工厂的电气照明

第十章工厂电气照明 工厂电气照明分类自然照明 天然采光 人工照明电气照明是人工照明中应用范围最广的一种照明方式 工厂电气照明意义照明设计是否合理 直接影响产品质量劳动生产率人员视力健康 10 1电气照明概述 红 波长640 780 橙 波长600 640 黄 波长570 600 绿 波长490 570 青 波长450 490 蓝 波长430 450 紫 波长380 430 一 电气照明的基本知识 1 基本光度单位 1 2 3 4 光通量 发光强度 照度 亮度 光源在单位时间内向周围空间辐射出去的 并能使人眼产生光感的能量 称为光通量 Lm luminance 简称光强 光源向空间某一方向 立体角度 辐射的光通量密度Candela烛光 指单位被照面积上所接受的光通量 即被照物体表面的光通量密度 LUX 发光体在视线方向单位投影面上的发光强度称为亮度 Nit 10 1电气照明概述 一烛光 一只蜡烛的光芒 发光体 受照物体对人眼可看作是间接发光体 在视线方向单位投影面上的发光强度称为亮度 用符号L表示 一 电气照明的基本知识 2 国际单位制 SIE单位制 的光度单位 10 1电气照明概述 Luminousintensity LuminousLight 一 电气照明的基本知识 3 光单位的定义 简 10 1电气照明概述 在标准大气压下 即压强为101 325牛顿 白金的凝固温度是2045摄氏度 在白金凝固的那一时刻 会发出明亮无比的光芒 其强度大约等于60万支 烛光 的亮度 据此 在现代有关光的 行当 里 人们把白金凝固点所发出的光作为一种工业标准 将其1 600 000正式定义为 烛光 严格地讲 是在距离白金 发光点 一米远的地方 在一平方米面积上所接收的光能强度的60万分之一 烛光的正式定义 由发光强度为一烛光的点光源所发出的 光通量 在一球面角内 为一流明 Lumen 所谓 球面角 就是单位球面 立体角 一球面度 流明是光通量的单位 一只40W的普通白炽灯的光通量为350 470流明 而一只40W的普通直管形荧光灯的光通量为1 800流明 为白炽灯的4 5倍 白炽灯每瓦相当于10流明 而LED白炽灯每瓦相当于110流明 是白炽灯的10倍 光照度 lux 表示被摄主体表面单位面积上受到的光通量 1勒克司相当于1流明 平方米 即被摄主体每平方米的面积上 受距离一米 发光强度为1烛光的光源 垂直照射的光通量 衡量拍摄环境的一个重要指标 一 电气照明的基本知识 4 灯具的配光曲线 简 10 1电气照明概述 一 电气照明的基本知识 5 物体光照性能 简 10 1电气照明概述 反射光通 吸收光通 透射光通 二 照明方式及种类 指照明灯具按其布局方式或使用功能而构成的基本形式 10 1电气照明概述 正常工作时的室内外照明 正常照明熄灭后供工作人员暂时继续作业和疏散人员使用的照明 警卫地区周界的照明 在高层建筑上或基建施工 开挖路段时 作为障碍标志用的照明 照明光源 提供发光源 和灯具 固定光源 是照明器的两个主要部件 10 2常用照明光源和灯具 照明光源 电光源 固体发光光源 热辐射光源 和气体放电光源两大类 热辐射光源 利用物体加热时辐射发光的原理所制成的光源称为热辐射光源 目前常用的热辐射光有 气体放电光源 利用气体放电时发光的原理所做成的光源称为气体放电光源 目前常用的气体放电光源有5种 非电光源 白炽灯 卤钨灯 荧光灯 高压汞灯 高压钠灯 金属卤化物灯 氙灯 10 2常用照明光源和灯具 白炽灯 简 杜美丝 一种与玻璃膨胀系数接近的合金 白炽灯结构图1 玻壳2 灯丝 钨丝 3 支架 钼线 4 电极 镍丝 5 玻璃芯柱6 杜美丝 铜铁镍合金丝 7 引入线 铜丝 8 抽气管9 灯头10 封端胶泥11 锡焊接触端 10 2常用照明光源和灯具 白炽灯 简 10 2常用照明光源和灯具 卤钨灯 简 卤钨灯结构图1 灯脚2 钼箔3 灯丝 钨丝 4 支架5 石英玻管 内充微量卤素 在灯泡中充入微量的卤化物 利用卤钨循环的作用 使灯丝蒸发的一部分钨重新附着在灯丝上 以达到既提高光效又延长寿命的目的 为了使灯管温度分布均匀 防止出现低温区 以保持卤钨循环的正常进行 卤钨灯要求水平安装 其偏差不大于40 10 2常用照明光源和灯具 荧光灯管 简 汞蒸气在外加电压作用下产生电弧放电 发出少许可见光和大量紫外线 紫外线又激励管内壁涂覆的荧光粉 使之再发出大量的可见光 二者混合光色接近白色 由起辉器S 镇流器L和电容器C等组成 当接上电源后 S首先产生辉光放电 使U形双金属片加热伸开 接通灯丝回路 灯丝加热后发射电子 并使管内的少量汞汽化 此时S的辉光放电停止 双金属片冷却收缩 突然断开灯丝加热回路 这就使L两端感生很高的电动势 连同电源电压加在灯管两端 使充满汞蒸气的灯管击穿 产生弧光放电 点燃灯管 10 2常用照明光源和灯具 LED灯 简 10 2常用照明光源和灯具 紧凑型节能荧光灯 简 放电管 内壁涂覆荧光粉 管端有灯丝 管内充少量汞 底罩 内装镇流器 辉光启动器和电容器 灯头 内接有引入线 10 2常用照明光源和灯具 高压汞灯又称 高压水银荧光灯 简 型1 第一主电极2 第二主电极3 金属支架4 内层石英玻璃壳 内充适当汞和氩 5 外层石英玻璃壳 内壁涂荧光粉 内外玻璃壳间充氮 6 辅助电极 触发极 7 限流电阻8 灯头 低压荧光灯的改进产品 高压汞灯的外玻壳内壁涂有荧光粉 它能将汞蒸汽放电时辐射的紫外线转变为可见光 以改善光色 提高光效 10 2常用照明光源和灯具 高压汞灯接线 简 10 2常用照明光源和灯具 高压钠灯 简 它是利用高压钠蒸汽放电工作的 光呈淡黄色 其工作线路图和高压汞灯类似 高压钠灯照射范围广 光效高 寿命长 比高压汞灯高一倍 紫外线辐射少 透雾性好 但显色性也较差 启动时间 4 8分钟 和再次启动时间 10 20分钟 也较长 对电压波动反应较敏感 高压钠灯结构图1 主电极2 半透明陶瓷放电管 内充钠 汞及氙或氖氩混合气体 3 外玻壳 内壁涂荧光粉 内外壳间充氮 4 消气剂5 灯头 10 2常用照明光源和灯具 金属卤化物灯 简 金属卤 碘 溴 氯 化物灯是在高压汞灯的基础上为改善光色而发展起来的新型光源 不仅光色好 而且光效高 受电压影响也较小 是目前比较理想的光源 10 2常用照明光源和灯具 系列金卤钠灯 简 由一支金属卤化物管芯和一支中显钠灯管芯串联组成 吸取了中显钠灯和金属卤化物灯光效高 寿命长等优点 又克服了这两种灯光色差 特别是金属卤化物灯在使用后期光通量衰减和变色严重的缺点 是一种光色好 光线柔和 寿命长以及色温 显色指数等技术指标均优于中显钠灯和金属卤化物灯的新型混光光源 10 2常用照明光源和灯具 系列中显钠汞灯 简 由一支中显钠灯管芯和一支汞灯管芯串联组成 克服了汞灯 钠灯及金属卤化物灯的光色不太适应人的视觉习惯和光效偏低 显色性差 寿命较短等缺点 是一种光效高 光色好 显色指数高 寿命长的部分技术指标优于汞灯 钠灯和金属卤化物灯的新型混光光源 10 2常用照明光源和灯具 氙灯 简 氙灯为惰性气体弧光放电灯 高压氙气放电时能产生很强的白光 接近连续光谱 和太阳光十分相似 故有 人造小太阳 之美称 适用于广场 车站和大型屋外配电装置等 10 2常用照明光源和灯具 常用光源的主要性能比较 简 10 2常用照明光源和灯具 常用光源的主要性能比较 简 一般先考虑光效高 寿命长 其次再考虑显色指数 启动性能等次要指标 10 2常用照明光源和灯具 常用光源的主要性能比较 简 一般先考虑光效高 寿命长 其次再考虑显色指数 启动性能等次要指标 10 2常用照明光源和灯具 常用光源的主要性能比较 简 10 2常用照明光源和灯具 新光源 简 1 新固体放电灯1 陶瓷灯泡2 塑料灯泡3 回馈节能灯泡4 冷光灯泡5 储能灯泡 2 新气体放电灯1 无电极放电灯泡2 氩气灯泡3 电子灯泡 3 半导体节能灯 10 2常用照明光源和灯具 常用光源的选择 简 应根据识别颜色的要求和照明场所的特点 选择适当的光源高度较低的房间宜采用细管径 26 的直管型荧光灯 办公室 教室 会议室及仪表 电子等生产车间 荧光灯光效高 寿命长 显色性较好 比较适宜这些场合 商店营业厅也适宜使用细管径 26 的直管型荧光灯来取代较粗管径 26 的直管型荧光灯 或者以紧凑型荧光灯来取代白炽灯 以节约电能 高大的工业厂房应采用金属卤化物灯或高压钠灯 一般照明场所由于荧光高压汞灯与其他高强气体放电灯相比 其光效较低 寿命不长 显色指数也不太高 因此一般照明场所不宜采用 由于普通照明白炽灯的光效低 寿命短 一般情况下不应采用下列工作场所可采用白炽灯 要求瞬时启动和连续调光及使用其他光源技术经济不合理时对防止电磁干扰要求严格的场所 气体放电灯会产生高次谐波电磁干扰 灯开关频繁的场所 气体放电灯频繁开关时会缩短使用寿命 照度要求不高 点燃时间不长的场所 使用白炽灯不会造成太大的电能消耗 对装饰有特殊要求的场所 如果使用紧凑型荧光灯不合适时 可采用白炽灯 应急照明灯应选用能快速点燃的光源 如白炽灯 卤钨灯或荧光灯 因为在正常照明断电时 白炽灯 卤钨灯和荧光灯可在接入应急电源后迅速点亮 而采用高强气体放电灯就达不到上述要求 10 2常用照明光源和灯具 照明质量与照度标准 简 10 2常用照明光源和灯具 照明质量与照度标准 简 照明质量 从灯具和作业面的布置方面考虑 尽量避免将灯具安装在干扰区内 例如将灯具安装在工作位置的正前上方40 以外区域 从灯具亮度方面考虑 采用发光表面面积大 亮度低 有一定上射光通量的灯具 从房间表面装饰方面考虑 采用低光泽度的表面装饰材料 眩光限制 光源颜色 照度均匀度及工作房间表面的反射比 10 2常用照明光源和灯具 照明质量与照度标准 简 照明质量 眩光限制 光源颜色 照度均匀度及工作房间表面的反射比 同一颜色的物体在具有不同光谱的光源照射下 能显出不同的颜色 光源对被照物体颜色显现的性质 叫做光源的显色性 光源的显色指数R 是指在待测光源照射下物体的颜色与日光照射下该物体的颜色相符合的程度 而将日光与其相当的参照光源显色指数定为100 因此物体颜色失真越小 则光源的显色指数越高 也就是光源的显色性能越好 白炽灯显色指数为97 99 荧光灯79 90 10 2常用照明光源和灯具 照明质量与照度标准 简 照明质量 眩光限制 光源颜色 照度均匀度及工作房间表面的反射比 10 2常用照明光源和灯具 常用灯具的类型 简 配光特性分类 CIE分类法 直接照明型 灯具向下投射的光通量占总光通量的90 100 而向上投射的光通量极少 半直接照明型 灯具向下投射的光通量占总光通量的60 90 向上投射的光通量只有10 40 均匀漫射型 灯具向下投射的光通量与向上投射的光通量差不多相等 半间接照明型 灯具向上投射的光通占总光通量的60 90 向下投射的光通量只有10 40 间接照明型 灯具向上投射的光通量占总光通量的90 100 而向下投射的光通量极少 传统分类法 正弦分布型 其发光强度是角度的正弦函数 并且在 90 时发光强度最大 广照型 其最大发光强度分布在较大角度上 较广面积上形成均匀的照度 光强分布在500 900之间 如GC3 A B 1广照型工厂灯 漫射型 各个角度发光强度基本一致 JXD1 2乳白色玻璃圆球灯配照型 其发光强度是角度的余弦函数 并且在 0 时发光强度 GC1 A B 1配照型工厂灯 深照型 其光通量和最大发光强度值集中在0 30 的狭小立体角内 GC5 A B 2深照型工厂灯 CIE国际照明委员会 据灯具向下和向上投射光通量的百分比进行分类 10 2常用照明光源和灯具 常用灯具的类型 简 配光特性分类 CIE分类法 直接照明型 灯具向下投射的光通量占总光通量的90 100 而向上投射的光通量极少 半直接照明型 灯具向下投射的光通量占总光通量的60 90 向上投射的光通量只有10 40 均匀漫射型 灯具向下投射的光通量与向上投射的光通量差不多相等 半间接照明型 灯具向上投射的光通占总光通量的60 90 向下投射的光通量只有10 40 间接照明型 灯具向上投射的光通量占总光通量的90 100 而向下投射的光通量极少 传统分类法 正弦分布型 其发光强度是角度的正弦函数 并且在 90 时发光强度最大 广照型 其最大发光强度分布在较大角度上 可在较广的面积上形成均匀的照度 漫射型 其各个角度的发光强度基本一致 配照型 其发光强度是角度的余弦函数 并且在 0 时发光强度深照型 其光通量和最大发光强度值集中在0 30 的狭小立体角内 裸露的灯泡所发出的光线是射向四周的 为了充分利用光能 加装灯罩后使光线重新分配 称为配光 10 2常用照明光源和灯具 常用灯具的类型 简 灯具的结构特点分类 1 开启型光源与外界空间直接接触 无罩 如GC3 A B 1广照型工厂灯 2 闭合型灯罩将光源包合起来 但内外空气仍能自由流通 如JDD1 1圆球吊灯 3 封闭型灯罩固定处加以一般封闭 内外空气仍可有限流通 如投光灯 4 密闭型灯罩固定处加以严密封闭 内外空气不能流通 如GC35防潮灯 5 防爆型灯罩及其固定处均能承受要求的压力 符合 防爆电气设备制造检验规程 的规定 能安全使用在有爆炸危险性介质的场所 防爆型又分成隔爆型 如B3e 1 30隔爆式荧光灯 和增安型两种 10 2常用照明光源和灯具 常用灯具的类型 简 配光特性分类 配光曲线分类 1 正弦分布型2 广照型3 漫射型4 配照型5 深照型 光强分布曲线 配光曲线在通过光源对称轴的一个平面上绘出的灯具光强与对称轴之间角度 的函数曲线 如GC15 A B 1型散照型防水防尘灯 10 2常用照明光源和灯具 常用灯具的类型 简 绘在极坐标上的配光曲线 D 1型配照灯 绘在直角坐标上的配光曲线 投光灯 对于聚光很强的投光灯 其光强分布在一个很小的角度内 其配光曲线一般绘在直角坐标上 10 2常用照明光源和灯具 常用灯具的类型 简 按灯具的结构特点分类 开启型 其光源与灯具外界的空间相通 例如一般的配照灯 广照灯 深照灯等 闭合型 其光源被透明罩包合 但内外空气仍能流通 如圆球灯 双罩型 又称万能型 灯和吸顶灯等 密闭型 其光源被透明罩密封 内外空气不能对流 如防潮灯 防水防尘灯等 增安型 亦称 防爆型 其光源被高强度透明罩密封 且灯具能承受足够的压力 能安全地应用在有爆炸危险介质的场所 隔爆型 其光源也被高强度透明罩密封 但不是靠其密封性来防爆 而是在其灯座的法兰与灯罩的法兰之间有一隔爆间隙 当气体在灯罩内部爆炸时 高温气体经过隔爆间隙被充分冷却 从而不致引起外部爆炸性混合气体爆炸 因此隔爆型灯也能安全地应用在有爆炸危险介质的场所 10 2常用照明光源和灯具 灯具的遮光角类型 简 10 2常用照明光源和灯具 灯具的选择 简 在满足眩光限制和配光要求条件下 应选用效率高的灯具 并应符合下列规定 类 10 2常用照明光源和灯具 灯具的选择 简 根据照明场所的环境条件 分别选用下列灯具 在潮湿的场所 应采用相应防护等级的防水灯具或带防水灯头的开敞式灯具 在有腐蚀性气体或蒸汽的场所 宜采用防腐蚀密闭式灯具 若采用开敞式灯具 则其各部分应有防腐蚀或防水的措施 在高温场所 宜采用散热性能好 耐高温的灯具 在有尘埃的场所 应按防尘的相应防护等级选择适宜的灯具 在装有锻锤 大型桥式吊车等振动 摆动较大场所使用的灯具 应有防振和防脱落的措施 在易受机械损伤 光源自行脱落可能造成人身伤害或财物损失的场所使用的灯具 应有防护措施 在有爆炸或火灾危险场所使用的灯具 应符合现行国标 50058 1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 的有关规定 10 2常用照明光源和灯具 灯具的选择 简 10 2常用照明光源和灯具 室内灯具的悬挂高度 简 10 2常用照明光源和灯具 一般照明灯具的布置 简 1 均匀布置灯具在整个房间内均匀分布 其布置方案与设备位置无关 2 选择布置灯具的布置方案与生产设备的位置有关 保证最低的照度及均匀性 光线的射向适当 无眩光 阴影 安装维护方便 布置整齐美观 并与建筑空间协调 安全 经济等 10 2常用照明光源和灯具 事故照明灯具的布置 简 在主要工作面上的照度 应尽可能保持原有照度的30 50 一般做法为 若为一列灯具 可采用事故照明和工作照明相间布置 或与两个工作灯具相间布置 若为两列灯具 可选其中一列为事故照明 或每一列均相间布置事故照明 若为三列灯具 可选其中一列为事故照明或在边旁两列相间布置事故照明 10 3 1照度标准决定照明效果的重要指标 照度增加会使视觉能力提高 同时使经济性下降 对新建 扩建或改建的工业企业照明可按GB50034 92来确定选用照度值 对一般生产车间和工作场所工作面上的照度值也可按附录表20来确定最低照度值 10 3照度计算 学校的照度标准 受照物体表面的光通密度称为照度 用符号E表示 单位为勒克司 lx 10 3 2照度的计算计算水平工作面的利用系数法 概算曲线法和比功率法计算任一斜面上指定点照度的逐点计算法 10 3照度计算 照度的计算步骤确定灯具形式 光源类型计算各工作面的照度确定灯泡的容量和数量照度校验 概念 利用系数 用u表示 是指照明光源投射到工作面上的光通量与全部光源发出的光通量之比 表征光源的光通量有效利用的程度 10 3照度计算 利用系数 计算公式为 u e n e为投射到工作面上的总光通量 为每盏灯发出的光通量 n为灯的个数 影响因素 与灯具的型式 配光曲线有关灯具的悬挂高度越高 光效越高 则利用系数越高 房间面积越大 形状越近正方形 墙壁颜色越浅 则利用系数就越高 利用系数的确定利用系数的值可按墙壁和顶棚的反射系数 及房间的室空间比 受照空间特征 RCRroomcabinrate来确定 查有关设计手册 附录表20 4给出了GC1 A B 1型配照灯的利用系数 值可直接查表10 4 10 3照度计算 利用系数 RCR的值可按下式 hRC为室空间高度 指灯具开口平面到工作面的空间高度 如图所示 l为房间长度 b为房间宽度 10 3照度计算 利用系数 反射系数表 10 3照度计算 利用系数 反射系数表 计算工作面上的平均照度 u为利用系数 n为灯的个数 为每盏灯的光通量 A为受照工作面面积 矩形房间即为长宽乘积 10 3照度计算 利用系数 当已知房间的长宽 室空间高度 灯型及光通量时 可按下式计算平均照度 计算工作面上的实际平均照度由于灯具在使用期间 光源本身的光效要逐渐降低 灯具也会陈旧脏污 被照场所的墙壁和顶棚也有污损的可能 从而使工作面上的光通量有所减少 因此在计算工作面上的实际平均照度时 应计入一个小于1的灯具减光系数K 即工作面的实际平均照度为 10 3照度计算 利用系数 灯具光通量 10 3照度计算 利用系数 利用系数法的计算步骤1 根据灯具的布置 确定室空间高度 2 计算室空间比RCR 3 确定反射系数 查表10 4 4 确定利用系数u 由RCR值和反射系数查手册或附录表20 4 5 根据有关手册或表10 6查出布置灯具的光通量 6 根据有关手册或表10 5查出减光系数K 7 计算平均照度和实际平均照度 10 3照度计算 利用系数 例10 1有一机械加工车间长为32m 宽为20m 高为5m 柱间距4m 工作面高度为0 75m 采用GC1 A 1型工厂配照灯 电光源型号为PZ220 150 作车间的一般照明 车间的顶棚有效反射比 c为50 墙壁的有效反射比 w为30 试确定灯具的布置方案 并计算工作面上的平均照度和实际平均照度 该车间的照度标准为75lx 10 3照度计算 利用系数 解 1 确定布置方案查附表28可知 150W 200W的白炽灯最低距地悬挂高度为3m 故可设灯具的悬挂高度为0 5m 则室空高度为 又查附表30可知 该种灯具的最大距高比为1 25 即l hRC 1 25 则灯具间的合理距离为l 1 25 1 25 3 75 4 688m取灯距 4 初步确定灯具布置方案如图10 15所示 此时灯具个数为 n 5 8 40 个 2 用利用系数法计算照度a 计算室空间比RCR 10 3照度计算 利用系数 b 确定利用系数 查附表30可知 C 50 W 30 RCR 1时 0 79 C 50 W 30 RCR 2时 0 66 运用插入法得 C 50 W 30 RCR 1 532时 0 722 C 确定布置灯具的光通量查附表27可知 普通照明用的白炽灯200W 其光通量 2920lm d 确定减光系数查表10 11可知 机械加工车间的减光系数K 0 7 e 计算平均照度f 计算实际照度结论 实际照度92 24lx 要求照度75lx 满足要求 目前在照明装置中采用的都是电光源 为保证电光源正常 安全 可靠地工作 同时便于管理维护 又利于节约电能 就必须有合理的供配电系统和控制方式给予保证 10 4照明供电系统 照明供电网络由馈电线 干线和分支线组成 指将电能从变电所低压配电屏送到总照明配电箱的线路 指将电能从配电箱送到各个照明配电箱的线路 指由干线分出 将电能送到每一个照明配电箱的线路 或从照明配电箱接到各个灯的线路 用电设备 灯具 插座等 供电网络的结线方式 放射式 树干式 混合式 其中以放射式和树干式混合的混合式用的较多 我国照明供电一般采用380 220V三相四线中性点直接接地的交流网络供电 10 4照明供电系统 1 正常照明 一般由动力与照明共用的变压器供电 在照明负荷较大的情况下 照明也可采用单独的变压器供电 2 事故照明 供继续工作使用的事故照明 备用照明 应接于与正常照明不同的电源 当正常照明因故停电时 备用照明电源应自动投入 有时为了节约照明线路 也从整个照明中分出一部分作为备用照明 但其配电线路及控制开关应分开装设 3 局部照明机床和固定工作台的局部照明可接自动力线路 移动式局部照明应接至正常照明线路 4 室外照明应与室内照明线路分开供电 道路照明 警卫照明的电源宜接至有人值班的变电所低压配电屏的专用回路上 当室外照明的供电距离较远时 可采用由不同地区的变电所分区供电 10 4照明供电系统 照明供电方式 当车间变电所低压侧采用放射式配电系统时 照明电源接于低压配电屏的照明专用线上 对电力负荷稳定的厂房 动力与照明可合用供电线路 但应在电源进户处将动力与照明线路分开 对外无低压联络线时 照明电源接于变压器低压侧总开关之前 10 4照明供电系统 应急照明由两台变压器交叉供电的照明供配电系统 10 4照明供电系统 应急照明由一台变压器供电的照明供配电系统 仅装有一台变压器时 应急照明应与正常照明的供电干线自变电所的低压屏上或母线上分开 10 4照明