Реферат: Источники искусственного освещения
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Виды искусственного освещения
2 Функциональное назначение искусственного освещения
3 Источники искусственного освещения. Лампы накаливания
3.1Типы ламп накаливания
3.2 Конструкция лампы накаливания
3.3 Преимущества и недостатки ламп накаливания
4. Газоразрядные лампы. Общая характеристика. Областьприменения. Виды
4.1 Натриевая газоразрядная лампа
4.2 Люминесцентная лампа
4.3 Ртутная газоразрядная лампа
Список литературы
Введение
Назначение искусственногоосвещения – создать благоприятные условия видимости, сохранить хорошеесамочувствие человека и уменьшить утомляемость глаз. При искусственномосвещении все предметы выглядят иначе, чем при дневном свете. Это происходитпотому, что изменяется положение, спектральный состав и интенсивностьисточников излучения.
История искусственногоосвещения началась тогда, когда человек стал использовать огонь. Костер, факели лучина стали первыми искусственными источниками света. Затем появилисьмасляные лампы и свечи. В начале XIX века научились выделять газ и очищенныенефтепродукты, появилась керосиновая лампа, которая используется посегодняшний день.
При зажигании фитилявозникает светящееся пламя. Пламя испускает свет только тогда, когда твердоетело нагревается этим пламенем. Не горение порождает свет, а лишь вещества,доведенные до раскаленного состояния, излучают свет. В пламени свет излучаютраскаленные частички сажи. В этом можно убедиться, если поместить стекло надпламенем свечи или керосиновой лампы.
На улицах Москвы иПетербурга осветительные масляные фонари появилось в 30-х годах XVIII века.Затем масло заменили спиртово-скипидарной смесью. Позднее, в качестве горючеговещества, стали использовать керосин и, наконец, светильный газ, которыйполучали искусственным путем. Световая отдача таких источников была очень малаиз-за низкой цветовой температуры пламени. Она не превышала 2000К.
По цветовой температуреискусственный свет сильно отличается от дневного, и это различие давно былозамечено по изменению цвета предметов при переходе от дневного к вечернемуискусственному освещению. В первую очередь было замечено изменение цветаодежды. В ХХ веке с широким распространением электрического освещения изменениецвета при переходе к искусственному освещению уменьшилось, но не исчезло.
Сегодня редкий человекзнает о заводах, производивших светильный газ. Газ получали при нагреваниикаменного угля в ретортах. Реторты – это большие металлические или глиняныеполые сосуды, которые наполняли углем и нагревали в печи. Выделившийся газочищали и собирали в сооружениях для хранения светильного газа – газгольдерах.
Более ста лет назад, в1838 году, «Общество освещения газом Санкт-Петербурга» построило первый газовыйзавод. К концу XIX века почти во всех крупных городах России появилисьгазгольдеры. Газом освещали улицы, железнодорожные станции, предприятия, театрыи жилые дома. В Киеве инженером А.Е.Струве газовое освещение было устроено в1872году.
Созданиеэлектрогенераторов постоянного тока с приводом от паровой машины позволилошироко использовать возможности электричества. В первую очередь изобретателипозаботились об источниках света и обратили внимание на свойства электрическойдуги, которую впервые наблюдал Василий Владимирович Петров в 1802 году.Ослепительно яркий свет позволял надеяться, что люди смогут отказаться отсвечей, лучины, керосиновой лампы и даже газовых фонарей.
В дуговых светильникахприходилось постоянно пододвигать поставленные «носами» друг к другу электроды– они достаточно быстро выгорали. Сначала их сдвигали вручную, затем появилисьдесятки регуляторов, самым простым из которых был регулятор Аршро. Светильниксостоял из неподвижного положительного электрода, закрепленного на кронштейне,и подвижного отрицательного, соединенного с регулятором. Регулятор состоял изкатушки и блока с грузом.
При включении светильникачерез катушку протекал ток, сердечник втягивался в катушку и отводилотрицательный электрод от положительного. Дуга поджигалась автоматически. Приуменьшении тока втягивающее усилие катушки уменьшалось и отрицательный электродподнимался под действием груза. Широкого распространения эта и другие системыне получили из-за низкой надежности.
В 1875 году ПавелНиколаевич Яблочков предложил надежное и простое решение. Он расположилугольные электроды параллельно, разделив их изолирующим слоем. Изобретениеимело колоссальный успех, и «свеча Яблочкова» или «Русский свет» нашел широкоераспространение в Европе.
Искусственное освещениепредусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света, илидля освещения помещения в часы суток, когда естественная освещенностьотсутствует.
1.Виды искусственногоосвещения
Искусственное освещениеможет быть общим (все производственные помещения освещаются однотипнымисветильниками, равномерно расположенными над освещаемой поверхностью иснабженными лампами одинаковой мощности) и комбинированным (к общемуосвещению добавляется местное освещение работах мест светильниками,находящимися у аппарата, станка, приборов и т. д.). Использование толькоместного освещения недопустимо, так как резкий контраст между ярко освещеннымии неосвещенными участками утомляет глаза, замедляет процесс работы и можетпослужить причиной несчастных случаев аварий.
2.Функциональноеназначение искусственного освещения
По функциональномуназначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, дежурное,аварийное.
Рабочее освещение обязательно во всех помещениях и наосвещаемых территориях для обеспечения нормальной работы людей и движениятранспорта.
Дежурное освещение включается во вне рабочее время.
Аварийное освещение предусматривается для обеспеченияминимальной освещенности в производственном помещении на случай внезапногоотключения рабочего освещения.
В современныхмногопролетных одноэтажных зданиях без световых фонарей с одним боковым остеклениемв дневное время суток применяют одновременно естественное и искусственноеосвещение (совмещенное освещение). Важно, чтобы оба вида освещениягармонировали одно с другим. Для искусственного освещения в этом случаецелесообразно использовать люминесцентные лампы.
3. Источникиискусственного освещения. Лампы накаливания.
В современныхосветительных установках, предназначенных для освещения производственныхпомещений, в качестве источников света применяют лампы накаливания, галогенныеи газоразрядные.
Лампа накаливания— электрический источник света,светящимся телом которого служит так называемое тело накала (тело накал-проводник, нагреваемый протеканием электрического тока до высокой температуры).В качестве материала для изготовления тела накала в настоящее время применяетсяпрактически исключительно вольфрам и сплавы на его основе. В конце XIX — первойполовине XX в. Тело накала изготавливалось из более доступного и простого вобработке материала — углеродного волокна.
3.1 Типы лампнакаливания
Промышленность выпускаетразличные типы ламп накаливания:
вакуумные, газонаполненные (наполнительсмесь аргона и азота), биспиральные, с криптоновым наполнением .
3.2 Конструкция лампынакала
/>
Рис.1 Лампа накаливания
Конструкция современнойлампы. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы (вакуумированная или наполненнаягазом); 3 — тело накала; 4, 5 — электроды (токовые вводы); 6 — крючки-держателитела накала; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.
Конструкции лампы накалавесьма разнообразны и зависят от назначения конкретного вида ламп. Однакообщими для всех ламп накала являются следующие элементы: тело накала, колба,токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могутприменяться держатели тела накала различной конструкции; лампы могутизготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметьдополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.
3.3 Преимущества инедостатки ламп накаливания
Преимущества:
-малая стоимость
-небольшие размеры
-ненужностьпускорегулирующей аппаратуры
-при включении онизажигаются практически мгновенно
-отсутствие токсичныхкомпонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сборуи утилизации
-возможность работы какна постоянном токе (любой полярности), так и на переменном
-возможность изготовленияламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)
-отсутствие мерцания игудения при работе на переменном токе
-непрерывный спектризлучения
-устойчивость кэлектромагнитному импульсу
-возможностьиспользования регуляторов яркости
-нормальная работа принизкой температуре окружающей среды
Недостатки:
-низкая световая отдача
-относительно малый срокслужбы
-резкая зависимостьсветовой отдачи и срока службы от напряжения
-цветовая температуралежит только в пределах 2300—2900 K, что придаёт свету желтоватый оттенок
-лампы накаливанияпредставляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения лампнакаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощностиследующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт — 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее.Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через67 минут.
-световой коэффициентполезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучейвидимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и непревышает 4%
4. Газоразрядные лампы.Общая характеристика. Область применения. Виды
В последнее время принятоназывать газоразрядные лампы разрядными лампами. Подразделяются на разрядныелампы высокого и низкого давления. Подавляющее большинство разрядных лампработают в парах ртути. Обладают высокой эффективностью преобразованияэлектрической энергии в световую. Эффективность измеряется отношениилюмен/Ватт.
Разрядные источники света(газоразрядные лампы) постепенно вытесняют привычные ранее лампы накаливания,однако недостатками остаются линейчатый спектр излучения, утомляемость отмерцания света, шум пускорегулирующей аппаратуры (ПРА), вредность паров ртути вслучае попадания в помещение при разрушении колбы, невозможность мгновенногоперезажигания для ламп высокого давления.
В условиях продолжающегосяроста цен на энергоносители и удорожания осветительной арматуры, ламп икомплектующих все более насущной становится потребность во внедрениитехнологий, позволяющих сократить непроизводственные затраты.
Общая характеристикагазоразрядных ламп
-Срок службы от 3000часов до 20000.
-Эффективность от 40 до150 лм/Вт.
-Цвет излучения:тепло-белый (3000 K) или нейтрально-белый (4200 K)
-Цветопередача: хорошая(3000 K: Ra>80), отличная (4200 K: Ra>90)
-Компактные размерыизлучающей дуги, позволяют создавать световые пучки высокой интенсивности
Области применениягазоразрядных ламп.
-Магазины и витрины,офисы и общественные места
-Декоративное наружноеосвещение: освещение зданий и пешеходных зон
-Художественное освещениетеатров, кино и эстрады (профессиональное световое оборудование)
Виды газоразрядныхламп.
Наибольшейэффективностью, на сегодняшний день, обладают лампы разрядные в парах натрия.Кроме этого вида разрядных ламп широко распространены люминесцентные лампы(разрядные лампы низкого давления), металлогалогенные лампы, дуговыертутные люминесцентные лампы. Меньше распространены лампы в парах ксенона.
4.1 Натриеваягазоразрядная лампа
Натриеваягазоразрядная лампа (НЛ)- электрический источник света, светящимся телом которого служит газовый разрядв парах натрия. Поэтому преобладающим в спектре таких ламп является резонансноеизлучение натрия; лампы дают яркий оранжево-жёлтый свет. Эта специфическаяособенность НЛ (монохроматичность излучения) вызывает при освещении иминеудовлетворительное качество цветопередачи. Из-за особенностей спектра НЛприменяются в основном для уличного освещения, утилитарного, архитектурного идекоративного. Применение НЛ для освещения производственных и общественныхзданий крайне ограничено и обуславливается, как правило, требованиямиэстетического характера.
В зависимости от величиныпарциального давления паров натрия лампы подразделяют на натриевые лампы низкогодавления (НЛНД) и натриевые лампы высокого давления (НЛВД)
Исторически первыми изнатриевых ламп были созданы натриевые лампы низкого давления (НЛНД). В1930-х гг. этот вид источников света стал широко распространяться в Европе. ВСССР велись эксперименты по освоению производства НЛНД, существовали дажемодели, выпускавшиеся серийно, однако внедрение их в практику общего освещенияпрервалось из-за освоения более технологичных ламп ДРЛ, которые, в своюочередь, стали вытесняться НЛВД.
НЛНД отличаются рядомособенностей, существенно затрудняющих как их производство, так и эксплуатацию.Во-первых, пары натрия при высокой температуре дуги весьма агрессивновоздействуют на стекло колбы, разрушая его. Из-за этого горелки НЛНД обычновыполняются из боросиликатных стёкол. Во-вторых, эффективность НЛНД сильнозависит от температуры окружающей среды. Для обеспечения приемлемоготемпературного режима горелки последняя помещается во внешнюю стеклянную колбу,играющую роль «термоса».
Создание натриевыхламп высокого давления (НЛВД) потребовало иного решения проблемы защитыматериала горелки от воздействия паров натрия: была разработана технологияизготовления трубчатых горелок из оксида алюминия Al2O3.Такая керамическая горелка из термически и химически устойчивого и хорошопропускающего свет материала помещается во внешнюю колбу из термостойкогостекла. Полость внешней колбы вакуумируется и тщательно дегазируется. Последнеенеобходимо для поддержания нормального температурного режима работы горелки изащиты ниобиевых токовых вводов от воздействия атмосферных газов.
Горелка НЛВД наполняетсябуферным газом, в качестве которого служат газовые смеси различного состава, атакже в них дозируется амальгама натрия (сплав с ртутью). Существуют НЛВД «сулучшенными экологическими свойствами» — безртутные.
4.2 Люминесцентнаялампа
Люминесцентная лампа — газоразрядный источник света, световойпоток которого определяется в основном свечением люминофоров под воздействиемультрафиолетового излучения разряда; видимое свечение разряда не превышаетнескольких процентов.
Люминесцентные лампышироко применяются для общего освещения, при этом их световая отдача внесколько раз больше, чем у ламп накаливания того же назначения. Срок службылюминесцентных ламп может до 20 раз превышать срок службы ламп накаливания приусловии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюденияограничений по числу коммутаций, в противном случае быстро выходят из строя.Наиболее распространённой разновидностью подобных источников является ртутнаялюминесцентная лампа. Она представляет собой стеклянную трубку, заполненнуюпарами ртути, с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора.
Люминесцентные лампы —наиболее распространённый и экономичный источник света для создания рассеянногоосвещения в помещениях общественных зданий: офисах, школах, учебных и проектныхинститутах, больницах, магазинах, банках, предприятиях. С появлениемсовременных компактных люминесцентных ламп, предназначенных для установки вобычные патроны E27 или E14 вместо ламп накаливания, они стали завоёвыватьпопулярность и в быту. Применение электронных пускорегулирующих устройств(балластов) вместо традиционных электромагнитных позволяет улучшитьхарактеристики люминесцентных ламп — избавиться от мерцания и гула, ещё большеувеличить экономичность, повысить компактность.
4.3 Ртутнаягазоразрядная лампа
Ртутные газоразрядныелампы представляютсобой электрический источник света, в котором для генерации оптическогоизлучения используется газовый разряд в парах ртути. Для наименования всехвидов таких источников света в отечественной светотехнике используется термин«разрядная лампа», включенный в состав Международногосветотехнического словаря, утверждённого Международной комиссией по освещению.
В зависимости от давлениянаполнения различают разрядные лампы низкого давления (РЛНД),разрядныелампы высокого давления (РЛВД) и разрядные лампы сверхвысокого давления(РЛСВД).
К разрядным лампамнизкого давления относят ртутные лампы с величиной парциального давленияпаров ртути в установившемся режиме менее 100 Па. Для разрядных ламп низкогодавления эта величина составляет порядка 100 кПа, а для разрядных лампсверхвысокого давления — 1 МПа и более.
Для общего освещенияцехов, улиц, промышленных предприятий и других объектов, не предъявляющихвысоких требований к качеству цветопередачи, применяются разрядные лампывысокого давления типа ДРЛ.
ДРЛ (Дуговая Ртутная Люминофорная) — принятое в отечественной светотехнике обозначение РЛВД, в которых дляисправления цветности светового потока, направленного на улучшениецветопередачи, используется излучение люминофора, нанесённого на внутреннююповерхность колбы.
Устройство лампы ДРЛ
Первые лампы ДРЛизготовлялись двухэлектродными. Для зажигания таких ламп требовался источниквысоковольтных импульсов. В качестве него применялось устройство ПУРЛ-220(Пусковое Устройство Ртутных Ламп на напряжение 220 В). Электроника тех временне позволяла создать достаточно надёжных зажигающих устройств, а в состав ПУРЛвходил газовый разрядник, имевший срок службы меньший, чем у самой лампы.Поэтому в 1970-х гг. промышленность постепенно прекратила выпуск двухэлектродныхламп. На смену им пришли четырёхэлектродные, не требующие внешних зажигающихустройств.
Для согласованияэлектрических параметров лампы и источника электропитания практически все видыРЛ, имеющие падающую внешнюю вольт-амперную характеристику, нуждаются виспользования пускорегулирующего аппарата, в качестве которого в большинствеслучаев используется дроссель, включенный последовательно с лампой.
/>
Рис.1 Ртутная лампа высокогодавления.
Четырёхэлектродная лампаДРЛ состоит из внешней стеклянной колбы (1), снабжённой резьбовымцоколем (2). На ножке лампы смонтирована установленная на геометрическойоси внешней колбы кварцевая горелка (разрядная трубка) (3), наполненнаяаргоном с добавкой ртути. Четырёхэлектродные лампы имеют основные электроды(4) и расположенные рядом с ними вспомогательные(зажигающие) электроды (5).Каждый зажигающий электрод соединён с находящимся в противоположном конце разряднойтрубки основным электродом через токоограничвающее сопротивление (6).Вспомогательные электроды облегчают зажигание лампы и делают её работу в периодпуска более стабильной.
В последнее время рядзарубежных фирм изготавливает трёхэлектродныелампы ДРЛ, оснащённые только однимзажигающим электродом. Эта конструкция отличается только большейтехнологичностью в производстве, не имея никаких иных преимуществ передчетырёхэлектродными.
Принцип действия
Горелка лампыизготавливается из тугоплавкого и химически стойкого прозрачного материала(кварцевого стекла или специальной керамики) и наполняется строго дозированнымипорциями инертных газов. Кроме того, в горелку вводится металлическая ртуть,которая в холодной лампе имеет вид компактного шарика или оседает в виде налётана стенках колбы и (или) электродах. Светящимся телом РЛВД является столбдугового электрического разряда.
Процесс зажигания лампы,оснащённой зажигающими электродами, выглядит следующим образом. При подаче налампу питающего напряжения между близко расположенными основным и зажигающимэлектродом возникает тлеющий разряд, чему способствует малое расстояние междуними, которое существенно меньше расстояния между основными электродами,следовательно, ниже и напряжение пробоя этого промежутка. Возникновение вполости разрядной трубки достаточно большого числа носителей заряда (свободныхэлектронов и положительных ионов) способствует пробою промежутка междуосновными электродами и зажиганию между ними тлеющего разряда, которыйпрактически мгновенно переходит в дуговой.
Стабилизацияэлектрических и световых параметров лампы наступает через 10 — 15 минут послевключения. В течение этого времени ток лампы существенно превосходитноминальный и ограничивается только сопротивлением пускорегулирующего аппарата.Продолжительность пускового режима сильно зависит от температуры окружающейсреды — чем холоднее, тем дольше будет разгораться лампа.
Электрический разряд вгорелке ртутной дуговой лампы создаёт видимое излучение голубого илифиолетового (а не белого как принято считать) цвета, а также мощноеультрафиолетовое излучение. Последнее возбуждает свечение люминофора,нанесённого на внутренней стенке внешней колбы лампы. Красноватое свечениелюминофора, смешиваясь с бело-зеленоватым излучением горелки, даёт яркий свет,близкий к белому.
Изменение напряженияпитающей сети в большую или меньшую сторону вызывает соответствующее изменениесветового потока. Отклонение питающего напряжения на 10 — 15% допустимо исопровождается изменением светового потока лампы на 25 — 30%. При уменьшениинапряжения питания менее 80% номинального лампа может не зажечься, а горящая — погаснуть.
При горении лампа сильнонагревается. Это требует использования в световых приборах с дуговыми ртутнымилампами термостойких проводов, предъявляет серьёзные требования к качествуконтактов патронов. Поскольку давление в горелке горячей лампы существенновозрастает, увеличивается и напряжение её пробоя. Величина напряжения питающейсети оказывается недостаточной для зажигания горячей лампы. Поэтому передповторным зажиганием лампа должна остыть. Этот эффект является существеннымнедостатком дуговых ртутных ламп высокого давления, поскольку даже весьмакратковременный перерыв электропитания гасит их, а для повторного зажиганиятребуется длительная пауза на остывание.
Традиционные областиприменения ламп ДРЛ
Освещение открытыхтерриторий, производственных, сельскохозяйственных и складских помещений.Везде, где это связано с необходимостью большой экономии электроэнергии, этилампы постепенно вытесняются НЛВД (освещение городов, больших строительныхплощадок, высоких производственных цехов и др.).
Список литературы
1. Безопасностьжизнедеятельности. Конспект лекций. Ч. 2/ П.Г. Белов, А.Ф. Козьяков. С.В. Белови др.; Под ред. С.В. Белова. – М.: ВАСОТ. 1993.
2. Безопасностьжизнедеятельности/ Н.Г. Занько. Г.А. Корсаков, К. Р. Малаян и др. Под ред. О.Н.Русака. – С.-П.: Изд-во Петербургской лесотехнической академии, 1996.
3. Справочная книгапо светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. М.: Энергоатомиздат, 1995.