第十章电气照明

电力工程基础第十章电气照明河北科技大学电气工程系2/4/20231河北科技大学电气工程系第十章电气照明10.1照明技术的有关概念0.2照明方式和种类10.3电光源和灯具10.4照明质量与照度计算10.5照明供电系统2/4/20232河北科技大学电气工程系10.1照明技术的有关概念光通量：光源在单位时间内向周围空间辐射出的使人眼产生光感的能量，称为光通量，简称光通，用符号Φ表示，单位为lm（流明）。电光源每消耗1W功率所发出的流明数，称为发光效率，简称光效。发光强度：光源在某一特定方向上单位立体角内的辐射的光通量，称为光源在该方向上的发光强度，简称光强，用符号I表示，单位为cd（坎德拉）。即

式中，Φ为光源在立体角Ω内所辐射的总光通量；Ω为空间立体角，，A为与Ω相对应的球面积，r为球半径。2/4/20233河北科技大学电气工程系10.1照明技术的有关概念照度：受照物体单位面积上接收到的光通量，称为照度，用符号E表示，单位为lx（勒克斯）。即亮度：光源在给定方向单位投影面上的发光强度，称为亮度，用符号表示，单位为cd/m2。如图10-1所示，设发光体表面法线方向的光强为I，则发光体在视线方向的亮度为上式表明，发光体表面的亮度与视线方向无关。图10-1亮度的定义示意图2/4/20234河北科技大学电气工程系10.1照明技术的有关概念光源的色温和显色性当光源的发光颜色与黑体加热到某一个温度所发出的光的颜色相同时，称该温度为光源的颜色温度，简称色温，单位为K（开尔文）。光源对被照物体颜色显现的性质称为光源的显色性，并用显色指数来表示光源显色性能的好坏。光源的显色指数，是指在被测光源照射下物体的颜色与日光参照光源照射下该物体颜色相符合的程度。白炽灯的色温为2400～2920K，日光灯的色温为6500K。日光的显色指数为100，白炽灯的显色指数为97～99，荧光灯的显色指数为75～90。物体的颜色以日光光源照射下的颜色为准。2/4/20235河北科技大学电气工程系10.1照明技术的有关概念物体的光照性能反射比：吸收比：透射比：当光通量投射到物体上时，其中有从物体表面反射回去，被物体吸收，透过物体，如图10-2所示。显然有：

又叫反射系数或反射率又叫吸收系数或吸收率又叫透射系数或透射率图10-2物体的光照性能说明图2/4/20236河北科技大学电气工程系10.2照明方式和种类一、照明方式一般照明：在整个场所或场所的某一部分照度基本上均匀的照明，称为一般照明。局部照明：局限于工作部位的固定或移动的照明，称为局部照明。对于局部地点需要高照度并对照射方向有要求的场所，宜采用局部照明。混合照明：由一般照明和局部照明共同组成的照明，称为混合照明。对于工作位置需要较高照度并对照射方向有特殊要求的场所，宜采用混合照明。2/4/20237河北科技大学电气工程系10.2照明方式和种类二、照明种类工作照明：正常工作时使用的室内外照明。事故照明：当工作照明因事故而中断时，供暂时继续工作或疏散人员等而设置的紧急照明。值班照明：在非生产时间内专供值班人员使用的照明。警卫照明：用于警卫地区周界附近的照明。障碍照明：装设在建筑物上作为障碍标志的照明。2/4/20238河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具一、电光源的类型及性能热辐射光源：利用物体加热时辐射发光的原理所制成的光源，如白炽灯、卤钨灯等。气体放电光源：利用气体放电时发光的原理所制成的光源，如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯和氙灯等。1．电光源的类型2．光源的性能光源的主要性能指标是：光效、寿命、显色指数、起动及再起动时间等。常用照明电光源的主要技术特性见表10-1。2/4/20239河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具3．光源的选择原则对照度要求不高、要求频闪效应小、开闭频繁、需要防止电磁波干扰、需要调光、局部或事故照明的场所，一般选用白炽灯。对照度及显色性要求较高的场所，一般选用日光灯。对照度要求高、显色性要求较好、要求频闪效应小和需要调光的场所，一般选用卤钨灯。从表10-1可以看出，这些性能指标之间有时是相互矛盾的，在选用电光源时，应优先考虑光效高、寿命长，其次才考虑显色指数和起动性能等指标。2/4/202310河北科技大学电气工程系对安装高度较高，并需要大面积照明的场所或震动较大的场所，一般选用荧光高压贡灯或高压钠灯。选用光源时还应估计灯具的安装高度。10.3电光源和灯具白炽灯适用6～12m的悬挂高度；荧光灯适用2～4m的悬挂高度；高压汞灯和高压钠灯适用5～18m的安装高度；卤钨灯适用于6～24m的安装高度。当采用一种光源不能满足光色或显色性要求时，可采用两种或多种光源混合照明。2/4/202311河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具二、灯具的选用与布置1．灯具的特性灯具（照明器）是灯泡和灯罩的总称。灯具的特性可用配光曲线、保护角和灯具效率三个特征量来描述。配光曲线（光强分布曲线）：表征灯具在空间各个方向的光强分布特性。保护角（遮光角）：表征灯具的光线被灯罩遮盖的程度，也表征避免灯具对人眼直射眩光的范围。对一般照明灯具，配光曲线绘在极坐标上，其光源采用1000lm的假想光源；对聚光很强的投光灯，其配光曲线一般绘在直角坐标上。2/4/202312河北科技大学电气工程系一般照明灯具的保护角为灯丝（或发光体）的水平线与灯丝的最边缘点和灯具出光口的连线之间的夹角，如图10-3所示。10.3电光源和灯具灯具的效率一般在0.5～0.9之间，其大小与灯罩材料与形状、灯丝的位置有关。灯具效率：灯具辐射的光通量Φ1与光源发出的光通Φ2之比，即图10-3灯具的保护角2/4/202313河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具2．灯具的分类按灯具的配光曲线分类CIE分类法：根据光通量在灯具上半球与下半球的分配比例，可以将灯具分为五种类型，见表10-2。表10-2灯具的分类（按光通量在灯具上、下半球的分配比例）类型光通量分布特性特点上半球下半球直接型0%～10%100%～90%光线集中，工作面上可获得充分照度半直接型10%～40%90%～60%光线能集中在工作面上，空间也能得到适当照度，比直接型眩光小漫射型40%～60%60%～40%空间各个方向光强基本一致，可达到无眩光半间接型60%～90%40%～10%增加了反射光的作用，使光线比较均匀柔和间接型90%～100%10%～0%扩散性好，光线柔和均匀，避免了眩光，但光的利用率低2/4/202314河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具传统分类法：根据灯具的配光曲线形状，可以将灯具分为五种类型，如图10-4所示。广照型：最大发光强度分布在较大角度（50°～90°）上。均照型：光强在各个角度基本相等。正弦配光型：光强是角度θ的正弦函数，即。配照型：光强是角度θ的余弦函数即。深照型：光通量和最大光强集中在0°～30°的狭小立体角内。图10-4灯具的几种典型配光曲线1—正弦配光型2—广照型3—均照型4—配照型5—深照型余弦配光型漫射型2/4/202315河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具按灯具的结构特点分类开启型：光源与灯具外界空间直接接触（无罩）。闭合型：透明罩将光源包含起来，但内外空气仍能自由流通。密闭型：其光源被透明罩密封，内外空气不能对流。防爆型：其光源被高强度透明罩密封，透明罩本身及其固定处均能承受足够的压力，能安全使用在有爆炸危险介质的场所。隔爆型：其光源也被高强度透明罩密封，但不是靠其密封性来防爆，而是在灯座与灯罩之间有一隔爆间隙，也能安全使用在有爆炸危险介质的场所。2/4/202316河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具3．灯具的选用在空气干燥和少尘的室内场所，应选用开启式灯具。在潮湿或特别潮湿的场所，应选用密闭型防水防尘灯具或带有防水灯头的开启式灯具。在含有大量尘埃，但无爆炸和火灾危险的场所，应选用防尘型灯具。在有爆炸和火灾危险的场所，应按危险场所的等级选择相应的灯具。在震动较大的场所，应选用防震型灯具，或用普通灯具再加防震措施。2/4/202317河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具在有腐蚀气体和蒸汽的场所，应选用耐腐蚀材料制成的密闭式灯具。在高温场所，应采用带有散热孔的开启式灯具。在有可能受到机械损伤的场所或灯具的安装高度较低时，灯具应有安全保护措施。4．灯具的布置灯具布置的要求首先要保证照度要求，要使光线射向适当、限制眩光阴影。还应考虑方便、安全、美观、经济等因素。2/4/202318河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具灯具的布置方式（图10-5）均匀布置：灯具有规律地按行、列等距离布置，与设备位置无关。选择布置：灯具的布置位置与工作表面的位置有关，大多按工作表面对称布置，力求使工作面获得最有利的光照并消除阴影。图10-5室内灯具的布置方式a）均匀布置b）选择布置2/4/202319河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具均匀布置的灯具可排列成矩形（含正方形），也可以排列成菱形，如图10-6所示。灯具布置是否合理，取决于灯具间的距离l和灯具的悬挂高度h之比值（简称距高比）。能使照度均匀度最高的距高比，称为较佳距高比（表10-3）。图10-6灯具的均匀布置示意图a）矩形布置b）菱形布置2/4/202320河北科技大学电气工程系10.3电光源和灯具表10-3灯具的较佳距高比l/h值照明器类型l/h单行布置时房间最大宽度（m）多行布置单行布置配照型、广照型、双罩配置型工厂灯1.8～2.51.8～2.01.2h深照型、镜面深照型灯、乳白玻璃罩吊灯1.6～1.81.5～1.81.0h防爆灯、圆球灯、吸顶灯、防水防尘灯、防潮灯2.3～3.21.9～2.51.3h荧光灯1.4～1.5灯具作矩形布置时，应以正方形布置时照度最均匀；灯具作菱形布置时，灯具间呈等边三角形时照度分布最均匀。

由图10-6知：最边缘一列灯具离墙的距离为：当靠墙有工作面时，取

=（0.25～0.3）l

；靠墙为通道时，取=（0.4～0.5）l。l为灯具间的距离，对矩形布置，取2/4/202321河北科技大学电气工程系10.4照明质量与照度计算一、照明质量照度的合理性：工作面要有足够的照度和亮度，确保达到国家规定的最低照度标准。照明的均匀性：工作面上照明要均匀，且工作面与周围环境的照度的差别也不能太大。限制眩光：眩光是由于亮度分布不均匀或亮度变化幅度太大而引起的使人视觉不舒服或视力降低的视觉状态。光源的显色性：在需要正确辨色的场所，应采用显色指数高的光源，如白炽灯、日光色荧光灯、日光色熵灯等。照明的稳定性：照明的不稳定性主要是由于光源的光通量变化所致。2/4/202322河北科技大学电气工程系10.4照明质量与照度计算二、照度计算1.利用系数法利用系数的概念：光源投射到工作面上的光通量与光源发出的总光通量之比，称为利用系数，用u表示，即式中，Φe为投射到计算工作面上的光通量；Φ为每盏灯的光通量；n为灯的数量。利用系数的大小与灯具的特性（型式、光效和配光曲线）、灯具悬挂的高度、房间的大小和形状、空间各平面（墙壁、顶棚及地面）的反射系数等因素有关。2/4/202323河北科技大学电气工程系10.4照明质量与照度计算利用系数的确定利用系数是按墙壁、顶棚和地面的反射系数及房间的受照空间特征来确定的。 房间的受照空间特征可用“室空间比”（RCR）来表征，如图10-7所示，将全室分为三个空间，即顶棚空间、室空间和地板空间。 式中，hRC为室空间高度；l和b分别为房间的长度和宽度。图10-7房间的空间划分示意图2/4/202324河北科技大学电气工程系10.4照明质量与照度计算按利用系数计算工作面上的平均照度和最低照度受照工作面上的实际平均照度按下式计算：式中，K为减光系数（维护系数），受光源本身使用期间光通衰减程度、灯具及环境污染程度的影响，一般取值为0.7；A为受照房间面积（m2）。若已知工作面上的平均照度，并已确定灯具型式和光源功率时，则所需灯具的个数为：2/4/202325河北科技大学电气工程系10.4照明质量与照度计算说明：由于现行照明规程规定的是最低照度，并非平均照度，因此，在计算时需引入最低照度校正系数。最低照度校正系数是指最小照度与平均照度的比值，即因此，求出平均照度Eav后，即可求出最低照度Emin：灯具以较佳的l/h值布置时的最小照度系数见书中表10-4。2/4/202326河北科技大学电气工程系10.4照明质量与照度计算2.概算曲线法概算曲线法的实质是利用系数法的实用简化，它是在假设被照水平工作面的平均照度为100lx时，按进行计算而绘出的被照房间面积与所需灯数之间的关系曲线。根据房屋建筑的环境污染特征确定其顶棚、墙壁和地面的反射比、和，并求出该房间的水平面积A；

由相应的灯具概算曲线上查出对应的灯数N。说明：由于实际的减光系数K与绘制概算曲线所依据的减光系数不一定一致，且实际要求达到的平均照度不一定是100lx，因此实际所需的灯数应按下式计算：2/4/202327河北科技大学电气工程系10.4照明质量与照度计算3.比功率法比功率又称单位功率，是指单位水平面积上所需灯泡的安装功率，即式中，P0为单位安装功率；为受照房间全部灯泡的安装功率；PL为每盏灯的功率；n为灯的数量；A为受照房间面积。因此，若已知比功率P0和房间的水平面积A，即可求得该房间的总安装功率，即2/4/202328河北科技大学电气工程系10.5照明供电系统一、照明供电电压正常照明网络一般采用380/220V中性点直接接地的三相四线制系统供电，灯具电压为220V。检修用手提行灯一般采用36V，在危险场所中的手提行灯应采用12V。隧道照明电压一般采用36V。安装在生产车间、厂房内的照明器，当其高度低于2.4m时，应有防止触电的安全措施或采用36V及以下的电压。照明供电电压一般不宜偏离其额定电压的5%。2/4/202329河北科技大学电气工程系10.5照明供电系统二、照明供电方式工作照明的供电方式一般工作场所的正常工作照明，可与动力负荷共用变压器。当电力线路中的电压波动影响照明质量和灯泡寿命时，照明负荷宜由单独的变压器供电。事故照明的供电方式为了继续工作用的事故照明应由独立的备用电源供电，如自备发电机、蓄电池或其他电源；为疏散用的事故照明，应由与工作照明分开的线路供电。事故照明的正常电源在故障停电时应能实现备用电源自动投入。2/4/202330河北科技大学电气工程系10.5照明供电系统三、照明供电系统照明供电系统有放射式、树干式和混合式等接线方式，实际的照明供电系统一般均采用混合式接线。照明线路一般采用熔断器或低压断路器进行短路或过负荷保护。当用熔断器保护照明线路时，熔断器应安装在相线上，照明线路的PE线或PEN线上不允许装设熔断器；当用低压断路器保护照明线路时，其过流脱扣器应装设在不接地的相线上。2/4/202331河北科技大学电气工程系10.5照明供电系统四、照明线路导线截面选择由于照明光源对电压水平要求较高，因此照明线路通常应先按允许电压损失选择导线截面，再按发热条件和机械强度进行校验。1.均一照明线路导线截面选择由3.4知，按允许电压损失选择导线截面的公式为式中，为线路中负荷功率矩之和；C为计算系数，参看表3-1。2/4/202332河北科技大学电气工程系10.5照明供电系统照明线路干线截面选择可用下式进行简化计算：2.有分支照明线路导线截面选择当某段线路的导线截面选定后，可按下式计算该段线路的实际电压损失：计算下一段线路的导线截面时，其允许电压损失为：式中，为由计算线