М 3 Лекция 6

Лекция 6. Промышленное освещение. Освещение основных цехов
разных отраслей промышленности
1.Основные требования к промышленным осветительным установкам.
2.Электрические установки напряжением выше 1000 В.
3. Освещение основных цехов.
4. Автоматизация управления освещением.
1.Основные требования к промышленным осветительным установкам
К освещению промышленных предприятий предъявляются следующие
требования:1.
Достаточная
яркость
рабочей
освещения.3.
Ограничение
пульсации
поверхности.2.
светового
потока.4.
Постоянство
Ограничение
ослепленности.5. Благоприятное распределение яркости в поле зрения.
Достаточная яркость рабочей поверхности является необходимым условием
для обеспечения нормальной работоспособности человеческого глаза. Величина
освещенности рабочего места устанавливается в зависимости от точности
выполняемой производственной операции. Чем точнее работа, чем меньше
объекты различения и чем дальше эти объекты расположены от рабочего, тем
уровень освещенности должен быть выше.
Однако уровень освещенности определяется не только величиной объектов
различения и расстоянием их до глаза рабочего, но и контрастом объектов
различения с фоном, а также степенью светлоты фона, т.е. поверхностью
обрабатываемого изделия. Постоянство освещенности на рабочем месте является
необходимым условием в осветительной установке. Колебания освещенности на
рабочей поверхности могут явиться следствием колебания напряжения в
осветительной
сети
или
Колебания
освещенности
вызывают
зрительное
утомление. Исследования показали, что колебания освещенности имеют место
при изменении амплитуды напряжения на + 4% от номинального значения.
Для люминесцентных ламп, работающих в сетях переменного тока, как и для
любых других газоразрядных источников света, характерно наличие колебаний
светового потока во времени, определяемых безынерционностью излучения
электрического разряда. Колебания светового потока создает так называемый
стробоскопический эффект. Стробоскопический эффект нарушает правильное
восприятие глазом движущихся предметов. Достаточной мерой борьбы с
пульсацией светового потока, т.е. явлением стробоскопического эффекта,
является применение схем включения ламп таким образом, чтобы соседние лампы
получали напряжение со сдвигом фаз, т.е. включение ламп в многоламповых
светильниках на разные фазы или применение двухламповой схемы, где одна
лампа включается последовательно с индуктивным сопротивлением, а другая последовательно с индуктивным и емкостным сопротивлением.
Уровень ослепленности, создаваемый светильниками, расположенными в
поле зрения, определяется их яркостью и силой света по направлению к глазу
наблюдателя, высотой их расположения над линией зрения и яркостью
окружающего фона. В соответствии с этим ограничение ослепленности в
действующих СНиП сводится к регламентации минимально допускаемой высоты
подвеса светильника над полом освещаемого помещения в зависимости от
защитного угла светильника, характера рассеивателя и мощности источника
света, определяющих его яркость и силу света по направлению к глазу
наблюдателя.
Светильники с защитным углом менее 100 без рассеивателей и с лампами в
прозрачной колбе для общего освещения помещений не допускаются. Угол,
заключенный между горизонталью, проходящей через тело накала лампы, и
линией, соединяющей крайнюю точку тела накала с противоположным краем
отражателя, называется защитным углом светильника.
В установках местного освещения должно быть обращено особое внимание
на устранение бликов, возникающих на поверхностях с направленным
отражением,
что
достигается
соответствующим
выбором
размещения
светильников, исключающим попадание отраженных лучей в глаза работающему.
В практических условиях освещения недопустима большая неравномерность
распределения яркости в поле зрения, которая может возникнуть, если яркость
рабочей поверхности резко отличается от яркости стен и потолка помещения.
Для сохранения удовлетворительного распределения яркости в окружающем
пространстве светильники общего освещения должны создавать на уровне
рабочей поверхности не менее 10% освещенности, нормированной для данного
рода работ при комбинированном освещении, но не более 30%.
Неравномерность распределения яркости в поле зрения может быть вызвана
падающими тенями, возникающими от расположенных вблизи предметов,
корпуса работающего или неравномерным освещением рабочей поверхности.
Неравномерность
распределения
яркости
по
рабочей
поверхности
не
регламентирована СНиП, однако при проектировании осветительной установки
надо стремиться к устранению затенения и равномерному распределению
освещенности в пределах рабочей поверхности. Около 70% всей вырабатываемой
в
нашей
стране
электрической
энергии
потребляется
промышленными
предприятиями.
Приемники
электроэнергии
промышленных
предприятий
делятся
на
следующие группы:1. Приемники трехфазного тока напряжением до 1000 В,
частотой 50 Гц.2. Приемники трехфазного тока напряжением выше 1000 В,
частотой 50 Гц.3. Приемники однофазного тока напряжением до 1000 В, частотой
50 Гц.4. Приемники, работающие с частотой, отличной от 50 Гц, питаемые от
преобразовательных подстанций и установок.5. Приемники постоянного тока,
питаемые от преобразовательных подстанций и установок.
Для всех приемников перечисленных выше групп необходимо выяснить:
1) требования, предъявляемые действующими Правилами устройства
электроустановок (ПУЭ) к надежности питания приемников (1-я, 2-я и 3-я
категории); 2) режим работы (продолжительный, кратковременный, повторнократковременный); 3) места расположения приемников электроэнергии и
являются ли они стационарными или передвижными.
В настоящее время электроснабжение промышленных предприятий ведется
на переменном трехфазном токе. Для питания групп приемников постоянного
тока сооружаются преобразовательные подстанции, на которых устанавливаются
преобразовательные
агрегаты:
полупроводниковые
выпрямители,
ртутные
выпрямители, двигатели–генераторы и механические выпрямители.
Преобразовательные агрегаты питаются от сети трехфазного тока и
являются поэтому приемниками трехфазного тока. Приемники постоянного тока,
имеющие индивидуальные преобразовательные агрегаты: электропривод по
системе генератор–двигатель, ионный электропривод и т.п., являются с точки
зрения электроснабжения приемниками трехфазного тока.
Часто встречающимися приемниками постоянного тока, требующими
питания
от
преобразовательных
подстанций,
являются
внутризаводской
электрифицированный транспорт, некоторые установки, использующие явление
электролиза,
некоторые
электродвигатели
подъемно–транспортных
и
вспомогательных механизмов. Согласно ПУЭ электротехнические установки,
производящие,
преобразующие,
распределяющие
и
потребляющие
электроэнергию, подразделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и
электроустановки напряжением выше 1000 В.
Электротехнические установки напряжением до 1000 В выполняются как с
глухо заземленной, так и с изолированной нейтралью, а установки постоянного
тока – с глухо заземленной и изолированной нулевой точкой. Электрические
установки с изолированной нейтралью следует применять при повышенных
требованиях по безопасности (торфяные разработки, угольные шахты и т. п.) при
условии, что в этом случае обеспечиваются контроль изоляции сети и целость
пробивных предохранителей, быстрое обнаружение персоналом замыканий на
землю и быстрая ликвидация их либо автоматическое отключение участков с
замыканием на землю.
В четырехпроходных сетях переменного тока или трехпроходных сетях
постоянного тока для установок без повышенной опасности глухое заземление
нейтрали обязательно.
2. Электрические установки напряжением выше 1000 В
Электрические установки напряжением выше 1000 В делятся на установки:
1) с изолированной нейтралью (напряжения до 35 кВ); 2) с нейтралью,
включенной на землю через индуктивное сопротивление для компенсации
емкостных токов (напряжения до 35 кВ и редко 110 кВ); 3) с эффективно
заземленной нейтралью (напряжения 110 - 150 кВ); 4) с глухо заземленной
нейтралью (напряжение 220 кВ и выше).
Кроме того, все эти установки подразделяются на установки с малыми
токами замыкания на землю (до 500 А) и установки с большими токами
замыкания на землю (более 500 А).
По частоте тока приемники электроэнергии делятся на приемники
промышленной частоты (50 Гц) и приемники с высокой (выше 10 кГц),
повышенной (до 10 кГц) и пониженной (ниже 50 Гц) частотами.
Большинство приемников использует электрическую энергию нормальной
промышленной
частоты.
Установки
высокой
и
повышенной
частоты
применяются для нагрева под закалку, ковку и штамповку металлов, а также для
плавки металлов. К приемникам с повышенной частотой относятся, например,
электрические двигатели в текстильной промышленности при производстве
искусственного шелка (частота 133 Гц).
Для преобразования переменного тока промышленной частоты в токи
высокой и повышенной частоты служат двигатели–генерторы (электромашинные
преобразователи), а также тиристорные или ионные преобразователи. Для
получения повышенной частоты до 10 кГц применяют преимущественно
тиристорные преобразователи (инверторы). Для получения частот 10 кГц и выше
применяются ламповые генераторы. От ионных генераторов можно получать до
2800 Гц. К приемникам с пониженной частотой относятся коллекторные
электродвигатели,
применяемые
для
транспортных
целей
(16
2/3
Гц),
перемешиватели жидкого металла (до 25 Гц) и индукционные нагревательные
устройства для отливки крупных деталей. Переменный ток пониженной частоты в
промышленных установках широкого применения не имеет.
Приемники электрической энергии могут быть подразделены на группы по
сходству режимов, т.е. по сходству графиков нагрузки. Деление потребителей на
группы позволяет более точно находить суммарную электрическую нагрузку.
Различают три характерные группы приемников:
1. Приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или
мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат
может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных
частей машины или аппарата свыше допустимой. Примерами приемников,
работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов,
вентиляторов и т. п.
2. Приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом
режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы
температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть
установившегося значения. Период остановки машины или аппарата настолько
длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры
окружающей
среды.
электродвигатели
Примерами
данной
электроприводов
группы
приемников
вспомогательных
являются
механизмов
металлорежущих станков (механизмы подъема поперечины, зажимы колонн,
двигатели быстрого перемещения суппортов и др.), гидравлических затворов и т.
п.
3. Приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В
этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата
чередуются
с
кратковременный
кратковременными
режим
периодами
работы
отключения.
характеризуется
Повторно-
относительной
продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторнократковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с
допустимой
для
них
относительной
продолжительностью
включения
неограниченное время, причем превышение температур отдельных частей
машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером
этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты
и т. п.
Для перечисленных выше режимов работы приемников в соответствии с
ГОСТ
183-74
электропромышленность
выпускает
электродвигатели,
рассчитанные на указанные условия работы. В действительности график нагрузки
каждого приемника отличается от заданного при проектировании. На режим
работы приемника влияют технологические особенности каждой отрасли
промышленности. График нагрузки приемника является основным показателем,
по которому его следует классифицировать.
Кроме разделения потребителей по режимам работы следует учитывать
несимметричность нагрузки или неравномерность загрузки фаз. К симметричным
нагрузкам относятся электродвигатели и трехфазные печи. К несимметричным
нагрузкам (одно– и двухфазным) следует отнести электрическое освещение,
однофазные к двухфазные печи, однофазные сварочные трансформаторы и т. п. в
том случае, когда распределить их симметрично по фазам не удается.
3. Освещение основных цехов
Максимальная производительность является основным приоритетов при
сооружении производственных цехов. При этом освещение имеет очень важное
значение.
Правильное
распределение
света
и
выбор
цветности
света
предотвращают появление эффектов ослепления и признаков усталости у
сотрудников. При этом также снижается вероятность несчастных случаев,
становится более легким выполнение визуальных задач, а также повышается
эффективность производства. Данный эффект усиливается еще больше благодаря
изделиям с высоким уровнем защиты. Источники света, удобные в обслуживании,
снижают количество перерывов в работе и гарантируют бесперебойную работу.
Интеллектуальные решения по освещению
требованиям
по
созданию
оптимального
отвечают самым жестким
освещения
производственных
помещений. Исключительные характеристики распределения света и цветности, а
также высококачественные материалы и высокий уровень защиты являются
надежной поддержкой любых производственных процессов. Системы управления
светом предоставляют возможность индивидуального контроля освещения
различных участков и зон, благодаря чему достигается максимальная гибкость
управления. Интеллектуальные системы управления освещением предполагают
универсальное использование и постоянную адаптацию с учетом индивидуальных
требований световых групп и световых сцен. Внедрение систем управления
освещением
позволяет
сделать
решения
по
освещению
еще
более
энергоэффективными. Благодаря интеллектуальным электронным пусковым
устройствам,
функциям
регулирования
силы
света
в
зависимости
от
интенсивности дневного света, датчиков движения, позволяющих получать
оптимизированные температурные характеристики решения по освещению
рекомендованы к применению в ситуациях, когда важны максимальная
эффективность и производительность. Эффективное освещение не только
позволяет уменьшить расходы, но и снизить выбросы CO2, благодаря чему
снижается вредное воздействие на окружающую среду.
4. Автоматизация управления освещением
Расход электроэнергии на цели освещения может быть заметно снижен
достижением оптимальной работы осветительной установки в каждый момент
времени.
Добиться наиболее полного и точного учета наличия дневного света, равно
как и учета присутствия людей в помещении, можно, применяя средства
автоматического управления освещением (СУО). Управление осветительной
нагрузкой осуществляется при этом двумя основными способами: отключением
всех или части светильников (дискретное управление) и плавным изменением
мощности светильников (одинаковым для всех или индивидуальным).
К системам дискретного управления освещением в первую очередь относятся
различные фотореле (фотоавтоматы) и таймеры. Принцип действия первых
основан на включении и отключении нагрузки по сигналам датчика наружной
естественной освещенности.
Вторые осуществляют коммутацию осветительной нагрузки в зависимости от
времени суток по предварительно заложенной программе.
К системам дискретного управления освещением относятся также автоматы,
оснащенные датчиками присутствия. Они отключают светильники в помещении
спустя заданный промежуток времени после того, как из него удаляется
последний человек. Это наиболее экономичный вид систем дискретного
управления, однако, к побочным эффектам их использования относится
возможное сокращение срока службы ламп за счет частых включений и
выключений.
Системы
плавного
регулирования
мощности
освещения
по
своему
устройству несколько сложнее. Принцип их действия поясняет рисунок.
Принцип действия системы плавного регулирования освещения
В последнее время многими зарубежными фирмами освоено производство
оборудования
для
автоматизации
управления
внутренним
освещением.
Современные системы управления освещением сочетают в себе значительные
возможности
экономии
электроэнергии
с
максимальным
удобством
для
пользователей.
Основные функции автоматизированных систем управления освещением
Автоматизированные системы управления освещением, предназначенные для
использования в общественных зданиях, выполняют следующие типичные для
этого вида изделий функции:
Точное поддержание искусственной освещенности в помещении на заданном
уровне.
Достигается
фотоэлемента,
это
введением
находящегося
внутри
в
систему
помещения
управления
и
освещением
контролирующего
создаваемую осветительной установкой освещенность. Уже только одна эта
функция позволяет экономить энергию за счет отсечки так называемого «излишка
освещенности».
Учет естественной освещенности в помещении. Несмотря на наличие в
подавляющем большинстве помещений естественного освещения в светлое время
суток, мощность осветительной установки рассчитывается без его учета.
Если поддерживать освещенность, создаваемую совместно осветительной
установкой и естественным освещением, на заданном уровне, то можно еще
сильнее снизить мощность осветительной установки в каждый момент времени.
В определенное время года и часы суток возможно даже использование
одного естественного освещения. Эта функция может осуществляться тем же
фотоэлементом, что и в предыдущем случае, при условии, что он отслеживает
полную (естественную + искусственную) освещенность. При этом экономия
энергии может составлять 20 – 40%.
Учет времени суток и дня недели. Дополнительная экономия энергии в
освещении может быть достигнута отключением осветительной установки в
определенные часы суток, а также в выходные и праздничные дни. Эта мера
позволяет эффективно бороться с забывчивостью людей, не отключающих
освещение на рабочих местах перед своим уходом. Для ее реализации
автоматизированная система управления освещением должна быть оборудована
собственными часами реального времени.
Учет присутствия людей в помещении. При оборудовании системы
управления освещением датчиком присутствия можно включать и отключать
светильники в зависимости от того, есть ли люди в данном помещении. Эта
функция позволяет расходовать энергию наиболее оптимально, однако ее
применение оправдано далеко не во всех помещениях. В отдельных случаях она
может даже сокращать срок службы осветительного оборудования и производить
неприятное впечатление при работе.
Получаемая за счет отключения светильников по сигналам таймера и
датчиков присутствия экономия электроэнергии составляет 10 – 25 %.
Дистанционное беспроводное управление осветительной установкой. Хотя
такая функция не является автоматизированной, она часто присутствует в
автоматизированных системах управления освещением благодаря тому, что ее
реализация на базе электроники системы управления освещением очень проста, а
сама функция добавляет значительное удобство в управлении осветительной
установкой.
Методами
непосредственного
управления
осветительной
установкой
является дискретное включение/отключение всех или части светильников по
командам управляющих сигналов, а также ступенчатое или плавное снижение
мощности освещения в зависимости от этих же сигналов.
Ввиду того, что современные регулируемые электронные ПРА имеют
ненулевой нижний порог регулирования, в современных автоматизированных
системах
управления
освещением
применяется
комбинация
плавного
регулирования вплоть до нижнего порога с полным отключением ламп в
светильниках при его достижении.
Классификация систем автоматического управления освещением
Системы
разделить
на
автоматического
два
основных
управления
класса
–
освещением,
так
условно
называемые
можно
локальные
и
централизованные.
Для локальных систем характерно управление только одной группой
светильников, в то время как централизованные системы допускают подключение
практически бесконечного числа раздельно управляемых групп светильников.
В свою очередь, по охватываемой сфере управления локальные системы
могут быть подразделены на «системы управлении светильниками» и «системы
управления
освещением
помещений»,
а
централизованные
–
на
специализированные (только для управления освещением) и общего назначения
(для управления всеми инженерными системами здания – отоплением,
кондиционированием, пожарной и охранной сигнализацией и т.д.).
Локальные «системы управления светильниками» в большинстве случаев не
требуют дополнительной проводки, а иногда даже сокращают необходимость в
прокладке проводов. Конструктивно они выполняются в малогабаритных
корпусах, закрепляемых непосредственно на светильнике или на колбе одной из
ламп. Все датчики, как правило, составляют один электронный прибор, в свою
очередь, встроенный в корпус самой системы.
Часто светильники, оборудованные датчиками, обмениваются между собой
информацией по проходам электрической сети. За счет этого даже в случае, если
в здании остался единственный человек, находящиеся на его пути светильники
останутся включенными.
Централизованные системы управления освещением, наиболее полно
отвечающие
названию
«интеллектуальных»,
строятся
на
основе
микропроцессоров, обеспечивающих возможность практически одновременного
многовариантного управления значительным (до нескольких сотен) числом
светильников. Такие системы могут применяться либо только для управления
освещением, либо также и для взаимодействия с другими системами зданий
(например, с телефонной сетью, системами безопасности, вентиляции, отопления
и солнцезащитных ограждений).
Централизованные системы выдают также управляющие сигналы на
светильники по сигналам локальных датчиков. Однако преобразование сигналов
происходит в едином (центральном) узле, что предоставляет дополнительные
возможности вручную управлять освещением здания. Одновременно существенно
упрощается ручное изменение алгоритма работы системы.
При системах централизованного дистанционного или автоматического
управления освещением питание цепей управления разрешается от линии,
питающей освещение. Для помещений, имеющих зоны с разными условиями
естественного освещения, управление рабочим освещением должно обеспечивать
включение и отключение светильников группами или рядами по мере изменения
естественной освещенности помещений.
Существующий
ассортимент
автоматизированных
систем
управления
освещением (СУО) делится на три класса:
1) СУО светильника – простейшая малогабаритная система, конструктивно
являющаяся частью светильника и управляющая только либо одной группой
нескольких близлежащих светильников. 2) СУО помещения – самостоятельная
система, управляющая одной или несколькими группами светильников в одном
или
нескольких
помещениях.
3)
СУО
здания
–
централизованная
компьютеризованная система управления, охватывающая освещение и другие
системы целого здания или группы зданий.
Большинство компаний–производителей систем управления освещением
(СУО) светильников изготовляют эти системы в виде отдельных блоков, которые
могут быть встроены в светильники различных типов.
Безусловным преимуществом СУО светильников является простота их
монтажа и эксплуатации, а также надежность. Особенно надежны СУО, не
требующие электропитания, так как выходу из строя наиболее подвержены блоки
питания СУО и энергопотребляющие микросхемы.
Однако если требуется управлять осветительными установками крупных
помещений или, например, стоит задача индивидуального управления всеми
светильниками в помещении, СУО светильников оказываются достаточно
дорогим средством управления, так как требуют установки одной СУО на один
светильник. В этом случае удобнее использовать СУО помещений, которые
содержат меньше электронных компонентов, чем требуется в предыдущем
случае, и поэтому более дешевы. СУО помещений представляют собой блоки,
размещаемые за подвесными потолками или конструктивно встраиваемые в
электрические распределительные щиты. Системы этого типа, как правило,
осуществляют одну функцию или фиксированный набор функций, выбор между
которыми производится перестановкой переключателей на корпусе или выносном
пульте управления системы.
СУО относительно просты в изготовлении и обычно построены на
дискретных логических микросхемах. Датчики СУО помещений всегда являются
выносными, они должны быть размещены в помещении с управляемыми
осветительными установками и к ним необходима специальная проводка, что
представляет собой определенное практическое неудобство.