Электрическое освещение бытовых и промышленных объектов. Лекция 2

1.

Электрическое освещение
бытовых и промышленных
объектов
Лекция 2.
Источники освещения. Тепловые источники освещения. Разрядные
лампы низкого давления.

2.

Искусственный источник освещения – устройство, преобразующее
электрическую энергию в оптическое излучение.

3.

Галогенные лампы накаливания
Низкого давления
Высокого давления
Сверхвысокого давления
В,Г,Б
КГ
ЛЛ
ДРЛ
ДРВ
ДРШ
СВД
ДНаТ
ДКсТ
СВД
И
Т,Д
ЭЛ
Ксеноновые лампы
СПД
Лазеры (газовые, твердотельные, полупроводниковые, жидкостные)
Светосплавы
Газоразрядные лампы
Светоизлучающие диоды
Электролюминесцентные панели
ДНаО
Тлеющего свечения и дугового разряда
Натриевые лампы
Импульсные лампы
Сверхвысокого давления
ДРИ
Высокого давления
Ртутные лампы
Высокого давления
Тепловые
Низкого давления
Металлогалогенные лампы
Вольфрамовые лампы накаливания
Классификация источников оптического
излучения:
Источники оптического излучения (ОИ)
Специальные ИОИ

4.

Импульсная лампа – электрическая газоразрядная лампа,
предназначенная для генерации мощных некогерентных
краткосрочных импульсов света;
Лампы тлеющего свечения – электрическая газоразрядная лампа,
часто предназначенная для индикации. Тлеющей разряд – разряд
на электродах, возникающий при малых плотностях тока;
Лампы дугового разряда – лампы, в которых в качестве источника
свечения используется электрическая дуга.
Электролюминесцентные панели – тонкая пластина, испускающая
свечение при подключении к сети.
Светосплавы (светомасса постоянного действия) – соединения (к
примеру, с содержанием радия), которые испускают свечение.

5.

Основные светотехнические характеристики
источников света:
• Номинальное напряжение;
• Номинальная мощность;
• Номинальный световой поток;
• Световая отдача;
• Средний срок службы;
• Полезный срок службы;
• Цветовая температура;
• Индекс цветопередачи;

6.

Номинальное напряжение – такое напряжение, на которое
рассчитан источник света в условиях нормальной работы. Все
остальные параметры ламп в большинстве случаев приводятся при
номинальном напряжении;
Номинальная мощность – это мощность, потребляемая
источником света из электрической сети при номинальном
напряжении и номинальной частоте;
Номинальный световой поток – это световой поток, излучаемый
источником света при номинальном напряжении на зажимах
лампы.

7.

Световая отдача – это отношение светового потока, излучаемого
источником света к потребляемой из сети мощности;
Средний срок службы – это время работы достаточно большой
группы ламп при номинальном напряжении, в течении которого
50% из от их количества может выйти из строя (в соответствии с
ГОСТ 2239).
Полезный срок службы – среднее время работы ламп в
номинальных условия, в течении которого их эксплуатация
экономически оправдана (спад светового потока не превышает
40%

8.

Цветовая температура – это условная величина, приблизительно
характеризующая цвет излучения лампы и определяемая путём
сравнения этого цвета с цветом теплового излучения так
называемого «абсолютно чёрного тела».
Индекс цветопередачи – параметр, характеризующий уровень
соответствия естественного цвета тела видимому (кажущемуся)
цвету этого тела при освещении его данным источником света.

9.

Для характеристики газоразрядных источников света приводится
такой световой показатель как общий индекс цветопередачи.
Международными организациями было выбрано и согласовано
несколько типов предметов, цвет которых оценивался при
освещении их различными источниками света: человеческая кожа,
зелёные листья растений, специальные выкраски.
Оценки качества цветопередачи каждого из таких предметов при
освещении их оцениваемым источником света по сравнению с
освещением «стандартным» источником были названы частными
индексами цветопередачи (R1, R2, R3 … R14), а средняя из
полученных 14 оценок – общим индексом цветопередачи Rа. За
стандартный источник света был принят свет тепловых
излучателей, то есть ламп накаливания – их общий индекс
цветопередачи по соглашению равен 100.

10.

Характеристика цветопередачи отдельных
источников света
Характеристика цветопередачи
Очень хорошая
Степень цветопередачи Коэффициент цветопередачи Примеры ламп
1А
Более 90
Лампы накаливания,
галогенные лампы
Люминесцентные лампы
Очень хорошая
1В
80-89
с трехкомпонентным
люминофором, светодиодные
лампы
Люминесцентные лампы
Хорошая
2А
70-79
Хорошая
2В
60-69
Достаточная
3
40-59
Лампы ДРЛ (ртутные)
Низкая
4
Менее 40
Лампы ДНат(натриевые)
ЛБЦ, ЛДЦ
Люминесцентные лампы
ЛД, ЛБ,

11.

Тепловые источники оптического излучения
Тепловым называют оптическое излучение, возникающее при
нагревании тел. У твёрдых тел оно имеет непрерывный спектр,
зависящий от температуры тела и его оптических свойств.
Тепловыми излучателями являются все источники, свечение
которых обусловлено нагреванием: электрические ЛН, простые
угольные дуги, все пламенные источники света.
Таким образом, говоря об электрических источниках света, можно
выделить такие тепловые источники оптического излучения как
лампы накаливания и галогеновые лампы накаливания (не
путать с металлогалогеновыми лампами!) Для получения видимого
излучения в этих лампах используется свечение нагретой
вольфрамовой спирали.

12.

Особенности устройства ЛН
Лампа накаливания состоит из стеклянной колбы, внутри которой
на крючках закреплена вольфрамовая нить. Напряжение к нити
подводится двумя электродами, один из которых соединен с
центральной частью, а другой – с резьбой цоколя. При
прохождении тока нить раскаляется, нагреваясь до температуры
2500-3000 К и излучает свет.
Можно выделить следующие основные части лампы накаливания:
• Стеклянная колба;
• Спираль или биспираль;
• Контактная часть.

13.

14.

Колбы ламп накаливания:
• Колбы ламп накаливания выполняются прозрачными, матовыми,
опаловыми и молочными. Существуют колбы с зеркальными
экранами, которые позволяют сформировать определённую
кривую силы света.
• Колбы различаются по размеру и форме. Можно выделить
разнообразие форм колб у ламп накаливания:

15.

Заполнение колб ЛН:
Колба ЛН может быть заполнена инертным газом или вакуумом.
Вакуум в колбе позволяет исключить окисление нити, но не
препятствует испарению металла нити (вакуумные лампы).
Для уменьшения испарения нити лампу заполняют аргон-азотной
или ксенон-криптоновой смесью (газонаполненные лампы).
Широкое распространение получили галогеновые лампы
накаливания (ГЛН), в колбу которых добавлен галоген (обычно
йод). За счёт присутствия галогена в лампе осуществляется
галогено-вольфрамовый цикл. Этот замкнутый химический
процесс приостанавливает процесс испарения металла нити.
Однако, в процессе горения, со временем на нити ГЛН появляются
утончившиеся участки и она способна перегореть так же как и
обычная ЛН.

16.

Галогеновые лампы накаливания
Колбы для ГЛН изготавливаются из прочного кварцевого стекла. Эта
колба имеет малый габарит и сама помещается во внешнюю колбу.
Малый размер способствует увеличению давления газа внутри
лампы, что так же замедляет испарение вольфрама.
Галогеновый цикл позволяет повысить световую отдачу и
до 26 Лм/Вт и увеличить продолжительность горения
до 2000-4000 часов.

17.

Нить накала:
Тело накала (нить накала) Изготавливается из вольфрамовой
проволоки, т.к. вольфрам является тугоплавким металлом
(температура плавления порядка 3600 К). Так же достоинствами
вольфрама являются его пластичность и низкая скорость
испарения.
Помимо вольфрама имеются разработки по применению других
тугоплавких материалов, к примеру – карбида титана (TiC).
Для уменьшения испарения и теплоотдачи уменьшают размеры
нити, сворачивая её в спираль или биспираль.

18.

Цоколь лампы:
Лампы до 200 Вт имеют резьбовой
цоколь Е-27.
Лампы 300 Вт имеют цоколь Е-27 и Е-40.
Лампы 500 Вт и выше Е-40.
Числовое обозначение указывает на
диаметр цоколя в мм.

19.

Возможные технические характеристики
ЛН:
Лампы общего назначения выпускаются мощностью от 15 до 1500
Вт.
Используется напряжение от 127 В до 220 В. (ГЛН до 20 кВт, до 380
В).
Светоотдача 10-20 лм/Вт – для вольфрамовых, 26 лм/Вт – для ГЛН.
Срок службы 1000 часов – для вольфрамовых, 2000 часов для
галогеновых.
Спектр ламп накаливания отличается обилием жёлтых и красных
тонов.

20.

Основные обозначения в маркировке ЛН:
• В – вакуумные лампы;
• Г – газонаполненные лампы;
• Б – биспиральные лампы;
• БК – биспиральные криптоновые лампы;
• КГ – кварцевые галогеновые лампы.

21.

Особо следует отметить высокую чувствительность к отклонению
напряжения от номинального значения. Наглядное представление
об изменении потока (Флн,%), мощности (Рлн,%), времени горения
(tг, %) при отклонении подводимого напряжения (Vп, %) дает
рисунок:

22.

При отклонении напряжения питания (Vп) от номинального (Vн)
значения не более 10 % справедливы соотношения:
Из последнего соотношения видно, что повышение напряжения
очень сильно уменьшает срок службы лампы. Исходя из этого
лампы накаливания очень требовательны к отклонениям
напряжения. На лампе указываются пределы значений
напряжения, на которых рекомендуется использовать лампу.
Например 215-225, 220-230, 230-240, 235-245. Последние могут
использоваться в сетях с повышенным напряжением, например
вблизи от источника питания.

23.

Достоинства ЛН:
• Стойкость к условиям окружающей среды;
• Простота включения и обслуживания;
• Относительно низкая стоимость.

24.

Недостатки ЛН:
• Низкая светоотдача;
• Низкий срок службы;
• Спектр, смещенный в сторону желтого.
Стоит отметить, что применение ламп накаливания общего
назначения в соответствии с Федеральным законом от 23 ноября
2009 года №261-ФЗ, в настоящее время существенно ограничено.
Так с 01 января 2011 года не допускается применение ламп
накаливания общего назначения мощностью 100 Вт и более.

25.

Разрядные источники освещения
Электролюминесценция – оптическое излучение атомов, ионов,
молекул, твёрдых тел под действием ударов электронов (ионов),
движущихся со скоростями, достаточными для возбуждения.
Излучение разрядных ИС представляет собой
электролюминесценцию газов и паров.
Разрядной лампой называют лампу, в которой ОИ возникает в
результате электрического разряда в газах, парах или смесях.
Принцип действия РЛ основан на излучении электрического
разряда между электродами, запаянными в прозрачную для ОИ
колбу. Колба заполняется инертными газами, либо инертными
газами с примесью металлов.

26.

Классификации газоразрядных ламп:
• По виду разряда: дуговой, тлеющий, импульсный.
• По характеру разряда: в газах, в парах металлов, в парах
металлов и их смесях;
• По рабочему давлению: низкое (от 0,1 до 104 Па), высокое (от
3*104 – 106 Па), сверхвысокое (более 106 Па);

27.

Классификации газоразрядных ламп:
По основному источнику излучения:
Газо- и паро- светные – излучение вызвано возбуждением
атомов, молекул и рекомбинационных ионов;
Люминесцентные и фотолюминесцентные – излучение создают
люминофоры, возбуждаемые УФИ разряда;
Электродосветные – излучение создаётся электродами,
раскалёнными в разряде до высокой температуры.

28.

Классификации газоразрядных ламп:
По форме колбы:
Трубчатые или линейные в колбах, для которых расстояние
между электродами в несколько раз больше, чем диаметр колбы;
Капиллярные – которые имеют трубки с внутренним диаметром
d<=4мм.
Шаровые – в которых расстояние между электродами меньше
или равно внутреннему диаметру колбы.
По охлаждению:
С естественным охлаждением;
С принудительным (воздушным или водяным).

29.

Все ГЛ, применяемые для освещения можно поделить на
несколько подгрупп:
• Ртутные лампы низкого и высокого давления – применяются для
искусственного внутреннего (ЛЛ) и наружного (ДРЛ) освещения;
• Металлогалогеновые (ДРИ) – для общего освещения спортивных
сооружений выставок;
• Натриевые лампы высокого и низкого давления (ДНат) – для
наружного освещения и больших внутренних площадей;
• Ксеноновые (ДКсТ) – для освещения больших открытых
пространств, архитектурных сооружений);
• Тлеющего свечения и дугового разряда.

30.

Люминесцентные лампы низкого давления
Люминесцентная лампа представляет собой запаянную с обеих
сторон трубку, внутренняя поверхность которой покрыта
люминофором (люминофоры – твёрдые или жидкие вещества,
способные излучать свет, под действием различного рода
возбуждений).
Из трубки откачан воздух, и она заполнена аргоном при давлении
400 Па с добавлением небольшого количества ртути (60-120 мг),
которая при нагревании превращается в ртутные пары.
Внутри трубки на её концах в стеклянных ножках впаяны
электроды с вольфрамовой биспиральной нитью, покрытой слоем
оксидов щелочноземельных металлов (бария, кальция, стронция),
способствующих более интенсивному излучению электронов.
Электроды присоединены к контактным штырькам, закрепленным
в цоколе.

31.

Для зажигания и ламп требуется повышенное напряжение и
предварительный подогрев электродов. Поэтому ЛЛ подключают
на специальные схемы, вместе с пускорегулирующей аппаратурой,
которая и помогает лампе успешно загореться.
Когда к противоположным электродам подводится напряжение
определенной величины, возникает электрический разряд в
газовой среде лампы, с выделением теплоты, под действием
которой ртуть испаряется.
Такой разряд сопровождается мощным ультрафиолетовым
излучением, часть которого люминофор преобразует в видимое
излучение.
Эффективность работы лампы и цвет излучаемого света
определяется выбором люминофора.
Использование инертных газов внутри колбы облегчает дуговой
разряд, уменьшает распыление электродов, повышает световую
отдачу.

32.

1 – люминофор, нанесён на стенки колбы;
2 – прозрачная колба из вольфрамового стекла;
3 – электроды из тугоплавкого металла, активированные;
4 – штыревой цоколь.

33.

Люминофор
Люминофор наносится на внутренние стенки колбы.
Люминофор хорошо возбуждается излучением атома ртути с
λ=253,7 и 184,9 нм.
Лучшие люминофоры обеспечивают квантовый выход до 90%,
например, галофосфат кальция, активированный сурьмой и
марганцем.
Очень перспективны люминофоры на основе редкоземельных
металлов.

34.

По виду разряда различаются:
• ЛЛ
дугового
разряда
с
горячими
электродами,
с
предварительным подогревом
• ЛЛ тлеющего разряда с холодильными электродами, без
предварительного подогрева.

35.

Серии люминесцентных ламп:
• Люминесцентные лампы общего назначения имеют международную
маркировку Т12 и представляют собой трубчатые конструкции
диаметром 38 мм. Лампы предназначены для общего освещения
закрытых помещений, а так же для наружных установок, питаемых от
сети переменного тока напряжением 230 В частотой не менее 50 Гц.
• Энергоэкономичные ЛЛ в колбе с диаметром 26 мм мощностью 18, 36
и 58 Вт имеют международную маркировку Т8. Они предназначены
для общего и местного освещения промышленных, общественных,
административных и жилых помещений. У этих ЛЛ повышено
напряжение зажигания и они не применяются в бесстартёрных схемах.
Обладают на 10% меньшей мощностью при тех же светотехнических
характеристиках.

36.

Серии люминесцентных ламп:
• Перспективными являются лампы с маркировкой Т5. Они имеют
диаметр разрядной трубки 16 мм. Обладают рядом преимуществ,
более высокой светоотдачей (до 104 лм/Вт), сроком службы до 16
тыс. часов, пониженным содержанием ртути и т.д.

37.

38.

39.

Дополнительное применение:
Помимо целей освещения помещений ртутные разрядные лампы
низкого давления выпускаются для специальных целей. Так
существуют эритемные и бактерицидные лампы.
Первые используются в установках искусственного
ультрафиолетового облучения людей и животных, а вторых для
обеззараживания воздуха в помещениях. Колбы этих ламп
изготавливают из специальных стёкол, пропускающих УФ –
излучение. В бактерицидных лампах отсутствует люминофор, а в
эритемных применяется специальный люминофор,
обеспечивающий оптимальные длины волн УФИ.

40.

Компактные люминесцентные лампы:
Компактные люминесцентные лампы работают на том же
принципе, что и обычные, но обладают рядом конструктивных
особенностей.
КЛЛ предназначены для замены малоэффективных ламп
накаливания. Они позволяют экономить до 75% потребляемой
энергии.
КЛЛ снабжены стандартным цоколем Е27 и имеют встроенный
пуско-регулирующий аппарат.

41.

Маркировка люминесцентных ламп:
Первая буква указывает на принадлежность к определенной
группе ламп – Л – люминесцентная.
Вторая (вторая и третья) указывает на особенности спектра
излучения:
Б – белая, Д – дневная, Е – естественная, ТБ – тепло-белая, ХБ –
холодно-белая, Ф – фотосинтетическая, УФ – ультрафиолетовая, К,
Ж, Р, З, Г – красная, желтая, розовая, зелёная, голубая, Ц – с
улучшенной цветопередачей.
Следующая буква указывает а конструктивные особенности:
А – амальгамная, Б – быстрого пуска, К – кольцевая, Р –
рефлекторная, U – u-образная, Щ – щелевая.

42.

Маркировка люминесцентных ламп:
Число после комбинации букв указывает на номинальную
мощность лампы. После может указываться номер модификации
лампы.
Пример:
ЛДЦ80 – люминесцентная лампа дневного света, с улучшенной
цветопередачей и номинальной мощностью 80 Вт.
ЛЕЦ58 – люминесцентная лампа с естественным цветом,
улученной цветопередачей.

43.

Достоинства люминесцентных ламп:
• Высокая светоотдача (80 лм/Вт);
• Малая себестоимость – уровень механизации производства
велик, сырьё доступно;
• Благоприятный спектр излучения, обеспечивающий
качественную цветопередачу;
• Спад светового потока при средней продолжительности горения
не более 30%;

44.

Недостатки люминесцентных ламп:
• Малая мощность ИС (до 150 Вт);
• Большие габариты;
• Ненадёжная работа в условиях низких температур (для
большинства люминесцентных ламп рабочая температура от +5⁰
до +50⁰ С;
• Требуют особого порядка утилизации.