Основные характеристики ЛН общего назначения.
9. ГОСТ 15597-82. Светильники для производственных повешений.
10. ГОСТ 8045-82. Светильники для освещения дорог и улиц.
11. ГОСТ 8607-82. Светильники для освещения жилых и общественных помещений.
12. ГОСТ 26092-84. Приборы световые. Установочные и присоединительные размеры.
13. ГОСТ 2239-79 Основные характеристики ЛН общего назначения.
14. Правила устройства электроустановок. Раздел.4. Электрическое освещение, 1999.