工厂电气照明设计计算

第10章工厂电气照明§10.1电气照明概述§10.2常用照明光源和灯具§10.3照度计算§10.4照明供电系统小结§10.1电气照明概述工厂电气照明分为自然照明（天然采光）和人工照明两大类，而电气照明是人工照明中应用范围最广的一种照明方式。10.1.1照明技术的有关概念1.光、光谱和光通量（1）光（2）光谱（3）光通量（光通）2.光强及其分布特性光强光强是即发光强度，是表示向空间某一方向辐射的光通密度。用符号I表示，单位为坎德拉（cd）。对于向各个方向均匀辐射光通量的光源，其各个方向的光强相等，计算公式为I＝Φ／Ω（10-1）10.1.1照明技术的有关概念式中，Ω为光源发光范围的立体角，单位为球面度(sr)，且Ω＝A／r2，其中r为球的半径，A为与Ω相对应的球面积；Φ为光源在立体角内所辐射的总光通量。（2）光强分布曲线光强分布曲线也叫配光曲线，它是在通过光源对称轴的一个平面上绘出的灯具光强与对称轴之间角度α的函数曲线。配光曲线是用来进行电气计算的一种基本技术资料。对于一般灯具来说，配光曲线是绘在极坐标上的，如图10-1所示。对于聚光很强的投光灯，其光强分布在一个很小的角度内，其配光曲线一般绘在直角坐标上，如图10-2所示。图10-1绘在极坐标上的配光曲线(D-1型配照灯)图10-2绘在直角坐标上的配光曲线（投光灯）（2）亮度发光体（受照物体对人眼可看作是间接发光体）在视线方向单位投影面上的发光强度称为亮度，用符号L表示，单位为cd/m2。如图10-3所示，该发光体表面法线方向的光强为I，而人眼视线与发光体表面法线成α角，因此视线方向的光强＝Icosα，而视线方向的投影面Aα＝Acosα，由此可得发光体在视线方向的亮度为3．照度和亮度（1）照度受照物体表面的光通密度称为照度，用符号E表示，单位为勒克司（lx）。当光通量Φ均匀地照射到某物体表面上（面积为A）时，该平面上的照度值为E＝Φ／A（10-2）10.1.1照明技术的有关概念图10-3亮度概念说明L＝／Aα＝Icosα／Acosα＝I/A(10-3)可见，发光体的亮度值实际上与视线方向无关。4．物体的光照性能和光源的显色性能（1）物体的光照性能当光通量Φ投射到物体上时，一部分光通从物体反射回去，一部分光通被物体吸收，而余下一部分光通则透过物体，如图10-4所示。10.1.1照明技术的有关概念为了表征物体的光照性能，引入了以下三个参数：①反射比是指反射光的光通量与总投射光通量Φ之比，即ρ＝/Φ(10-4)图10-4光通量投射到物体上的情况②吸收比是吸收光的光通量Φα与总投射光的光通量Φ之比，即α＝/Φ（10-5）③透射比是透射光的光通量Φτ与总透射光的光通量Φ之比，即τ＝/Φ（10-6）这三个参数存在如下关系：ρ+α+τ＝1(10-7)一般特别重视反射比这个参数，因为它与照明设计直接相关。（2）光源的显色性能同一颜色的物体在具有不同光谱的光源照射下，能显出不同的颜色。光源对被照物体颜色显现的性质，叫做光源的显色性。10.1.1照明技术的有关概念为表征光源的显色性能，特引入光源的显色指数这一参数。光源的显色指数Rα是指在待测光源照射下物体的颜色与日光照射下该物体的颜色相符合的程度，而将日光与其相当的参照光源显色指数定为100。因此物体颜色失真越小，则光源的显色指数越高，也就是光源的显色性能越好。白炽灯的一般显色指数为97～99，荧光灯的为79～90，显然荧光灯的显色性要差一些。10.1.2照明方式和种类1．照明方式在工厂企业或变电所中，照明方式可分为一般照明、局部照明和混合照明。（1）一般照明供照度要求基本上均匀的场所的照明。（2）局部照明仅供工作地点（固定式或便携式）使用的照明。（3）混合照明一般照明和局部照明组成的照明。10.1.1照明技术的有关概念2．照明的种类照明按其用途可分为工作照明、事故照明、值班照明、警卫照明和障碍照明等。（1）工作照明正常工作时的室内外照明。（2）事故照明正常照明熄灭后供工作人员暂时继续作业和疏散人员使用的照明。（3）值班照明非生产时间内供值班人员使用的照明（4）警卫照明警卫地区周界的照明（5）障碍照明在高层建筑上或基建施工、开挖路段时，作为障碍标志用的照明。10.1.2照明方式和种类10.2常用照明光源和灯具照明光源和灯具是照明器的两个主要部件，照明光源提供发光源，灯具起固定光源的作用。10.2.1照明光源在照明工程中使用的各种光源可以根据其工作原理、构造等特点加以分类。根据光源的工作原理主要分有两大类：一类是热辐射光源，如白炽灯、卤钨灯等；另一类是气体放电光源，如氙灯、钠灯等。气体放电光源按放电形式又可分为辉光放电（如霓虹灯）和弧光放电（如荧光灯、钠灯）。1．热辐射光源利用物体加热时辐射发光的原理所制成的光源称为热辐射光源。目前常用的热辐射光有：（1）白炽灯结构如图10-5。其发光原理为灯丝通过电流加热到白炽状态从而引起热辐射发光。10.2.1照明光源（2）卤钨灯结构如图10-6。卤钨灯是在灯泡中充入微量的卤化物，利用卤钨循环的作用，使灯丝蒸发的一部分钨重新附着在灯丝上，以达到既提高光效又延长寿命的目的。图10-5白炽灯结构图1-玻壳2-灯丝（钨丝）3-支架（钼线）4-电极（镍丝）5-玻璃芯柱6-杜美丝（铜铁镍合金丝）7-引入线（铜丝）8-抽气管9-灯头10-封端胶泥11-锡焊接触端为了使灯管温度分布均匀，防止出现低温区，以保持卤钨循环的正常进行，卤钨灯要求水平安装，其偏差不大于40。图10-6卤钨灯结构图1-灯脚2-钼箔3-灯丝（钨丝）4-支架5-石英玻管（内充微量卤素）2．气体放电光源利用气体放电时发光的原理所做成的光源称为气体放电光源。目前常用的气体放电光源有5种。（1）荧光灯荧光灯的结构如图10-7所示。它是利用汞蒸气在外加电压作用下产生电弧放电，发出少许可见光和大量紫外线，紫外线又激励管内壁涂覆的荧光粉，使之再发出大量的可见光。二者混合光色接近白色。10.2.1照明光源图10-7荧光灯结构图1-灯头2-灯脚3-玻璃芯柱4-灯丝（钨丝，电极）5-玻管（内壁涂荧光粉，充惰性气体）6-汞（少量）荧光灯的工作线路图如图10-8所示。由起辉器S、镇流器L和电容器C等组成。当荧光灯接上电源后，S首先产生辉光放电，使U形双金属片加热伸开，接通灯丝回路，灯丝加热后发射电子，并使管内的少量汞汽化。此时S的辉光放电停止，双金属片冷却收缩，突然断开灯丝加热回路，这就使L两端感生很高的电动势，连同电源电压加在灯管两端，使充满汞蒸气的灯管击穿，产生弧光放电，点燃灯管。10.2.1照明光源图10-8荧光灯的工作线路图（2）高压汞灯高压汞灯的结构图如图10-9所示。它是低压荧光灯的改进产品，属于高气压的汞蒸汽放电光源。高压汞灯的外玻壳内壁涂有荧光粉，它能将汞蒸汽放电时辐射的紫外线转变为可见光，以改善光色，提高光效。图10-10是一种需外接镇流器的高压汞灯的工作线路图。另外一种是自镇流高压汞灯，它利用钨丝作镇流器，并将钨丝装入高压汞灯的外玻壳内，工作时镇流钨丝一方面限制放电管电流，同时也发出可见光。10.2.1照明光源图10-9高压汞灯结构图1-支架及引线2-启动电阻3-启动电源4-工作电源5-放电管6-内不应光负涂层7-外玻壳图10-10需外接镇流器的高压汞灯的工作线路图（3）高压钠灯高压钠灯的结构图如图10-11。它是利用高压钠蒸汽放电工作的，光呈淡黄色。其工作线路图和高压汞灯类似。高压钠灯照射范围广、光效高、寿命长（比高压汞灯高一倍）紫外线辐射少、透雾性好，但显色性也较差，启动时间（4～8分钟）和再次启动时间（10～20分钟）也较长，对电压波动反应较敏感。10.2.1照明光源图10-11高压钠灯结构图1-主电极2-半透明陶瓷放电管（内充钠、汞及氙或氖氩混合气体）3-外玻壳（内壁涂荧光粉，内外壳间充氮）4-消气剂5-灯头（4）金属卤化物灯金属卤（碘、溴、氯）化物灯是在高压汞灯的基础上为改善光色而发展起来的新型光源，不仅光色好，而且光效高，受电压影响也较小，是目前比较理想的光源。（5）氙灯氙灯为惰性气体弧光放电灯，高压氙气放电时能产生很强的白光，接近连续光谱，和太阳光十分相似，故有“人造小太阳”之美称。适用于广场、车站和大型屋外配电装置等。3．各种照明光源的主要技术特性光源的主要技术特性有光效、寿命、色温等等，有时这些技术特性是相互矛盾的，在实际选用时，一般先考虑光效高、寿命长，其次再考虑显色指数、启动性能等次要指标。各种照明光源的主要技术特性见表10-1，供对照比较。4．新型电光源随着科学技术的不断发展和社会进步的需要，已有的电光源性能不尽完美，如今世界各国都在积极地开发新材料、新技术，不断地改进各种不同特色的电光源，进一步降低电能消耗，研制出多种新型电光源。10.2.1照明光源表10-1常用照明光源的主要技术特性比较10.2.1照明光源（1）新固体放电灯1）陶瓷灯泡2）塑料灯泡3）回馈节能灯泡4）冷光灯泡5）储能灯泡（2）新气体放电灯1）无电极放电灯泡2）氩气灯泡3）电子灯泡（3）半导体节能灯10.2.1照明光源10.2.2灯具光源与其配用的灯具（这里主要指灯罩）统称为照明器。灯具的作用是固定和保护光源，以及装饰和美化环境。1．工厂常用灯具的类型（1）按灯具的配光特性分类裸露的灯泡所发出的光线是射向四周的，为了充分利用光能，加装灯罩后使光线重新分配，称为配光。按灯具的配光特性来进行分类的方法有两种：一是传统的分类法；一是国际照明委员会（CIE）提出的分类法。传统分类是根据灯具的配光曲线(为了表示光源加装灯罩后，光强在各个方向的分布情况而绘制在对称轴平面上的曲线，如图10-12形状进行分类：1）正弦分布型光强是角度的正弦函数，且当θ＝900时光强为最大。如GC15-A、B-1型散照型防水防尘灯。图10-12配光曲线示意图1-正弦分布型2-广照型3-漫射型4-配照型5-深照型4）配照型光强是角度的余弦函数，且当θ＝00时光强为最大。如GC1-A、B-1配照型工厂灯。5）深照型光通量和最大光强值集中在00～300间的立体角内。如GC5-A、B-2深照型工厂灯。6）特深照型光通量和最大光强值集中在00～150的狭小立体角内。如JS300镜面深照型工厂灯。CIE分类是根据灯具向下和向上投射光通量的百分比进行分类：1）直接照明型灯具向下投射的光通量占总光通量的90％～100％，而向上投射的光通量极少。2）半直接照明型灯具向下投射的光通量占总光通量的60％～90％，向上投射的光通量只有10％～40％。10.2.2灯具2）广照型最大光强分布在500～900之间，可在较广的面积上形成均匀的照度。如GC3-A、B-1广照型工厂灯。3）漫射型各个角度的光强是基本一致的。如JXD1-2乳白色玻璃圆球灯。3）均匀漫射型灯具向下投射的光通量和向上投射的光通量差不多相等，各为40％～60％之间。4）半间接照明型灯具向上投射的光通量占总光通量60％～90％，向下投射的光通量只有10％～40％。5）间接照明型灯具向上投射的光通量占总光通量的90％～100％，而向下投射的光通量极少。（2）按灯具的结构特点分类1）开启型光源与外界空间直接接触（无罩）。如GC3-A、B-1广照型工厂灯。2）闭合型灯罩将光源包合起来，但内外空气仍能自由流通。如JDD1-1圆球吊灯。3）封闭型灯罩固定处加以一般封闭，内外空气仍可有限流通。如投光灯。4）密闭型灯罩固定处加以严密封闭，内外空气不能流通。如GC35防潮灯。5）防爆型灯罩及其固定处均能承受要求的压力，符合《防爆电气设备制造检验规程》的规定，能安全使用在有爆炸危险性介质的场所。防爆型又分成隔爆型（如B3e-1-30隔爆式荧光灯）和增安型两种。10.2.2灯具2．灯具的布置（1）室内布置方案布置要求：保证最低的照度及均匀性；光线的射向适当，无眩光、阴影；安装维护方便；布置整齐美观，并与建筑空间协调；安全、经济等。1）一般照明的布置通常有两种，即均匀布置（灯具布置与设备位置无关）和选择布置（灯具布置与设备位置有关）。其中均匀布置比较美观均匀，所