Введение. Издательство ТехнетикаЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Москва Издательство Технетика УДК 628.9
Электрическое освещения:учебное пособие / сост.: М.И. Божков, В.Н. Костин. - М.: Изд-во Технетика, 2012. – 120 с.
В учебном пособии излагаются базовые сведения о светотехнике, освещении, источниках света, осветительных приборах, методах расчета освещения и осветительных установок. Содержатся материалы, необходимые для выполнения раздела «Электрическое освещение» курсового и дипломного проекта. Приведены примеры расчетов и необходимые справочные материалы. Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника».
Рецензенты: Санкт-Петербургское государственное унитарное предприятие Ленсвет; член корр. академии электротехнических наук РФ, д.т.н., проф. СПбГУВК В. А. Шошмин.
Составители: М.И. Божков, В.Н. Костин. Предисловие Дисциплина «Установки электрического освещения» изучается студентами специальности «Электроснабжение». Основной целью изучения дисциплины является получение студентами базовых знаний в области светотехники, ее элементной базы, проектирования и методов расчета осветительных установок. Главной задачей современной светотехники является обеспечение комфортной световой среды для труда и отдыха человека, а также повышение эффективности и масштаба применения света в технологических процессах на основе рационального использования электроэнергии, расходуемой в светотехнических установках. В результате изучения дисциплины студент должен овладеть основами знаний, формируемыми на нескольких уровнях: иметь представление об основах светотехники, световых измерений, системах и видах освещения, нормировании освещения; знать основное оборудование осветительных установок; уметь проектировать электрическое освещение различных объектов; владеть методами расчета электрического освещения. В соответствии с учебным планом дисциплина «Установки электрического освещения» относится к циклу дисциплин специализации при подготовке специалистов и к вариативной части профессионального цикла подготовки бакалавров. Теоретической и практической основами дисциплины являются курсы: «Математика», «Физика» и «Теоретические основы электротехники». Приобретенные знания будут использованы при изучении специальных дисциплин, а также при курсовом проектировании и выполнении выпускной квалификационной работы. При изучении дисциплины рекомендуется разобрать приводимые примеры, ответить на контрольные вопросы, приводимые в конце каждой главы. Введение Установки искусственного освещения являются, пожалуй, самыми массовыми из всех инженерных устройств. Проектирование, монтаж и эксплуатация этих установок требуют значительных материальных затрат, но эти затраты окупаются возможностью нормальной жизнедеятельности людей в условиях отсутствия или недостаточности естественного освещения. От особенностей устройства искусственного освещения во многом зависят производительность труда, качество выпускаемой продукции, безопасность работы, сохранность зрения человека и архитектурный облик помещения. В дисциплине «Установки электрического освещения» рассматриваются общие вопросы светотехники, а также вопросы устройства и проектирования осветительных установок. Проект установки искусственного электрического освещения состоит из двух частей – светотехнической и электрической. В светотехнической части проекта освещения решают задачи: - выбирают типы источников света и светильников; - намечают высоту установки светильников и их размещение; - определяют качественные характеристики осветительных установок. В электрической части проекта освещения решают задачи: - определения расчетных нагрузок освещения; - выбора схемы питания осветительной установки; - выбора рационального напряжения; - выбора сечения и марки проводов линий осветительной сети. В первой главе пособия студенты знакомятся со светотехническими единицами, основами световых измерений, системами и видами освещения, нормированием освещения. Во второй главе рассмотрены источники света и осветительные приборы. Третья глава посвящена светотехнической части, а четвертая – электротехнической части проекта установок электрического освещения. Материал третьей и четвертой глав направлен на подготовку студентов к выполнению раздела «Электрическое освещение» в курсовом и дипломном проектировании.
Основные понятия и соотношения Всем телам свойственно лучеиспускание, и каждое из них непрерывно излучает и поглощает энергию, если температура его не равна 0°К. Лучистая энергия возникает за счет энергии других видов в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов (солнечный свет, свет от костра, от электрической лампы, от светодиода и др.). Природа всех лучей одинакова. Они представляют собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Электромагнитное излучение имеет двойственную корпускулярно-волновую природу: с одной стороны, оно обладает волновыми свойствами, а с другой стороны представляет собой поток частиц – фотонов, обладающих нулевой массой покоя и движущийся со скоростью света в вакууме. При малых частотах излучения преобладающую роль играют волновые свойства, а при больших частотах - корпускулярные. Фотон – элементарная частица, квант электромагнитного излучения. Это самая распространённая по численности частица во вселенной. На один нуклон приходится не менее 20 миллиардов фотонов. Термин квант был впервые введен Максом Планком в его классической работе 1900 года – первой работе по квантовой теории. В вакууме энергия и импульс фотона зависят только от его частоты ν или от длины волны энергия фотона импульс фотона где h – постоянная Планка, h = 6,626·10-34, Дж×с; c – скорость света. Энергия любой системы при излучении или поглощении электромагнитного излучения может измениться только на величину, кратную энергии кванта (то есть дискретно). К электромагнитному излучению относятся радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и жесткое (гамма-) излучение. Электромагнитное излучение с длиной волны λ от 1 нм до 1 мм (между рентгеновским и радиоизлучениями) называют оптическим излучением. Оптическая область спектра делится на ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную части. Ультрафиолетовое излучение образует загар на коже, убивает микробов, озонирует воздух, приводит к выцветанию красок. С помощью специальных веществ (люминофоров) ультрафиолетовое излучение может быть превращено в видимый свет – явление люминесценции. Инфракрасное излучение воспринимается кожей человека как тепло. Это излучение используется для сушки лакокрасочных изделий, нагревания предметов, в медицинских целях. Инфракрасное излучение может быть превращено в видимый свет с помощью приборов ночного видения. Это излучение сканируется антенной приемника, а его индикаторные элементы создают термограмму – изображение предмета, различные цвета которого соответствуют различным температурам. Светотехника – это наука о свойствах света, предметом которой являются исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения и измерения характеристик оптического излучения. Светотехника имеет дело со всем спектром оптического излучения. Освещ е ние – это создание освещенности поверхностей предметов, обеспечивающее видимость этих предметов или возможность их регистрации светочувствительными веществами или устройствами. Освещ е ние охватывает только видимую часть спектра оптического излучения. Свет – это воспринимаемое глазом электромагнитное излучение с длинами волн от 380 до 780 нанометров (нм). Излучения с разной длиной волны воспринимаются глазом по-разному: - 380 – 450 – фиолетовый цвет; - 450 – 480 – синий; - 480 – 510 – голубой; - 510 – 550 – зеленый; - 550 – 575 – желто-зеленый; - 575 – 590 – желтый; - 590 – 610 – оранжевый; - более 610 – красный. Белый цвет представляет собой совокупность всех этих цветов или нескольких цветов, взятых в определенной пропорции. Человеческий глаз воспринимает разное излучение по-разному. В зависимости от длины волны, излучение одинаковой мощности вызывает различную реакцию. Например, излучение с длиной волны 300 нм мы вообще не увидим, а излучение той же мощности, но с длиной волны 555 нм будет видно лучше, чем любое другое. Международная комиссия по освещению (МКО) приняла единую стандартную чувствительность глаза к излучению разных цветов для дневного зрения. На рис. 1.1 представлены стандартизованные зависимости от длины волны l относительной спектральной чувствительности V среднестатистического глаза. Зависимости показаны для глаза, адаптированного на дневное освещение (сплошная кривая) и на ночное освещение (пунктирная кривая). Обе кривые нормированы по максимумам в относительных единицах (о.е.).
Рис. 1.1. Чувствительность человеческого глаза к оптическому излучению различных длин волн Максимум кривой спектральной чувствительности глаза, адаптированного на дневное освещение, лежит в желто-зеленой области спектра и приходится на длину волны 555 нм. Если света мало (например, в сумерки), то кривая спектральной чувствительности смещается в сторону коротких волн, то есть в сторону синих цветов. Поэтому ночью все голубые и синие цвета кажутся значительно светлее, а красные цвета становятся практически черными. Спектр излучения источника света характеризуется цветовой температурой. Цветовая температура Т с – характеристика хода интенсивности излучения света как функции длины волны в оптическом диапазоне. Согласно формуле Планка цветовая температура определяется как температура абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Цветовая температура указывается в градусах Кельвина, отсчитываемых от абсолютного нуля (-273 ° С). В спектре с низкой цветовой температурой преобладают красная и желтая составляющие. В спектре с высокой цветовой температурой преобладает синяя составляющая. К примеру, цветовой температуре Т с =5500 °K соответствует неяркий естественный дневной свет в полдень. Лампы накаливания обычно имеют цветовую температуру Т с =2700 °K.
|
:
; (1.1)
, (1.2)
