Электрические источники света
Электрическими источниками света служат лампы накаливания, люминесцентные лампы низкого давления и ртутные лампы высокого давления.
Наиболее распространены электрические лампы накаливания. Принцип их действия основан на преобразовании электрической энергии, проходящей через ее нить, в энергию видимых излучений, воздействующих на органы зрения человека и создающих у него ощущение света, близкого к белому.
Этот процесс происходит при нагреве нити лампы до 2600–2700 °C. Нить лампы не перегорает, так как температура плавления вольфрама, из которого сделана нить, значительно выше (3200–3400 °C) температуры накала нити, а также вследствие того, что из колбы лампы удален воздух либо колба заполнена инертными газами (смесью азота, аргона, ксенона), в среде которых металл не окисляется.
Срок службы ламп накаливания колеблется в широких пределах, поскольку зависит от условий работы, в том числе от стабильности номинального напряжения, наличия или отсутствия механических воздействий на лампу (сотрясения, вибрации), температуры окружающей среды и др. Средний срок службы ламп накаливания общего назначения составляет 1000–1200 ч.
При продолжительной работе лампы накаливания ее нить под воздействием высокой температуры нагрева постепенно испаряется, уменьшается в диаметре и, наконец, перегорает.
Чем выше температура нагрева нити накала, тем больше света излучает лампа, но при этом интенсивнее протекает процесс испарения нити и сокращается срок службы лампы. В связи с этим для ламп накаливания устанавливается такая температура накала нити, при которой обеспечиваются необходимая светоотдача лампы и определенная продолжительность ее службы.
Вакуумными называют лампы накаливания, из внутреннего объема (колбы) которых удален воздух.
Лампы с колбами, заполненными инертными газами, называют газополными. Газополные лампы при равных условиях имеют большую светоотдачу, чем вакуумные,
так как газ, находящийся в колбе под давлением, препятствует испарению нити накала, что позволяет повысить ее рабочую температуру. Недостатком газополных ламп является некоторая дополнительная потеря в них тепла нити накала через конвекцию газа, заполняющего внутреннюю полость колбы.
С целью снижения тепловых потерь газополные лампы заполняют газами с низкой теплопроводностью. Другое направление сокращения тепловых потерь – это уменьшение размеров и изменение конструкции нити накала: ее выполняют в виде плотной винтообразной моноспирали или двойной спирали (биспирали).
Недостаток ламп накаливания – низкая светоотдача: только 2?4 % потребляемой ими электрической энергии превращается в энергию видимых излучений, воспринимаемых глазом человека; остальная часть энергии переходит преимущественно в тепло, излучаемое лампой.
Широкое применение в осветительных электроустановках предприятий, учреждений, учебных и лечебных заведений получили люминесцентные лампы, которые представляет
собой герметически закрытую стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора. Люминофорами называются химические вещества, в которых под действием внешних факторов (электрического разряда и др.) возникает свечение, или люминесценция. Из трубки удаляется воздух и вводится небольшое количество газа (аргона) и определенное количество ртути. Внутри трубки в ее стеклянных ножках укреплены биспиральные электроды из вольфрама, соединенные с двухштырьковыми цоколями, служащими для присоединения лампы к электрической сети. При подаче к лампе напряжения между ее электродами в парах ртути возникает электрический разряд, и лампа начинает излучать свет. Чтобы обеспечить более интенсивное излучение электронов, электроды люминесцентных ламп покрывают активирующими веществами (оксидами стронция, бария или кальция).
Световой поток, излучаемый люминесцентными лампами, не одинаков по цвету. В
зависимости от цветности излучаемого лампой светового потока различают:
♦лампы дневного света (ЛД);
♦белого света (ЛБ);
♦холодно-белого света (ЛХБ);
♦тепло-белого света (ЛТБ) и др.
При выполнении работы, требующей точного определения цветовых оттенков, например в типографии при изготовлении цветных репродукций, в художественной мастерской, на текстильном или швейном предприятии и т. д., применяют лампы ЛДИ, предназначенные для правильной цветопередачи.
Люминесцентные лампы низкого давления являются газоразрядными электрическими источниками света.
Люминесцентные лампы низкого давления изготовляют на напряжение 127 В мощностью 15 и 20 Вт; на напряжение 220 В мощностью 30, 40, 80 и 125 Вт. Срок службы и нормальной работы люминесцентных ламп – около 5000 ч при условии нечастых включений, стабильности номинального напряжения и обеспечения оптимальной окружающей температуры (15–25 °C).
Широкое применение в современных осветительных электроустановках промышленных предприятий находят дуговые ртутные лампы (ДРЛ) высокого давления . Эти лампы выпускаются с двумя и четырьмя электродами.
Четырехэлектродная ДРЛ состоит из резьбового цоколя, колбы (баллона) и кварцевой горелки. Внутри горелки находится определенное количество ртути и газ аргон. В концы горелки впаяны активированные основные и дополнительные электроды из вольфрама, а внутренняя поверхность колбы покрыта тонким слоем люминофора.
При подаче напряжения к электродам лампы в парах ртути высокого давления происходит электрический разряд, сопровождаемый интенсивным излучением света, в спектре которого отсутствуют оранжево-красные лучи, что делает лампу непригодной для освещения, поэтому состав люминофора, покрывающий внутреннюю поверхность колбы, подобран так, что под воздействием ультрафиолетовых лучей спектра он излучает оранжево-красный цвет, который, смешиваясь с основным световым потоком лампы, образует свет, воспринимаемый человеческим глазом как белый с легким зеленоватым оттенком.
Четырехэлектродные ДРЛ отличаются от двухэлектродных наличием двух дополнительных электродов, подключенных к основным электродам через добавочные
сопротивления. Это облегчает зажигание лампы: при подаче напряжения к лампе между основным и ближайшим дополнительным электродами возникает тлеющий разряд, под действием которого пары ртути ионизируются, способствуя разряду между основными электродами. ДРЛ с цоколем диаметром 40 мм выпускают мощностью 250-1000 Вт.
Значительно экономичнее ламп накаливания газоразрядные источники света (люминесцентные лампы и ДРЛ) – их светоотдача и срок службы в несколько раз превосходят светоотдачу и срок службы ламп накаливания.
Приборы и светильники осветительных электроустановок
Для присоединения источников света к электрической сети, управления ими и обеспечения требуемых режимов работы освещения служат приборы осветительных электроустановок, к которым относят патроны, выключатели, переключатели, штепсельные розетки и вилки, стартерные устройства для пуска люминесцентных ламп и др.
По назначению, конструкции и способу установки различают патроны подвесные, арматурные с ниппелем или ниппельной шейкой, подвесные полугерметические с металлическим ушком, потолочные и стенные. В соответствии с размерами цоколей ламп патроны бывают с резьбой 14, 27 и 40 мм.
Переключатели и выключатели однополюсные на напряжение до 250 В и на токи до 10 А предназначаются для коммутации электрических цепей осветительных электроустановок переменного тока частотой 50 Гц. Выключатели и переключатели однополюсные защищенного и герметического исполнений для открытой и скрытой установки должны выдерживать не менее 20 тыс. отключений. С целью повышения коммутирующей способности и износоустойчивости контактные части современных выключателей и переключателей выполняют из металлокерамики, что позволяет выдерживать свыше 200 тыс. отключений.
Рис. 43. Подключение выключателя
Выключатели и переключатели классифицируются на клавишные выключатели для скрытой и наружной установки, поворотные герметические выключатели, переключатели для скрытой установки и др.
Однофазные и трехфазные электроприемники (переносные лампы, бытовые электроприборы, электрифицированный инструмент и т. п.) с номинальными токами до 10 и 25 А на напряжения до 250 и 380 В к электрической сети присоединение при помощи штепсельных соединений, которые состоят из двух основных элементов: розетки и вилки.
Штепсельные розетки выпускаются с круглыми и плоскими контактами. Применение плоских контактов позволяет создать более надежное контактное соединение, сократить расход меди и почти вдвое по сравнению с круглыми увеличить срок службы.
В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных применяют двух– и трехполюсные штепсельные розетки с заземляющим контактом, к которому присоединяется проводник сети заземления для подключения переносных электроприемников к электрической сети напряжением выше 36 В.
Электрические провода сечением до 2,5 мм2 могут присоединяться к контактным
зажимам двухполюсных штепсельных розеток на токи до 10 А, провода сечением до
16 мм2 —к трехполюсным розеткам на токи до 25 А.
Осветительную арматуру условно разделяют на арматуру для ламп накаливания, ртутных ламп и для люминесцентных ламп в зависимости от источника света.
Арматура светильников для ламп накаливания и ртутных ламп состоит из корпуса и закрепленного в нем патрона. К корпусу закрытых подвесных светильников прикрепляют снизу защитное стекло для предохранения лампы от загрязнений и механических повреждений, а сверху устанавливают ушко для подвешивания светильника к опорной конструкции. Горловина корпуса тяжелых светильников, устанавливаемых жестко на трубе, выполняется в виде патрубка с внутренней резьбой 3/4». Некоторые типы светильников снабжаются специальным устройством – бюгелем, имеющим два сальника для раздельного уплотненного ввода проводов питающей сети и крюк для подвески.
Существует большое разнообразие конструкций светильников, отличающихся светотехническими характеристиками.
Чаше всего арматура светильника для люминесцентных ламп представляет собой металлический корпус, в котором смонтированы пускорегулирующие устройства, ламподержатели, стартеродержатели и соединительные провода. Светильник присоединяется к питающей электрической сети при помощи зажимов, расположенных под одним из колпачков узла подвески. К корпусу арматуры обычно прикреплен отражатель, на котором в зависимости от конструкции светильника есть экранирующая решетка, защитное стекло или рассеиватель.
По конструкции, светотехническим показателям и характеристикам светильники должны соответствовать условиям работы и окружающей среды, отвечать требованиям безопасности, быть удобными в обслуживании.
Недостатком люминесцентных ламп и ДРЛ, включаемых в сеть переменного тока, являются периодические изменения их светового потока с частотой, равной удвоенной частоте тока питающей сети. Эти изменения светового потока, не воспринимаемые глазом человека в результате инерции зрения, весьма опасны, когда лампы применяют для освещения движущихся предметов. При пульсации светового потока искажается восприятие действительной скорости и направления движения предметов. Например, освещаемые люминесцентными лампами и ДРЛ детали машины или обрабатываемые предметы, вращающиеся с определенной частотой, могут показаться неподвижными и даже вращающимися в противоположную сторону. Поэтому при освещении помещений, в которых имеются станки и механизмы с вращающимися частями, применяются схемы включения люминесцентных ламп и ДРЛ, при которых устраняются нежелательные и опасные пульсации светового потока.