Вы здесь

Электрическое освещение

По принципу преобразования электрической энергии в энергию видимых излучений современные электрические источники света делятся на две основные группы: тепловые, к которым относятся лампы накаливания, и газоразрядные — к ним относятся люминесцентные лампы низкого давления и ртутные лампы высокого давления.

Лампа накаливания состоит из стеклянного баллона с вольфрамовой нитью накаливания внутри и цоколя. Электрический ток, проходя через вольфрамовую нить накала лампы, нагревает ее до 2500—2700° С, что вызывает появление светового излучения.

Лампы накаливания общего назначения изготовляют вакуумными (тип В), газополными с моноспиральной нитью накаливания (тип Г) и с биспиральной нитью накаливания (тип БК). Баллоны этих ламп заполняются смесью газов аргона, ксенона, криптона и азота. Смесь снижает распыливание вольфрама нити и увеличивает срок службы лампы.



Средний срок службы ламп накаливания при номинальном напряжении составляет 1000 ч. Световая отдача ламп накаливания равна 7—20 лм/Вт. Световой КПД ламп накаливания 1—3%, т. е. в видимый свет превращается лишь незначительная часть подведенной электрической энергии, а остальные 99—97% превращаются в тепловые потери и невидимые излучения.

На светоотдачу ламп накаливания сильно влияют колебания подводимого напряжения. Так, при увеличении напряжения на зажимах лампы на 5% срок службы ее сокращается вдвое, а световой поток увеличивается на 20%. При увеличении напряжения на 10% срок службы сокращается до одной трети, а световой поток увеличивается на 40%.

Световая отдача ламп растет с увеличением их мощности. При одинаковой мощности световая отдача ламп, рассчитанных на напряжение 127 В, на 10—12% выше, чем у ламп на 220 В.

Лампы изготовляют с резьбовыми (обозначаются буквой Р) и штырьковыми или штифтовыми (обозначаются буквой Ш) цоколями.

В сельском хозяйстве применяют лампы накаливания с колбами, покрытыми изнутри зеркальным (тип ЗН и НЗК) или диффузным (тип НГД) слоем, отражающим свет. Эти лампы целесообразно применять в осветительных установках пыльных помещений, так как оседающая на верхнюю часть лампы пыль не оказывает влияния на ее световой поток.

В настоящее время используют галогенные лампы накаливания. В обычной лампе накаливания вольфрамовая нить накаливания постепенно распыляется и ее частицы оседают на стенках колбы лампы, снижая ее прозрачность. В галогенных лампах внутрь введено небольшое количество иода или брома. Частицы вольфрама, отрываясь от раскаленной нити накаливания, оседают на стенках колбы, где соединяются с йодом или бромом. При этом образуется газообразное соединение — йодид или бромид вольфрама, которое, попадая в зону высоких температур вблизи нити накаливания, вновь распадается на вольфрам и йод (бром). Вольфрам выпадает на нить накаливания, а частицы йода (брома) возвращаются к колбе и вновь принимают участие в цикле.

Срок службы галогенных ламп вдвое больше, чем у ламп накаливания, спектральный состав излучения более близок к естественному, световая отдача на 15—20% больше, размеры этих ламп значительно меньше, чем позволяет существенно уменьшить габариты и массу осветительных приборов. Эти лампы отличаются высокой механической прочностью и нагревостойкостью. Они без последствий переносят обливание холодной водой. Применяют галогенные лампы типов КИ, КГ, КИМ, КГМ, КИО и др.

Ввиду того что сельскохозяйственное производство имеет неравномерное потребление электрической энергии по часам суток, на зажимах электроприемников наблюдаются значительные колебания напряжения. Причем преобладают положительные отклонения от номинального значения. С учетом возможности работы ламп при повышенном напряжении выпускаются лампы, рассчитанные на напряжение 235 В, которые при нормальном напряжении имеют световой поток на 6—8% ниже, чем у обычных ламп, а срок службы их длиннее в два раза.

Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, запаянную с обоих концов. У концов лампы внутри впаяны спиральные вольфрамовые электроды, которые имеют наружные выводы в виде штырьков.

Внутренняя поверхность трубки покрыта слоем люминофора — вещества, способного светиться под действием ультрафиолетовых лучей.

Внутри лампы имеется несколько капель ртути.

Когда люминесцентная лампа включается в сеть, электрический ток нагревает ее электроды до 800—900°. При этом вследствие возникновения явления термоэлектронной эмиссии из электродов начинают вылетать электроны, которые образуют около каждого электрода электронные облачка. Находящаяся внутри лампы ртуть способствует появлению паров ртути.

Затем к электродам прикладывается импульс повышенного напряжения, возникает электрический пробой внутреннего пространства, ток начинает протекать между электродами. В результате прохождения тока через пары ртути выделяются ультрафиолетовые лучи, которые, действуя на люминофор, заставляют его светиться дневным светом. Спектральный состав излучения лампы зависит от химического состава люминофора.

В зависимости от цветности и назначения люминесцентные лампы отечественного производства имеют соответствующую маркировку. Например, ЛД —лампа дневного света, ЛФ — лампа с высокой фитосинтетической эффективностью. Числа в типе лампы, например, ЛТБ-80 указывают потребляемую мощность в ваттах.

Схема включения люминесцентных ламп имеет стартер и дроссель (рис.48).

рис.48. Схемы включения люминисцентных ламп.

Стартер представляет собой стеклянную колбочку с впаянными внутрь электродами. Внутреннее пространство колбочки заполнено инертным газом — неоном. Один из электродов выполнен в виде биметаллической пластинки. Стартер включается последовательно с электродами люминесцентной лампы. Б первый момент при включении лампы в сеть между электродами стартера возникает тлеющий разряд, который нагревает биметаллический электрод стартера. Этот электрод, изгибаясь, соединяет между собой электроды лампы и через них начинает протекать ток, нагревающий их. В результате соприкосновения электродов стартера исчезает тлеющий разряд, подогревавший их, ввиду этого биметаллический электрод начинает остывать и через некоторое время цепь электродов лампы размыкается.

При этом убывающее магнитное поле дросселя наводит э. д. с. самоиндукции, накладывающуюся на напряжение сети. Вследствие этого на электродах лампы возникает импульс повышенного напряжения, вызывающий зажигание лампы. Дроссель (катушка с железным сердечником) служит также и для ограничения тока в лампе, обеспечивая ее стабильную работу.

В сравнении с лампами накаливания люминесцентные лампы обладают рядом преимуществ: при одинаковой мощности их световая отдача в 4—5 раз, а эффективная отдача (фитоотдача) в 3— 4 раза выше и срок службы значительно больше — не менее 5000 ч.

Схемы включения газоразрядных ламп могут быть стартерными и бесстартерными.

В одноламповых схемах включения применяют дроссели типов 1УБК и 1УБИ.



Конденсатор стартера служит для устранения радиопомех при включении лампы, для увеличения амплитуды импульсного напряжения, для стабилизации тлеющего разряда в стартере и рабочего разряда при горении лампы.

Ряд одноламповых схем с дросселем 1УБК имеет второй конденсатор С2 с шунтирующим резистором R, который увеличивает коэффициент мощности до 0,9—0,95.

Общий недостаток газоразрядных источников света заключается в том, что световой поток их пульсирует с частотой, равной удвоенной частоте тока. Глаз не в состоянии заметить непрерывное мелькание света благодаря зрительной инерции. Однако при освещении пульсирующим светом вращающихся и движущихся поступательно предметов может возникнуть стробоскопический эффект, который заключается в появлении ложного представления неподвижности или множественности движущихся предметов, или обратного направления движения. Это очень опасно в производственных условиях. Для устранения стробоскопического эффекта газоразрядные лампы включают в сеть по компенсированной двухламповой схеме, которая обеспечивает изменение светового потока каждой из ламп в противофазе. Вследствие этого суммарный световой поток двух ламп почти не пульсирует.

Антистробоскопическими свойствами обладают схемы включения люминесцентных ламп, собранные на дросселях типа 2УБК с расщепленной фазой.

Эти схемы состоят из двух симметрированных дросселей, двух стартеров с конденсаторами и включенного последовательно между дросселями третьего конденсатора, шунтированного резистором.

Токи и световые потоки ламп в этой схеме вдвинуты по фазе на 90°, что уменьшает пульсацию суммарного светового потока и повышает коэффициент мощности до 0,9—0,95.

Стартерные схемы включения газоразрядных ламп недостаточно надежны в работе, поэтому промышленность выпускает бесстартерные схемы.

В бесстартерных одноламповых схемах включения люминесцентных ламп применяют дроссели типов 1АБИ и 1АБК. Дроссели этих типов состоят из обычного или симметрированного дросселя, накального трансформатора со вторичной обмоткой, разделенной на симметричные части и проводящей полоски или проволочки, закрепленной на лампе. Эта полоска облегчает зажигание лампы.

При включении люминесцентной лампы по этой схеме на лампу одновременно подается напряжение от первичной обмотки накального трансформатора для зажигания и от накальных обмоток для подогрева электродов лампы.

Бесстартерные антистробоскопические двухламповые схемы включения люминесцентных ламп комплектуются дросселями типа 2АБИ и 2АБК.

Бесстартерные схемы включения люминесцентных ламп более надежны в работе и имеют больший срок службы, однако они дороже стартерных и из-за постоянного подогрева электродов снижается срок службы ламп.

Для электрического освещения производственных помещений и площадок в сельскохозяйственном производстве широко применяют дуговые ртутные лампы — ДРЛ. Эти лампы представляют собой стеклянный баллон эллипсоидной формы 1 (рис.49,а),

рис.49. Лампа ДРЛ

внутри которого находится ртутно-кварцевая горелка 2 высокого давления. На внутреннюю поверхность баллона нанесен тонкий слой люминофора 3, который поглощает ультрафиолетовое излучение, возникающее в результате работы кварцевой горелки, и преобразует его в оранжево-красное видимое излучение.

Промышленность выпускает в основном четырехэлектродные лампы ДРЛ мощностью от 80 до 1000 Вт, рассчитанные на включение в сеть 220 В при помощи специальных пускорегулирующих аппаратов. Лампы ДРЛ имеют резьбовой цоколь и присоединяются к пускорегулирующим аппаратам двумя проводами. При установке в помещении лампы включают через дроссель(ри.49, б), а в установках на открытом воздухе — через трансформатор.

При первоначальном включении в сеть лампы ДРЛ возникает тлеющий разряд между вспомогательными и основными электродами, который перебрасывается затем на основные, и лампа зажигается. Стабильный режим наступает через 5—7 мин после включения. Повторное включение лампы возможно лишь после ее остывания, для чего требуется 10—15 мин. Световая отдача этих ламп находится в пределах 40—55 лм/Вт. Средний срок службы 10 000 ч.

На базе ламп ДРЛ разработаны и выпускаются металлогалоидные лампы, в которые вводят различные йодиды металлов, что позволяет получить соответствующую цветность видимых излучений и повысить экономичность работы лампы.



Освоен выпуск ламп ДРВД со встроенным активным балластом. Такие лампы включаются, как обычные лампы накаливания.

Различают три системы освещения: общее, местное и комбинированное.

Системы общего освещения применяются для всех помещений. Общее освещение может быть равномерным, когда по всему помещению или на его части должна создаваться одинаковая освещенность, или локальным, когда в отдельных местах помещения создаются различные освещенности.

Местное освещение выполняется светильниками, расположенными непосредственно над рабочими местами. Местное освещение всегда дополняется общим освещением. Устройство только местного освещения запрещается.

Сочетание общего и местного освещения образует комбинированное освещение. При устройстве комбинированного освещения требуется, чтобы светильниками общего освещения создавалась освещенность не менее 10% нормируемой на рабочем месте. Система комбинированного освещения значительно экономичнее системы общего освещения, так как с помощью светильников местного освещения возможно при относительно небольшом расходе электроэнергии создание значительных освещенностей на рабочих местах.

Различают два вида освещения: рабочее и аварийное. Рабочее освещение служит для обеспечения нормальных условий при производстве работ.

Аварийное освещение может служить для обеспечения временной работы персонала при аварийном выключении рабочего освещения или для эвакуации персонала из помещения.