Электроизмерительные приборы и методы измерения
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Электрификация и
автоматизация сельскохозяйственного производства»
1.
Общие сведения об электроизмерительных приборах и методах измерения.
Конструкция, принцип действия ЭИП
Средствами измерения электрических величин
называют технические устройства, используемые при измерениях и имеющие заданные
метрологические характеристики.
В общем случае к средствам измерений
относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы и
установки.
Мера предназначена для воспроизведения
физической величины заданного значения.
К. основным мерам электрических величин
относятся меры: эдс, электрического сопротивления, индуктивности, электрической
емкости и др. Меры высшего класса называются образцовыми. Они служат для
проверки и градуировки рабочих мер и измерительных приборов.
Измерительные преобразователи
предназначены для выработки электрического сигнала в форме, удобной для
передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся
непосредственному восприятию.
Различают преобразователи электрических
величин в электрические - шунты, добавочные сопротивления, делители напряжения
и т.д., а также преобразователи неэлектрических величин в электрические -
первичные преобразователи.
Измерительные приборы предназначены для
выработки сигналов в форме, доступной для непосредственного наблюдения
К ним относятся, например, амперметр,
вольтметр, ваттметр и др.
Электроизмерительная установка
представляет собой совокупность мер, измерительных преобразователей и приборов,
расположенных в одном месте и предназначенных для выработки сигналов в форме,
удобной для непосредственного наблюдения.
Все средства измерений, и в частности
электроизмерительные приборы, можно классифицировать по следующим признакам:
виду получаемой информации, методу измерения, способу представления и
регистрации информации.
По виду получаемой информации
электроизмерительные приборы делятся на приборы для измерения электрических
(ток, напряжение, мощность и др.) и неэлектрических (температура, давление,
влажность и др.) величин; по методу измерения - на приборы непосредственной
оценки (амперметр, вольтметр и др.) и приборы сравнения (измерительные мосты и
компенсаторы); по способу представления измеряемой информации - на аналоговые и
дискретные (цифровые). Аналоговые электроизмерительные приборы, в свою очередь,
могут быть электромеханическими и электронными.
Основными характеристиками
электроизмерительных приборов являются: погрешность, вариация показаний,
чувствительность, потребляемая мощность, время установления показаний и
надежность.
Вариация показаний прибора - наибольшая
разность показаний прибора при одном и том же значении измеряемой величины.
Она определяется при плавном подходе
стрелки к выбранной отметке шкалы при движении стрелки один раз от начальной, а
второй раз от конечной отметки. Причиной вариации является в основном трение в
опорах подвижной части прибора.
Чувствительность S прибора - отношение
приращения перемещения указателя Δа к приращению измеряемой
величины Δx:
Если чувствительность постоянна (шкала равномерная), то ее можно
определить как S = а/х.
Величина, обратная чувствительности (С = 1/5), называется ценой
деления (постоянной) прибора. Она равна числу единиц измеряемой величины,
приходящихся на одно деление шкалы.
Например, при S=10 дел/В
постоянная С = 0,1 В/дел.
Потребляемая мощность - мощность, которую потребляет прибор при
включении его в цепь.
В результате этого меняется режим работы цепи, что в конечном
счете приводит к увеличению погрешности измерения. Поэтому малое потребление
мощности является достоинством прибора.
Время установления показаний - промежуток времени с момента
включения измеряемой величины до момента, когда указатель займет положение,
отличающееся от установившегося значения не более чем на 1,5%.
Время установления показаний для большинства аналоговых
измерительных приборов не превышает 4 с.
Надежность - способность электроизмерительных приборов сохранять
заданные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного
времени. Количественной мерой надежности является среднее время безотказной или
исправной работы прибора.
Общие сведения об электромеханических измерительных приборах
Электромеханические приборы составляют большую группу
электроизмерительных приборов. Их основными частями являются
электроизмерительная цепь и измерительный механизм. Измерительная цепь служит
для преобразования измеряемой величины х в некоторую промежуточную
электрическую величину у, функционально связанную с величиной х, т.е. у = f(x).
Электрическая величина у, например ток или напряжение, непосредственно
воздействует на измерительный механизм; ее называют входной величиной. Входные
величины создают механические силы, действующие на подвижную часть
измерительного механизма и вызывающие перемещение ее (чаще всего угловое).
Поэтому измерительный механизм рассматривают как преобразователь электрической
величины в механическое перемещение и называют электромеханическим
преобразователем.
Общими элементами электромеханических измерительных приборов
являются отсчетное устройство, подвижная часть измерительного механизма,
устройства для создания вращающего, противодействующего и успокаивающего
моментов.
Вращающий момент Мвр, действующий на подвижную часть,
является функцией измеряемой величины х (тока или напряжения) Мвр = f(x).
Подвижная часть измерительного механизма под действием Мвр
поворачивается до тех пор, пока он не уравновесится противодействующим моментом
Мпр, создаваемым с помощью растяжек или спиральных пружин при их
закручивании и направленным навстречу Мвр. Значение
противодействующего момента пропорционально углу поворота подвижной части α:
Мпр = kα, где k - удельный противодействующий момент растяжки или пружины.
Установившееся отклонение подвижной части и укрепленного на ней указателя
характеризуется равенством
Мвр = Мпр.
Крепят подвижную часть в измерительном механизме с помощью
опорного устройства, включающего, как правило, керны и подпятники.
На рисунке 1 представлено устройство
подвижной части измерительного механизма, в котором противодействующий момент
создается спиральными пружинами 5 и 6, выполненными из оловянно-цинковой
бронзы. Пружина 6 одним концом крепится к оси 2, а другим - к поводку 4
корректора. Корректор служит для установки на нуль стрелки невключенного
прибора. Он состоит из винта 9 с эксцентрично расположенным пальцем 8, вилки 7
с поводком 4. Для уравновешивания подвижной части служат грузики - противовесы
10. Ось 2 заканчивается кернами, опирающимися на подпятники 1. Жестко с осью
закреплена стрелка 3.
В приборах со спиральными
противодействующими пружинами чаще для создания момента успокоения применяют
воздушные успокоители. Они представляют собой закрытую камеру, в которой
помещается легкое алюминиевое крыло, жестко связанное с подвижной частью
измерительного механизма. При перемещении воздуха из одной части камеры в
другую через зазор (между камерой и крылом) тормозится движение крыла, создавая
момент успокоения.
Отсчетное устройство обязательно имеет
шкалу и указатель. На шкалу нанесены отметки в виде коротких черточек,
соответствующих определенным значениям измеряемой величины. Интервал между
соседними отметками шкалы называют делением.
Шкалы могут быть равномерными (деления
постоянной длины) и неравномерными (деления непостоянной длины). Наименьшее
значение, указанное на шкале, называется начальным, наибольшее - конечным.
Область между начальным и конечным значениями называют диапазоном показаний
прибора.
Значение измеряемой величины отсчитывается
с помощью указателя. Как правило, указатели выполняют в виде стрелок, чаще
всего клиновидных или ножевидных, жестко скрепленных с подвижной частью
измерительного механизма.
В зависимости от физических явлений,
положенных в основу создания вращающего момента, различают
магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные и
электростатические измерительные механизмы, или преобразователи. Аналогичное
название в зависимости от вида используемого преобразователя имеют
электромеханические измерительные приборы. Принцип действия прибора,
возможность его работы в тех или иных условиях, возможные предельные
погрешности прибора могут быть установлены по условным обозначениям, нанесенным
на циферблат прибора. Электроизмерительному прибору можно дать следующую
техническую характеристику: вольтметр (V) для измерения переменного напряжения
(~) в пределах от 0 до 150 В, электромагнитной системы (
) вертикального положения
(┴) класса точности 1,0. Изоляция прибора испытана на
напряжение 2 кВ (
) год выпуска 1975, заводской номер 3275,
эксплуатационная группа Б (
).
2.
Понятие о надежном и бесперебойном электроснабжении сельскохозяйственных
потребителей эл. энергией в сельскохозяйственном производстве. Понятие о
качестве эл. энергии. Графики электрических нагрузок
Иногда в условиях эксплуатации возникают
ненормальные режимы, существование которых допустимо в течение некоторого
времени. Нарушение нормального режима в этих случаях может быть ликвидировано
действием оперативного персонала. При этом нецелесообразно немедленное
отключение элемента электрической сети, а достаточно дать сигнал персоналу. Это
осуществляется релейной защитой, действующей на сигнал.
Релейная защита - только часть автоматики,
получившая применение в системах раньше других автоматических устройств. Вместе
с тем, одна релейная защита не в состоянии обеспечить надежность и бесперебойность
электроснабжения. В этом нетрудно убедиться на примере рассмотренных схем
электроснабжения. Распределительную подстанцию в сетях напряжением 6…10 кВ
обычно выполняют в виде двух секций. Каждая питающая линия связана только со
своей секцией и обеспечивает питание потребителей только своей секции.
Совершенно очевидно, что при повреждении одной из линий и ее отключении
соответствующая секция обесточивается, а электроснабжение ее потребителей
прекращается. Электроснабжение потребителей может быть восстановлено, если
включить секционный аппарат. Эта операция должна быть осуществлена максимально
возможно быстро для потребителей первой категории, поэтому в качестве
секционного аппарата используется выключатель и для его включения используется
устройство автоматики, получившее название автоматического включения резерва -
АВР.
ГОСТ 13109-99 устанавливает показатели и
нормы качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем
электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока
частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети,
находящиеся в собственности различных потребителей, или приемники электрической
энергии (точки общего присоединения - ТОП).
Этот ГОСТ устанавливает 11 основных
показателей качества электроэнергии (ПКЭ):
) отклонение частоты δf;
) установившееся отклонение напряжения δUу;
) размах изменения напряжения δUt;
) дозу фликера (мерцания или колебания) Рt
) коэффициент искажения синусоидальности
кривой напряжения KU;
) коэффициент n-й гармонической
составляющей напряжения Ku(n),
) коэффициент несимметрии напряжений по
обратной последовательности К2U,
) коэффициент несимметрии напряжений по
нулевой последовательности К0U;
) глубину и длительность провала
напряжения δUп, Δtп;
) импульсное напряжение Uимп;
) коэффициент временного перенапряжения КперU.
При определении значений некоторых
показателей КЭ используют следующие вспомогательные параметры электрической
энергии:
) частоту повторения изменений напряжения FδUt;
) интервал между изменениями напряжения Δti,i+1;
) глубину провала напряжения δUП;
) частота появления провалов напряжения FП;
) длительность импульса по уровню 0,5 его
амплитуды Δtимп0,5;
) длительность временного перенапряжения ΔtПЕРU.
Установлены два вида норм ПКЭ: нормально
допустимые (норм.) и предельно допустимые (пред.).
Потребление электроэнергии промышленными
предприятиями, транспортом, в быту, в сельскохозяйственном производстве
изменяется как в течение суток, так и в течение года. Режим потребления
электроэнергии во времени характеризуется графиком нагрузки. В зависимости от
времени различают графики суточные (зимние, летние) и годовые.
Характер суточных графиков нагрузки
зависит от состава потребителей (бытовая, промышленная, транспортная и др.).
График бытовой нагрузки имеет резко выраженный вечерний максимум. Промышленная
нагрузка изменяется в течение суток в зависимости от сменности предприятий. В
утренние часы, когда начинают работу предприятия, включается освещение в
квартирах, приводится в движение городской электрический транспорт, потребление
электроэнергии значительно возрастает, наступает утренний максимум нагрузки.
Днем нагрузка несколько снижается, а вечером (в 18-20 ч местного времени) снова
достигает максимальных значений, так как в это время напряженно работает
электрический транспорт, многочисленные бытовые приборы, включается освещение.
Площадь графика выражает в определенном
масштабе количество потребленной энергии.
На потребление электрической энергии
оказывает влияние и время года. Например, в зимнее время электроэнергии на
освещение и отопление расходуется больше. Создание Единой энергосистемы
позволяет за счет 3-5-часовой разницы во времени в восточных и западных районах
страны снизить пики суммарного суточного потребления.
В зависимости от выполняемых функций,
возможностей обеспечения схемы питания от энергосистемы, величины и режимов
потребления электроэнергии и мощности, особенностей правил пользования
электроэнергией потребителей электроэнергии принято делить на следующие
основные группы:
производственные сельскохозяйственные;
бытовые;
общественно-коммунальные (учреждения,
организации, предприятия торговли и общественного питания и др.).
К промышленным потребителям приравнены
следующие предприятия: строительные, транспорта, шахты, рудники, карьеры,
нефтяные, газовые и другие промыслы, связи, коммунального хозяйства и бытового
обслуживания.
Промышленные потребители являются наиболее
энергоемкой группой потребителей электрической энергии.
Каждая из групп потребителей имеет
определенный режим работы. Так, например, электрическая нагрузка от
коммунально-бытовых потребителей с преимущественно осветительной нагрузкой
отличается большой неравномерностью в различное время суток. Днем нагрузка
небольшая, к вечеру она возрастает до максимума, ночью она резко падает и к
утру вновь возрастает. Электрическая нагрузка промышленных предприятий более
равномерна в течение дня и зависит от вида производства, режима рабочего дня и
числа смен.
Наглядное представление о характере
изменения электрических нагрузок во времени дают графики нагрузок. По
продолжительности они могут быть суточными и годовыми. Если откладывать по оси абсцисс
часы суток, а по оси ординат потребляемую в каждый момент времени мощность в
процентах от максимальной мощности, то получим суточный график нагрузки. На
рис. 2 изображены суточные графики осветительной нагрузки города для зимнего
(октябрь - март) и летнего (апрель - сентябрь) периодов. Максимальная нагрузка
для зимних суток наступает между 17 и 20 ч (кривая а), а для летних суток -
между 22 и 23 ч (кривая б). Таким образом, летний максимум (мощность в часы
пик) наступает позднее и значительно меньше по величине, чем зимой. Дневной
минимум также уменьшается.
По степени обеспечения надежности
электроснабжения и бесперебойного питания все потребители электрической энергии
делят на три категории, определяющие число источников электроэнергии и схему
электроснабжения.
К первой категории относятся потребители,
перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни
людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего
основного оборудования, массовый брак продукции, нарушение функционирования
особо важных элементов коммунального хозяйства. Они должны получать
электроэнергию не менее чем от двух независимых и взаимно резервирующих
источников питания.
Вторую категорию потребителей образуют
электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к недоотпуску
продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта,
нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских
жителей. Они могут обеспечиваться электроэнергией от двух независимых
источников. При нарушении электроснабжения от одного из них допустимы перерывы
электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания
дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой.
Все остальные виды потребителей электроэнергии
относят к третьей группе. Электроснабжение этих потребителей допускается от
одного источника.
Нормальная работа любого потребителя
электроэнергии требует не только бесперебойного электроснабжения, но и
обеспечения определенного качества электрической энергии, к показателям
которого относят: отклонения напряжения и частоты от заданных номинальных
значений, колебания напряжения и частоты, несинусоидальность формы кривой
напряжения, несимметрия трехфазной системы напряжения.
Под отклонением частоты понимают разность
между фактическим значением частоты и ее номинальным значением в интервале 10
мин.
Это отклонение не должно превышать ±0,1
Гц. Сверх такого отклонения допускаются колебания частоты не более 0,2 Гц/с.
Средством поддержания частоты является включение
в работу дополнительных генераторов или разгрузка системы путем ограничения или
отключения потребителей третьей группы.
Допустимые отклонения напряжения для
разных потребителей различны. Так, например, для освещения они составляют -2,5÷5%, для электродвигателей -5÷+10%; для остальных
потребителей - ±5% от номинального.
Для ограничения отклонений и колебаний
напряжения переключают ступени напряжения силовых трансформаторов на
подстанциях, включают на параллельную работу или отключают резервные
трансформаторы, линии и генераторы электростанций. Промышленные предприятия,
как правило, получают электроэнергию от подстанций районных энергосистем и
имеют свои внутренние электрические сети. Внутренние сети делятся на межцеховые
и внутрицеховые.
Небольшие предприятия получают питание от
ближайших подстанций энергосистем по одной или двум линиям - 6-10 кВ и имеют
простейшие внутренние сети. Более крупные предприятия обычно питаются от одной
или двух крупных подстанций при напряжении 110-220 кВ, а также могут иметь
собственную тепловую электростанцию, дающую электроэнергию и теплоту для
технологических нужд. Крупное предприятие имеет по существу свою небольшую
местную энергосистему, связанную с районной пиниями электропередач.
Схема электроснабжения предприятия
определяется характером электрической нагрузки, особенностями данного
производства.
Электрическая нагрузка различных
промышленных предприятий может быть от нескольких десятков до миллионов
киловатт. Принципиальная схема внутрицеховой подстанции приведена на рис. 3.
Большинство приемников потребляет
электрическую энергию переменного тока индуктивного характера. К ним прежде
всего относятся асинхронные двигатели и трансформаторы. Мощность таких
потребителей при заданных значениях тока и напряжения зависит от коэффициента
мощности соsφ. Коэффициент мощности
показывает, как используется номинальная мощность источника. Зависимость потерь
мощности от коэффициента мощности имеет вид
ΔР = RЛI2 = RЛР2/(U2соsφ).
При номинальном режиме потребители имеют
довольно высокий соsφ=0,7÷0,9, но при малой нагрузке коэффициент мощности мал. Наличие
реактивной энергии в линиях и трансформаторах ведет к дополнительным потерям
энергии и напряжения, уменьшает пропускную способность линий электропередачи.
Поэтому по возможности стараются приближать источник реактивной энергии к
местам ее потребления.
Источниками реактивной энергии являются
так называемые компенсирующие устройства: конденсаторные батареи и синхронные
компенсаторы. На промышленных предприятиях для компенсации реактивной мощности
чаще применяют конденсаторные батареи.
Большое значение для промышленных
предприятий в целях повышения коэффициента мощности имеет применение синхронных
двигателей, позволяющих посредством изменения тока возбуждения регулировать
потребление реактивной энергии.
Помимо применения компенсирующих устройств
коэффициент мощности промышленных предприятий необходимо улучшать путем
рационального использования установленных мощностей, ограничения режимов
холостого хода двигателей и трансформаторов, замены малозагруженных двигателей
двигателями меньшей мощности, упорядочения энергетического режима оборудования.
Какими бы темпами не развивалась
энергетика, важнейшей ее задачей является экономия энергии. К мерам по экономии
энергетических ресурсов относятся прежде всего экономия энергии в процессе
производства, преобразования и передачи энергии, более эффективное
использование электрической и тепловой энергии путем внедрения прогрессивных
технологических процессов, снижение металлоемкости продукции, улучшение
организации производства, снижение потерь всех видов продукции, замена дорогих
и органических видов топлива более дешевыми и доступными.
электроизмерительный предохранитель реле
прибор
3.
Предохранители, тепловое реле. Устройство, принцип действия, назначение,
применение
Предохранитель - электрический аппарат,
осуществляющий автоматическое отключение электрической цепи при перегрузке или
коротком замыкании в установках низкого и высокого напряжения.
Предохранитель состоит из плавкого
металлического элемента - вставки в виде тонкой проволоки или пластины и
корпуса с контактным устройством.
Плавкая вставка допускает длительное протекание
тока, но при перегрузках и токах короткого замыкания (I > IВСТ) нагревается до
температуры плавления металла и, расплавляясь, разрывает электрическую цепь.
После отключения цепи в предохранителе следует заменить плавкую вставку новой и
вручную включить его в электрическую цепь.
Плавкие вставки изготовляют из сплава
свинца с оловом, с медью и др. Медные вставки с целью устранения окисления
лудят. Они имеют малое сопротивление и выполняются с малым поперечным сечением.
Большинство предохранителей снабжается дугогасительными средствами внутри
корпуса (фибра, кварцевый песок и др.). Ток, на который рассчитана плавкая
вставка для продолжительной работы, называют номинальным током плавкой вставки IВСТ в отличие от
номинального тока предохранителя IПР, на значение которого рассчитаны токоведущие,
контактные и дугогасительные части предохранителя.
Зависимость времени плавления вставки
предохранителя через нее тока называют защитной характеристикой t=f(I).
На рис. 4 представлены защитные
характеристики двух плавких вставок 1 и 2 на различные номинальные токи. Один и
тот же ток перегрузки I расплавит эти вставки в разное время: время плавления
вставки с меньшим номинальным током будет меньше (t1<t2). Это позволяет
обеспечить селективную защиту электрических сетей.
По конструктивному устройству
предохранители делятся на трубчатые и пробочные ПР.
Трубчатые предохранители выполняются
закрытыми с корпусом из газогенерирующего материала - фибры, который при
повышении температуры создает в трубке большое давление за счет ее разложения.
Предохранитель типа ПР состоит из плавкой вставки 4, заключенной внутри
фибровой трубки 5 разборного типа. Трубка армирована концевыми латунными
кольцами 3 с резьбой, на которые навинчиваются латунные колпаки 2, замыкающие
контакты 1. К контактам крепится плавкая вставка, изготовляемая на номинальные
токи от 15 до 1000 А.
Пробочные предохранители (рис. 6, а, б)
применяются в основном для защиты осветительных установок и электродвигателей'
малой и средней мощности. Они отличаются от трубчатых предохранителей способом
крепления плавкой вставки.
Защита электродвигателя от перегрузок
осуществляется тепловым реле РТ. Тепловое реле надежно защищает
электродвигатель от перегрузки, но не обеспечивает защиты от коротких
замыканий.
Объясняется это тем, что тепловое реле
имеет большую тепловую инерцию. При коротком замыкании ток может повредить цепи
раньше, чем сработает тепловое реле. Кроме того, контакты магнитных пускателей
не рассчитаны на отключение токов короткого замыкания. Поэтому в случае
применения магнитных пускателей (с тепловыми реле для защиты от перегрузок) для
защиты от токов коротких замыканий необходимо устанавливать последовательно с
тепловыми реле плавкие предохранители или автоматы с электромагнитными
расцепителями.
4.
Осветительные приборы и область их применения. Системы и виды освещения. Основы
расчета электрического освещения производственных помещений
Электрическое освещение и источники света
предназначены для создания световых условий, требуемых для труда и отдыха
человека. В последние годы источники света все шире применяются для
технологических целей (сушка, облучение сельскохозяйственной продукции,
получение химических веществ, в информационной технике и т.д.). На освещение в
нашей стране используется около 10% всей производимой электроэнергии.
В зависимости от природы источника
световой энергии различают естественное, искусственное и совмещенное освещение.
Естественное освещение - освещение помещений светом неба (прямым или
отраженным), проникающим через световые проемы (окна) в наружных стенах.
Естественное освещение подразделяется на
боковое, верхнее и комбинированное. Во всех производственных помещениях с
постоянным пребыванием в них людей для работ в дневное время следует
предусмотреть естественное освещение как более экономичное и совершенное с
точки зрения медико-санитарных требований по сравнению с искусственным
освещением. Особенность естественного освещения - чрезвычайно широкий диапазон
изменения и непостоянство. Поэтому оценивать естественное освещение в
абсолютных единицах освещенности - люксах не представляется возможным. В
качестве нормируемой величины принята относительная величина - коэффициент
естественной освещенности е (КЕО), который представляет собой выраженное в
процентах отношение освещенности в данной точке внутри помещения, Ет,
к одновременной, замеренной наружной освещенности, Етр, создаваемой
рассеянным светом всего небосвода: е = (ЕВН/ЕНАР)*100%.
Достаточность естественного освещения в
помещении регламентируется специальными нормами, которыми установлены значения
КЕО в зависимости от следующих четырех факторов:
характера и точности зрительной работы;
системы освещения;
коэффициента светового климата,
определяемого в зависимости от района расположения здания на территории России;
коэффициента солнечности, зависящего от
ориентации здания относительно света.
Для зданий, расположенных в центре
европейской части России, независимо от их ориентации коэффициенты светового
климата и солнечности равны единице. В помещениях с боковым односторонним
освещением нормируется минимальное значение КЕО в точке на рабочей поверхности,
наиболее удаленной от светового проема. Значение КЕО меняется в зависимости от
точности зрительной работы и может быть при верхнем и комбинированном освещении
от 2 до 10%, при боковом - от 0,5 до 3,5%. Установленные нормируемые значения
КЕО используются при проектировании производственных зданий (помещений). На
стадии проектирования основной задачей светотехнических расчетов при
естественном освещении является определение требуемой площади световых проемов.
В том случае, если естественное освещение
оказывается недостаточным, его дополняют искусственным. Такое освещение
называют совмещенным.
Искусственное освещение применяется в часы
суток, когда естественный свет не достаточен, или в помещениях, где он
отсутствует. Существуют следующие виды искусственного освещения по
функциональному назначению: рабочее, аварийное, эвакуационное и дежурное.
Рабочее освещение устраивается во всех
помещениях и создает на рабочих поверхностях нормируемую освещенность,
аварийное освещение позволяет не прекращать работу в случае аварии в сети
обычного освещения, освещение безопасности дает возможность людям легко и
уверенно выйти из здания при аварии в сети обычного освещения.
Аварийное освещение устраивается в очень
ответственных помещениях и, как правило, в зданиях управления не применяется,
за исключением гардеробов с числом мест хранения 300 и более, помещениях
диспетчерских, узлов связи и некоторых других. Оно должно обеспечивать
освещенность 5% нормируемой для рабочего освещения при системе общего
освещения, но не менее 2 лк.
Освещение безопасности (аварийное для
эвакуации) должно устраиваться в основных проходных помещениях, коридорах и на
лестницах, служащих для эвакуации людей из административных зданий, где
работают или пребывают одновременно более 50 человек, а также из здравпунктов,
книго- и архивохранилищ независимо от числа лиц, пребывающих там; актовых
залах, гардеробных, в помещениях, где одновременно могут находиться более 100
чел. (большие аудитории, обеденные, актовые залы, конференц-залы).
Освещение безопасности должно обеспечивать
освещенность не менее 0,5 л к на полу основных проходов и на ступеньках
лестниц.
В административных зданиях следует
устанавливать световые указатели «Выход» у выходов из обеденных помещений и
актовых залов, конференц-залов и других помещений, рассчитанных на
одновременное пребывание более 100 чел.; у выходов из коридоров, к которым
примыкают помещения, где одновременно могут находиться более 50 чел.; у выходов
с эстрад конференц-залов и актовых залов, вдоль коридоров длиной более 25 м.
Световые указатели «Выход» должны присоединяться к сети освещения безопасности
(эвакуационного), а световые указатели со встроенными автономными источниками
питания - подсоединяться к сети рабочего освещения и автоматически
переключаться на автономный источник питания при аварийном погасании рабочего
освещения.
Для дежурного освещения вестибюлей,
коридоров, конференц-залов, актовых залов следует использовать светильники
освещения безопасности или часть светильников рабочего освещения с питанием их
от самостоятельной групповой линии.
Для освещения безопасности рекомендуется
использовать часть светильников общего освещения.
Для освещения аварийного и безопасности
(эвакуационного) следует применять лампы накаливания или люминесцентные, работа
которых рассмотрена ниже. При этом лампы должны питаться во всех режимах
переменным током с напряжением 90% номинального и температуре воздуха в
помещении не ниже +5°С. Освещение аварийное и безопасности в достаточной
степени должно быть резервировано за счет рационального выбора схемы питания,
особенно если оно может быть осуществлено при минимальной затрате средств.
Искусственное освещение проектируется
общим и комбинированным. Общее - при котором светильники размещаются в верхней
зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к
расположению оборудования (общее локализованное освещение). При комбинированном
освещении к общему добавляется местное от светильников, концентрирующих
световой поток непосредственно на рабочих местах. Искусственное освещение
должно обеспечивать освещенность на рабочих местах в соответствии с
разработанными нормами. В основу нормирования освещенности положены следующие
показатели, характеризующие условия зрительной работы: размер объекта и его
коэффициент отражения, фон, контраст объекта с фоном.
Размер объекта - наименьший размер,
который необходимо выделить при проведении работ. Например, при чтении текста
этим размером будет толщина линии буквы, при работе с приборами - толщина линии
градуировки шкалы или толщина стрелки.
Коэффициент отражения объекта р0
различается по светлоте так же, как и фон. Объект может быть светлым при р0
> 0,4, средним при 0,2≤р0≤0,4 и темным при р0
< 0,2.
Фон - величина, определяемая коэффициентом
отражения поверхности рф, на которой рассматривается объект.
Контраст объекта с фоном К характеризуется
отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости
фона или между их коэффициентами отражения к коэффициенту отражения фона.
Контраст объекта с фоном бывает большим, средним или малым в зависимости от его
численного значения:
средним - при 0,2 ≤ К≤ 0,5
(объект или фон заметно отличаются по яркости);
малым - при К< 0,2 (объект и фон мало
отличаются по яркости).
В некоторых случаях фон и контраст объекта
с фоном можно определить визуально, например при чертежных работах: фон -
светлый, контраст объекта с фоном - большой.
При нормировании осветительных условий
(определении уровня освещенности по разработанным нормам) для заданной
зрительной работы при искусственном освещении необходимо знать:
разряд работы, который зависит от размера
объекта различения;
подразряд работы, который зависит от
контраста объекта с фоном и характеристики фона.
Принимая во внимание параметры, указанные
выше, определяется нормируемое значение искусственного освещения.
Предусматриваемое число разрядов для промышленных предприятий составляет 8,
первые 5 разрядов имеют подразряды работ. В основу норм положена шкала со
ступенями освещенности: 5, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 150, 200, 300, 400,
500, 600, 750, 1000, 1250, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000 лк. Освещенность
повышают на одну ступень по шкале освещенности в тех случаях, когда работа
связана с повышенной опасностью, при непрерывной зрительной работе более 4 ч,
отсутствии естественного света, в помещениях для работы и обучения подростков,
при рассмотрении объектов, расположенных от глаз далее чем на 0,5 м, или
движущихся поверхностях. В помещении должна быть обеспечена равномерность и
устойчивость уровня освещенности во избежание частоты переадаптации и утомления
зрения. В поле зрения должна отсутствовать прямая (от самих источников) и
отраженная блесткость.
Расчет освещенности
Светотехнические расчеты являются одними
из наиболее массовых инженерных расчетов; их приходится постоянно выполнять
многим тысячам людей. Обычной задачей расчета освещенности является определение
числа и мощности светильников, необходимых для обеспечения заданного значения
освещенности. Рассмотрим один из упрощенных способов расчета освещенности,
основанный на методе коэффициента использования.
Пусть в помещении установлено N светильников, поток в
каждом из которых равен Ф, так что всего в помещение внесен поток ТУФ. Часть
этого потока теряется в светильниках, часть падает на стены и потолок
помещения. Отношение потока, падающего на освещаемую поверхность ко всему
потоку ламп, называется коэффициентом использования η. Распределяясь на площади S, поток NФη создает на ней среднюю освещенность
(1)
Расчет обычно проводят на минимальную освещенность Еmin. Введя коэффициент минимальной
освещенности Z=Еф/Еmin, получим
(2)
Нормированная освещенность Е= Emin должна быть обеспечена во все время
эксплуатации. Поэтому в формулу для ее определения должен быть введен
коэффициент запаса К. Для люминесцентных ламп коэффициент запаса принимается
равным 1,5 для ламп накаливания - 1,3. Эти значения установлены с учетом
двухразовой чистки светильников в год. Тогда
(3)
Последнюю формулу используем для определения светового потока
(4)
Тогда число светильников получим следующим:
(5)
Коэффициент Z зависит от
размеров и формы помещения, коэффициента отражения его поверхностей,
характеристик светильника и в наибольшей степени от значения
,
где L - расстояние между светильниками или их
рядами; h - расчетная высота.
С увеличением λ сверх оптимальных значений Z начинает быстро возрастать, что энергетически невыгодно. В
области оптимальных значений λ X коэффициент Z относительно невелик (Z= 1,15 при освещении светильниками и Z= 1,15 при освещении линиями люминесцентных светильников). При
расчете средней освещенности коэффициент Z не учитывается, в установках отраженного света при хорошо
отражающих стенах этот коэффициент приближается к единице.
Зависимость от площади, высоты и формы помещения учитывается
комплексной характеристикой i:
i=S/[h (A + B)],
где S - площадь помещения; h - расчетная высота; А и В-стороны помещения.
По величине i с помощью
таблиц для каждого типа светильника определяется л. Отметим, что коэффициент
использования η прямо
пропорционален коэффициенту полезного действия светильников. Он также зависит
от формы кривой силы света светильников, возрастая с увеличением степени
концентрации светильниками светового потока и убывая с увеличением доли потока,
направляемой светильником в верхнюю часть пространства. Коэффициент использования
возрастает с увеличением площади помещения, так как при этом увеличивается
телесный угол, в пределах которого поток падает непосредственно на расчетную
поверхность. По той же причине возрастает с уменьшением расчетной высоты. Он
возрастает с увеличением X, так как при
этом увеличивается среднее расстояние светильников от стен, и с увеличением
коэффициентов отражения потолков, стен и полов помещения.
Определив с помощью формулы (4) световой поток лампы Ф, по
таблицам подбирают ближайшую стандартную лампу и определяют электрическую
мощность всей осветительной системы.
В практике допускается отклонение потока выбранной лампы от
расчетного до -10%… +20%. Если отклонение не укладывается в указанные пределы,
выбирают другую схему расположения светильников.
Список литературы
1. Соколова Е.М. Электрическое и электромеханическое
оборудование: Общепромышленные механизмы и бытовая техника: Учеб. пособие для
студ. учреждений сред. проф. образования. - М.: Мастерство, 2001. - 224 с.
2. Жеребцов И.П. Электрические и магнитные цепи. Основы
электротехники. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.
отделение, 1987. - 256 с.: ил.
. Электротехника: Учеб для ПТУ / Шихин А.Я.,
Белоусова Н.М., Пухляков Ю. X. и др; Под ред. А.Я. Шихина. - М.: Высш. шк., 1989.
- 336 с.: ил.
. Поляков В.А. Электротехника: Учеб. пособие для
учащихся 9 / 10 кл. - М.: Просвещение, 1982. -239 с. ил.
5. Луковников А.В. Охрана труда. - 5. изд., перераб. и
доп. - М,: Колос, 1984. - 288 с., ил. - (Учебники и учеб, пособия для высш. с.-х.
учеб, заведений).