船舶照明与通讯

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1、第九章船舶照明系统电气照明对人的生活和生产活动都有着极重要的影响。在夜间或光线不足的情况下，电气照明提供好的视觉条件，通过视觉获得必要的信息才能进行有效的生产活动。因此从普遍 的意义而言， 照明对生产的安全、劳动生产率、 产品质量和劳动卫生都有直接影响。就船舶 而言， 它还关系到船舶航行的安全。此外， 船上人员几乎日夜处于电气照明条件下的工作和 生活，不仅要求提供适当的照度，还需要提供一种舒适优美的生活环境。本章内容主要包括照明技术的基本概念、船舶电光源和照明器的类型和特点，以及船舶 照明供电系统的控制、保护和维护等。 9-1 船舶照明电光源与照明器具常用的电光源可分为两大类：(1) 热辐射光

2、源 , 如白炽灯、卤钨灯；(2) 气体放电光源， 如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯和汞氙灯等。 一、船舶照明电光源 1. 热辐射电光源普通白炽灯及卤钨循环白炽灯都是用电能将灯丝加热到白炽程度而产生热辐射光。 1）白炽灯：结构简单，使用灵活，能瞬时点燃，无频闪，可调光，可任意位置点燃, 价格便宜等。 但由热灯丝蒸发出来的钨附着于温度较低的灯泡内壁，使灯泡逐渐黑化，光通 减少，光效变低。同时使灯丝变细, 寿命不长，且耐振性差。其寿命和光通量受电压波动影响较大， 电压升高5%,寿命缩短25% ；电压降低5% ，光通减少18% 。其结构如图91a) 所示。 船用白炽灯的特点：灯丝稍粗, 且其

3、支撑加固，有较高的机械强度和耐振性。除作为普通照明光源外， 船舶航行灯、 信号灯和应急照明灯都只采用白炽灯，因为它不会因电压低落 而熄灭。航行灯一般用插口灯头，大功率白炽灯都用螺口灯头，以增大导电接触面积。a) 白炽灯 b) 碘钨灯 图 9 1 热辐射电光源 2）卤钨灯：为克服普通白炽灯的缺点而出现了卤钨循环白炽灯，其结构如图91b) 所 示。 耐高温的石英玻璃灯管内充有较高压力的惰性气体，同时充人微量的卤族元素碘或溴等。螺旋状的钨丝沿管轴线装置在一些支架上。灯丝热蒸发出来的钨向四周扩散时，与卤素化合 生成气态的碘 ( 或溴 ) 化钨。 因管壁温度比普通白炽灯泡的高，使卤化钨难于吸附于管壁；并

4、 且当其扩散或对流运动到更高温度的灯丝处时, 卤化钨又分解为卤素和钨，使钨重新附着于 灯丝上，如此循环不已。从而抑制黑化，延缓灯丝的变细，提高使用寿命。卤钨灯的光效比 普通白炽灯高得多，因为它工作温度比白炽灯高。卤钨灯体积小功率大，携运方便， 适用于 较大空间要求高照度的场所的照明。如船舶蠢天甲板大面积照明，用 lKW卤钨灯的亮度相当 于 5KW的普通白炽灯。有些碘钨灯的灯管要求水平安装，其倾斜度不超过规定的角度，以避免因倾斜管内气体 对流不均而出现低端低温区的黑化，也避免倾斜使灯丝拉断。但溴钨灯的点燃位置没有限 制，因溴在灯内的分布不受对流的影响。 2气体放电灯 由于所有气体放电灯都是利用强

5、电场加速自由电子，使自由电子能以很大的动能撞击气 体或金属蒸汽的原子，产生雪崩式的电离并使温度升高。在高温下金属蒸汽原子又产生热电 离，从而形成自持放电过程。电离的原子吸收能量跃迁到一个不稳定的激发态，但很快就自发的以辐射光子的形式释放出能量，返回到基态。 处于不同激发态的原子，辐射出不同频率 的光，有可见光也有不可见光。不可见光( 例如紫外线 ) 也可用来激发荧光物质发出可见光。 当形成自持放电后，电流将急剧增大。为维持一定电流下的稳定持续放电，需要降低放电电压和限制放电电流。 所以气体放电灯一般都要有能产生较高的点燃电压和限制放电电流的装 置, 如镇流器和触发器等。 1）荧光灯 ( 俗称日

6、光灯 ) 荧光灯是一种预热式低压汞蒸汽气放电灯。灯管抽空后充人少量的氩气和汞，灯管内壁 涂有荧光物质，管内两端灯丝上涂有发射电子的阴极物质。灯管的型号、形状和功率不同， 所要求的启动电压、工作电压和工作电流等不同, 因此与其配套的镇流器和启动器也不尽相 同。图 92 是荧光灯的一般接人电路。图 92 荧光灯接线图 启动器是一种简单的自动开关，电源电压可使其两电极间产生辉光放电，使双金属U形电极受热变形而接通灯丝电路，灯丝加热阴极发射电子；23s 后因 U 形片冷却复原而断 开电路， 从而镇流器产生附加自感电压使灯管点燃。此后镇流器起降压限流作用。点燃后由 于灯管的工作电压低于电源电压，启动器不

7、再产生辉光放电。新型电子镇流器体积小、重量 轻、耗电少。启动时产生高频脉冲起燃电压，不需要启动器, 因而启动快 (0.4 1.5s) 。 荧光灯具有表面亮度低、表面温度低、光效高、寿命长、显色性较好、光通分布均匀等 优点，广泛应用于精细工作或长时间从事紧张视力工作的场所。但不适于频繁开关的场所。 频繁开关阴极物质消耗快，使寿命大为缩短。电源电压的波动对荧光灯的光通量影响不大,但电压过低会产生跳光现象，这相当于频繁点燃, 会缩短使用寿命。此外电压大幅度跌落, 也会导致荧光灯熄灭。 2）高压汞灯 高压汞灯的结构和连接电路如图93 所示。耐高温的石英玻璃管被封装在硬质玻璃外泡内。 放电管内有两个自热

8、式主电极和一个串有限流电阻的辅助电极，管内充有适量的汞和 氩气，工作时在很高的管壁温度下，汞蒸气压力较高(2 6 个大气压 ) ，故称为高压汞灯。外泡内壁涂有荧光物质。图 93 高压汞灯图接通电源后首先引起辅助电极与其较近的主电极之间发生辉光放电，产生电子和离子， 并很快过渡到两主电极之间的惰性气体的放电，发出白色辉光。 随着放电的加热作用和汞蒸 气压力的升高， 使汞蒸汽逐渐成为放电的主要因素，逐渐发出更为明亮的蓝绿色光，并由紫 外线激发荧光物质发出红色的补充光色，以改善发光颜色。从启动到稳定工作约需48 min。 高压汞灯具有光效高、成本低、寿命长、耐震和不受户外恶劣气候条件的影响等优点。

9、适用于大面积高大厂房或露天场地等的照明。但电压波动不能太大，即使短暂的电压突然降 低超过 5% ，就可能引起自行熄灭，而且重新恢复点燃仍需经510min。高压汞灯也不适用 于频繁开关的场所。 3）高压钠灯 高压钠灯在结构形式上与高压汞灯相似，内放电管两端各为一个工作电极，没有辅助电极，管内抽空后充以汞、氘气及较多量的钠。因钠比汞更易激发，故以钠蒸汽放电为主，发 金黄色光。由于没有辅助电极，因而需要更高的启动电压(2000 2500V)。 图 94 是一种内启动式高压钠灯的接人电路，外泡内部有一冷接触式双金属片膨胀开关 4，冷启动时电流通过开关4 及其加热线圈3。在金属片受热膨胀断开瞬时，镇流器

10、产生 高压脉冲使内管放电。此后因管的高温使双金属触片保持断开状态。也有采用电子式脉冲触 发器的高压钠灯。图 94 高压钠灯工作线路 高压钠灯具有光效高、紫外线辐射小、 透雾性好、 光通维持性好、 耐震及可在 40 C100 C下工作等优点。其适用场所和缺点基本和高压汞灯相同。但电子触发式的启动和再 启动的时间短。另外还有一种低压钠灯，发光效率极高，以黄色光为主，透雾性也较好；但 显色性差。4）金属卤化物灯 金属卤化物灯是继高压汞灯之后发展起来的一种光效更高、光色更好的新光源，其结构 和外形与高压汞灯类似，都有主、 辅电极 , 区别在于外玻壳内壁没有荧光层( 有的没有外泡) 。放电管中除充有汞和

11、氩气外还加人某些金属卤化物,如碘化钠、 碘化铊、 碘化铟和碘化镝等。 由于金属卤化物更易于激发，所以发光效率更高。加人不同比例不同品种的卤化物可得到不 同的光色。 用于大面积照明的有钠铊铟灯、钪钠灯和镝钬灯三个系列。该种灯有多 种接人线路， 400W 的钠铊铟灯(JZG一 400型) 可直接配用同功率的高压汞灯的镇流器( 图 95) ，其余的均配有专用的镇流器或漏磁变压器或触发器等。图 95 金属卤化物灯工作线路图 96 长弧氙灯 5）氙灯及汞氙灯 氙灯是惰性气体弧光放电灯，有管型高气压长弧( 图 9-1-6) 和球形超高气压短弧氙灯之 分。氙灯是靠石英玻璃管内的氙气放电发出强光，所以比靠金属

12、蒸气放电灯的启动快，点燃 瞬间即可发出80% 的光。 具有功率大、 光色白、 亮度高的特点 , 俗称“小太阳”。适用于广场、 港口、 车站、 机场等大面积照明场所。由于它的光效低寿命短，长弧氙灯逐渐被高压钠灯和 金属卤化物灯代替。 氙灯管内充人适量的汞就成为汞氙灯。这种灯既具有氙灯的启动快、稳定时间短、 再启动容易和光透性好等优点，又具有高压汞灯的某些优点，即发光效率和使用寿命都得到改善。 管形长弧汞氙灯广泛用于海船甲板和货舱口的照明。短弧汞氙灯具有亮度大而集中的特点, 一般作为探照灯或机车车头灯等。 氙灯和汞氙灯工作时有较多的紫外辐射，应避免用眼睛注视灯管。另外石英玻璃管必须保持清洁， 若用

13、手摸过， 须用酒精或蒸馏水洗净，否则油迹在紫外线的作用下会使玻璃失去 透明性或损坏。汞氙灯的工作路线和触发器等，在原理上与图95 相类似。 二、船舶照明器 1. 照明器的类型及其应用 照明器 ( 有时简称灯 ) 是由电光源、 灯壳、 灯罩及其附件等组成，其主要功能是： 重新分 配光源的光通， 避免对眼睛的直接眩光，防止光源受环境的污染和侵害，保护光源不受机械 损伤等。在有些舱室的照明器还有装饰和美化环境的作用。在船舶上有各式各样的照明器。根据光源不同、 用途不同、 使用环境不防以及安装位置 和配光要求不同， 所配用的照明器的形式和结构不尽相同。按光源的不同有白炽灯、荧光灯、 以及各种高压气体放

14、电灯，按用途分有一般照明灯、大面积投光灯、 移动式挂灯和手提行灯、航行标志及信号灯等。而且航行信号灯的安装位置、透光灯罩的颜色和透光角度都有严格的 规定。 船用照明器也要符合船用条件。其外部罩壳的防护结构也是按统一的国际防护标准(IP)分级。根据使用环境条件的不同其防护等级大致可分为以下三种类型: 1）保护型： 有透光灯罩可以防尘，也避免直接触及带电部分，多用于比较干燥的居住、 办公舱室和内走道等处所。图 97 有金属护栅的防水白炽灯具 2）防水型：光源被透光灯罩等密闭起来，灯体与灯罩之间有密封垫圈，其防护级别有防滴、防溅、防水蒸汽、防喷水和防海浪冲击等。用于潮湿和有汽、水侵害的场所。在容易

15、受到机械损伤处所的防水型照明器，不仅有坚固的金属壳体和透明灯罩，而且灯罩外还有坚 固的金属护栅 , 如图 9-1-7所示。 3）防爆型：隔爆型的结构是透明灯罩与灯座间用法兰连接，法兰间有隔爆间隙，气体 在灯内发生爆炸时，由间隙外逸的气体经法兰隔爆面的充分冷却，不会引起外部混合气体的 爆炸。 坚固的壳体和灯罩能承受住内部爆炸压力而不致损坏。隔爆型气体放电灯的镇流器安 装在防爆接线盒内。这种灯用于在正常条件下可能存在可燃性粉尘或爆炸性气体的场所，如煤舱、油柜舱、蓄电池舱、油灯间、油轮的油泵舱及舱面空间等处的照明。 照明器的配光作用就是将光源发出的光通量根据工作面对照明质量的要求进行重新分 配，以达

16、到充分合理的利用光源的光通。配光作用与照明器的安装方式(如吊灯、吸顶灯、 嵌人式棚顶灯等) 、灯罩形状及光学特性( 反射、漫射、透射、折射) 等有关。对于一般照明器的配光特性, 是以照明器向下半球空间和上半球空间发出光通量的百分比划分为五种类 型： (1) 直接照射型 : 向下的光通为100% 90%,向上的为0% 10%,如具有反光灯伞或灯罩的照明器。它能使光线集中, 使工作面上有充分的照度。但上部有阴影, 顶部亮度差。 (2) 半 直接照射型 : 向下的光通为90% 60%,向上 10% 40%, 如半圆或扁圆乳白灯罩的吸顶灯等。 向下的光线仍较集中, 天棚阴影得到改善。 (3) 漫射型 : 向下 60 40%,向上 40 60%, 如乳白 灯罩的吊灯等。这种照明器各向光强较均匀, 减少眩光。 (4) 半间接型和 (5) 间接型两种恰与 半直接型和直接型的相反, 向上的光通占优势。如有向上反射式金属灯罩的吊灯或