《大學供配電技術》PPT課件.ppt

,第10章 工廠電氣照明, 10.1 電氣照明概述, 10.2 常用照明光源和燈具, 10.3 照度計算, 10.4 照明供電系統(tǒng),小結,10.1 電氣照明概述,工廠電氣照明分為自然照明（天然采光）和人工照明兩大類，而電氣照明是人工照明中應用范圍最廣的一種照明方式。,10.1.1 照明技術的有關概念 1.光、光譜和光通量 （1）光 （2）光譜 （3）光通量（光通）,2.光強及其分布特性 光強 光強是即發(fā)光強度，是表示向空間某一方向輻射的光通密度。用符號I表示，單位為坎德拉（cd）。 對于向各個方向均勻輻射光通量的光源，其各個方向的光強相等，計算公式為,10.1.1 照明技術的有關概念,式中，為光源發(fā)光范圍的立體角，單位為球面度(sr)，且Ar2 ，其中r為球的半徑，A為與相對應的球面積；為光源在立體角內所輻射的總光通量。,（2）光強分布曲線 光強分布曲線也叫配光曲線，它是在通過光源對稱軸的一個平面上繪出的燈具光強與對稱軸之間角度的函數(shù)曲線。 配光曲線是用來進行電氣計算的一種基本技術資料。對于一般燈具來說，配光曲線是繪在極坐標上的，如圖10-1所示。,對于聚光很強的投光燈，其光強分布在一個很小的角度內，其配光曲線一般繪在直角坐標上，如圖10-2所示。,圖10-1 繪在極坐標上的配光曲線(D-1型配照燈),圖10-2 繪在直角坐標上的配光曲線（投光燈）,（2）亮度 發(fā)光體（受照物體對人眼可看作是間接發(fā)光體）在視線方向單位投影面上的發(fā)光強度稱為亮度，用符號L表示，單位為cd/m2。 如圖10-3所示，該發(fā)光體表面法線方向的光強為I，而人眼視線與發(fā)光體表面法線成角，因此視線方向的光強Icos，而視線方向的投影面AAcos，由此可得發(fā)光體在視線方向的亮度為,3照度和亮度 （1）照度 受照物體表面的光通密度稱為照度，用符號E表示，單位為勒克司（lx）。 當光通量均勻地照射到某物體表面上（面積為A）時，該平面上的照度值為 EA （10-2）,10.1.1 照明技術的有關概念,圖10-3 亮度概念說明,LAIcosAcosI /A (10-3) 可見，發(fā)光體的亮度值實際上與視線方向無關。,4物體的光照性能和光源的顯色性能 （1）物體的光照性能 當光通量投射到物體上時，一部分光通從物體反射回去，一部分光通被物體吸收，而余下一部分光通則透過物體，如圖10-4所示。,10.1.1 照明技術的有關概念,為了表征物體的光照性能，引入了以下三個參數(shù)： 反射比 是指反射光的光通量 與總投射光通量之比，即 / (10-4),圖10-4 光通量投射到物體上的情況,吸收比 是吸收光的光通量與總投射光的光通量之比，即 / （10-5） 透射比 是透射光的光通量與總透射光的光通量之比，即 / （10-6） 這三個參數(shù)存在如下關系： +1 (10-7) 一般特別重視反射比這個參數(shù)，因為它與照明設計直接相關。,（2）光源的顯色性能 同一顏色的物體在具有不同光譜的光源照射下，能顯出不同的顏色。光源對被照物體顏色顯現(xiàn)的性質，叫做光源的顯色性。,10.1.1 照明技術的有關概念,為表征光源的顯色性能，特引入光源的顯色指數(shù)這一參數(shù)。光源的顯色指數(shù)R是指在待測光源照射下物體的顏色與日光照射下該物體的顏色相符合的程度，而將日光與其相當?shù)膮⒄展庠达@色指數(shù)定為100。因此物體顏色失真越小，則光源的顯色指數(shù)越高，也就是光源的顯色性能越好。 白熾燈的一般顯色指數(shù)為9799，熒光燈的為7990，顯然熒光燈的顯色性要差一些。,10.1.2 照明方式和種類 1照明方式 在工廠企業(yè)或變電所中，照明方式可分為一般照明、局部照明和混合照明。 （1）一般照明 供照度要求基本上均勻的場所的照明。 （2）局部照明 僅供工作地點（固定式或便攜式）使用的照明。 （3）混合照明 一般照明和局部照明組成的照明。,10.1.1 照明技術的有關概念,2照明的種類 照明按其用途可分為工作照明、事故照明、值班照明、警衛(wèi)照明和障礙照明等。 （1）工作照明 正常工作時的室內外照明。 （2）事故照明 正常照明熄滅后供工作人員暫時繼續(xù)作業(yè)和疏散人員使用的照明。 （3）值班照明 非生產時間內供值班人員使用的照明 （4）警衛(wèi)照明 警衛(wèi)地區(qū)周界的照明 （5）障礙照明 在高層建筑上或基建施工、開挖路段時，作為障礙標志用的照明。,10.1.2 照明方式和種類,10.2 常用照明光源和燈具,照明光源和燈具是照明器的兩個主要部件，照明光源提供發(fā)光源，燈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種光源可以根據(jù)其工作原理、構造等特點加以分類。根據(jù)光源的工作原理主要分有兩大類：一類是熱輻射光源，如白熾燈、鹵鎢燈等；另一類是氣體放電光源，如氙燈、鈉燈等。氣體放電光源按放電形式又可分為輝光放電（如霓虹燈）和弧光放電（如熒光燈、鈉燈）。,1熱輻射光源 利用物體加熱時輻射發(fā)光的原理所制成的光源稱為熱輻射光源。目前常用的熱輻射光有： （1）白熾燈 結構如圖10-5。其發(fā)光原理為燈絲通過電流加熱到白熾狀態(tài)從而引起熱輻射發(fā)光。,10.2.1 照明光源,（2）鹵鎢燈 結構如圖10-6。鹵鎢燈是在燈泡中充入微量的鹵化物，利用鹵鎢循環(huán)的作用，使燈絲蒸發(fā)的一部分鎢重新附著在燈絲上，以達到既提高光效又延長壽命的目的。,圖10-5 白熾燈結構圖 1-玻殼 2-燈絲（鎢絲） 3-支架（鉬線） 4-電極（鎳絲） 5-玻璃芯柱 6-杜美絲（銅鐵鎳合金絲） 7-引入線（銅絲） 8-抽氣管 9-燈頭 10-封端膠泥 11-錫焊接觸端,為了使燈管溫度分布均勻，防止出現(xiàn)低溫區(qū)，以保持鹵鎢循環(huán)的正常進行，鹵鎢燈要求水平安裝，其偏差不大于40。,圖10-6 鹵鎢燈結構圖 1-燈腳 2-鉬箔 3-燈絲（鎢絲） 4-支架 5-石英玻管（內充微量鹵素）,2氣體放電光源 利用氣體放電時發(fā)光的原理所做成的光源稱為氣體放電光源。目前常用的氣體放電光源有5種。,（1）熒光燈 熒光燈的結構如圖10-7所示。它是利用汞蒸氣在外加電壓作用下產生電弧放電，發(fā)出少許可見光和大量紫外線，紫外線又激勵管內壁涂覆的熒光粉，使之再發(fā)出大量的可見光。二者混合光色接近白色。,10.2.1 照明光源,圖10-7 熒光燈結構圖 1-燈頭 2-燈腳 3-玻璃芯柱 4-燈絲（鎢絲，電極） 5-玻管（內壁涂熒光粉，充惰性氣體） 6-汞（少量）,熒光燈的工作線路圖如圖10-8所示。由起輝器S、鎮(zhèn)流器L和電容器C等組成。當熒光燈接上電源后，S首先產生輝光放電，使U形雙金屬片加熱伸開，接通燈絲回路，燈絲加熱后發(fā)射電子，并使管內的少量汞汽化。此時S的輝光放電停止，雙金屬片冷卻收縮，突然斷開燈絲加熱回路，這就使L兩端感生很高的電動勢，連同電源電壓加在燈管兩端，使充滿汞蒸氣的燈管擊穿，產生弧光放電，點燃燈管。,10.2.1 照明光源,圖10-8 熒光燈的工作線路圖,（2）高壓汞燈 高壓汞燈的結構圖如圖10-9所示。它是低壓熒光燈的改進產品，屬于高氣壓的汞蒸汽放電光源。,高壓汞燈的外玻殼內壁涂有熒光粉，它能將汞蒸汽放電時輻射的紫外線轉變?yōu)榭梢姽?，以改善光色，提高光效?圖10-10是一種需外接鎮(zhèn)流器的高壓汞燈的工作線路圖。另外一種是自鎮(zhèn)流高壓汞燈，它利用鎢絲作鎮(zhèn)流器，并將鎢絲裝入高壓汞燈的外玻殼內，工作時鎮(zhèn)流鎢絲一方面限制放電管電流，同時也發(fā)出可見光。,10.2.1 照明光源,圖10-9 高壓汞燈結構圖 1-支架及引線 2-啟動電阻 3-啟動電源 4-工作 電源 5-放電管 6-內不應光負涂層 7-外玻殼,圖10-10 需外接鎮(zhèn)流器的高壓汞燈的工作線路圖,（3）高壓鈉燈 高壓鈉燈的結構圖如圖10-11。它是利用高壓鈉蒸汽放電工作的，光呈淡黃色。其工作線路圖和高壓汞燈類似。 高壓鈉燈照射范圍廣、光效高、壽命長（比高壓汞燈高一倍）紫外線輻射少、透霧性好，但顯色性也較差，啟動時間（48分鐘）和再次啟動時間（1020分鐘）也較長，對電壓波動反應較敏感。,10.2.1 照明光源,圖10-11 高壓鈉燈結構圖 1-主電極 2-半透明陶瓷放電管（內充鈉、汞及氙或氖氬混合氣體） 3-外玻殼（內壁涂熒光粉，內外殼間充氮） 4-消氣劑 5-燈頭,（4）金屬鹵化物燈 金屬鹵（碘、溴、氯）化物燈是在高壓汞燈的基礎上為改善光色而發(fā)展起來的新型光源，不僅光色好，而且光效高，受電壓影響也較小，是目前比較理想的光源。,（5）氙燈 氙燈為惰性氣體弧光放電燈，高壓氙氣放電時能產生很強的白光，接近連續(xù)光譜，和太陽光十分相似，故有“人造小太陽”之美稱。適用于廣場、車站和大型屋外配電裝置等。,3各種照明光源的主要技術特性 光源的主要技術特性有光效、壽命、色溫等等，有時這些技術特性是相互矛盾的，在實際選用時，一般先考慮光效高、壽命長，其次再考慮顯色指數(shù)、啟動性能等次要指標。 各種照明光源的主要技術特性見表10-1，供對照比較。,4新型電光源 隨著科學技術的不斷發(fā)展和社會進步的需要，已有的電光源性能不盡完美，如今世界各國都在積極地開發(fā)新材料、新技術，不斷地改進各種不同特色的電光源，進一步降低電能消耗，研制出多種新型電光源。,10.2.1 照明光源,表10-1 常用照明光源的主要技術特性比較,10.2.1 照明光源,（1）新固體放電燈 1）陶瓷燈泡 2）塑料燈泡 3）回饋節(jié)能燈泡 4）冷光燈泡 5）儲能燈泡,（2）新氣體放電燈 1）無電極放電燈泡 2）氬氣燈泡 3）電子燈泡 （3）半導體節(jié)能燈,10.2.1 照明光源,10.2.2 燈具,光源與其配用的燈具（這里主要指燈罩）統(tǒng)稱為照明器。燈具的作用是固定和保護光源，以及裝飾和美化環(huán)境。,1工廠常用燈具的類型 （1）按燈具的配光特性分類 裸露的燈泡所發(fā)出的光線是射向四周的，為了充分利用光能，加裝燈罩后使光線重新分配，稱為配光。按燈具的配光特性來進行分類的方法有兩種：一是傳統(tǒng)的分類法；一是國際照明委員會（CIE）提出的分類法。,傳統(tǒng)分類是根據(jù)燈具的配光曲線(為了表示光源加裝燈罩后，光強在各個方向的分布情況而繪制在對稱軸平面上的曲線，如圖10-12形狀進行分類： 1）正弦分布型 光強是角度的正弦函數(shù)，且當900時光強為最大。如GC15-A、B-1型散照型防水防塵燈。,圖10-12 配光曲線示意圖 1-正弦分布型 2-廣照型 3-漫射型 4-配照型 5-深照型,4）配照型 光強是角度的余弦函數(shù)，且當00時光強為最大。如GC1-A、B-1配照型工廠燈。 5）深照型 光通量和最大光強值集中在00300間的立體角內。如GC5-A、B-2深照型工廠燈。 6）特深照型 光通量和最大光強值集中在00150的狹小立體角內。如JS300鏡面深照型工廠燈。,CIE分類是根據(jù)燈具向下和向上投射光通量的百分比進行分類： 1）直接照明型 燈具向下投射的光通量占總光通量的90100，而向上投射的光通量極少。 2）半直接照明型 燈具向下投射的光通量占總光通量的6090，向上投射的光通量只有1040。,10.2.2 燈具,2）廣照型 最大光強分布在500900之間，可在較廣的面積上形成均勻的照度。如GC3-A、B-1廣照型工廠燈。 3）漫射型 各個角度的光強是基本一致的。如JXD1-2乳白色玻璃圓球燈。,3）均勻漫射型 燈具向下投射的光通量和向上投射的光通量差不多相等，各為4060之間。 4）半間接照明型 燈具向上投射的光通量占總光通量6090，向下投射的光通量只有1040。 5）間接照明型 燈具向上投射的光通量占總光通量的90100，而向下投射的光通量極少。,（2）按燈具的結構特點分類,1）開啟型 光源與外界空間直接接觸（無罩）。如GC3-A、B-1廣照型工廠燈。 2）閉合型 燈罩將光源包合起來，但內外空氣仍能自由流通。如JDD1-1圓球吊燈。 3）封閉型 燈罩固定處加以一般封閉，內外空氣仍可有限流通。如投光燈。 4）密閉型 燈罩固定處加以嚴密封閉，內外空氣不能流通。如GC35防潮燈。 5）防爆型 燈罩及其固定處均能承受要求的壓力，符合防爆電氣設備制造檢驗規(guī)程的規(guī)定，能安全使用在有爆炸危險性介質的場所。防爆型又分成隔爆型（如B3e-1-30隔爆式熒光燈）和增安型兩種。,10.2.2 燈具,2燈具的布置 （1）室內布置方案 布置要求：保證最低的照度及均勻性；光線的射向適當，無眩光、陰影；安裝維護方便；布置整齊美觀，并與建筑空間協(xié)調；安全、經濟等。,1）一般照明的布置 通常有兩種，即均勻布置（燈具布置與設備位置無關）和選擇布置（燈具布置與設備位置有關）。其中均勻布置比較美觀均勻，所以一般照明用得較多。 均勻布置的燈具可排列成正方形或矩形或菱形，如圖10-13所示。,10.2.2 燈具,圖10-13 均勻布置的燈具可排列成正方形或矩形或菱形,2）事故照明的布置 供繼續(xù)工作用的事故照明，其在主要工作面上的照度，應盡可能保持原有照度的3050。一般做法為：若為一列燈具，可采用事故照明和工作照明相間布置，或與兩個工作燈具相間布置；若為兩列燈具，可選其中一列為事故照明，或每一列均相間布置事故照明；若為三列燈具，可選其中一列為事故照明或在邊旁兩列相間布置事故照明。,（2）室內燈具的懸掛高度 室內燈具不宜過高或過低。過高，降低工作面上的照度且維修不方便；過低，容易碰撞且不安全，另一方面要產生眩光，降低人眼的視力。表10-3給出了一般照明燈的懸掛高度最小值。,10.2.2 燈具,表10-3 室內一般照明燈具距地面的最低懸掛高度,10.2.2 燈具,10.3 照度計算,10.3.2 照度的計算 當工業(yè)企業(yè)照明用的燈具形式、光源類型等已初步確定后，就需要計算各工作面的照度，從而來確定燈泡的容量和數(shù)量，或對已確定了容量的某點進行照度校驗。,1利用系數(shù)的概念 利用系數(shù)（用u表示）是指照明光源投射到工作面上的光通量與全部光源發(fā)出的光通量之比。它可用來表征光源的光通量有效利用的程度。 利用系數(shù)的計算公式為： u/n (10-8),10.3.1 照度標準 照度是決定照明效果的重要指標。在一定范圍內，照度增加會使視覺能力提高，同時使經濟性下降。,式中，為投射到工作面上的總光通量；為每盞燈發(fā)出的光通量；n為燈的個數(shù),利用系數(shù)值的大小與很多因素有關，燈具的懸掛高度越高、光效越高，則利用系數(shù)越高；房間的面積越大，形狀越接近正方形，墻壁顏色越淺，則利用系數(shù)就越高。,10.3.2 照度的計算,2.利用系數(shù)的確定 利用系數(shù)的值可按墻壁和頂棚的反射系數(shù)及房間的室空間比（受照空間特征）RCR來確定（查有關設計手冊，附錄表20-4給出了GC1-A、B-1型配照燈的利用系數(shù)，供參考）。值可直接查表10-4，RCR的值可按下式計算：,式中， 為室空間高度（指燈具開口平面到工作面的空間高度，如圖10-14所示）；l為房間長度；b為房間寬度。,3計算工作面上的平均照度,10.3.2 照度的計算,當已知房間的長寬、室空間高度、燈型及光通量時，可按下式計算平均照度： Eavun/A （10-10） 式中，u為利用系數(shù)；n為燈的個數(shù)；為每盞燈的光通量；A為受照工作面面積（矩形房間即為長寬乘積）。,4計算工作面上的實際平均照度,10.3.2 照度的計算,由于燈具在使用期間，光源本身的光效要逐漸降低、燈具也會陳舊臟污、被照場所的墻壁和頂棚也有污損的可能，從而使工作面上的光通量有所減少，因此在計算工作面上的實際平均照度時，應計入一個小于1的燈具減光系數(shù)K，即工作面的實際平均照度為： EavuKn/A （10-11） 減光系數(shù)K的值可查表10-5。,5利用系數(shù)法的計算步驟 1）根據(jù)燈具的布置，確定室空間高度； 2）計算室空間比RCR；,10.3.2 照度的計算,約束力的方向總是與約束所能限制的運動方向相反，約束力的作用點在約束與被約束物體的接觸處。,10.3.2 照度的計算,3）確定反射系數(shù)（查表10-4）； 4）確定利用系數(shù)u（由RCR值和反射系數(shù)查手冊或附錄表20-4）； 5）根據(jù)有關手冊或表10-6查出布置燈具的光通量； 6）根據(jù)有關手冊或表10-5查出減光系數(shù)K； 7）計算平均照度和實際平均照度。,例10-1 有一機械加工車間長為32m，寬為20m，高為5m，柱間距4m。工作面高度為0.75m。采用GC1-A-1型工廠配照燈（電光源型號為PZ220-150）作車間的一般照明。車間的頂棚有效反射比c為50，墻壁的有效反射比w為30%.試確定燈具的布置方案,并計算工作面上的平均照度和實際平均照度。該車間的照度標準為75lx。,解：（1）確定布置方案 查表10-3可知，150W200W的白熾燈最低距地懸掛高度為3m，故可設燈具的懸掛高度為0.5m，則室空高度為,10.3.2 照度的計算,10.3.2 照度的計算,50.750.53.75m,確定利用系數(shù) 查表10-4可知：c50，w30，RCR1時0.79；c50，w30，RCR2時0.66。運用插入法可知c50，w30，RCR1.523時u0.722 確定布置燈具的光用量 查表10-7可知，普通照明用的白熾燈200W，其光通量2920lm。 確定減光系數(shù) 查表10-6可知，機械加工車間的K0.7,10.3.2 照度的計算,計算結果滿足照度要求。,10.3.2 照度的計算,圖10-15 例10-1的燈具布置方案,10.4 照明供電系統(tǒng),10.4.1 照明供電網絡 照明供電網絡由饋電線、干線和分支線組成。如圖10-16。,圖10-16 照明線路的基本形式,10.4.2 照明供電方式的選擇,1正常照明 一般由動力與照明共用的變壓器供電，如圖10-17a，在照明負荷較大的情況下，照明也可采用單獨的變壓器供電。當生產廠房的動力采用“變壓器-干線”供電，對外有低壓聯(lián)絡線時，照明電源接于變壓器低壓側總開關之后；對外無低壓聯(lián)絡線時，照明電源接于變壓器低壓側總開關之前，如圖10-17b；當車間變電所低壓側采用放射式配電系統(tǒng)時，照明電源接于低壓配電屏的照明專用線上，如圖10-17c。對電力負荷穩(wěn)定的廠房，動力與照明可合用供電線路，但應在電源進戶處將動力與照明線路分開，如圖10-17d。,2事故照明 供繼續(xù)工作使用的事故照明（備用照明）應接于與正常照明不同的電源，當正常照明因故停電時，備用照明電源應自動投入。有時為了節(jié)約照明線路，也從整個照明中分出一部分作為備用照明，但其配電線路及控制開關應分開裝設。,我國照明供電一般采用380/220V三相四線中性點直接接地的交流網絡供電。,3局部照明 機床和固定工作臺的局部照明可接自動力線路，移動式局部照明應接至正常照明線路。 4室外照明 應與室內照明線路分開供電，道路照明、警衛(wèi)照明的電源宜接至有人值班的變電所低壓配電屏的專用回路上。當室外照明的供電距離較遠時，可采用由不同地區(qū)的變電所分區(qū)供電。,10.4.2 照明供電方式的選擇,10.4.3 照明供電系統(tǒng)圖 常用的照明供電系統(tǒng)有圖10-17所示幾種。 對正常照明，一般情況下都采用圖10-17a的動力與照明共用電力變壓器供電的照明供電系統(tǒng)，其二次側的電壓為380/220V。若動力負荷會引起對照明不容許的電壓偏移或波動，在技術經濟合理的情況下，可采用有載調壓電力變壓器、調壓器或照明專用變壓器供電；在負荷較大時（如高照度的多層廠房，大型體育設施等），照明也可采用單獨的變壓器供電。,圖10-17b為“變壓器-干線”式供電。當生產廠房的動力采用這種供電方式，且與其他變電所無低壓聯(lián)絡線時，照明電源宜接到變壓器低壓側總開關前；若對外有低壓聯(lián)絡線時，照明電源宜接到變壓器低壓側總開關之后。,當車間變壓器低壓側采用放射式配電系統(tǒng)時，照明電源一般接在照明專用低壓屏上，如圖10-17c所示，若變電所低壓屏的出線回路數(shù)有限時，則可采用低壓屏引出少量回路，再利用動力配電箱作照明供電。,圖10-17d為由外部線路供電的照明與動力合用供電線路的系統(tǒng)圖，在電力負荷穩(wěn)定的生產廠房、輔助生產廠房以及遠離變電所的建筑物和構筑物均可使用，但應在電源進戶處將動力與照明線路分開。,10.4.3 照明供電系統(tǒng)圖,對應急照明，供繼續(xù)工作用的備用照明應接于與正常照明不同的電源，為減少和節(jié)省照明線路，一般可從整個照明中分出一部分做備用照明，但配電線路及控制開關應分開裝設，如圖10-17a所示，若備用照明不作為正常照明的一部分同時使用，則當正常照明因故停電時，備用照明電源應自動投入。,10.4.3 照明供電系統(tǒng)圖,10.4.3 照明供電系統(tǒng)圖,圖10-17 常用照明供電系統(tǒng)圖,10.4.4 電氣照明平面布置,圖10-18為某一車間照明的平面布置圖，其對應的供配電系統(tǒng)圖如圖10-19。 由圖10-18可以看出，繪制平面布線圖時必須注意：,（1）標明配電設備和配電線路的型號；燈具的平均照度，如 30