Экспериментальное определение основных характеристик светильников и облучателей
Содержание работы
1. Изучить принципы классификации светильников, ознакомиться с системой их обозначения.
2. Изучить устройство, основные характеристики, способы монтажа светильников и облучателей. Выяснить возможность применения их в различных условиях среды.
3. Построить кривые силы света (КСС) исследуемых светильников и сравнить их с типовыми кривыми.
4. Определить световой поток, коэффициент усиления, КПД и защитный угол нескольких типов светильников.
5. Исследовать распределение температурного поля под облучателем (облучателями различной конструкции).
Общие сведения
Эффективность использования электроэнергии в значительной степени определяется номенклатурой и параметрами осветительных приборов.
Осветительными прибором называется устройство, содержащее источник света (один или несколько источников видимого излучения), осветительную арматуру и предназначенное для целей освещения.
Световые приборы, предназначенные для световой сигнализации, называются светосигнальными приборами.
Основным назначением осветительной арматуры является перераспределение светового потока источника света в пространстве с целью наиболее рационального его использования, что достигается за счет применения отражателей, рассеивающих устройств различной формы и, в ряде случаев, преломляющих оптических систем.
Не менее существенно и второе назначение осветительной арматуры - защита глаз от чрезмерной яркости источника света (ИС). Наличие в поле зрения таких источников света, без осветительной арматуры, отрицательно сказывается на органах зрения, вызывая снижение чувствительности и работоспособности глаза.
Корпус или отражатель осветительной арматуры, внутри которой установлен ИС, ограничивают возможность попадания ИС в поле зрения наблюдателя. Аналогичную функцию может выполнять рассеивающее устройство (рассеиватель), закрывающий полностью или частично ИС и тем самым значительно снижающий его яркость.
Наряду с этим осветительная арматура служит для предохранения источников света от механических повреждений, а также от запыления, загрязнения и попадания воды.
Важным назначением арматуры является защита пожароопасной и взрывоопасной окружающей среды от воздействия ИС.
По характеру светового распределения осветительные приборы подразделяются на светильники и прожекторы.
Светильник – это осветительный прибор, перераспределяющий световой поток источников света (ламп) внутри больших телесных углов (до 4 p) и обеспечивающий угловую концентрацию светового потока с коэффициентом усиления не более 30 для круглосимметричных световых приборов, и не более 15 - для симметричных световых приборов. Светильники предназначены, как правило, для освещения относительно близко расположенных объектов (находящихся на расстояниях, обычно меньших, чем 20- кратные максимальные размеры светильников). Под коэффициентом усиления понимается отношение силы света осветительного прибора в данном направлении к силе света источников (ламп).
Прожектором называется осветительный прибор, перераспределяющий световой поток внутри малых телесных углов и обеспечивающий концентрацию светового потока с коэффициентом усиления более 30 для круглосимметричных световых приборов, и более 15 для симметричных световых приборов. Прожекторы служат для освещения удаленных объектов, архитектурной и декоративной подсветки памятников, фасадов зданий, колонн и пр.
В основу светотехнической классификации светильников положено два признака:
а) распределение светового потока между верхней и нижней полусферами окружающего светильник пространства;
б) форма кривой силы света.
По первому признаку светильники подразделяются на пять классов, приведенных в таблице 3.6.
Таблица 3.6 – Классификация светильников по светораспределению
| Обозначение класса светильника по световому распределению в пространстве | Наименование класса светильника по световому распределению в пространстве | Доля светового потока, направляемого в нижнюю полусферу, от потока светильника |
| П | Прямого света | Свыше 80 |
| Н | Преимущественно прямого света | 60-80 |
| Р | Рассеянного света | 40-60 |
| В | Преимущественно отраженного света | 20-40 |
| О | Отраженного света | 20 и менее |
По второму признаку светильники могут иметь одну из семи типовых кривых силы света: концентрированную (К), глубокую (Г), косинусную (Д), полуширокую (Л), широкую (Ш), равномерную (М), синусную (С), могут быть и специальные (приводятся в каталогах производителей).
а) б) Варф.
Рисунок 3.14 – Типовые кривые силы света: а – нормированные к одному значению силы света; б – приведенные к световому потоку 1000лм.
Таблица 3.7 – Типовые КСС, зоны направления максимальной силы света и коэффициенты формы кривой силы света
Примечание: Кф – коэффициент формы кривой силы света;
Кроме указанных выше характеристик, к основным светотехничским характеристикам светильников относятся:
- коэффициент усиления;
- коэффициент полезного действия (КПД);
- защитный угол.
Светильники классифицируются по степени защиты от поражения электрическим током, по степени защиты от пыли и воды, по климатическому исполнению, взрывобезопасности и пожарной безопасности. Существуют требования к конструкционным материалам светильников по механической прочности, теплостойкости, химической стойкости. Для светильников наружного освещения большое значение имеет стойкость к ультрафиолетовому излучению, особенно это касается светильников, изготовленных из полимерных материалов.
В последнее время все больше внимания обращается на энергетическую эффективность светильников. Классификация светильников по энергетической эффективности основана на классе энергоэффективности источника излучения, который может быть использован в конкретном светильнике (например, европейская директива IM:874/2012, устанавливающая требования к классификации и маркировке светильников).
В таблице 3.8 приведен класс энергетической эффективности источников света, согласно указанной директиве, и приведены примеры определения класса энергетической эффективности светильников [свет. тех].
В общем, можно заключить, что при выборе типа светильника следует учитывать все возможные факторы, а световой прибор должен удовлетворять требованиям соответствующих технических стандартов.
Таблица 3.8 – Класс энергетической эффективности источников света
| Источник света | Мощность, Вт | Класс энергетической эффективности |
| Лампы накаливания | Е | |
| Галогенные лампы накаливания | B | |
| C | ||
| D | ||
| Компактные люминесцентные лампы | A+ | |
| A | ||
| B | ||
| Люминесцентные лампы: типа Т5; типа Т8 | Т5 | А+ |
| Т5 | А | |
| Т8 | А | |
| Натриевые лампы высокого давления | 400, 600 | A++ |
| 70, 150, 250 | A+ | |
| Металлогалогенные лампы | 1000, 2000 | A+ |
| 150, 250, 400 | A+ | |
| 150, 250, 400 | A | |
| 20, 35, 70 | A+ | |
| 20, 35, 70 | A | |
| 20, 35, 70 | B | |
| Светодиодные лампы | A++ | |
| A+ | ||
| A |
Рассмотрим несколько примеров определения класса энергетической эффективности светильников в зависимости от применяемых источников света. Например, к установке в производственном помещении предполагаются светильники типа НПП-100, предназначенные для ламп накаливания с цоколем Е27. Согласно таблице 3.8, независимо от мощности ламп накаливания (мощность ламп не указана), светильники будут находиться в классе Е.
Если в данном типе светильников, использовать компактные люминесцентные лампы или светодиодные лампы с цоколем Е27, то соответственно класс энергетической эффективности: для КЛЛ будет в пределах от А+ до В; для светодиодных ламп от А++ до А.
Рассмотрим еще один пример, для люминесцентных светильников типа OPM/R 418 с лампами Т8 и цоколем G13. В этом случае, класс энергетической эффективности соответствует классу А.
При использовании светодиодных модулей класс энергетической эффективности можно рассчитать согласно методике приведенной в директиве ЕС IM:874/2012. Для этого определяется параметр EEI (energy efficient index) согласно техническим характеристикам светильника.
Для светодиодных светильников типа OPL/R ECO LED (светодиодный модуль мощностью 17, 35 и 70 Вт), производителем, указан класс энергетической эффективности А++ / A.
Существуют количественные требования по ограничению слепящего действия, путем введения показателя ослеплённости - Р, для производственных зданий, и показателя дискомфорта - М, для общественных зданий.
Характеристики безопасности
Пожарная безопасность означает практическую невозможность возгорания, как самого прибора, так и окружающей его среды, что обеспечивается конструкцией светильника, выбором комплектующих изделий и материалов с температурными характеристиками, соответствующими тепловому режиму работы светильника.
Выбор конструктивного исполнения светильника для пожароопасных помещений должен производиться в соответствии с требованиями ПУЭ. Для помещений, отнесенных к пожароопасным зонам П – IIа, необходимо использовать светильники с негорючими рассеивателями из сплошного силикатного стекла. В пожароопасных зонах должны применяться светильники, имеющие степень защиты не менее, указанной в таблице 3.8.
Таблица 3.8 - Минимальные допустимые степени защиты светильников в зависимости от класса пожароопасной зоны
| Источники света, устанавливаемые в светильниках | Степень защиты светильника, для пожароопасной зоны, соответствующего класса | |||
| П - I | П - II | П-Iа и П-IIа при наличии нижних отсосов и общей обменной вентиляции | П - III | |
| Лампы накаливания | IP53 | IP53 | IP23 | IP23 |
| Лампы высокого давления типа ДРЛ | IP53 | IP53 | IP23 | IP23 |
| Люминесцентные лампы | IP53 | IP53 | IP23 | IP23 |
Примечание: может быть использовано обозначение степени защиты без букв – 5'3 или 2'3; допускается изменять степень защиты от воды (вторая цифра), в зависимости от условий окружающей среды.
Для освещения взрывоопасных помещений выпускаются взрывозащищенные светильники, которые в зависимости от области применения разделяются на 2 группы:
а) рудничные взрывозащищенные;
б) взрывозащищенные светильники, для внутренней и наружной установки, на различных промышленных предприятиях.
В зависимости от уровня взрывозащиты светильник обеих групп подразделяются на особовзрывоопасные и повышенной надежности против взрыва. В осветительных приборах повышенной надежности против взрыва предусмотрены меры, затрудняющие возникновение опасных искр, электрических дуг и нагрева, что обеспечивает защиту от взрыва в режиме нормальной работы этих приборов.
Взрывобезопасными называют такие светильники, в которых предусмотрены меры защиты от взрыва окружающей взрывоопасной смеси как при нормальной работе, так и при вероятных повреждениях светильника (кроме повреждений средств взрывозащиты).
Особовзрывобезопасными являются светильники, в которых приняты специальные дополнительные средства взрывозащиты.
Взрывозащищенные светильники должны соответствовать классу взрывоопасных помещений (см. ПУЭ), а для некоторых классов, также категории и группе взрывоопасной смеси.
Категории взрывоопасной смеси устанавливается в зависимости от величины зазора, через который взрыв передается из светильника в окружающую среду с вероятностью, равной 0,5.
Группа взрывоопасной смеси устанавливается в зависимости от температуры самовоспламенения (см. таблицу 3.8).
Максимально допустимые для данного светильника категория и группа смеси указаны в его обозначении.
Таблица 3.9 – Классификация взрывоопасной смеси
| Старая классификация | Существующая классификация | ||
| Группа смеси | Температура воспламенения, °С | Группа смеси | Температура воспламенения, °С |
| А | Более 450 | Т1 | Более 450 |
| Б | 450 - 300 | Т2 | 450 - 300 |
| Г | 300 - 175 | Т3 | 300-200 |
| Д | 175 - 120 | Т4 | 200-135 |
| Т5 | 135-100 | ||
| Т6 | 100-85 |
Защита от воздействия среды
Защита от пыли, воды и агрессивных сред обеспечивается выбором соответствующих конструкционных и светотехнических материалов, а также различной степенью герметизации внутреннего объема светильника.
Согласно ГОСТ 14254-80 и ГОСТ 13828-74 степень защиты осветительного прибора характеризуется двумя цифрами. Первая цифра обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими частями и степень защиты от прикосновения внутрь оболочки пыли и посторонних твердых тел, вторая цифра – степень защиты от воды. Перед двумя цифрами ставятся буквы IP (International Protection – международная защита) во всех случаях, когда эти обозначения соответствуют международному стандарту, в противном случае указанные буквы опускаются, а у первой цифры ставится знак «штрих».
Примеры обозначения: IP53 или 5'3
Степени защиты светильников, применяемых в сельскохозяйственном производстве, приведены в таблице 5,6
Таблица 5
Степень защиты от пыли и проникновения посторонних тел
| Первая цифра обозначения | Наименование степени защиты светильников | Характеристика степени защиты |
| Открытые | Защита от проникновения посторонних тел диаметром не менее 12,5 мм | |
| 2∕ | Перекрытые | То же. Кроме того, попадание пыли ограничивается неуплотненными светопропускающими оболочками |
| Полностью пылезащищенные | Защита от попадания пыли в количестве, вредном для работы светильника | |
| 5∕ | Частично пылезащищенные | То же, но лампа открыта |
| Полностью пыленепроницаемые | Токоведущие части и колба лампы полностью защищены от пыли | |
| 6∕ | Частично пыленепроницаемые | Токоведущие части полностью защищены от попадания пыли |
Таблица 6
| Цифровое обозначение (вторая цифра) | Степень защиты светильников | Характеристики степени защиты |
| Водонезащищенные | ||
| Каплезащищенное | Защиты от капель, падающих сверху под углом до 15° | |
| Дождезащищенное | Защита от капель или струй падающих под углом до 60° | |
| Брызгозащищенное | Защита от капель или брызг, падающих под любым углом |
Система обозначения светильников
Согласно ГОСТ 13828-74 каждому новому светильнику, за исключением светильников специального назначения, присваивается шифр (условное обозначение).
Структура шифра такова:
I 2 3 4 - 5 ´ 6 - 7 – 8 ,
где I – буква, обозначающая источник света (Н- лампы накаливания общего назначения, И – галогенные лампы накаливания, Л- прямые трубчатые люминесцентные лампы, Р – лампы типа ДРЛ, Г – лампы типа ДРИ, Ж- натриевые лампы и т.д.);
1 – буква, обозначающая способ установки светильника (С- подвесные, П- потолочные, Б – настенные, В - встраиваемые и т.д.);
2 – буква, обозначающая основное назначение светильника (П- для промышленных предприятий, О - для общественных зданий, У- для наружного освещения, Р – для рудников, Б - для бытовых помещений, У – для наружного освещения);
3 – двухзначное число (01 – 99), обозначающее номер серии;
4 – число, обозначающее количество ламп в светильнике (для однолампового светильника число I не указывается и знак «х» не ставится, а мощность указывается непосредственно после тире);
5 – мощность одной лампы, Вт;
6 – номер модификации светильника (трехзначное число);
7 – обозначение климатического исполнения и категории размещения светильника (до трех букв и одна – две цифры).
Пример условного обозначения светильника по ГОСТ I3828-74:
НСП 21-100-001-УЗ – светильник с лампой накаливания мощностью 100 Вт, подвесной, для промышленной предприятий, серии 2 I, модификации 00I, климатического исполнения У, категории размещения 3.
Наряду с условным обозначением светильники могут присваиваться условные наименования (собственные имена), например: «Бирюза – 1», «Орфей», «Астра-12» и т.д.
Для светильников, разработанных до 1974 года, сохранены ранее присвоенные им обозначения.
Облучатели для их обогрева, применяемые в животноводстве
В сельском хозяйстве в качестве инфракрасных источников тепла для обогрева животных используют инфракрасные зеркальные лампы (ИКЗ, ИКЗК, ИКЗС, и др.), инфракрасные галогенные лампы накаливания (типа КГ), лампы накаливания общего назначения, а также низкотемпературные инфракрасные излучатели (ТЭНы, керамические излучатели и т.д.).
Источник излучения вместе с арматурой называется облучателем.
В данной работе рассматриваются только наиболее распространенные облучатели с ИК лампами.
Облучатель ОСПО I – 250 рассчитан на работу с лампой ИКЗК 215-225-250. Конструктивно он сходен со светильником НСП21. Состоит из пластмассового корпуса и эмалированного отражателя. Внутри корпуса помещен фарфоровый патрон. Снизу на отражателе установлена сетка, предохраняющая лампу от механических повреждений.
Главное отличие облучателя ССП05-250 заключается в том, что корпус выполнен из специальной теплостойкой пластмассы. Облучатель ОРИ – 2 представляют собой конический корпус из листовой стали. Сверху облучателя под пластмассовым колпаком расположен фарфоровый патрон.
Облучатель «ЛатвИКО» предназначен для установки в нём инфракрасной галогенной лампы накаливания КГ 220-1000-1. Корпус облучателя коробчатой формы, изготовлен из оцинкованной жести. Внутри корпуса установлены отражатель и лампа, защищенная снизу металлической сеткой [1].
Перспективным направлением является применение комбинированных облучательных установок, предназначенных для одновременного ИК обогрева и УФ облучения молодняка сельскохозяйственных животных и птицы: ИКУФ – 1, ИКУФ -1М, «Луч», «Комфорт».
Установка ИКУФ – 1 состоит из пульта управления и 40 облучателей [1,3,4].
Облучатель представляет собой жёсткую коробчатую конструкцию, на концах которой размещено по инфракрасной лампе мощностью 250 Вт (ИКЗС или ИКЗС), а между ними ультрафиолетовая лампа ЛЭ15. Пускорегулирующее устройство УФ лампы размещено сверху и закрыто коробом. Снизу облучатель закрыт защитной сеткой. Облучатель установки ИКУФ – 1М имеет пылевлагозащищенное исполнение. Кроме того, на нем отсутствуют переключатели.
Установка «Луч» состоит из пульта управления, 40 облучателей, 20 ответвительных коробок и тиристорного регулятора напряжения 4.
Облучатель представляет собой жёсткую овальную конструкцию, в которой смонтированы две ИК лампы, а между ними одна УФ лампа.
Инфракрасные лампы устанавливаются под углом к вертикали.