第十章電氣照明

電力工程基礎第十章電氣照明河北科技大學電氣工程系2/4/20231河北科技大學電氣工程系第十章電氣照明10.1照明技術的有關概念0.2照明方式和種類10.3電光源和燈具10.4照明質(zhì)量與照度計算10.5照明供電系統(tǒng)2/4/20232河北科技大學電氣工程系10.1照明技術的有關概念光通量：光源在單位時間內(nèi)向周圍空間輻射出的使人眼產(chǎn)生光感的能量，稱為光通量，簡稱光通，用符號Φ表示，單位為lm（流明）。電光源每消耗1W功率所發(fā)出的流明數(shù)，稱為發(fā)光效率，簡稱光效。發(fā)光強度：光源在某一特定方向上單位立體角內(nèi)的輻射的光通量，稱為光源在該方向上的發(fā)光強度，簡稱光強，用符號I表示，單位為cd（坎德拉）。即

式中，Φ為光源在立體角Ω內(nèi)所輻射的總光通量；Ω為空間立體角，，A為與Ω相對應的球面積，r為球半徑。2/4/20233河北科技大學電氣工程系10.1照明技術的有關概念照度：受照物體單位面積上接收到的光通量，稱為照度，用符號E表示，單位為lx（勒克斯）。即亮度：光源在給定方向單位投影面上的發(fā)光強度，稱為亮度，用符號表示，單位為cd/m2。如圖10-1所示，設發(fā)光體表面法線方向的光強為I，則發(fā)光體在視線方向的亮度為上式表明，發(fā)光體表面的亮度與視線方向無關。圖10-1亮度的定義示意圖2/4/20234河北科技大學電氣工程系10.1照明技術的有關概念光源的色溫和顯色性當光源的發(fā)光顏色與黑體加熱到某一個溫度所發(fā)出的光的顏色相同時，稱該溫度為光源的顏色溫度，簡稱色溫，單位為K（開爾文）。光源對被照物體顏色顯現(xiàn)的性質(zhì)稱為光源的顯色性，并用顯色指數(shù)來表示光源顯色性能的好壞。光源的顯色指數(shù)，是指在被測光源照射下物體的顏色與日光參照光源照射下該物體顏色相符合的程度。白熾燈的色溫為2400～2920K，日光燈的色溫為6500K。日光的顯色指數(shù)為100，白熾燈的顯色指數(shù)為97～99，熒光燈的顯色指數(shù)為75～90。物體的顏色以日光光源照射下的顏色為準。2/4/20235河北科技大學電氣工程系10.1照明技術的有關概念物體的光照性能反射比：吸收比：透射比：當光通量投射到物體上時，其中有從物體表面反射回去，被物體吸收，透過物體，如圖10-2所示。顯然有：

又叫反射系數(shù)或反射率又叫吸收系數(shù)或吸收率又叫透射系數(shù)或透射率圖10-2物體的光照性能說明圖2/4/20236河北科技大學電氣工程系10.2照明方式和種類一、照明方式一般照明：在整個場所或場所的某一部分照度基本上均勻的照明，稱為一般照明。局部照明：局限于工作部位的固定或移動的照明，稱為局部照明。對于局部地點需要高照度并對照射方向有要求的場所，宜采用局部照明?；旌险彰鳎河梢话阏彰骱途植空彰鞴餐M成的照明，稱為混合照明。對于工作位置需要較高照度并對照射方向有特殊要求的場所，宜采用混合照明。2/4/20237河北科技大學電氣工程系10.2照明方式和種類二、照明種類工作照明：正常工作時使用的室內(nèi)外照明。事故照明：當工作照明因事故而中斷時，供暫時繼續(xù)工作或疏散人員等而設置的緊急照明。值班照明：在非生產(chǎn)時間內(nèi)專供值班人員使用的照明。警衛(wèi)照明：用于警衛(wèi)地區(qū)周界附近的照明。障礙照明：裝設在建筑物上作為障礙標志的照明。2/4/20238河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具一、電光源的類型及性能熱輻射光源：利用物體加熱時輻射發(fā)光的原理所制成的光源，如白熾燈、鹵鎢燈等。氣體放電光源：利用氣體放電時發(fā)光的原理所制成的光源，如熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈和氙燈等。1．電光源的類型2．光源的性能光源的主要性能指標是：光效、壽命、顯色指數(shù)、起動及再起動時間等。常用照明電光源的主要技術特性見表10-1。2/4/20239河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具3．光源的選擇原則對照度要求不高、要求頻閃效應小、開閉頻繁、需要防止電磁波干擾、需要調(diào)光、局部或事故照明的場所，一般選用白熾燈。對照度及顯色性要求較高的場所，一般選用日光燈。對照度要求高、顯色性要求較好、要求頻閃效應小和需要調(diào)光的場所，一般選用鹵鎢燈。從表10-1可以看出，這些性能指標之間有時是相互矛盾的，在選用電光源時，應優(yōu)先考慮光效高、壽命長，其次才考慮顯色指數(shù)和起動性能等指標。2/4/202310河北科技大學電氣工程系對安裝高度較高，并需要大面積照明的場所或震動較大的場所，一般選用熒光高壓貢燈或高壓鈉燈。選用光源時還應估計燈具的安裝高度。10.3電光源和燈具白熾燈適用6～12m的懸掛高度；熒光燈適用2～4m的懸掛高度；高壓汞燈和高壓鈉燈適用5～18m的安裝高度；鹵鎢燈適用于6～24m的安裝高度。當采用一種光源不能滿足光色或顯色性要求時，可采用兩種或多種光源混合照明。2/4/202311河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具二、燈具的選用與布置1．燈具的特性燈具（照明器）是燈泡和燈罩的總稱。燈具的特性可用配光曲線、保護角和燈具效率三個特征量來描述。配光曲線（光強分布曲線）：表征燈具在空間各個方向的光強分布特性。保護角（遮光角）：表征燈具的光線被燈罩遮蓋的程度，也表征避免燈具對人眼直射眩光的范圍。對一般照明燈具，配光曲線繪在極坐標上，其光源采用1000lm的假想光源；對聚光很強的投光燈，其配光曲線一般繪在直角坐標上。2/4/202312河北科技大學電氣工程系一般照明燈具的保護角為燈絲（或發(fā)光體）的水平線與燈絲的最邊緣點和燈具出光口的連線之間的夾角，如圖10-3所示。10.3電光源和燈具燈具的效率一般在0.5～0.9之間，其大小與燈罩材料與形狀、燈絲的位置有關。燈具效率：燈具輻射的光通量Φ1與光源發(fā)出的光通Φ2之比，即圖10-3燈具的保護角2/4/202313河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具2．燈具的分類按燈具的配光曲線分類CIE分類法：根據(jù)光通量在燈具上半球與下半球的分配比例，可以將燈具分為五種類型，見表10-2。表10-2燈具的分類（按光通量在燈具上、下半球的分配比例）類型光通量分布特性特點上半球下半球直接型0%～10%100%～90%光線集中，工作面上可獲得充分照度半直接型10%～40%90%～60%光線能集中在工作面上，空間也能得到適當照度，比直接型眩光小漫射型40%～60%60%～40%空間各個方向光強基本一致，可達到無眩光半間接型60%～90%40%～10%增加了反射光的作用，使光線比較均勻柔和間接型90%～100%10%～0%擴散性好，光線柔和均勻，避免了眩光，但光的利用率低2/4/202314河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具傳統(tǒng)分類法：根據(jù)燈具的配光曲線形狀，可以將燈具分為五種類型，如圖10-4所示。廣照型：最大發(fā)光強度分布在較大角度（50°～90°）上。均照型：光強在各個角度基本相等。正弦配光型：光強是角度θ的正弦函數(shù)，即。配照型：光強是角度θ的余弦函數(shù)即。深照型：光通量和最大光強集中在0°～30°的狹小立體角內(nèi)。圖10-4燈具的幾種典型配光曲線1—正弦配光型2—廣照型3—均照型4—配照型5—深照型余弦配光型漫射型2/4/202315河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具按燈具的結構特點分類開啟型：光源與燈具外界空間直接接觸（無罩）。閉合型：透明罩將光源包含起來，但內(nèi)外空氣仍能自由流通。密閉型：其光源被透明罩密封，內(nèi)外空氣不能對流。防爆型：其光源被高強度透明罩密封，透明罩本身及其固定處均能承受足夠的壓力，能安全使用在有爆炸危險介質(zhì)的場所。隔爆型：其光源也被高強度透明罩密封，但不是靠其密封性來防爆，而是在燈座與燈罩之間有一隔爆間隙，也能安全使用在有爆炸危險介質(zhì)的場所。2/4/202316河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具3．燈具的選用在空氣干燥和少塵的室內(nèi)場所，應選用開啟式燈具。在潮濕或特別潮濕的場所，應選用密閉型防水防塵燈具或帶有防水燈頭的開啟式燈具。在含有大量塵埃，但無爆炸和火災危險的場所，應選用防塵型燈具。在有爆炸和火災危險的場所，應按危險場所的等級選擇相應的燈具。在震動較大的場所，應選用防震型燈具，或用普通燈具再加防震措施。2/4/202317河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具在有腐蝕氣體和蒸汽的場所，應選用耐腐蝕材料制成的密閉式燈具。在高溫場所，應采用帶有散熱孔的開啟式燈具。在有可能受到機械損傷的場所或燈具的安裝高度較低時，燈具應有安全保護措施。4．燈具的布置燈具布置的要求首先要保證照度要求，要使光線射向適當、限制眩光陰影。還應考慮方便、安全、美觀、經(jīng)濟等因素。2/4/202318河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具燈具的布置方式（圖10-5）均勻布置：燈具有規(guī)律地按行、列等距離布置，與設備位置無關。選擇布置：燈具的布置位置與工作表面的位置有關，大多按工作表面對稱布置，力求使工作面獲得最有利的光照并消除陰影。圖10-5室內(nèi)燈具的布置方式a）均勻布置b）選擇布置2/4/202319河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具均勻布置的燈具可排列成矩形（含正方形），也可以排列成菱形，如圖10-6所示。燈具布置是否合理，取決于燈具間的距離l和燈具的懸掛高度h之比值（簡稱距高比）。能使照度均勻度最高的距高比，稱為較佳距高比（表10-3）。圖10-6燈具的均勻布置示意圖a）矩形布置b）菱形布置2/4/202320河北科技大學電氣工程系10.3電光源和燈具表10-3燈具的較佳距高比l/h值照明器類型l/h單行布置時房間最大寬度（m）多行布置單行布置配照型、廣照型、雙罩配置型工廠燈1.8～2.51.8～2.01.2h深照型、鏡面深照型燈、乳白玻璃罩吊燈1.6～1.81.5～1.81.0h防爆燈、圓球燈、吸頂燈、防水防塵燈、防潮燈2.3～3.21.9～2.51.3h熒光燈1.4～1.5燈具作矩形布置時，應以正方形布置時照度最均勻；燈具作菱形布置時，燈具間呈等邊三角形時照度分布最均勻。

由圖10-6知：最邊緣一列燈具離墻的距離為：當靠墻有工作面時，取

=（0.25～0.3）l

；靠墻為通道時，取=（0.4～0.5）l。l為燈具間的距離，對矩形布置，取2/4/202321河北科技大學電氣工程系10.4照明質(zhì)量與照度計算一、照明質(zhì)量照度的合理性：工作面要有足夠的照度和亮度，確保達到國家規(guī)定的最低照度標準。照明的均勻性：工作面上照明要均勻，且工作面與周圍環(huán)境的照度的差別也不能太大。限制眩光：眩光是由于亮度分布不均勻或亮度變化幅度太大而引起的使人視覺不舒服或視力降低的視覺狀態(tài)。光源的顯色性：在需要正確辨色的場所，應采用顯色指數(shù)高的光源，如白熾燈、日光色熒光燈、日光色熵燈等。照明的穩(wěn)定性：照明的不穩(wěn)定性主要是由于光源的光通量變化所致。2/4/202322河北科技大學電氣工程系10.4照明質(zhì)量與照度計算二、照度計算1.利用系數(shù)法利用系數(shù)的概念：光源投射到工作面上的光通量與光源發(fā)出的總光通量之比，稱為利用系數(shù)，用u表示，即式中，Φe為投射到計算工作面上的光通量；Φ為每盞燈的光通量；n為燈的數(shù)量。利用系數(shù)的大小與燈具的特性（型式、光效和配光曲線）、燈具懸掛的高度、房間的大小和形狀、空間各平面（墻壁、頂棚及地面）的反射系數(shù)等因素有關。2/4/202323河北科技大學電氣工程系10.4照明質(zhì)量與照度計算利用系數(shù)的確定利用系數(shù)是按墻壁、頂棚和地面的反射系數(shù)及房間的受照空間特征來確定的。 房間的受照空間特征可用“室空間比”（RCR）來表征，如圖10-7所示，將全室分為三個空間，即頂棚空間、室空間和地板空間。 式中，hRC為室空間高度；l和b分別為房間的長度和寬度。圖10-7房間的空間劃分示意圖2/4/202324河北科技大學電氣工程系10.4照明質(zhì)量與照度計算按利用系數(shù)計算工作面上的平均照度和最低照度受照工作面上的實際平均照度按下式計算：式中，K為減光系數(shù)（維護系數(shù)），受光源本身使用期間光通衰減程度、燈具及環(huán)境污染程度的影響，一般取值為0.7；A為受照房間面積（m2）。若已知工作面上的平均照度，并已確定燈具型式和光源功率時，則所需燈具的個數(shù)為：2/4/202325河北科技大學電氣工程系10.4照明質(zhì)量與照度計算說明：由于現(xiàn)行照明規(guī)程規(guī)定的是最低照度，并非平均照度，因此，在計算時需引入最低照度校正系數(shù)。最低照度校正系數(shù)是指最小照度與平均照度的比值，即因此，求出平均照度Eav后，即可求出最低照度Emin：燈具以較佳的l/h值布置時的最小照度系數(shù)見書中表10-4。2/4/202326河北科技大學電氣工程系10.4照明質(zhì)量與照度計算2.概算曲線法概算曲線法的實質(zhì)是利用系數(shù)法的實用簡化，它是在假設被照水平工作面的平均照度為100lx時，按進行計算而繪出的被照房間面積與所需燈數(shù)之間的關系曲線。根據(jù)房屋建筑的環(huán)境污染特征確定其頂棚、墻壁和地面的反射比、和，并求出該房間的水平面積A；

由相應的燈具概算曲線上查出對應的燈數(shù)N。說明：由于實際的減光系數(shù)K與繪制概算曲線所依據(jù)的減光系數(shù)不一定一致，且實際要求達到的平均照度不一定是100lx，因此實際所需的燈數(shù)應按下式計算：2/4/202327河北科技大學電氣工程系10.4照明質(zhì)量與照度計算3.比功率法比功率又稱單位功率，是指單位水平面積上所需燈泡的安裝功率，即式中，P0為單位安裝功率；為受照房間全部燈泡的安裝功率；PL為每盞燈的功率；n為燈的數(shù)量；A為受照房間面積。因此，若已知比功率P0和房間的水平面積A，即可求得該房間的總安裝功率，即2/4/202328河北科技大學電氣工程系10.5照明供電系統(tǒng)一、照明供電電壓正常照明網(wǎng)絡一般采用380/220V中性點直接接地的三相四線制系統(tǒng)供電，燈具電壓為220V。檢修用手提行燈一般采用36V，在危險場所中的手提行燈應采用12V。隧道照明電壓一般采用36V。安裝在生產(chǎn)車間、廠房內(nèi)的照明器，當其高度低于2.4m時，應有防止觸電的安全措施或采用36V及以下的電壓。照明供電電壓一般不宜偏離其額定電壓的5%。2/4/202329河北科技大學電氣工程系10.5照明供電系統(tǒng)二、照明供電方式工作照明的供電方式一般工作場所的正常工作照明，可與動力負荷共用變壓器。當電力線路中的電壓波動影響照明質(zhì)量和燈泡壽命時，照明負荷宜由單獨的變壓器供電。事故照明的供電方式為了繼續(xù)工作用的事故照明應由獨立的備用電源供電，如自備發(fā)電機、蓄電池或其他電源；為疏散用的事故照明，應由與工作照明分開的線路供電。事故照明的正常電源在故障停電時應能實現(xiàn)備用電源自動投入。2/4/202330河北科技大學電氣工程系10.5照明供電系統(tǒng)三、照明供電系統(tǒng)照明供電系統(tǒng)有放射式、樹干式和混合式等接線方式，實際的照明供電系統(tǒng)一般均采用混合式接線。照明線路一般采用熔斷器或低壓斷路器進行短路或過負荷保護。當用熔斷器保護照明線路時，熔斷器應安裝在相線上，照明線路的PE線或PEN線上不允許裝設熔斷器；當用低壓斷路器保護照明線路時，其過流脫扣器應裝設在不接地的相線上。2/4/202331河北科技大學電氣工程系10.5照明供電系統(tǒng)四、照明線路導線截面選擇由于照明光源對電壓水平要求較高，因此照明線路通常應先按允許電壓損失選擇導線截面，再按發(fā)熱條件和機械強度進行校驗。1.均一照明線路導線截面選擇由3.4知，按允許電壓損失選擇導線截面的公式為式中，為線路中負荷功率矩之和；C為計算系數(shù)，參看表3-1。2/4/202332河北科技大學電氣工程系10.5照明供電系統(tǒng)照明線路干線截面選擇可用下式進行簡化計算：2.有分支照明線路導線截面選擇當某段線路的導線截面選定后，可按下式計算該段線路的實際電壓損失：計算下一段線路的導線截面時，其允許電壓損失為：式中，為由計算線