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1、第十章 电气照明10-1 照明基本知识 10-2 常用的电光源和灯具10-3 照明供电系统及其选择10-1 照明基本知识 一、概述二、照明技术的基本概念1.光和光谱 光是一种电磁辐射能，在空间以电磁波的形式传播。电磁波的波长不同其特性也不相同，波长为380780nm的电磁辐射波为可见光，它作用于人的眼睛就能产生视觉。在可见光的区域里不同波长呈现不同的颜色，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种颜色。 2.照明技术中的常用物理量 照明技术中常用的物理量主要有光通量、发光强度、照度、亮度等。其中，照度是一个很重要的物理量，照明设计的主要任务就是要给工作面提供足够的照度。我国在照明标准中对各种工作场合规
2、定了必须的最低照明度。名 称含 义单 位光通量（）光源在单位时间内向周围空间辐射出的使人眼产生光感觉的能量lm（流明）发光强度（I）源在给定方向上单位立体角内辐射的光通量，用于表征光源发光能力大小cd（坎德拉）照度（E）受照物体表面上单位面积接受到的光通量lx（勒克斯）亮度（L）发光体在视线方向单位投影面积上的发光强度cd/m2（尼特）或cd/cm2（熙提）照明技术中的常用物理量 3.光源的显色性和显色指数 同一颜色的物体在具有不同光谱功率分布的光源照射下，显出不同的颜色，光源对被照物体颜色显现的性质称为显色性。 光源的显色指数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
3、度。若将日光的显色指数定为100，人工光源的显色指数一般小于100，如果物体颜色失真越小，人工光源的显色指数越接近100，光源显色性能就越好。三、照明的质量1.合理的照度和均匀度 在照明设计中，一般是参照国家制定的照度标准选用照度值，然而在允许的范围内适当提高照度能使视觉条件提高，这有利于提高劳动生产率，同时也保护了工作人员的视力。至于照度的均匀性也不能忽视，如果照度的均匀性不好就容易导致视觉疲劳并有不舒适感，从而破坏照明效果，因此合理的照度和均匀度是照明质量的重要指标。2.眩光的限制 眩光是由于亮度分布不均匀，或亮度变化幅度太大，造成观看物体时感觉不舒适或视力下降。严重的眩光可使人感到眩晕，
4、轻微的眩光时间长了视觉功能也会下降，因此有必要对眩光进行限制。限制眩光可采用降低灯具的表面亮度，用磨砂玻璃、漫射或格栅等限制眩光；对局部照明灯具，采用不透光的灯罩且保护角应大于30；对一般照明的灯具，正确选用其型式并选择好悬挂高度。3.光源良好的显色性 在需要正确辨色的场所，要采用显色指数高的光源，如白炽灯、卤钨灯、荧光灯等。 在单一使用高压汞灯或高压钠灯的场合其显色性不能满足要求时，可以采用两种光源混合使用提高其显色性。四、照明方式与种类（1）一般照明 在整个场所或场所的某部分照度基本上的均匀照明。对于工作位置密度很大而对光源方向又无特殊要求，或工艺上不适宜装设局部照明装置的场所，宜单独使用
5、一般照明。一般照明是电气的基本方式，在满足规定的照度方面，它起主要的作用。1.照明的方式（2）局部照明 局部照明是为了提高局部工作场所的照度，或工作场所对照度方向有要求而设置的区域照明。局部照明器具可直接安装在工作场所附近，如车床上的照明灯。局部照明属于一种补充照明，整个工作场所不应只设局部照明而不设一般照明。（3）混合照明 混合照明又称综合照明，它由一般照明与局部照明共同组成。对于工作场所需要高照度并对照射方向有特殊要求的场合，常采用混合照明方式。其主要优点是既可使一般工作场所获得较均匀的照度，又可使有特殊要求的工作场所获得较高的照度。2.照明的种类（1）工作照明 为保证工作和生活能正常需要
6、的照明，包括室内和室外照明。它可以单独使用，也可以与事故照明、值班照明同时使用，但控制线路必须分开。（2）应急照明 当工作照明因事故而中断时，供暂时继续工作和疏散人员应急用的照明，也称为事故照明或备用照明。应急照明一般采用白炽灯（或卤钨灯），并布置在当事故发生后仍需继续工作的场所以及主要通道和出入口。若用于继续工作，其照度不应低于原照度的10；若用于疏散人员，其照度应保证工作人员安全走出房间所需要的照度（不应小于0.51x）。返回10-2 常用的电光源和灯具一、电光源的类型、特性及其选择 在电气照明中，各种电光源可以根据其原理构造等特点分成两大类：一类是热辐射光源利用电流将物体加热到白炽程度辐
7、射发光，如白炽灯、卤钨灯等；另一类是气体放电电源利用电流通过气体发光，如荧光灯，高压汞灯等。 白炽灯结构示意图白炽灯结构示意图1-玻璃外壳 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 8-抽气管 9-灯头 10-密封胶泥 11锡焊接触端（1）白炽灯 是靠电流通过灯丝时产生大量的热能，使灯丝温度高到白炽的程度（24003600K）从而引起辐射发光的。 1电光源的类型（2）卤钨灯 卤钨灯结构示意图卤钨灯结构示意图1-灯脚 2-钼箔 3-灯丝（钨丝） 4-支架 5-石英玻璃管（内充微量卤素） 在石英玻璃管中充入微量的卤化物（碘化物或溴化物
8、），利用卤钨循环的作用，有效地避免了玻壳的黑化，抑制了钨丝蒸发，灯的寿命延长了，光效也提高了（光效比白炽灯高30）。 （3）荧光灯（日光灯） 它是利用汞蒸汽在外加电压作用下产生弧光放电，发出少量的可见光和大量的紫外线，这些紫外线再激励管内壁涂覆的荧光粉发出可见光。荧光灯（日光灯）结构示意图荧光灯（日光灯）结构示意图1-灯头 2-灯脚 3-玻璃芯柱 4-灯丝（钨丝） 5-玻璃管（内壁涂荧光粉，充惰性气体） 6-汞常见问题解决方法荧光灯灯管两端发黑灯管陈旧，寿命将终，不必维修，更换新灯管即可荧光灯电磁声较大镇流器质量较差，硅钢片的振动较大荧光灯灯光闪烁灯管的质量不好荧光灯常见问题 （4）高压汞灯
9、高压贡灯又称高压水银荧光灯，常见的高压汞灯有荧光高压汞灯、反射型荧光高压汞灯以及自镇流荧光高压汞灯等三种。高压汞灯的发光机理与荧光灯相同，不同的是灯内的汞蒸汽压强较高，其值从一个大气压至数个大气压不等，因此其光效就比较高，可达4060lm/W。高压汞灯的寿命很长，其有效寿命（光通量输出衰减到70时）可达到5000小时左右，质量高的可达24000小时左右，但显色性差，平均显色指数为2030。 高压汞灯起动时不需要启辉器预热灯丝，但必须配备相应的镇流器与之串联使用。高压汞灯熄灭后不能立刻再起动，要过510min后，才能再起动，因此它不宜用在显色性要求高、频繁开关或者比较重要的场合。高压汞灯结构示意
10、图高压汞灯结构示意图1-支架及引线 2-起动电阻 3-起动电源 4-工作电源 5-放电管 6-内部荧光负涂层 7-玻璃外壳（5）高压钠灯 它是一种高气压的钠蒸汽放电光源，它与高压汞灯的用法基本相同。因高压钠灯辐射光的波长集中在人眼较灵敏的区域内，所以其光效比高压汞灯还要高。高压钠灯结构示意图高压钠灯结构示意图1-主电极 2-半透明陶瓷放电管（内充纳、汞及氙或氖氩混合气体）3-玻璃外壳（内壁涂荧光粉，内外壳充氮气） 4-消气剂 5-灯头（6）金属卤化物灯 它是在高压汞灯基础上，为改善光色与光效而发展起来的一种新型光源，也是目前比较理想的光源。金属卤化物灯是在汞灯里加进某些金属卤化物（如碘化钠、碘
11、化铊）并控制适当的浓度，制成的各种不同光色的金属卤化物灯。 金属卤化物灯结构示意图金属卤化物灯结构示意图1-主电极 2-放电管（内充汞、稀有气体及金属卤化物）3-保温罩 4-石英玻璃外壳 5-消气剂 6-起动电极 7-限流电阻 8-灯头 目前常用的金属卤化物灯有钠铊铟灯，其灯内充有碘化钠、碘化铊、碘化铟，它的平均显色指数6065，光效达7580lm/W。还有镝灯，其灯内充有碘化镝-碘化铟，它的光色很好，类似日光，显色指数可达85以上。 （7）管形氙灯 氙灯是惰性气体放电弧光灯，氙气在高压下放电能产生很强的白光，接近连续光谱，和太阳光十分相似，故有“小太阳”之称。 2常用电光源的特性 光源名称主
12、要特性白炽灯荧光灯卤钨灯高压汞灯高压钠灯管形氙灯灯泡额定功率/W10100061255002000501000250400150010 000光效/（lm/W）6.519256719.5213050901002040平均寿命/h10002000300015002500500030001000显色特性高一般高低很低高常用电光源的主要技术特性 起动时间013s048min48min0功率因数cos10.330.710.440.670.440.40.9适用的照度标准低低较高高高高频闪效应不明显明显不明显明显明显明显表面高度大小大较大较大大耐振性能较差一般很差好较好好续表3常用电光源的选择原则（1）在
13、要求显色性高或在照明开关通断频繁，或需要及时点亮和防止电磁波干扰的场所宜采用白炽或卤钨灯。（2）对于照度及显色性要求高的场所，如设计室、图书馆、教室、印刷车间等宜采用荧光灯。（4）一般性生产车间、辅助车间、仓库、厂区道路等优先考虑价廉的白炽灯。但由于白炽灯光效低、寿命短，可使用气体放电灯取代白炽灯作为企业的一般照明。（3）灯具的悬挂高度，大于4m以上考虑采用卤钨灯和高压汞灯。如照度要求高、被照面积大的屋外场所（广场等）宜采用管形氙灯或金属卤化物灯。（5）在同一场所，当采用一种光源的显色性达不到照明要求时，可考虑采用两种或多种光源的混和照明，以提高发光效率和保证有较好的光色。例如采用高压汞灯与高
14、压钠灯的混光照明，既可得到高照度，又比单纯使用高压汞灯省电，而且光色比单使用高压钠灯好，钠灯发出的黄绿色光正好与汞灯发出的蓝色光互补，从而产生满意的效果。二、常用灯具的类型及其选择与布置1常用灯具的类型（1）按配光曲线形状分类1）正弦分布型 光强是角度的正弦函数，=90时光强最大，如GC15-A型散照型防水防尘灯。2）广照配光型 最大光强分布在5090之间，在较大的平面上形成比较均匀的照度，如G3-A广照型工厂灯。3）均匀配光型 光强在各方向大致相等，如乳白色玻璃圆球灯。4）余弦配光型 光强是角度的余弦函数，=0时的光强最大，如GC1-A型工厂配照灯。5）深照配光型 光通量和最大光强集中在03
15、0的狭小立体角之内，如GC5-A深照型工厂灯，故只绘出其右下部分（030）的曲线。 灯具按配光曲线分类灯具按配光曲线分类1-正弦分布型 2-广照型 3-漫射型 4-配照型 5-深照型结构形式结 构 特 点灯具类型举例开启型光源与外界相通配照型、广照型闭合型光源被透明罩包含起来，但内外空气仍相通圆球灯、照明灯密闭型光源被透明罩封闭，内外空气不能相通防水灯、密闭荧光灯防爆型光源被高强度灯罩密闭，且灯罩能承受足够的压力防爆安全灯、荧光安全防爆灯2常用灯具的选择 首先首先考虑从照度上满足生产条件，尽量选用光效高、寿命长、直接配光的灯具，以达到合理利用光通量和减少电能消耗的目的。其次其次考虑灯具的种类与
16、使用的环境应相匹配。常用的几种灯具常用的几种灯具a）配照型 b）广照型 c）深照型 d）斜照型 e）广照防水防尘型 f）圆球型 g）双罩型 h）伸缩型3室内灯具的布置方案一般照明灯具的布置一般照明灯具的布置a)均匀布置 b)选择布置(1) 均匀布置 均匀布置的灯具均匀布置的灯具a)矩形布置 b)菱形布置实验与分析表明：矩形排列，当l=l时照明均匀度最好；菱形排列，当l= l时照度最均匀。 一般而言，当墙边有工作位置时，可取l=（0.250.3）l；无工作位置时，可取l=（0.40.5）l。光源种类灯具形式灯泡功率/W最低悬挂高度/m最高悬挂高度/m白炽灯搪瓷反射罩镜面反射罩1001502003
17、005002.53.03.512白炽灯乳白玻璃漫射罩1001502003005002.53.03.512高压汞灯搪瓷罩或镜面罩2504005.06.018卤钨灯搪瓷反射罩铝抛光反射罩500100020006.07.024荧光灯搪瓷铁皮罩402.04（2）选择布置 灯具的布置与生产设备的位置有关。一般按工作面对称布置，力求使工作面能获得最有利的光通方向和消除阴影。返回 10-3 照明供电系统及其选择一、照明供电系统1照明电压的选择（1）在正常环境中，一般照明采用交流220V，由220/380 V三相四线制系统供电。（2）在严重潮湿、高温和有导电粉尘的危险环境中，以及移动灯具或安装在2.4m以下的
18、固定式灯具，应采用36V安全电压供电。（3）在工作条件极其恶劣的场所（如锅炉、金属容器或平台），手提行灯应采用12V的电压供电。（4）由蓄电池供电时，可根据容量大小、电源条件及使用要求等因素分别采用直流220V、110V、36V，24V和12V等电压供电。2照明系统的供电方式（1）工作照明的供电方式 在普通场所，照明负荷与动力负荷可由一台变压器供电，但照明负荷供电应从变电站低压配电屏单独引出，与动力负荷分开 由一台变压器供电的照明供电系统（2）应急照明的供电方式 在较重要的工作场所或为疏散人员而设置的应急照明，其电源可以考虑与工作电源合用一台变压器 由两台变压器交叉供电的应急照明供电系统二、电
19、气照明平面布线图常用照明灯的图形符号a为同类型灯具的盏数；b 为灯具型号或类型代号；c 为每盏灯的灯泡或灯管数；d 为灯泡的功率；e 为灯具的安装高度（对吸顶灯用“”表示）； f 为灯具的安装方式，X线吊式，L链吊式，G管吊式；l 为灯泡的种类，不标注白炽灯，L卤钨灯，Y荧光灯，G高压汞灯，N高压钠灯，X氙灯，J金属卤化物灯，H混光光源。 文字符号标注表达式 表示该场所共装6盏灯，灯具的类型是深照型，每只灯具内装一个100W的白炽灯泡，安装高度为2.5m，采用链吊式方法安装。另外，在灯具旁还需注明其平均照度 。 车间（部分）工作照明平面布线图三、照明供电系统导线截面的选择与校验按允许电压损失选
20、择导线截面式中，C为计算系数，见下表。M为线路中负荷功率矩之和,单位为kWm，P为线路的有功功率，kW；为线路的长度，m。按上式计算的结果，取相近偏大的标准截面。 线路额定电压(V)线路类别C的计算式计算系数C/(kWmmm2)铝线铜线220/380三相四线U2N/10046.276.5两相三线U2N/22520.534.0220单相及直流U2N/2007.7412.81101.943.21计算系数C值 2按发热条件校验导线截面 原则是被计算的计算负荷电流，应小于导线长期允许电流值。3导线允许电流与保护装置的配合 导线截面长期允许电流应不小于保护装置（熔断器的熔体或自动开关的热脱扣器）的额定电流。4按机械强度校验导线截面 原则是所选用的照明线路的导线截面面积，应不小于机械强度允许的导线最小截面面积。为什么照明线路导线截面的选择首先按允许电压损失选择，然后再按发热条件和机械强度进行校验？ 想一想 照明光源对电压的变化很敏感，电压的变化直接影响照明质量。国家标准规定，对于视觉要求较高的室内照明，其允许电压损失为2%3%，而一般照明线路为5%。
