Автор: Шеховцов В.П.
Теги: освещение светотехника электроэнергетика электротехника электроника электричество
ISBN: 978-5-91134-330-9
Год: 2009
Текст
Шеховцов В.П.
Осветительные
установки промышленных
и гражданских объектов
В. П. Шеховцов
Осветительные установки
промышленных
и гражданских объектов
Рекомендовано Учебно-методическим советом
Учебно-методического центра по профессиональному образованию
Департамента образования города Москвы
в качестве учебного пособия
для студентов образовательных учреждений
среднего профессионального образования
Москва
2009
УДК 628.9(075.32)
ББК 31.29-5(я723)
Ш54
Рецензенты:
заместитель директора Обнинского политехнического техникума
по УВР А. В. Рыдкий\
заместитель директора Учебно-методического центра
профессионального образования Департамента образования
города Москвы А. М. Ануров
Шеховцов В. П.
Ш54 Осветительные установки промышленных и гражданских объек-
тов / В. П. Шеховцов. — М. : ФОРУМ, 2009. — 160 с.: ил.
ISBN 978-5-91134-330-9
Основная цель учебного пособия — это сосредоточить внимание препо-
давателей и обучаемых на достижениях и перспективах светотехники, опираясь
на базовые знания предмета.
Представленный материал содержит рекомендации по дальнейшему со-
вершенствованию элементов осветительных установок (ОУ). Особое внима-
ние уделено устройству и принципу действия новых источников света, све-
тильников, ПРА. Рассмотрены некоторые приниципиально новые системы
освещения, излагается новый взгляд на вопросы проектирования и эксплуа-
тации ОУ.
Пособие предназначено для студентов и преподавателей по специально-
сти «Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт электрического и
электромеханического оборудования».
УДК 628.9(075.32)
ББК 31.29-5(я723)
УВ\ ^"8-5-91 134-330-9
© Издательство «ФОРУМ», 2009
© В. П. Шеховцов, 2009
Оглавление
Введение........................................................5
Глава 1. Общие сведения.........................................6
1.1. Глобализация светотехнической промышленности ..............6
1.2. Освещение, производительность труда, здоровье..............7
1.3. Оптическое излучение (ОИ)..................................8
Глава 2. Источники света (ИС)..................................12
2.1. Светотехнические понятия..................................12
2.2. Лампы накаливания (ЛН)....................................19
2.3. Газоразрядные лампы (ГЛ)..................................22
• Ртутные лампы........................................26
• Металлогалогенные лампы..............................31
• Натриевые лампы......................................34
• Ксеноновые лампы.....................................38
• Лампы тлеющего свечения..............................39
2.4. Индукционные лампы (ИЛ)...................................41
• ИЛ т, «Master QL» (Нидерланды — «Philips»)...........43
• ИЛ т. «Endura» (Германия — «Osram»)...................45
• ИЛ т. «Genura» (США — «General Electric»).............46
• Расчет эксплуатационной стоимости ИЛ (формула).......48
2.5. Светодиодные лампы (СДЛ)..................................48
• Устройство светодиода (СД) и принцип получения света..48
• СД белого свечения...................................50
• Светодиодные осветители (СДО)........................51
• СД-модули на переменном токе «Acriche» (Корея).......55
2.6. Компактные лампы (КЛ).....................................59
• КЛЛ — компактная люминесцентная лампа................59
• БКЛЛ — безъэлектродная компактная ЛЛ.................61
2.7. Комплектные осветительные устройства (КОУ)................64
• КОУ со щелевым световодом............................64
• Световоды............................................70
• УПС — устройство с плоским световодом................75
• Применение УПС в народном хозяйстве..................79
2.8. Перспективное направление развития ИС.....................83
• Материалы тел накала.................................84
• ЛЛ серии Т5 с ЭПРА...................................85
• Светодиодные источники света (программа).............87
• Современное состояние и тенденции развития
СД-го освещения........................................88
• Проблемы и перспектива применения СД в 2008 г........91
3
Глава 3. Световые приборы (СП).................................92
3.1. Общая характеристика СП...................................92
3.2. Пуско-регулирующие аппараты (ПРА).........................97
• Электромагнитные ПРА (ЭмПРА).........................99
• Электронные ПРА (ЭПРА)...............................99
• Интеллектуальные ЭПРА...............................103
3.3. Схемы зажигания........................................ 104
• Схема «холодного» зажигания с ЗУ на умножителе
напряжения ......................................... 104
• Схемы «холодного» бесстартерного зажигания ЛЛ.......105
• Схема включения ГЛВД................................107
• Схема включения ГЛ с УИЗУ......................... 108
• Схема «горячего» зажигания со стартером тлеющего разряда ..109
• Схема с тиристорным ЭЗУ...............................111
• Варианты схем зажигания ЛЛ с ЭПРА................. 113
• Схема включения безъэлектродной ЛЛ....................114
3.4. Новинки СП.................................................115
• Новый модульный светильник ЛЛ.........................115
• Светильник с белыми СД и БПН (блоком повышения
напряжения)................................ .......117
Глава 4. Осветительные установки (ОУ)....................... 121
4.1. Системы освещения........................................121
• Пассивная световодная система естественного освещения.122
• Интегральная система освещения помещений............124
4.2. Управление освещением....................................129
• «Коридорные» схемы..................................129
• Принципиальные электрические схемы ДУ...............131
• «Каскадная» схема управления...................... 135
• Система управления освещением (СУО).................135
• Безъэлектродные ЛЛ и применение интегральных микросхем.. 137
4.3. Экология и энергосбережение в светотехнике...............138
4.4. Проектирование и эксплуатация............................141
• Поправочные коэффициенты............................141
• Установленная удельная мощность при проектировании ОУ.... 146
• Энергоэффективность и эргономичность ОУ.............148
• Эксплуатация ОУ внутреннего освещения ............ 150
• Определение среднего срока службы ЛЛ................153
• Гармонические искажения в сети от ИС, управляемых
электронными устройствами.............................154
Заключение....................................................156
Литература....................................................157
ВВЕДЕНИЕ
Материал учебного пособия «Осветительный установки промышленных и
гражданских объектов» предназначен для студентов и преподавателей по спе-
циальности 140613 «Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт элек-
трического и электромеханического оборудования».
Базовым документом является рабочая программа по предмету «Элек-
трическое и электромеханическое оборудование», включающая вопросы
светотехники.
В настоящее время актуальность и темпы развития светотехники обязы-
вают пополнять недостающий учебный материал.
Основная цель создания данной разработки — это сосредоточить внимание
преподавателей и обучаемых на достижениях настоящего времени и перспек-
тивах светотехники, опираясь на фундамент классических понятий и знаний.
Кроме того, представленный материал традиционного изложения со-
держит рекомендации по дальнейшему совершенствованию элементов осве-
тительных установок (ОУ).
Особое внимание уделено устройству и принципу действия новых ис-
точников света, светильников, ПР А.
Рассмотрены некоторые принципиально новые системы освещения, из-
лагается новый взгляд на вопросы проектирования и эксплуатации ОУ.
Включены некоторые справочные данные по ходу текста, эксперимен-
тальные показатели, которые могут быть успешно использованы при курсо-
вом проектировании.
Частично освещены вопросы управления ОУ и их особенности настоя-
щего времени.
Объем материала превышает программный, что позволяет варьировать
им при составлении «календарных планов» преподавателями.
Данная разработка позволит расширить круг знаний в области светотех-
ники, пополнит учебный фонд образовательных учреждений по профилю
названной выше дисциплины.
Достоинством предлагаемого учебника является:
• Возможность индивидуального освоения материала.
• Использование при курсовом проектировании.
• Осознанное видение путей энергоэффективного развития светотехники.
Материал опробован в учебном процессе Обнинского политехникума и
может быть использован при любых формах обучения (дневное, вечернее,
дистанционное, заочное и экстернат).
В.П. Шеховцов
Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1. Глобализация светотехнической промышленности
Глобализация в светотехнической промышленности — явление 21 века.
Она означает охват международного рынка крупнейшими фирмами-
производителями, диктующими свою волю в светотехнике.
Это обеспечивается наличием новых технологий, позволяющих произ-
водить новые качественные товары так быстро, как это требует мировой
рынок. Т.е. новые технологии должны способствовать производить лучшие
товары со скоростью спроса рынка.
Явление глобализации, в основном, определяют 3 фактора:
• Развитие цифровой связи, что позволило глобальный обмен информа-
цией в режиме реального времени.
• Политические события (падение «железного занавеса»), которые при-
вели к появлению близких привлекательных площадей с дешевой рабочей
силой.
• Мировой рынок капитала с мобильными финансовыми инструментами.
Первое представление о глобализации дает рисунок 1.1,1.
Рис. 1.1.1. Блочная схема глобализации светотехнической промышленности
6
Глобализация предусматривает производство качественной продукции
при малых затратах и сбыт ее по доступным ценам большими объемами.
Это возможно, в основном, для крупных объединений, т.к. расходы на раз-
работку новой продукции дадут положительный результат только при сбыте
ее в больших количествах.
Консолидация — это объединение, сплочение отдельных лиц, групп,
организаций для усиления борьбы за общие цели.
1.2. Освещение, производительность труда, здоровье
С 2003 года особое внимание уделяется проблемам: «Свет и здоровье»,
<Свет и производительность труда». «Зрительное восприятие».
Прогресс в области полупроводниковых источников света наметил но-
вое направление — применение светодиодов (СД) для освещения и сигнали-
зации.
Перспективным средством доставки световой энергии к потребителю
являются полые протяженные световоды.
На основании исследований можно сделать следующие практические
выводы:
* Увеличение уровня освещенности от требуемого минимального 300 лк
до 500 лк приводит к повышению производительности труда не менее, чем
на 11%. При этом, энергопотребление и затраты на обслуживание ОУ со-
временного уровня будут ниже.
• Возраст работников производства стал критерием зрительной работо-
способности, а значит уровня и качества освещения.
При правильном проектировании окружающая производственная среда
может оказывать стимулирующее воздействие на работающих в ней людей.
Это выражается большим КПД и меньшим количеством ошибок, благопри-
ятным психологическим настроем, позволяющим сохранять бодрость более
длительное время.
• Вклад естественного освещения очень существенен не только для по-
вышения уровня освещенности, но и для улучшения настроения и бодрство-
вания.
Плохое качество освещения приводит к усталости глаз, переутомлению,
а иногда к головным болям. Головные боли могут быть вызваны пульсацией
светового потока ламп, что является следствием применения магнитных
ИРА, работающих на частоте 50 Гц.
В некоторых случаях «мерцание» вызывает стресс. Такого эффекта не
создают электронные ПР А, работающие на частоте 25 кГц.
При изменении освещенности в диапазоне от 300 до 2000 лк линейную
зависимость имеют следующие показатели: зрительная работоспособность
1 рост), количество брака (снижение), число несчастных случаев (меньше).
7
При достаточном количестве света для выполнения зрительной работы
освещение должно удовлетворять трем основным критериям:
• равномерность освещения и распределения яркости в рабочей зоне
помещения,
• требуемый цвет освещения и хорошая цветопередача,
• отсутствие пульсаций и блесткости ОУ.
1.3. Оптическое излучение (ОИ)
Оптическое излучение (ОИ) — это электромагнитное излучение с дли-
нами волн от 1 до 106 нм (между рентгеновскими лучами и радиоизлучением).
В соответствии с предложением международной комиссии освещения
(МКО) распределение спектра ОИ по длине волны (X, нм) представлено на-
глядно на рисунке 1.3.1.
Оптическое излучение включает три составляющих:
- ультрафиолетовую (УФ), с длиной волны в пределах от 1 до 380 нм
(нанометров);
- видимое излучение (свет), с длиной волны в пределах от 380 до 780
нм;
- инфракрасную (ИК), с длиной волны в пределах от 780 до 106 нм.
У Ф-излучение делится на 3 зоны:
• УФ-АсА= 100...280 нм,
• УФ-В с X = 280...315 нм,
• УФ-С с X = 315...400 нм.
Установлено, что УФ-излучение благотворно влияет на ткани и клетки
живых организмов. В зависимости от длин волн можно выделить следую-
щие диапазоны:
- от 200 до 400 нм — биологическое действие;
- от 280 до 400 нм — полезное действие на организм человека, живот-
ных и птиц;
- от 220 до 315 нм — бактерицидное действие, = 260 нм;
- от 250 до 315 нм — антирахитное действие, Хм = 280 нм;
- от 280 до 315 нм — витальное (жизненное) действие, Хм - 290 нм;
- от 315 до 400 нм — загарное действие, Хм = 340 нм.
ИК-излучение делится на 3 зоны:
• ИК-А с Z - 780...1400 нм,
• ИК-В с X = 1400.. .3000 нм,
• ИК-С с X = 3000...106 нм.
Видимое излучение (свет) — это излучение, которое при действии на
сетчатку глаз вызывает зрительное ощущение (превращение энергии внеш-
него раздражителя в факт сознания).
8
Ультрафиолетовое излучение
Биологическое действие
§
СМ
100
см см
УФ-А
УФ-С
100
280
340
X)
2
780
460
600
520
Загарный
максимум
Полезное действие на организм
человека, животных и птиц
^2
Менее 10 нм - гамма-лучи
Бактерицидный
максимум:
'250 280
а_______err
От 10 до 1 нм - рентгеновское
излучение
, 220 । 260
т-- — - - ГТ*"*
Витальный
максимум
Видимое излучение (свет)
УФ-В
: 315
Антирахитный
максимум ;290
Ц-ТТ- —
1400
780
10
ик-с
И К-А
3000
780
максимальная
чувствительность
дневного зрения
человеческого глаза
Инфракрасное излучение
3000
1400
‘ ИК-В
X более 106 нм — радиоволны СВЧ, УКВ, КВ, СВ, ДВ
Нанометр 1 нм = 10-9 м
МКО — Международная комиссия по освещению
Рис.1.3.1. Распределение спектра оптического излучения по длине волны (к, нм)
предложенное МКО
Преобразование излучения в зрительное ощущение процесс сложный и
поэтапный, влияющий на восприятие окружающего мира и здоровье.
Цветовое пространство воспринимается во всем своем многообразии,
благодаря широте спектральной чувствительности глаза. Наглядное пред-
ставление об этом дает кривая спектральной чувствительности глаза на ри-
сунке 1.3.2.
9
С, лм/Вт I
100
600-
500-
400-
300 —
200-
400
лм = 555 нм (дневное зр.)
X = 380-780 нм (видимое)
ПЭЛЛ - 0,06
Длина волны Л, нм
л. = 100-380 (УФИ)
= 515 нм (ночное зр.)
ПЭЛН = 0,02
Рис. 1.3.2. Кривая спектральной чувствительности глаза
Показатель экономичности (ПЭ) ИС — это отношение светоотдачи ИС
(Сис, лм/Вт) к максимально возможному значению светоотдачи (Смакс =
= 683 лм/Вт).
ПЭ = Сис/С
макс*
Элементарной частицей излучения является фотон, движущийся в ва-
кууме со скоростью света Со~2,9979-108 м/с.
Энергия фотона — квант s - hv, где h — постоянная Планка, равная
6,626- 10'j4 Дж-с; v — частота излучения, Гц.
Длина волны фотона в вакууме X = —, нм.
v
Генераторами излучения являются движущиеся молекулы и атомы ве-
щества.
Светотехника — наука, объектом изучения которой является оптиче-
ское излучение.
Классификация источников оптического излучения представлена на ри-
сунке 1.3.3.
10
“~ICD Вольфрамовые лампы
СП- накаливания
Галогенные лампы накаливания
Низкого
давления
Рис. 1.3.3. Классификация источников оптического излучения
Высокого
давления
Сверхвысокого
давления
ДРИ Металлогалогенные лампы
ДНаО Низкого давления
ДНаТ Высокого давления
ДКсТ Высокого давления
ОВД Сверхвысокого давления
1 — - - Импульсные лампы
Тлеющего свечения и дугового разряда
Электролюминесцентные
панели
Светоизлучающие диоды
спд Светосоставы
Лазеры (газовые, твердотельные,
полупроводниковые, жидкостные)
Источники оптического излучения (ОИ)
Глава 2
ИСТОЧНИКИ СВЕТА (ИС)
2.1. Светотехнические понятия
ь^додшгакэдяш..«.• г^^лювзйь w: j«w₽t-?.ш^ж1Ж8«ж -
Осветительная установка (ОУ) — это электроустановка, предназна-
ченная для искусственного освещения объектов, состоящая из источников
света, осветительной, пуско-регулирующей аппаратуры (ПРА) и устройств
электроснабжения (ЭСН).
Световой поток (Ф) — это оптическое излучение в диапазоне длины
волн (X) от 380 до 780 нм, воспринимаемая глазом как свет.
Глаз наиболее чувствителен к свету желто-зеленых тонов (X = 555 нм).
Единицей измерения светового потока является «люмен» (лм) — это поток,
излучаемый точечным источником света (ИС) внутри телесного угла один
«стерадиан» (ср.) при силе света в одну «канделу» (кд).
Сила света (I) — это пространственная плотность светового потока
со
лм
ср
где со — телесный угол, в пределах которого распространяется световой по-
ток, ср.
Единицей измерения силы света является «кандела» (кд) — это свето-
вой поток в один «люмен», излучаемый точечным ИС, внутри телесного уг-
ла в один «стерадиан».
Освещенность (Е) — это поверхностная плотность светового потока на
освещаемую поверхность.
лм
лк = —-
м“
где S — площадь освещаемой поверхности, м2.
Единицей измерения освещенности является «люкс» (лк) — это свето-
вой поток в один «люмен», падающий на один метр «квадратный» поверх-
ности равномерно по ней распространяющийся.
Световая энергия (Q) — это количество света, определяемое, как про-
изведение светового потока на время его действия.
Q = Ф-t, люмен-секунда = лмсек.
12
где t — время действия светового потока, с.
Единицей измерения световой энергии является «люмен-секунда» (лм с) —
это количество света при потоке в один «люмен», действующем одну «се-
кунду».
Светимость (R) — это поверхностная плотность светового потока от
излучаемой поверхности.
где Sn — площадь излучаемой поверхности, м2.
Единицей измерения светимости является «люмен на метр квадрат-
ный» — это светимость ИС, поверхность которого в один «метр квадрат-
ный» излучает поток в один «люмен».
Яркость (В) — это поверхностная плотность силы света.
кд
Единицей измерения яркости является: «кандела на метр «квадратный».
Светоотдача (С) — это световой поток ИС на единицу его мощности в Вт.
лм
Вт
где Р — мощность ИС, Вт.
Единицей измерения световой отдачи является «люмен на Ватт»
(лм/Вт) — это светоотдача ИС мощностью один «Ватт», создающего свето-
вой поток в один «люмен».
Цветопередача — это характеристика оптического излучения, при ко-
тором воспринимается освещаемый объект зрительно.
Оценка цветопередачи производится по общему индексу цветопередачи
(Ra), который дает усредненную характеристику для 8 зон средней насы-
щенности.
Зона 2 4
А, нм 380...420 420...440 440...460 460...510
цвет синий зеленый
Зона 5 6 7 8
X, нм 510...560 560...610 610...660 660...760
цвет зеленый ж е л т ы й крас н ы й
Примечание. В графе «цвет» указаны цвета большой насыщенности, без
оттенков. ИС с улучшенной цветопередачей имеют большую долю излуче-
ния в красной области спектра.
13
Индекс цветопередачи (RA) — это степень передачи цвета освещаемого
объекта.
Высокое значение «RA» свидетельствует о хорошей цветопередаче:
RA = 91...1OO
Ra = 81...9O
Ra = 51...8O
Ra < 50
очень хорошая цветопередача,
хорошая цветопередача,
средняя цветопередача,
плохая цветопередача.
Для реального тела накала (металла) закон Планка принимает выражение
где тс — спектральная плотность энергетической светимости реального те-
ла, Вт/м2; ве — спектральный коэффициент теплового излучения реального
металла, отн. ед.
Основным материалом для тела накала ИС является W — вольфрам, по-
этому следует определить его светотехнические возможности.
ew — спектральный коэффициент теплового излучения вольфрама, отн. ед.
mw — спектральная плотность энергетической светимости вольфрама,
Вт/м2.
т w, Вт/м
50
40
30
20
10
Рис. 2.1.2. Спектральные плотности энергетической светимости вольфрама
mw = F(X) и спектральный коэффициент теплового излучения вольфрама 8W = F(A.)
при Т - 2600 К
f w, отн. ед
0,5
0.4
0,3
0,2
0,1
14
Все £е < 1 и устанавливаются экспериментально.
£w увеличивается с уменьшением длины волны (А,), поэтому световой
КПД излучения (r|w) и световая отдача (Cw) вольфрама больше, чем у «чер-
ного» тела при той же температуре.
Для обеспечения нормальной работы раскаленного вольфрамового тела
накала необходимо изолировать его от кислорода воздуха. Для этого колба
ЛН вакуумируется или заполняются инертными газами (смесями, не реаги-
рующими с телом).
С, лм/Вт
40
30
20
10
W — вольфрам
Мо — молибден
Та — тантал
Os — осмий
1500 2000 2500 3000 Т, К
Рис. 2.1.3. Световая отдача некоторых металлов в зависимости от температуры
С = F(T).
Из рисунка 2.1.3 видно, что с увеличением температуры тела накала
растет светоотдача.
Так для черного тела:
Смаке = 89,5 лм/Вт будет при Т = 6600 К.
С 89 5
Световой КПД излучения ~ • 102 = 13% .
а с 683 683
Для вольфрама:
Смаке = 50 лм/Вт будет при Тплавл. = 3650 К
Сэкспл < 20 лм/Вт будет при Тэкспл - 2600 К
• Закон Планка — основной закон теплового излучения нагретых тел.
«Черное» тело — это условное идеальное тело, которое поглощает все
падающие на него излучения независимо от длины волны, направления па-
дения и состояния поляризации, (коэффициент поглощения а = 1).
15
mes
0 500 1000 1500 2000 2500 X’HM
1 — площадь A — поток излучения
2 — площадь Ai — видимая область спектра
3 — площадь А2 — световой поток для человеческого глаза
Рис. 2.1.1. Изменение спектральной плотности энергетической светимости нагрето-
го «черного» тела
Распределение спектральной плотности энергетической светимости
«черного» тела в зависимости от температуры устанавливает закон Планка
mes = F(X,T) = QX
ехт
где mes — спектральная плотность энергетической светимости «черного»
тела, Вт/м2; Ci и С? — постоянные величины
С) = 2я-11- С; = 3,742-10‘16 Вт-м2;
С2 = h-C0-1 = 1,439-10 2м-К.
К
Постоянная Планка h - 6,626-10 34 Дж-с.
Скорость света в вакууме Со = 299792,5-103 м/с.
Постоянная Больцмана К = 1,380662-10'23 Дж/К.
Все ИС по качеству цветопередачи разделяются на 3 класса:
1 класс
2 класс
3 класс
Ra>85
85>Ra>70
Ra<70
Высокий
Средний
Низкий
Цветовая температура (Тц, К) — это характеристика степени зритель-
ного комфорта, создаваемого ИС, количественная оценка цветности.
Единица измерения цветовой температуры — Кельвин (К).
2700 К
3000 К
4000 К
5000 К
11000 К
белый сверхтеплый
белый теплый
белый естественный (нейтральный)
белый холодный (дневной)
синий небосвод.
Люминофор — это синтетическое вещество, обладающее способностью
к люминесценции.
Люминесценция — это свечение тела (или вещества), возбуждаемое ка-
ким-либо источником энергии: внешним излучением, падающим на тело;
электрическим разрядом; химическим процессом и т. п.
Электролюминесценция — это свечение тел под действием электриче-
ского разряда.
Фотолюминесценция — это свечение вещества после его предваритель-
ного освещения.
Амальгама — это сплав, в состав которого в качестве одного из компо-
нентов входит ртуть.
Плазма — это вещество в сильно ионизированном состоянии, причиной
которого могут служить высокая температура или электронный удар (в га-
зовом разряде), с примерно равной концентрацией электронов, и положи-
тельно заряженных ионов. В целом электрически нейтральное «четвертое
состояние вещества» после твердого, жидкого и газообразного.
Электрический источник света (ИС) — это устройство, преобразующее
электрическую энергию в энергию видимого излучения.
Полный срок службы ИС — это продолжительность горения его от на-
чала эксплуатации до полной утраты работоспособности.
Полезный срок службы ИС — это продолжительность горения его от
начала эксплуатации до снижения параметров ниже нормы.
Сравнительные показатели современных ИС, применяемых в ОУ пред-
ставлены в Таблице 2.1.1.
Таблица 2.1.1. Сравнительные показатели современных ИС, применяемых в ОУ
Показа- тели 4 1 i L ЛН ГРЛ Индукционные безъэлек- тродные С ветоди- одные
Вольф- рамовые (ЛН) 1 ало- ген- ные (ГЛН) Ртутные нд (ЛЛ) Ртутные (ДРЛ) Натрие вые (ДНаТ) Металло- галогенные (ДРИ) Кее- нено- вые (ДКсТ) Ртутные Серные БКЛЛ сд- i белые
1 1 F 7 4 i 5 6 7 8 9 10 11 12
! 1. Прин- ! цип по- лучения света 1 ь j Свечение тела накала (спирали). Свечение люминофора под действием невидимого ультрафиолетового излучения (УФИ), возникающе- го при газовом разряде в атмосфере добавок (ртуть, галоген, инертный газ и др.). Свечение люминофора под действием невидимого УФИ, возникающего при газовом разряде в элек- тромагнитном поле (ЭМП) высокой частоты (ВЧ). Выход фотонов в «р-п» переходе под дей- ствием прило- женного напряже- ния.
в вакуу- ме или в инертном газе в сре- де гало- генов (бром и т.п.)
2. Све- тоотдача С, лм/Вт. 20 26 75 60 400 90 48 70 75 48 г 100
3. Время горения С час. 1 000 2 000 15 000 10 000 1 000 60 000 50 000 15 000 10 000
БИЛЛ — безъэлектродная компактная люминесцентная лампа
2.2. Лампы накаливания (ЛН)
бввамхвмвекю^^ ЙЯ 9вк-дадяйг .;,. ляу; ^wwss .:.>$№!1Мйз^^
Лампы накаливания относятся к тепловым источникам ОН и делятся на
две группы: вольфрамовые ЛН и галогенные ЛН.
ЛН состоит из трех основных частей: спираль или биспираль металли-
ческая (тугоплавкая нить накала), колба стеклянная (вакуумирована или за-
полнена инертным газом), цоколь (контактная часть).
Электрический ток, проходя по нити накала, нагревает ее до температу-
ры 2500.. .3000 К, что вызывает свечение.
Цветовой спектр ЛН отличается от спектра дневного света преоблада-
нием желтых и красных тонов.
ЛН выпускают вакуумные (В), биспиральные (Б), биспиральные крип-
тоновые (БК), галогенные (КГ).
Основным материалом нити накала является пока вольфрам (W), но ве-
дутся разработки новых тугоплавких материалов, например карбид тантала
(ТаС).
Лампы до 200 Вт мощностью имеют резьбовой цоколь Е-27 (цифра —
диаметр цоколя, мм); 300 Вт — Е-27 или Е-40; 500 Вт и более — Е-40.
Диапазон мощностей ЛН от 15 до 1500 Вт при напряжении 127 В или
220 В, ГЛН — до 20 кВт при UH = 380 В.
Вакуум в колбе ЛН исключает окисление нити, но не препятствует ис-
парению металла.
Инертный газ препятствует испарению, но не соединяется с вольфра-
мом нити накала; он должен иметь малую теплопроводность.
ГЛН имеет трубчатую колбу из термостойкого (кварцевого) стекла, за-
полненную инертным газом с добавкой небольшого количества йода при
давлении 106 Па. Вольфрамовая нить расположена по оси колбы.
Йод за счет замкнутого химического цикла внутри колбы способствует
восстановлению нити.
Поэтому галогенные лампы имеют больше срок службы, светоотдачу и
меньше расход вольфрама на нить накала.
Двойная или тройная спирали предназначены для снижения тепловых
потерь, а значит и уменьшения испарения вольфрама.
Достоинства ЛН:
• стойкость к условиям окружающей среды,
• простота включения и обслуживания,
• относительно низкая стоимость.
Недостатки ЛН:
• Низкая светоотдача (от 10 до 20 лм/Вт — у вольфрамовых и 26 лм/Вт —
у галогенных). Наибольшая возможная — 50 лм/Вт при Тпл = 3650 К (для
вольфрама).
19
• Малый срок службы (1000 час — у ЛН, 2000 час — у ГЛН). Обуслов-
лен перегоранием спирали.
• Спектр света желтее естественного дневного.
Условное обозначение (маркировка) ЛН представлено на рисунках 2.2.2 и
2.2.3.
Особо следует отметить высокую чувствительность к отклонению на-
пряжения от номинального значения. Наглядное представление об измене-
нии потока (Флн, %), мощности (Рлн, %), времени горения (tr, %) при откло-
нении подводимого напряжения (Vn, %) дает рисунок 2.2.1.
Рис. 2.2.1. Зависимости от подводимого напряжения (Vc) Флн, Рлн, tr
Показатель Величина отклонения U от номинала (U )
-1% + 1%
Флн > % -3,7 + 3,7
/дн * % -1,5 + 1,5
/г, % ._ ......... + 1,4 -1,4
Слн - °/о -2,2 + 2,2
Световой КПД л = 3...3,5%
При отклонении напряжения питания (Vn) от номинального значения
(VH) не более 10% справедливы соотношения:
Из последнего соотношения видно, что увеличение питающего напря-
жения сильно уменьшает время горения ЛН.
Исходя из этого, предусматривается выпуск ЛН на диапазон напряже-
ний, который указан на лампе.
Например, 215-225, 220-230, 230-240, 235-245 В. Такие ЛН предна-
значены для эксплуатации в сетях с повышенным напряжением, например,
если источник ЭСН расположен от потребителя вблизи.
Следует учитывать снижение светового потока ЛН с колбами различно-
го цвета по сравнению с «прозрачными»: с «матированными» — на 3 %, с
«опаловыми» — на 10 %, с «молочными» — на 20 %.
20
В Европе планируется изъятие из производства ЛН, как крайне энерге-
тически неэффективного ИС, с цоколями Е27 и байонетным при наличии
альтернативных компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) к началу 2010 г.
В настоящее время жизнеспособной альтернативой для замены ЛН, на-
ряду с КЛЛ, могут быть МГЛ и СД, но они требуют доработки. Следова-
тельно, «прощаться» с ЛН преждевременно.
А. Вольфрамовые ЛН
1 -й элемент
Группа букв
(от 1 до 4)
I
Физические и
конструктивные
особенности
2-й элемент
Группа букв
(ст 1 до 2)
I
Назначение
лампы
3-й элемент
Группа цифр
(от 1 до 3)
I
Напряжение
U„, В
или
5-й элемент
Цифра
(одна)
I
Порядковый
номер
разработки
после первой
Б -биспипальная
газополная
В - вакуумная
Г - газополная
моно-
спиральная
К - криптоновая
МН - миниатюр-
ная
МЛ - молочного
цв. колба
ОП - опалового
цв. колба
МТ - матового
цв. колба
А - автомобильная
Ж - железнодорожная
С - судовая
СМ- самолетная
КМ - коммутаторная
ПЖ - прожекторная
СГ - сигнальная
МО - местного
освещения
ЖС - ж/д светофор
ЛШ - подсветка
швейных
машин
МД - медицинская
PH - разного назначения
Р- рудничная
К - кинопроекционная
Сила света, кд
Ток, А
Световой поток, лм
I У двухспиральных ।
I ЛН указывают j
I параметры (мощн., Вт) ।
I 1-й и 2-й спиралей, I
I соединенные l
I знаком «+» I
I Элемент запелня- I
I ется по усмотрению ।
I производителя I
I Этот элемент I
отсутствует у
ламп первой
разработки
Ряд ламп, особенно
специальных, первого
элемента в обозначении
не имеют
Б. Примеры маркировки ЛН
ЛН общего назначения (В, Б, БК, Г)
ЛН местного назначения (МО. МОД, МОЗ)
Б 215-225- 150-1
--------- |--------।-------Разработка
' Рн, Вт
— U, В (диапазон)
Uh = 220 В (полусумма)
МОД 12-25
I *— Рн , Вт
I-----в
*— Диффузная (Д), зеркальная (3)
— Местное освещение
Б - Биспиральная
газополная
ЛН автомобильные (А, АМН, АС)
АМН 24 - 3
Т | Рн , ВТ
।---- UH, В
L МН - миниатюрная
---Автомобильная
ЛН железнодорожные (Ж, ЖТ, ЖСК, ЖМТ)
ЖСК 54 - 25
u Рн , Вт
------------ Он, в
L- Безштифтовая с одной
контактной (К) пластиной
Софитная
— Железнодорожная
Рис. 2.2.2. Условное обозначение (маркировка) вольфрамовых ЛН
21
А. Галогенные ЛН
Т - термонагревательная
ТО - термооблучательная
ТД - термодиффузная (с
отражателем)
СМ - самолетная
Элемент
заполняется
по усмотрению
производителя
I отсутствует !
I у ламп I
i первой I
[разработки I
М - малогабаритная
А - автомобильная (за-
писывается перед
«первым элементом»)
Б. Примеры маркировки ГЛН
ГЛН общего освещения (КГ)
ГЛН для термокопировальных и электро-
графических аппаратов (КГ, КГТ, КГД)
КГ 220 - 5000 - 1
— (Л, в
— Галогенная
— Кварцевая
I— Разработка
— Ря, Вт
КГТ 220- 1300-1
•— Разработка
-------- Рн Вт
---- 1>н. В
— Термонагревательная
---- Галогенная
----- Кварцевая
ГЛН малогабаритные различного
назначения (КГМ; АКГ, КГСМ)
ГЛН для лучистого нагрева (КГТ, КГТО. КГТД)
АКГ12-55-1
'— Разработка
----- рн Вт
UH, В
*— Галогенная
— Кварцевая
I--- Автомобильная
КГТО 220 - 2500 - 3
’— Разработка
-------- Рн, Вт
— LL.B
--- Облучательная
-----Термонагреватепьная
------ Галогенная
-------- Кварцевая
Рис. 2.2.3. Условное обозначение (маркировка) галогенных ЛН
2.3. Газоразрядные лампы (ГЛ)
Газоразрядная лампа (ГЛ) — это такой ИС, в котором О И возникает в
результате электрического разряда в газах, парах или их смесях.
Характерной особенностью ГЛ, по сравнению с ЛН, является высокая
светоотдача, большой срок службы, разнообразный спектр излучения и ши-
рокий диапазон мощностей.
Таблица 2.3.1. Основные показатели ГЛ, применяемых для общего освещения
Показатели Газоразрядные лампы
Ртутные мгл Натриевые Ксеноновые ЛТС
т. ЛЛ (НД) т. ДРЛ (ВД) т. ДРИ т. ДНаТ т. ДКсТВ т. TH
1 2 3 4 5 6 7
1, Принцип получения света Получение силь- ного УФИ при электрическом разряде в парах ртути и атмо- сфере аргона. Преобразование УФИ люмино- фором в свет при НД Получение сильно- го УФИ в разряд- ной трубке при электрическом раз- ряде в парах ртути и атмосфере аргона ВД. Преобразова- ние УФИ в свет люминофором. Разряд в парах ртути и аргона. Свечение излу- чающих доба- вок (МГЛ) при ВД под дейст- вием возникше- го излучения. Разряд в парах ртути и аргона. Резонансное свечение на- трия при ВД под действием возникшего излучения. Разряд в парах ртути и ксенона при ВД. Свече- ние атомов ксе- нона под дейст- вием излучения. Свечение элек- тродов в атмо- сфере неон- гелиевой смеси и др. незначитель- ных добавок при НД.
2. Цветопере- дача. Ra — индекс цветопереда- чи, Тц — цвето- вая темпера- тура, К. ИС по качеству цветопередачи разделяются на 3 класса: высокий (RA>85), средний (85>RA>70) и низкий (RA<70). Подбором наполнителей и условий разряда можно создать эффективное излучение в видимой, УФ и ПК части спектра. В видимом излучении преобладают оранжево-красные тона, поэтому «теплые» тона (красные, оранжевые, коричневые) проявляются сильней, а «холодные» - (зеленые, голубые, фиолетовые) — слабей. Наполнители (добавки) колбы: инертный газ, металлы с высокой упругостью паров (ртуть, на- трий и т.п.), галогениды различных металлов. Для общего ос- вещения не при- меняется. Индикаторы, сигнальное ос- вещение аэро- дромов и т.п.
3. Эксплуата- ция Зажигание осуществляется с применением пуско-регулирующей аппаратуры (ПРА) или специальных устройств. Время разгорания может достигать нескольких минут. Чувствительность к отклонению напряжения в сети (Vc) от номинального значения (V„), что отражается на светотех- нических показателях. Кроме ЛЛ, устойчивы к действию окружающей среды, широкий диапазон рабочих температур.
4
в
Э1
Э2
а) т. ЛЛ б) т. ДРЛ в) т. ДРИ (МГЛ) г) т. ДНаТ
е
д) т. ДКсТВ
е) т. TH
1 — Разрядная трубка (горелка) из прозрачного кварцевого стекла, устойчивого к
действию высоких температур и наполнителей.
2 — Колба прозрачная (для ДКсТВ — цилиндр с фланцами и патрубками для охла-
ждающей воды, подаваемой в зазор) из вольфрамового стекла.
3 —Люминофор нанесен на стенки колбы.
4 — Электроды из тугоплавкого металла (вольфрам, ниобий и т.п.), активированные.
5 — Цоколь (резьбовой Е27 или Е40, штыревой и др.).
6 — Г азопоглотитель бариевый для поддержания вакуума.
Рис. 2.3.1. Принципиальные схемы устройств ГЛ освещения
Все ГЛ, применяемые для освещения, условно можно разделить на не-
сколько подгрутг.
- Ртутные лампы низкого давления (до 104 Па) — т. ЛЛ и высокого дав-
ления (3-104... 106 Па) — т. ДРЛ с исправленной цветностью (для искусст-
венного внутреннего — ЛЛ и наружного — ДРЛ освещения).
- Металлогалогенные — т. ДРИ (для общего освещения спортивных со-
оружений, выставок, цветных киносъемок и т.п.).
24
- Натриевые низкого и высокого давления — т. ДНаТ (для наружного
освещения и больших внутренних площадей).
- Ксеноновые — т. ДКсТ (для освещения больших открытых про-
странств, архитектурных сооружений и теплиц).
- Тлеющего свечения — т. TH и дугового разряда — т. ДНеСГ (для ин-
дикации и сигнализации).
Г Л классифицируются по следующим показателям:
• По виду разряда: дуговой, тлеющий, импульсный.
• По характеру разряда: в газах, в парах металлов, в парах металлов и их
соединений.
• По рабочему давлению:
- низкое (ГЛНД) — от 0,1 до 104 Па,
- высокое (ГЛВД) — от 3 -104 до 106 Па,
- сверхвысокое (ЛСВД) — более 106 Па.
Разряды ВД и СВД имеют высокую яркость, в десятки и сотни раз пре-
восходящую яркость ЛН.
• По основному источнику излучения:
- газо- или паросветные. Излучение вызвано возбуждением атомов, мо-
лекул или рекомбинационных ионов.
- люминесцентные (фотолюминесцентные). Излучение создают люми-
нофоры, возбуждаемые УФИ разряда.
- электродосветные. Излучение создается электродами, раскаленными в
разряде до высокой температуры.
Примечание — первые два источника излучения являются смешанными,
т.к. накладывается излучение разряда.
• По форме колбы:
— трубчатые или линейные в колбах. Расстояние между электродами в
несколько раз больше, чем «D» колбы.
- капиллярные. Трубки с внутренним диаметром d < 4 мм.
- шаровые. Расстояние между электродами меньше или равно внутрен-
нему диаметру колбы (шар).
• По способу охлаждения:
- с естественным охлаждением,
- с принудительным (воздушным или водяным).
Иногда разрядную трубку (горелку) помещают во внешнюю колбу, тогда
на нее возложены следующие функции:
- защита горелки от повреждений,
- уменьшение влияния окружающей среды на тепловой режим горелки,
- является поверхностью для нанесения покрытий и т.п.
Достоинства ГЛ:
- высокая светоотдача (от 60 до 100 лм/вт),
- большой срок службы (от 10 до 15 тыс. часов),
- различный спектр света (УФ, видимый, ПК).
25
Недостатки:
- Сложное включение в сеть. Для зажигания необходимо ВН. Для ус-
тойчивого горения в цепь каждой лампы включается балласт, ограничи-
вающий ток разряда.
- Зависимость характеристик от теплового режима, т.к. температура оп-
ределяет давление паров рабочего вещества. Нормальный режим устанавли-
вается по истечении некоторого времени после включения.
Ртутные лампы
Наибольшее применение для ОУ получили ртутные лампы низкого дав-
ления (т. ЛЛ) и высокого давления (т. ДР Л).
ГЛНД (ЛЛ) -- это протяженные люминесцентные лампы низкого дав-
ления, в которых невидимое УФ излучение ртутного разряда преобразуется
люминофором в видимое.
Впервые ЛЛ появились в 1936 г. в России, но массовое производство
быстрыми темпами началось в 1980 г.
Это обосновывается достоинствами этого ИС:
1) высокая светоотдача (80 лм/Вт) и большой срок службы (15 000 ч);
2) малая себестоимость, т. к. степень механизации высока, конструкция
проста, сырье и материалы — доступны;
3) благоприятный спектр излучения, обеспечивающий качественную
цветопередачу;
4) спад светового потока при средней продолжительности горения не
более 30%.
Однако, для применения в ОУ наружного освещения, высоких помеще-
ний они ограничены рядом недостатков:
1) малая мощность ИС (до 150 Вт),
2) большие габариты,
3) ненадежная работа в условиях низких температур окружающей среды
(для большинства Л Л рабочий диапазон от «+5» до «+50» °C).
По виду разряда различаются:
- ЛЛ дугового разряда с горячими электродами, с предварительным по-
догревом;
- ЛЛ тлеющего разряда с холодными электродами, без предварительно-
го подогрева.
В зависимости от способа зажигания ЛЛ могут быть стартерного, быст-
рого или мгновенного зажигания.
Осветительные Л Л общего назначения, обычно, дугового разряда стар-
терного зажигания, в прямой колбе для сетей с напряжением 220 В.
Принцип действия основан на преобразовании У ФИ, полученного при
разряде в парах ртути, люминофором при давлении до 10 Па.
Такое давление определяет излучение с /. = 253,7 и 184,9 нм.
Добавка инертного газа в колбу (аргон, аргон-неоновая смесь при дав-
лении до 400 Па) облегчает дуговой разряд, уменьшает распыление электро-
26
дов, повышает выход излучения. Установлено, что на выход резонансного
излучения приходится 60% мощности лампы (из них 55% на X = 253,7 нм).
Люминофор. Наносится на внутренние стенки колбы. Хорошо возбуж-
дается излучением атома ртути с А = 253,7 и 184,9 нм.
Лучшие люминофоры обеспечивают квантовый выход до 90%, напри-
мер, галофосфат кальция, активированный сурьмой и марганцем. Изменяя
концентрацию составляющих веществ, можно получить ИС с различными
свойствами. Дающие наибольшую светоотдачу люминофоры на основе ред-
коземельных элементов являются наиболее перспективными.
Цветопередача ЛЛ, по сравнению с другими ГЛ, наиболее благоприятна
(Ra = 62...70), но недостаточна. Отечественные ЛЛ с правильной цветопе-
редачей (Ra = 85 и более) имеют в маркировке букву «Ц».
Например, высококачественную цветопередачу обеспечивают ЛЛ ма-
рок: ЛЕЦ (Ra = 85), ЛТБЦ (RA - 88), ЛДЦ (RA - 90), ЛХЕЦ (RA = 93) и т.п.
Непрерывно ведутся по усовершенствованию ЛЛ работы за рубежом.
Так в Швеции с 2000 г. начато производство полноспектральной лампы
(Ra = 96, Тц = 5500 К, спектр цвета «дневной»).
В спектре содержится:
- насыщенный синий цвет с л = 450 нм,
— небольшая доля излучения в зоне УФ-А.
Полноспектральные Л Л рекомендуется применять в учебных, лечебных
и офисных помещениях.
Достоинства:
• создание активизирующего и оздоровительного климата,
• регулирование внутренних биологических часов организма человека
(интенсивная сине-голубая составляющая спектра),
• стимулирование мыслительной деятельности работающего человека
(влияние дневного света).
В США с 2002 г. выпускается ЛЛ с пониженным напряжением зажига-
ния (V3), что достигается применением вспомогательного канала для зажи-
гания разряда.
Вспомогательный канал параллелен основному, имеет меньшее сечение
и большее сопротивление.
Вначале разряд зажигается по вспомогательному каналу, а затем перебра-
сывается на основной, ток через вспомогательный участок резко снижается.
К новому поколению линейных ЛЛ относятся:
• т. Т5 с диаметром 16 мм «тонкие» на мощности 14, 21, 28, 35 Вт (серии
FH и НЕ) и 24, 39, 49, 54 Вт (серии AQ и НО).
• т. Т8 с диаметром 26 мм «толстые» на мощности 18, 36, 58 Вт.
По сравнительным показателям предпочтительней т. Т5.
! Показатель i .... Рл, Вт Ф, лм 1 НЬ5 лм/Вг Срок службы, ч Включен. Л раб, °C мм
i Т5 1 . 35 3650 105 1 до 20 000 1 ЭПРА 35 16
: Т8 36 2850 80 до 13 000 ЭПРА Дм*?' 26
27
Таблица 2.3.2. Технические характеристики ЛЛ общего освещения
Обозначение типа ЛЛ
Старое
Новое
ЛБ20-2
ЛБ20
ЛД20
SL20/32-735
SL20/32-740
SL20/32-760
SL20/32-765
SL20/38-735
SL20/38-740
SL20/38-760
SL20/38-765
ЛБ40-2
ЛД40-2
SL40/32-735
SL40/32-740
SL40/32-760
SL40/32-765
ЛБ40
ЛД40
ЛБ65-2
ЛД65-2
SL40/38-735
SL40/38-740
SL40/38-760
SL40/38-765
SL65/32-735
SL65/32-740
SL65/32-760
SL65/32-765
ЛБ65
ЛД65
SL65/38-735
SL65/38-740
SL65/3 8-760
SL65/38-765
ЛБ80-2
ЛБ80
SL80/32-735
SL80/32-740
SL80/32-760
SL80/32-765
SL80/38-735
SL80/3 8-740
ЛД80
SL80/3 8-760
SL80/3 8-765
н?
116+10
Дополни-
тельные
сведения
лм
Размеры ЛЛ,
мм
1060
20
880
1060
20
880
2800
40
2300
2800
40
2300
4600
65
3750
4600
65
3750
5200
80
4250
00.0
1514,2
5200
80
4250
103±10
1514,2
ЛБ 80 - 2
ОАО «Свет»/Смоленск
Люминесцентная
5*колбыгмм
32 - 32,5 мм
38 - 38,5 мм
ф
ф
i
а
о
Цветовая темле
35 - 3500 К (Каг
40 - 4000 К
ео - 6000 к
65 - 6500 К
Индекс цвете г е
•- Белая
— Люминисцентная
Конструктивные особенности
---Околбы ~ 38,5 мм
2 — Околбы = 32,5 мм
-1 >
Повышения долговечности и сохранения светового потока ЛЛ на более
высоком уровне можно добиться устранением причин спада его:
- распад центров свечения в люминофоре,
- дополнительное поглощение света слоем люминофора.
Для этой цели рекомендуется покрыть люминофор защитной пленкой
со стороны разряда (внутренняя сторона колбы). Защитным покрытием мо-
жет быть магнезиальная (MgO) тонкая пленка.
Условное обозначение (маркировка) ЛЛ представлены на рисунке 2.3.2,
а принципиальная схема устройства — на рисунке 2.3.1, а.
А. ГРЛ НД люминесцентные
Л - люминесцент-
ная
ТЛ - лампа
сигнальная
тлеющего
разряда
(начало
марки)
ГР - газоразряд-
ные трубки
рекламные
Е - естественно-
белая
Б - белая
Д- дневник
ТБ - теплобелая
ХБ -холсднобелая
УФ - ультра-
фиолетовая
К - красная
Ж - желтая
О - оранжевая
3 - зеленая
Г - голубая
С - синяя
Ф- фотосинтетическая
Ц - цветопередача
повышенная
(2 или 3 буква)
Э - эритемная
Р - рефлекторная
У - U-образная
W - образная
Б - быстрого пуска
А - амальгамная
К - кольцевая
Б. Примеры маркировки ЛЛ
ЛЛ общего назначения (ЛБ, ЛТБ.ЛХБ. ЛД)
ЛЛ с улучшенной цветопередачей
(ЛДЦ, ЛЕЦ ЛДЦУФ, ЛХЕЦ, ЛТБЦ)
ЛТБ 40 -1
I— Разработка
------ Рн.Вт
----- Теплобелая
----- Люминесцентная
ЛДЦУФ 40
---Рн, Вт
• фотосинтетическая
---- U-образная
------улучшенная цветопередача
-------- дневная
---------люминесцентная
ЛЛ для облучения (ЛФ, ЛФР)
ЛЛ медицинские (ЛЭР)
ЛФР 40 -1
I— Разработка
-------Рн, Вт
— Рефлекторная
--- Фотосинтетическая
-----Люминесцентная
ЛЭРЗО
Рн, Вт
— Рефлекторная
--- Эритемная
---- Люминесцентная
Рис. 2.3.2. Условное обозначение (маркировка) люминесцентных ламп низкого давления
29
ГЛВД (т. ДРЛ) - - это дуговые ртутные люминесцентные лампы высо-
кого давления овальной формы, в которых невидимое УФ излучение ртут-
ного разряда преобразуется в видимое люминофором.
ИС т. ДРЛ имеют исправленную цветность. С помощью люминофора
спектр смещается в красную область излучения.
Без люминофора возникает сильное искажение цвета наблюдаемых
предметов, особенно человеческой кожи, что объясняется отсутствием из-
лучения в оранжево-красной части спектра.
Лампа представляет собой горелку из прозрачного кварцевого стекла,
помещенную в колбу из тугоплавкого стекла. Электроды выведены из го-
релки для подключения к сети, выполнены из тугоплавкого металла, акти-
вированы. Внутренняя поверхность колбы покрыта тонким слоем порошко-
образного люминофора. Количество электродов в горелке до 4-х: 2 — ос-
новных, 1 или 2 зажигающих, облегчающих зажигание.
Внутри горелки немного ртути и спектрально-чистый аргон, который
защищает электроды от распыления при пониженном давлении вначале и
облегчает зажигание.
Процесс зажигания длится до полного испарения ртути внутри горелки
(5...7 мин.), после чего все характеристики стабилизируются. Лампы с 4-
электродными горелками включаются в сеть через дроссель.
Люминофор подбирается в соответствии с обеспечением светоотдачи,
цветопередачи, стоимости.
Оптимальный выход излучения осуществляется при нагревании люми-
нофора до 250...300°С, что и определяет форму и размеры внешней колбы.
Температура окружающей среды влияет на напряжение зажигания (V3).
При низких Т°С требуется V3 более высокое, т.к. давление паров ртути мало,
а зажигание происходит в чистом аргоне. Поэтому при низких температурах
(ниже «-30 °C») применяются для зажигания устройства импульсного зажи-
гания (УИЗУ).
При наличии внешней колбы такое влияние отсутствует в диапазоне
температур от «-30 до +20 °C», но световой поток ниже на 5 %.
При отклонениях Vc +10... 15 %, световой поток изменяется на 25 %, а
мощность лампы — на 20 %.
Пульсация светового потока с частотой 2fc, что может вызвать опасный
стробоскопический эффект (зрением вращающиеся детали воспринимаются
неподвижными).
Условное обозначение (маркировка) представлены на рисунке 2.3.3, а
принципиальная схема устройства — на рисунке 2.3.1 б).
30
А. ГЛ ВД и СВД ртутные
ДР - дуговая
ртутная
СВД - сверх-
высокого
давления
Л - люминесцентная От 80 до
В - вольфрамовая 2000 Вт
Э- эритемная
Д - диффузная
Ш - шаровая
Т- трубчатая
С - сельскохозяйственная
Красное отношение - отношение
потока в красной области спектра
(от 600 до 780 нм) к общему
световому потоку лампы.
Оно определяет качество
исправления цветопередачи ламп
типа ДРЛ.
Примечание. Для вольфрамовых ламп цифры после букв - Uh, В, а цифры после дефиса - Рн, Вт.
Б. Примеры маркировки ламп
ГЛВД с исправленной цветностью (ДРЛ)
ГЛВД вольфрамовые (ДРВ)
ДРЛ 80 (6) - 2
I— Разработка
— Красное отношение
------ Рн, Вт
I— Люминесцентная
----- Ртутная
------Дуговая
ДРВЭД220- 160
I--Рн.Вт
---------в
— Диффузная
--- Эритемная
----- Вольфрамовая
------ Ртутная
-------- Дуговая
РЛВД - источники УФИ (ДРТ)
ДРТ 400
L-Рн, Вт
— Трубчатая
----- Ртутная
------Дуговая
Ртутные лампы сверхвысокого давления (ДРШ. СВД)
ДРШ 100-2
L Номер разработки
Рн, Вт
-----Шаровая
-------- Ртутная
---------Дуговая
Рис. 2.3.3. Условное обозначение (маркировка) ртутных ГЛВД и ЛСВД
Металлогалогенные лампы (МГЛ)
Появились в начале 1960-х годов. Широкие возможности регулирования
спектра излучения, высокий КПД, большая светоотдача определили пер-
спективы их использования.
Внутрь разрядных колб МГЛ, кроме ртути и аргона, вводятся галогени-
ды металлов, которые легко испаряются и не разрушают кварцевое стекло
колбы.
31
Возникающий замкнутый цикл после зажигания МГЛ имеет следующие
достоинства:
- достаточная концентрация атомов металла обеспечивает требуемый
спектр излучения,
- возможность ввода в разряд щелочных и других агрессивных метал-
лов, которые в чистом виде быстро разрушают кварцевое стекло.
Применение галогенидов резко увеличило число химических элементов
для получения излучения различного спектра, а также их смесей.
Добавки составляют малую долю по сравнению с концентрацией ртути,
но все они участвуют в создании излучения.
Ртутный пар, в основном, создает наиболее благоприятные условия раз-
ряда. Наиболее часто применяются, кроме ртути и зажигающего газа, сле-
дующие варианты добавок:
- йодиды натрия, таллия и индия;
- йодиды натрия, скандия и тория.
Добавки натрия (Na) и таллия (Т1) повышают световую отдачу и стаби-
лизируют разряд, диспрозия (Dy) и других редкоземельных металлов — да-
ют высокую светоотдачу (до 80 лм/Вт) и цветопередачу (RA > 80), олова
(Sb) — отличную цветопередачу (RA > 90), но ниже светопередачу.
Высокая рабочая температура способствует повышению светоотдачи и
КПД, но сокращается срок службы.
Габариты МГЛ меньше, чем ртутных, но колба прочней, что позволяет
повысить давление и температуру в ней, а, следовательно, и показатели.
Чтобы температура горелки была равномерна, ей придают специальную
форму и определяют положение горения лампы.
Введение йодидов приводит к повышению напряжения зажигания (V3),
что вынуждает ставить дополнительные зажигающие устройства.
Повышение V3 вызвано переходом ионов натрия (диффузия) при горе-
нии через кварцевое стекло, что приводило к избытку йода в горелке.
Для зажигания МГЛ целесообразно применять импульсные зажигаю-
щие устройства (ИЗУ), которые дают импульс напряжения (V3) с запасом,
что исключает влияние температуры окружающей среды (Токр °C) на зажи-
гание.
Отклонение напряжения сети (Vc) сильно влияет на светотехнические
характеристики МГЛ. Например, при ДУС = ± 10%, меняется ДФЛ — в
2,5 раза; ДРЛ — в 2,2 раза; с ростом Vc — Тцв снижается.
Пульсация светового потока — 30 %.
Такие достоинства МГЛ, как световая отдача — высокая, цветопередача —
хорошего качества делают их незаменимыми для освещения больших пло-
щадей с требованием качества цветопередачи (выставки, ярмарки, демонст-
рационные залы, спортивные сооружения, цветные съемки и т.п.).
Принципиальная схема устройства МГЛ представлена на рисунке 2.3.1 в),
а условное обозначение (маркировка) — на рисунке 2.3.4.
32
А. Металлогалогенные ртутные лампы
Д - дуговая
Р- ртутная
м-мгл
И - излучающие
добавки
3 - зеркальная
Т - трубчатая
Ш- шаровая
От 250 до
4000 Вт
Б. Примеры маркировки МГЛ
МГЛ общего назначения (ДРИ)
МГЛ для цветного телевидения
(ДРИ: ДРКШ)
ДРИ 250 - 5
ДРИШ 575
1— Разработка
L рм Вт
— Излучающие добавки
--- Ртутная
---- Дуговая
1--- Рн, Вт
— Шаровая
L--- Излучающие добавки
----- Ртутная
---- Дуговая
МГЛ технологические (ДРТИ;
ДРТИ 1000-3
I I— Разработка
L . Вт
*— Излучающие добавки
— Трубчатая
---- Ртутная
------ Дуговая
МГЛ в зеркальных колбах (ДРИЗ)
ДРИЗ 700
~С— р_, Вт
>— Зеркальная
-------- Излучающие добавки
-------- Ртутная
-------- Дуговая
Рис. 2.3.4. Условное обозначение (маркировка) ртутных МГЛ
Современные МГЛ выпускаются с керамической горелкой и имеют
улучшенные характеристики:
• Диапазон мощностей от 20 до 400 Вт, цветовая температура 3000 и
4200 К позволяют унифицировать световые проекты различного назначения
(внутреннее и наружное освещение, цветопередача).
• Стабильный световой поток и цветность, искрящийся свет, незначи-
тельный спад яркости в течение всего срока службы.
• Длительный срок службы (до 20.000 часов) и надежность ламп сокра-
щает эксплуатационные расходы.
• Высокая энергоэффективность (более 100 1М/вт) позволяет значительно
сократить количество ИС ОУ и энергопотребление.
МГЛ могут быть достойной альтернативой ЛН широкого применения в
жилом секторе, если будет обеспечено:
- светорегулирование,
2 О с вен п е л ь н ы с ус т н i ‘ о в к и 11 ро м ы i ил е н н ы х и гра ж шнеки х о бъе к । оп
33
- мгновенное перезажигание,
- производство светильников,
-розничная торговля осветительными устройствами.
Успешно ведутся работы в указанном направлении.
Натриевые лампы (НЛНД и НЛВД)
Это один из наиболее из самых эффективных источников видимого из-
лучения: самая высокая светоотдача в группе ГЛ и незначительное сниже-
ние светового потока при длительном сроке службы.
Недостаток — низкое качество цветопередачи.
По рабочему давлению натриевые ИС выполняют двух видов: низкого
давления (НЛНД) и высокого (НЛВД).
НЛНД созданы еще в 1930-е годы и работают в области первого макси-
мума светоотдачи излучения натриевого разряда при давлении 0,2 Па.
НЛВД созданы в 1960-е годы и работают в области второго максимума
светоотдачи излучения натриевого разряда при давлении 10 кПа, что соот-
ветствует насыщению паров натрия при 750°С.
Материалом разрядной трубки является светопропускающая керамика
на основе поликристаллической окиси алюминия, устойчивая к длительному
воздействию агрессивных паров натрия при 1400°С.
Принцип действия натриевых ламп основан на резонансном излучении
(с л 589 и 589,6 нм) натрия.
НЛНД. Излучение видимое почти однородное. Экспериментально дос-
тигнуто КПД = 60%, что соответствует светоотдаче 400 лм/Вт, давление паров
ртути оптимальное, для улучшения теплоизоляции разрядную трубку поме-
щают в стеклянную вакуумную рубашку, а на внутреннюю стенку наносят
фильтр из SnO2 или 1п20з. Фильтр отражает ИК излучение на горелку и про-
пускает желтое резонансное излучение.
Для зажигания и облегчения разряда в горелку вводится неон при дав-
лении 1,5 кПа с добавкой аргона 1% для снижения V3. Разрядная трубка
НЛНД из специального стекла, устойчивого к парам натрия. Для ограниче-
ния перемещения паров натрия вдоль разрядной трубки на ее поверхности
делают небольшие выпуклости, распределенные по длине равномерно.
Электроды оксидные, спиральные. Напряжение зажигания — 500 В,
время разгорания — 15 мин., мгновенная реакция на изменение Vc, пульса-
ция светового потока почти 100%, нечувствительность к температуре окру-
жающей среды.
Желтый монохроматический свет обеспечивает хорошую видимость
при низких уровнях освещенности, в тумане. Применяется для освещения
автострад, промышленных объектов, архитектуры и т.п., а для общего осве-
щения из-за сильно искаженного цвета не применяется.
НЛВД. Горелка заполнена смесью паров натрия (Na), ртути (Hg) и ксе-
нона (Кс) при высоком давлении.
34
Натрий — источник излучения, электронов и ионов. Ртуть — буферный
газ для повышения температуры разряда и снижения тепловых потерь. Ксе-
нон — зажигающий газ, повышает световую отдачу за счет снижения теп-
лопроводности плазмы.
Рабочее давление паров натрия — до 14 кПа. Напряжение зажигания —
до 4 кВ для снижения V3 вместо ксенона иногда используют смесь неона
(Ne) и 0,5 % аргона (Аг), но при этом на 25 % уменьшается светоотдача.
Цвет излучения золотисто-белый (Тц = 2100 К), цветовую температуру
можно повысить, увеличив давление паров натрия, но снизится световая от-
дача.
Материалом горелки является керамика, которая устойчива к длитель-
ному воздействию паров натрия при Т < 1600 °C, с общим коэффициентом
пропускания видимого излучения до 95 %.
Натрий и ртуть вводятся в виде амальгамы с содержанием натрия 75 %.
Внешняя колба вакуумирована, давление 0,01 Па поддерживается газо-
поглотителем.
Время разгорания до 7 мин., по мере разгорания спектр излучения ме-
няется от монохроматичного желтого до нормального, что определяется
скоростью нагрева лампы, испарения ртути и натрия.
Время повторного зажигания погасшей лампы до 3 мин.
Работают НЛВД при температуре окружающей среды от «-60» до
«+40» °C. Срок службы при непрерывном горении на 30% больше. За 10 000
часов горения спад светового потока не более 20 %.
Допускается замена ДРЛ на ДНаТ в светильнике, но использовать мож-
но для этого только НЛВД с увеличенным напряжением на лампе и мень-
шим рабочим током, чем у стандартных ДНаТ.
Применение совместно в ОУ РЛВД и НЛВД дает заметную экономию
средств (цена 1:10) и улучшенный спектр (добавка сине-зеленой части
спектра).
Рекомендуется применять для наружного освещения и внутренних по-
мещений с высокими потолками.
Повышение эффективности натриевых ламп ВД (НЛВД) возможно усо-
вершенствованием структуры алюмооксидных разрядных трубок.
Главный недостаток таких трубок — значительная диффузионная утеч-
ка атомов натрия (Na) из горелки во время эксплуатации.
Требуется иметь монокристаллическую структуру материала разрядной
трубки, а не поликристаллическую. В первом случае коэффициент диффу-
зии на несколько порядков меньше, что позволит увеличить светоотдачу на
15...20 % и сделать ее более стабильной. В настоящее время достигнута све-
тоотдача — 145 лм/Вт, а предельная — 385 лм/Вт.
Кроме того, при увеличении частоты питающей сети (кГц) уменьшают-
ся диэлектрические потери (tg 5) в монокристаллах в 1,5 раза. Т.о. основное
направление — совершенствование алюмооксидных трубок.
35
Принципиальная схема устройства натриевой лампы представлена на
рисунке 2.3.1 г), а условное обозначение (маркировка) — на рисунке 2.3.5.
А. Натриевые лампы НД и ВД
Д - дуговая
На ~натрий
От 85 до 400 Вт
Т - трубчатая
О - облучательная
Мт - металлический
рассеиватель
Сф - софит
Б. Примеры маркировки ламп
НГЛ низкого давления (ДНаО)
ДНаО 140
Ч Рн, ВТ
I— Облучатсльная
---- Натриевая
------ Дуговая
НГЛ высокого давления (ДНаТ)
ДНаТСф 250
Рн, Вт
I— Софитного типа
---- Трубчатая
------ Натриевая
-------- Дуговая
НГЛ для облучения растений
ДНаТ 400
1| 1— Рн. Вт
>— Трубчатая
--- Натриевая
------Дуговая
ДНаТМт125
|| L. рн . Вт
— Металлический рассеиватель
----Трубчатая
—----- Натриевая
—-------Дуговая
Рис. 2.3.5. Условное обозначение (маркировка) натриевых ГЛ
Об экономической целесообразности замены ламп ДРЛ в светиль-
никах наружного освещения (НО) на ДНаМ-Т.
В настоящее время натриевые лампы высокого давления в матирован-
ной эллиптической колбе предназначены для замены ламп ДРЛ в сущест-
вующих светильниках.
Сравнительные варианты приведенных годовых затрат рассмотрены для
ОУ в Таблице 2.3.2.
Варианты ОУ:
- с лампами ДРЛ по 250 и 400 Вт,
- с лампами ДНаМ-T по 210 и 340 Вт,
- с лампами ДНаТ по 150 и 250 Вт.
36
Методика расчесов
• Эффективность замены (АС. руб./год) определяется как разница при-
веденных затрат двух вариантов ОУ НО:
АС - С; С ; или АС = С| “ С;
где Ci, С?, Сч — годовые затраты для каждого варианта ОУ. руб./год.
• Годовые затраты для каждою варианта установки (С, руб./год) опре-
деляются по формуле:
С - С, + ЛК,
где Cj приведенные толовые эксплуатационные затраты, руб./год; ЛК —
приведенные капитальные затраты на 1 год эксплуатации, руб./год.
где С,-, — стоимость электроэнергии, руб./год; Сл
ламп, руб./год.
стоимость замены
-- КУ тц’КпРА ^ гед'Р.=’Кэл,
где Ксел, — коэффициент, учитывающий потери в сети, на основании опыта
эксплуатации принимается К., . = 1,084; КПра — коэффициент, учитываю-
щий потери в ПРА; Т1() — число часов работы ОУ в год, принимается Т,о, “
- 4000 час; Кэл — тариф, принимается Кэл = 0,95 руб./Квт-ч;
где Тл — срок службы лампы, час; Ц , — цена лампы, руб.; С; — стоимость
замены лампы, принимается С - 20 руб. (при работе 2 человек 30 мин., за-
работная плата 5000 руб. в месяц).
• Приведенные капитальные затраты на год эксплуатации определяются
по формуле:
св
где IJL — цена светильника, nvo.: СУ — стоимость замены светильника,
, fc-- 'J .Ji У It- i—J
принимается Сев т 30 руб.; TtB — срок службы светильника, год.
Результаты расчетов сведены в Таблицу 2.3.3.
Таблица 2.3.3. Расчет годовых расходов при замене ламп ДРЛ в светильниках
НО лампами ДНаМ-Т
Наименование показателя Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант i 1 Вариант 2 Вариант 3
Тип лампы ДРЛ-250 ДНаМ- Т-210 ДНаТ- 150 ДРЛ-400 ДНаМ- Т-340 ДНаТ- 250
Срок службы лампы, час 12 000 5000 6000 15 000 5000 10 000
Цена лампы, руб. 115,0 420,0 248,0 217 512 285
с». РУ6- 38,3 336,0 165,3 57,9 409,6 Н 114
СЭл, руб. 1132,8 915,5 679,7 1820 1540 1133
с = с +с ^1 '—'ЭЛ 1 '-'Л» руб. 1171,1 1287,5 845,0 1869,9 1949,6 1247
Цена светиль- ника Цсв, руб. — 1914,0 1 — — 2040
Ц- +т, ДК = _ 1, Т св руб. — - —-— 194,4 — — 207,0
С, руб./год 1171,1 1287,5 1039,4 1869,9 1949,6 1454,0
ДК, руб./год -116,4 131,7 -79,8 415,9
Примечания.
1. Капитальные затраты (ДК, руб.) рассчитаны только для варианта 3.
2. При расчетах значения срока службы ламп приняты в соответствии с ТУ СПО
«Светотехника».
Выводы
• Как видно из полученных данных, прямая замена ламп ДРЛ лампами
ДНаМ-Т нецелесообразна (допускается временно).
• Для получения экономического эффекта следует заменять светильники
с лампами ДРЛ светильниками с лампами ДНаТ.
Ксеноновые лампы
В этих ИС используется разряд в ксеноне (Кс) при высоком и сверхвы-
соком давлении. Особенностями такого разряда являются:
- в видимой области: спектр излучения близок к солнечному с Тц = 6300 К,
обеспечивается высококачественная цветопередача RA = 98;
- восходящая в зоне больших токов ВАХ (вольт-амперная характери-
стика) обеспечивает стабильную работу с малым балластом или без него;
- отсутствует период разгорания;
- высокое V3 и сложная схема зажигания;
38
- нет зависимости параметров ламп от температуры колбы и окружаю-
щей среды (работает стабильно при «-50 °C»);
- большой разрядный ток (массивные электроды);
- подверженность влиянию внешних магнитных полей.
В основном ксеноновые лампы классифицируют по конструктивным
признакам:
1) трубчатые Г Л В Д с естественным и водяным охлаждением,
2) ЛСВД с короткой дугой с естественным или принудительным охлаж-
дением (воздушным или водяным).
Помимо этого существуют специальные лампы (лампы-светильники,
безъэлектродные и т.п.).
Трубчатые лампы т. ДКсТ — это источник света, со спектром излучения
в УФ, видимой и ПК областях.
Трубка из кварцевого стекла, вольфрамовые активированные электроды
расположены по концам.
В лампах т. ДКсТВ горелка помещается соосно в стеклянный цилиндр с
фланцами и патрубками. В зазоре между горелкой и цилиндром — дистил-
лированная охлаждающая вода циркулирует. Охлаждение позволяет умень-
шить габариты и увеличить светоотдачу.
У ламп с естественным охлаждением — до 29 лм/Вт, с водяным — до
45 лм/Вт.
Напряжение сети сильно сказывается на мощности, световом потоке и
сроке службы ламп. При повышении Vc лампы нагреваются, а срок службы
сокращается.
Предназначены для освещения больших и открытых пространств.
Принципиальная схема устройства ксеноновой лампы с водяным охла-
ждением представлена на рисунке 2.3.1, д, а условное обозначение (марки-
ровка) — на рисунке 2.3.6.
Лампы тлеющего свечения
Лампы тлеющего свечения (ЛТС) — это ИС, принцип действия которых
основан на использовании катодного тлеющего свечения.
ЛТС представляет собой стеклянный баллон, в который впаяны два
электрода, расположенные близко друг к другу. Внутренняя полость балона
заполнена неоно-гелиевой смесью с примесью аргона (для снижения V3),
иногда добавляется ртуть.
Активированные электроды имеют различную форму. При работе от се-
ти переменного тока оба электрода светятся попеременно с частотой сети,
на постоянном — только соединенный с отрицательным полюсом.
Неон дает оранжево-красное свечение, добавка ртути — синевато-белые
тона.
Излучение имеет малую инерционность и может прекрасно модулиро-
ваться с частотой до 22 кГц.
39
Ксеноновые лампы ВД и СВД
Д ~ дуговая
Кс - ксенон
Т - трубчатая От 200 до
Ш - шаровая 55000 Вт
Эл - эллипсоид
Э - эритемная
М - металлическая
РБ - разборная
В - водяное
охлаждение
Применение, Элемент 2 объединяет 1 или несколько признаков.
Б. Примеры маркировки ламп
КГЛ трубчатые ВД ( ДКсТ)
КГЛ шаровые СВД (ДКсШ)
ДКсТ 10000
С2—рН:вт
— Трубчатая
---- Ксеноновая
------Дуговая
ДКсШРБ 5000-1
~| Г" L
L-Рн.Вт
— Разборная
---- Шаровая
------ Ксеноновая
-------- Дуговая
КГЛ для облучения растений (ДКсТЛ)
ДКсТВ 15000
।----Рн, Вт
Водяное охлаждение
Трубчатая
Ксеноновая
Дуговая
ДКсЭл 1000
1— Рн. Вт
Эллипсоидная форма колбы
Ксеноновая
Дуговая
Рис. 2.3.6. Условное обозначение (маркировка) ксеноновых ГЛ
Световая отдача — от 0,2 до 1,0 лм/Вт, мощность — до 10 Вт; возможно
покрытие изнутри люминофором.
Срок службы — не менее 1000 час, ограничивается при поглощении га-
за-наполнителя и потемнении колбы из-за распыления электродов.
Включение в сеть через резистор, встроенный в ножку или в цоколь
(для больших ЛТС), или отдельно последовательно с лампой (для неболь-
ших ЛТС).
В основном, ЛТС применяются в качестве индикаторов, но кроме этого,
они имеют много других специальных применений.
Принципиальная схема устройства ЛТС т. TH представлена на рис. 2.3.1, е.
Структура и примеры условного обозначения — на рис. 2.3.7.
А. ГЛ тлеющего свечения, дуговые
спектральные и неоновые
Т - тлеющий
Д - дуговой
2~й элемент
Группа букв
(до 3~х)
Наполнение,
назначение или
конструктивные
признаки
Н - неон
В - водород
Д- дейтерий
Р - ртуть
КГ - ртуть и гелий
Т- таллий
Kd - кадмий
Ци - цирконий
Цз - цезий
ВМ - волномерная
УВ - указатель ВН
В - для вольтоскопов
СГ - сигнальная
С - спектральная
| Для1
FW Vi tV hi.11 иШ
Номер
разработки
Для МН
Номер
разработки
М - миниатюрная
ПК - полый катод
П - плоское окно
Примечание. Буква «признака» может иметь место после 3-го элемента
Б. Примеры маркировки
ГЛ тлеющего свечения
(TH. МН, ТНУВ ВМН)
ламп
Дуговые лампы (ДР. ВМ, ДН)
TH - 0,2 -1
Разработка
/„, мА
— Неоновая
Тлеющего свечения
МН-2,5-0,5
Т L-Jh.a
он, в
I— Неоновая
Миниатюрная
ВМФ - 25 П
j L- Плоское окно
Вт
— Фтористый магний
---- Миниатюрная
——= Водородная
ДРС - 50
L , Вт
Спектральная
--- Ртутная
----- Дуговая
Рис. 2.3.7. Условное обозначение (маркировка) ЛТС, Л С и ЛНД
2.4. Индукционные лампы (ИЛ)
Для производства источников света вынужденно применяются ртуть,
свинец, кадмий, барий и другие элементы.
Экологическую обстановку существенно можно улучшить за счет уве-
личения срока службы ИС, содержащих вредные вещества.
Кроме того, обслуживание ОУ в некоторых случаях требует затрат, со-
измеримых со стоимостью установленного оборудования (тоннели, здания с
высокими потолками и т.п.).
Продление срока службы ламп является насущной задачей.
Главный фактор, влияющий на срок службы ЛЛ — это состояние элек-
тродов. Возможны 2 направления продления срока службы ламп:
41
1) Усовершенствование электродов.
2) Полный отказ от электродов.
Максимальный срок службы можно получить только у безэлектродных
ламп (индукционных).
Если в обычной ЛЛ электрический ток создает столб разряда между ра-
зогретыми электродами, в индукционной (безэлектродной) газовый разряд
высокочастотный создается электромагнитным полем.
Приоритетами в разработке и изготовлении ИЛ являются Нидерланды,
Германия и США.
Существует 5 видов безэлектродных ламп, из которых рассматривается
только первый.
1) Ртутные индукционные люминесцентные лампы.
Наиболее освоены из них:
т. «QL» фирмы «Philips» (Нидерланды),
т. «Endura» фирмы «Osram» (Германия),
т. «Genura» фирмы «General Electric» (США).
2) Микроволновые (СВЧ), серные.
3) Фосфоресцирующие.
4) Радиоактивного принципа действия.
5) Биоактивного принципа действия.
В основе работы ИЛ заложены три основных принципа:
• Емкостного разряда (Е-разряд).
Герметичная разрядная колба размещается между двумя металлически-
ми пластинами (аналог конденсатора), на которые подается напряжение ВЧ.
Характеризуется низкой эффективностью разряда и быстрым износом лю-
минофора.
• Микроволновой плазмы (СВЧ-разряд).
Применяется источник СВЧ (несколько ГГц). Характеризуется больши-
ми габаритами изделия и высокой стоимостью.
• Индукционного разряда (И-разряд).
Индукционная катушка охватывает разрядную трубку или размещается
внутри нее. Переменный магнитный поток катушки создает электрическое
поле, поддерживающее плазму разряда.
Этот принцип наиболее приемлем для разработки ИЛ осветительных
установок.
Достоинства ИЛ:
1) Разнообразие форм изготавливаемых ИС.
2) Широкий диапазон светового потока.
3) Отсутствие электродов.
4) Очень большой срок службы.
5) Независимость срока службы от числа циклов «включено-отключено».
6) Мгновенное зажигание.
7) Отсутствие мерцания при работе.
42
Недостатки ИЛ:
1) Большие размеры разрядной трубки.
2) Ограниченный диапазон мощности.
3) Относительно низкий световой поток (Фмакс. ~ 12000 лм).
4) Чувствительность к температуре окружающей среды.
5) Нестандартные характеристики ламп.
6) Различное конструктивное исполнение у разных производителей.
7) Высокая стоимость комплекта «лампа+ЭПРА».
ИЛ «Master QL» (Нидерланды — «Philips»)
Представление о конструктивном исполнении современной безэлек-
тродной индукционной лампы т. «QL» дает рисунок 2.4.1.
1 — Колба 2 — Слой люминофора
3 — Полость для индуктора 4 — Ножка
5 — Капсула с амальгамой на ножке 6 — Основная капсула с амальгамой
7 — Ламподержатель
Рис. 2.4.1. Конструкция ИЛ т. «QL»
Основные элементы индукционной лампы:
1) Колба (1) для создания объемного газового разряда.
2) Слой люминофора (2), наносится на внутреннюю поверхность колбы,
для преобразования невидимого ультрафиолетового излучения в видимое.
3) Полость индуктора (3), для размещения источника электромагнитно-
го поля.
4) Ножка (4), граница полости ферритового сердечника.
5) Капсула с амальгамой (5) на ножке (вспомогательная).
6) Основная капсула с амальгамой (6), для создания условий выхода
лампы в рабочий режим и обеспечения стабильности работы ее.
7) Ламподержатель (7), для крепления в светильнике.
Принцип действия ИЛ поясняет рисунок 2.4.2.
43
2 — Атом ртути
4 — Видимый свет
Рис. 2.4.2. К пониманию принципа действия ИЛ
1 — Ферритовый сердечник
3УФ-излучение
в*
5 — Люминофорное покрытие
• Для запуска лампы формируется зажигающий импульс с напряжением
порядка 1300 В и /длительностью 15 мс.
Условия для запуска создаются блоком ЭПРА, который может распола-
Гц/ “ 4 .1.
гаться на расстоянии 60 см от ИС.
Индуктор (ферритовый сердечник с обмоткой) аналогичен первичной
обмотке трансформатора, по которой идет ток 1Р. Роль вторичной обмотки
выполняет разряд в парах ртути низкого давления.
• Создаваемое электромагнитное поле (ls) высокой частоты (ВЧ) индук-
тором обеспечивает газовый разряд в парах ртути. Возникает ультрафиоле-
товое излучение (УФИ). на которое воздейст вует люминофорное покрытие.
Изменение светового потока лампы (ФД в процессе зажигания наглядно
показано на рисунке 2.4.3.
Применение двух разных по составу ахМальгам приводит к возникновению
двух пиков в процессе протрева лампы. Первый пик связан с испарением амаль-
гамы из капсулы на ножке. Промежуточный пик связан с режимом прогрева сте-
нок колбы. Второй пик связан с испарением амальгамы основной капсулы, укре-
пленной вблизи цоколя, после чего лампа выходит на рабочий режим.
Рис. 2.4.3. Типичный график Ф -•= F(t,) при зажигании ИЛ
44
Применение амальгам двух видов (стартовой — легкоплавкой и рабочей)
обеспечивает высокую устойчивость ИЛ к воздействию окружающей среды.
• Люминофорное покрытие преобразует УФИ в видимый свет.
Запуск лампы воспринимается мгновенным, однако период полной ста-
билизации рабочих характеристик — 50 минут.
Технические характеристики ИЛ т. «QL».
1) Диапазон рабочих температур зависит от ВЧ-генератора, так как высо-
кая температура негативно влияет на работу полупроводниковых устройств.
2) Допустимая рабочая температура для ВЧ-генератора в пределах от
«-25» до «+82»°С.
3) Рабочая частота тока в индукторе (2,65 МГц) соответствует междуна-
родным требованиям по электромагнитной совместимости.
4) Спад светового потока после 10 000 часов работы не более 30%. Срок
службы лампы определяется электронными аппаратами, с которыми она
работает, а не разрядной колбой.
5) ЭПРА расположен в отдельном блоке и связан с лампой кабелем дли-
ной до 60 см.
6) По форме лампа близка к обычной ЛН.
ИЛ т. «Endura» (Германия — «Osram»)
«Endura» — это торговое название лампы (от английского duration —
длительность, протяженность во времени).
Представление об устройстве и принципе действия такой лампы дает
рисунок 2.4.4.
Основные элементы:
а) Замкнутая трубка (1), свернутая в эллиптическое кольцо, с покрытой
люминофором (3) внутренней поверхностью и амальгамой.
б) катушки индуктивности (2), расположенные на ферритовых сердеч-
никах (5) с противоположных сторон эллиптического кольца. Катушки ин-
дуктивности включаются параллельно. Таким образом лампа работает, как
вторичная обмотка трансформатора, имеющая всего один виток.
в) ЭПРА (4) — электронный пуско-регулирующий аппарат.
Магнитное /
Рис. 2.4.4. Комплект ИЛ т. «Endura»
45
Комплект ИЛ включает лампу и ЭПРА.
Принцип действия.
• Подключенный к сети СП с помощью ЭПРА преобразует частоту
50 Гц в рабочую частоту 250 кГц и подает на катушки индуктивности.
• Катушки создают магнитное поле, энергия которого используется для
разряда в трубке. Кроме того, индуцируется электрическое поле, необходи-
мое для поддержания разряда в газе. Образуется УФ-излучение.
• УФ-излучение преобразуется люминофором в видимое (в свет).
ИЛ т. «Genuга» (США — «General Electric»)
Предназначена для внутреннего и наружного применения. Зажигается
при «-10°С». Имеет встроенный ЭПРА, винтовой цоколь Е27, форма стан-
дартной зеркальной ЛН с диаметром 80 мм. Производится в Венгрии.
Основное назначение — замена обычных и галогенных ЛН.
Представление об устройстве и внешнем виде дает рисунок 2.4.5.
Основные элементы:
а) Пластиковый корпус (1), для размещения деталей лампы и электрон-
ного блока (6).
б) Колба (2) с люминофорным покрытием (3), для создания разрядного
объема и преобразования У ФИ в свет.
в) Индукционная катушка (5), для создания электромагнитного поля и
поддержания плазмы (4).
1 — Пластиковый корпус
3 — Люминофорное покрытие
... — Индукционная катушка
2 — Колба
4 — Плазма
6 —- Электронный блок
Рис. 2.4.5. Конструкция ИЛ т. «Genura»
Принцип действия.
1) При включении ИС в сеть встроенный ВЧ-генератор преобразует
энергию сетевой частоты 50 Гц в энергию частоты 2,65 МГц.
Таблица 2.4.1. Технические данные безэлектродных индукционных ЛЛ ведущих фирм 2006 i.
Показатели ИС Обозна- чение Ед. из- мерения ИС — «QL» фирма — «Philips» страна — Нидерлан- ды ИС — «Endura» фирма — «Osram» страна — Германия ИС — «Genura» фирма — «General Electric Lighting» страна — США Дополнительные сведения
1. Мощность лампы Рл Вт 55 85 165 70 100 150 23 VH = 230 В цоколь — Е27
2. Световой поток лампы ф, лм 3500 6000 12000 6500 8000 12000 1100
3. Световая отдача лампы '-'Л лм Вт 65 70 73 80 75 78 48
4. Цветовая температура т 1 ц К 2700...4000 3000...4000 3000
5. Индекс цветопередачи Ra — 80 >80 80
6. Срок служ- бы L час 100 000 50 000 15000
7. Спад свето- вого потока за срок службы АФ % 30 25 30 <30 <30
8. ВЧ генера- тора fr МГц (кГ ц) 2,65 МГц 250 кГц 2,65 МГц
2) Ток ВЧ, проходящий по индукционной катушке, генерирует высоко-
частотное магнитное поле, вызывающее ионизацию атомов ртути, которые
излучают У ФИ.
Переменный магнитный поток, создаваемый катушкой, генерирует вих-
ревое электрическое поле, которое поддерживает плазму.
3) УФИ преобразуется люминофором в видимый свет.
Техн ические характеристики.
• Стоимость ИЛ выше, чем зеркальная ЛН. но эксплуатационные расхо-
ды меньше (трудоемкость и энергопотребление ниже), окупаемость затрат
за 3 года эксплуатации.
• Наличие амальгамы обеспечивает оптическую светоотдачу в широком
диапазоне температур окружающей среды.
• Световой лоз ок после 15 000 часов работы снижается менее, чем на
30 %.
• КСС подобна КСС ЛИ.
Сравнительные технические данные безэлектродных индукционных
ламп ведущих фирм представлены в Таблице 2.4.1.
Расчет эксплуатационной стоимости ИЛ
Затраты на сооружение ОУ с индукционными лампами выше, чем с
другими типами.
Однако эксплуатационная стоимость ОУ обосновывает эффективность
использования индукционных ламп.
Экономия будет за счет стоимости работ по обслуживанию ОУ или за-
мене ламп.
где С, — эксплуатационная стоимость лампы, руб.; Сл — стоимость лампы,
руб.; Со — стоимость обслуживания светового прибора в течение эксплуа-
тируемого срока, руб.; Су — стоимость утилизации источника света, руб.;
1СЛ — срок службы лампы, час; Нг — годовая наработка лампы, час.
2.5. Светодиодные лампы (СДЛ)
Устройство светодиода (СД) и принцип получения света
Светоизлучающий диод (СД) - это микроминиатюрный полупровод-
никовый источник света (ИС), в котором излучение возникает на полупро-
водниковом переходе в результате рекомбинации электронов и «дырок».
48
Рекомбинация (в полупроводниках) — это исчезновение пары «элек-
трон проводимости — «дырка» в результате перехода из зоны проводимости
в валентную зону.
СД изготавливают из полупроводниковых материалов высокой чистоты,
добавляя незначительное количество примесей.
Эти примеси создают либо избыток электронов (тип «п»), либо избыток
«дырок» (тип «р»). Заряд электрона — отрицательный, а «дырки» — поло-
жительный. В месте контакта материалов «р» и «п» типов образуется полу-
проводниковый «р-n» переход.
Схематический вид СД с «р-n» переходом представлен на рисунке 2.5.1.
Фотон
Рис. 2.5.1. Схематический вид СД с «р-n» переходом
Если к этому переходу приложить небольшое напряжение (несколько
вольт) прямой полярности (к «п»-материалу — «минус», а к «р»-материалу —
«+»), то электроны и «дырки» будут перемещаться навстречу друг другу. В
зоне контакта при рекомбинации они будут испускать «фотоны».
Свечение возникает на границе полупроводников и выходит наружу в
виде «фотонов» сквозь один из материалов и через зазор между ними.
Спектр излучения (длина волны) зависит от материала и вводимой при-
меси. Например, арсенид галлия (GaAs) дает излучение в ИК-области (Хнб =
= 920 н-м), а в сочетании с люминофорами удается получить красное (X =
= 635 н-м), зеленое (А. = 535 н-м) и голубое (X - 475 н-м) свечение.
Размеры контакта в «р-п»-переходе очень малы (10~ см2), следовательно,
область свечения тоже мала, что позволяет изготовить СД малых размеров.
Устройство СД. Типичная конструкция СД представлена на рисунке 2.5.2.
- излучающий элемент
- стекло
- линза
- корпус металлический
- основание изолирующее
- катод
- анод
Рис. 2.5.2. Схематический вид СД в разрезе
49
Светодиодный ИС состоит из:
а) излучающего элемента (1) — полупроводникового кристалла «р-п»
перехода, заключенного в металлический корпус (4), стекло (2) и изоли-
рующее основание (5);
б) линзы (3), фокусирующей свет от кристалла (1) и защищающей кри-
сталл от влаги и коррозии;
в) контактов (6 и 7) для подключения к источнику постоянного тока.
К «катоду» (6) контакт присоединяется сваркой с применением золотой
проволоки, а к «аноду» — пайкой или токопроводящим клеем.
Энергия, потребляемая светодиодом, частично преобразуется в свет, а
частично в тепло, нагревая его.
Увеличение на переходе температуры более 80°С приводит к резкому
снижению светового потока, что требует теплоотвода.
Однако, изменение температуры на переходе не влияет, практически на
длину волны излучения.
Отвод тепла можно улучшить тремя способами:
1) Увеличением контактной площади, особенно вблизи «анода».
2) Увеличением расстояний между СД, расположенными на плате.
3) Хорошим тепловым контактом СД с платой.
СД белого свечения
Основой общего рабочего освещения являются светодиоды белого све-
чения. Получить белое свечение можно одним из трех способов:
1) Смешением излучения СД трех и более цветов (например, красного,
зеленого и голубого). Эффективность наибольшая, но необходимо иметь
много контактных выводов, несколько диодов с различными напряжениями
и другие дополнительные устройства для формирования спектра света, что
создает неудобство.
2) Смешением голубого свечения СД с излучением люминофора (на-
пример, желто-зеленого или зелено-красного), возбуждаемого этим свече-
нием. Этот способ наиболее прост и экономичен.
Подбором кристаллов создается спектр излучения для возбуждения лю-
минофора.
Кристалл покрывается слоем геля с порошком люминофора. Толщина
слоя такова, чтобы часть голубого излучения возбуждала люминофор, а
часть проходила без поглощения. Геометрические показатели рассчитыва-
ются для получения спектра белого свечения.
Люминофоров с нужными свойствами сейчас достаточное количество
(более 10).
3) Смешением излучения 3-х люминофоров (красного, зеленого и голу-
бого), возбуждаемых ультрафиолетовым СД. Используются принципы и
люминофоры ЛЛ. На излучатель всего 2 контактных ввода, однако, большие
потери на преобразование излучения в люминофорах.
50
Эффективность меньше, так как разные люминофоры имеют различные
спектры возбуждения.
Вывод. Суммированием излучений более 3-х цветов можно получить
белый свет с индексом цветопередачи близким к 100 %.
В настоящее время получены белые СД, имеющие светоотдачу не менее
30 лм/Вт (теоретический предел — 300 лм/Вт), что выше, чем у ЛН.
Светодиодные осветители (СДО)
Светодиодные осветители белого свечения с увеличенным световым по-
током (более 15 лм) разработаны на основе кристаллических «чипов» боль-
шой площади, с увеличенным рабочим током и улучшенной конструкцией
теплоотвода.
На рис. 2.5.3 представлен СДО в разрезе.
0 20
1 — излучающие кристаллы (от 1 до 4)
3 — кристаллодержатель
Нл — высота линзы над кристаллами
5 — выводы изолированные
2 — отражатель бокового излучения
4 — полимерная сферическая линза
Нл — радиус сферы линзы
Рис. 2.5.3. Конструкция светодиодного осветителя (разрез)
Кристаллы выращены на сапфировой подложке и покрыты люминофо-
ром.
Площадь активной области от 0,7 до 1,1 мм2.
Если кристалл не покрывают люминофором, то его внедряют в про-
зрачный полимер (зерна размером от 1 до 2 мкм).
Белое свечение создается суммированием спектров полос: голубой (Хг =
= 475 нм) и желто-зеленой (лжз = 545 нм). Изменяя толщину люминофорного
покрытия и его количество в полимере, можно изменять соотношение голу-
бого и желто-зеленого спектра, что позволяет создавать заданные цветовые
характеристики.
Увеличение теплоотвода достигнуто наваренной медной пластиной.
Основой мощных СДО является ножка транзистора КТ-9.
Отношение Нл/Кл характеризует пространственное распределение силы
света (телесный угол).
51
Тепловое сопротивление конструкций с большими кристаллами и пло-
щадью активной области от 0,7 до 1,1 мм2 составляет RT = 7.. .10 °С/Вт.
Разработанные СДО для обеспечения теплоотвода должны применяться
с радиаторами. Нагрев корпуса по сравнению с окружающей средой, не пре-
вышает 10 °C.
Параметры СДО белого свечения представлены в Таблице 2.5.1.
Таблица 2.5.1. Параметры СДО белого свечения при Т = 25 ± 10 °C
Тип СДО Входные электри- ческие параметры Световые параметры Седо лм/Вт Дополни- тельные сведения
1пр.’ мА Vnp., в р 1 эл.» Вт Фсдо, ЛМ 1сдо, КД ©СДО» град.
У-345БЛ-1 Бл-Э Бл-2 Бл-3 Бл-2Т У-342Бл-1 Бл-2 У-337Бл-2 У-ЗбОБл-Т Бл-3 350 350 350 350 350 700 1000 350 350 700 350 700 1000 350 4,0 4,0 4,0 4,0 3,5 4,0 4,0 10,5 10,5 7,5 3,5 4,0 4,0 10,5 1.2 1,2 1,2 и 1,2 2,5 4,0 3,7 3,7 5,0 1,2 2,5 4,0 3,7 30...40 35...45 35...45 35...50 55...65 95...105 125...135 130...140 135...145 175...185 50...60 95...105 125...135 125...140 240.. .260 350...400 20...30 12...15 25...35 45...55 55...65 50...60 40...50 55...70 * 15±2 10+2 60+10 120±10 70±10 70+10 70+10 60±10 110±10 110±10 33 37 37 42 54 42 34 38 39 37 50 42 34 38 У-345Бл (1 кристалл) У-342Бл (3 кристалла последова- тельно) У-337Бл (4 кристалла последова- тельно-па- раллельно)
где I
U
пр — прямой ток, мА;
пр — прямое напряжение СДО, В;
эл — электрическая мощность СДО, Вт;
’сдо — световой поток СДО, лм;
Сдо — сила света СДО, кд;
©сдо — телесный угол излучения СДО, град;
Седо — светоотдача СДО, ™/Вт;
Ср.мах. — прямой максимальный ток СДО, мА;
СДО — светодиодный осветитель.
Как видно из Таблицы 2.5.1 у СДО т. У-342Бл и У-337Бл получены по-
казатели, сопоставимые с ЛН мощностью 40 Вт.
В настоящее время на базе трех СДО т. У-337Бл изготовлен модуль све-
тодиодный осветительный (т. МСО-7Бл) белого свечения (Фмсо = 270 лм).
На СДО т. У-342Бл-2 (35 штук) создан светильник уличного освещения
(Фев = 4000 лм).
52
Представление о делении излучающих кристаллов по мощности и их
некоторых показателях дает Таблица 2.5.2.
Таблица 2.5.2. Деление кристаллов по мощности
Тип кристал- ла Прямое напряжение на кристалле, В Р излучения, мВт Тепловое сопротивле- ние области СД «переход- корпус», К/Вт Размеры активной области, мм
сред- нее максималь- ное минимальная .д средняя
ТМ 27, 28 (малая)
ТМ27 (ток 20 мА) 2,85 2,9 8 10 20 0,7x0,56
ТМ27 (60 мА) 3,1 18 25
ТМ 28 (20 мА) 2,95 9 П 25 0,45x0,45
• ТМ28 (40 мА) 3 3,1 : 15 i 1 - 20
ТМ 29 (средняя)
ТМ29 (100 мА) 3,1 3.2 35 42 i 9 0,72x0,79
ТМ. 29 (150 мА) 3,2 3,3 у 45 60
МК 24 (большая)
МК24 (350 мА) 3,15 3,2 120 135 5 1,36x1,36 1
МК 24 (500 мА) 3,3 3,35 155 180
Примечание. Для всех кристаллов длины волн (X) 461 ...464 нм, рабочие температу-
ры от «—60» до «+100»°С.
• Классификация СД и светодиодных устройств наиболее популярна по
уровням (применяется для электронных устройств):
Уровень 0 — голый СД-й кристалл.
Уровень 1 — 1,2 или более кристаллов внутри СД-лампы.
Уровень 2 — матрица (печатная плата) электрически и термически со-
единенных СД.
Уровень 3 — печатная плата по «уровню 2» с электрической схемой
управления и вторичной оптикой.
Уровень 4 — светодиодный осветитель (СДО), состоящий из 1 или не-
скольких плат «уровня 3».
53
В Таблице 2.5.3 представлены примеры матриц различного типа излу-
чения.
Таблица 2.5.3. Технические данные светодиодных матриц
Тип свето- диодной матрицы Показатели До- полни- тель- ные сведе- ния
Цвет излу- чения Длина волны излуче- ния X, нм По- требляе мая мощ- ность Рп,Вт Напря- жение питания ип,в Свето- вой поток Ф, лм Сила света I, КД Количе- ство светоиз- лучаю- щих кристал- лов
1 МКС-1 - 16-630 1 красный । 630 1Д 9 7,5 9 16 Диапа- зон ра- бочих темпера- тур для матриц от «-30» до «+45» °C
2 МКС-2 - 12-630 U 9 10 1 12
3 МКС-4 - 70-630 6,5 12 1 15 440 70
4 МКС-5 - 630 12 22 190 1350 168
1 МКС-1 - 16-505 зеленый 505 1,1 9 6 7 16
2 МКС-2 - 12-505 1,1 п 9 10 1 1,3 12
3 МКС-4 - 72-505 7,5 12 47 180 72
4 МКС-5 - 505 12 22 200 1400 168
1 МКС-1 - 16-470 СИНИЙ 470 U 9 4 4,5 16
2 МКС-2 - 12-470 1,1 9 0,3 12
3 МКС-4 - 72-470 7,5 12 175 670 72
4 МКС-5 - 470 12 22 25 800 168
1 МКС-1 - 16-W !Р Ь _ а— — » — 1 1 белый W 1,1 9 20 30 16
2 МКС-2 - 12-W 1,1 9 15 2,5 12
3 МКС-4 - 72-W 7,5 12 1 1 12 430 72
• Питание СД зависит от его типа и находится в пределах от 2 до 4 В
напряжения постоянного тока.
Блоки питания (БП) для СД выпускаются на напряжение постоянного
тока 10 В, 12 В, 24 В и 48 В.
54
СД-модули на переменном токе «Acriche» (Республика Корея)
Повышенный интерес к проблемам экологии и энергосбережения уси-
лил внимание к СД и ИС на их основе (СДИС).
СД рассматриваются в качестве ИС следующего поколения благодаря
достигнутым преимуществам:
а) низкое потребление ЭЭ,
б) высокая световая отдача,
в) отсутствие вреда для окружающей среды,
г) большой срок службы.
Для замены традиционных ИС на СДИС требуются дополнительные
устройства, обеспечивающие работу СД на постоянном токе (классический
вариант схемы включения СД, рисунок 2.5.4).
И — источник переменного тока (сеть освещения)
Кн — выключатель (кнопка с самовозвратом)
ВП — выпрямитель
СТ — стабилизатор режима работы светодиода
СД — светодиод на постоянном токе
Рис. 2.5.4. Схема включения СД на постоянном токе
СД-модули Кореи «Acriche» работают непосредственно от сети пере-
менного тока 100, 110, 220 или 230 В (модификации для стандартного сете-
вого напряжения конкретной страны) без выпрямителя.
Работа модуля не зависит от полярности напряжения, так как в его кри-
сталл встроена интегральная схема, состоящая из множества светоизлучаю-
щих мелких элементов. Каждый модуль содержит две группы светоизлу-
чающих элементов, соединенных последовательно в группе (рисунок 2.5.5).
По цветовой температуре модули делятся на белые и тепло-белые, све-
тотехнические показатели которых представлены в Таблице 2.5.4. По мощ-
ности модули выпускают на 2^4-8 Вт.
Цветовая температура белых модулей находится в пределах от 4500 до
10000 К, а тепло-белых — от 2600 до 3500 К.
Пространственное светораспределение характеризуется углами излуче-
ния до 110... 120 град.
55
И-----источник ~ тока
М — модуль
Рис. 2.5.5. С хема включения СД на переменном токе
Таблица 2.5.4. Светотехнические показатели модулей
Показатель Условное Значение
обозначение, ед. изм. Белые Тепло-белые
Световая отдача ЛМ / С, /Вт 60 35 29
Цветовая температура Тц,к 6500 3000
Индекс цветопередачи Ra,- 70 70 80
При нагревании модулей их световой поток и срок службы снижаются,
что свидетельствует о важности теплового режима.
Яркость модулей можно легко регулировать с помощью переменных ре-
зисторов.
Предназначены для замены ЛН. По экономичности они превосходят ЛН
и ГЛН, а по сроку службы (до 40 000 час) — ЛЛ.
Для выпускаемых серий А2 (2 Вт) и АЗ (3,3 Вт) планируется световая
отдача 100 лм/Вт (2008 г.).
Простота включения, компактность и безопасность первых, в своем ро-
де, полупроводниковых источников света определили многообразие облас-
тей их применения:
• общее освещение,
• архитектурное освещение,
• уличное освещение,
• освещение жилых помещений,
• декоративное освещение,
• освещение знаков.
На рисунке 2.5.6 представлен внешний вид модулей «Acriche».
56
Предельные значения параметров светодиодных модулей Acriche
Рис. 2.5.6. Внешний вид модулей
«Acriche»
Параметр Значение
Максимальное напряжение пи- тающей сети, В 115 127 253 265
Максимальная мощность, Вт 3 (Acriche серии А2" 4 (Acriche серии АЗ’
Максимальная температура р-п- перехода, °C 125
Температура окру- жающей среды, °C От - 30 до +65
Температура хра- нения. °C От-40 до +120
Чувствительность к электростатиче- скому пробою, В Свыше |±2000j при тести- ровании на модели чело- веческого тела
Примеры светодиодных источников света
Фонарь-прожектор ФПО-4/6
Переносной фонарь-прожектор ФПО-4/6 является
профессиональным осветительным прибором, пред-
назначенным для жестких условий эксплуатации.
Используются в работе спасателей МЧС, энергетиков,
охранных структур, работников железной дороги,
метрополитена, жилищно-коммунальных служб. Фо-
нарь незаменим в работе пожарных служб, служб
ГИБДД, УВД и пограничных войск.
Технические характеристики ФПО-4/6 ФПО-4/6С светодиодный
Тип аккумуляторной батареи (АКБ) Стационарная, герметичная, свинцово- кислотная, необслуживаемая
Оптимальный температурный диа- ; пазон АКБ -30°С...+50°С
Номинальное напряжение АКБ 6В
Номинальная емкость АКБ Не менее 4 А ч
Средний ресурс АКБ Не менее 200 циклов (заряд/разряд)
Время заряда АКБ Не более 8 ч (полностью разряженная АКБ)
j Время хранения АКБ без подзарядки 6 мес.
Источник света Г алогенная лампа мощностью 5 Вт Модуль из 12 светодиодов белого излучения
Среднее время безотказной работы j источника света 80 ч 100 000 ч (И лет)
। Освещенность на расстоянии 25 i метров 40 Люкс 3 Люкс
57
Технические характеристики ФПО-4/6 ФПО-4/6С светодиодный
Дальность светового луча 200 м 50 м
Номинальный потребляемый ток Не более 0,85 А Не более 0,6 А
Г абариты Диаметр 125 мм; высота 135 мм; длина 210 мм
Зарядное устройство Возможность автоматического заряда от сети 220 В, от бортовой сети легкового автомобиля 12 В и грузового — 24 В.
Светодиодная лампа «ПЕРМЬ» (ООО ЛЛТ «СВЕТОВОД»)
Лампа предназначена для использования в светильниках внут-
реннего и наружного освещения в сетях переменного тока
напряжением 24/36/48/220 В.
Область применения:
- световая маркировка высотных и протяженных объектов;
- садово-парковая и интерьерная декоративная подсветка;
- локальное освещение;
- аварийное освещение.
Рекомендации по использованию:
Светодиодные лампы «ПЕРМЬ» красного цвета (LC
5xl8R+12R) идеальны для использования в заградительных
огнях типа «ЗОМ».
Светодиодные лампы «ПЕРМЬ» разных цветов свечения
(красный, желтый, зеленый, синий, белый) идеальны для ис-
пользования в декоративных садово-парковых светильниках.
Климатическое исполнение УХЛ категории 2 по ГОСТ 15150-69
Цвет свечения Красный, желтый, синий, зеленый, белый
Количество светодиодов 90 + 12 шт.
Напряжение питания 12.. .48 или 85.. .250 В (AC/DC)
Потребляемая мощность Не более 10 Вт
Световой поток От 150 до 500 лм
Ресурс непрерывной работы Не менее 10 лет
Цоколь Е27
Размеры 60х100 мм
Лампа светодиодная СаП1бВО11 с защитным стеклом (КНР)
Модель: JDR-LED21
Кол-во светодиодов: 24
Цвет свечения: белый
Напряжение: 220 В
Мощность: 2,1 Вт
Цоколь: Е27 (0 50 мм)
Срок службы: 80 000 часов
Область применения: садово-парковая и интерьерная
декоративная подсветка, локальное освещение, аварий-
ное освещение
58
—immr амюпшг|ЩЗ.' Г1П11ГН11Ътт >/ггг: -г иигг^тстj
2.6 Компактные лампы (КЛ)
КЛЛ — компактная люминесцентная лампа
Предназначена для замены ЛН мощностью 40, 65, 75 и 100 Вт в ОУ об-
щего освещения. (В торговой сети их называют «энергоэкономичными»).
Впервые созданы и начат выпуск в Нидерландах («Philips») с цоколем
Е27, мощностью 9, 13, 18 и 25 Вт, встроенным ПРА (80-е годы), тип «SL».
Представление о конструкции КЛЛ дает рисунок 2.6.1.
а: 1. Пластмассовый корпус с цоколем Е27.
2. Плата крепежная (стартер и др.).
3. Разрядная трубка U-образная.
4. Электромагнитный ПРА.
5. Колпак светорассеивающий.
б: 1. Перемычка между двумя РТ.
2. Разрядная трубка U-образная.
3. Колпачок металлический.
4. Стартер с конденсатором в цоколе.
5. Цоколь G23.
Рис. 2.6.1. Конструктивное исполнение светильника (а) и лампы (б)
Разрядная трубка. Диаметр — 10 мм. Заполнена аргонно-ртутным со-
ставом при давлении — 400 Па (3 мм. рт. ст.). Разрядный ток — 0,1.. .0,25 А.
Оптимальное давление паров ртути и максимальный световой поток (Фм)
при температуре 43...45°С.
Достоинства КЛЛ\
1) Высокая светоотдача и большой срок службы.
2) Энергоэкономичность, одна лампа за свой срок службы экономит
около 300 кВт-час электроэнергии.
3) Простота в эксплуатации.
Особенности эксплуатации'.
1) Время зажигания КЛЛ в пределах 10 с. В течение 1 мин. световой по-
ток лампы достигает 65% номинального значения. В последующие 8... 10 мин.
горения лампы он достигает максимума.
59
2) Спад светового потока к концу срока службы составляет не более 30 %.
3) Т.к. элементы лампы расположены в замкнутом объеме, то внутри
температура достигает при работе ее «цоколем вверх»:
80 .. .90 °C — в зоне цоколя,
50 ...55 °C — в нижней части светорассеивающего колпака.
Это неблагоприятно отражается на работе ее элементов, поэтому в кор-
пусе и колпаке предусмотрены вентиляционные отверстия.
4) Материал колпака (поликарбонат) термостоек в широком диапазоне
рабочих температур.
5) Радиопомехи и пульсация светового потока не превышают нормы.
6) Отсутствует возможность включения на повышенную частоту из-за
электромагнитных ПР А.
Таблица 2.6. L Основные характеристики КЛЛ (КЛС)
Тип ИС
КЛЛ 7/ТБЦ-45
КЛЛ 9/ТБЦ-60
КЛЛ 11/ТБЦ-90
КЛС 9/ТБЦ-220
КЛС 13/ТБЦ-220
КЛС 18/ТБЦ-220
КЛС 25/ТБЦ-220
Ток,
А
0,180
0,170
0,155
0,093
0,125
0,180
0,270
40
45
55
470
470
520
| 600
Размеры, мм
Высота Длина |
135 28
167 28
235 28
150 85
160 ! 85 1
170 85
180 85
Условное обозначение ИС:
КЛЛ 11 /ТБЦ-90
В Таблице 2.6.1 представлены данные для КЛ с цоколем Е27.
Со спеццоколем выпускались КЛ с встроенным стартером и мощностью
7, 9 и 100 Вт.
В настоящее время КЛЛ выпускают с ЭПРА, что значительно улучшает
их показатели. Форма грушевидная с многократно изогнутой цилиндриче-
ской спиралью разрядной трубкой или U-образной.
Электроды ЛЛ — трехспиральные с оксидным покрытием, что увеличи-
вает срок службы в 2 раза.
60
В 2004 г. на Украине (г. Днепропетровск) начато производство КЛЛ. Их
характеризует энергоэкономичность (расход ЭЭ в 5 раз меньше), экологиче-
ская чистота (материалы), нечувствительность к отклонениям напряжения в
сети, увеличенный срок службы.
Хотя КЛЛ имеют такие важные достоинства, как большая светоотдача
(50 лм/Вт) и срок службы (5000 час), к полной замене ЛН они не готовы по
причине множества недостатков:
- имеют большие размеры, чем ЛН;
- малая яркость светящего тела, что делает их пригодными только для
диффузного, ненаправленного освещения;
- хуже цветопередача пока, чем у ЛН;
- нет возможности к регулированию света темнением;
- значительная стоимость;
- отсутствие СП, где возможно КЛЛ использовать эффективно.
Поэтому есть опасение, что массового использования КЛЛ до устране-
ния этих недостатков не получится, а широкое применение получат гало-
генные ЛН (ГЛН), с несколько большей эффективностью.
На устранение недостатков нужно время.
Для повышения долговечности ЛЛ необходимо сохранить световой по-
ток стабильным на более высоком уровне. Для этой цели люминофор со
стороны разряда защитили магнезиальной (MgO) тонкой пленкой. Результа-
ты испытаний на КЛЛ мощностью 9 Вт показали, что стандартная КЛЛ за
8000 часов непрерывной работы потеряла 70% светового потока, а с плен-
кой MgO — только 7%.
Требуются длительные испытания (примерно, 10 лет), чтобы раскрыть
возможности этого перспективного ИС.
БКЛЛ — безэлектродная компактная Л Л
В начале 90-х годов на замену малоэффективных ЛН была разработана
^КЛЛ с частотой возбуждения 2,65 МГц (торговая марка «Genura»).
Светоотдача относительно низкая — 48 лм/Вт, а срок службы — 15 тыс.
час несколько больше, чем у современной КЛЛ (10 тыс. час).
Срок службы ограничен надежностью ПРА, расположенного в цоколе
лампы и обладающего при частоте 2,65 МГц относительно низким КПД (0,9).
Снижение рабочей частоты до 100... 170 кГц повышает светоотдачу и
КПД ПРА до 0,92...0,94.
Кроме того, при пониженной частоте уменьшаются электромагнитные
помехи, создаваемые катушкой и плазмой разряда.
Конструкция БКЛЛ представлена на рисунке 2.6.2.
Поверхность колбы и полости на стороне разряда покрыты защитным
составом и люминофором.
Между защитным покрытием и люминофором нанесен тонкий слой от-
ражающего свет состава (диоксид алюминия).
61
0 60
Тц - 3000 к
Рл = 23...25 Вт
1 — Штенгель 2 — Полость
3 — Колба 4 — Катушка индуктивности
5 — Ферритовый сердечник 6 — Охлаждающий цилиндр
7 — Ферритовый диск 8 — Охлаждающий диск
9 — Цоколь 10 — База
11 — ПРА (не показан) 12 — Изолирующий диск
Рис. 2.6.2. Конструкция БКЛЛ с частотой возбуждения 100...200 кГц.
Основными элементами БКЛЛ являются:
• Стеклянная цилиндрическая колба (3) диахметром 60 мм и высотой 60 мм.
• Полость (2) внутри колбы диаметром 20 мм и высотой 55 мм, прива-
ренная у основания колбы.
Применяемые внутри колбы защитный и отражающий составы умень-
шают световые потери, а значит способствуют увеличению светового пото-
ка лампы.
Оптимальное давление инертного газа (аргон) — 1,0 мм. рт. ст.
• Штенгель (1) откачной диаметром 6 мм.
Возбуждающий контур расположен в полости колбы и состоит из сле-
дующих элементов:
1) Катушка индуктивности (4) из 60 витков с низким сопротивлением на
частоте 50.. .400 кГц.
2) Полый ферритовый сердечник (5), внешний диаметр — 15 мм, внут-
ренний — 9 мм, высота — 50 мм. Материал сердечника имеет малые потери
62
на частоте 100... 300 кГц при магнитной индукции 0,08...0,2 Тесла, что со-
ответствует условиям зажигания и горения лампы.
3) Ферритовый диск (7), толщина — 1 мм, диаметр — 60 мм. Располо-
жен у дна колбы и образует магнитную цепь с сердечником, что увеличива-
ет индуктивность возбуждающего контура до LK = 260 мкГн и одновременно
«отводит» магнитное поле от цоколя (9) лампы, где расположен ПРА (И).
Это позволяет уменьшить магнитные наводки на элементах ПРА, чувстви-
тельных к магнитному полю.
Для охлаждения ферритового сердечника (5) и катушки индуктивности
(4) предназначен контур, состоящий из следующих элементов:
а) Охлаждающий полый медный цилиндр (6), расположенный коакси-
ально между сердечником (5) и штенгелем (1).
б) Охлаждающий диск (8), соединенный с металлической частью цоколя
(9), передающего в светильник тепло, уносимое медным цилиндром от сер-
дечника, катушки и стенок полости.
Примечание. Система охлаждения лампы (СОЛ) позволяет поддержи-
вать температуру катушки и сердечника ниже 200 °C при Токр.ср. < 60 °C.
В установившемся режиме Рл = 23 Вт при Токрср = 40°С температура
сердечника — 160 °C, катушки— 185 °C.
• ПРА (11) расположен в цоколе лампы и отделен от горячих частей
лампы теплоизолирующим диском (12) из немагнитного материала с низкой
теплопроводностью.
При максимальной температуре окружающей среды 40°С температура
элементов ПРА при положении лампы цоколем вверх не превышает 100°С.
Основные достигнутые результаты.
• Разработана и исследована БКЛЛ, работающая на частоте 100...200 кГц
при Рл = 20...30 Вт.
• Максимальное пусковое напряжение (Vn) составляет 1,3 кВ при тем-
пературе окружающей среды «минус 20°С» и Рл = 40 Вт.
• Потери мощности в возбуждающем контуре (АРК) не более 20% от
Рл — 23 Вт. С ростом частоты потери уменьшаются. Например, при f = 170 кГц
для Рл = 23 Вт ДРК = 2,4 Вт.
Малые потери достигнуты за счет использования индуктивной катушки
с низким удельным сопротивлением на ферритовом сердечнике при частоте
100.. .300 кГц. Материал обмотки — литцендрит.
• Высокая светоотдача БКЛЛ (68 ям/Вт) при Рл = 25 Вт достигнута благо-
даря малым потерям (АРК).
• В перспективе разрабатываются БКЛЛ на f = 100... 170 кГц:
Рл = 12 Вт с Фл = 800 лм при Токр ср = 25 °C (замена Рлн = 60 Вт).
Рл = 20 Вт с Фл = 1300 лм при Токр.Ср. - 25 °C (замена Рлн =100 Вт).
Наглядное представление о конфигурации БКЛЛ дает рисунок 2.6.3.
63
0 84
а б в
1 — Вч генератор
2 — катушки возбуждения разряда
3 — Разрядная трубка
Рис. 2.6.3. БКЛЛ с встроенным (а) и раздельным (б) балластом, комплект (в)
йййз®»". . «юие-... о ;....:' «шиаэй|»а«йяа«мя№аа1и»^^
2.7. Комплектные осветительные устройства (КОУ)
: «генйт-жж «к. *шйашмаййямиимйвяйни^^
КОУ со щелевым световодом
КОУ — это светотехническое изделие для энергосберегающего освеще-
ния больших площадей с применением световодов при малом количестве
источников света (ИС).
Предназначено для освещения производственных помещений с боль-
шим содержанием пыли и влаги, со взрыво- и пожароопасными зонами.
Устройство КОУ со ЩС и варианты установки его представлены на ри-
сунке 2.7.1.
КОУ состоит из следующих основных элементов:
• Вводное устройство (ВУ) — для размещения ИС (1), ПРА (возможно
вынесение за пределы не далее 1 м) и формирования направленного свето-
вого потока.
ВУ и световод разделяются прозрачным иллюминатором (2), на место
которого может быть установлен светофильтр, позволяющий получить оп-
тическое излучение нужного спектрального состава.
• Канал щелевого световода (3) с оптической щелью (4) — для перерас-
пределения вводимого от ИС светового потока путем многократного отра-
жения от внутренней зеркальной поверхности и вывода рассеянной его час-
ти через оптическую щель в помещение.
• торцевой элемент (5) — для закрытия полости световода и крепления
КОУ.
Принцип действия:
- Световой поток, создаваемый ИС, направляется в торец световода.
64
КОУ/С
Галерея
/гэ
1 — Источник света (ИС)
3 — Канал щелевого световода
5 — Торцевой элемент
ВУ — Вводное устройство
LBy — длина вводного устройства
Lr — размер строительной галереи
2 — Прозрачный иллюминатор
4 — Оптическая щель
ПУ — переходное устройство
ЬПу — длина переходного устройства
LCB — длина световода
Рис. 2.7.1. Варианты установки КОУ со ЩС по высоте
- Внутри световода, поток перераспределяется вдоль него и многократ-
но отражается от зеркальной поверхности.
- Часть светового потока, рассеиваясь, выходит через оптическую щель
в освещаемое помещение.
Вводное устройство (ВУ) предназначено для размещения ИС; оптиче-
ской системы, концентрирующей световой поток направленно; ПРА.
ВУ имеет ребристую цилиндрическую конструкцию из силуминового
литья, закрытую с одной или двух сторон герметично прозрачными термо-
стойкими силикатными стеклами. Блок ПРА, обычно, вынесен и установлен
отдельно на расстоянии не более 1 м от ИС.
ВУ цилиндрических световодов изготавливаются 3 видов (рисунок 2.7.2)
- одностороннего действия,
- двустороннего действия,
- комбинированное типа «тройникового фитинга».
3 Осветительные установки промышленных и гражданских объектов
65
в
1 — вводное устройство
3 — световод
2 — зеркальный распределитель
4 — светопропускающий защитный элемент
Рис. 2.7.2. Вводные устройства световодов:
а — одностороннее,
б — двустороннее,
в — комбинированное типа «тройникового фитинга».
В зависимости от конструкции предусмотрены 3 варианта установки:
• КОУ1 — для помещений с нормальной средой, с вводным устройст-
вом (ВУ) и креплением к потолку или стенам.
• КОУ1А — для всех помещений с взрывоопасной зоной, с ВУ и пере-
ходным устройством (ПУ) и креплением к стенам.
• КОУ/С — для помещений с любой средой, электрические элементы
установлены в специальных строительных галереях и коммуникационных
каналах с технической вентиляцией.
Источники света. Наиболее применимы зеркальные металлогалоген-
ные лампы-светильники т. ДРИЗ и ЛФМГ, зеркальные ЛН т. ЗК, а также но-
вые перспективные (например, серные или СД).
Первые серийные ВУ в России комплектовались ИС типа ДРИЗ (метал-
логалогенные, зеркальные), мощностью 250, 400 и 700 Вт. Таким образом,
при диаметре световода 650 мм в него с одной стороны вводился световой
поток МГЛ (1,3 или 4).
Однако, опыт эксплуатации показал, что экономически выгодно в ВУ
применять более простые и дешевые серийные лампы с большим сроком
службы в сочетании с общим отражателем.
Натриевые лампы высокого давления применяются редко и только для не-
ответственных случаев, так как при большой длине светящей части (горелки)
перераспределение излучения в продольной плоскости световода затруднено, а
их свет содержит мало актиничных лучей, поглощаемых светофильтрами.
66
Недостатком 1-ламповых КОУ является пульсация светового потока.
Для устранения этого недостатка (снижения коэффициента пульсации
^<0%) была разработана 3-фазная металлогалогенная лампа т. ДМЗ-
3000 с 3-фазным ПРА т. 1ДБИ-3000 ДМ3.
Надежность КОУ повышается, а технико-экономические показатели
улучшаются, если во ВУ разместить несколько ламп меньшей мощности и
большего срока службы.
При этом возможно резервирование ИС по питанию, а часть их можно
использовать для аварийного освещения.
В настоящее время стали применять лампы-светильники средней мощ-
ности т. ДРИ3700-1 со встроенной оптической системой.
Специальные лампы-фары с металлогалогенными грелками т.
ЛФМГ250 и т. ЛФМГ400 позволили создать КОУ длиной 6 м и диаметром
275 мм.
Основные технические данные зеркальных металлогалогенных ламп
представлены в Таблице 2.7.1.
Таблица 2.7.1. ТД зеркальных металлогалогенных ламп
Т ип лампы In, А 1р, А фй. 1к. ккд г . час Размеры, мм
клм D,
1.ДРИЗ 250-1 3,6 2,15 12 70 7500 | 290 165
2.ДРИ3 400-1 5,6 з,з 24 140 7500 ; 225
; З.ДРИЗ 700-1 10,2 6,0 45 250 4000 ; 355 253
Примечание. Питание
изводства ПО «Ватра».
от сети ~ тока 380 В, 50 Гц. Назначение
КОУ про-
Лампы т. ДРИЗ-700-1 имеют относительно большое время зажигания
(7 мин.), поэтому для АО их использовать нельзя. Заменой им является ЛН
т. ЗК-220-500.
В настоящее время в подавляющем большинстве применяются стан-
дартные одно-, двухцокольные МГЛ.
Тепловой режим напряженный (Тмах для ПК и ПЭТФ не должна превы-
шать 140°С), что не позволяет увеличить мощность ИС без увеличения раз-
меров ВУ.
Близки к идеальным ИС шаровые серные СВЧ-лампы и шаровые двух-
цокольные малогабаритные МГЛ, но они не выдерживают по экономиче-
ским показателям сравнения с серийными МГЛ.
Комплект шаровых ламп (магнетрон, устройство вращения лампы и
вентилятор) мощностью 1000 Вт стоит в несколько раз больше серийной
МГЛ— 1000 Вт.
Использование безэлектродных сверхвысокочастотных серных ламп
мощностью 1 кВт с малым размером тела свечения, высокой светоотдачей и
большим сроком службы позволило бы ограничить диаметр световода (до
300 мм), но они, к сожалению, сняты с производства.
67
Таблица 2.7.2. Технические данные выпускаемых КОУ со щелевыми световодами
Марка КОУ Ркоу, КПДкоу, Реко- ЕСр, лк Источник света Размеры КОУ Масса
кВт % мендо п >.ср ’ м Тип Фис, Срок Канат ВУ Без ПРА С ПРА
ван- клм с л уж- (световод)
ll’i
м бы, час Lv(b ' -^BV- Dbv,
М ММ м мм
1. КОУ 1 — М600-4х700-УЗ 2,95 40 4... 8 250 ДРИ3700-1 38 3000 18 600 1,5 700 80 160
6
2. КОУ1 — М275-1х250-УЗ 0,26 40 2,5...4 12° ЛФМГ250 14 2000 6 275 1 380 12,5 16
3
3. КОУ1 — - М275-1 х400-УЗ 0,42 40 2,5...4 300 ЛФМГ400 25 2500 6 275 1 380 12,5 18
3
4. КОУ1 — М275-1х700-УЗ 0,74 40 2,5...4 400 ДРИ3700-1 38 3000 6 275 1 380 12,5 22
3
5. К( )У 1 —• Т140-1 хЗОО-У3 0,32 30 2.5...4 200 3K220-300 3 1500 3 140 0,3 210 15 -
3
6. КОУ 1 А М600-4х700-У2 2,95 30 4...8 200 ДРИ3700-1 38 3000 18 600 1,5 700 110 190
6
7. КОУ1А М275-1 х25О-У2 0,26 30 2,5...4 120 ЛФМГ250 14 2000 6 275 1,5 380 27 31
3
8. КОУ1А М275-1 х400-У2 0,42 30 2,5...4 250 ЛФМГ400 25 2500 6 275 1,5 380 27 33
3
9. КОУ1А— М275-1 х700-У2 0,74 30 2.5...4 250 3 ДРИ3700-1 38 3000 6 275 1 1,5 380 27 37 | ( 1
i 0. КОУ 1 /С — М600-4х700-УЗ 2.95 35 4. .8 250 ДРИ3700-1 38 3000 18 600 ( Згроитель- 40 120
6 пая гатерея
Примечание — для АО (аварийного освещения) в .многоламповом КОУ одна лампа заменяется на ЛН т. ЗК-220-500 и под-
ключается к сети АО.
Пример условного обозначения:
КОУ1 А
4x700-УЗ
д
а) Односторонняя одинарная
в) Двухсторонняя одинарная
д) Шахматная одинарная
б) Односторонняя сдвоенная
г) Двухсторонняя сдвоенная
е) Шахматная сдвоенная
Рис. 2.7.3. Варианты схем расположения КОУ со ЩС на плане параллельно корот-
кой стороне
Поэтому все современные КОУ в России, США, Германии (странах-
лидерах) комплектуются МГЛ — 1000 Вт (одно-, двухцокольными).
Проблема теплового режима ВУ отсутствует при применении в качестве
ИС светодиодных модулей, но суммарная мощность таких ИС ограничена в
этих ВУ величинами 30 Вт (цветные СД) или 50 Вт (белые СД).
Достоинством таких устройств является большой срок службы СД
(100 000 ч.), что позволяет создать КОУ малого диаметра (100 или 150 мм),
неразборные в течение всего периода эксплуатации.
Вынесение источников тепловыделения (ламп) за пределы освещаемого
помещения уменьшает расходы на систему кондиционирования этого по-
мещения.
ВУ обслуживаются с площадок, расположенных вдоль стен помещений;
с пола технического этажа (пространство между фермами), что обеспечива-
ет легкий доступ ко всем элементам КОУ, нуждающимся в периодическом
осмотре и обслуживании.
АО (аварийное освещение). Обеспечивается следующим образом:
- При многоламповых КОУ одна из ламп заменяется на ЛН т. ЗК необ-
ходимой мощности и подключается к аварийной сети.
- При одноламповых КОУ часть световодов с лампами т. ЗК подключа-
ются к аварийной сети.
Технические данные выпускаемых КОУ со ЩС представлены в Таб-
лице 2.7.2.
Световоды
В 1965 г. начато новое направление в развитии светотехники — полые
протяженные световоды (Г.Б. Бухман). В настоящее время это направление
светотехнической науки и техники стало признанным и обычным.
Ориентировочно 28 фирм в 12 странах заняты этим направлением, в
России — это ОАО «ВНИСИ» (Всероссийский научно-исследовательский
светотехнический институт), «Москвичстройинвест». «Световые технологии».
Основным материалом для ЩС является полиэтилентерефталатная
пленка (ПЭТФ) толщиной 20...50 мкм. Она высокопрочна и термостойка (от
«-» 60 до «+» 140 °C), светостойка, имеет малую массу (на 1 м“ — 50 г),
сваривается и склеивается, трудносгораема, химически стойкая, зеркально
отражающая. Для оптической щели такие пленки выпускаются светорассеи-
вающими. Сварка производится ультразвуком или термохимическим способом.
В качестве отражающей поверхности применяется в световодах:
- оптическая призматическая пленка полного внутреннего отражения и
экстракторы;
- зеркальноотражающее внутреннее покрытие;
- диффузный пропускающий материал.
70
Представление о конструкции цилиндрического полого световода дает
рис. 2.7.4.
а) Цилиндрические жесткие
световоды
б) Устройство нежесткого
безоболочкового световода.
1. формообразующий несущий узел 2. прозрачная внешняя защитная пленка
3. призматическая пленка 4. отражатель
5. экстрактор
Рис. 2.7.4. Конструкция полого световода цилиндрического:
а — жесткого, б — нежесткого
Основная форма световода — это труба из пластмассы (обычно ПММА —
полиметилметакрилат или ПК — поликарбонат) диаметром от 130 до 300 мм,
которая служит, в основном, защитной и несущей оболочкой. Все оптиче-
ские элементы наносятся или располагаются внутри. Сравнительные пока-
затели полых световодов представлены в Таблице 2.7.3.
Для устранения таких недостатков, как слабая волнистость в попереч-
ных плоскостях, сложность натяжения световодов большого диаметра и
длины, возникла необходимость применения жестких защитных оболочек —
световодов.
Серийный выпуск КОУ со ЩС начат на ПО «Ватра» в 1981 г.
Малогабаритные КОУ с твердой оболочкой применяются для локализо-
ванного освещения промышленных предприятий (ПП) или общественных
зданий с эстетическим уклоном (музей им. Ленина в г. Киеве, трибуны во
дворце спорта в Лужниках).
Основные оптические показатели материала световода:
• Для отражающей поверхности:
- Коэффициент зеркального отражения р3 - 0,9
- Толщина алюминиевого покрытия 5 = 0,04 мкм.
• Для оптической щели:
- Коэффициент пропускания света т = 0,7
- Коэффициент отражения света р0 = 0,25
- Степень рассеяния у = 0,03
71
Таблица 2.7.3. Сравнительные показатели полых световодов
Основные показатели Группа световодов
Зеркальные щелевые Призматические Диффузные
1. Степень сложности конст- рукции световода (количест- во составляющих элементов) Простая (1 или 2 элемента) 1 элемент — оболочка из час- тично металлизированной светорассеивающей пленки. 2 элемента — жесткая экс- трудированная светопропус- кающая оболочка и отдель- ный отражатель. Сложная (3 или 4 элемента) 1 элемент — оболочка за- щитная светопрозрачная. 2 элемент — пленка призма- тическая. 3 элемент — экстрактор. 4 элемент — отражатель. Простейшая (1 элемент) 1 элемент — трубка диффузно- пропускающая свет.
2. Архитектурно- эстетические свойства Равномерность яркости. Для архитектурных объектов — недостаточна. Для функциональных устано- вок и промышленных объек- тов — достаточна. Равномерное распределение яркости по длине. Недостатки: — наличие поперечных полос через 1 м., — видимые дефекты изготов- ления и применения пленки. Практически идеальное рас- пределение яркости для деко- ративных световодов и архи- тектурных объектов.
3. Соотношение яркое гей в начале (LH) и в конце (LJ световода при односторон- нем вводе света С' = 4...6 С -> Ц 1 Ь- = 2...3 к
4. Относительная длина (L*) — отношение длины свето- вода (LCB) к его диаметру (DCB). Эффективная. L’= -tat = 30...40 dcr с в 30 L'=—^- = 40...100 D св 40 L'=-=a_ = 10...15 D св
5. КПД системы, % 30...42 35...45 20...25
КОУ 1 — Т140 изготавливаются из алюминиевых прессованных профи-
лей, длина световода — от 1 до 3 м, в ВУ можно использовать цветные све-
тофильтры.
КОУ1 — Т275 изготавливаются из профилированного тонкостенного
стеклопластика.
Однако, в конце 20-го века (США) возвратились к безоболочным неже-
стким световодам, представляющим собой многослойные пленочные конст-
рукции с жестким формообразующим узлом (рисунок 2.7.4).
К такому возвращению привели следующие причины:
- большая стоимость пластмассовых труб, практически неприемлемая
для серийного производства продукции больших диаметров (сверх
300...350 мм);
- необходимость обеспечить удельный световой поток на выходе
(лм/м.пог.) высоким при больших длинах и диаметре световода, что требует
ИС большой мощности (3...6 кВт или несколько 0,7... 1,0 кВт) с системой
теплосъема.
В настоящее время без жесткой оболочки световоды выпускаются в
США (фирма ЗМ) и надувные мобильные — в Италии (фирма OVA).
КОУ с полыми световодами применяются для:
• общего равномерного внутреннего освещения;
• освещения территорий, открытых пространств и улиц;
• освещения тоннелей и мостов:
• декоративного, архитектурного освещения объектов, создания свето-
динамических эффектов;
• световых указателей движения на дорогах;
• введения в здания и распределения в них как прямого солнечного, так
и искусственного света.
Кроме этого имеется опыт эксплуатации:
- Опорных осветительных устройств с полыми протяженными светово-
дами торцевого свечения для наружного освещения (НО).
Опора является световодом. ВУ расположено внизу (удобно при экс-
плуатации); наверху — рассеивающий свет отражатель.
- Световых колонн (высота 5 м и диаметр 400 мм), надуваемых венти-
лятором при питании от автомобильного аккумулятора, разработанных в
Италии. Применяются как мобильные ОУ в аварийных ситуациях.
Достоинства КОУ со ЩС:
- создание безопасного и качественного освещения для помещений с
любой зоной опасности;
- снижение расходов на эксплуатацию, что достигается за счет умень-
шения количества ИС и СП;
- сокращение протяженности сети и расходов на монтаж;
- возможность создания излучения нужного спектрального состава;
- для мощных КОУ возможен «глубокий ввод», то есть подведение ВН —
10 кВ к трансформаторам, установленным в них;
73
- достаточно высокий КПД при равномерной яркости щели по всей
длине (30 м — при одно-, 70 м — при двустороннем вводе светового потока);
- возможности регулирования освещенности в различных зонах объекта
дискретно (изменением количества включенных ламп в многоламповом
КОУ) подтверждены опытом эксплуатации.
С появлением опытных партий щелевых световодов т. КОУ1А-М275
насосные станции (НС) нефтепровода «Дружба» (1979 г.) оснащены устрой-
ствами КОУ.
Применение нового способа освещения позволило:
• резко снизить эксплуатационные расходы;
• улучшить качественные и количественные характеристики ОУ при од-
новременном снижении установленной мощности (при Е = 100 лк);
• резко повысить надежность и безопасность освещения взрывоопасных
помещений класса «В-1А».
Так, взамен 56 светильников т. ВЗГ-200 установлено 7 комплектов КОУ
с индивидуальным питанием и раздельным ДУ, что обеспечивает уровень
освещенности от дежурного до нормированного.
Взрывобезопасность обеспечивается выносом отсека с ИС за пределы
опасной зоны, за герметичную прозрачную перегородку.
Основными достоинствами взрывоопасных зон нефтеперекачивающих
НС с КОУ по сравнению с ИС т. ВЗГ являются:
• повышение взрывобезопасности за счет вынесения ЭО за пределы
взрывоопасной зоны;
• уменьшение количества устанавливаемых светоточек в 10 раз;
• уменьшение кабельной продукции и средств монтажа в 3 раза;
• снижение расхода ЭЭ в 3 раза;
• высокая степень промышленного изготовления, что обеспечивает ин-
дустриализацию монтажных работ.
Годовой эффект от экономии ЭЭ на каждый световод КОУ-1А-М275
составляет 3x103 кВт-ч.
В 1987 г. на Московском медеплавильном и медеэлектродном заводе
применены для освещения КОУ-1А-М275 и КОУ-1А-М600 с учетом требо-
ваний промышленной эстетики (цех мелкой фольги).
Для аварийного освещения в КОУ-1А-М600 одна из 4-х ламп ДРИЗ-
700-1 (большое время зажигания) заменена на ЛН т. ЗК-220-500 (зеркаль-
ную).
Управление дистанционное с 4 постов, расположенных в цехе (по одно-
му в каждой технологической зоне). Включение 5-ти ступенчатое: 2 ступени
(для КОУ-1А-М275) и 3 ступени пофазно (для КОУ-1А-М600). Предусмот-
рена возможность подключения цепей к САР в функции естественного ос-
вещения. Опыт эксплуатаций подтвердил возможность регулирования уров-
ня освещенности изменением части включенных ламп в световоде.
Показателем эффективности применения КОУ является тепловыделе-
ние. Так, например, вынесение ИС за пределы освещаемого цеха уменьшает
тепловыделение на 300 кВт, что позволит уменьшить мощность холодиль-
ных машин системы кондиционирования на 600 кВт (4x106 кВт-ч потреб-
ляемой ЭЭ). Дискретное регулирование экономит до Зх105 кВт-ч. Сокраще-
ние протяженности электрических сетей (в 30 раз) экономит до 300 кг цвет-
ных металлов, снижает потерю ЭЭ в сетях на 15 %.
Впервые КОУ со щелевыми световодами были показаны в 1986 году на
ВДНХ СССР в павильоне «Товары народного потребления и услуги населе-
нию». Осветительная установка павильона (S = 47,5 м2; высота центральной
части Н - 26 м), выполненная с применением КОУ (60 комплектов светово-
дов, мощность 185 кВт), обеспечивала уровень освещенности Е = 300 лк на
поверхности пола с высокой степенью равномерности по всей освещаемой
площади.
Комплект со щелевым световодом т. КОУ1-М600-4х700, выпускаемый
ПО «Вагра», имел длину светящейся трубы L = 18 ми диаметр D - 650 мм,
по 4 лампы-светильника зеркальные т. ДРИЗ-700-1 с металлогалогенными
горелками.
Дистанционное управление tc ПУ диспетчера) предусматривало вклю-
чение ИС в каждом КОУ частично (например, только половину), что в свет-
лое время суток позволяло экономить ЭЭ.
Наряду с высоким качеством освещения (основное требование), КОУ
обладают следующими достоинствами:
- уровень яркости отраженного от поверхности света ниже, чем у тра-
диционных осветительных приборов (ОП) с ЛН и ГЛВД;
- выход из строя одного или двух ИС практически не заметен для глаз, а
при традиционных ИС нарушается структура всего поля ОП;
- более равномерная освещенность (как от светящих линий).
УПС — устройство с плоским световодом
Это новое осветительное устройство является дальнейшим развитием
цилиндрических щелевых световодов. УПС сохраняют достоинства КОУ
ЩС и создают большие светящие поверхности.
Типовые УПС представлены на рисунке 2.7.5.
УПС состоит из канала ПС (1) и ВУ (2), разделенных прозрачным тер-
мостойким стеклом (6).
Канал ПС — это клиновидная полость, образованная сходящимися под
острым углом поверхностями: зеркальноотражающей и светопропускающей
с одновременным рассеянием света (7).
ИС (3) располагаются вдоль основания клиновидного световода во
вводном устройстве (2). Там же расположен блок с ИЗУ (5), а блок с ПРА
(4) вынесен за пределы ВУ.
75
1
1 — канал плоского световода (ПС)
2 — вводное устройство (ВУ)
3 — источник света (ИС) в защитном кожухе, зеркальный
4 — блок электрический с ПРА
5 — блок с импульсным зажигающим устройством (ИЗУ)
6 — прозрачное стекло иллюминатора
7 — нижняя светорассеиваюшая поверхность канала
Рис. 2.7.5. Типовые УПС: плоский клиновидный световод («) и модульный сборный
клиновидный световод ВНИСИ (б)
Принцип действия:
- свет зеркальных ламп направляется во внутреннюю полость канала
световода,
- распространяется в нем, однократно или многократно отражаясь от
зеркальной поверхности,
- выходит рассеиваясь через нижнюю светопропускающую поверхность
в помещение. Создается бестеневое освещение большой равномерности и
насыщенности.
Примечание — В отличие от цилиндрического световода, в ПС меньше
количество отражений световых лучей, а значит ниже потери и выше —
КПД.
Конструктивно УПС выполнены в виде модулей (рисунок 2.7.5, б), ши-
риной 1200 мм, высотой 450 мм и длиной от 3,5 до 12,5 м.
Модули могут иметь правую или левую зеркальную стенки, а также —
их отсутствие. Это позволяет стыковать модули в светящий потолок. Разме-
ры модуля (длина и ширина) кратны строительному модулю.
76
Во ВУ (2) каждого модуля размещены 3 зеркальные металлогалогенные
ИС т. ДРИЗ, мощностью по 250, 400 или 700 Вт.
ВУ может располагаться как в помещении, так и за его пределами (для
загрязненных и взрывоопасных сред).
Аварийное освещение (АО) можно выполнить путем включения одной
ЛН т. ЗК-220-500 взамен ДРИЗ.
Блок с импульсным зажигающим устройством (5) располагается вблизи
ламп, а электротехнический блок с ПРА (4) монтируется за пределами ВУ
на расстоянии не далее 20 м.
Варианты размещения У ПС в помещениях и распределение освещенно-
сти под УПС представлены на рисунках 2.7.6 и 2.7.7. Кроме того, их можно
размещать как горизонтально, так и вертикально.
а
Рис. 2.7.6. Варианты размещения УПС в помещениях:
а) одностороннее, б) двустороннее, в) стыкование боковое, г) стыкование ВУ,
д) стыкование торцов, е) вынос ВУ за пределы помещения.
Первые образцы УПС были разработаны для выращивания овощей и
селекции растений в теплицах.
Технические данные выпускаемых УПС представлены в Таблице 2.7.4.
Плоские осветительные устройства с клиновидными световодами (дли-
ной до 5 м) изготавливаются в виде коробчатых конструкций из тонколи-
стового алюминия с высоким коэффициентом зеркального отражения.
77
Таблица 2.7.4. Технические данные выпускаемых устройств с плоскими световодами.
Марка УПС Рупе, кВт КПДунс, % Еср, лк на Н = = 3 м Размеры канала, м Масса, кг Дополнительные сведения
Lyne, м Вупс, м Пупс, мм УПС Канала Эл. техн, блока
1.УПСЗ-3x700 2,3 50 1600 3 1,2 450 77 22 55 LynC ___ длина моду-
2. УПСЗ-2x700/1x500 1,55/0,5 50 1000/50 3 1,2 450 76 22 45 ЛЯ,
3. УПС6 - 3x700 2,3 50 1200 6 1,2 450 100 45 55 Вупс — ширина
4. УПС6 - 2x700/1x500 1,55/0,5 50 800/40 6 1,2 450 99 45 45 модуля.
5. УПС9 - 3x700 2,3 50 800 9 1,2 450 123 68 55 hy। ic — высота ВУ
6. УПС9-2x700/1x500 1,55/0,5 50 550/30 9 1,2 450 122 68 45 модуля.
7. УПС12 - 3x700 2,3 50 500 12 1,2 450 145 90 55
8. УПС12-2x700/1x500 1,55/0,5 50 350/20 12 1,2 450 144 90 45
Примечание. В знаменателе указаны данные для аварийного освещения.
Протяженность световода LCB, м
а
2 L св 24 м
2LCS= 18 м
12 6 0 6 12
Протяженность световода L^, м
б
Рис. 2.7.7. Распределение освещенности (Е, тыс. лк) под УПС: с 3-мя ИС типа
ДРИ3700-1: при одностороннем (а) и стыковом размещении (б)
Возможно изготовление ребристой жесткой каркасной конструкции с
ребрами из алюминиевого профиля, у которой светоотражающие поверхно-
сти из алюминированных листов двухслойного полипропилена, а оптиче-
ская — из листового светорассеивающего ПММА.
Жесткие световоды имеют выше КПД и ниже стоимость.
С помощью клиновидных световодов прямоугольного сечения (попе-
речного) можно набирать светящие поверхности большой площади (потол-
ки, стены и т.п.).
Например, в западных странах (Бельгия, Испания и Великобритания)
серийно выпускаются клиновидные световоды для внутреннего освещения с
размерами: «оптическая щель» по длине — от 3,3 до 5,1 м.;
по ширине — 0,274 м.;
наибольшая высота световода — 0,305 м.;
длина ВУ — 0,6 м.
Источники света: МГЛ — 250, 400 Вт или НЛВД — 150 Вт.
Применение УПС в народном хозяйстве
Внедрение в народное хозяйство УПС позволит:
- обеспечить качественное равномерное освещение большими светя-
щими поверхностями (10... 100 м2) пониженной яркости;
- снизить на порядок количество ламп и светильников, а следовательно,
затрат на обслуживание ОУ;
- повысить надежность работы установок за счет резервирования части
ИС без ухудшения качества освещения;
79
- уменьшить в 1,5 раза (по сравнению со СП с ЛЛ) капитальные затраты
и затраты на монтаж при создании больших светящих панелей или потолков;
- создать безопасное освещение на производстве с опасной средой, так
как канал плоского световода практически холодный без электрического
потенциала;
- ограничить поступление тепла в жаркие помещения, а следовательно,
снизить мощность на кондиционирование воздуха.
Наибольшая эффективность применения УПС достигается:
- в общественных зданиях с высоким уровнем освещенности
(Е = 500... 1500 лк),
- в производственных помещениях с опасной средой,
- в светонепроницаемых теплицах районов с короткими световыми дня-
ми (Сибирь, Дальний Восток, Крайний Север).
Известен факт применения клиновидных световодов для наружного ос-
вещения (Испания, Барселона, 500 устройств) впервые.
Отмечается успешное сочетание цилиндрических и клиновидных свето-
водов для ввода и распределения в зданиях естественного (солнечного) и
искусственного света.
В области создания и применения плоских клиновидных световодов рабо-
тают Россия («ВНИСИ»), Бельгия («Schreder»), Испания («Socelec») и Велико-
британия («Wheitcroft»), а две фирмы («ВНИСИ» — Россия, «Se'lux» — Гер-
мания) имеют опыт использования криволинейных протяженных конструкций.
Перспективность направления очевидна, но стоимость световода пока
велика (200...400 долларов США за погонный метр магистрального свето-
вода).
Пути снижения себестоимости изделий первостепенные:
- создать новую технологию непрерывного изготовления призматиче-
ской пленки полного внутреннего отражения, а не участками по 1 м длиной
с видимой границей между призматическими зонами;
- разработать технологию получения зеркальной поверхности с высо-
ким коэффициентом отражения для любой части внутренней поверхности
световода без вставляемых алюминиевых отражателей;
- применение нового материала (разработан в США) с коэффициентом
отражения р>0,98.
УПС являются дальнейшим развитием цилиндрических щелевых свето-
водов. Они сохраняют достоинства ЩС, создают большие светящие поверх-
ности «бестеневого освещения» большой равномерности и насыщенности,
имеют более высокий КПД.
Следует особо отметить возможности УПС как облунательных свето-
технических установок фото иологического действия для растений. В осно-
ве развития светокультур лежит фотосинтез.
Фотосинтез — это энергетическая реакция восстановления углекислого
газа (ССБ), при облучении растений, до углеводов.
80
С02 + И2О---1|—>СН2О + о2
При поглощении кванта (hv) света оптического излучения (ОИ) выделя-
ется кислород (О2) и образуются углеводы (СН2О). Углеводы необходимы
для растений, а кислород поддерживает в атмосфере кислородный баланс.
Фотосинтетически активная радиация (ФАР) — это наиболее полезное
для растений ОИ в диапазоне частот (X) от 400 до 700 нм (нанометр).
Единица облученности ФАР — Вт/м2. Количественной мерой является
величина облученности (Ефдр, Вт/м2) растения, которая достигается источ-
никами такого облучения.
Облученность должна удовлетворять как по спектру ОИ, так и по мощ-
ности.
В облучательных устройствах наиболее целесообразно применять ме-
таллогалогенные лампы высокого давления мощностью от 0,35 до 3 кВт, так
как они достаточно мощны и имеют нужный спектр ОИ.
Источники ОИ большой мощности следует применять, если конструк-
тивно они отделяются от объема выращивания растений (ВУ вынесено за
пределы объема).
В этом случае можно создать лучшие условия регулирования влажности
в зоне выращивания и светотехнические характеристики.
Показатели некоторых источников ОИ для растений представлены в
Таблице 2.7.5.
Опыт эксплуатации облучательных установок для светокультур пока-
зал, что в области ФАР являются достаточными:
- облученность от 80 до 90 Вт/м2,
- удельная мощность облучения от 600 до 700 Вт/м2,
- КПД источников облучения цФАР = 25 %.
При применении более высоких уровней облученности (ЕФАР = 110, 150,
160, 180 Вт/м2) урожай светокультур значительно возрастает, но применять
их следует в случае высокой стоимости сооружения.
Проведенные исследования позволили получить и проанализировать ос-
новные показатели светонепроницаемых теплиц, (рисунок 2.7.8, Таблица 2.7.6):
Из рисунка видно, что при ЕФАР = 80...90 В7М2 наибольшим является
КПД фотосинтеза (г|ф, %) при наименьшем расходе ЭЭ (W, кВт-ч/кг).
При выращивании огурцов (сорт «Московский тепличный»).
Технико-экономический анализ показал, что при изменении удельной
мощности облучательных установок с 0,9 до 1,3 кВт/м2:
- срок окупаемости снижается в 1,78 раза (от 6,4 до 3,6 года):
- рентабельность увеличивается в 1,73 раза (от 106 до 183 %);
- объем выращиваемой продукции в светонепроницаемых теплицах с
облучательными установками при облученностях 80... 180 Вт/м2 ФАР на 1
га эквивалентен объему овощей на 4,6 га остекленных теплиц;
- при этом капиталовложения снижаются в 4 раза, расход тепла в 5 раз,
экономический эффект очевиден.
81
Таблица 2.7.5. Показатели источников ОИ для растений
Тип лампы с, лм/Вт ЦФА Р,% Время горения, час Световой поток ламп Ф, клм Дополнительные сведения
ЛБ 40 75 22 12000 3 ЛБ — люминесцентная, про-
ДРЛ 400-2 57 15 15000 23 тяженна, белый спектр света
ДРЛ 700-2 57 15 15000 40 ДРЛ — дуговая ртутная с лю-
ДРЛ 1000-2 60 15 15000 57 минофорным покрытием
ДРЛ 400-5 87,5 10 10000 35 ДРИ — дуговая ртутная с из-
ДРИ 700-6 80 8 3000 56 путающими добавками
ДРИ 1000-6 90 20 3000 90 ДМ3 — дуговая модифициро-
ДРИ 2000-6 95 28 2000 190 ванная 3-фазная
ДМ 3-3000 80 26 1500 240 ДНаТ — дуговая натриевая
ДНаТ 400 112,5 27 15000 47 трубчатая
ДКсТЛ 10000 24 13 1000 250 ДКсТЛ — дуговая ксеноновая
ДРИЗ 700-1 4 25 3000 38 трубчатая с люминофорным покрытием ДРИЗ — лампа-светильник зеркальная
Примечание. Цифра после «дефиса» в типе некоторых ламп означает модификацию:
1 — резко концентрированное светораспределение; 2 — номер разработки; 5 — для
работы в любом положении с эллипсоидной внешней колбой, максимальная допус-
тимая температура на колбе — 480 °C, на цоколе — 230 °C; 6 — для работы в гори-
зонтальном положении (±60 °C) с цилиндрической внешней колбой, максимальная
Рис. 2.7.8. Зависимости показателей урожайности огурцов в светонепроницаемой
теплице от облученности
82
Таблица 2.7.6. Урожай огурцов с 1 м2 полезной площади
Вид облучатель- ной установки ЕфАР, Вт/м2 Ру, Вт/м2 G, кг/м2 W, кВтч/кг Тип лам- пы
УПС 110 0,9 21,5 62 ДМЗ-ЗООО
Светящий карниз 150 0,9 23,8 56 ДРИ 2000
УПС 160 1,3 30,3 55 ДМЗ-ЗООО
2.8. Перспективное направление развития ИС
Материаловедение и тело накала
Материаловедение — это одна из основных областей перспективного
развития светотехники.
Повышение светоотдачи (СО) и долговечности ИС являются основными
проблемами современности.
По опубликованному в 1975 г. (журнал «Светотехника») предельно
возможная СО 540 лм/Вт должна быть достигнута уже в 2020 г.
Таблица 2.8.1. Достигнутая и перспективная СО ИС, лм/Вт
Г од достижения СО некоторых видов современных ИС
НЛВД нлнд ЛЛ ЛН МГЛ
2007 145 200 85 16
2020 385 510 145 95 300
Главными показателями эффективности ИС являются светоотдача (СО)
и срок службы.
Современные технологии открыли возможности управления свойствами
материалов в желательном направлении для пользователя.
«Порошковая» технология позволила получить вольфрамовую проволо-
ку прессованием, спеканием и другими способами деформации, что открыло
дорогу дальнейшего развития ИС.
«Нанотехнологии» открывают широкие возможности в области энерго-
сберегающих материалов электронной техники и светотехники.
Пути повышения СО:
1) исследование и применение карбидных тел накала,
2) совершенствование структуры люминофора.
Благодаря постоянному совершенствованию, усилиями металлургов и
светотехников вольфрам превратился в настоящее время по своим свойст-
вам в уникальный металл.
83
Практически нет другого металла, который не проявлял бы свойства
ползучести при нагреве до температуры, близкой к температуре плавления.
Вольфрам — единственный из всех имеющихся металлов, у которого
скорость испарения при постоянной фиксированной температуре не остает-
ся постоянной, а замедляется с течением времени в 10... 106 раз.
Именно поэтому срок службы отдельных промышленных партий ламп
достигает нескольких тысяч часов. Есть лампы-долгожители, имеющие срок
службы в условиях бытового использования до 17103 часов.
Новый карбидный материал должен удовлетворять следующим требо-
ваниям :
• плотность (без пор) и тугоплавкость, что определяет долговечность
тела накала,
• способность принимать форму спирали, т.к. спирализованные тела накала
имеют меньшую склонность к потемнению колб (испарение атомов между вит-
ками) и меньшие потери энергии (теплопроводность в газовой среде).
Плоские тела накала работают в лампе меньше по времени в тысячи раз,
чем спирали, что объясняется «самозалечиванием» возникающих на по-
верхности трещин в процессе переиспарения атомов между витками (эф-
фект Иоффе).
• обладать структурой, близкой к монокристалльной, что обеспечит
меньшую склонность к ползучести и провисанию (практика использования
вольфрамовых нитей).
Применение новых тел накала обещает огромную экономию энергии и
средств.
Не следует прекращать совершенствовать технологию производства
«вольфрамовых» ЛН.
Материалы тел накала
Для ЛН уже многие десятилетия СО устойчиво держится на уровне
15 лм/Вт при нормированном сроке службы 1000 час.
О днако, в ОУ встречаются отдельные партии с долговечностью 3...5
тыс. час, а отдельные лампы-долгожители — до 15... 17 тыс. час.
Повышение СО с вольфрамовыми телами накала практически остано-
вилось, следовательно, нужны новые, более тугоплавкие материалы для тел
накала.
На рисунке 2.8.1 представлены сравнительные зависимости СО карбида
тантала (ТаС) и вольфрама (W).
Из рисунка видно, что наиболее перспективным материалом для тел на-
кала, способным обеспечить повышение СО ЛН, является карбид тантала
(ТаС), так как он наиболее тугоплавкий по сравнению с вольфрамом (W).
Новая концепция физического отказа ЛН — это объемное высокотем-
пературное расширение, при котором образуются в теле накала макропоры,
уменьшающие сечение нити накала, а не испарение материала нити.
84
С, лм\Вт А
Рис. 2.8.1. Зависимости С - F(T, К) для карбида тантала и вольфрама
Повышение долговечности ЛН возможно осуществить по 2 направ-
лениям:
• уменьшением внутренних напряжений в проволоке, т.к. они способст-
вуют возникновению очагов объемного разрушения.
• изготовление антикоррозионной вольфрамовой проволоки меньшей
толщины без применения дорогостоящих средств производства.
ЛЛ серии Т5 с ЭПРА
ЛЛ серии Т5 относятся к новому поколению ИС (диаметр трубки — 16
мм, электронный ПРА). Предназначены для замены серий Т12 (D - 38 мм) и
Т8 (D = 26 мм) с электромагнитными ПРА.
ЛЛ серий Т12 и Т8 из-за их энергетической неэффективности в Европе
запрещены и в основном направляются на экспорт в Россию и страны СНГ.
ЛЛ серий Т5 выпускаются в двух модификациях:
- с максимальной световой отдачей (С 1? ™/вт),
- с максимальным световым потоком (Фл, лм).
Технические данные этих модификаций представлены в Таблице 2.8.2.
Основные достоинства новой серии Т5:
- Повышенная световая отдача (до 105 '1М/Вт).
- Пониженный спад светового потока через 10 тысяч часов работы (не
более 5%, а для обычных ЛЛ — до 30%). Это достигается применением за-
щитной пленки между люминофором и стеклом трубки, что исключило от-
рицательное влияние на них ртути.
85
Таблица 2.8.2. Технические данные ЛЛ серии Т5
С максимальной световой отда- чей типа НЕ (фирма Philips) или FH (фирма Osram) С максимальным световым по- током типа НО (фирма Philips) или FQ (фирма Osram) Дополни- тельные сведения
р 1 л» Вт ММ Фп ЛМ Сд, ЛМ / 'Вт Вер, кд/ 2 ' м р 1 л? Вт ММ Фл, лм ЛМ / 'Вт Вср^ кд/ 2 'м
14 548 1350 96 17-103 24 548 2000 89 25-Ю3 D = 16 мм
21 848 2100 100 ЙЪ 39 848 3500 90 28-103
28 1148 2900 104 ЧП 54 1148 5000 93 29-103
35 1448 3650 104 48 1148 5000 102 23-Ю3 .
Примечание. Рл — мощность лампы, Вт; Сл — длина лампы, мм; Фл — световой
поток лампы, лм; Сл — световая отдача лампы, лм/Вт; Вср — средняя яркость
лампы, кд/м"; D — диаметр трубки лампы, мм
- Оптимальная световая отдача при температуре окружающего воздуха
35 °C (у обычных Л Л — при 2 5 °C).
Фм = 1,065-Фл
где Фм — максимальный световой поток, лм; Фл — световой поток для тем-
пературы 25°С (из Таблицы 2.8.2), лм.
- Потери мощности комплекта «ЛЛ (Т5) + ЭПРА» на 30...35% ниже, а
подогрев электродов после включения ЛЛ исключен.
- Резкое снижение содержания ртути в трубке (с 30 до 3 мг).
- Уменьшение габаритов (по сравнению с Т8, диаметра — на 10 мм,
длины — на 50 мм).
- Увеличение среднего срока службы до 16 тыс. ч.
- Высокий индекс цветопередачи (RA = 80...90).
Сравнительные показатели ЛЛ серии Т8 и Т5 представлены в Табли-
це 2.8.3.
Массовое применение ЛЛ серии Т5 обеспечит:
1) Снижение установленной мощности ОУ и потребляемой ЭЭ на
20...30% (меньше К3 и потери мощности).
2) Снижение расходных материалов на производство ЛЛ и СП.
3) Исключение вредного действия на организм (пульсация).
4) Более высокую эффективность СП (выше КПД), требуемые КСС (при-
менение зеркальной и призматической оптики при меньших размерах ИС).
5) Повышенную комфортность освещения (исключена ослепленность в
любых направлениях за счет применения зеркальных экранирующих «трех-
мерных» решеток).
6) Улучшение экологии (СП с 2-мя ЛЛ Рл = 35 Вт с ЭПРА выбрасывает
в атмосферу за год СО2 меньше на 1350 кг, меньше ртутное отравление).
7) Большее соответствие строительному модулю подвесных потолков.
86
Таблица 2.8.3. Сравнительные показатели Л Л серии Т8 и Т5
Показатели — Условное обозначе- ние и еди- ница изме- рения Т8 Т5
Цветовая температура П. К 4000 4000
Мощность лампы Р,. Вт 18 36 14 35
Световой поток лм 1150 2850 1350 3650
Световая отдача с v • 64 79 96 104
Коэффициент цветопередачи Ra. отн. ед. 60. ..69 80. ..90
Рабочая температура Т-. гС 25 35
Средний срок службы 4 9000.. .13000 16000. ..20000
Спад светового потока при 0,4 С, ДФ-. ° 0 20
Работа светотехнической промышленности в указанном направлении
позволит сократить отставание России в развитии светотехники.
Движение вперед даже малыми шагами — это уже не застой.
Светодиодные источники света (программа)
Одновременно с разработками СД разрабатывались устройства на их
базе и программы перспективного развития.
В разработанной Японией программе «Свет в 21 веке» (1998 г.) плани-
руется в 2010 г. замена ЛН и Л Л на СД белого свечения и светильники ново-
го типа на их основе.
Позже разработана и принята программа перспективного развития СД
источников света, основные вехи которой отражены в Таблице 2.8.4.
Таблица 2.8.4. Вехи развития полупроводниковых ИС по проекту программы
освешения будущего
Критерии ИС Источник СД ЛН ЛЛ
2002 г. 200" г. 2012 г. 2020 г.
Световая отдача, лм/цт Срок службы, тыс. час Световой поток, лм Входная мощность, Вт Стоимость 1 лампы, $ Индекс цветопередачи Область применения 25 * 20 25 1 5 75 Слабое осве- щение >20 200 * - 4 80 Замена ЛН 150 >100 1000 6,7 >80 Замена 1 ЛЛ 1 200 >100 1500 7,5 >80 Все ва- рианты 16 1 1200 75 0,5 95 85 10 3400 40 5 75
87
По значимости эта программа сравнивается с программой ядерных ис-
следований в 40-е годы (проект «Манхеттен»).
Постепенная замена ЛН (с 2007 г.) и ЛЛ (с 2012 г.) за истекший период
составит экономию ЭЭ стоимостью от 60 до 120 млрд, долларов.
Современное состояние и тенденции развития СД-го освещения
Ранее сформулированные преимущества СД стали достоянием общест-
венного развития. СД потребляют меньше всех существующих ИС электро-
энергии и долговечнее ЛН в 20 раз, а КЛЛ — в 5 раз (например, замену СД-
ламп можно будет производить 1 раз в 20 лет).
Они не представляют экологической опасности (нет ртути), удобны для
потребителя и вандалоустойчивы.
Пока разработчики приспосабливают СД-модули к обычному цоколю
ЛН, но в перспективе требуется замена конструкции светотехнических уст-
ройств, питающей сети, что обеспечит использование преимуществ СД.
В настоящее время созданы лабораторные образцы СД, имеющих све-
тоотдачу от 115 до 150 лм/Вт (рисунок 2.8.2).
1— Т12, T12ES, Т8, МГЛ
2 — СД (для принтеров и дисплеев)
3 — СД (органические) для дисплеев
4 — СД (белые для освещения, лабораторные)
5 — СД (белые для освещения, коммерческие)
Рис. 2.8.2. Характер роста светоотдачи традиционных ИС (ЛЛ и МГЛ) и СД
Разработаны СД большой площади:
- холодно-белого света (Фсд = 1000 лм, Ссд = 72 лм/Вт),
- тепло-белого света (Фсд = 760 лм, Ссд = 52 лм/Вт).
Программа США — 2002 г. выполняется с опережением на 5 лет. То,
что планировалось достичь в 2020 г., станет возможным в 2015 г. (Ссд =
= 160 лм/Вт).
88
Этому способствует развитие науки и технологии изготовления СД (нано-
технология). Создаются фотонные кристаллы с хорошим выводом излучения из
СД, люминофоры с хорошим преобразованием синего излучения в белых СД.
Лидерство СД-х исследований и разработок в мире принадлежит США,
Японии и Германии. Кроме этих стран, конкурентоспособное производство СД
создано в Корее, Китае и на Тайване. В России пока широкомасштабной про-
граммы не создано, но исследования и разработки в последнее время расширены.
В России лидером исследований СД-тематики является Физико-
технический институт РАН им. А.Ф. Иоффе, а разработчиком полного техноло-
гического цикла создания белых СД — ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника».
Россия, как и мировое сообщество, стоит на пороге революционного пе-
реворота в области светотехники. Это выразится в вытеснении традицион-
ных ИС общего освещения (ЛН и ЛЛ) мощными белыми СД.
Наглядное представление о развитии СД-техники в России дает ри-
сунок 2.8.3.
и красные
1 — Изготовление гетероструктур
2 — Изготовление кристаллов из покупных гетероструктур
3 — Сборка СД из покупных кристаллов
4 — Светотехнические изделия на покупных СД
5 — Архитектурное и ландшафтное освещение
6 — В зданиях
7 — В жилых помещениях
8 — Ж/д транспорт
9 —- Автомобили
Рис. 2.8.3. Показатели (сегменты) развития СД-техники в России:
а — цвет излучения; б — вид изделий; в — область применения
Акцент делается на производство СД со световой отдачей не менее
50 лм/Вт, которые могут успешно конкурировать на рынке общего освеще-
ния с ЛН, ЛЛ и РЛВД.
89
В настоящее время (2007 г.) Россия отстает в производстве мощных бе-
лых СД от ведущих стран на 2.. .4 года, а рынок — на стадии активного фор-
мирования.
Все Российские компании, создающие СП на СД, работают по 4 направ-
лениям:
• производство СД гетероструктур,
• производство светоизлучающих кристаллов из покупных гетероструктур,
• выпуск СД из покупных кристаллов,
• выпуск СП с покупными СД.
Выпускаемые в России белые СД для освещения на «собственных» све-
тоизлучающих кристаллах имеют светоотдачу 40 лм/Вт, а на покупных —
60 лм/Вт.
Процесс изготовления светодиода базируется на трех технологических
комплексах (ТК):
- ТК изготовления СД гетероструктур,
- ТК изготовления светоизлучающих кристаллов,
- ТК сборки СД.
Приоритет в этой области принадлежит ЗАО «Светлана-Опто-
электроника». Примеры СД представлены в Таблице 2.8.5.
Таблица 2.8.5. Показатели СД производства ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника»
Основные показатели Условные обозначения, единица из- мерения Марка СД
HPC-13F-W-80 HPC-50F-W-80
Напряжение на СД Рабочий ток Поток излучения Световой поток Световая отдача Цветовая температура Индекс цветопередачи Vсд, в 1р, мА Фи, мВт Фсд, ЛМ ря ЛМ / 'Вт Тц,К Кд, ~ 3,0 20 15 4,5 75 3500...5600 70...80 2,9 350 160 50 50 3500...5000 70...80
По проекту ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» замена традиционных
ИС на СД в местах общего пользования жилых зданий (г. Кировск Мурман-
ской области) обеспечила экономию ЭЭ до 150 кВт ч в год на один светиль-
ник. Согласно расчетов для 10 городов Заполярья (население 1,85 млн. ч. —
около 1,2 % населения России) экономия может достигать 135 млн. руб. в год.
Для объектов ЖКХ создан СП типа СЛК-2-400 (Рсп = 12 Вт, Фсп = 700 лм).
Более интенсивно и организованно производство СД-изделий как само-
стоятельная отрасль будет развиваться при выполнении следующих главных
условий:
90
- к 2009 г. создать СД (светоотдача — 120 лм/Вт) по сниженной себе-
стоимости изготовления,
- создать предприятия массового производства СП на СД,
- разработать стандарты использования СД-изделий.
Проблемы и перспективы применения СД в 2008 г.
Пристальное внимание к СД и СД-изделиям в освещении вызвано на-
растающей ролью энергосбережения.
Страны, организовавшие массовое производство СД, сейчас в выигры-
ше. В мире есть уже лабораторные образцы со световой отдачей 150 лм/Вт
(это вдвое больше, чем у промышленных образцов), в некоторых странах в
2005 г. разработаны и утверждены «Государственные программы развития
СД и СД-изделий» (США, КНР и др.).
В России маяками производства СД являются «Светлана-Опто-
электроника», «Оптэл», «Кавер Лайт», «Протон», но без собственной госу-
дарственной программы.
В США производят СД с техническими данными: белые СД; 1,2 Вт при
токе 350 А; светоотдача до 107 лм/Вт при Тц = 5000... 10000 К. Например,
замена уличных СП с НЛВД на СП с СД в одном городе составляет 40 %,
качество освещения лучше.
В России только «Светлана-Оптоэлектроника» владеет всеми этапами
производства СД (потребность 5... 14 подобных компаний). Отечественные
белые СД пригодны для ЖКХ в местах общего пользования. Саранский за-
вод «Электровыпрямитель» готов выпускать СП для ЖКХ серийно: потреб-
ляемая мощность — 9 Вт, поток — 700 лм, цена — 600...650 руб., окупае-
мость — 4 года.
В Республике Корея представлены СД-модули белого света прямого
включения в сеть переменного тока 110 или 220 (230) В без традиционных
вспомогательных устройств. Недостатки: низкая светоотдача — от 29 до
35 лм/Вт, большая пульсация светового потока — с частотой 100 или
120 Гц, высокая стоимость.
В Германии выпускают малогабаритные СД, но с большими радиатора-
ми для охлаждения, стабилизированными источниками напряжения в соче-
тании с резисторными балластами для питания, светоотдачей 100 ™/вт.
В Австрии выпускают белые СД и изделия с меньшим разбросом по Тц
(3000 К, 4200 К, 5000 К), светоотдачей 90 лм/Вт (к 2011 г. — 120 лм/Вт).
Тенденция использования СД в двух вариантах: имитация ЛН и в виде СД-
модулей.
Выставка «Интерсвет-2007» в ЦВК «Экспоцентр» в г. Москве показала,
что такой международный форум проводится у нас впервые и означает на-
чало «эры СД» в светотехнической наук и технике России.
Цель форума — способствовать развитию освещения СД в России в
свете решения этой проблемы в странах мира.
Г лава 3
Световые приборы (СП)
3.1. Общая характеристика СП
Световой прибор (СП) — это устройство, содержащее источник света
(ИС) и осветительную арматуру, предназначенное для освещения или свето-
вой сигнализации.
ИС создает световой поток, арматура защищает ИС от механических
повреждений, перераспределяет свет в пространстве, обеспечивает подклю-
чение ИС к сети.
По характеру светораспределения все СП делятся на 3 группы:
• Светильники — это СП, перераспределяющие свет лампы внутри
больших телесных углов (до 4л). Применяются для освещения близко рас-
положенных объектов.
• Прожекторы — это СП, перераспределяющие свет внутри малых те-
лесных углов. Применяются для освещения удаленных объектов, передачи
световых сигналов (световые маяки, светофоры, фары).
• Проекторы — это СП, распределяющие свет лампы с концентрацией
светового потока на поверхности малого размера. К ним относятся: эпископ —
экранный проектор для рисунков, чертежей и т.п.; диаскоп — диапозитив-
ный проектор для кинофильмов, слайдов и т.п.; эпидиаскоп (сочетает воз-
можности первых двух).
Распределение силы света в пространстве характеризуется для СП кри-
вой силы света (КСС).
КСС — это зависимость силы света (1а) от угла (а) направленности век-
тора силы света.
la - F(a),
где а — угол между вертикальной осью симметрии и радиусом — вектором,
проведенным из светового центра ИС до КСС, градус.
Если КСС симметрична относительно вертикальной оси, то достаточно
изображения правой нижней полусферы, как показано на рисунке 3.1.1.
Каждая точка на кривой определяет в выбранном масштабе значение
силы света в направлении угла «а», канделы.
КСС строят в полярных координатах для условного ИС со световым по-
током 1000 люменов.
92
О)
ш
CJ
го
90°
80°
Синусная
Широкая
Равномерная
Полуширокая
Глубокая
Косинусная
К
Концентрированная
12
30 е
10° 20°
О
70
М
Л
60°
50°
40°
а,направление
радиус-вектора
Рис. 3.1.1. Типовые кривые силы света
КПД современных светильников — это отношение светового потока
светильника, падающего на рабочую поверхность (Фсв) к полному потоку
ИС (Фис), составляет 0,8...0,85.
По характеру распределения светового потока в нижнюю полусферу
существует 5 классов светильников (Таблица 3.1.1).
Согласно ГОСТ 17677-82 установлены основные типы кривых силы
света (рисунок).
Таблица 3.1.1. Классификация светильников по распределению светового пото-
ка в нижнюю полусферу.
Класс светильника Наименование класса светильника Показатель
Н Р В О Прямого света Преимущественно прямого света Рассеянного света Преимущественно отраженного света Отраженного света е е е е е о II II II о У-”'*' Ги О О О Р * * * ® ® 'j”””} 3^ 3 Р 53 cd w
где Ф> - световой поток в нижнюю полусферу, лм; Фсв — полный поток светиль-
ника, лм.
• Классы электробезопасности СП (защищенность от поражения элек-
трическим током)
О — Светильник с рабочей изоляцией, не имеющий зажима для присое-
динения заземляющего провода.
01 — Светильник с рабочей изоляцией и зажимом для присоединения
заземляющего провода. Вилка без заземляющего контакта.
93
1 — Светильник с рабочей изоляцией и зажимом для присоединения за-
земляющего провода. Вилка с заземляющим контактом.
II — Светильник с двойной или усиленной изоляцией, не имеющий за-
жима для присоединения заземляющего провода.
III — Светильник низкого напряжения, не имеющий цепей другого на-
пряжения.
Пояснения.
О — допускается только для светильников нормального исполнения.
Il , III — ручные светильники и светильники подвижной конструкции,
имеющие защиту от воды, начиная с IPX3.
01 — для производственных помещений в порядке исключения.
Конструктивно СП в рабочем положении должен исключить прикосно-
вение к частям, находящимся под напряжением.
При наличии в СП с газоразрядными лампами конденсаторов емкостью
более 0,5 мкФ необходимо предусмотреть ус тройство для их разряда.
У СП классов 01 и I для заземления должен быть контактный винт диа-
метром не менее 4 мм с пружинной шайбой.
У СП классов 0, II и III заземление не предусмотрено.
Заземление ручных светильников выполняется с помощью защитной
жилы гибкого кабеля, которая присоединяется к самостоятельному контакту
розетки.
Степень защиты светильников от внешней среды (пыли и влаги) обо-
значается двумя латинскими буквами IP (международная защита) и двумя
цифрами (первая — от пыли, вторая — от воды).
Одна
цифра
Защита
от пыли
Одна
цифра
Защита
от воды
International
Protection
0 - защита отсутствует
1 - защита от попадания твердых
тел размером более 50 мм
2 - защита от проникновения
твердых тел размером более 12 мм
до 50 мм
3 - защита от проникновения
твердых тел более 2,5 мм до 12 мм
4 - защита от проникновения твердых
тел размером более 1 мм до 2,5 мм
5 - пылезащищенный
6 - пыленепроницаемый
0 - защита отсутствует
1 - защита от вертикальных
капель воды
2 - защита от капель воды
под углом 15°
3 - защита от дождя
4 - защита от капель и брызг
5 - защита от струи воды
6 - защита от сильной струи
или потока воды
7 - защита от проникновения
воды при погружении
8 - защита от проникновения
воды при длительном
погружении
94
1
Одна буква
Тип ИС (пампы)
Способ
установки
2
3
Одна
буква
Одна
буква
Назначе-
ние
4
Две цифры
Номер серии
5
6
7
8
9
Число
одно- или
двузначное
Число ламп
в СП
Число от
одно- до
пятизначного
Мощность
лампы, Вт
Число
3-х
значное
Буквы
одна или
две
Цифры
одна или
две
Номер мо-
дификации
Климатич.
исполнен.
Категория
размещения
Б - настенный
В - встраиваемый
Г - головной
Д - пристраиваемый
К - консольный
Н - настольный
Р - ручной сетевой
С -свесной (подвес)
Т - напольный
Ф- ручной,
аккумуляторный
П - потолочный
___________________
Номер модификации учитывает индивидуальные
отличительные признаки СП:
- класс светораспределения и тип КСС,
- степень защиты от действия окружающей среды,
- особенности оптической системы (форма защитных
стекол и рассеивателей),
- наличие или отсутствие экранирующих решеток,
- способ ввода проводов, особенности электрической схемы,
- материал, форма, цвет СП и т.п.
Б - бактерицидная
Г -металлогалогенная
Ж - натриевая
И - галогенная
К - ксеноновая трубчатая
Л - люминесцентная прямая
Н - накаливания
Р - ртутная т ДРЛ
С - светильник с ЛН зеркальной
Ф - фигурная люминесцентная
Э - эритемная люминесцентная
Б - бытовой (для жилых помещений)
О - общественные здания
П - промышленные предприятия
Р - рудничный (для рудников и шахт)
У - уличный (для наружного освещения)
У - умеренный климат
ХЛ - холодный климат
ТВ - тропический влажный
ТС - тропический сухой
Т - тропический любой
О - общеклиматическое
исполнение
1 - на открытом
воздухе
2 - в помещении,
где доступ
наружного
воздуха
свободен
3 - в закрытом
помещении с
естественной
вентиляцией
4.1 - в помещении
с кондицио-
нированием
4.2 - в лаборато-
риях, капиталь-
ных жилых
помещениях
5 - в помещениях
с повышенной
влажностью
Рис. 3.1.2. Структурная схема формирования условного обозначения (марки) СП.
Таблица 3.1.2. Основные знаки (символы) защит на корпусе СП
Знак на корпусе Смысловое значение знака Дополнительные сведения
1 ^2. 3
Светильник для тяжелых усло- вий эксплуатации —
Клемма подключения защит- ного заземления 1 Класс защиты — I
Двойная усиленная изоляция Класс защиты — II
Светильник малого напряже- ния (до 42 В) Класс защиты — III
Степень защиты светильников от проникновения твердых тел, пыли и влаги IPXX
Пылезащищенный светильник IP5X
Пыленепроницаемый светиль- ник IP6X
Защита от любых капель IPX 1... IPX3
Защита от брызг или капель IPX4
Пылебрызгозащищенный све- тильник IP54
Пылеструезащищенный све- тильник IP55
Пыленепроницаемый и струе- защищенный светильник IP56
Взрывозащищенное исполне- ние СП EX
3.2. Пуско-регулирующие аппараты (ПРА)
йй®®йэ»8®1!а!®!бй1ййй^^
Общие сведения
Для зажигания газоразрядных ламп (ГЛ) необходима специальная схе-
ма, которая конструктивно выполняется в виде ПРА (пуско-регулирующий
аппарат).
Основным элементом всех ПРА является зажигающее устройство (ЗУ),
классификация которых представлена на рисунке 3.2.1.
Схемное решение любого ПРА во многом определяет достоинства ОУ.
Правильный выбор ЗУ (стартера) позволит увеличить срок службы ИС, по-
высить КПД (до 90%), улучшить эксплуатационные характеристики.
Именно процесс зажигания определяется стартером, создающим усло-
вия зажигания ЛЛ: электронная эмиссия при повышенном напряжении на
электродах в момент зажигания (V3).
Возможны 2 способа зажигания ГЛ:
- «холодное» без предварительного подогрева электродов перед зажи-
ганием,
- «горячее» с предварительным подогревом электродов перед зажига-
нием.
«Холодное зажигание». При таком способе зажигания основной задачей
ЗУ является создание мощного импульса напряжения на электродах ГЛ и
сохранение его до момента перехода к дуговому разряду. Это обосновыва-
ется слабой эмиссией холодных электродов.
Такие условия можно создать применив умножители напряжения или
резонансные схемы, выполненные на импульсных трансформаторах, емко-
стях, диодах и т.п.
Существенным достоинством таких схем является возможность исполь-
зования ламп с перегоревшей спиралью. При всех достоинствах этот способ
имеет повышенную опасность и большую стоимость, применяется реже, чем
«горячее».
«Горячее зажигание». При таком способе зажигания электронная эмис-
сия более интенсивная, а схемы ЗУ многообразней. По принципу построе-
ния возможны 2 варианта ЗУ:
- с фиксированным временем нагрева (1-й и 2-й тип),
- с нефиксированным временем нагрева (3-й тип).
1-й тип. Недорогая дроссельная схема на базе теплового реле с биме-
таллической пластиной. Стартер тлеющего разряда. Процесс зажигания но-
сит случайный характер.
2-й тип. Полупроводниковый стартер. Биметаллическая пластина отсутст-
вует. Импульс зажигания — амплитудное значение напряжения сети. Случай-
ное зажигание исключено. Характерен большинству схем электронного зажи-
гания. Стоимость элементной базы высока. Обоснование — необходимость
создания стабильных характеристик прогрева электродов и зажигания ЛЛ.
4 Осветительные установки промышленных и гражданских объектов
97
«Холодное
зажигание»
Способы
зажигания
«Горячее зажигание»
Без предварительного
подогрева электродов,
электронная эмиссия
ослаблена
ЗУ - зажига ющее устройство
U3 - напряжение зажигания
UM - амплитуда напряжения сети
Предварительный
подогрев электродов,
электронная эмиссия
интенсивная
Варианты ЗУ
2
Варианты ЗУ
Резонансные
схемы
Умножители
напряжения
Элементная база:
импульсные трансформаторы,
диоды, конденсаторы и т.п.
Фиксированное
время
нагрева
ЭЗУ -1 тип
ЭЗУ - 2 тип
Зажигание плавное и быстрое,
без миганий
U3 > 2UM (высокое)
Стартер
тлеющего
разряда
Стартер
полупроводник,
(без биметалл, эл.)
Нефиксированное
время
нагрева
ЭЗУ - 3 тип
Стартер
тиристорный
Зажигание
случайное,
возможно
мигание
м
Зажигание
мгновенное,
стабильное,
без миганий
Зажигание
при UM сети
одно- или
многократное
Рис. 3.2.1. Классификация ЗУ для СП с ГЛ
3-й тип. Тиристорный стартер. Наиболее прост, удобен и перспективен.
Хорошо согласовывается нагрев электродов с подачей импульса зажигания
в нужный момент.
Электромагнитные ПРА (ЭмПРА)
Простые ЭмПРА для ЛЛ содержат только 2 основных элемента: дрос-
сель и стартер. На него возложены 3 основные задачи: пробой, зажигание и
стабилизацию рабочего режима лампы.
Но и у этой простой схемы есть недостатки:
1) Сопротивление (Zap, Ом) для стандартных ЛЛ, определяемое по фор-
муле (Z;ip = 2nfL), необходимо несколько «сотен» Ом. При f = 50 Гц индук-
тивность (L) достигает значений 1 Гн. Получается большой и тяжелый дрос-
сель, имеющий значительные потери мощности.
2) Зажигание ненадежное, иногда требуется несколько попыток, что
снижает срок службы (особенно при частых выключениях).
3) Незаметная для человеческого глаза пульсация светового потока при
изменении напряжения сети с частотой 50 Гц. Такое освещение вызывает
утомление и не рекомендуется в офисных помещениях.
Электронные ПРА (ЭПРА)
В странах Европейского Экономического Союза (ЕЭС) директивой 2000 г.
приостановлено производство электромагнитных ПРА. Это означает, что
для ЛЛ с 2006 г. в странах ЕЭС должны применяться только ЭПРА.
По сравнению с электромагнитными ПРА, электронные ПРА обладают
достоинствами:
- более высокий КПД,
- возможность регулирования светового потока при работе ЛЛ в систе-
ме «лампа-ПРА»,
- нет мигания ЛЛ (при включении) и пульсации светового потока (при
работе).
Применение ЭПРА с автоматическим поддержанием уровня освещен-
ности на рабочем месте (с учетом естественного освещения) позволит эко-
номить до 70% расходуемой на освещение ЭЭ.
Согласно статистики в России за год на освещение расходуется
l(f кВт-час ЭЭ, при этом затрачивается 35-106 тонн условного топлива,
выделяется в атмосферу до I08 тонн углекислого газа. Очевидно, что эко-
номия 1 % ЭЭ вносит существенный вклад не только в экономику, но и в
экологию всего мира.
Структурная схема современного ЭПРА представлена на рисунке 3.2.2.
99
Управляющий каскад
1 — фильтр 2 — выпрямитель
3 — корректор 4 — усилитель
5 — выходной каскад
Рис. 3.2.2. Структурная схема ЭПРА
Основные элементы ЭПРА
Фильтр (1) предназначен для подавления высокочастотных помех ра-
диоприему, состоящий из индуктивностей и емкостей.
Выпрямитель (2), собранный по мостовой схеме, для выпрямления пе-
ременного тока.
Корректор (3) на мощных транзисторах, для коррекции формы импуль-
са потребляемого тока.
Усилитель (4) на полевых транзисторах, для усиления мощности сигна-
ла, поступающего на входной каскад.
Входной каскад (5) предназначен для формирования зажигающего им-
пульса, подводимого к ИС. По существу он является традиционным ПРА.
Управляющий каскад на микросхемах, предназначен для управления
силовыми транзисторами.
Такая схема ЭПРА обеспечивает:
- нагрев электродов лампы,
- зажигание, стабилизацию параметров при работе,
- защиту от перегрузки не только в рабочем режиме, но и на холостом
ходу (без лампы).
Основные технические данные ЭПРА
1) Коэффициент полезного действия (КПД) — от 80 до 90 %
2) Коэффициент активной мощности (cos(p) — не ниже 0,95
3) Диапазон рабочих напряжений:
переменного тока — от 190 до 354 В,
постоянного тока — от 170 до 340 В.
4) Содержание высших гармоник в потребляемом токе — не более 15%
5) Габаритные размеры универсальные (АхВхН мм):
одноламповые ЭПРА - 360x30x30 мм,
двухламповые ЭПРА - 360x40x30 мм.
Большинство ЭПРА в настоящее время выпускаются «холодного»
включения (без предварительного подогрева электродов). Они вполне при-
100
Дополнительные сведения:
1. Позиции 2 и 5 после 1980 г. не применяются.
2. Позиция 4 может быть дополнена через дробную черту величиной рабочего напряжения, В.
3. Для «ИЗУ» позиции 1, 2, 3, 6, 7 исключены.
Рис. 3.2.3. Структурная схема формирования обозначения ПРА для ГРЛ
годны для ОУ с числом включений в сутки не более 5, в противном случае,
номинальный срок службы не гарантируется.
Недостатком ЭПРА «холодного» включения является отсутствие воз-
можности регулирования светового потока ламп.
Структурная схема формирования обозначения ПРА для ГРЛ представ-
лена на рис. 3.2.3.
Примеры обозначений ПРА ГРЛ:
1И 30 А 14-001. УХЛ 4
• Для ЛЛ.
1И 36/40 А 18-001. УХЛ 4
Для ламп
36 и 40 Вт
1И 250 Н 37-003. УХЛ 1
• Для ДРЛ.
1 ДБ И - 1000 ДРЛ/220 - Н - 026М УХЛ 1
• Для ДРИ.
1 К 400 ДРИ 36-014. УХЛ 1
1 И 250 Н 8 - 006. УХЛ 2
Номер
испол-
нения
Помещение
без отопления
102
• Для ДНаТ.
1 И 150 ДНаТ 52Н - 003. УХЛ 2
ИЗУ 100 т 400 ДНаТ/220 - В - 002. УХЛ 2
ИЗУ - У - 2000/380 - В - 001. УХЛ 2
Импульсное
зажигающее
устройство
Мощность лампы,
Вт и , В
Номер
исполнения
Помещение
без отопления
Универсальное, для ДНаТ и ДРИ
Встраиваемое
Умеренно-
холодный
климат
Интеллектуальные ЭПРА
Обычно стандартные ЭПРА регулируют один параметр: мощность или
ток лампы, что обеспечивает их эксплуатацию либо при постоянной мощно-
сти, либо при постоянном токе.
Наиболее часто применяется регулирование тока, что упрощает дея-
тельность производителей.
Для сокращения типов СП нужен ЭПРА, управляющий комбинацией
ламп с одной геометрией, но разной мощностью.
Для их согласования спроектирован ЭПРА с микроконтроллерным управ-
лением («Osram»). Блок-схема такого ЭПРА представлена на рисунке 3.2.4.
1) Ф — фильтр 2) В — выпрямитель
3) К — корректор 4) И — инвертор
5) ИС — источник света 6) МК — микроконтроллер
7) ЗП — задатчик параметров
Рис. 3.2.4. Блок-схема электронного ПРА с МК-управлением
От стандартного (аналогового) ЭПРА он отличается лишь тем, что сер-
дечник заменен микроконтроллером (МК).
103
Его достоинством является способность хранить в своей памяти различ-
ные комбинации для СП в цифровой форме и выбирать любой из наборов по
необходимости, нужный.
Вывод: Применение микроконтроллерного управления освещением по-
зволит производителям сократить число типов ЭПРА, СП, стоимость, затраты.
Возможно осуществление разных уровней освещенности при стандарт-
ном оборудовании.
Появление ЭПРА с цифровым управлением — это путь к дополнитель-
ным качествам будущих конструкций ЭПРА.
3.3. Схемы зажигания
Принципы построения схем зажигания светильников определяются спо-
собом зажигания их ИС и обеспечением нормальной работоспособности.
Главным элементом схем является пуско-регулирующий аппарат (ПРА),
для создания которого используются лучшие достижения текущего периода.
Рассматриваемые схемы охватывают достаточно длительный период
развития светотехники и даются в качестве примера.
При всем своем многообразии они реализуют общие цели: облегчить
процесс зажигания, увеличить срок службы, улучшить условия эксплуатации.
Применение современных конструкционных материалов и технологий
позволяет схему зажигания вмонтировать в ИС и получить принципиально
новое компактное устройство.
Схема «холодного» зажигания с ЗУ на умножителе напряжения
Предназначена для зажигания СП с одной ЛЛ мощностью 20, 30, 40 или
80 Вт (также их аналогов) длительного срока службы.
Принципиальная электрическая схема зажигания с БЗП (блок зажигания
и питания) представлена на рисунке 3.3.1.
БЗП представляет собой диодно-конденсаторную схему умножения,
дающую на выходе импульс напряжения постоянного тока 630 В, стартер-
ного исполнения.
Принцип действия.
- При подключении схемы к сети (1-220 В, 50 Гц) при любой полувол-
не заряжаются конденсаторы С1 и С2 до 630 В.
- При напряжении 630 В постоянного тока осуществляется электриче-
ский разряд в парах ртути и атмосфере аргона в лампе. Образуется сильное
ультрафиолетовое излучение (УФИ).
- Невидимое У ФИ преобразуется люминофором в видимое излучение
(свет).
104
БЗП — Блок зажигания и питания
постоянного тока
VD-C — Диодно-конденсаторная
схема умножения
L — Дроссель
R — Разрядный резистор
Рис. 3.3.1. Принципиальная электрическая схема зажигания ЛЛ с БЗП
Особенности.
1) БЗП обеспечивает работу ЛЛ с перегоревшей (оборванной) спиралью.
2) Возобновляется работа ЛЛ, если начался «мигающий режим» или она
погасла. Для этого достаточно в ламподержателе лампу развернуть на 180°
или блок-стартер (БЗП) в стартеродержателе (дает тот же эффект).
3) Резистор R обеспечивает снятие избыточного напряжения с конден-
саторов С1 и С2.
4) Предназначены для замены стартеров тлеющего разряда и выполне-
ны в тех же габаритах.
Схемы «холодного» бесстартерного зажигания ЛЛ
а) Трансформаторная (рис. 3.3.2). Наиболее простая и распространен-
ная из бесстартерных схем быстрого зажигания. Предназначена для приме-
нения в труднодоступных для обслуживания местах и при температуре ок-
ружающей среды ниже 5 °C.
ЛЛ
нак
^^Гнак
НТ
ж
Др
220 В, 50 Гц
НТ — накальный трансформатор,
W1 — первичная обмотка НТ,
1 Whbk, 2Х¥нак — вторичные обмотки НТ, для нагрева электродов ЛЛ,
Др — дроссель.
Рис. 3.3.2. Трансформаторная схема быстрого зажигания ЛЛ
105
При нормальной работе ЛЛ электроды не отключаются от накальных
обмоток НТ, осуществляется частичный подогрев.
При включении в сеть ЛЛ с холодными (без предварительного подогре-
ва) электродами на IWhhk и 2 Whbk возникнет повышенное напряжение.
Электроды нагреваются, эмиссия усиливается, Л Л зажигается.
УФИ преобразуется в свет люминофором.
б) Резонансная (рис. 3.3.3). Предназначена для работы в труднодоступных
для обслуживания местах и при низких температурах окружающей среды (ни-
же 5°С).
При включении в сеть ЛЛ образуется резонансный контур. При резо-
нансе электроды быстро разогреваются, а напряжение на электродах возрас-
тает в 1,5...2 раза (по отношению к сети).
При возникновении достаточной эмиссии и импульса зажигающего на-
пряжения ЛЛ зажигается и становится проводником, условие резонанса на-
рушается.
УФИ преобразуется в свет люминофором, а электроды при работе Л Л в
режиме самонакала.
2Др
1ДР
1 - 220 В, 50 Гц
1 Др, 2Др — дроссели (индуктивности)
С — емкость резонансного контура
Резонансный контур: сеть — 1 Др — 1Э — С — 2Др — 2Э — сеть, для резонан-
са напряжений.
Рис. 3.3.3. Резонансная схема быстрого зажигания ЛЛ
в) Мгновенного зажигания. Предназначена для работы во взрывоопас-
ных помещениях.
Особенностью таких схем является создание на холодных электродах
импульса напряжения в 6...7 раз больше рабочего.
В этом случае специальные устройства требуются для создания импуль-
са, а ЛЛ с усиленными электродами, так как процесс зажигания более тяже-
лый, чем с нагретыми электродами.
Срок службы ЛЛ снижается на 30%, а высокое напряжение опасно для
жизни и требует специальных мер предосторожности при обслуживании.
106
Достоинства:
— большая надежность зажигания и работы лампы,
- неприхотливость к низким температурам,
- увеличенный срок службы.
Недостатки:
- большая стоимость,
- повышенная потеря мощности,
- больше габариты, чем у стартерных.
Схема включения ГЛВД (рисунок 3.3.4)
Предназначена для ламп высокого давления с исправленной цветностью
• ДРЛ.
Др (Др-ОО, Др-ДО) — дроссель с двумя обмотками (основной, дополнительной),
В — выпрямитель,
R — ограничительный резистор,
С1 — конденсатор защитный выпрямителя,
С2 — конденсатор накопительный,
Р — разрядник,
СЗ — емкость подавления помех радиоприему.
Рис. 3.3.4. Принципиальная электрическая схема зажигания ДРЛ
(2-х электродной)
107
Принцип действия
При подключении питания формируется цепь заряда С2 (сеть — Др-ОО —
В — R — С2 — сеть), которая обеспечивает его заряд до требуемого значе-
ния напряжения (200 В).
При полном заряде С2 пробивается воздушное пространство «Р», а ем-
кость разряжается через «Др-ДО», создавая импульс высокого напряжения,
который зажигает лампу.
При разряде возникающее УФИ преобразуется люминофором в свет.
Для исправления цветности в обычных лампах т. ДРЛ применяется спе-
циальный люминофор, который добавляет к ртутному разряду недостающее
излучение в красной области спектра. В качестве основного люминофора
применяется, обычно, фторогерманат магния, активированный марганцем.
Лампы т. ДРЛ выпускаются 2-х и 4-х электродные. Достоинством 4-х
электродной лампы, по сравнению с 2-х электродной, является более про-
стая схема зажигания. Не требуется специального зажигающего устройства:
В, Cl, R, С2, Р, Др~ДО, что отражено на рисунке 3.3.4.
Лампы т. ДРЛ устойчивы к атмосферным воздействиям, их световой
поток и процесс зажигания не зависят от температуры окружающей среды.
Поток номинальный устанавливается через 5...7 мин. после включения, а
повторно — через 10... 15 мин., то есть после полного охлаждения.
Схема включения ГЛ с устройством импульсным зажигаю-
щим универсальным (УИЗУ) (рис. 3.3.5)
Предназначена для металлогалогенных (т. ДРИ) и натриевых (т. ДНаТ)
ламп.
УИЗУ — это устройство — генератор с емкостным накопителем ЭЭ и
полупроводниковым ключом параллельного поджига.
Принцип действия
При подключении лампы к сети емкость «С1» заряжается (по цепи: сеть
— Др 1 — R-C2 — С1 — П — Д2 ~~ сеть) до величины напряжения стабили-
зации стабилитроном «Dz», что приведет к появлению сигнала на управ-
ляющем электроде тиристора «Т».
Тиристор «Т» откроется, емкость «С1» разрядится по цепи col-T-D,
формируется импульс повышенного напряжения на электродах лампы. Про-
цесс повторяется.
При создании условий поступающие импульсы обеспечат зажигание
лампы и световое излучение.
Основной недостаток схем параллельного поджига — шунтирование
цепи дроссель-сеть (при зажигании), что уменьшает амплитуду импульса
(уменьшается индуктивность дросселя).
108
О 1 ~220В, 50Гц р
ИТ - импульсный трансформатор с
обмотками:
col - первичная обмотка
со2 - вторичные обмотки (3 шт.),
регулировочные
П - переключатель для выбора
амплитуды импульса
напряжения зажигания.
R-C2 - формирователь импульсов.
С1 - емкость накопительная.
Т - тиристор.
D - диод для защиты «Т» по
обратному напряжению.
DZ - стабилитрон.
СЗ - емкость подавления помех
радиоприему.
Рис. 3.3.5. Принципиальная электрическая схема включения ГЛ с У ИЗУ
• Схема «горячего» зажигания со стартером тлеющего разряда
(рис. 3.3.6)
Предназначена для зажигания ЛЛ и обеспечения ее нормальной работы.
Принцип действия
При подключении ЛЛ к сети формируется электрическая цепь: дроссель —
электроды ЛЛ — стартер, под напряжением. В стартере идет в это время
«тлеющий разряд» между биметаллическими пластинами и нагревает их.
Пластины нагреваются и замыкают, изгибаясь, цепь. Начинается интенсив-
ный нагрев электродов лампы, в результате которого возникает термоэлек-
тронная эмиссия.
109
Др
-4-0 0U—
1 - 220В, 50Гц
Ст — стартер, предназначен для автоматического включения и выключения
предварительного нагрева электродов. Представляет собой тепловое реле, поме-
щенное в стеклянный баллон, наполненный инертным газом (обычно — неон).
Электроды стартера — это две биметаллические пластины с зазором 2.. .3 мм.
Др — дроссель, предназначен для создания импульса зажигания, ограничения
тока и устойчивой работы ЛЛ. Наличие индуктивности снижает costp до значения
0,5...0,6.
Cl, С2 — емкости, предназначены для подавления помех радиоприему и по-
вышения costp, соответственно.
Рис. 3.3.6. Схема импульсного зажигания ЛЛ 1-го типа
К моменту создания условий зажигания биметаллические пластины ох-
лаждаются и размыкают цепь в стартере. В момент размыкания, благодаря
дросселю, возникает импульс повышенного напряжения, вызывающий
мощный дуговой разряд и зажигание лампы. Возникает невидимое У ФИ.
Под действием люминофора У ФИ преобразуется в видимый свет.
После зажигания ЛЛ напряжение на лампе и стартере уменьшено и не-
достаточно для нового разряда, стартер при нормальной работе ЛЛ бездей-
ствует. Если зажигание не произошло, процесс повторяется снова.
При низкой стоимости ПРА недостатками являются низкая надежность
стартера и большая пульсация (стробоскопический эффект).
Стробоскопический эффект — это восприятие вращающегося объекта в
пульсирующем свете неподвижным.
Для устранения этого недостатка в 1-фазной сети применяется попарное
включение ЛЛ с искусственным сдвигом фаз (с расщепленной фазой) наи-
более часто (рисунок 3.3.7), а в 3-фазной сети — включают лампы 3-лам-
пового СП в разные фазы.
НО
1Ст
2Ст
2ЛЛ
_____X
Отстающая
цепь
2Др
1 - 220 В, 50Гц
-----0 0.-------
Рис. 3.3.7. Компенсированная схема зажигания ЛЛ
В цепь 1ЛЛ включены 1Др и С — ток в цепи опережает напряжение по
фазе, а в цепь 2ЛЛ включен 2Др — ток в цепи отстает от напряжения. Под-
бором индуктивностей 1Др, 2Др и емкости С можно добиться совпадения
максимального (Ф|т) потока 1ЛЛ и минимального (Ф?тш) потока 2ЛЛ, что
значительно снизит коэффициент пульсации. Такая схема включения ЛЛ
называется антистробоскопической компенсированной.
Схема с тиристорным ЭЗУ и нефиксированным временем на-
грева электродов ЛЛ (рис. 3.3.8)
Схема выполнена с применением толстопленочной технологии (ТТ) для
ЭЗУ, что значительно снизило ее стоимость.
Принцип действия
При подключении схемы к сети (Uc) и достижении в 1-ый положитель-
ный полупериод на УУТ потенциала открытия (срво) тиристор переходит в
состояние «проводимости». Возникает цепь с током (zr), который подогре-
вает электроды ЛЛ.
Подогрев электродов продолжается до момента закрытия (выключения)
тиристора в 1-ый отрицательный полупериод при потенциале закрытия (срвз)
на УУТ. Так происходит в каждый период до нагревания электродов, обес-
печивающих эмиссию зажигания (автоматическое регулирование времени
зажигания).
При достижении условий зажигания и закрытии «Т» возникает импульс
ЭДС самоиндукции, достаточный для зажигания ЛЛ.
Величина импульса зажигания регулируется подбором элементов УУТ
(например, R) и емкости (С).
УУТ
и, В I
Тиристор
открыт \
Т — тиристор
D] — диод разрядный
Dz — стабилитрон
L — дроссель
УУТ — устройство управления тиристором, нелинейный элемент
Uc — синусоидальное напряжение сети
U, — напряжение на электродах лампы
U?m — амплитуда импульса зажигания
<Рво — потенциал открытия в точке В УТТ
фвз — потенциал закрытия в точке В
Рис. 3.3.8. Принципиальная электрическая схема зажигания ЛЛ с ЭЗУ 3-го типа (а).
вариант нелинейного элемента (б) и графики изменения напряжений (в)
Нефиксированное время зажигания (t3, с) может быть определено из вы-
ражения:
t3 = (Кзж+ДК)-210”2,
где Кзж — полное количество периодов до подачи зажигающего (последне-
го) импульса, шт.; ДК — часть периода, в который лампа зажигается;
2-Ю”“ — время одного периода при частоте 50 Гц, с.
12
Для правильной работы ЭЗУ важно совпадение момента подачи им-
пульса зажигания и нагретости электродов, которая определяется величиной
тока нагрева (iT).
Если ток мал — зажигание затруднено, если ток велик — перегревается
дроссель (L) при длительной работе ЭЗУ и незажигании ЛЛ.
Недостатком схемы является цепь с нелинейной вольт-амперной харак-
теристикой, дающая большой разброс по току включения тиристора «Т».
Наибольшее практическое применение ЭЗУ с тиристорами получили
схемы рис. 3.3.10 с различной формой зажигающего напряжения (рис. 3.3.9).
По эксплуатационным свойствам такие схемы отличаются стабильностью
времени зажигания, отсутствием мигания и высокой надежностью.
“I I
wwul
t 0
г3 4г—
-*-----►
' м v v v v4v
Рис. 3.3.9. Форма напряжения при зажигании ЛЛ:
а — время нагрева фиксировано, зажигающий импульс — при Um, б — время зажи-
гания автоматизировано, зажигающий импульс повторяется в каждый период во
время подогрева электродов.
Рис. 3.3.10. Принципиальная электрическая схема зажигания ЛЛ с ЭЗУ.
а — с переключающим элементом, б — с отключающим элементом.
Варианты схем зажигания ЛЛ с ЭПРА (рис. 3.3.11)
В ЭПРА для ограничения тока также используется дроссель, но в дан-
ном случае он монтируется с внутренним генератором высокой частоты
(ВЧ) около 50 кГц.
113
Индуктивность дросселя уменьшается пропорционально увеличению
частоты (103 раз), что эффективно снижает потери мощности.
Однако, дроссель слишком мал, а накопленной в нем энергии недоста-
точно для зажигания лампы, поэтому в ЭПРА параллельно ЛЛ подключает-
ся конденсатор «С», который образует вместе с дросселем последователь-
ный резонансный контур (ПРК).
С — конденсатор последовательного резонансного контура.
Рис. 3.3.11. Принципиальная электрическая схема включения светильников с ЭПРА:
однолампового (я), 2-х лампового последовательно (б) и параллельно (в).
ЭПРА лишены недостатков ЭмПРА и обладают достоинствами:
1) Световая отдача ЛЛ при работе на ВЧ значительно выше.
2) Повышенная эффективность ЭПРА дает до 30% экономии ЭЭ, по
сравнению со светильниками с ЭмПРА.
3) Допускают работу при входном напряжении постоянного тока, что
важно для аварийного освещения.
4) Позволяют регулировать световой поток ЛЛ (дополнительные уст-
ройства).
5) Возможно одним ЭПРА управлять несколькими ЛЛ в многоламповых
светильниках с учетом выхода их из работы.
6) Есть возможность ввода запретов и ограничений (например, нагрев
электродов и т.п.).
Схема включения безъэлектродной Л Л (Б Л Л) (рис. 3.3.12)
Предназначена для зажигания и обеспечения стабильной работы индук-
ционной безъэлектродной люминесцентной лампы (БЛЛ).
Основные элементы схемы:
1) БЛЛ — безъэлектродная люминесцентная лампа, индукционная.
2) КВ1 и КВ2 — катушки возбуждения, соединены параллельно.
3) Др — дроссель накопительный.
4) С — емкость последовательного резонансного контура.
5) ВЧГ — высокочастотный генератор, предназначен для питания БЛЛ
напряжением с частотой порядка 230 кГц.
114
Др БЛЛ
Рис. 3.3.12. Принципиальная электрическая схема зажигания БЛЛ
Принцип действия
При подключении к сети работает ВЧГ и дает в схему зажигания БЛЛ
ток высокой частоты (230 кГц).
При прохождении высокочастотного тока через КВ1 и КВ2 создается
электромагнитное поле высокой частоты. Энергия поля обеспечивает разряд
в разрядной колбе и поддержание его в виде плазмы. Действует принцип
трансформатора, у которого КВ 1 и КВ2 — первичная обмотка, а плазма —
вторичная одновитковая. Возникает невидимое УФИ.
Невидимое УФИ преобразуется люминофором в видимое (свет).
3.4. Новинки СП
Новый модульный светильник ЛЛ (рис. 3.4.1)
Предназначен для образования из таких светильников «бесконечного
пояса» световой линии (непрерывной).
При разработке нового светильника за основу выбрана одна из попу-
лярных моделей с опаловым рассеивателем.
При соединении СП в линию в местах стыка уровень яркости участка
был ниже, чем у остальной светящейся линии. Это обосновывалось несо-
вершенством соединения отдельных СП при установке их последовательно
друг с другом (минимальный интервал — 50 мм). Конструкция нового СП
устраняет эти недостатки.
Основным элементом является электрическая вставка (5) с патронами
(2), которые перекрываются при вкладывании в профильный корпус (7). Все
вставки оснащены ЭПРА (1) и отражателями (6).
Отражатели повышают световую эффективность СП, матовый материал
отражателя с опаловым рассеивателем (8) создает равномерное распределе-
ние яркости по всей площади светового отверстия.
115
2
3
4
2 — Патрон
4 —ЛЛ
6 — Отражатель
8 — Рассеиватель
ЭПРА
Клеммник
Вставка
Корпус
Наконечник
Рис. 3.4.1. Составные элементы светильника «бесконечного пояса»
Светильник состоит из трех частей:
• корпус (алюминиевый профиль — 7, рассеиватель — 8);
• вставка (ЭПРА — 1, отражатель — 6, патроны для ЛЛ — 2, клемм-
ники — 3);
• наконечники для завершения профиля — 9 (2 штуки).
Комплект состоит всегда из одного самостоятельного светильника
(крайнего) и любого количества промежуточных.
Светильник может быть потолочным, подвесным и встроенным. Источ-
ники света — линейные люминесцентные лампы Т5 мощностью 21/39, 28/54
и 35/49/80 Вт.
Возможность комбинировать лампы разной мощности позволяет со-
ставлять светящие линии требуемой длины с минимальным количеством
соединений.
Выпускаются профилированные корпуса трех различных длин на одну,
две или три вставки. Самый длинный профиль длиной 4234 мм на 3 вставки,
а самый короткий одновставочный — 778 мм.
Светильник чешского производства.
116
Светильник с белыми СД и блоком повышения напряжения
(рис. 3.4.2)
Автономный светильник с белыми СД предназначен для применения в
местностях, где электричество недоступно (джунгли, горы, острова и т.п.).
Такой автономный светильник состоит из следующих блоков:
1) СЭ — солнечный элемент (фотоэлектрическая батарея), предназначе-
на для подзарядки АБ.
2) АБ — аккумуляторная батарея с выходным напряжением 12 вольт.
3) БПН — блок повышения напряжения, предназначен для повышения
исходного напряжения А Б до напряжения постоянного тока, необходимого
для питания цепочек СД в светильнике.
4) Набор параллельных цепочек (по 6 СД в каждой) в виде блоков СД
или СД-модулей (по 3, 6 или 9 цепочек).
СЭ — солнечный элемент (фотоэлектрическая батарея).
Кн — кнопка с самовозвратом. I' — интегральная схема управляющая.
L — индуктивный накопитель энергии. Т — мощный транзистор.
БПН — блок повышения напряжения.
Рис. 3.4.2. Схема автономного светильника
СЭ, АБ. Выбор солнечной и аккумуляторной батарей взаимосвязаны.
Для работы светильника из 36 СД (6 цепочек) в течение 3 дней по 6 часов
нужна солнечная батарея мощностью 10 Вт (для заряда АБ) и АБ емкостью
7 А час (Тразр - 0,203 A: VH0M = 12 В; Vp = 8,5 В).
БПН представляет собой преобразователь постоянного тока с усилен-
ным на выходе напряжением.
Предлагаемая схема содержит следующие основные элементы:
- управляющая интегральная схема (U), предназначенная для широтно-
импульсной модуляции.
- мощный МОП-транзистор (Т), предназначен для усиления напряжения.
Примечание, т. МОП («металл — окисел — проводник») — это полевой
транзистор с изолированным затвором,
- индуктивный накопитель энергии (L), для пополнения недостающей
энергии.
Принцип действия
• При включении Кн. на управляющую интегральную схему «и» посту-
пает Уаб-
• На выходе «U» получается высокочастотная (36 кГц) переменная по
ширине прямоугольная волна, которая регулируется цепочкой «R4 — СЗ —
земля», а определяется по формуле:
f 1,1
0 R4C3
Эта величина в виде входного сигнала ( VBX) поступает на вход «Т».
Токоизмерительная цепь формируется на элементах: R6...R9 и С4.
Выходной сигнал с транзистора формируется на конденсаторе «С5» и
пополняется энергией, запасенной в накопителе «L», когда «Т» не работает
(закрыт).
Длительность работы «Т» определяется наличием сигнала на «затворе»
(цепь R5), который возникает при наличии разности между опорным сигна-
лом (Уоп) внутри интегральной схемы и сигналом обратной связи (Voc) с вы-
хода «Т».
• На выходе БПН обеспечивает стабильное УВЬ1Х, независимо от УАб-
Примечание — Пороговое напряжение на входе интегральной схемы
У = 8,5 В; ниже которого она не работает, что автоматически защищает АБ
от сильного разряда.
СД-модуль собирается из СД цепочек с токоограничивающим резисто-
ром (R). Каждая цепочка состоит из 6 последовательно соединенных СД.
Резистор с малым сопротивлением (10 Ом, АУЯ = 210 мВ) обеспечивает
достаточную энергоэффективность, ток в цепочке 21 мА.
К выходу БПН подключается параллельно несколько цепочек (3, 6 или 9).
Все СД размещены на печатной плате, обе стороны которой покрыты ме-
дью, а затем слоем олова. Такая плата является отличным радиатором и хо-
рошим отражателем излучения.
Экспериментальные показатели БПН с различным набором цепочек
представлены в Таблице 3.4.1.
Из таблицы видно, что наилучшие показатели имеет вариант с 36 СД,
который выбран для данного автономного светильника:
- КПД схемы от 90,01 до 96,29%
- диапазон рабочих температур от 0 до 50°С (через 6 часов непрерывной
работы стабилизируется максимальная 43 °C для выводов СД)
- сравнительно невысокая стоимость элементов схемы.
118
Таблица 3.4.1. Показатели БПН (блок повышения напряжения постоянного тока)
Блок СД Входные параметры Выходные параметры
Количество параллельных цепочек Количест- во СД в блоке Входное напряже- ние, В Входной ток, мА Входная мощность, Вт Выходное напряже- ние, В Выходной ток, мА Выходная мощность, Вт КПД схемы - %
9 143 1,287 18,57 63 1,170 90,90
10 129 1,290 18,57 63 1,170 90,69
3 18 И 121 1,331 18,57 63 - ... - - . . 1,170 87,90
12 109 1,309 18,58 63 1,171 89,45
13 101 1,313 18,59 63 1,171 89,18
14 96 1,344 18,59 63 1,171 87,13
9 305 2,745 18,72 132 2,471 90,01
10 259 2,590 18,62 126 2,346 90,58
6 36 11 224 2,464 18,59 126 2,342 95,02
12 203 2,436 18,58 126 2,341 96,13
I "3 187 2,431 18,58 126 2,341 96,29
14 175 2,450 18,59 126 2,432 95,60
9 480 4,320 18,56 189 3,50 81,20
10 430 4,300 18,57 189 3,509 81,62
9 54 11 353 3,883 18,58 189 3,512 90,44
12 318 3,816 18,58 189 3,512 92,03
13 289 3,757 18,66 189 3,527 93,87
14 275 3,850 18,72 189 3,538 91,89
Выводы'.
Элементы автономного светильника из 6x6 цепочек недороги и легко
доступны, кроме солнечной и аккумуляторной батарей; Превышение тем-
пературы печатной платы над температурой окружающей среды 5°C
(40-34,2 = 5,8 °C при испытании); Максимальный КПД БПН — 96,29 %; а
эффективность потребления мощности цепочки СД — 98,87 %; Исключе-
на глубокая разрядка АБ (для БПН VBX = 8,5 В); Долговечность светильни-
ка на белых СД.
Г лава 4
Осветительные установки (ОУ)
4.1. Системы освещения
ш^гпдтггтТ г'iirnn^wiffl'lti^n^rim^tMri'TTrri.Tri umnii wuninni ладтитишШот^^томпмгпт- jir гпг г гт: гтиг ипшг пт.:. -. тип лот ib тогт "ТГ • г —j-tt гтпптгг': .'^.л г.г г-/ дг .ттет.^тт~
Этапы развития светотехники базировались на искусственном освеще-
нии, поэтому исторически их можно определить:
XIX век — рождение искусственного освещения,
XX век — развитие искусственного освещения,
XXI век — зрелость искусственного освещения.
Светотехники рассматривают, в основном, электромагнитное излучение
в оптическом плане, но свет воздействует на всего человека целиком.
В процессе эволюции это воздействие было обусловлено только дейст-
вием солнечного света определенного спектрального состава, изменяющей-
ся интенсивности и ритмов.
Интенсивное использование искусственного освещения в нашем обще-
стве изменило его реакцию на это, что выразилось в нарушении биологиче-
ских ритмов человека: депрессия, стресс, сердечная аритмия, нарушение
сна, ощущение тревоги.
Время глобализации, нанотехнологий и экологии призывает пересмот-
реть принципы использования искусственного освещения, особенно для
трудовой деятельности.
Вклад искусственного освещения в развитие общества неоспорим, оно
продолжает развиваться и совершенствоваться.
Однако уровни освещения должны быть необходимыми, чтобы освеще-
ние не уродовало пространство, которое в нем нуждается.
Уважение окружающей среды, качество, а не количество освещения,
здоровье общества — вот основные направления работы профессионалов
XXI века.
Исходя из этого, следует выделить 3 главных системы:
• система искусственного освещения,
• система естественного освещения,
• система интегрированного освещения.
Система освещения — это размещение ОУ в зависимости от освещае-
мой поверхности и источника светового излучения (искусственный, естест-
венный, интегрированный).
Система освещения включает 3 вида:
121
• Общее — это размещение ОУ, при котором освещается вся площадь
помещения (оборудование, рабочие места, проходы).
• Местное — это размещение ОУ, при котором освещается только пло-
щадь рабочего места (конкретный объект труда). Разновидностью такого
освещения является переносное, включаемое в розетки (ручные и перестав-
ные светильники).
• Комбинированное — это совокупность общего и местного освещения.
Однако, помещение с общим и переносным освещением не относится к это-
му виду.
По своему функциональному назначению освещение бывает: рабочее,
аварийное, охранное и дежурное.
Рабочее — это нормальное (естественное или искусственное) освеще-
ние в помещениях или на открытых пространствах, обеспечивающее трудо-
вую деятельность.
Аварийное (эвакуационное и для продолжения работ) — это освещение,
включаемое автоматически при отсутствии рабочего. Эвакуационное АО
предназначено для вывода людей из аварийного помещения (освещаются
пути эвакуации, указатели).
Для продолжения работ АО предназначено для выполнения мероприя-
тий по переводу техники в безопасный режим.
Наиболее ответственные посты управления и производственные участи
оснащены аккумуляторными светильниками:
САС — светильник аварийный стационарный,
САП — светильник аварийный переносной.
Эти светильники находятся на постоянном подзаряде от сети рабочего
освещения, а при включении работают от 2 до 8 часов.
Охранное — это искусственное освещение по линии ограждения при
наличии постоянной охраны или автоматической сигнализации.
Дежурное — это искусственное освещение минимального уровня при
отсутствии людей на объекте.
Пассивная световодная система естественного освещения по-
мещений
Предназначена для приема, доставки и распределения солнечного света
в интерьере помещения.
Такая система состоит из трех основных элементов: наружного устрой-
ства для приема естественного света (1), световода (3) и внутреннего уст-
ройства для распределения света в помещении (4).
Представление о конструктивном исполнении дает рисунок 4.1.1.
Купол (1). Защитное устройство против воздействия погодных условий.
Изготовлен из прозрачного акрилового стекла, стойкого к действию внеш-
ней среды.
122
Рис. 4.1.1. Элементы конструкции световодной системы: на вводе (о), с тремя (б)
и с четырьмя (в) коленами
Стакан (2). Строительно-монтажное устройство для установки и герме-
тизации купола в кровле, предотвращающее попадание осадков. Имеет тер-
мическую изоляцию.
Световод (3). Полый, торцевой, круглого сечения. Коленные участки
прямые с устройством присоединения. Материал — алюминиевый сплав, с
полимерным многослойным оптическим покрытием. Каждый слой пленки с
высоким коэффициентом отражения (р = 99,5%) света, падающего под лю-
бым углом, является диэлектриком. Уплотнение — прочная самоклеющаяся
пленка.
Диффузор (4). Светорассеивающее устройство. Опаловое стекло или
призматические радиальные прозрачные линзы.
Светоперехватывающее устройство (5). Для приема света всей полусфе-
ры небес. Работает как оптическая воронка, через которую световод запол-
няется естественным светом. Призматическая мембрана способна захваты-
вать и перенаправлять световые лучи, приходящие со всех сторон небосвода
(диффузные и прямые) ближе к оси световода.
Особо следует остановиться на световодах, как главных элементах сис-
темы транспортирующих свет.
В настоящее время промышленность выпускает световоды диаметров 250-
375-530-650-900 мм. Колена в сопрягаемый участок вставляются слегка кони-
ческими концами. Повороты возможны в диапазонах: 0-30°, 0-60° и 0-90°.
Приближенно эффективность светопропускания световода можно оце-
нить как Эс = F(L/D) по рисунку 4.1.2.
Главное преимущество световодов в том, что они могут нести свет че-
рез конструкции крыши без сооружения дорогостоящих «световых шахт» и
использовать поворотные колена для изменения направления.
123
1 — при р = 0,92 2 — при р = 0,95
3 — при р = 0,98 4 — при р = 0,995
р — коэффициент отражения внутренней поверхности световода.
L — длина световода, м.
D — диаметр световода, м.
Рис. 4.1.2. Зависимость эффективности светопропускания световода от L/D
при различных коэффициентах отражения
Принципиально нет предела длине световодов естественного света и
количеству поворотов этих труб.
Естественный свет может доставляться туда, где он наиболее нужен.
Световоды не потребляют ЭЭ, не проводят тепло от прямого солнечно-
го света, нет поступления тепла от источников искусственного света (в это
время они не работают). Тепловая нагрузка на кондиционеры снижена.
При естественном свете выше производительность труда, меньше забо-
леваемость, меньше стресса и головных болей персонала.
Индустрия трубчатых полых световодов за 16 лет достигла зрелого
уровня и способна обеспечить естественным светом, в первую очередь шко-
лы, больницы и внести существенный вклад в экономию ЭЭ (70% от расхо-
дуемой на искусственное освещение). Опыт эксплуатации показал окупае-
мость системы за 1... 3 года.
Интегральная система освещения помещений
Естественный свет для организма человека является регулятором цик-
личности и регулярности ритма дня и ночи. Чем большую часть суток он
окажет действие на организм, тем полезней для здоровья.
Интегрирование (объединение) искусственного и естественного осве-
щения — важная проблема светотехники. Успешное решение этой пробле-
мы полезно для объектов различной этажности, высоты, глубины заложения
и назначения.
Первые ОУ такого типа создавались путем объединения системы обще-
го равномерного искусственного освещения и естественного освещения, по-
ступающего от фонарей верхнего света для 1-этажного строения. Такое ре-
шение принципиально ситуацию не изменило:
124
1) система искусственного локального освещения со всеми атрибутами
находится в помещении (СП, проводка, обслуживание и т.п.);
2) для обеспечения достаточного уровня естественной освещенности
фонари верхнего света нуждаются в больших отверстиях в перекрытиях, что
ослабляет конструкцию.
Наиболее приемлем вариант, представленный на рисунке 4.1.3.
ИС (2) размещается в верхней части помещения. Световой поток, отра-
жаясь от зеркальных поверхностей (4), проходя через рассеиватели (опало-
вый (7) и перфорированный (5)) попадает во внутрь помещения. Формиру-
ется большой, в данном случае, шестиугольный объем света. Естественный
свет через застекленную (3) верхнюю поверхность проходит тот же путь.
Вся проводка за пределами освещаемого помещения, там же обслужи-
вается ЭО.
Этот вариант предпочтительней:
- улучшаются эстетические качества помещения,
- можно усилить архитектурный эффект цветностью.
2
1 — рассеиватель опаловый
3 — стеклянная поверхность
5 — рассеиватель перфорированный
2 —ИС
4 — зеркальная поверхность
Рис. 4.1.3 Интегральная система освещения на базе фонаря верхнего света.
ИС в куполе
125
Ввод солнечного света в помещение с применением гелиостата и полого
протяженного световода показан на рис. 4.1.4.
Рис. 4.1.4. Система солнечного освещения на базе гелиостата и полого свето-
вода. ИС традиционно
Гелиостат содержит плоское зеркало, защищенное от внешней среды,
улавливает солнечный свет и направляет его по вертикальному световоду в
подвал 3-этажного здания. Внутри помещения свет транспортируется и рас-
пределяется по горизонтальному световоду. Искусственное освещение
обеспечивается традиционным способом.
Световод — алюминиевая труба с нанесенной внутри зеркальной по-
верхностью. Зеркальная поверхность, нанесенная электролитическим спосо-
бом, применяется для коротких световодов. Специальный желтый отлив га-
сит мягко-голубой спектр излучения, создавая, при этом, интенсивное излу-
чение белого света.
Зеркальная поверхность на основе серебра высокой чистоты применяет-
ся для цилиндрических световодов большой протяженности (L/D>10), что
обеспечивает высокий коэффициент отражения (как у многослойных отра-
жающих материалов).
На рисунке 4.1.5 представлен вариант системы с открытыми зеркаль-
ными гелиостатами, имеющими две оси вращения, постоянно ориентиро-
ванные на солнце. Источники искусственного освещения расположены вни-
126
зу, в основании световода. Их световой поток проходит по световоду путь,
обратный прохождению солнечного света, частично уходя в небо.
1 — Зеркало гелиостата
3 — Стекло
5 — Узел крепления
7 — Основание
9 — Перекрытие
11 — Экстрактор
2 — Устройство ввода
4 — Узлы сочленения секции световода
6 — Источники света искусственные (МГЛ), ПРА
8 — Фильтр
10 — С ветовод
12 — Отражатель
Рис. 4.1.5. Система интегрального освещения с гелиостатом ИС внизу
В этой установке световод имеет эллиптическое сечение (65x52 см), а
внутренняя поверхность покрыта призматической пленкой.
Условное число узлов трансформации солнечного света (пропускание, от-
ражение, преломление) — 4 (без учета полных внутренних отражений в пленке).
Этот показатель в некоторой степени характеризует КПД системы. Чем
он меньше, тем меньше потери и выше КПД при прочих равных условиях.
Экстрактор предназначен для разделения путей солнечного света (свер-
ху) и искусственного света (снизу). ИС — 4 металлогалогенные лампы.
На рисунке 4.1.6 представлены варианты интегральных систем, в свете
изложенных ниже принципов.
Солнечный свет принимается гелиостатом (1), через переходное уст-
ройство (2) передается на светораспределяющее устройство (3).
Второй вариант отличается наличием вертикального световода (4).
127
2 — Переходное устройство с ИС
4 — Световод (цилиндр)
1 — Гелиостат
3 — Светораспределяющее устройство
Рис. 4.1.6. Интегральная система освещения высоких одноэтажных зданий и под-
земных помещений. ИС в переходном устройстве
ИС размещены в переходном устройстве. Светораспределяющее уст-
ройство в виде плоских световодов. По форме это могут быть светящиеся
диски, квадраты, прямоугольники, полосы и т.п.
Тенденция превращения солнечного света в новую отрасль промыш-
ленности овладевает профессионалами-светотехниками. Назрел момент пе-
рейти от экспериментов и демонстраций к серийному производству.
Рассматриваются три идеи интегральных устройств в аспекте их ис-
пользования:
1) для высоких одноэтажных зданий,
2) для подземных помещений,
3) для помещений в широких зданиях, остекленных по периметру.
Все эти идеи базируются на следующих принципах:
1) использование простейших герметичных гелиостатов (без открытых
оптических систем), что применимо в индустриальной зоне;
2) использование для транспортирования и перераспределения солнеч-
ного света универсальных (одних и тех же) устройств;
3) минимальное число «узлов оптической трансформации света»;
4) вынесение из освещаемых помещений электрических узлов и сетей,
требующих обслуживания в процессе эксплуатации;
5) исключение поступления тепла (от солнца и ламп) в освещаемое по-
мещение, что снизит мощность кондиционеров (экономия);
6) уменьшение размера отверстий в конструкциях для ввода естествен-
ного света.
4.2. Управление освещением
В настоящее время управление ОУ возможно следующими способами:
1) местными выключателями различного исполнения (в небольших по-
мещениях);
2) аппаратами, установленными на щитках (в крупных помещениях);
3) дистанционное централизованное управление (на больших площа-
дях), применяется как ручное диспетчерское, так и автоматическое (по про-
грамме или уровню освещенности) управление.
«Коридорные» схемы
Способ управления ОУ определяется схемой управления.
Следует назвать некоторые из них. В протяженных помещениях наибо-
лее удобны «коридорные» схемы, позволяющие управлять с любого входа
независимо от положения аппаратов управления у других входов.
На рисунке 4.2.1 представлена такая схема управления ОУ из двух мест.
Аппараты управления — переключатели на 2 положения (без нейтрального)
у каждого входа (П1 и П2). Каждым из них можно включать и выключать
освещение в помещении.
На рисунке 4.2.2 представлена схема управления ОУ с транзитной фа-
зой из двух мест. Это разновидность «коридорной» схемы только на 2 входа.
Она характерна тем, что фазный провод всегда и на всем протяжении нахо-
дится под напряжением. Это позволяет использовать его для питания другой
нагрузки.
На рисунке 4.2.3 представлена схема управления ОУ из трех мест. У
крайних входов переключатели на 2 положения (без нейтрального), а про-
межуточный (П) — двухполюсный (без нейтрального положения). Такая
схема может быть применена для любого количества промежуточных вхо-
дов, но у каждого промежуточного входа устанавливается двухполюсный
переключатель (П) без нейтрального положения.
На рисунке 4.2.4 представлена схема управления ОУ с большой нагрузкой.
Недостатком «коридорных» схем является двойной расход проводнико-
вого материала, что сказывается на потере напряжения в протяженных ли-
ниях с большой нагрузкой.
Для устранения этого недостатка рекомендуется схема с реле промежу-
точным (РП), которое управляется по «коридорной» схеме (ГТ 1 и П2) или от
отдельного переключателя (П).
Если ЭСН ОУ от 3-фазной системы с «нулем», то вместо РП применяет-
ся контактор или магнитный пускатель трехполюсные, а нагрузка распреде-
ляется по трем фазам с наибольшей равномерностью.
5 Освети тельные установки промышленных и гражданских объектов
129
Рис. 4.2.1. Схема управления ОУ из 2 мест
П
П1
Фаза 1 2
П2
1 2
Рис. 4.2.3. Схема управления ОУ из 3 мест
П П1 П2
130
Принципиальные электрические схемы ДУ ОУ
А. Принципиальная электрическая схема ДУ ОУ на переменном
токе (рисунок 4.2.5).
Назначение. Предназначена для ДУ освещением, защиты цепей питания
и управления, сигнализации состояния.
Основные элементы.
ПМ — пускатель магнитный, для подключения к сети ГЩ или СП,
включает:
КЛ — контактор линейный.
РТ — реле тепловое.
ИУ — избиратель управления,
Кн.В, Кн.О — кнопки «включено», «отключено»,
Пр — предохранитель, для защиты цепи управления от токов КЗ.
ЩП — щит питания, для ввода и переключения питания («рабочее» и
«аварийное»), включает:
РПР, РПА — реле питания «рабочего», «аварийного»,
ЛС — лампы сигнальные питания «рабочего», «аварийного».
ПД — пульт диспетчера, для ДУ и контроля состояния, включает:
В — выключатель (тумблер) для ДУ ПМ,
ЛС 1 — лампа сигнальная о состоянии ПМ,
Пр1 — предохранитель, для защиты цепи ДУ ПМ.
Органы управления.
ИУ, Кн.В, Кн.О — избиратель управления («местное»-«дистанцион-
ное»), Кн. «включено», Кн. «отключено» в ПМ;
В — выключатель (тумблер) для ДУ ПМ в ПД.
Режимы управления
«местное» — от Кн.В и Кн.О с ПМ при ИУ — «м»,
«дистанционное» — от В (тумблер) на ПД при ИУ — «д».
Работа схемы.
• Исходное состояние. Поданы все виды питания (А|, Ар|, Аа|), ИУ
Засвечена ЛС — «рабочее».
«м»
КЛ|
ДУ — основное, ИУ — «д»
- подключается к сети ГЩ или СП (КЛ: Г. .3);
- становится на самопитание (КЛ: 4);
Примечание
- засвечивается ЛС1 «включено» (КЛ: 5).
Для включения других ПМ выполнить операции анало-
гично.
В1
«О»
отключение.
131
3 ~ 380 В, 50 Гц
Л/ АВС
f f f f
1 ~ 220 В, 50 Гц
Фаза N
220 В, 50 Гц
Фаза
ПМ 1
щп
Ар
ЛС - «Рабочее» ЛС - «Аварийное»
а
_ Кн.О Кн.В
Пр пг
ИУ
м д РТ1 РТ2
РПА:2
РПР:2
КЛ:1...3
РТ2
к ГЩ или СП
КЛ:4
КЛ:5
К последнему
ПМ I
РПР
РПА
РПР:1
РПА:1
' ЛС1 - «Включено»
ПД
В1
| ПР1
ЛС/V - «Включено»
; ВЛ/
о
Пр Л/
Рис. 4.2.5. Схема ДУ ОУ на переменном токе.
1 ~ 220В, 50 Гц
Фаза /V
\Ар
3 - 380В, 50 Гц
к ГЩ или СП
ПМ1
РТ1 РТ2
РП
К последнему
ПМ
~ 220В, 50 Гц
Фаза
РПР:2
РПР РПА
РПА:1
А1
ЛСЛ/ «Включено»
АЛ/
= 60 В
щп
ЛС «Рабочее» । ЛС «Аварийное»
РПА:2
РПР1
ЛС1
«Включено»
Рис. 4.2.6. С \ема ДУ ОУ на выпрямленном токе
• Аварийное переключение питания
РПР],
- собирается цепь р^д
и засвечивается ЛС «аварийное»
(РПР: 2),
- размыкается цепь (фаза) рабочего питания и гаснет ЛС
«рабочее» (РПР: 1),
- собирается цепь (фаза) аварийного питания (РПА: 1),
- блокируется цепь
РПР
(РПА: 2).
• Защита, блокировки
А — от токов КЗ силовой сети,
Ар, Аа — от токов КЗ сети ДУ,
Пр — от токов КЗ цепей управления.
Взаимно блокируются цепи
рпр;
и РПА (РПА: 2 и РПР: 2),
причем сначала включать Ар, а затем Аа.
• Сигнализация
ЛС «рабочее» — наличие «рабочего» питания.
ЛС «аварийное»
ЛС1 «включено»
наличие только «аварийного» питания,
включена линия
ПМ1
(ГЩ и СП).
• Питание
3-380 В, 50 Гц — силовая сеть осветительная,
1-220 В, 50 Гц — сеть ДУ,
1-220 В, 50 Гц, Уф — цепи управления ПМ.
Б. Принципиальная электрическая схема ДУ ОУ на выпрямленном
токе (рисунок 4.2.6).
По структуре схема аналогична схеме рисунка 4.2.5, но есть некоторые
особенности:
Вп — выпрямитель с выходом 60 В,
РП — реле промежуточное на выпрямленном токе,
Цепи ДУ ОУ от ПД на выпрямленном токе.
Такая схема рекомендуется для управления наружным освещением.
Ее достоинством является возможность использования свободных жил
(«пар») телефонных многожильных кабелей.
Телефонные кабели могут использоваться только в цепях постоянного
(выпрямленного) тока малого напряжения.
134
«Каскадная» схема управления (рисунок 4.2.7)
Предназначена для протяженных линий наружного освещения.
1 секция 3 секция
1 секция
2 секция
1БУ
2 БУ
ЗБУ
ПУ — пульт управления
БУ — блок управления
Рис. 4.2.7. «Каскадная» схема управления наружным освещением.
Команда на включение I БУ подается с центрального ПУ. включается 1
секция. Далее, каждая секция, включаясь, вызывает включение следующей.
Достоинством «каскадной» схемы является существенное сокращение про-
тяженности цепей управления.
Применение программного управления или по уровню освещенности
автоматизирует управление наружным освещением.
Система управления освещением (СУО)
В мире становится модным регулирование освещения в течение дня с
тепло-белых тонов (утром) до холодно-белых (конец рабочего дня), что спо-
собствует «стабильной бодрости персонала».
Такая СУО должна решать двойную задачу:
- повышение комфортности освещения.
- обеспечение экономии ЭЭ.
Современная СУО отвечает следующим требованиям:
- обеспечение постоянного уровня освещенности на рабочем месте,
- возможность регулирования освещенности с рабочего места,
- учитывать присутствие персонала в помещении,
- учет временного фактора (время года, день недели, время суток).
Структурная схема системы управления освещением представлена на
рисунке 4.2.8.
Для взаимного единого взгляда разработчиков и производителей на ре-
гулируемые ЭПРА разработан стандарт на единую систему цифрового про-
граммируемого управления освещением.
Управляющими сигналами аналоговых СУО являются сигналы в виде
напряжений постоянного тока в диапазоне от 0 до 10 В, которые изменяют
световой поток лампы.
135
Рис. 4.2.8. Структурная схема СУ О
Основные элементы СУ О.
- Датчик освещенности (1). Используется любой светочувствительный
прибор (фотодиод или фоторезистор). Устанавливается на рабочем месте и
регулирует световой поток лампы.
Условие регулирования — уровень освещенности суммарный (естест-
венный и искусственный) должен быть постоянным и соответствовать за-
данному. Поддерживаемый уровень освещенности задается при установке
датчика.
- Датчик присутствия персонала (2). Предназначен для формирования
сигнала на отключение светильников при отсутствии людей в помещении с
заданной выдержкой времени.
- Датчик времени (3). Предназначен для учета фактора времени и фор-
мирования сигнала в блок управления (5).
- Ручное управление (4). Блок предназначен для изменения светового
потока ОУ по желанию самого работающего. Ввод управляющего сигнала
возможен дистанционно с пульта управления (ПУ) с помощью инфракрас-
ных излучателей или с места с помощью потенциометров, установленных
рядом с выключателями.
- Блок управления (5). Предназначен для формирования и выдачи ре-
зультирующего управляющего сигнала от всех каналов в ОУ (6) на испол-
нение.
Вариант с «цифровым» управлением может:
- выполнять программирование освещения в помещении,
- осуществлять адресное управление светильниками,
- сохранять в памяти заданный уровень освещенности и обеспечивать
его при повторном включении,
- передавать информацию о неисправностях на управляющие блоки.
В настоящее время выпускаются и пользуются большим спросом ЭПРА,
работающие как с аналоговыми, так и с цифровыми СУО.
Для этой цели разработаны «контроллеры» для преобразования сигна-
лов от аналоговых датчиков в цифровую форму.
Например, один такой «контроллер» может обеспечить работу до 64
ЭПРА, программируя 4 различных вида освещения, то есть 4 группы.
136
Особенность управления. Требуется прокладка отдельной двухпровод-
ной управляющей сети 10 В постоянного тока.
За рубежом прокладка такой сети обязательна, так как по проводам этой
сети управляют не только освещением, но и другими системами (кондицио-
нирование, пожарная сигнализация и т.п.).
Создание ЭПРА и СУО положило начало широкому внедрению элек-
троники в светотехнику, повышению качества осветительных приборов и
экономии ЭЭ.
Безэлектродные ЛЛ и применение интегральных микросхем
Для питания безэлектродных ЛЛ необходим генератор электромагнит-
ных колебаний высокой частоты (ВЧ).
Этот генератор вырабатывает ток ВЧ, который питает электрический
разряд. Генератор работает на частоте 230 кГц.
Разрядная трубка Л Л наполнена аргоном и парами ртути. Давление па-
ров ртути поддерживается на нужном уровне благодаря применению амаль-
гамы ртути.
Небольшие кусочки амальгамы ртути находятся вблизи ферритового
стержня, что способствует быстрому зажиганию электрического разряда.
Блок-схема генератора ВЧ-колебаний представлена на рисунке 4.2.9.
1 — фильтр (Ф)
2 — выпрямитель мостовой (ВП)
3 — блок управления коэффициентом мощности (cos(p)
4 — преобразователь напряжения (ПН)
Рис. 4.2.9. Блок-схема генератора ВЧ-колебаний
Микросхема НУ 4502. Предназначена для обеспечения светорегулиро-
вания изменением частоты преобразователя напряжения.
Микросхема HY 4501. Предназначена для обеспечения работы схемы в
широком диапазоне напряжений (от 170 до 250 В).
Такие микросхемы в устройствах безэлектродных Л Л заменяют сотни
дискретных элементов и имеют малую стоимость.
Опыт эксплуатации безэлектродных Л Л с применением микросхем по-
казал:
- безэлектродные ЛЛ имеют хорошие световые характеристики,
137
- возможность светорегулирования,
- срок службы больше, чем у традиционных.
В новых ОУ такие лампы являются наиболее эффективными. Они име-
ют хорошую перспективу, так как успешно разрешимы недостатки, связан-
ные с наличием электромагнитного излучения и высокой стоимостью.
4.3. Экология и энергосбережение в светотехнике
Европейская комиссия (ЕК) является ведущей в области нормирования
экологически чистой и энергоэффективной светотехнической продукции.
Главная цель ЕК — это выполнение «Программы Европейского Союза
(ЕС)» по защите окружающей среды от вредного влияния электротехниче-
ской продукции до 2010 г.
Наглядное представление о направлениях деятельности ЕК, начиная с
2002 г., дает блок-схема (рис. 4.3.1).
Выделены три основных приоритетных направления:
• Климатическое. Оно состоит в уменьшении выбросов углекислого газа
(СОэ) на объектах электротехнической индустрии.
Планируется уменьшить выбросы СОэ по сравнению с 1990 г. до 8% в
2010 г., пересмотреть нормирование в светотехнике с целью увеличения
энергоэффективности (15% всей мировой ЭЭ используется в светотехнике).
• Окружающая среда. Оно состоит в ограничении использования вред-
ных веществ в светотехнической промышленности.
• Утилизация. Оно состоит в обеспечении безопасности при переработке
отходов и ответственности изготовителей продукции.
Новая классификация ПРА для ЛЛ по энергоэффективности представ-
лена в Таблице 4.3.1.
Таблица 4.3.1. Классификация ПРА для ЛЛ по энергоэффективности
Класс ПРА । Характеристика потерь балласта Дополните.!ьные сведения
А1 А2 АЗ Регулируемые С уменьшенными поте- рями Со средними потерями электронные Разрешено применение во всех странах. (Директива 2000/55/ЭК)
В1 В2 D 1 С очень низкими поте- рями С низкими потерями Со средними потерями С очень высокими поте- рями магнитные Запрещены Европейской Ко- миссией в странах Европей- ского Союза после 2005 г. (Директива 2000/55/ЭК)
Рис.4.3.1. Блок-схема составных элементов деятельности Европейской Комиссии (ЕК)
Перспективы развития светотехнической промышленности сведены к
трем ключевым направлениям:
• Разработка и производство нового, высокоэффективного источника
света — светодиода (СД).
• Оптимизация структур световодов.
• Создание высокотехнологичных материалов для поверхностей.
Все программы энергосбережения в настоящее время в светотехнике
основаны на производстве КЛЛ (компактных люминесцентных ламп) и ис-
пользовании их вместо ЛН, электронных ПРА — для разрядных ламп (РЛ) и
переходе на использование тонких ЛЛ типа Т5.
У нас в стране за 5 лет (с 2001 по 2006 г.) потребление ЭЭ возросло в
2,5 раза, пересмотрена программа ввода новых генерирующих мощностей с
23 до 41 тыс. МВт.
Энергообеспечение для дальнейшего развития является определяющим.
Для сравнения, только в 2006 г. в КНР введено 103 тыс. МВт.
Чем больше энерговооруженность, тем больше загрязняется окружаю-
щая среда.
Истина в разумном сочетании новых мощностей и снижении потребле-
ния ЭЭ за счет эффективного и экономного использования электроприемни-
ков (в том числе ОУ).
Для сравнения, на создание 1 кВт новых генерирующих мощностей тре-
буется от 1000 до 3000 условных ед., а на экономию 1 кВт мощности ОУ —
200.. .250 условных ед.
Запрет применения ИС со световой отдачей ниже 20 лм/Вт (это ЛН,
КПД 5...8 %) и использование КЛЛ во всех странах мира снизит потребле-
ние ЭЭ на величину 5 ежегодным потребностям Австралии.
Одна из проблем общества — эго преодоление общей опасности эколо-
гической катастрофы. Развитие экономики на базе «грязных» технологий
приведет к чрезмерным затратам на ликвидацию последствий разрушения
биосферы.
В России сейчас наблюдается ухудшение демографических показателей,
так, например, средняя продолжительность жизни японцев — 81 год, росси-
ян — 60 лет.
Основной загрязнитель окружающей среды в России — это предпри-
ятия ТЭК (тепло-энергетического комплекса):
- 48 % выбросов вредных веществ,
- 27 % загрязненных стоков,
- 30 % твердых отходов,
- 70 % объема парниковых газов (по СНГ),
- 72 % выделение оксидов азота (по СНГ).
Вклад предприятий электроэнергетики около 6106 т в год выбросов
вредных веществ.
140
Следовательно, радикальное снижение загрязнения — это уменьшение
энергопроизводства, что не приемлемо для общества.
Экологического и экономического эффекта без ущемления интересов
общества можно достичь внедрением повсеместного энергосбережения.
Эффективное использование энергии должно стимулироваться на всех
уровнях хозяйствования и законодательства.
Например, в планах РАО ЕЭС России приоритетным было наращивание
энергомощностей (АО «Томскэнерго»), а в Западных странах поощряются
любые мероприятия по снижению производства ЭЭ.
Потребление ЭЭ ОУ в жилом секторе по России составляет 24 %
(25,9 млрд. кВт ч) от общих расходов на освещение.
Если заменить ЛН на КЛЛ, то возможно снижение потребления ЭЭ в 4
раза (экономия составит 19,4 млрд. кВт ч). Эта цифра, для сравнения, соиз-
мерима с годовой выработкой ЭЭ Саяно-Шушенской ГЭС или потреблени-
ем ЭЭ Томской и Омской областями, вместе взятыми.
Более дальняя перспектива принадлежит светодиодам (СД), например,
применение СД (С - 150 лм/Вт) в общем освещении позволит снизить долю
потребления ЭЭ в ОУ в 10 раз.
Стратегическая программа России предлагает:
• Сократить производство и применение ЛН, малоэффективных ДРЛ и
ЭмПРА.
• Всемерно и быстро увеличить применение КЛЛ и ЛЛ типа Т5 с ПРА.
• Основной упор на разработку и производство высокоэффективных СД
и СП с ними, применение в проектах освещения.
Документом, регламентирующим качественные и количественные ха-
рактеристики освещения на территории России, является СНиП 23-05-95.
Его положения слабо ориентированы на энергосбережение. Так территори-
альные строительные нормы (ТСН) на освещение не учитывают применение
энергоэкономичных источников света. Это приводит к распространению
энергорасточительных проектов освещения общественных зданий.
Основные отличия ТСН от СНиП 23-05-95 заключаются в ужесточении
требований энергосбережения в системах освещения. При этом должна со-
блюдаться социальная направленность (благоприятные условия труда и от-
дыха, комфорт световой среды обитания).
4.4. Проектирование и эксплуатация
• Поправочные коэффициенты
Появление новых ИС (ГЛН, КЛЛ, МГЛ), ОП (совмещенных с системой
вентиляции), средств контроля и управления, систем кондиционирования
требует внесения поправок при проектировании ОУ.
141
Факторы, влияющие на энергоэкономичность и действующие одновре-
менно, можно учесть с помощью коэффициентов (Таблица 4.4.1).
• Коэффициент эксплуатации (Кэкс.) — это отношение средней освещен-
ности на рабочей поверхности в контролируемый момент эксплуатации
(Еср) к начальной средней освещенности (Ео).
Таблица 4.4.1. Коэффициенты, введенные в 2005 году МКО
Наименование и условное обозначение коэффициентов по МКО Выражение | i (формула) '
Коэффициент экс- плуатации V* MF Maintenance Fac- tor g- ° n
Коэффициент выжи- ваемости ламп Кв, LSF Lamp survival fac- tor K _N, • - N.
Коэффициент спада светового потока лам- пы и 1Хсп,п LLMF Lamp lumen Main- tenance factor к, = -
Коэффициент старе- ния светильника Кс,с LMF Luminaire mainte- nance factor h~ ; k t (<6) ^o(cb)
Коэффициент старе- ния поверхностей по- мещения кС1,п RSMF Room surface maintenance factor Pt =Po • 1 J —— - • -- - — J
Он учитывает действие всех 4 факторов.
• Коэффициент выживаемости ламп (Кв.л) — это отношение количества
работающих ламп в контролируемый момент (Nt) к общему количеству
ламп ОУ (No). Таблица 4.4.2.
• Коэффициент спада светового потока лампы (Ксп п) — это отношение
светового потока в контролируемый момент (Ф1) к начальному световому
потоку (Фо). Таблица 4.4.3.
• Коэффициент старения светильника (Кетс) — это величина, учиты-
вающая ослабление светового потока светильника от загрязнения его отра-
жающей поверхности. Таблица 4.4.4.
• Коэффициент старения поверхностей помещения (КСТЛ1) — это величи-
на, учитывающая изменение коэффициентов отражения от потолка, стен и
пола в процессе эксплуатации ОУ. Таблица 4.4.5.
В любой момент времени можно оценить изменение коэффициента от-
ражения по формуле:
142
Таблица 4.4.2. Коэффициент выживаемости ламп (Квл)
Вид лампы Время горения, тыс. час Дополнительные сведения
0,1 1 2 4 8 12 16 20
ГЛН 1 ,00 0,78 0,50 — — — —
ЛЛ с ЭПРА 1 ,00 1,00 1,00 1,00 0,98 0,97 0,90 0,50
КЛЛ 1 ,00 0,99 0,98 0,97 0,86 0,30 — —
МГЛ 1 ,00 0,99 0,98 0,97 0,86 0,73 0,62 0,50
Таблица 4.4.3. Коэффициент спада снегового погона (КС1111)
Вид лампы Время ropei шя, тыс. час Дополнительные сведения
0,1 1 2 4 8 12 16 20
ГЛН 1,00 0,97 0,95 — — — — —
Л Л с ЭПРА 1,00 0,98 0,97 0,93 0,90 0,90 0,90 0,90
КЛЛ 1,00 0,97 0,94 0,91 0,87 0,82 —
мгл 1,00 0,95 0,90 0,87 0,79 0,63 0,57 0,50 ।
Таблица 4.4.4. Коэффициент старения светильника (КС1С)
Класс светильника Продолжительность эксплуатации, годы
0 0,5 1,0 ,5 2,0 2,5 3, 0
Классы загрязнения помещения
Лю бые VC N D VC N D VC N D VC N D VC т N D VC N D
А .. 0,98 0,95 0,92 0,88 0,96 0,93 0,89 0,83 0,95 0,91 0,87 0,80 0,94 0,89 0,84 0,78 0,93 0.87 | 0.82 0,75 0,92 0,85 0.79 0,73
в 1 0,96 0,95 0,91 0,88 6,95 0,90 0,86 0,83 0,94 0,87 0.83 0,79 0,92 0,84 0,80 0.75 0,91 0,82 {0,76 0,71 0,89 0.79 0.74 0,68
1 0,95 0,93 0,89 0,85 0,94 0,89 0,81 0,75 0,93 0,84 0,74 0,66 0,91 0,80 0,69 0 0.89 0.77 0.64 0.54 0,87 0,74 0,61 0.52
D 1 0,94 0,92 0,87 0,83 0.94 0,88 0,82 0,77 0,93 0,85 0.79 0,73 0,91 0,83 0,77 0,71 0,90 0.81 0,75 0,68 0,89 0,79 0,73 0,65
Е 1 0,94 0,96 0,93 0,91 0,96 0,94 0,90 0,86 0,92 0,92 0,88 0,83 6,93 0,91 0,86 0,81 0.92 0,90 0,85 0,80 0,92 0,90 0,84 0.79 |
F 0,94 0,92 0,89 0,85 0,93 0,86 0,81 0,74 0,91 6,81 0,73 0,65 0,88 0,77 0,66 0.57 0,86 0,73 0,60 0,51 0.85 0,70 0,55 0,45
G 1 1,00 1,00 0,99 0,98 1,00 0,99 0,96 0,93 0,99 0,97 0,94 0,89 0,99 0,96 0,92 0,87 0,98 6.95 0,91 0.86 0,98 0,95 0,90 0,85
ициент старения помещения (КС1П
КоэФЛ
Таблица 4.4.5.
зшг
Коэффициенты отражения потол- ка/стсн/пола Класс загрязнения помещения Продолжительность эксплуатации, годы
0,00 0.50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6.00
очень чис гос — VC 1,00 0,97 0,96 0.95 0.95 0,95 0.95 1 0.95 0,95 0.05 0.95 0,95 0,95
0,8/0,70/0,20 чистое С 1,00 0,93 0,92 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91
нормальней: — N 1,00 0,88 0,86 6,86 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85
загрязненное — - D 1,00 0,81 0,80 0.80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80
очень чистое — VC 1,00 0,98 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97
0,8/0,50/0,20 чистое — С 1,00 0,95 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0.94
нормальное — N 1,00 0,91 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90
загрязненное — D 1,00 0,86 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85
очень чистое — VC 1.00 г 0,99 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 6,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98
0,8/0.3/0,20 чистое — С 1,00 0,97 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96
нормальное — N 1,00 0,94 0,93 0,96 0.96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96
загрязненное — D 1,00 0,91 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90
с
где pt — коэффициент отражения в контролируемый момент, отн. ед.: ро —
коэффициент отражения в начальный момент, отн. ед.; t — время эксплуа-
тации до контролируемого момента, лет; т — постоянная загрязнения (таб-
личная), лет; с — постоянная запыления поверхностей (табличная), отн. ед.
Коэффициенты, учитывающие названные факторы, для практических
расчетов выбираются по таблицам 4.4.2...4.4.5.
Это позволит уточнить коэффициент запаса ОУ (Кча11), который опреде-
ляется соотношением:
зап
экс.
Нововведением является класс светильника «G» (Таблица 4.4.6) и класс
загрязнения помещения «УС» (Таблица 4.4.7).
Таблица 4.4.6. Классификация светильников
Класс СП А в С D Е G (с 2005 г.)
Конструктивные особенности - q Открытый пол- ностью Открытый сверху Закрытый сверху Закрытый полно- стью Пылевлаго- защищенный Закрытый отра- женного света Совмещенный с системой венти- ляции
Таблица 4.4.7. Классы загрязнения помещения.
Обслуживаемые объекты Класс загрязнения помещения Рекомендуемые интер- валы обслуживания
Чистые комнаты, цеха элек- тронной промышленности, больницы, компьютерные по- мещения УС — очень чистое (введен в 2005 г.) i 3 года
Офисы, школы, поликлиники С — чистое
Магазины, лаборатории, скла- ды, рестораны N — нормальное 2 года
Промышленные предприятия (сталелитейные, химические, сварочные, деревообрабаты- вающие) D — загрязненное 1 год I -
145
Установленная удельная мощность при проектировании ОУ
Введение в практику проектирования ОУ удельной установленной
мощности (УУМ) фактически исключает применение ЛН в освещении об-
щественных зданий.
Низкая энергоэффективность ЛН допускает их применение в исключи-
тельных случаях (особые архитектурно-художественные требования) или
при наличии технико-экономических обоснований.
УУМ определяется по формуле:
ЮО 80
уу ~ уб ' 1 5 ' И С ’
'Ice ^ис
где Руу — мощность удельная установленная, Вт/м2; Руб — мощность удель-
ная базовая (табличная), Вт/м2; К3 — коэффициент запаса (нормируемый);
т|св — коэффициент полезного действия применяемого светильника, %;
Сис— световая отдача применяемого ИС, лм/Вт; 100 — условный КПД по-
лезного действия светильника, %; 80 — условная световая отдача ИС,
лм/Вт; 1,5 — условный коэффициент запаса.
Примечание. Формула приведена к освещенности Е = 100 лк.
Максимальные значения УУМ при освещенности 100 лк приведены в
Таблице 4.4.8.
Исследования показали, что ОУ на ЛН проектируются из расчета УУМ
от 30 до 40 Вт/м2 для общественных помещений (школы, вузы, администра-
тивные, коммерческие здания и т.п.), которая превышает УММ, рекомендо-
ванную для ОУ на ЛЛ (Таблица 4.4.8).
Для образовательных учреждений норма освещенности повышена на
одну ступень (с 300 до 400 лк), хотя минимальное значение освещенности
для комфортной работы зрительного аппарата 500 лк.
Потенциал энергосбережения в установках с ЛЛ просматривается фак-
тически в превышении УММ ОУ на ЛН.
Снижен коэффициент запаса (К3) для помещений общественных зданий
с нормальными условиями среды.
Принимается К3 = 1,4 только для ОУ с отраженной системой освещения,
где сильно ощутимо загрязнение поверхностей помещения. Для остальных
помещений К3 = 1,3; т.к. основное влияние оказывает спад светового потока.
Согласно СНиП 23-05-95 допускается снижение светового потока (по-
сле средней продолжительности горения) на 40%, но ГОСТ 6825-91 для ЛЛ
регламентируется спад светового потока (после 70% номинальной продол-
жительности горения) на уровне 30%. Современные зарубежные и Россий-
ские ЛЛ и ПРА имеют больший срок службы и световой поток.
Таким образом, уменьшение К3 позволит снизить установленную мощ-
ность и потребление ОУ ЭЭ на 7%. Сравнительные показатели затрат за
20000 ч. для дешевых отечественных и дорогих импортных ЛЛ приведены в
Таблице 4.4.9.
146
Таблица 4.4.8. Значения базовой (Pv6) и максимальных (PVM)
удельных мощностей общего освещения для Е = 100 лк
Н, м S. м2 р - Г усн ' м р Вт ум, 4Г при значениях К3:
1,3 1,4 1,6 ! 1,7
От 3 до От 15 до 20 6.0 16,6 17,9 20,4 21.7
4 От 21 до 30 4.8 13,3 14,3 16,4 17,4
От 31 до 50 3,9 10,8 1 11,6 13,3 14,1
От 51 до 120 3,5 9,7 10,4 12,0 12,7
От 121 до 300 з,о 8,3 8,9 10,2 10,9
Свыше 300 2,5 6,9 7,5 8,5 9,1
От 4 до От 25 до 35 6,0 16,6 17,9 20,4 21.7
6 От 36 до 50 4,9 13,5 14,6 16,4 17,7
От 51 до 80 3,8 Г 9,1 п,з 13,0 13,8
От 81 до 150 3,4 9,4 10,1 11,6 12,3
От 151 до 400 2,9 8,0 8,6 9,9 10,5
Свыше 400 2 4 6,6 7,2 8,2 8,7
От 6 до От 50 до 65 6,0 16,6 17,9 20,4 21,7
8 От 66 до 90 5,0 13,8 14,9 17,0 18,1
От 91 до 135 4,1 11,4 12,2 14,0 14,8
От 136 до 250 3,5 9,7 10,4 11,9 12,7
От 251 до 500 j 8.6 9.2 10.6 11,2
Свыше 500 1 2.4 J 6.6 J „ ! 7.2 82 8,7
Таблица 4.4.9. Сравнительные показатели затрат отечественной и импортной ЛЛ
Р.Т, Ф.„ произво- дитель Срок службы (ДФт<0,3 Фо), ча- сов Цена, руб./шт. Количество ЛЛза 20000 ч. Стоимость ЛЛ за 20000 ч., руб. Стоимость ЭЭ (тариф 1 руб7 1 'кВт-ч^? руб. Затраты на 20000 ч., руб.
14 Вт, 1350 лм, Германия 20 000 160 1 160 280 440
18 Вт, 1250 лм, Россия 10 000 17 7 34 360 394
Примечания.
1. Данные приведены без учета стоимости работ по замене ламп.
2. Фо — номинальный световой поток, АФТ — снижение светового потока.
В помещениях с использованием приборов ЭВМ коэффициент пульса-
ции не должен превышать 5%, что выполняется только:
- при применении КЛЛ со встроенными и выносными ЭПРА;
- для ЛЛ с ЭПРА;
147
- при питании трех ЛЛ от разных фаз сети (кроме ламп ЛДЦ).
ТСН для ОУ с ЛН ужесточают требования энергосбережения, что при-
водит к снижению гигиенических норм освещенности на 2 ступени (150 лк
вместо 300 лк). По результатам исследований ОУ г. Томска:
- 59 % школ имеют ОУ на ЛН,
- 23 % школ имеют комбинированные ОУ на ЛН и ЛЛ,
- 18 % школ имеют ОУ только с ЛЛ.
Качество освещения нормам не соответствовало в школах 51,3 % (2000 г.)
и 25 % (2001 г.), что является прямым следствием падения зрения учащихся.
Процесс снижения зрения представлен в Таблице 4.4.10.
Таблица 4.4.10. Доля детей с нарушениями зрения.
% от общего числа обследованных
Год Перед поступ- лением в ДЦУ За 1 год до по- ступле- ния в школу Перед поступ- лением в школу В кон- це 1-го года обуче- ния Переход к предметам обучения (4-5 клас- сы) В воз- расте 15 лет Перед окончанием школы
1997 3,1 4,8 6,6 8,7 12,9 15,5 17,5
1999 3,4 6,7 7,2 10,8 12,4 15,2 15,3
2001 3,0 5,5 8,0 10,6 12,7 16,3 19,0
Примечание'. ДДУ - детские дошкольные учреждения.
При полном введении территориальных строительных норм по г. Том-
ску экономия ЭЭ на освещение составит:
- в ОУ наружного освещения — 40% (2,7 ГВтч/год) или 2,214 млн.
руб./год,
- в ОУ внутреннего освещения — более 50% (698 ГВт ч/год) или 572,36
млн. руб./год.
Кроме того, экономия ЭЭ эквивалентна сокращению ежегодных выбро-
сов в атмосферу:
- более 560 тыс. тонн углекислого газа,
- около 144 тыс. тонн оксидов углерода и серы.
Энергоэффективность и эргономичность ОУ
В соответствии с Европейским проектом стандарта «Оценка энергети-
ческих затрат на освещение» введен показатель потребления энергии на ос-
вещение — ПЭнер (the Lighting Energy Numenic Indicator - LEN1).
W кВт -ч/г
ПЭнер = --------
У м
148
где WOCB — годовая потребность ЭЭ на освещение, кВт-ч/г.; S — площадь
освещаемой поверхности, м\
Кроме того, разработан показатель эргономичности освещения — ПЭрг
(the Ergonomic Lighting Indicator — ELI).
ПЭрг — показатель эргономичности, учитывает эргономические требо-
вания к освещению по европейскому стандарту «освещение рабочих мест».
Показатели качества освещения приведены в Таблице 4.4.11.
Таблица 4.4.11. Показатели качества освещения
Показатели качества
Характеристика по соответствующим стандартам г Освещенность
Ограничение слепящего действия
Низкая яркость !
Внешний вид Г ' । Пространство
Цвет
Содержание показателя
Должный уровень горизон-
тальной освещенности (под-
держиваемый в ходе эксплуа-
тации ОУ)
Ограничение прямой блеско-
; сти (обобщенный показатель
|
дискомфорта UGR<19)
Во избежание отражений на
I экранах компьютеров:
I L65J<1 ООО кд/м"
Яркое, открытое и «дружест-
венное» пространство
Комфорт
Тени
Естественные цветовая темпе- 1
ратура и цветопередача I
। Мягкие тени: ни слишком рез- i
! кие. ни слишком расилывча
Моделирование Цилиндрическая освещен- ! ность, качественное освеще- ние лиц
Эмоции Светораспределение Архитектурное освещение поверхностей и объектов в помещении
Предпочтение Персональное предпочтение световой сцены
Индивидуальность «Свой собственный» свет Индивидуально регулируемое освещение. Индивидуальное пользование выключателями
Индивидуальное регулиро- вание Освещение, выбираемое по индивидуальному предпочте- нию I
Указанные показатели чаще других используются в практике освещения
и наглядно характеризуют эргономическую ценность ОУ.
149
Показателем эффективности ОУ является отношение ПЭнер/ПЭрг. Чем
меньше эта величина, тем лучше сбалансированы энергетическая эффектив-
ность и эргономическое качество ОУ.
Эксперимент показал, что наилучшие отношения там, где в ОУ макси-
мально сочетается использование естественного освещения и разумной эр-
гономичности.
Измерения энергопотребления проводились в помещениях площадью
по 16 м2 на трех уровнях в течение всего года.
Полученные результаты представлены в табличной форме.
Уровень ПЭнер/ПЭрг Дополнительные сведения
традиционная ОУ сбалансированная ОУ
1 этаж 4.52 3.66 Обращается внима-
2 этаж 2.75 1.12 ние на различное
3 этаж 3.38 1.32 значение показателя
Эксплуатация ОУ внутреннего освещения (новая публикация
МКО)
Все ОУ внутреннего освещения в процессе использования по назначе-
нию с течением времени ухудшают свои качественные показатели. При про-
ектировании ОУ надо учитывать эти изменения и поддерживать на норми-
руемом уровне при эксплуатации.
Эксплуатация — это чистка оборудования и замена ламп, которые
должны производиться квалифицированными специалистами, анализирую-
щими результаты обслуживания.
Обслуживание — это замена вышедших из строя элементов ОУ, выпол-
няемая всегда квалифицированными специалистами.
На рисунке 4.4.1 представлена программа эксплуатации ОУ с равными
интервалами обслуживания.
J--1--i_!__I__I_I__I__i_I
1 234567 89 10
Время эксплуатации (t3), годы
Рис. 4.4.1. Программа эксплуатации ОУ с равными интервалами обслуживания
150
В этом случае чистка ОП и замена ИС производится через равные про-
межутки времени.
Оптимальный интервал между чистками ОП будет при условии, что
стоимость потерь на освещение равна стоимости чистки.
Из графика Е = F(t3, годы) следует, что эксплуатация ОУ с равномерным
интервалом 2 года позволяет поддерживать освещенность на нормируемом
уровне в течение 10 лет.
При 2-годичном интервале выполняются мероприятия:
1) замена отражателей и ламп, вышедших из строя;
2) протирка поверхностей и оборудования в помещении сырой ветошью
с использованием слабого раствора моющих средств;
3) мытье алюминиевых отражателей теплой, затем холодной водой,
просушка;
4) протирка поверхности ламп сырой ветошью с использованием слабо-
го раствора моющих средств:
5) проверка «Е» на соответствие Енорм. = 0,9-Ео.
Предполагается, что по истечении 2 лет Едоп = 0,7-Ео, а после выполне-
ния мероприятий освещенность повышается до Е = 0,9-Ео.
При 6-годичном интервале выполняются мероприятия:
• по позициям 1 ...4 при 2-годичном интервале,
• утилизация и демеркуризация (удаление вредных веществ) ламп,
• мытье или замена поверхностей в помещении,
• проверка освещенности на соответствие Енорм. = Ео.
Применение ИС и ПРА с очень большим сроком службы, а также ОП,
совмещенных с системами кондиционирования (самоочищающихся), увели-
чивает интервал между чистками.
Все это влияет на коэффициент эксплуатации (Кэкс) ОУ.
При заведомо плохой эксплуатации, в период проектирования мощ-
ность ОУ завышается на 30...40%, что учитывается коэффициентом запаса
(Кзап). Правильно организованная эксплуатация уменьшает этот перерасход.
На рисунке 4.4.2 представлена программа эксплуатации ОУ с неравно-
мерными интервалами обслуживания.
Такую программу целесообразно применять при условии, что стоимость
ОУ и электроэнергии значительно выше затрат на обслуживание.
Из графика Е = F(t3) следует, что 2 чистки выполняются на втором году
эксплуатации, 2 — на третьем, пятая — в начале четвертого, а шестая — в
начале пятого.
Примечание — во время пятой чистки производится смена ламп и чист-
ка поверхностей помещения, что обеспечит уровень освещенности Ео.
Критерием для выполнения чисток является снижение уровня освещен-
ности на 20%, до Едоп = 0,8-Ео.
Учитывая «нововведения» МКО (степень загрязнения помещения —
VC, тип светильника — G) можно предложить новые обоснованные циклы
эксплуатации (Таблица 4.4.12).
151
Рис. 4.4.2. Программа эксплуатации ОУ с неравномерными
интервалами обслуживания
Таблица 4.4.12. Минимальные интервалы времени чистки светильников
1 Тип светильника Интервалы чистки
3 года 2 года 1 ГОД
Степень загрязнения
VC и С N D VC и С N D \/T(Z и С N D
А, открытый пол- ностью
В, открытый сверху
С, закрытый сверху С - Л
D, полностью за- крытый IP2X С 1
Е, пылевлагоза- щищенный IP5X
F, закрытый отра- женного света с
G, совмещенный с системой венти- ляции
означает, что чистка светильников выполняется только в помещении со степе-
нью загрязнения «С».
Данная таблица позволяет выбрать интервал обслуживания ОУ с учетом
типа светильника и степени загрязнения помещения.
152
Так, например, явные преимущества при обслуживании имеют светиль-
ники типа «G» (1 раз в 3 года).
Определение среднего срока службы ЛЛ
Срок службы лампы (продолжительность горения) — это суммарное
время ее горения до момента прекращения использования.
Выделяется 3 характерных параметра по времени:
tn — полный срок службы (от начала эксплуатации до полной потери
работоспособности), час;
tncwi. — полезный срок службы (от начала эксплуатации до момента це-
лесообразного использования), час;
tcp. — средний срок (до перегорания 50% ламп ОУ), час.
Способ определения среднего срока службы ламп (tcp.) представлен на
рисунке 4.4.3.
t3KCn.T — время эксплуатации лампы, час.
Рис. 4.4.3. Определение среднего срока службы ламп
Некоторые лампы (например, КЛЛ) имеют встроенную пуско-
регулирующую аппаратуру (ПРА), что приводит к выходу из строя всего
комплекса «лампа-ПРА». Однако, большинство разрядных ламп имеет вы-
носные ПРА: магнитные или электронные.
На срок службы ЛЛ значительно влияет число включений-выключений.
Т.к. в течение суток световой поток изменяется, целесообразно управлять
моментами включения и отключения ОУ, что увеличивает срок службы ИС.
Это достигается с помощью управляемых ЭПРА. В Таблице 4.4.13 пред-
ставлены сравнительные данные сроков службы Л Л с электромагнитными
(ПРА) и электронными (ЭПРА) балластами.
Как видно из таблицы срок службы ЛЛ с ЭПРА больше, чем ЛЛ с ПРА.
153
Таблица 4.4.13. Зависимость срока службы ЛЛ от числа циклов «вкл.-откл.»
Циклы включений Высокочастотный электронный бал- ласт — ЭПРА Электромагнитный балласт — ПРА
Программируемый Без програм- мирования Индуктивный Индуктивно- емкостной
12 часов 23 000 ч 19 000 ч 18 000 ч 15 000 ч
8 часов 22 000 ч 17 000 ч 16 000 ч 14 000 ч
3 часа 20 000 ч недоступно 15 000 ч 12 000 ч
1 час 16 000 ч недоступно 12 000 ч 9 000 ч
Гармонические искажения в сети от ИС управляемых элек-
тронными устройствами
При эксплуатации современные ОУ оказывают негативное действие на
питающую сеть и питающиеся от нее потребители ЭЭ.
Важнейшими факторами являются высшие гармоники, искажающие по-
требляемый ток из сети, низкий коэффициент мощности.
Источниками высших гармоник являются:
1) разрядная плазма,
2) насыщение трансформаторов в сетях НН,
3) электронные регуляторы и ограничители напряжения,
4) высокочастотные ПРА,
5) устройства НН для питания ГЛН (электронные трансформаторы).
Например, применение БЛЛ (вместо ЛН), вносит в сеть нарушения:
а) потребляемый ток из сети несинусоидален, coscp = 0,64 (для СД-
ламп — 0,26),
б) содержатся все нечетные гармоники (от ЭПРА),
в) однофазные преобразователи (ПР) имеют высокий уровень третьих
гармоник, которые суммируются в «нулевом» проводе 3-фазной сети и на-
гревают его.
Вывод — В 3-фазных осветительных сетях с 1-фазными ПР сечение
«нулевого» провода должно быть не менее сечения фазного. Превышение
тока в «нулевом» проводе возможно в 1,7 раза, а защита не предусмотрена.
Влияние высших гармоник невелико, если питающая сеть содержит ме-
нее трех фаз; к сети (кроме СП) подключены мощные ЭН-устройства (элек-
троплиты и т.п.).
Представление о влиянии гармоник на ЭО дает таблица 4.4.14, а реко-
мендуемый ограничения — таблица 4.4.15.
154
Таблица 4.4.14. Возможные нарушения в работе электроприемников
Показатели опасности Электроприемники
1. Перегрев при протекании токов высших гармоник Конденсаторы
2. Ложные срабатывания при переключении ПР Электронные блоки
3. Аварийный перегрев токами высших гармоник в обмотках и вихревыми токами магнитопровода Трансформаторы и ЭД
4. Большая потеря напряжения. Поверхностный эф- фект на высокой частоте Линии ЭСН
5. Помехи Связь
6. Ложные срабатывания Реле
7. Нарушения в работе Система ДУ
Таблица 4.4.15. Рекомендуемые ограничения общих гармонических искажений
Устройства к,м.д, %
1. Все осветительные приборы. ЭД и дру- гие устройства, находящиеся на одной шине питания с чувствительной элек- тронной нагрузкой. 2. Все СП с ЛЛ, в том числе с КЛЛ. 15 30
Примечания.
1. Кг.м.д. — коэффициент гармоник максимально допустимый, общий.
2. Для устройств с активной мощностью менее 25 Вт в стандарте ограничений нет
(например, КЛЛ со встроенным ЭПРА).
Заключение
В данной разработке принята попытка объединить на базе общего ос-
вещения материал светотехники нашего времени.
Согласно статистики на освещение тратится до 16% всей вырабатывае-
мой электроэнергии, что является заслуживающим внимания объектом эко-
номии. Это позволит сократить дополнительный ввод энергетических мощ-
ностей.
От качества изделий светотехники зависит экология окружающей сре-
ды, трудовая деятельность и здоровье человека.
Появились большие возможности для создания принципиально новых
источников света, ОУ и систем освещения. Пока они еще «сырые», но пер-
спективные.
Целесообразно в рабочих программах образовательных учреждений от-
разить развитие светотехники и акцентировать внимание ведущих препода-
вателей.
Применение в проектах систем интегрального освещения позволит по-
высить коэффициент естественного освещения до 4% (сейчас КЕО — не
более 2,5%), а качественные энергоэффективные и эргономичные изделия —
способствовать оздоровлению.
Не исключено, что настанет время, когда «Единой мировой валютой бу-
дет кВт-час» (писатель-футуролог А. Кларк).
Литература
1. Кнорринг Г.М. Осветительные установки / Г.М. Кнорринг. — Л. :
Энергоиздат, 1981.
2. Корякин-Черняк С.Л. Справочник домашнего электрика / С. Л. Коря-
кин-Черняк. — 5-е изд. — СПб. : Наука и Техника, 2007.
3. Ревич Ю. Занимательная электроника / Ю. Ревич. — СПб. : БХВ-
Петербург, 2006.
4. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности / Л.А. Се-
на. — М. : Наука, 1977.
5. Справочная книга по светотехнике / под общей редакцией Ю.Б. Ай-
зенберга. — 3-е изд. перераб. и доп. — М., 2007.
6. Цигельман И.Е. Электроснабжение гражданских зданий и комму-
нальных предприятий / И.Е. Цигельман. — 3-е изд. испр. и доп. — М.: ВШ,
1988.
Шеховцов Вячеслав Петрович
Осветительные установки промышленных
и гражданских объектов
Учебное пособие
Редактор 77. ТС. Хромоин
Корректор С. А. Мозолева
Компьютерная верстка С. Ч. Соколовского
Дизайн обложки 77. Родькин
Сдано в набор 12.10.2008. Подписано в печать 23.12.2008.
Формат 70x100/16. Гарнитура Таймс. Печать офсетная. Бумага офсетная.
Усл. печ. л. 12,9. Уч.-изд. л. 13,2. Тираж 2000 экз. Заказ № 1741.
Издательство «ФОРУМ»
101990, Москва-Цеитр, Колпачный пер., 9а
Телефакс: (495) 625-32-07, 625-52-43
E-mail: mail@forum-books.ru
По вопросам приобретения книг обращайтесь:
Отдел продаж издательства «Форум»
101990, Москва-Центр, Колпачный пер., 9а
Тел./факс: (495) 625-52-43
E-mail: natali.forum@mail.ru
Отдел продаж «ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31 в
Тел.: (495) 380-05-40 доб. 252
Факс: (495)363-92-12
E-mail: alit'o/infra-m.ru
Центр комплектования библиотек
119019, Москва, ул. Моховая, д. 16
(Российская государственная библиотека, кор. К)
Тел.: (495)202-93-15
Магазин «Библиосфера» (розничная продажа)
109147, Москва, ул. Марксистская, д. 9
Тел.: (495) 670-52-18, (495) 670-52-19
Отпечатано в ОАО «Тверской Орлена Трудового Красного Знамени
полиграфкомбинат детской литературы им. 50-летия СССР».
170040, г. Тверь, проспект 50 ле г Октября, 46.