Учебный вопрос №1. Электрические источники света.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

В.Н. Черкасов, В.И. Зыков, А.Н. Петренко, В.Е. Мереняшев

ЛЕКЦИЯ № 9

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Пожарная безопасность электроустановок»

Специальность 280705 и 280104 «Пожарная безопасность»

Ростов-на-Дону

Учебные вопросы

Электрические источники света.

Осветительные приборы и светильники.

Системы и виды электрического освещения.

Учебный вопрос №1. Электрические источники света.

По принципу преобразования электрической энергии в энергию видимых излучений источники света делятся на две группы: тепловые (в основном лампы накаливания) и газоразрядные (ртутные трубчатые люминесцентные лампы низкого давления и ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью типа ДРЛ). К последней группе относятся металлогалогенные лампы (ДРИ, ДРИЗ) и натриевые лампы высокого давления (ДНаТ), а также мощные дуговые ксеноновые трубчатые лампы, типа ДКсТ (только для наружного освещения).

В настоящее время в проектно-эксплуатационной практике используются новые электрические источники света такие, как энергосберегающие лампы и сверхяркие светодиоды.

В лампах накаливания излучение происходит от накаленного до высокой температуры (2500-3000 К) вольфрамового тела в стеклянной колбе, в которой создан вакуум или находится инертный газ. Лампы различают по мощности (15-1500 Вт), напряжению (12-220 В), световому потоку, конструктивному исполнению и др. Они делятся на две группы:

общего назначения – для общего и местного освещения в быту и промышленности, а также для наружного освещения;

специальные – обладающие особым конструктивным исполнением, большой точностью, стабильностью световых и электрических параметров и другими особенностями, определяемыми спецификой их применения (например, вибростойкость, тепло- и холодостойкость и т.д.).

Лампы накаливания состоят из колбы, цоколя и вольфрамовой моноспирали или биспирали. Биспирали применяют в лампах с большими тепловыми потерями (т.е. в газонаполненных от 40 Вт и выше). Наполнение колб ламп криптоном или смесью азота и аргона позволяет снизить испарение вольфрама и довести его температуру до предельной, но несколько увеличивает тепловые потери. Световая отдача газонаполненных ламп поэтому выше, чем у пустотных.

В маркировке ламп буквы означают: В – вакуумная, Г – газонаполненная, Б – биспиральная, К – криптоновая. Основными характеристиками ламп накаливания являются: номинальные напряжения U_н В, мощность Р_н Вт и световой поток F_н лм (люмен), а также световая отдача H = F_н/Р_н лм/Вт и средний срок службы (примерно 1000 ч).

Рис. 6.1. Параметры ламп накаливания в зависимости от приложенного к ним напряжения:

1 – продолжительность горения; 2 – световой поток; 3 – световая отдача;
4 – потребляемая мощность; 5 – ток

Достоинства ламп накаливания – простота устройства, дешевизна, удобство эксплуатации, возможность изготовления в широком диапазоне мощностей и напряжений и др. К основным недостаткам относятся: весьма низкая экономичность (только 2-4 % потребляемой ими электроэнергии превращается в световую), относительно малый срок службы, пожарная опасность.

Более экономичными, чем лампы накаливания, являются газоразрядные лампы. Большинство из них представляет собой запаянную стеклянную колбу цилиндрической, сферической или иной формы с впаянными электродами. Обычно колба заполнена либо инертным газом, либо газом и небольшим количеством металла (например, ртути, натрия, кадмия). Если к электродам приложить достаточное напряжение (называемое напряжением зажигания), между ними возникает электрический разряд, который вызовет свечение газа. В зависимости от давления газа и паров металла в рабочем режиме различают газоразрядные лампы низкого, высокого и сверхвысокого давления. Эти лампы разделяются на лампы тлеющего, дугового и импульсного разрядов.

Все разрядные лампы (кроме ксеноновых трубчатых типа ДКСТ) включаются в сеть через индуктивные или емкостные балластные сопротивления. Балластные сопротивления (дроссели) являются составной частью пускорегулирующих аппаратов (ПРА), которые включают также конденсаторы и стартеры, а для ламп типа ДРЛ, ДРИ, ДРИЗ и ДНаТ – импульсные зажигающие устройства.

Рис. 6.3. Люминесцентная лампа и схема ее включения:

1 – дроссель; 2 – цоколь; 3 – электроды; 4 – стартер; 5 и 7 – конденсаторы; 6 – трубка

Наиболее широко для освещения применяются люминесцентные трубчатые лампы низкого давления (около 1,3 ×10² Па). Люминесцентная лампа (рис. 6.3) представляет собой стеклянную цилиндрическую трубку 6, заполненную аргоном и дозированным количеством ртути. На концах трубки расположены биспиральные вольфрамовые электроды 3, концы которых выведены через цоколи 2 наружу. Напряжение вызывает электрический разряд в газовом наполнении.

Лампы для общего освещения различаются по цветности: дневного (ЛД), белого (ЛБ), тепло-белого (ЛТБ) света и дневного с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ).

Подавляющее большинство люминесцентных ламп в настоящее время дозируется жидкой ртутью, что имеет ряд недостатков. Основные из них - нарушение гигиеничности технологии изготовления ламп и тех помещений, в которых они применяются (разбрызгивание и испарение ртути в случае боя ламп), а также снижение светового потока ламп на 20-30 % (в зависимости от температуры) при применении их в закрытых светильниках. Эти недостатки устраняются в амальгамных лампах мощностью от 15 до 125 Вт. Наибольшее распространение получили амальгамы на основе индия и кадмия. Амальгама в виде шарика или таблетки может быть размещена на внутренней поверхности трубки. В маркировку ламп вводится буква А, например, АБА 15-Т, где Т указывает на тропическое исполнение.

Двухэлектродная лампа ДРЛ (рис. 6.4) представляет собой толстостенную кварцевую трубку (горелку) 2 с самокалящимися электродами, заполненную парами ртути и аргоном под давлением 5×10⁵ – 10⁶ Па. Трубка заключена в наружную стеклянную колбу 3 из термостойкого стекла, покрытую внутри слоем люминофора 4. Форма колбы близка к форме лампы накаливания и заканчивается цоколем 1. Люминофор преобразует ультрафиолетовый поток, проходящий через горелку, в оранжево-красное излучение, исправляя цветность излучения лампы. Спектр лампы становится близким к дневному свету.

Энергосберегающие лампы по характеристики их пожарной опасности близки к таким источникам электрического света, как газоразрядные люминесцентные ртутные низкого давления (так называемые лампы дневного света).

Светодиодные источники света по их электротехническим показателям можно отнести к наиболее пожаробезопасным. Более конкретная оценка их пожароопасности, основанной на результатах экспериментальных исследований, пока отсутствует.