教学材料《工厂供配电技术》-11

任务一电气照明灯具布置与照度计算3)光通量光源在单位时间内，向周围辐射出的使人眼产生光感的能量称为光通量，简称光通，用符号少表示，其单位为流(明)(ltn)。2.光强及其分布特性1)光强光强是发光强度的简称，它是光源在给定方向上单位立体角内辐射的光通量，用符号I表示，单位为坎德拉(cd)。对于向各个方向均匀辐射光通量的光源，各个方向的光强相等，其值为:上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算2)光强分布曲线光强分布曲线一也称为配光曲线，它是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的角度a的函数曲线。光强分布曲线是用来进行电气计算的一种基本技术资料。对于一般灯具，光强分布曲线是绘制在极坐标上的，如图11一1所示。对于聚光很强的投光灯，其光强分布在一个很小的角度内，其光强分布曲线一般绘制在直角坐标上，如图11-2所示。3.照度和亮度1)照度上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算照射于被照面上的光通量密度，即光通量与其所照射的表面积之比称为照度，用E表示，它是衡量照明质量的主要指标。被光均匀照射的平面上的照度为:2)亮度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，单位为cd/m2

。设表面法线方向的光强为I，而人眼视线与发光体表面法线成a角，如图11一3所示。则视线方向的光强为Iα=Icosα，视线方向的投影面为Aα=Acosα，由此可见发光体在视线方向的亮度为:上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算3)发光效率照明灯的发光效率是指光源发出的全部光通量Φ与其全部输入功率P之比。即4.光的吸收、反射及透射当光通过媒质传播时，一般都会发生吸收、反射及透射等现象，如图11一4所示。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算1)光的吸收媒质中传播时，光的强度越来越弱。在这个过程中，光的一部分能量转变为其他形式的能量(如热能)，这就是媒质对光的吸收。通常用吸收系数a来表征媒质对光的吸收作用，吸收系数是被媒质吸收的光通量Φ。与入射到媒质上的光通量Φ之比。即:2)光的反射一种媒质传播到另一种媒质时，有一部分或全部自分界面射回原来的媒质，这种现象叫做光的反射。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算

表11一1列出了不同物质的反射系数。比较表中数据可知，由于煤和岩石的反射系数远远低于其他物质，所以矿井内需要加强人工照明，以便增加照度。3)光的透射光从一种媒质射入另一种媒质，并从这种媒质穿透出来的现象叫光的透射。用透射系数丁来表示在透射前后光通量的变化，透射系数是透过媒质的光通量少丁与投射到媒质上的光通量Φ之比。)即:上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算二、照明的方式和种类1.照明方式在工厂企业或变电所中，照明方式可分为一般照明、局AIS照明和混合照明。(1)一般照明:供照度要求基本上均匀的场所的照明。(2)局部照明:仅在工作地点加强照度的照明。(3)混合照明:一般照明和局部照明组合而成的照明。对于工作密度很大而对光照方向无特殊要求的场合，宜采用一般照明;对局部地点需要高照度并对照射方向有要求时，宜采用局AIS照明;对工作位置需要较高并对照射方向有特殊要求的场所，宜采用混合照明。2.照明种类上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算

照明按其用途可分为工作照明、事故照明、值班照明、警卫照明和障碍照明等。(1)工作照明:正常工作时的室内外照明。(2)事故照明:工作照明因各种原因熄灭后，供工作人员暂时继续工作用和疏散人员使用的照明。(3)值班照明:非生产时间内供值班人员使用的照明。(4)警卫照明:警卫地区周围的照明。

(5)障碍照明: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。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算三、常用电光源与照明灯具在工厂照明中，目前用于照明的电光源按其发光原理可分为两大类:一类是热辐射光源，如白炽灯和卤钨灯(包括碘钨灯和浪钠灯);另一类是气体放电光源，如日光灯、高压汞灯和钠灯等。为了合理、安全地用光通量，获得足够的照度和舒适的照明，通常在电光源外附加一些附件(如罩、架等)。光源与附件的组合称为灯具。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源有以下几种。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算1)白炽灯白炽灯是使用最普通的热辐射光源，靠电流加热灯丝到自炽状态而发光。图11-5是普通白炽灯的构造简图。它由玻璃泡壳、灯丝、固定灯丝的支架、引线和灯头等组成。它的结构简单，价格低，使用方便，而且显色性好，因此无论在工厂、企业还是城乡，应用都很广泛。它的缺点是发光效率较低，使用寿命较短(一般为1000h)且不耐振。当电源电压大于其额定电压时会大大缩短其使用寿命。

2)卤钨灯卤钨灯是在白炽灯泡内充入少量卤族元素或卤化物气体，利用卤钨循环原理来提高灯的效率和使用寿命，其发光效率比白炽灯高30。图11-6是卤钨灯的结构图，它由灯脚、灯丝、灯丝固定支架和石英玻管等组成。为了使灯管温度均匀，防止出现低温区，以保持卤钨循环顺利进行，卤钨灯必须水平安装，倾角不得大于40，而且不允许进行人工冷却(如电扇吹、水淋等)，否则将严重影响灯的使用寿命。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算2.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:荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯和氛灯。1)荧光灯荧光灯俗称日光灯，其结构如图11-7所示。它由玻璃制成的细长灯管、装在灯管两端的灯丝、灯管内壁涂的自色荧光粉和灯头、灯脚等组成。普通荧光灯电路主要由镇流器、启辉器和荧光灯管组成，为了改善功率因数还可以并联电容器，如图11一8所示。此时荧光灯的调动是靠接通电源时，启辉器辉光放电使U形双金属片受热膨胀与静触极接触，接通灯丝加热电路;启辉器两电极接触停止放电后，U形电极因冷却而与静触极分开，切断电路;由于电流的突然消失，在镇流器上产生比电源电压高许多的感应电势，该电势与电源电压共同作用，使灯管内的惰性气体电离而放电，辐射出的紫外线激发灯管内的荧光粉后，发出可见光。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算2)高压汞灯高压汞灯又称高压水银荧光灯，它是普通荧光灯的改进产品，属于高气压的汞蒸气放电光源。它不需启辉器来预热灯丝，但使用时必须串联相应功率的镇流器，其结构如图11-9所示。在工作时，第一主电极与辅助电极(触发极)间首先击穿放电，使管内的汞蒸发，导致第一主电极与第二主电极间击穿，发生弧光放电，使管壁的荧光物质受激发，产生大量的可见光。图11一10是一种需外接镇流器的高压汞灯的工作线路图。高压汞灯的光效比白炽灯高3倍左右，寿命也长，但对电压的要求较高，不宜装在电压波动较大的线路上。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算3)高压钠灯高压钠灯是利用高气压的钠蒸气放电发光，光呈淡黄色，其辐射光谱集中在人眼较为敏感的区域，所以它的光效比高压汞灯还要高1倍，且寿命长，但显色性较差，启动时间较长。其结构如图11一11所示，其接线与高压汞灯相同。

4)金属卤化物灯金属卤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。它不仅光色好，而且光效高，受电压影响也较小，是目前比较理想的光源。5)氛灯上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算氛灯为惰性气体放电灯，高压氛气放电时能产生很强的自光，接近连续光谱，和太阳光十分相似，故称为“小太阳”。适用于J’一场、车站和大型屋外配电装置等。3.各种照明光源的主要技术特性光源的主要技术特性有光效、寿命、色温等，有时这些技术特性相互矛盾，在实际选用时，一般考虑光效高、寿命长，其次考虑显色指数、启动性能等次要指标。常用照明光源的主要技术特性比较见表11-2。4.电光源的选择上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算电光源可根据表11-2电光源的特性和使用场所对照明的要求选择。一般情况下，应尽量选择发光效率高、使用寿命长的照明灯。在显色性要求高的场所应选择显色指数高的电光源。在电压波动大的场所应选择光通量受电压变化影响小的电光源。在温度变化大的场所应选择光通量受温度变化影响小的电光源。在有振动的场所应选择耐振性能好的电光源。四、灯具的选择与布置合理地选择与布置灯具，可以使电光源发出的光通量得到更充分的利用和更合理的分配，还可以防止眩光(眩光是指由于亮度太大而造成视觉的不适)以及保护灯泡不受外界潮气和外力的影响，并可增加美感等。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算1.灯具的类型(1)按灯具的配光特性分类。裸露的灯泡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。按灯具的配光特性来进行分类有两种:一种是传统的分类法;另一种是国际照明委员会提出的分类法。

(2)按灯具的机构特性分类。按结构特点分可以分为开启型、闭合型、封闭型、密闭型和防爆型。开启型:光源与外界空间直接接触(没有灯罩)。闭合型:灯罩将光源包合起来，但内外空气能够自由流通。封闭型:灯罩固定处加以一般密封，内外空气仍可有限流通。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算密闭型:灯罩固定处加以严密封闭，内外空气不能流通。防爆型:灯罩及其固定处均能承受要求的压力，能安全使用在有爆炸危险性介质的场所。2.灯具的选择工厂企业所用灯具的类型，应根据使用场所的特点和对照明的要求选择，而且应尽量选择高效的灯具。(1)根据配光特性选择灯具。在一般公用和民用建筑物内，通常采用半直接照射型和均匀漫射型照明灯具，使整个室内的空间照度均匀。在生产厂房多采用直接照射型灯具，使作业面得到充分的照度。在室外一般多采用均匀漫射灯具。(2)根据环境条件选择灯具。为了保证灯具使用上的安全与经济，对不同的环境条件应选择不同结构的灯具。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算3.室内灯具的布置灯具的布置就是确定灯具在室内的空间位置。灯具布置的合理与否直接影响到光投射方向、作业面的照度、眩光和阴影的限制及美观大方的效果。(1)灯具的悬挂高度。悬挂高度是指电光源距作业面的垂直距离。灯具如果悬挂过高，将降低作业面上的照度，要达到规定的照度，则必须增大光源功率，不够经济，而且更换与维护也不方便。灯具如果悬挂过低，会产生眩光，增大阴影，而且也不安全。室内灯具至悬挂点的距离称为悬垂距离，一般为0.3一1.5m，大多取0.7m.(2)室内灯具的平面布置。室内灯具的平面布置要求:保证最低照度及均匀性，光线的射向适当，无眩光和阴影;安装维修方便;布置整齐美观，并和建筑空间协调;安全、经济、美观等。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算②选择布置。灯具的布置与作业面的位置相关，大多是按作业面对称布，力求在作业面能获得最有利的光通方向和消除在作业上的阴影。

(3)灯具的布置间距。灯间的距离与其悬挂高度的比值L/H，称为距高比。灯具布置的合理与否，主要取决于距高比。距高比越小，照度均匀性越好，但经济性差;距高比越大，照度均匀性就越差。合适的距高比可根据灯具的特征查有关技术手册。一般较合理的距高比为1.4一1.8.五、照度标准照度是决定照明效果的重要指标。在一定范围内，照度增加会使视觉能力提高，同时使经济性下降。为了提高劳动生产率和产品质量，保护职工的健康，在工作场所及其他活动环境的照明必须有足够的照度。有的工作环境除设有一般照明外，还应增设局部照明，即形成混合照明。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算新建、扩建或改建的工业企业照明可按国标GB50034-1992来确定其照度;对一般生产车间和工作场所工作面上的照度值可按表11一4、表11-5和表11一6来确定最低照度值。六、照度计算当工厂企业照明用的灯具的类型、悬挂高度及布置方案初步确定后，就可以根据初步确定的照明方案来计算作业面上的照度，校验照度是否符合规定标准的要求;一也可以根据作业面上的照度标准要求来确定灯泡的容量和灯具的数量，然后确定布置的方案。上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算利用系数法1)利用系数的概念照明光源的利用系数(用a表示)是表征照明光源投射到作业面上的光通量与房间内光源发出的总光通量之比。投射到作业面上的光通量考虑了光通的直射光部分和反射光部分在作业面上的总照度。根据定义利用系数应表示为:上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算2)利用系数的确定利用系数a的大小取决于照明灯具的特性、房间的形状和大小与被照空间各平面的反射系数的大小等因素。灯具的发光效率越高，光通越集中，利用系数越高;灯具悬挂越低，则直射光通越多，利用系数越高;墙壁、顶棚及地面颜色越浅，则反射光通越多，利用系数越高;房间的面积越大，越接近于正方形，则直射光通越多，因此利用系数也越高。从以上分析可知，利用系数除与反射系数有关外，还与受照空间特征有关。房间的受照空间特征可用参数“室空间比”来表征)室空间比RCR可按下式确定，即:上一页下一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算

根据墙壁、顶棚的反射系数，室空间比和灯具的形式查表即可求出该条件下的利用系数。表11-7给出了GC1一A(B)一1型配照灯，采用功率为150W的白炽灯时的利用系数a与反射系数和室空间比的关系。该灯具的最大允许距高比为1.25.3)根据利用系数计算工作面上的实际平均照度随着灯具的使用，光源本身的光效要逐渐降低，灯具也要陈旧脏污，被照场所的墙壁和顶棚一也有污损的可能，从而使作业面上的光通量有所减少。在计算作业面上的实际平均照度时，应计入一个小于1的“减光系数k"。因而作业面上的实际平均照度为:上一页返回任务一电气照明灯具布置与照度计算2.比功率法比功率就是单位面积上照明光源的安装功率。为了简化计算，根据不同的照度要求、不同的房间面积率，并制成表格、灯具的类型和灯具的悬挂高度，确定出单位面积上的电光源的安装功。设计计算时根据单位面积上所需的安装功率，计算照明光源总功率的方称比功率法或单位容量法。各种型号灯具的比功率可从有关设计手册中查得，表11-8给出了配照灯的比功率参率法考值。设计时从表中查出不同条件下的比功率，然后求出室内的总安装容量。即:下一页返回任务二照明供配电系统设计一、照明供配电系统照明供配电电压正常照明和事故照明灯的工作电压一般为220V。照明线路的供配电一般采用380/220V三相四线制中性点直接接地的供配电系统，只有在线路电流不超过30A时，方可采用220V单相供配电线路。对空间狭窄、特别潮湿、易触电的危险场所，以及人经常接触的手提行灯、局AIS照明灯，应采用安全电压供配电。矿井井下的照明采用127V电压。上一页下一页返回任务二照明供配电系统设计照明电压的质量对照明灯的寿命和光通影响很大，为此要求灯泡的端电压不应超过其额定电压5%;远离变电所的场所难以满足5%的要求时，允许为10%;对应急照明、道路照明、警卫照明及电压为12~42V的照明电压允许降低10%.2.照明供配电网络照明供配电网络由馈线、干线和分支线组成，如图11一15所示。3.照明供配电方式的选择我国照明供配电一般采用380/220V的TN-S或TN-C的交流网络供配电。

1)正常照明

上一页下一页返回任务二照明供配电系统设计一般由动力与照明共用的变压器供配电，如图11一16(a)所示。在照明负荷较大的情况下，照明电一也可以由单独的变压器供配电。当生产厂房的动力采用“变压器一干线”供配电，对外有低压联络母线时，照明电源接于变压器低压侧总开关之后;对外没有联络母线，照明电源接于变压器低压侧总开关之前，如图11一16(b)所示;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开关上，如图11一16(c)所示;对负荷稳定的厂房，动力和照明可以合用供配电线路，但应在电源进户处将两者分开，如图11一16(d)所示

2)事故照明供继续工作或疏散人员的事故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，事故照明电源应立即自动投人。有时为了节约照明线路，事故照明可以取自正常照明线路，但其配电线路与控制开关应分开安装。上一页下一页返回任务二照明供配电系统设计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自正常照明供配电线路。

4)室外照明室外照明应与室内照明线路分开供配电，室外照明应由室内低压配电屏引出专用回路供配电。