Электрооборудование источников энергии, электрических сетей и промышленных предприятий Светотехника Новоселов Иван Михайлович Доцент кафедры «Электротехника», к.т.н. Основные термины и определения Оптическое излучение подразделяется на: • Видимое излучение (длина волны от 380 нм до 760 нм); • Ультрафиолетовое излучение (длина волны от 1 нм до 380 нм); • Инфракрасное излучение (длина волны от 760 нм до 10000000 нм). Видимый спектр излучения Глаз человека видит свет в диапазоне длины световой волны от 380 до 720 нм. Наиболее хорошо человек видит в диапазоне длины волны 550 нм Φ Соотношение Е= - освещенность. Значение 𝑆 освещенности в отдельной точке поверхности подчиняется закону обратных квадратов – основному закону светотехники. Это уравнение связывает между собой источники и приемники математически и выражается следующим соотношением: 𝐼α cos α Е= 2 𝑟 𝐼α -сила света в направлении рассматриваемой точки; α – угол между нормалью, перпендикуляра воспринимающей плоскости и направление; r – расстояние от точки до источника. ЯРКОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ТИПОВЫЕ КРИВЫЕ СИЛЫ СВЕТА Основные термины и понятия • Световой поток – суммарная сила света во всех направлениях; [лм] • Освещенность – количество светового потока на единицу поверхности [лк] • Сила света – сила излучения объекта в заданном направлении [кд] • Кпульсации – величина изменения освещенности, о.е. • Коэффициент неравномерности Качественные характеристики источников света Для специалистов и заинтересованных лиц к важным характеристикам источников света относят: • Мощность, Bт; • Параметры сети, B; • Необходимость применения согласующих устройств: трансформаторов, пускорегулирующих устройств, дросселей и прочих; • Вeличинa cвeтoвoгo потока, лм; • Светoвaя отдача, лм/Bт; • Цветовая температура, K; • Коэффициент пульсации; • Качество цветопередачи, Ra; • Класс пылевлагозащиты; • Климатическое исполнение; • Возможность работы при повышенных/пониженных температурах Цветовая температура излучения Цветовая температура измеряется в градусах по шкале Кельвина (К). По европейским нормам все источники света по цветности разделены на три группы: теплый белый (Тц = ниже 3500 K) нейтральный белый или дневной (Тц = 3500-5300 K) холодный белый (Тц = выше 5300 K) Пульсация светового потока Коэффициент пульсации Индекс цветопередачи Индекс цветопередачи (коэффициент цветопередачи, CRI) — параметр, характеризующий уровень соответствия естественного цвета тела видимому (кажущемуся) цвету этого тела при освещении его данным источником света. В настоящее время это единственная признанная на международном уровне система оценки цветопередачи, которая дает потребителям некоторые ориентиры. Значения коэффициента CRI Характеристика цветопередачи Степень цветопередачи Коэффициент цветопереда чи Примеры ламп Очень хорошая 1А Более 90 Солнце Светодиодные светильники, галогенные лампы, люминесцентные лампы Philips TL-D 90 Graphica Pro, OSRAM DE LUXE, OSRAM Color proof Очень хорошая 1В 80-89 Светодиодные светильники, люминесцентные лампы OSRAM LUMILUX, VANTEX, ЛДЦ, ЛБТЦ Хорошая 2А 70-79 Люминесцентные лампы OSRAM BASIC Хорошая 2В 60-69 Люминесцентные лампы ЛД, ЛБ Достаточная 3 40-59 Лампы ДРЛ (ртутные) Низкая 4 Менее 39 Лампы ДНат(натриевые) Класс пылевлагозащиты ИСТОЧНИКИ СВЕТА Газоразрядные лампы низкого давления Разрядные лампы высокого давления ПРОЧИЕ... Лампы накаливания Люминесцентные лампы Ртутные лапы ДРЛ Светоизлучающие диоды СИД Галогенные лампы Компактные Металлогалогенные ДРИ Индукционные лампы Теплоизлучатели люминесцентные лампы Натриевые лампы ДНаТ Лампы накаливания 1 а 2 б 3 в 4 5 г 6 д е 7 8 ж з 9 10 11 и Конструкция лампы накаливания • 1 – колба; 2 – спираль; • 3 – держатели; 4 – линза; 5 – штабик; 6 – электроды; • 7 – лопатки; 8 – штангель; • 9 – цоколь; 10 – изолятор; 11 – нижний контакт. • Материалы: а – вольфрам; б – стекло; в – молибден; г – никель; д – медь; ж – цокольная мастика; з – латунь, сталь; и – свинец, олово Маркировка ламп накаливания • • Первый элемент – от одной до четырех букв – характеризует лампу по физическим и конструктивным особенностям: В – вакуумная; Г – газополная аргоновая моноспиральная; Б – аргоновая биспиральная; БК – биспиральная криптоновая; МТ – в матированной колбе; МЛ – в колбе молочного цвета; О – в опаловой колбе. • Второй элемент – буквенное выражение из одной-двух букв – определяет назначение ламп: А – автомобильная; Ж – железнодорожная; КМ – коммутаторная; ПЖ – прожекторная; СМ – самолетная. • Третий элемент – цифровое выражение – определяет номинальное напряжение в вольтах, через дефис – номинальная мощность в ваттах (для двухспиральных ламп после номинального напряжения указываются сила света, кд). • Четвертый элемент – порядковый номер доработки (для ламп, разработанных впервые, четвертый элемент отсутствует). • БКМТ215-225-100-2 – лампа накаливания биспиральная криптоновая, в матированной колбе, напряжение 215-225 В, мощность 100 Вт, вторая доработка. Лампа накаливания на 10 000 Вт ЛН в светильнике • Маркировка галогенных ламп: • первая буква – материал колбы (К – кварцевая); • вторая буква – вид галогенной добавки (Г – галоген иод); • третья буква – область применения (О – облучательная) или конструктивная особенность (М – малогабаритная); • первая группа цифр – номинальное напряжение, В; • вторая группа цифр через дефис – номинальная мощность, Вт. • Пример маркировки галогенных ламп: КГМ12-40 – в кварцевой колбе, галогенная, малогабаритная, номинальное напряжение 12 В, номинальная мощность 40 Вт. • Достоинства: • – непосредственное включение в сеть, т.е. для своей работы не требует дополнительных аппаратов; • – низкая стоимость; • – удобство в эксплуатации; • – низкие первоначальные затраты на осветительную установку; • – большой выбор по конструктивным особенностям; • – широкая номенклатура по номинальному напряжению и мощности ламп; • – стабильность светового потока за срок службы. • - прекрасные характеристики по пульсации светового потока • Недостатки: • – малый срок службы (для ламп общего назначения средний срок службы составляет 1000 ч); • – низкая световая отдача (до 32 лм/Вт); • – неэкономичные (более 90% электроэнергии затрачивается на нагрев тела накала и выделяется в виде тепла). Виды галогенных ламп Применение галогенных ламп Типы цоколей Разрядные лампы низкого давления Люминесцентные лампы Люминесцентные лампы • Люминесцентные лампы - это газоразрядные лампы низкого давления, возникающее в которых в результате газового разряда невидимое для человеческого глаза ультрафиолетовое излучение преобразуется люминофорным покрытием в видимый свет. • Люминесцентные лампы представляют собой цилиндрическую трубку с электродами, в которую закачаны пары ртути. Под действием электрического разряда пары ртути излучают ультрафиолетовые лучи, которые, в свою очередь, заставляют нанесенный на стенки трубки люминофор излучать видимый свет. • Люминесцентные лампы обеспечивают мягкий, равномерный свет, но распределением света в пространстве трудно управлять из-за большой поверхности излучения. По форме различаются линейные, кольцевые, U-образные, а также компактные люминесцентные лампы. • Если "закрутить" трубку люминесцентной лампы в спираль, то получают КЛЛ – компактную люминесцентную лампу. По своим параметрам КЛЛ приближаются к линейным люминесцентным лампам (световая отдача до 75 Лм/Вт). Они прежде всего предназначены для замены ламп накаливания в самых разнообразных применениях. Достоинства люминесцентных ламп: • 1. Высокая световая отдача, достигающая 75 лм/Вт; • 2. Большой срок службы, доходящий у стандартных ламп до 20 000 ч; • 3. Возможность иметь источники света различного спектрального состава при лучшей для большинства типов цветопередаче, чем у ламп накаливания; • 4. Относительно малая (хотя и создающая ослепленность) яркость, что в ряде случаев является достоинством. Недостатки люминесцентных ламп: • 1. Ограниченная единичная мощность и большие размеры при данной мощности; • 2. Относительная сложность включения; • 3. Невозможность питания ламп постоянным током; • 4. Зависимость характеристик от температуры окружающей среды; • 5. Пульсация светового потока. • Человеческий глаз не в состоянии заметить эти мелькания света благодаря зрительной инерции, но если частота движения детали совпадает с частотой импульсов света, деталь может показаться неподвижной или медленно вращающейся в противоположную сторону из-за стробоскопического эффекта. Поэтому в производственных помещениях люминесцентные лампы необходимо включать в разные фазы трехфазного тока (пульсация светового потока будет в разные полупериоды). Разделы из ПУЭ по ЛЛ • При применении люминесцентных ламп в осветительных установках должны соблюдаться следующие условия для обычного исполнения светильников: 1. Температура окружающей среды не должна быть ниже 5°С. 2. Напряжение у осветительных приборов должно быть не менее 90% номинального. Маркировка люминесцентных ламп Маркировка люминесцентных ламп Газоразрядные лампы высокого давления (ГРЛВД) • ДРЛ (Дуговая Ртутная Люминесцентная) — принятое в отечественной светотехнике обозначение РЛВД, в которых для исправления цветности светового потока, направленного на улучшение цветопередачи, используется излучение люминофора, нанесённого на внутреннюю поверхность колбы. Для получения света в ДРЛ используется принцип постоянного горения разряда в атмосфере, насыщенной парами ртути. Газоразрядные лампы высокого давления (ГРЛВД) Принцип действия При подаче на лампу питающего напряжения между близко расположенными основным и зажигающим электродом возникает тлеющий разряд. Возникновение в полости РТ достаточно большого числа носителей заряда способствует пробою промежутка между основными электродами и зажиганию между ними тлеющего разряда, который практически мгновенно переходит в дуговой. Стабилизация электрических и световых параметров лампы наступает через 10-15 минут после включения. В течение этого времени ток лампы существенно превосходит номинальный и ограничивается только сопротивлением пускорегулирующего аппарата. Продолжительность пускового режима сильно зависит от температуры окружающей среды — чем холоднее, тем дольше будет разгораться лампа. Преимущества ДРЛ высокого давления • • • • • • • Широкий диапазон мощностей; Компактные размеры; Светоотдача 35-60 лм/Вт; Ресурс работы 6 000 – 15 000 часов; Работают при низких температурах; Доступная цена; Такая разновидной ДРЛ ламп, кaк ртутновольфрамовые, способна запускаться без ПРА. Недостатки ДРЛ высокого давления • Разгораются постепенно, выходя на полную светимость за 7 – 15 мин; • Требовательны к качеству электроэнергии: при напряжении ниже номинального 20% и ниже, включить ДPЛ лампу невозможно; если же она уже была включена, то при снижении напряжения потухнет; • Снижение напряжения на 10-15% приводит к снижению светового потока на 25-30% • Во время работы сильно греются. Из-за этого к проводам и контактам предъявляются повышенные требования, кaк по термостойкости, так и по качеству. • После выключения нельзя включить еще 10-15 минут, пока не остынут (требуется 10 – 15 мин). • Требуют специальной утилизации и бережного обслуживания • Пpи paбoтe издают жужжащий звук; • Низкий коэффициент цветопередачи; • Повышенный коэффициент пульсации (до 75%) ДРЛ в светильнике Применение ДРЛ высокого давления Маркировка ДРЛ ламп Металлогалогенные лампы (МГЛ) • МГЛ имеет сходные черты с некоторыми видами разрядных ламп, где принцип светящегося тела заключен в работе плазмы дугового электрического разряда высокого давления. Горелка МГЛ заполнена инертным газом, ртутью и рядом галоидов (солей-галогенидов). • Принцип работы металлогалогенной лампы заключается в следующем: излучение света в колбе МГЛ совершается под высоким давлением вследствие реакции инертного газа и ртути с определенным числом солей-галогенидов. Во время первичного поступления напряжения на МГЛ тепло, которое фокусируется в колбе после зажжения аргоновой дуги, при повышении температуры и давления, начинает превращать ртуть и соляную смесь в пар, что приводит к излучению света. • Как и многие газоразрядные лампы МГЛ нуждаются во вспомогательных устройствах (дополнительно зажигающихся электродах, импульсно зажигающихся единицах) для инициирования разряда, функционирования должного уровня рабочего напряжения. Виды металлогалогенных ламп МГЛ и светильник Запуск МГЛ ламп Использование МГЛ ламп Дуговая Натриевая Трубчатая лампа (ДНаТ) • По внешнему виду натриевые источники света похожи на лампы ДРЛ. Здесь также имеется стеклянная колба эллиптической либо цилиндрической формы, внутри нее располагается разрядная трубка («горелка»), с каждой стороны которой находятся электроды. Эти выводы соединены с резьбовым цоколем. По причине того, что пары натрия оказывают сильное воздействие на стекло, этот материал не применим для изготовления «горелки». Ее изготавливают из поликора (поликристаллической окиси алюминия), что позволяет повысить устойчивость к парам натрия и пропускать до 90% видимого света. • Такой источник света обладает высокой эффективностью, и является самым экономным и долговечным. Мощность ламп может составлять от 30 до 1000 Вт, в зависимости от сферы использования. Что касается срока эксплуатации, то ресурс ламп рассчитан на 25000 часов работы. Для большинства теплиц это выгодный вариант в плане экономии, так как освещать растения необходимо довольно длительное время, особенно зимой. Устройство ДНаТ 1 – Внешняя колба; 2 – Никелированный цоколь; 3 – Контактные пластины; 4 – Газоразрядная трубка (горелка); 5 – Молибденовые электроды; 6 – Пары Натрия с примесью инертных газов (аргон или ксенон) 7 – Амальгам Натрия 8 – Уплотненный ниобиевый ввод; 9 – Металлические проводники; 10 – Молибденовые пластины; 11 – геттеры (газопоглотители) Виды ДНаТ Светильник с ДНаТ Преимущества и недостатки ДНаТ Преимущества: • Высокий коэффициент световой отдачи (80-120 Лм/Вт) ; • Высокий срок эксплуатации (10000-20000 часов); • Теплый цвет излучения; • Широкий диапазон температур от -60 до +400С; Недостатки: • Пульсация светового потока (до 70%); • Инерционность при включении (4-10 минут); • Взрывоопасность; • Наличие ртути в большинстве ламп – необходимость утилизации; • Низкая цветопередача (до 30 Ra); • Световой поток ослабевает в процессе эксплуатации; • Рост потребляемой мощности с приближением конца срока службы; • Необходимость применения ПРА для подключения ламп. Маркировка и характеристики ДНаТ Применение ДНаТ Светодиод • Принцип работы светодиода. • В основе работы Led светодиода лежит p-n-переход, так называемый электронно-дырочный переход. Работа светодиода построена на взаимодействии двух полупроводников p-типа и n-типа. P – positive, то есть положительный тип, или дырочный. N – negative, то есть отрицательный тип, или электронный. • В результате пропускания электрического тока в месте соприкосновения двух полупроводников происходит переход от одного типа проводимости к другому. • Когда через полупроводники проходит электрический ток, отрицательный заряд электронов соединяются с ионами положительно заряженных дырок. В этот момент выделяется энергия, и мы видим излучение света. Принцип работы Светодиода Преимущества и недостатки светодиодов Преимущества • Самая высокая световая отдача – до 150 Лм/Вт • Заявленный срок службы 100000 часов или 11 лет непрерывной работы. • Относительная безвредность, т.е. отсутствие ртути и простая утилизация. Но кроме ртути есть и другие металлы, о них умалчивают производители. • Отсутствие пульсации света • Высокая цветопередача (70-95 Ra) • Широкий спектр излучения Недостатки • Относительно высокая цена; • Деградация светового потока; • Узконаправленное излучение; • Требуют использования драйверов; • Требуют охлаждения корпуса. Применение светодиодных светильников Светодиодные светильники Индукционные лампы • Индукционные лампы представляют собой усовершенствованные люминесцентные лампы. Их особенность заключается в том, что в них нет электродов накаливания, необходимых для розжига традиционных ламп. Свечение осуществляется благодаря электромагнитной индукции в заполняющем стеклянный сосуд (колбу) газе. • Принцип работы индукционной лампы основан на трех физических процессах, а именно электрическом разряде в газе, электромагнитной индукции и свечении люминофора в газовой среде. • В стеклянной колбе образуется электромагнитное поле высокой частоты, которое ионизирует находящуюся внутри смесь. Это в свою очередь ведет к генерации УФ излучения и его преобразование люминофором в яркий свет. Индукционные лампы Устройство индукционной лампы Преимущества и недостатки Преимущества • Выделение чистого и яркого потока света; • Высокий уровень эффективности — до 80−90 лм/Вт; • Быстрое включение без каких-либо задержек; • Отсутствие чувствительности к частому использованию; • Возможность применения вместе с диммером; • Значительный срок службы и безотказной работы — до 75 000 часов; • Стабильные выходные параметры на протяжении всего срока службы Недостатки • выделение токсичных веществ при повреждении колбы из-за паров ртути, содержащихся в ней; • после использования нужно утилизировать лампу; • большие размеры корпуса не подходят для обычных плафонов; • электромагнитное излучения нарушает работу тонких электронных приборов, поэтому светильники не устанавливают в аэропортах и помещениях, где есть подобные устройства; • не подходит для комнат с низкими потолками; • незначительная прочность колбы. Применение индукционных ламп Сравнение дуговых ламп и светодиодов Экономическая ситуация • • • • • • Кабмин с лета 2018 года ограничит использование устаревших ртутных ламп и светильников С 1 июля 2018 года под запрет также полностью подпадут низкоэффективные трубчатые люминесцентные лампы с галофосфатным люминофором МОСКВА, 15 ноября. /ТАСС/. Восемь видов ламп и светильников с июля 2018 года будут постепенно выводиться из оборота и к 2020 году вовсе окажутся под запретом. Утвержденные правительством новые требования по энергоэффективности обяжут компании и муниципалитеты отказаться от неэффективных и неэкологичных ламп, к которым относятся ртутные, натриевые, индукционные и устаревшие люминесцентные лампы, следует из материалов Минэнерго. В документах, размещенных на сайте ведомства, отмечается, что применение новых требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемых для уличного, внутреннего и промышленного освещения, будет идти в два этапа. Первый этап - с 1 июля 2018 года по 31 декабря 2019 года, второй этап - с 1 января 2020 года. В рамках первого этапа под запрет полностью подпадут низкоэффективные трубчатые люминесцентные лампы с галофосфатным люминофором, перестанут использовать в уличном и внутреннем освещении ртутные лампы высокого давления мощностью 250 МВт и менее, а также светильники с ртутными лампами высокого давления. С 2020 года будут также запрещены в использовании компактные люминесцентные лампы с определенными видами цоколей, натриевые лампы, металлогалогенные лампы, индукционные лампы, а также электромагнитные пускорегулирующие аппараты для светильников для общественных и производственных помещений. Из разрешенных источников света предлагается оставить только светодиодные источники света и лампы накаливания до 100 Вт. Светодиоды в России • Если говорить о рынке технологий, то в России все выглядит пессиместично. 99,9% рынка – это иностранные компоненты. • Одним словом, на этом собирается практически все светодиодное светотехническое оборудование российского производства. Теперь посмотрим непосредственно на LEDпродукцию. • Половина того, что сейчас существует на рынке в сегменте «архитектурное освещение», производится в России. Другие 50% завозятся из-за рубежа, причем большинство – опять-таки из Китая. Это единственное, о чем можно говорить болееменее точно. В остальных областях рынок достаточно сумбурный, изо дня в день появляются новые продукты и вместе с ними и новые ниши. • Говоря о производителях, «Светлана Оптоэлектроника» является единственной российской компанией, которая сейчас делает светодиоды. Но если посмотреть на рынок в целом, доля компании в нем стремится к нулю. Качественные характеристики системы освещения • 1. Коэффициент неравномерности освещения; • 2. Коэффициент естественной освещенности (КЕО); • 3. Коэффициент пульсации светового потока; • 4. Насыщенность пространства светом; • 5. Ослеплённость и дискомфортная блескость; • 6. Контрастность освещения и контраст светотени. Коэффициент неравномерности светового потока Это отношение Разницы максимальной и минимальной освещенности к средней освещенности. Для примера г) Z=11/6=1.83 Отношение максимальной освещенности к минимальной СНиП23-05-95. 7.9 Отношение максимальной освещенности к минимальной не должно превышать для работ I-III разрядов при люминесцентных лампах 1,3, при других источниках света - 1,5, для работ разрядов IV-VII - 1,5 и 2,0 соответственно. Неравномерность освещенности допускается повышать до 3,0 в тех случаях, когда по условиям технологии светильники общего освещения могут устанавливаться только на площадках, колоннах или стенах помещения. Коэффициент естественной освещённости (КЕО) • Коэффициент естественной освещённости — отношение естественной освещённости, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражений), к одновременному значению наружной горизонтальной освещённости, создаваемой светом полностью открытого небосвода; выражается в процентах где КЕО — коэффициент естественной освещённости, Ев — естественная освещённость в точке внутри помещения; Ен — наружная освещённость на горизонтальной поверхности. С помощью этого коэффициента производится нормирование естественного и совмещенного освещения в помещениях, коэффициент применяется при проектировании зданий и сооружений Значение КЕО в зависимости от расстояния от окна Цилиндрическая освещенность Отношение светового потока, падающего на боковую поверхность бесконечно малого цилиндра с центром в заданной точке, к площади боковой поверхности этого цилиндра. Для измерения этого параметра используют специальный люксметр изготовленный для этого Цилиндрическая освещенность Ец нормируется и рассчитывается только для помещений общественных зданий, перечиленных в таблице приложения Л СП 52.13330.2016, для которых необходимо визуальное восприятия окружающего пространства (залы музеев, галерей и т.п.). • 7.3.5 В помещениях, где необходимо обеспечить цилиндрическую освещенность, средневзвешенный по поверхности коэффициент отражения стен должен быть не менее 40%, а потолка - не менее 50%. • Свод правил СП 52.13330.2016 "Естественное и искусственное освещение" Расчет цилиндрической освещенности Ослеплённость и дискомфортная блескость • • • • • Критерием оценки дискомфортной блескости служит объединенный показатель дискомфорта UGR. Для его расчета разработан ГОСТ 26824 «Метод определения показателя дискомфорта при искусственном освещении помещений» Применяется там, где расстояние от светильника до рабочей поверхности составляет менее 2,5 м …4.3 Для расчета объединенного показателя дискомфорта на соответствие требованиям норм используют формулы (1)-(4), определяющие его через силу света светильников в направлении точки расположения стандартного наблюдателя, расстояние от стандартного наблюдателя до видимой площади светящей поверхности, светильника , индекс позиции светильника и отраженной составляющей освещенности стен на высоте линии зрения стандартного наблюдателя . Значения сил света содержатся в файлах фотометрических данных на светильник в таблицах силы света [4] или в формате [5] в формате . Условное правило – чем более концентрированные КСС используются, чем больше точечных светильников, чем меньше расстояние до источника света, чем меньше светильников в помещении – тем выше UGR. Если ваша система освещения не «проходит» по UGR – используйте другие светильники, увеличьте их число, снизьте мощность освещения каждой установки, смените светильник с точечных на объемные. Контрастность освещения и контраст светотени • Контраст объекта различения с фоном K, относительные единицы: определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона. Контраст объекта различения с фоном считается: - большим – при K более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости); - средним – при K от 0,2 до 0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости); малым – при K менее 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости). • 3.1.28 Для уменьшения контрастов яркости в поле зрения коэффициенты отражения ограждающих поверхностей и мебели должны иметь следующие значения: потолка 0,7 – 0,75; стен 0,4 – 0,5; пола 0,3, мебели 0,4 Для наглядности к параметру контрастности Отношение регламентирующих органов к обязательному выполнению СНиП при проектировании инженерных систем • 1. обязательные стандарты Перечня № 1521. Именно эти стандарты (СНиП и СП) являются обязательными • В том числе в Перечень №1521 входит: • … СП 52.13330.2011 "СНиП 23-05-95* "Естественное и искусственное освещение". Разделы 1(пункты 1.1, 1.2), 46, 7 (пункты 7.1-7.35, 7.37, 7.38, 7.40, 7.45-7.86, 7.1017.122), приложение К. • 2. Стандарты, включенные в Перечень №365 являются достаточными для выполнения всех норм при проектировании систем освещения Фактически весь СНиП 23-05-95 ЯВЛЯЕТСЯ ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ. Необязательными являются лишь те правила, которые помечены как «Рекомендуемые», «Допускается…», «архитектурное освещение зданий» Разработка системы освещения Введение • Создание системы освещения начинается с анализа существующих условий: как в помещение проникает естественный свет, каким образом расположена мебель и прочие крупные объекты, какие функциональные зоны требуют освещения, какого эффекта нужно добиться: настроя на работу или отдых. • При проектировании искусственного освещения учитывают три его составляющие: лампы, светильники и системы управления Четыре параметра которые нужно учесть СНиП «23-05-95 Системы и нормы освещенности» различает две системы освещения: • Общая система освещения; • Комбинированная система освещения По характеру взаимодействия с излучением от Солнца, систему освещения делят на естественное, искусственное и комбинированное Комбинированное освещение 6.1.12. Для аварийного освещения рекомендуется применять светильники с лампами накаливания или люминесцентными. 6.1.22. Светильники и световые указатели эвакуационного освещения в производственных зданиях с естественным освещением и в общественных и жилых зданиях должны быть присоединены к сети, не связанной с сетью рабочего освещения, начиная от щита подстанции (распределительного пункта освещения) или, при наличии только одного ввода, начиная от вводного распределительного устройства. 6.1.23. Питание светильников и световых указателей эвакуационного освещения в производственных зданиях без естественного освещения следует выполнять аналогично питанию светильников освещения безопасности (п. 6.1.21). Все наружное освещение промышленных предприятий подразделяется по своему назначению на освещение дорог и проездов, площадок для производства работ, складов различных материалов и готовой продукции, площадок для разгрузки и погрузки грузов. По границам охраняемых площадок устраивается охранное освещение. Питание прожекторов и светильников производится от сети общего электроснабжения освещаемого объекта. Отдельные части осветительной установки могут питаться от различных трансформаторных подстанций или распределительных пунктов. Количество пунктов питания, таким образом, может быть достаточно большим, но управление всей осветительной установкой наружного освещения должно быть, согласно действующим правилам и нормам, централизованным — из одного или возможно минимального количества мест. Ручное и автоматическое виды управления могут использоваться только как дополнительные, для обеспечения более удобных условий эксплуатации. Режим работы на отдельных участках территории объектов различен, что требует и различного режима работы осветительных установок этих участков. Например, при отсутствии работ на складских площадках их освещение выключается, а освещение дорог по территории объекта в это время должно оставаться включенным. Система управления наружным освещением, таким образом, должна обеспечивать возможность раздельного управления отдельными частями осветительной установки. Схемы управления наружным освещением промышленных предприятий Рассмотрим некоторые варианты устройства управления наружным освещением территории промышленных предприятий и различных других объектов. Освещаемая территория, например, имеет небольшие размеры, и сеть наружного освещения питается от одной или двух трансформаторных или распределительных подстанций. В этом случае на щитах этих подстанций выделяется отдельная линия или отдельные линии для питания сети наружного освещения и управление осуществляется непосредственно с этих щитов при помощи установленных на них аппаратов (автоматов, рубильников или пакетных выключателей). При большем количестве светильников, когда для их питания применяются трехфазные сети, рационально устанавливать не трехполюсные аппараты управления, а однополюсные. Это дает возможность включать и выключать наружное освещению по частям. В ночное время можно оставлять включенной в виде «дежурного» освещения одну фазу, т. е. одну треть всего количества светильников. При распре, делении всех светильников по фазам следует на «дежурную» фазу подключить наиболее необходимые для работы светильники, например на перекрестках дорог, у опасных поворотов и т. п. Можно обеспечить, если это требуется, переключение одной фазы на независимый источник электроэнергии. На более крупных объектах, где наружное освещение питается от многих подстанций, на каждой из них на линиях наружного освещения вместо аппаратов непосредственного управления устанавливаются контакторы или магнитные пускатели и их катушки подключаются к специальной сети управления или к сети наружного освещения по каскадной схеме. Применять сложные системы и аппаратуру телеуправления рационально только на тех объектах, где имеются оборудованные телеустановки для управления электроснабжением или различными технологическими процессами и система управления освещением является составной частью общей системы управления. Светильники или прожекторы охранного освещения устанавливаются вдоль границ охраняемого объекта. Управление охранным освещением должно быть централизованным — с пункта управления всем наружным освещением либо из караульного помещения охраны. В некоторых случаях, например при освещении подходов к охраняемым местам или другим объектам, устраивается местное управление — непосредственно с места нахождения охранника. Это дает охраннику возможность самому в зависимости от сложившихся конкретных условий включать или выключать охранное освещение. К постам охраны для этой цели необязательно подводить питающие линии и устанавливать на них рубильники или выключатели, в некоторых случаях проще к месту расположения охранного поста вывести только пусковую кнопку дистанционного управления. Система управления охранным освещением, таким образом, должна быть тесно увязана с общим тактическим планом охраны освещаемого объекта. На территории каждого предприятия имеется много светильников, установленных у входов в здания. Эти светильники, подключенные обычно к сети внутреннего освещения, должны иметь отдельные выключатели и управляться независимо от светильников внутреннего освещения. При большом их количестве они могут быть выделены в отдельную группу и управляться вместе с наружным освещением. Проектирование освещения представляет собой сложный процесс, в котором кроме проектировщиков могут участвовать дизайнеры, архитекторы, конструкторы, специалисты по автоматике и телемеханике, а также производители и поставщики осветительного оборудования. Стадии проектирования Проектирование систем освещения, как и большинства других электроустановок, проходит в два этапа, регламентированных в ГОСТ Р 21.1001-2009: вначале выпускается проектная документация, после утверждения, которой разрабатывается рабочая документация. Проектная документация содержит текстовые и графические проектные документы. В ней проводится сравнительный анализ различных технических решений, на основании которого принимаются конкретные инженерные решения: выбор и размещение светильников, способов управления освещением, определяются способы и места прокладки кабелей, вычисляется необходимая для системы освещения мощность. Все расчеты, подтверждающие правильность выбранных технических решений, в основном содержатся в проектной документации. Рабочая документация включает в себя все необходимые текстовые и графические материалы, необходимые для выполнения строительно-монтажных работ. В нее не входят некоторые разделы проектной документации, например, анализ различных типов осветительных приборов, осуществляемый на этапе выбора и обоснования использования светильников. Для электромонтажной организации, осуществляющей монтаж осветительной системы, в первую очередь важны только те технические решения, которые приняты в проектной документации и детально разработаны в рабочей документации. Обследование помещений Обследование освещаемых помещений, зданий, сооружений и территорий. При обследовании определяются способы и места прокладки кабелей к светильникам и электрощитам. По всем освещаемым помещениям собирается информация об их назначении, геометрических размерах и высотах потолков. Очень важной информацией является наличие или отсутствие подвесных потолков и фальшполов, так как от этого во многом зависят места прокладки кабелей. Важна информация о материалах и толщинах капитальных стен и перегородок с точки зрения возможности их штробления для прокладки кабелей в стенах. Обоснование норм и расчет освещенности Выбор и обоснование норм освещенности для каждого конкретного помещения зависит от его назначения. Нормы освещенности приведены в СП 52.13330.2011, СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03, в своде правил СП 31-110-2003, а также в некоторых отраслевых нормах. Отраслевыми нормами регламентируются уровни освещенности специализированных зданий и сооружений, например, таких как метрополитен. Для проектирования освещения метрополитенов необходимо выполнять требования СП 120.13330.2012, СП 2.5.1337-03, СП 32-105-2004. В соответствие с СП 52.13330.2011 освещенность нормируется в точках минимальных ее значений на рабочей поверхности. В некоторых стандартах добровольного применения, например в ГОСТ Р 55710-2013, используется иной метод нормирования: Минимально допустимое значение средней освещенности Еср на заданной поверхности. Но учитывая, что Свод Правил СП 52.13330.2011 постановлением Правительства РФ №1521 от 26.12.2014 г. внесен в перечень национальных стандартов обязательного применения, метод нормирования освещенности используем из данного СП. Расчет освещенности. До выполнения расчетов освещенности должна быть полная ясность с видом отделки всех стен и потолков освещаемых помещений. Это даст возможность максимально точно выбрать коэффициенты отражения всех поверхностей. При отсутствии этой информации точность расчетов освещенности может оказаться недопустимо низкой. Например, покрашенные белой краской потолки имеют коэффициент отражения не менее 80%, подвесные потолки армстронг обычно имеют коэффициент отражения от 50 до 80%, а потолки–решетки Грильято могут практически не отражать свет – они рассчитаны на использование светильников с внутренними отражателями. Для некоторых типов подвесных светильников, у которых коэффициент использования светового потока сильно зависит от коэффициента отражения потолков, ошибка в расчетах может оказаться 50 и более процентов. Расчет освещенности, как правило, выполняют компьютерными методами. Многие компьютерные программы для расчета освещенности, например DIALux, находятся в свободном доступе и их можно скачать с сайта поддержки программы (www.dialux.com). Производители светильников размещают на своих сайтах файлы для этих программ с измеренными КСС (кривые силы света) своего осветительного оборудования. Светильники некоторых производителей могут быть уже включены в каталог светильников программы. Последовательность выполнения расчетов освещенности при использовании светильников с различными характеристиками можно прочитать в статьях Нормирование освещенности при расчетах и Расчет освещенности. Желательно уметь выполнять расчет освещенности и вручную. Это иногда позволяет избежать ошибок в расчетах. Выбор типов светильников зависит от типа и назначения освещаемого помещения. При проектировании сложных осветительных установок, например помещений больших офисных центров, светильники и места установки выключателей обычно выбирают дизайнеры и архитекторы. Затем проектировщики, в тесном сотрудничестве с поставщиками осветительного оборудования, выполняют расчеты освещенности всех помещений и производят расстановку светильников. При проектировании освещения обычных помещений все работы проектировщик выполняет сам. Предпочтение отдают в первую очередь светильникам, у которых световая отдача и срок службы максимальны. Но необходимо при этом учитывать особенности спектров излучения ламп с учетом их влияния на организм человека. При выборе светильников следует учитывать индекс цветопередачи, коэффициент пульсаций освещенности, а так же показатели ослепленности и дискомфорта. Описания многих типов наиболее широко распространенных осветительных приборов приведены в разделе «Светильники». . Для включения светильников в небольших помещениях, как правило, устанавливают выключатели внутри помещения со стороны дверной ручки. В больших помещениях удобнее управлять освещением из одного места. Если имеется пост охраны, то управление освещением осуществляют с этого поста. В протяженных коридорах удобно устанавливать переключатели в обоих концах коридора, которые позволяют управлять освещением из двух и более мест. При больших мощностях групповых осветительных линий для включения светильников используют магнитные пускатели (контакторы), управляющие катушки которых коммутируются либо обычными выключателями, либо при помощи кнопочного поста. Кнопочный пост содержит две раздельные кнопки для включения и выключения освещения. При работающем освещении включенное состояние магнитного пускателя обеспечивается его самоблокировкой. В санузлах, душевых и ванных помещениях выключатели устанавливают вне этих помещений. Электропроводки Выбор способов и мест прокладки кабелей. Кабели осветительных сетей могут быть проложены в запотолочных пространствах подвесных потолков, в пустотах железобетонных плит перекрытий, в пространствах под фальшполами. При отсутствии подвесных потолков и фальшполов кабели прокладывают в штробах или в кабель-каналах по стенам и потолкам. Следует учитывать, что нельзя штробить многие несущие конструкции: колонны, балки, плиты перекрытий и некоторые другие. Перед принятием решения об использовании штроб необходимо согласовать их с проектировщиками здания. Как правило не вызывает проблем штробление перегородок, если их толщина позволяет скрытую прокладку в них кабелей. По фасадам зданий кабели прокладывают в стальных оцинкованных коробах или стальных трубах. Основные требования к электропроводкам содержатся в ГОСТ Р 50571.5.52-2011 и ПУЭ. Деление осветительных приборов на группы. Групповые осветительные сети могут быть однофазными и трехфазными. При большом количестве небольших освещаемых помещений (с площадью 20 – 30 м2) группы рабочего освещения делают однофазными, подключая на группу несколько освещаемых помещений. Помещения с площадью 40 – 60 м2 могут быть освещены отдельной группой. Большие помещения (с площадью 60 – 100 м2 и более целесообразно освещать несколькими группами светильников, обязательно равномерно распределенными по фазам. Всегда необходимо предусматривать возможность включения светильников только в определенной части помещения. Это позволяет в светлое время суток освещать только определенную часть помещения (наименее освещаемую естественным светом). Кроме того, если последовательно включены 5 – 6 и более светильников, то следует иметь возможность включать их через один, что позволит ступенчато изменять освещенность. Протяженные осветительные групповые линии всегда делают трехфазными (особенно это касается освещения больших цехов и уличного освещения). На этом этапе определяется суммарная мощность, необходимая для нормальной работы осветительной установки. При вычислении мощности необходимо учитывать потери в пускорегулирующей аппаратуре. При проектировании здания проектировщик освещения должен постоянно контактировать с проектировщиками других инженерных сетей: силовых электрических сетей, вентиляции, кондиционирования, отопления, компьютерных и пожарных сетей. Особое внимание следует уделять прокладке воздуховодов приточновытяжной вентиляции, прокладываемых за подвесными потолками, так как именно с ними труднее всего «увязать» прокладку электрических кабелей. Часто трассы осветительных и розеточных сетей размечают после выпуска проекта вентиляции, так как обойти лотками с кабелями воздуховоды гораздо проще, чем менять расположение воздуховодов. Выбор типов и сечений жил кабелей групповых линий. Типы кабелей выбирают в зависимости от назначения помещений. Внутри зданий наиболее часто используют кабели ВВГнг-LS, но в некоторых случаях требуются кабели, удовлетворяющие особым требованиям пожарной безопасности, изложенным в ГОСТ 31565-2012. Сечения жил кабелей должны длительное время выдерживать рабочие токи. Выбор сечений необходимо осуществлять с учетом поправок на температуру окружающей среды и на количество кабелей, проложенных в одном коробе или трубе. Расчеты потерь и токов короткого замыкания. Все групповые линии должны быть проверены по величине допустимых потерь и токам короткого замыкания. Допустимые потери в осветительной сети рассмотрены в статье Нормирование потерь в осветительных сетях. При неудовлетворении этим критериям сечение кабелей увеличивают. В случае если групповая линия имеет недостаточный ток короткого замыкания, обеспечивающий срабатывание электромагнитного расцепителя, но удовлетворяет всем требованиям по величине потерь, то иногда целесообразно уменьшить номинал автоматического выключателя. Щиты освещения Определение пунктов подключения осветительных электрощитов. Щиты освещения запитывают от ГРЩ или ВРУ зданий. При выборе сечений кабелей распределительной сети: от ГРЩ и ВРУ зданий до осветительных электрощитов всегда необходимо учитывать их длину. Желательно не допускать потерь напряжения в кабелях более 1 – 1,5%. Если питание осуществляется по двум кабелям, то целесообразно их сечения выбрать так, что бы в аварийном режиме вся осветительная сеть могла длительное время работать от одного ввода. Проектирование электрощитов. При проектировании небольших помещений офисов, квартир или других подобных электроустановок ограничиваются одним электрощитом, объединяющим сети освещения и розеток. Но чаще электрощиты освещения выделяют как отдельные устройства. Также для аварийного освещения проектируют отдельный электрощит. Электрощиты рабочего и аварийного освещения должны быть расположены таким образом, что бы в случае возгорания оборудования щита рабочего освещения щит аварийного освещения не был выведен из строя пламенем. В щите должны быть предусмотрены резервные автоматические выключатели. Кроме того, корпус щита должен позволить добавление в него дополнительного оборудования, необходимость которого часто возникает в процессе модернизации электроустановки. Номиналы автоматических выключателей выбирают по расчетному току. Нормативные документы, касающиеся автоматических выключателей и электрощитов, можно посмотреть в разделе сайта Аппараты защиты и управления. Для большинства источников света необходимо учитывать пусковые токи. Рабочие и пусковые токи сильно зависят от температуры окружающей среды, что необходимо учитывать при выборе номиналов автоматических выключателей. В светильниках, содержащих ПРА, следует различать пусковые токи в групповой линии, и пусковые токи в цепи источника света (в выходной цепи ПРА). Эти токи могут существенно различаться. Для питания световой рекламы, устанавливаемой на фасадах зданий и архитектурно-художественной подсветки зданий необходимо предусматривать УЗО с номинальным дифференциальным током срабатывания не более 30 мА. Выбор светильника Светильник выбирают в зависимости от характера окружающей среды, требований к светораспределению, ограничению слепящего действия, их стоимости и экономичности. При выборе светильников нужно учитывать степень защиты светильников от окружающей среды помещения. Выбор нормированной освещенности. Нормированная освещенность – это наименьшая допустимая освещенность в «наихудших» точках рабочей поверхности перед очередной чисткой светильников. Значение нормируемой освещенности выбирается в зависимости от характера зрительной работы, размеров объекта различия, фона и контраста объекта с фоном, вида и системы освещения, типа источника света. Нормируемая освещенность нормируется всевозможными СНиП. Для каждого объекта и технологии предусмотрены свои нормы освещенности. Выбор коэффициента запаса и дополнительной освещенности. Снижение светового потока осветительной установки из-за загрязнения светильников и источников света и их старения при расчетах учитывают коэффициентом запаса Кз. Для ламп накаливания принимают Кз=1,15 –1,7, для газоразрядных Кз=1,3 – 2,1. Для газоразрядных ламп Кз=1,3. При расчете освещенности в любой точке помещения учитывают световые потоки только ближайших светильников. Для учета действия удаленных светильников и отраженных потоков при расчете используют коэффициент дополнительной освещенности µ. Обычно его принимают равным 1,1 – 1,2. Типовые расчеты системы освещения Расчет по методу коэффициента использования светового потока Расчет точечным методом Расчет способом удельной мощности Расчет по методу коэффициента использования светового потока Данный метод расчета, может быть выполнен для двух случаев – когда известно точное количество ламп и необходимо рассчитать их мощность, или, когда известна мощность ламп и необходимо рассчитать их количество. Рассмотрим оба варианта. Данный метод считается наиболее грубым, но он является наиболее простым и быстрым. Годится для расчета освещения небольших помещений прямоугольной формы. Расчет производится по формуле: Ф - необходимый световой поток одной лампы, Лм; E – это минимальное нормируемое значение освещенности для данного помещения, лк; Kз – это коэффициент запаса. Этот показатель учитывает, что в процессе эксплуатации лампа будет подвергаться загрязнению, и ее световой поток будет снижаться. Кроме того, данный показатель позволяет учесть снижение отраженной составляющей от стен потолка и других поверхностей; Рассчитывается по таблицам СНиП. S –площадь помещения, м2; z – коэффициент неравномерности освещения. Данное значение зависит от равномерности распределения светильников по всей площади помещения, а также от наличия затеняющих объектов. Нормируется в СНиП. О.Е. n – количество ламп в светильнике. Если применяются одноламповые светильники, то его значение равно единице. При большем количестве, ставим соответствующее число. Шт. ɳ — коэффициент использования светового потока. Он определяется как соотношение излучаемого и падающего на рабочую поверхность, светового потока всех ламп. Для его определения следует использовать специальную справочную литературу. О.Е. N – это количество светильников, установленных в помещении. Зависит от выбранной системы освещения. Шт. Порядок расчета Расчет общего освещения рекомендуется выполнять в следующей последовательности: 1. Выбрать систему освещения. 2. Обосновать нормированную освещенность на рабочих местах заданного объекта. 3. Выбрать экономичный источник света. 4. Выбрать рациональный тип светильника. 5. Оценить коэффициент запаса освещенности, k, и коэффициент неравномерности освещения, Z. 6. Оценить коэффициенты отражения поверхностей в помещении (потолка, стен, пола), r. 7. Рассчитать индекс помещения i. 8. Найти коэффициент использования светового потока, h. 9. Рассчитать требуемое количество светильников, N, или световой поток лампы, Фл, которые необходимы для обеспечения на объекте требуемой освещенности Еmin. 10. Выполнить эскиз расположения светильников на плане помещения с указанием размеров. Точечный метод расчета Точечный метод расчета считается наиболее точным и трудоемким. При его использовании рассчитываются освещенности только в контрольных точках от каждого светильника. Затем их складывают и получают суммарную освещенность в контрольной точке Точечный метод расчета На первом этапе расчета, следует вычислить высоту Нр. Данная высота является разностью между высотой подвеса светильника и нормируемой высотой минимальной освещенности. Точечный метод расчета На втором этапе необходимо прикинуть количество светильников, расположить их равномерно в помещении, а затем рассчитать необходимые расстояние между светильниками Точечный метод расчета На третьем этапе необходимо определить контрольные точки в помещении, рассчитать их расстояния до каждого светильника и высоту. Точечный метод расчета Найдя параметр Нр на оси ординат, а параметр d на оси абсцисс, на их пересечении мы получим условную освещенность в искомой точке от данного светильника. Но нам необходимо найти условную освещенность в данной точке от каждого расположенного поблизости светильника, а затем суммировать их значение. Таким образом мы получим величину Ее. Теперь, для расчета точечным методом, формула будет следующей: В этой формуле, 1000 – это условный световой поток лампы. Ен – нормируемая освещенность, kз– коэффициент запаса, выбор которого мы рассматривали в предыдущем разделе нашей статьи. µ — это коэффициент добавочной освещенности от соседних светильников и отраженного света. Обычно значение данного показателя принимают от 1 до 1,5. Пример графика изолюкс Расчет способом удельной мощности Данный метод самый простой, но не дает точных результатов. Кроме того, он требует использования большого количества справочной литературы и некоторого опыта. Суть данного метода сводится к следующему. Сначала определяем величину Нр. Это мы уже умеем. Затем по указанной таблице определяем удельную мощность, Вт/м2 Расчет способом удельной мощности • После этого можно определить мощность одной лампы. Делается это по формуле: Где S – площадь помещения, м2 n – количество ламп, шт. Исходя из полученного значения, находим ближайшее большее значение существующих ламп. Если мощность ламп не соответствует требованиям светильника, то увеличиваем количество светильников, и повторяем расчет методом удельной мощности. Программное обеспечение Dialux Программное обеспечение Dialux Основные источники информации для проектирования • Каталог светильников • http://www.lumen2b.ru/catalog-luminaries/ • ПУЭ https://www.elec.ru/viewer?url=files/2016/11/02/PUEnovredaktsijaelek.pdf • Скачать Dialux • http://expertunion.ru/programmyi/dialux-besplatnayaprogramma-dlya-rabotyi-s-osvescheniem.html • Оценка освещения рабочих мест. Методические указания МУ 2.2.4.706—981/МУ ОТ РМ 01—98 • Свод правил СП 52.13330.2016. "Естественное и искусственное освещение" Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*
