Джерела штучного освітлення

ЗМІСТ

Введення

1. Види штучного освітлення

2 Функціональне призначення штучного освітлення

3 Джерела штучного освітлення. Лампи розжарювання

3.1Тіпи ламп розжарювання

3.2 Конструкція лампи розжарювання

3.3 Переваги і недоліки ламп розжарювання

4. Газорозрядні лампи. Загальна характеристика. Область застосування. Види

4.1 Натрієва газорозрядна лампа

4.2 Люмінесцентна лампа

4.3 Ртутна газорозрядна лампа

Список літератури

Введення

Призначення штучного освітлення - створити сприятливі умови видимості, зберегти хороше самопочуття людини і зменшити навантаження на очі. При штучному освітленні всі предмети виглядають інакше, ніж при денному світлі. Це відбувається тому, що змінюється положення, спектральний склад і інтенсивність джерел випромінювання.

Історія штучного освітлення почалася тоді, коли людина стала використовувати вогонь. Багаття, факел і скіпка стали першими штучними джерелами світла. Потім з'явилися масляні лампи і свічки. На початку XIX століття навчилися виділяти газ і очищені нафтопродукти, з'явилася гасова лампа, яка використовується по сьогоднішній день.

При запаленні гнота виникає світиться полум'я. Полум'я випромінює світло тільки тоді, коли тверде тіло нагрівається цим полум'ям. Чи не горіння породжує світло, а лише речовини, доведені до розпеченого стану, випромінюють світло. У полум'ї світло випромінюють розпечені частинки сажі. У цьому можна переконатися, якщо помістити скло над полум'ям свічки або гасової лампи.

На вулицях Москви й Петербурга освітлювальні масляні ліхтарі з'явилося в 30-х роках XVIII століття. Потім масло замінили спиртово-скипидарної сумішшю. Пізніше, в якості пального речовини, стали використовувати гас і, нарешті, світильний газ, який отримували штучним шляхом. Світлова віддача таких джерел була дуже мала із-за низької температури кольору полум'я. Вона не перевищувала 2000К.

За колірній температурі штучне світло сильно відрізняється від денного, і ця відмінність давно було відмічено по зміні кольору предметів при переході від денного до вечірнього штучного освітлення. У першу чергу було відмічено зміна кольору одягу. У ХХ столітті з широким розповсюдженням електричного освітлення зміна кольору при переході до штучного освітлення зменшилася, але не зникла.

Сьогодні рідко хто знає про заводи, які виробляли світильний газ. Газ отримували при нагріванні кам'яного вугілля в ретортах. Реторти - це великі металеві або глиняні порожнисті судини, які наповнювали вугіллям і нагрівали у печі. Виділився газ очищали і збирали в спорудах для зберігання світильного газу - газгольдерах.

Більше ста років тому, в 1838 році, «Суспільство освітлення газом Санкт-Петербурга» побудувало перший газовий завод. До кінця XIX століття майже у всіх великих містах Росії з'явилися газгольдери. Газом освітлювали вулиці, залізничні станції, підприємства, театри та житлові будинки. У Києві інженером А. Є. Струве газове освітлення було влаштовано в 1872году.

Створення електрогенераторів постійного струму з приводом від парової машини дозволило широко використовувати можливості електрики. У першу чергу винахідники подбали про джерела світла і звернули увагу на властивості електричної дуги, яку вперше спостерігав Василь Володимирович Петров у 1802 році. Сліпуче яскраве світло дозволяв сподіватися, що люди зможуть відмовитися від свічок, скіпи, гасової лампи і навіть газових ліхтарів.

У дугових світильниках доводилося постійно підсуває поставлені «носами» один до одного електроди - вони досить швидко вигорали. Спочатку їх зрушували вручну, потім з'явилися десятки регуляторів, найпростішим з яких був регулятор Аршро. Світильник складався з нерухомого позитивного електрода, закріпленого на кронштейні, і рухомого негативного, поєднаного з регулятором. Регулятор складався з котушки і блоку з вантажем.

При включенні світильника через котушку протікав струм, сердечник втягувався в котушку і відводив негативний електрод від позитивного. Дуга поджигалась автоматично. При зменшенні струму втягуюче зусилля котушки зменшувалася і негативний електрод піднімався під дією вантажу. Широкого поширення ця та інші системи не отримали з-за низької надійності.

У 1875 році Павло Миколайович Яблочков запропонував надійне і просте рішення. Він розташував вугільні електроди паралельно, розділивши їх ізолюючим шаром. Винахід мало колосальний успіх, і «свічка Яблочкова» або «Російський світ» знайшов широке поширення в Європі.

Штучне освітлення передбачається у приміщеннях, в яких недостатньо природного світла, або для освітлення приміщення в години доби, коли природна освітленість відсутня.

1.Види штучного освітлення

Штучне освітлення може бути загальним (всі виробничі приміщення висвітлюються однотипними світильниками, рівномірно розташованими над освітлюваної поверхнею й обладнані лампами однакової потужності) і комбінованим (до загального освітлення додається місцеве освітлення роботах місць світильниками, що знаходяться в апарата, верстата, приладів і т. д.) . Використання тільки місцевого освітлення неприпустимо, тому що різкий контраст між яскраво освітленими й неосвітленими ділянками стомлює очі, уповільнює процес роботи і може послужити причиною нещасних випадків аварій.

2.Функціональні призначення штучного освітлення

За функціональним призначенням штучне освітлення поділяється на робоче, чергове, аварійне.

Робоче освітлення обов'язково у всіх приміщеннях і на освітлюваних територіях для забезпечення нормальної роботи людей і руху транспорту.

Чергове освітлення включається у поза робочий час.

Аварійне освітлення передбачається для забезпечення мінімальної освітленості у виробничому приміщенні на випадок раптового відключення робочого освітлення.

У сучасних багатопрогонових одноповерхових будинках без світлових ліхтарів з одним бічним склом в денний час доби застосовують одночасно природне і штучне освітлення (суміщене освітлення). Важливо, щоб обидва види освітлення гармоніювали одне з іншим. Для штучного освітлення в цьому випадку доцільно використовувати люмінесцентні лампи.

3. Джерела штучного освітлення. Лампи розжарювання.

У сучасних освітлювальних установках, призначених для освітлення виробничих приміщень, в якості джерел світла застосовують лампи розжарювання, галогенні і газорозрядні.

Лампа розжарювання - електричний джерело світла, що світиться тілом якого служить так зване тіло напруження (тіло сяють-провідник, що нагрівається протіканням електричного струму до високої температури). Як матеріал для виготовлення тіла розжарення в даний час застосовується практично винятково вольфрам і сплави на його основі. У кінці XIX - першій половині XX ст. Тіло розжарення виготовлялося з більш доступного та простого в обробці матеріалу - вуглецевого волокна.

3.1 Типи ламп розжарювання

Промисловість випускає різні типи ламп розжарювання:

вакуумні, газонаповнені (наповнювач суміш аргону і азоту), біспіральні, з криптонові наповненням.

3.2 Конструкція лампи розжарення

Рис.1 Лампа розжарювання

Конструкція сучасної лампи. На схемі: 1 - колба; 2 - порожнину колби (вакуумовану або наповнена газом); 3 - тіло напруження; 4, 5 - електроди (струмові вводи); 6 - гачки-тримачі тіла напруження; 7 - ніжка лампи; 8 - зовнішнє ланка токовводи, запобіжник, 9 - корпус цоколя; 10 - ізолятор цоколя (скло); 11 - контакт денця цоколя.

Конструкції лампи розжарення дуже різні і залежать від призначення конкретного виду ламп. Проте спільними для всіх ламп розжарення є наступні елементи: тіло розжарення, колба, токовводи. Залежно від особливостей конкретного типу лампи можуть застосовуватися тримачі тіла напруження різної конструкції; лампи можуть виготовлятися бесцокольнимі або з цоколями різних типів, мати додаткову зовнішню колбу і інші додаткові конструктивні елементи.

3.3 Переваги і недоліки ламп розжарювання

Переваги:

-Мала вартість

-Невеликі розміри

-Непотрібність пускорегулювальної апаратури

-При включенні вони спалахують практично миттєво

-Відсутність токсичних компонентів і як наслідок, відсутність необхідності в інфраструктурі по збору та утилізації

-Можливість роботи як на постійному струмі (будь-який полярності), так і на змінному

-Можливість виготовлення ламп на саме різне напруга (від часток вольта до сотень вольт)

-Відсутність мерехтіння і гудіння при роботі на змінному струмі

-Безперервний спектр випромінювання

-Стійкість до електромагнітного імпульсу

-Можливість використання регуляторів яскравості

-Нормальна робота при низькій температурі навколишнього середовища

Недоліки:

-Низька світлова віддача

-Відносно малий термін служби

-Різка залежність світлової віддачі і терміну служби від напруги

-Колірна температура лежить тільки в межах 2300-2900 K, що надає світлу жовтуватий відтінок

-Лампи розжарювання представляють пожежну небезпеку. Через 30 хвилин після включення ламп розжарювання температура зовнішньої поверхні досягає в залежності від потужності наступних величин: 40 Вт - 145 ° C, 75 Вт - 250 ° C, 100 Вт - 290 ° C, 200 Вт - 330 ° C. При зіткненні ламп з текстильними матеріалами їх колба нагрівається ще сильніше. Солома, що стосується поверхні лампи потужністю 60 Вт, спалахує приблизно через 67 хвилин.

-Світловий коефіцієнт корисної дії ламп розжарювання, який визначається як відношення потужності променів видимого спектру до потужності споживаної від електричної мережі, дуже малий і не перевищує 4%

4. Газорозрядні лампи. Загальна характеристика. Область застосування. Види

Останнім часом прийнято називати газорозрядні лампи розрядними лампами. Поділяються на розрядні лампи високого і низького тиску. Переважна більшість розрядних ламп працюють в парах ртуті. Мають високу ефективність перетворення електричної енергії в світлову. Ефективність вимірюється відносно люмен / Ватт.

Розрядні джерела світла (газорозрядні лампи) поступово витісняють звичні раніше лампи розжарювання, проте вадами залишаються лінійчатий спектр випромінювання, стомлюваність від мерехтіння світла, шум пускорегулювальної апаратури (ПРА), шкідливість парів ртуті в разі потрапляння в приміщення при руйнуванні колби, неможливість миттєвого перезажіганія для ламп високого тиску.

В умовах триваючого росту цін на енергоносії та подорожчання освітлювальної арматури, електричних ламп та комплектуючих все більш нагальною стає потреба у впровадженні технологій, що дозволяють скоротити невиробничі витрати.

Загальна характеристика газорозрядних ламп

-Термін служби від 3000 годин до 20000.

-Ефективність від 40 до 150 лм / Вт.

-Колір випромінювання: тепло-білий (3000 K) або нейтрально-білий (4200 K)

-Передача кольору: хороша (3000 K: Ra> 80), відмінна (4200 K: Ra> 90)

-Компактні розміри випромінюючої дуги, дозволяють створювати світлові пучки високої інтенсивності

Області застосування газорозрядних ламп.

-Магазини та вітрини, офіси і громадські місця

-Декоративне зовнішнє освітлення: освітлення будівель і пішохідних зон

-Художнє освітлення театрів, кіно і естради (професійне світлове обладнання)

Види газорозрядних ламп.

Найбільшою ефективністю, на сьогоднішній день, мають лампи розрядні в парах натрію. Крім цього виду розрядних ламп широко поширені люмінесцентні лампи (розрядні лампи низького тиску), металогалогенні лампи, дугові ртутні люмінесцентні лампи. Менше поширені лампи в парах ксенону.

4.1 Натрієва газорозрядна лампа

Натрієва газорозрядна лампа (НЛ) - електричний джерело світла, що світиться тілом якого служить газовий розряд у парах натрію. Тому що переважає в спектрі таких ламп є резонансне випромінювання натрію; лампи дають яскравий оранжево-жовте світло. Ця специфічна особливість НЛ (монохроматичность випромінювання) викликає при висвітленні ними незадовільна якість передачі кольору. Через особливості спектру НЛ застосовуються в основному для вуличного освітлення, утилітарного, архітектурного та декоративного каміння. Застосування НЛ для освітлення виробничих і громадських будівель вкрай обмежена і обумовлюється, як правило, вимогами естетичного характеру.

У залежності від величини парціального тиску парів натрію лампи поділяють на натрієві лампи низького тиску (НЛНД) і натрієві лампи високого тиску (НЛВД)

Історично першими з натрієвих ламп були створені натрієві лампи низького тиску (НЛНД). У 1930-х рр.. цей вид джерел світла став широко поширюватися в Європі. У СРСР велися експерименти з освоєння виробництва НЛНД, існували навіть моделі, що випускалися серійно, однак впровадження їх у практику загального освітлення перервалося через освоєння більш технологічних ламп ДРЛ, які, у свою чергу, стали витіснятися НЛВД.

НЛНД відрізняються рядом особливостей, істотно ускладнюють як їх виробництво, так і експлуатацію. По-перше, пари натрію при високій температурі дуги вельми агресивно впливають на скло колби, руйнуючи його. Через це пальники НЛНД зазвичай виконуються з боросилікатного скла. По-друге, ефективність НЛНД сильно залежить від температури навколишнього середовища. Для забезпечення прийнятного температурного режиму пальники остання поміщається в зовнішню скляну колбу, що грає роль «термоса».

Створення натрієвих ламп високого тиску (НЛВД) зажадало іншого рішення проблеми захисту матеріалу пальника від впливу парів натрію: була розроблена технологія виготовлення трубчастих пальників з оксиду алюмінію A _l2 O _3. Така керамічний пальник з термічно і хімічно стійкого і добре пропускає світло матеріалу поміщається в зовнішню колбу з термостійкого скла. Порожнина зовнішньої колби вакуумируют і ретельно дегазується. Останнє необхідно для підтримки нормального температурного режиму роботи пальника і захисту ніобієвих струмових вводів від впливу атмосферних газів.

Пальник НЛВД наповнюється буферним газом, в якості якого служать газові суміші різного складу, а також в них дозується амальгама натрію (сплав з ртуттю). Існують НЛВД «з поліпшеними екологічними властивостями» - безртутним.

4.2 Люмінесцентна лампа

Люмінесцентна лампа - газорозрядний джерело світла, світловий потік якого визначається в основному світінням люмінофорів під впливом ультрафіолетового випромінювання розряду; видиме світіння розряду не перевищує декількох відсотків.

Люмінесцентні лампи широко застосовуються для загального освітлення, при цьому їх світлова віддача в кілька разів більше, ніж у ламп розжарювання того ж призначення. Термін служби люмінесцентних ламп може до 20 разів перевищувати термін служби ламп розжарювання за умови забезпечення достатньої якості електроживлення, баласту та дотримання обмежень по числу комутацій, у противному випадку швидко виходять з ладу. Найбільш розповсюдженим різновидом подібних джерел є ртутна люмінесцентна лампа. Вона являє собою скляну трубку, заповнену парами ртуті, з нанесеним на внутрішню поверхню шаром люмінофора.

Люмінесцентні лампи - найбільш розповсюджене й економічне джерело світла для створення розсіяного освітлення в приміщеннях громадських будівель: офісах, школах, навчальних і дослідницьких інститутах, лікарнях, магазинах, банках, підприємствах. З появою сучасних компактних люмінесцентних ламп, призначених для встановлення в звичайні патрони E27 або E14 замість ламп розжарювання, вони стали завойовувати популярність і в побуті. Застосування електронних пускорегулюючих пристроїв (баластів) замість традиційних електромагнітних дозволяє поліпшити характеристики люмінесцентних ламп - позбутися від мерехтіння і гулу, ще більше збільшити економічність, підвищити компактність.

4.3 Ртутна газорозрядна лампа

Ртутні газорозрядні лампи являють собою електричний джерело світла, в якому для генерації оптичного випромінювання використовується газовий розряд у парах ртуті. Для найменування всіх видів таких джерел світла у вітчизняній світлотехніці використовується термін "розрядна лампа", включений до складу Міжнародного світлотехнічного словника, затвердженого Міжнародною комісією по освітленню.

У залежності від тиску наповнення розрізняють розрядні лампи низького тиску (РЛНД), розрядні лампи високого тиску (РЛВД) і розрядні лампи надвисокого тиску (РЛСВД).

До розрядним лампам низького тиску відносять ртутні лампи з величиною парціального тиску парів ртуті в усталеному режимі менше 100 Па. Для розрядних ламп низького тиску ця величина складає близько 100 кПа, а для розрядних ламп надвисокого тиску - 1 МПа і більше.

Для загального освітлення цехів, вулиць, промислових підприємств та інших об'єктів, що не пред'являють високих вимог до якості передачі кольору, застосовуються розрядні лампи високого тиску типу ДРЛ.

ДРЛ (Дугова Ртутна люмінофорних) - прийнята у вітчизняній світлотехніці позначення РЛВД, в яких для виправлення кольоровості світлового потоку, спрямованого на поліпшення передачі кольору, використовується випромінювання люмінофора, нанесеного на внутрішню поверхню колби.

Пристрій лампи ДРЛ

Перші лампи ДРЛ виготовлялися двоелектродними. Для запалювання таких ламп потрібний джерело високовольтних імпульсів. Як нього застосовувалося пристрій ПУРЛ-220 (Пусковий Пристрій ртутними лампами на напругу 220 В). Електроніка тих часів не дозволяла створити достатньо надійних запалюючих пристроїв, а до складу ПУРЛ входив газовий розрядник, що мав термін служби менший, ніж у самої лампи. Тому в 1970-х рр.. промисловість поступово припинила випуск двохелектродні ламп. На зміну їм прийшли чотириелектродні, які не потребують зовнішніх запалюючих пристроїв.

Для узгодження електричних параметрів лампи і джерела електроживлення практично всі види РЛ, що мають падаючу зовнішню вольт-амперна характеристику, потребують використання пускорегулювального апарату, в якості якого в більшості випадків використовується дросель, включений послідовно з лампою.

Рис.1 Ртутна лампа високого тиску.

Чотириелектродні лампа ДРЛ складається із зовнішньої скляної колби (1), забезпеченою різьбовим цоколем (2). На ніжці лампи змонтована встановлена на геометричній осі зовнішньої колби кварцова пальник (розрядна трубка) (3), наповнена аргоном з добавкою ртуті. Чотириелектродні лампи мають основні електроди (4) і розташовані поряд з ними допоміжні (запалюючі) електроди (5). Кожен запалюючий електрод з'єднаний з перебувають в протилежному кінці розрядної трубки основним електродом через токоогранічвающее опір (6). Допоміжні електроди полегшують запалювання лампи і роблять її роботу в період пуску більш стабільною.

Останнім часом ряд закордонних фірм виготовляє трехелектродниелампи ДРЛ, оснащені тільки одним запалює електродом. Ця конструкція відрізняється тільки більшою технологічністю у виробництві, не маючи ніяких інших переваг перед чотириелектродні.

Принцип дії

Пальник лампи виготовляється з тугоплавкого і хімічно стійкого прозорого матеріалу (кварцового скла або спеціальної кераміки) і наповнюється строго дозованими порціями інертних газів. Крім того, в пальник вводиться металева ртуть, яка в холодній лампі має вигляд компактного кульки або осідає у вигляді нальоту на стінках колби і (або) електродах. Світиться тілом РЛВД є стовп дугового електричного розряду.

Процес запалювання лампи, оснащеної запальними електродами, виглядає наступним чином. При подачі на лампу живлячої напруги між близько розташованими основним і запальним електродом виникає тліючий розряд, чому сприяє мала відстань між ними, яке істотно менше відстані між основними електродами, отже, нижче і напруга пробою цього проміжку. Виникнення в порожнині розрядної трубки досить великої кількості носіїв заряду (вільних електронів і позитивних іонів) сприяє пробою проміжку між основними електродами і запалюванням між ними тліючого розряду, який практично миттєво переходить в дуговий.

Стабілізація електричних та світлових параметрів лампи настає через 10 - 15 хвилин після включення. Протягом цього часу струм лампи істотно перевершує номінальний і обмежується лише опором пускорегулювального апарату. Тривалість пускового режиму сильно залежить від температури навколишнього середовища - чим холодніше, тим довше буде розпалюватися лампа.

Електричний розряд у пальнику ртутної дугової лампи створює видиме випромінювання блакитного або фіолетового (а не білого як прийнято вважати) кольору, а також потужний ультрафіолетове випромінювання. Остання збуджує світіння люмінофора, нанесеного на внутрішній стінці зовнішньої колби лампи. Червонувате світіння люмінофора, змішуючись з біло-зеленуватим випромінюванням пальники, дає яскраве світло, близький до білого.

Зміна напруги живильної мережі в більшу чи меншу сторону викликає відповідну зміну світлового потоку. Відхилення напруги живлення на 10 - 15% допустимо і супроводжується зміною світлового потоку лампи на 25 - 30%. При зменшенні напруги живлення менше 80% номінального лампа може не запалитися, а палаюча - згаснути.

При горінні лампа сильно нагрівається. Це вимагає використання в світлових приладах з дуговими ртутними лампами термостійких проводів, пред'являє серйозні вимоги до якості контактів патронів. Оскільки тиск в пальнику гарячої лампи істотно зростає, збільшується і напругу її пробою. Величина напруги живильної мережі виявляється недостатньою для запалювання гарячої лампи. Тому перед повторним запалюванням лампа повинна охолонути. Цей ефект є істотним недоліком дугових ртутних ламп високого тиску, оскільки навіть дуже короткочасний перерву електроживлення гасить їх, а для повторного запалювання потрібна тривала пауза на охолодження.

Традиційні галузі застосування ламп ДРЛ

Освітлення відкритих територій, виробничих, сільськогосподарських та складських приміщень. Скрізь, де це пов'язано з необхідністю великої економії електроенергії, ці лампи поступово витісняються НЛВД (освітлення міст, великих будівельних майданчиків, високих виробничих цехів та ін.)

Список літератури

Безпека життєдіяльності. Конспект лекцій. Ч. 2 / П.Г. Бєлов, А.Ф. Козьяков. С.В. Бєлов та ін; Під ред. С.В. Бєлова. - М.: ВАСОТ. 1993.
Безпека життєдіяльності / Н.Г. Занько. Г.А. Корсаков, К. Р. Мала та ін Под ред. О.Н. Русака. - С.-П.: Вид-во Петербурзької лісотехнічної академії, 1996.
Довідкова книга з світлотехніки / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. М.: Вища школа, 1995.