Электрическое освещение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Установки электрического освещения используют во всех производственных и бытовых помещениях, общественных, жилых и других зданиях, на улицах, площадях, дорогах, переездах и т.п. Это самый распространенный вид электроустановок. Различают три вида электрического освещения.

Рабочее освещение предназначается для нормальной деятельности во всех помещениях и на открытых участках при недостаточном естественном освещении. Оно должно обеспечивать нормируемую освещенность в помещении на рабочем месте.

Аварийное освещение предназначается для создания условий безопасной эвакуации людей при аварийном отключении рабочего освещения в помещениях или продолжении работ на участках, где работа не может быть прекращена по условиям технологии. Аварийное освещение должно создавать освещенность не менее 5 % общего для продолжения работы или не менее 2 лк, а эвакуационное -- не менее 0,5 лк на полу, по основным проходам и лестницам.

Охранное освещение вдоль границ охраняемой территории является составной частью рабочего освещения, создаст освещенность зоны с обеих сторон ограды.

По правилам устройства электроустановок освещение делят на три системы.

Общее освещение в производственных помещениях может быть равномерным (с равномерной освещенностью по всему помещению) или локализованным, когда светильники размещают так, чтобы на основных рабочих местах создавалась повышенная освещенность. Местная система обеспечивает освещение рабочих мест, предметов и поверхностей.

Комбинированной называют такую систему освещения, при которой к общему освещению помещения или Пространства добавляется местное, создающее повышенную освещенность на рабочем месте. Основным элементом осветительной электроустановки является источник света -- лампа, преобразующая электроэнергию в световое излучение.

Электрические источники света -- детище XIX и главным образом XX века. Наиболее быстрое развитие они получили в последние 50 -- 60 лет. Назовем в хронологическом порядке важнейшие события на пути совершенствования электрических источников света, позволяющие проследить развитие научной и конструкторской мысли.

В 1802 г. русский физик В. В. Петров открыл явление электрической дуги между угольными электродами и отметил ее световые свойства, подсказав тем самым возможность использования этого явления для целей освещения. Вскоре после открытия в 1800 г, теплового действия электрического тока начались опыты по получению света путем накаливания проводников током. Многочисленные работы в этой области многие годы не давали удовлетворительных результатов. Лишь в 1872 г. успех сопутствовал русскому изобретателю и конструктору А. Н. Лодыгину, который предложил источник света, в принципе схожий с современной лампой накаливания.

Он заключил в стеклянный баллон угольный стерженек, выпиленный из реторного угля (полученного при сухой перегонке дерева), и пропустил через него ток. Уголек разогревался и ярко светился. Кислород внутри баллона поглощался за счет сгорания части угля (вакуумной техники тогда не было). Оставшаяся часть угля относительно долго работала, излучая свет. Позже лампа была Усовершенствована В. Ф. Дидрихсоном, который разместил в баллоне несколько угольных стерженьков, автоматически переключавшихся по мере перегорания.

В 1876 г. русский изобретатель П. Н. Яблочков использовал для получения света электрическую дугу. В лампе Яблочкова, которая вошла в историю под названием «свеча Яблочкова» и представляла собой открытую угольную дугу, в качестве электродов были применены два угольных стержня, расположенных параллельно и разделенных промежутком из смеси каолина с магнезией.

В 1876 г. русский изобретатель П. Н. Яблочков использовал для получения света электрическую дугу. В лампе Яблочкова, которая вошла в историю под названием «свеча Яблочкова» и представляла собой открытую угольную дугу, в качестве электродов были применены два угольных стержня, расположенных параллельно и разделенных промежутком из смеси каолина с магнезией.

В 1879 г. американский изобретатель Т.А. Эдисон усовершенствовал лампу А. Н. Лодыгина, применив для тела накала угольный волосок, полученный обугливанием длинных и тонких бамбуковых волокон, и откачав из баллона воздух. Конструкция лампы оказалась достаточно технологичной, что позволило организовать промышленное производство ламп с угольной нитью. Лампы накаливания начинают широко внедряться в практику электрического освещения во многих странах, в том числе в России.

В 1890 г. А. Н. Лодыгин демонстрировал лампу с телом накала в виде нити из тугоплавкого металла -- молибдена. Эта идея оказалась очень плодотворной. Для изготовления тела накала пытались применять платину, осмий, цирконий, тантал и, наконец, вольфрам, который вытеснил впоследствии все другие металлы. Первые образцы ламп с применением вольфрама появились в 1903 г., в 1906 г. начался промышленный выпуск вакуумных ламп с прямой вольфрамовой тянутой нитью.

В 1913 г. американский ученый И. Ленгмюр предложил наполнять лампу накаливания нейтральным газом и применять спирализованное тело накала вместо нитевидного. Эти меры позволили уменьшить температурное распыление вольфрамовой проволоки и за счет этого увеличить продолжительность горения (срок службы) лампы. И. Ленгмюру принадлежит теоретическая и практическая разработка спиральных вакуумных и газополных ламп.

В 1914 г. были изобретены газополные лампы накаливания с биспиральным (дважды спирализованным) телом накала. Но они долго не получали практического применения из-за сильного провисания тела накала. Только в 1935 г., после разработки технологии изготовления формоустойчивого вольфрама, началось их массовое производство. С 1936 г. в качестве газов-наполнителей лампы стали применять криптон (рис. В.4,е) и ксенон.

Практическое использование свечения электрического разряда в газе для целей освещения началось в 1893 г., когда американский инженер Ф. Мур предложил конструкции светящихся трубок, наполенных разреженными газами (азот и углекислота). Этому событию предшествовали исследования многих ученых в области создания источников тока, получения вакуума, изучения свойств и разновидностей газового разряда. В 1910 г. для светящихся трубок стали применять неон, аргон и другие газы, что позволило упростить их конструкцию. Параллельно создавались лампы и светящиеся трубки с парами металлов. Первой такой лампой, использующей свечение ртутных паров, была ртутная лампа И. Репьева, предложенная в 1879 г. В 1900--1901 гг. в эти лампы были введены конструктивные усовершенствования, которые сделали их Удобными для практического применения. В результате начатых в 1904 г. работ, связанных с использованием для ртутных ламп кварцевых колб, была создана надежная конструкция ламп с металлическими вводами (1912-1913 гг.) и твердыми оксидными катодами (1930-1932 гг.). Эти лампы были интенсивными источниками излучения в ультрафиолетовой области спектра.

В 1931 г. академик С. И. Вавилов предсказал возможность применения в газоразрядных лампах люминофоров для преобразования ультрафиолетового излучения ртутного разряда в видимое излучение с непрерывным спектром. Эта идея была реализована в люминесцентных лампах низкого давления, массовый выпуск которых начался в СССР в 1938 г.

Они стали первыми газоразрядными источниками света, которые наряду с лампами накаливания нашли массовое применение для освещения. Этому способствовали высокая эффективность люминесцентных ламп (в настоящее время световая отдача в 2 -- 5 и срок службы в 5 -- 15 раз выше, чем у ламп накаливания), а также технологичность конструкции, позволившая организовать крупное высокомеханизированное производство. Широкое распространение люминесцентных ламп подняло освещение промышленных и общественных зданий на принципиально новый качественный уровень.

Начиная с 1951 г. начинают быстро распространяться дуговые ртутно-кварцевые лампы высокого давления с нанесенным на внутреннюю стенку внешней колбы люминофором -- лампы ДРЛ. Их световая отдача достигает сейчас 60 лм/Вт, а срок службы 12--15 тыс. ч. Производство этих ламп хорошо механизировано.

1959 г. ознаменовался крупным событием, открывшим новую страницу в развитии тепловых источников света, были созданы галогенные лампы накаливания в кварцевой колбе. Введение галогенов (например, йода) в лампу обеспечивало при определенных условиях обратный перенос испарившихся частиц вольфрама со стенок колбы на тело накала. При этом колба в процессе работы лампы остается прозрачной, световой поток -- более стабильным, что позволяет существенно уменьшить размеры лампы по сравнению с обычными лампами той же мощности. Относительно малые размеры этих ламп и высокая прочность их кварцевых оболочек позволили повысить давление наполняющей лампы среды до 4 -- 5*105 Па (3000--4000 мм рт. ст.) и тем самым существенно увеличить срок службы галогенных ламп (примерно в 2 раза) по сравнению с обычными лампами накаливания. В СССР в настоящее время создано и выпускается свыше 100 типоразмеров галогенных ламп накаливания, используемых для инфракрасного нагрева, прожекторного освещения, кино-, теле-и фотосъемок, автотранспорта, оптических приборов и других целей.

Изобретение галогенных ламп накаливания навело на мысль использовать циклы в парах простейших химических соединений в газоразрядных лампах. Это позволяет создать лампы, сочетающие высокую световую отдачу и хорошую цветопередачу, присущие люминесцентным лампам, с высокой мощностью излучения, которой отличаются ртутные лампы высокого давления. За последние 10-15 лет много сделано для практической реализации этой идеи. Уже начали выпускаться так называемые ме-таллогалогенные дуговые лампы (типа ДРИ), т. е. ртутные лампы высокого давления с введением йодидов натрия, таллия, индия и др. Световая отдача этих ламп достигает 80--90 лм/Вт, что в 1,5--2 раза больше, чем у аналогичных ламп типа ДРЛ.

Важным достижением последнего времени является разработка и освоение производства натриевых ламп высокого давления.

Создание таких ламп (типа ДНаТ), имеющих световую отдачу до 110--120 лм/Вт, срок службы около 20 тыс. ч и удовлетворительную цветопередачу, стало возможным в связи с созданием свето-' прозрачных трубок-колб из поликристаллической окиси алюминия. Такие колбы могут работать при более высокой температуре, чем кварцевые, и хорошо противостоят воздействию разряда в парах щелочных и щелочноземельных металлов.

Развитие источников света, совершенствование конструкций происходили на основе использования достижений фундаментальных наук, в тесной связи с развитием других отраслей науки и техники. Важнейшими научными предпосылками явилось открытие теплового действия электрического тока (1800 г.), открытие электрической дуги и возможности получения от нее света (1802 г.), исследование и формулирование законов теплового излучения тел (вторая половина XIX в.), развитие теории светящегося электрического разряда в газе (работы английского физика М. Фарадея, начатые в 1838 г.), развитие исследований в области техники освещения и облучения.

К главным техническим предпосылкам развития источников света можно отнести изобретение гальванического элемента, электрификацию, создание вакуумной техники, получение вольфрамовой проволоки, развитие техники обработки стекла, получение кварцевого стекла, организацию промышленного получения азота, аргона, криптона и ксенона и снижение их стоимости и др. Отметим основные пути и направления дальнейшего развития электрических источников света. Главная проблема -- повышение эффективности преобразования электрической энергии в световую, увеличение световой отдачи источников света. В тепловых источниках света это может быть достигнуто за счет отыскания новых материалов для тела накала, совершенствования конструкции тел накала и оптимизации окружающих их сред, дальнейшего исследования возвратных (регенеративных) циклов и совершенствования на этой основе галогенных ламп накаливания, развития работ по применению антистоксовых люминофоров в лампах накаливания и др.

Важными научно-техническими задачами в области газоразрядных ламп являются улучшение цветности натриевых ламп высокого давления; повышение срока службы ламп типа ДРИ; повышение стабильности светового потока практически всех типов газоразрядных ламп и прежде всего люминесцентных ламп низкого давления; создание люминесцентных ламп с улучшенной цветопередачей и в колбах специальной формы для жилых помещений; развитие люминесцентных ламп повышенной интенсивности; создание безбалластных газоразрядных ламп; расширение ассортимента ламп типов ДРЛ, ДРИ, ДНаТ и др. Требование повышения эффективности преобразования электрической энергии в световую не является абсолютным. На него накладываются Ограничения в связи с необходимостью обеспечить разумную долговечность источников, необходимый спектральный состав излучения, достаточно низкую стоимость ламп, удобство их эксплуатации в осветительных приборах и т. п. Поэтому оценка эффективности источников света как преобразователей энергии должна осуществляться по критериям, учитывающим эти ограничения. В области создания таких критериев сделано уже немало.

Принцип действия и недостатки источников света

Лампа накаливания

Принцип действия: свет в лампах накаливания создается путем прохождения электрического тока через тонкую проволоку, обычно изготовляемую из вольфрама. Принцип действия основан на тепловом действии электрического тока.

Преимущества лампы: низкие первоначальные затраты, удовлетворительное качество воспроизведения цвета, возможность управления степенью концентрации и направлением распространения света, разнообразие конструкций, удобство применения, отсутствие систем электронного запуска и стабилизации.

Недостатки: срок службы обычно не более 1000 часов; 95% производимой ими энергии преобразуется в тепло и только 5 % - в свет! Лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 40 Вт -- 145°С, 75 Вт -- 250°С, 100 Вт -- 290°С, 200 Вт -- 330°С. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.

Применение: предназначены для внутреннего и наружного освещения при параллельном включении ламп в электрические сети напряжением 127 и 220 В.

Галогенные лампы

Принцип действия: спираль, изготовленная из жаропрочного вольфрама, находится в колбе, заполненной инертным газом. При прохождении через спираль электрического тока она накаляется, вырабатывая тепловую и световую энергию. Частички вольфрама при температуре 1400? С еще до достижения поверхности колбы соединяются с частичками галогена. Благодаря термической циркуляции эта галогенно-вольфрамовая смесь приближается к раскаленной спирали и под воздействием более высокой температуры разлагается. Частички вольфрама снова осаждаются на спирали, а частички галогена возвращаются в процесс циркуляции.

Преимущества: Спираль имеет более высокую температуру, что позволяет получить больше света при той же мощности лампы, спираль постоянно обновляется, что увеличивает срок службы лампы, колба не чернеет, и лампа дает постоянный световой поток в течение всего срока эксплуатации.

При одинаковой способности к цветопередаче с лампами накаливания, имеют компактную конструкцию.

Недостатки: низкая светоотдача, маленький срок службы.

Люминесцентные лампы

Принцип действия: свет в этих лампах возникает за счет преобразования ультрафиолетового излучения люминофорным покрытием в видимый свет после возникновения в них газового разряда.

Преимущества: это эффективный способ преобразования энергии; в следствие большой излучающей поверхности создаваемый люминесцентными лампами свет не столь яркий, как у "точечных" источников света (лампы накаливания, галогенные и газоразрядные лампы высокого давления); по энергетической эффективности люминесцентные лампы являются идеальными для освещения больших открытых помещений (офисы, коммерческие, промышленные и общественные здания).

Свет ламп может быть белым, тёплых и холодных цветов, а также цвета, близкого к естественному дневному свечению.

Недостатки: все люминесцентные лампы содержат ртуть (в дозах от 40 до 70 мг), ядовитое вещество. Эта доза может причинить вред здоровью, если лампа разбилась, и если постоянно подвергаться пагубному воздействию паров ртути, то они будут накапливаться в организме человека, нанося вред здоровью.

Срок службы: достигает 15000 часов, что в 10-15 раз больше по сравнению с лампами накаливания.

Лампа дневного света

Одна из разновидностей люминесцентных ламп с голубоватым цветом свечения. Выделяют 2 типа таких ламп -- ЛДЦ (дневного света, с правильной цветопередачей) и ЛД (дневного света).

Лампы ЛД не обеспечивают правильной передачи цвета освещаемых объектов; используются для целей общего освещения, особенно в южных районах.

Лампы ЛДЦ служат для освещения объектов, для которых важно точное воспроизведение цветовых оттенков, преимущественно в синей и голубой областях спектра. Их световая отдача на 10--15% ниже, чем у ламп ЛД. Такие лампы применяют для освещения производственных помещений.

Энергосберегающие лампы

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), благодаря специальной технологии и дизайну, могут быть сравнимы в размерах или равны лампам накаливания. Эти современные лампы имеют все передовые характеристики люминесцентных ламп.

Преимущества: экономия электроэнергии составляет до 80% в зависимости от производителя и конкретной модели; энергосберегающие лампы слабо нагреваются.

Недостатки: высокая стоимость и содержание в них ядовитых веществ.

Срок службы: приблизительно в 5-6 раз дольше, чем ламп накаливания, но может до 20 раз превышать его при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу коммутаций, в противном случае быстро выходят из строя.

Светодиод

Светодиод -- это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Минимальное потребление энергии обеспечивается за счёт свойств специально выращенного кристалла.

Применение светодиодов: в качестве индикаторов (индикатор включения на панели прибора, буквенно-цифровое табло). В больших уличных экранах, в бегущих строках применяется массив (кластер) светодиодов. Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях. Так же используются в качестве подсветки небольших жидкокристаллических экранов (на мобильных телефонах, цифровых фотоаппаратах).

Преимущества:

Высокий КПД. Современные светодиоды уступают по этому параметру только люминесцентной лампе с холодным катодом (ССFL).

Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).

Длительный срок службы. Но и он не бесконечен -- при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.

Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и передачи данных это -- достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет только лазер.

Малый угол излучения -- также может быть как достоинством, так и недостатком.

Безопасность -- не требуются высокие напряжения.

Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

Отсутствие ядовитых составляющих (ртуть и др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.

Недостаток - высокая цена, но в ближайшие 2-3 года ожидается снижение цен на светодиодную продукцию.

Срок службы: среднее время полной выработки для светодиодов составляет 100000 часов, это в 100 раз больше ресурса лампочки накаливания. С учетом того, что в году 8 760 или 8784 часов, светодиодные лампы могут работать несколько лет.

электрический освещение лампа накаливание

Ламы накаливания

Для целей освещения все еще широко применяются электрические лампы накаливания, что объясняется простотой их эксплуатации и включения в сеть, надежностью и компактностью.

Основной недостаток ламп накаливания -- низкий КПД (около 2 %), т. е. лампы накаливания больше греют, чем светят. Срок службы ламп накаливания составляет в среднем 1000 ч. Лампы накаливания очень чувствительны к изменениям подводимого к ним напряжения. Повышение напряжения на 1 % сверх номинального приводит к повышению светового потока на 4 % и снижению срока службы на 13--14 %. При понижении на­пряжения срок службы возрастает, но снижается световой поток лампы, что сказывается на производительности труда работающих.

Срок службы ламп накаливания снижается при их вибрациях, частых включениях и отключениях, невертикальном положении. Свет ламп накаливания отличается от естественного преобладанием лучей желто-красной части спектра, что искажает естественную расцветку предметов.

1.Колба 2.Тело накала 3.Крючки-держатели тела накала 4.Электрод 5.Контакт донышка цоколя 6. Корпус цоколя

Лампы накаливания могут быть вакуумными (тип В мощностью от 15 до 25 Вт) и газополными (типы Г, Б, БК мощностью от 40 до 1500 Вт).

Газополные лампы типа Г (моноспиральные) и Б (биспи-ральные) наполняются аргоном с добавлением 12--16 % азота.

Конструктивно биспиральная лампа отличается от моноспиральной тем, что у нее нити имеют форму двойных спиралей, т. е. спирали, свитой из спирали. У этих ламп световая отдача примерно на 10 % выше, чем у обычных (моноспиральных) ламп.

Биспиральные лампы с криптоновым наполнением (лампы типа БК) внешне отличаются своей грибовидной формой и имеют световую отдачу на 10--20 % выше, чем лампы с аргоновым наполнением. Из-за высокой стоимости газа криптона лампы типа БК выпускаются мощностью от 40 до 100 Вт.

Заметим, что вольфрамовая нить накала может сворачиваться не только в спираль и биспираль, но и в триспираль и образовывать различные конструктивные формы (цилиндрическую, кольцевую, прямоугольную и т. п.). Шкала номинальных мощностей ламп накаливания общего назначения (Вт): 15, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 200, 300, 500, 750, 1000.

Лампы мощностью 15 и 25 Вт выпускаются вакуумными, 40-- 100 Вт -- биспиральными с аргоновым или криптоновым заполнителем, 150 Вт -- моноспиральными или биспиральными и 200 Вт и выше -- моноспиральными с аргоновым заполнителем. Световая отдача ламп 7--18 лм/Вт.

Для ламп мощностью от 15 до 200 Вт применяется цоколь типа Е27/27, для ламп мощностью 300 Вт с колбой длиной 184 мм -- цоколь Е27/30, для ламп мощностью от 300 до 1000 Вт -- цоколь Е40/45.

Лампы мощностью до 300 Вт могут изготавливаться как в прозрачных, так и в матированных (МТ), опаловых (О), молочных (МЛ) колбах. Отметим, что опал -- это минерал подкласса гидроокислов (SiО2 x nH2О).

Условные обозначения ламп накаливания общего назначения: слово «лампа», тип наполнения и тела накала, вид колбы лампы (если она непрозрачная), диапазон напряжения, номинальная мощность, номер ГОСТа. Например, обозначение «Лампа В 125-135-25 ГОСТ 2239--79» расшифровывается так: лампа вакуумная, прозрачная колба на напряжение 125--135 В, мощность 25 Вт, изготовлена по ГОСТ 2239--79.

Обозначение «Лампа ГМТ 220-230-150 ГОСТ 2239-79» читается следующим образом: лампа газонаполненная моноспиральная аргоновая в матированной колбе на напряжение 220--230 В, мощность 150 Вт, изготовлена по ГОСТ 2239--79.

Лампы накаливания для местного освещения изготавливаются на напряжение 12 В мощностью от 15 до 60 Вт и на напряжение 24 и 36 -В мощностью 25, 40, 60 и 100 Вт. Обозначение этих ламп, например МО-36-60 или МО-12-40, расшифровывается так: лампа накаливания для местного освещения напряжением 36 В мощностью 60 Вт и лампа накаливания для местного освещения напряжением 12 В мощностью 40 Вт. Кроме того, выпускаются миниатюрные лампы накаливания типа МН на напряжение 1,25 В мощностью 0,313 Вт; 2,3 В мощностью 3,22 Вт; 2,5 В мощностью 0,725 Вт, 1,35 Вт, 2,8 Вт; 36 В мощностью 5,4 Вт. Световой поток ламп со временем может снижаться. Существуют нормы снижения светового потока каждой лампы после 750 ч работы при расчетном напряжении.

В последнее время широкое распространение получили лампы накаливания, колбы которых покрыты зеркальным или белым диффузным отражающим слоем. Такие лампы называются лампами-светильниками. Зеркальной части колбы придают соответствующую форму с тем расчетом, чтобы получить определенную кривую силы света (рис. 2.2). Так как лампы с отражающими покрытиями имеют необходимую кривую силы света, для их применения используются световые приборы без оптических устройств, что значительно удешевляет светильники к ним. Эти лампы не нуждаются в чистке, и их световой поток более стабилен в процессе эксплуатации.

Лампы накаливания с отражающими слоями (лампы-светильники) подразделяются на: лампы общего освещения с диффузным (Д) слоем типа НГД (лампы накаливания, газонаполненные аргоном, моноспиральные с диффузным слоем); лампы местного освещения с диффузным слоем типа МОД; лампы зер­кальные со средним (Г) светораспределением типа НЗС; лампы зеркальные с широким (Ш) светораспределением типа ЗН27-- ЗН28; лампы зеркальные с концентрированным светораспределением типа НЗК; лампы зеркальные для местного освещения типа МОЗ.

Лампы общего освещения с диффузным слоем типа НГД изготавливаются на напряжение 127 В мощностью 20, 60, 100, 150 и 200 Вт и на напряжение 220 В мощностью 40, 100, 150, 200 и 300 Вт.

Лампы местного освещения с диффузным слоем типа МОД изготавливаются на напряжение 12 В мощностью 25, 40 и 60 Вт и на напряжение 36 В мощностью 40, 60 и 100 Вт.

Схемы подключения ламп накаливания

Лампы зеркальные со средним (Г) светораспределителем типа НЗС выпускаются на напряжение 127 и 220 В мощностью 40, 60, 75 и 100 Вт.

Лампы зеркальные с широким (Ш) светораспределением типа ЗН30 выпускаются только на напряжение 220 В мощностью 300, 500, 750 и 1000 Вт.

Лампы зеркальные с концентрированным светораспределением типа НЗК выпускаются на напряжение 127 и 220 В мощностью 40, 60, 75, 100, 150, 200, 300, 500, 750 и 1000 Вт. Срок службы всех ламп на напряжение 220 В и ламп мощностью от 150 до 1000 Вт на напряжение 127 В составляет 1500 ч.

Лампы зеркальные для местного освещения типа МОЗ бывают только на напряжение 36 В мощностью 40, 60 и 100 Вт.

Срок службы всех ламп, не отмеченных выше, составляет 1000 ч. Световая отдача ламп 8,5--20, 6 лм/Вт.

Люминесцентные лампы низкого давления

Люминесцентные трубчатые лампы низкого давления представляют собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора. Из лампы откачан воздух, и она заполнена инертным газом аргоном при очень низком давлении. В лампу помещена капля ртути, которая при нагревании превращается в ртутные пары.

Вольфрамовые электроды лампы имеют вид небольшой спирали, покрытой специальным составом (оксидом), содержащим углекислые соли бария и стронция. Параллельно спирали располагаются два никелевых жестких электрода, каждый из которых соединен с одним из концов спирали.

В люминесцентных лампах низкого давления плазма, состоящая из ионизированных паров металла и газа излучает как в видимых, так и в ультрафиолетовых частях спектра. С помощью люминофоров ультрафиолетовые лучи преобразуются в излучение, видимое глазом.

Люминесцентные трубчатые лампы низкого давления с дуговым разрядом в парах ртути по цветности излучения подразделяются на лампы белого света (типа ЛБ), лампы тепло-белого света (ЛТБ), дневного света с исправленной цветностью (ЛДЦ).

Шкала номинальных мощностей люминесцентных ламп (Вт): 15, 20, 30, 40, 65, 80.

Особенности конструкции лампы указываются буквами вслед за буквами, обозначающими цветность лампы (Р -- рефлекторная, У -- У-образная, К -- кольцевая, Б -- быстрого пуска, А -- амальгамная).

В настоящее время выпускаются так называемые энергоэкономичные люминесцентные лампы, имеющие более эффективную конструкцию электродов и усовершенствованный люминофор. Это позволило изготавливать лампы с пониженной мощностью (18 Вт вместо 20 Вт, 36 Вт вместо 40 Вт, 58 Вт вместо 65 Вт), уменьшенным в 1,6 раза диаметром колбы и повышенной световой отдачей.

Лампы белого света типа ЛБ обеспечивают наибольший световой поток из всех перечисленных типов ламп одной и той же мощности. Они приблизительно воспроизводят по цветности солнечный свет и применяются в помещениях, где от работающих требуется значительное зрительное напряжение.

Лампы тепло-белого света типа ЛТБ имеют явно выраженный розовый оттенок и применяются тогда, когда есть необходимость подчеркнуть розовые и красные тона, например при цветопередаче человеческого лица.

Цветность ламп дневного света типа ЛД близка к цветности ламп дневного света с исправленной цветностью типа ЛДЦ.

Лампы холодно-белого света типа ЛХБ по цветности занимают промежуточное положение между лампами белого света и дневного света с исправленной цветностью и в ряде случаев применяются .наравне с последними.

Средняя продолжительность горения люминесцентных ламп не менее 12000 ч.

Световой поток каждой лампы после 70 % средней продолжительности горения должен быть не менее 70 % номинального светового потока.

Средняя яркость поверхности люминесцентных ламп колеблется от 6 до 11 кд/м2. Световая отдача ламп типа ЛБ составляет от 50,6 до 65,2 лм/Вт.

Люминесцентные лампы при включении их в сеть переменного тока излучают переменный во времени световой поток. Коэффициент пульсации светового потока равен 23 % (у ламп типа ЛДЦ -- 43 %). С увеличением номинального напряжения, световой поток и мощность, потребляемые лампой, возрастают.

Выпускаются также эритемные и бактерицидные люминесцентные лампы. Их колбы изготавливаются из специального стекла, пропускающего ультрафиолетовые излучения.

В эритемных лампах применяется специальный люминофор, преобразующий излучение ртутного разряда в ультрафиолетовое излучение с диапазоном длин волн, в наибольшей степени вызывающих загар (эритему) человеческой кожи. Такие лампы применяются в установках для искусственного ультрафиолетового облучения людей и животных. Бактерицидные лампы применяются в установках для обеззараживания воздуха; у этих ламп люминофор отсутствует.

Люминесцентные лампы рассчитаны для нормальной работы при температуре окружающего воздуха +15...+40 °С. В случае понижения температуры давление аргона и ртутных паров резко понижается и зажигание, а также горение лампы ухудшаются.

Продолжительность работы лампы тем больше, чем меньшее количество раз она включается, т. е. чем меньше изнашивается оксидный слой электродов. Понижение напряжения, подводимого к лампе, а также понижение температуры окружающего воздуха способствуют более интенсивному износу оксида электродов. При снижении напряжения на 10--15 % лампа может не зажечься или же ее включение будет сопровождаться многократным миганием. Повышение напряжения облегчает процесс зажигания лампы, но уменьшает ее светоотдачу.



Недостатки люминесцентных ламп: снижение коэффициента мощности электрической сети, создание радиопомех и стробоскопического эффекта из-за пульсации светового потока и т. д.

Люминесцентные лампы нашли широкое применение в освещении общественных зданий: школ, больниц, офисов и т. д. С появлением компактных люминесцентных ламп с электронными балластами, которые можно включать в патроны Е27 и Е14 вместо ламп накаливания, люминесцентные лампы завоёвывают популярность и в быту.

Люминесцентные лампы наиболее целесообразно применять для общего освещения, прежде всего помещений большой площади (в особенности совместно с системами DALI), позволяющими улучшить условия освещения и при этом снизить потребление энергии на 50-83 % и увеличить срок службы ламп. Люминесцентные лампы широко применяются также и в местном освещении рабочих мест, в световой рекламе, подсветке фасадов.

Люминесцентные лампы высокого давления

Лампы ртутные высокого давления типа ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная) выпускаются мощностью 50, 80, 125, 175, 250, 400. 700, 1000 и 2000 Вт.

Лампа ДРЛ состоит из стеклянного баллона (колбы) эллипсоидной формы, на внутренней поверхности которого нанесен слой люминофора -- фторогерманата магния (или арсената магния).

Для поддержания стабильности свойств люминофора баллон заполнен углекислым газом. Внутри стеклянного баллона (колбы) находится трубка из кварцевого стекла, заполненная парами ртути под высоким давлением. Когда в трубке происхо­дит электрический разряд, его видимое излучение проходит через слой люминофора, который, поглощая ультрафиолетовое излучение кварцевой разрядной трубки, превращает его в видимое излучение красного цвета.

Средняя продолжительность работы ламп ДРЛ составляет от 6000 ч (лампы мощностью 80 и 125 Вт) до 10 000 ч (лампы мощностью 400 Вт и более).

Для ламп ДРЛ регламентируется также процентное содержание красного излучения (6 и 10 %). Номинальное напряжение сети для всех ламп ДРЛ составляет 220 В. Коэффициент пульсации ламп ДРЛ 61-74 %.

К наиболее современным источникам света относятся металлогалогенные лампы, в ртутный разряд которых вводятся добавки йодидов натрия, таллия и индия с целью увеличения световой отдачи ламп. Металлогалогенные лампы типа ДРИ (дуговые ртутные йодидные) имеют колбы эллипсоидной или цилиндрической формы, внутри которых размещается кварцевая цилиндрическая горелка. Внутри этой горелки и происходит разряд в парах металлов и их йодидов.

Мощность ламп ДРИ составляет 250, 400, 700, 1000, 2000 и 3500 Вт. Световая отдача ламп ДРИ составляет 70--95 лм/Вт.

Световая отдача натриевых ламп высокого давления достигает 100--130 лм/Вт. У этих ламп внутри стеклянной цилиндрической колбы помещается разрядная трубка из пол и кристаллического оксида алюминия, инертная к парам натрия и хорошо пропускающая его излучение. Давление в трубке -- порядка 200 кПа. При таком давлении резонансные линии натрия расширяются, занимая некоторую спектральную полосу, в результате чего цвет разряда становится более белым. Продолжительность работы ламп 10--15 тыс. часов.

Для освещения больших по площади территорий находят применение мощные (5, 10, 20 и 50 кВт) ксеноновые трубчатые безбалластные лампы типа ДКсТ. Они зажигаются с помощью пускового устройства, вырабатывающего высоковольтный (до 30 кВ) высокочастотный импульс напряжения, под воздействием которого в лампе возникает разряд в ксеноне.

Лампы мощностью 5 кВт имеют номинальное напряжение ПО В, мощностью 10 кВт -- напряжение 220 В, мощностью 20 и 50 кВт -- напряжение 380 В. Световая отдача этих ламп -- от 17,6 до 32 лм/Вт.

Галогенные лампы

Галогенная лампа -- лампа накаливания, в баллон которой добавлен буферный газ: пары галогенов (брома или йода). Это повышает время жизни лампы до 2000--4000 часов, и позволяет повысить температуру спирали. При этом рабочая температура спирали составляет примерно 3000 К . Эффективная светоотдача большинства массово производимых галогенных ламп на январь 2012 составляет от 15 до 22 лм/Вт.

Электрический ток, проходя через тело накала (обычно -- вольфрамовую спираль), нагревает его до высокой температуры. Нагреваясь, тело накала начинает светиться. Однако из-за высокой рабочей температуры атомы вольфрама испаряются с поверхности тела накала (вольфрамовой спирали) и осаждаются (конденсируются) на менее горячих поверхностях колбы, ограничивая срок службы лампы.

В галогенной лампе окружающий тело накала йод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама, препятствуя осаждению последних на колбе. Этот процесс является обратимым -- при высоких температурах вблизи тела накала соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё. В результате атомы вольфрама возвращаются на тело накала, что позволяет повысить рабочую температуру спирали (для получения более яркого света), продлить срок службы лампы, а также уменьшить габариты по сравнению с обычными лампами накаливания той же мощности.

Галогенные лампы одинаково хорошо работают на переменном и постоянном токе. При применении плавного включения срок службы может быть повышен до 8000-12 000 часов.

Добавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле, при условии, что температура стекла выше 250 °С. По причине отсутствия почернения колбы, галогенные лампы можно изготавливать очень компактными. Малый объём колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведёт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять колбу тяжёлыми инертными газами, что ведёт к уменьшению потерь энергии за счёт теплопроводности. Всё это удлиняет время жизни галогенных ламп и повышает их эффективность.

Галогенные лампы обладают очень хорошей цветопередачей (Ra 99-100), поскольку их непрерывный спектр близок к спектру абсолютно чёрного тела с температурой 2800-3000K. Их свет подчёркивает тёплые тона, но в меньшей степени, чем свет обычных ламп накаливания.

Хотя галогенные лампы не достигают эффективности люминесцентных и тем более светодиодных ламп, их преимущество состоит в том, что они могут быть без каких-либо доработок использованы как прямая замена обычных ламп накаливания, например, с диммерами и с выключателями с подсветкой («с огоньком»).

Галогенные лампы также активно используются в автомобильных фарах благодаря их повышенной светоотдаче, долговечности, устойчивости к колебаниям напряжения, малым размерам колбы.

Мощная осветительная галогенная лампа ~230В 150Вт L=118мм

Мощные галогенные лампы используются в прожекторах, рампах, а также для освещения при фото-, кино- и видеосъёмке, в кинопроекционной аппаратуре.

Галогенные лампы с небольшой температурой тела накаливания являются источниками инфракрасного излучения и используются в качестве нагревательных элементов, к примеру в электроплитах[1], микроволновках (гриль), паяльниках (спайка ИК-излучением термопластов).

Галогенные лампы могут быть изготовлены как в компактных типоразмерах MR16, MR11, с цоколем GU 5.3, G4, GY 6.35 (на 12 вольт) или G9, GU10 (на 220 или 110 вольт), так и с цоколем Эдисона Е14 или Е27 (на 220 или 110 вольт), линейные с цоколем R7 различной длины (L=78 мм, L=118 мм и др.). Колба ламп может быть прозрачной, матированной, а также иметь рефлектор и/или рассеиватель.

Лампы типоразмеров MR предназначены для установки в транспортных средствах (автомобилях, мотоциклах, велосипедах), а также, при подключении через трансформатор, могут быть использованы для стационарного освещения («точечное освещение», компактные светильники) от бытовой сети.

Лампы типоразмера GU используются для стационарного освещения аналогично лампам MR, в отличие от последних не требуя трансформатора. Определить, лампа какого типа (MR или GU) установлена в данном светильнике или световой «точке», не вынимая лампу, легко, проследив, как меняется яркость лампы при включении и выключении: лампа GU загорается и гаснет практически мгновенно, а лампа MR -- плавнее, обладая определённой инерцией (порядка 1/2 секунды).

Лампы с цоколем Е14 (миньон) или Е27 (стандарт) предназначены для замещения обычных ламп накаливания. Они снабжены дополнительной внешней колбой (по форме и размерам напоминающей колбу обычных ламп накаливания), защищающей внутреннюю кварцевую колбу от загрязнений, случайных прикосновений и контакта с легкоплавкими материалами.

Галогенные лампы очень чувствительны к жировым загрязнениям, поэтому их внутренних колб нельзя касаться даже чисто вымытыми руками. Ввиду высокой температуры колбы любые загрязнения поверхности (например, отпечатки пальцев) быстро сгорают в процессе работы, оставляя почернения. Это ведёт к локальным повышениям температуры колбы, которые могут послужить причиной её разрушения (поэтому, из-за высокой температуры, колбы изготавливаются из кварцевого стекла). При их установке следует держать колбу лампы через чистую салфетку (или в чистых перчатках), а при случайном касании тщательно протереть колбу тканью, не оставляющей волокон (например микрофиброй) со спиртом.

Поскольку колба галогенной лампы разогревается до пожароопасных температур, то её следует монтировать так, чтобы в дальнейшем полностью исключить всякую возможность её соприкосновения с любыми находящимися поблизости предметами и материалами, и тем более человеческим телом.

При использовании галогенной лампы с диммером необходимо время от времени включать лампу на полную мощность, чтобы испарить накопившийся на внутренней части колбы осадок йодида вольфрама.

Светодиодные лампы

Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона), в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром.

При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда -- электроны и дырки -- рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSе или СdTе). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. Советский желтый светодиод КЛ 101 на основе карбида кремния выпускался еще в 70-х годах, однако имел очень низкую яркость. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:

Высокая световая отдача. Современные светодиоды сравнялись по этому параметру с натриевыми газоразрядными лампами[9] и металлогалогенными лампами, достигнув 150 Люмен на Ватт.

Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих).

Длительный срок службы - от 30000 до 100000 часов (при работе 8 часов в день - 34 года). Но и он не бесконечен -- при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.

Спектр современных светодиодов бывает различным - от тёплого белого = 2700 К до холодного белого = 6500 К.

Малая инерционность - включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутно-фосфорных (люминесцентных-экономичных) ламп время включения от 1 сек до 1 мин, а яркость увеличивается от 30% до 100% за 3-10 минут, в зависимости от температуры окружающей среды.

Количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света - ламп накаливания, газоразрядных ламп).

Различный угол излучения - от 15 до 180 градусов.

Низкая стоимость индикаторных светодиодов, но относительно высокая стоимость при использовании в освещении, которая снизится при увеличении производства и продаж.

Безопасность -- не требуются высокие напряжения, низкая температура светодиода или арматуры, обычно не выше 60 градусов Цельсия.

Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

Экологичность - отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения в отличие от люминесцентных ламп.

Обслуживание осветительных электроустановок

При обслуживании осветительных электроустановок нужно знать, что в нормальном режиме в сетях электрического освещения напряжение не должно снижаться более чем на 2,5 % и повышаться более чем на 5 % номинального напряжения лампы. Для отдельных наиболее отдаленных ламп аварийного и наружного освещения допускается снижение напряжения на 5%. В аварийном режиме допускается снижение напряжения на 12% для ламп накаливания и на 10 % для люминесцентных ламп. Частота колебаний напряжения в осветительных сетях:

при отклонении от номинального на 1,5% не ограничивается;

от 1,5 до 4 % -- не должна повторяться более десяти раз в 1 ч;

более чем на 4 % -- допускается один раз в 1 ч.

Эти требования не распространяются на лампы местного освещения.

Все работы по обслуживанию светильников выполняют при снятом напряжении. Проверку уровня освещенности в контрольных точках помещений при осмотрах осветительных установок производят не реже одного раза в год. В исправности автоматов, отключающих и включающих электроосветительные установки, убеждаются один раз в 3 мес (в дневное время).

Проверку исправности системы аварийного освещения производят не реже одного раза в квартал.

Проверку стационарного оборудования и электропроводки рабочего и аварийного освещения на соответствие токов расцепителей и плавких вставок расчетным значениям выполняют один раз в год.

Измерение нагрузок и напряжения в отдельных точках электрической сети и испытание изоляции стационарных трансформаторов с вторичным напряжением 12--40 В производят не реже одного раза в год.

Обслуживание светильников производят с помощью напольных устройств и приспособлений, обеспечивающих безопасность работающих: лестниц (при высоте подвеса светильников до 5 м); стационарных и прицепных мостиков, буксируемых грузоподъемными кранами.

Замену ламп осуществляют индивидуальным, когда одну или несколько ламп (до 10%) заменяют новыми, или групповым способом, когда все лампы в установке через определенный интервал времени одновременно заменяют новыми. В литейных и кузнечных цехах лампы типа ДРЛ подвергают групповой замене через 8000 ч работы. В механических, сборочных, инструментальных цехах при использовании в качестве источников света ламп ЛБ-40 групповую замену производят через 7000 ч (через ряд). В расчетах при достаточном естественном освещении годовое число часов использования осветительных установок принимают при двухсменной работе -- 2100 ч, при трехсменной -- 4600 ч, а при трехсменной непрерывной работе -- 5600 ч.

При недостаточном естественном освещении при двухсменной работе число часов использования осветительных установок -- 4100 ч; при трехсменной -- 6000 ч; при непрерывной трехсменной работе -- 8700 ч.

Исправные лампы, снятые при групповой замене, можно использовать во вспомогательных помещениях.

Замену ламп производят индивидуальным способом, если установка выполнена лампами накаливания, светильниками с 30 люминесцентными или 15 лампами ДРЛ.

Чистку светильников общего освещения для цехов машиностроительных предприятий проводят в следующие сроки: литейные цехи -- один раз в 2 мес; кузнечные, термические -- один раз в 3 мес; инструментальные, сборочные, механические -- один раз в 6 мес.

Техническое обслуживание сетей электрического освещения выполняет специально обученный персонал. Как правило, чистку арматуры и замену перегоревших ламп производят в дневное время со снятием напряжения с участка.

Если с электроустановки напряжением до 500 В снять напряжение нельзя, допускают производство работ под напряжением. В этом случае соседние токоведущие части ограждают изолирующими накладками, работают инструментом с изолированными рукоятками, в защитных очках, головном уборе и с застегнутыми рукавами, стоя на изолирующей подставке или в диэлектрических галошах.

В цехах промышленных предприятий чистку и обслуживание высоко расположенной осветительной аппаратуры производит бригада в составе не менее двух электромонтеров, при этом производитель работ должен иметь III квалификационную группу. Оба исполнителя должны быть допущены к верхолазным работам. При работе соблюдают меры предосторожности от попадания под напряжение, падения с высоты, случайного пуска крана.

В сетях наружного освещения под напряжением разрешается чистить арматуру и менять перегоревшие лампы с телескопических вышек и изолирующих устройств, а также на деревянных опорах без заземляющих спусков, на которых светильники находятся ниже фазных проводов.

Старший из двух лиц должен иметь III квалификационную группу. Во всех остальных случаях работу выполняют по наряду с отключением и заземлением на месте работ всех проводов линий, расположенных на опоре.

Дефектные ртутные и люминесцентные лампы, так как в них содержится ртуть, пары которой ядовиты, сдают на завод-изготовитель или уничтожают в специально отведенных для этого местах.

Техника безопасности

Поражение электрическим током и его воздействие на организм человека. Нарушение правил электробезопасности при использовании технологического оборудования, электроустановок и непосредственное соприкосновение с токоведущими частями установок, находящихся под напряжением, создает опасность поражения электрическим током.

Прохождение электрического тока через организм человека оказывает термическое, электролитическое и биологическое действия. Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве крови, кровеносных сосудов; электролитическое -- в разложении крови; биологическое -- в раздражении живых тканей организма, что может привести к прекращению деятельности органов кровообращения и дыхания.

Исход действия электрического тока на организм человека зависит от величины и напряжения тока, частоты, продолжительности воздействия, пути тока и общего состояния человека. Исследованиями установлено, что ток силой около 1 мА является ощутимым (пороговым). При увеличении тока человек начинает ощущать болезненные сокращения мышц, а при токе 12-15 мА уже не в состоянии управлять своей мышечной системой и не может самостоятельно оторваться от источника тока. Такие токи называют не опускающими токами. При дальнейшем увеличении тока может наступить фибрилляция (судорожное сокращение) сердца. Ток 100 мА считают смертельным.

Электрические травмы -- это местные повреждения тканей организма, которые бывают следующих видов:

-- Электрический ожог (контактный) токовый -- получается в результате соприкосновения (контакта) человека с токоведущей частью и является следствием преобразования электрической энергии в тепловую. Различают четыре степени ожогов:

I -- покраснение кожи;

II -- образование пузырей;

III -- омертвение всей толщи кожи;