ch10电气照明课件

第10章工厂电气照明§10.1电气照明概述§10.2常用照明光源和灯具§10.3照度计算§10.4照明供电系统小结§10.1电气照明概述工厂电气照明分为自然照明（天然采光）和人工照明两大类，而电气照明是人工照明中应用范围最广的一种照明方式。10.1.1照明技术的有关概念

1.光、光谱和光通量（1）光（2）光谱（3）光通量（光通）2.光强及其分布特性光强光强是即发光强度，是表示向空间某一方向辐射的光通密度。用符号I表示，单位为坎德拉（cd）。对于向各个方向均匀辐射光通量的光源，其各个方向的光强相等，计算公式为I＝Φ／Ω（10-1）10.1.1照明技术的有关概念式中，Ω为光源发光范围的立体角，单位为球面度(sr)，且Ω＝A／r2，其中r为球的半径，A为与Ω相对应的球面积；Φ为光源在立体角内所辐射的总光通量。（2）光强分布曲线光强分布曲线也叫配光曲线，它是在通过光源对称轴的一个平面上绘出的灯具光强与对称轴之间角度α的函数曲线。配光曲线是用来进行电气计算的一种基本技术资料。对于一般灯具来说，配光曲线是绘在极坐标上的，如图10-1所示。

对于聚光很强的投光灯，其光强分布在一个很小的角度内，其配光曲线一般绘在直角坐标上，如图10-2所示。图10-1绘在极坐标上的配光曲线(D-1型配照灯)图10-2绘在直角坐标上的配光曲线（投光灯）

L＝／Aα＝Icosα／Acosα＝I/A

(10-3)可见，发光体的亮度值实际上与视线方向无关。4．物体的光照性能和光源的显色性能（1）物体的光照性能当光通量Φ投射到物体上时，一部分光通从物体反射回去，一部分光通被物体吸收，而余下一部分光通则透过物体，如图10-4所示。10.1.1照明技术的有关概念为了表征物体的光照性能，引入了以下三个参数：①反射比是指反射光的光通量与总投射光通量Φ之比，即ρ＝/Φ(10-4)图10-4光通量投射到物体上的情况②吸收比是吸收光的光通量Φα与总投射光的光通量Φ之比，即α＝/Φ（10-5）③透射比是透射光的光通量Φτ与总透射光的光通量Φ之比，即τ＝/Φ（10-6）这三个参数存在如下关系：ρ+α+τ＝1(10-7)一般特别重视反射比这个参数，因为它与照明设计直接相关。（2）光源的显色性能同一颜色的物体在具有不同光谱的光源照射下，能显出不同的颜色。光源对被照物体颜色显现的性质，叫做光源的显色性。10.1.1照明技术的有关概念为表征光源的显色性能，特引入光源的显色指数这一参数。光源的显色指数Rα是指在待测光源照射下物体的颜色与日光照射下该物体的颜色相符合的程度，而将日光与其相当的参照光源显色指数定为100。因此物体颜色失真越小，则光源的显色指数越高，也就是光源的显色性能越好。白炽灯的一般显色指数为97～99，荧光灯的为79～90，显然荧光灯的显色性要差一些。10.1.1照明技术的有关概念2．照明的种类照明按其用途可分为工作照明、应急照明、值班照明、警卫照明、景观照明和障碍照明等。10.1.2照明方式和种类照明种类正常照明应急照明值班照明警卫照明景观照明障碍照明备用照明安全照明疏散照明10.2常用照明光源和灯具

照明光源和灯具是照明器的两个主要部件，照明光源提供发光源，灯具起固定光源的作用。

10.2.1照明光源在照明工程中使用的各种光源可以根据其工作原理、构造等特点加以分类。根据光源的工作原理主要分有两大类：一类是热辐射光源，如白炽灯、卤钨灯等；另一类是气体放电光源，如氙灯、钠灯等。气体放电光源按放电形式又可分为辉光放电（如霓虹灯）和弧光放电（如荧光灯、钠灯）。1．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称为热辐射光源。目前常用的热辐射光有：（1）白炽灯其发光原理为灯丝通过电流加热到白炽状态从而引起热辐射发光。热辐射发光光源。结构简单、成本低、显色性好、使用方便，有良好的调光性能，但发光效率低，寿命短。一般情况下，室内外照明不应采用普通照明白炽灯，在特殊情况下（如开关频繁场所、需要调光场所、要求防止电磁波干扰的场所）需采用时，其额定功率一般不应超过100W。10.2常用照明光源和灯具

其发光电流流过钨制灯丝，产生大量热量，使灯丝温升达2400--2900K成白炽状而发光。凡40W以下的灯泡，玻璃内抽成真空；60W以上的大功率灯泡先抽成真空，再充以氩气等惰性气体，以降低钨丝的蒸发速度。但由于输入白炽灯的电能只有20%以下转化为光能，80%以上转化为红外线辐射能和热能，发光效率不高。

2．气体放电光源利用气体放电时发光的原理所做成的光源称为气体放电光源。目前常用的气体放电光源有5种。（1）荧光灯荧光灯的结构如图10-7所示。它是利用汞蒸气在外加电压作用下产生电弧放电，发出少许可见光和大量紫外线，紫外线又激励管内壁涂覆的荧光粉，使之再发出大量的可见光。二者混合光色接近白色。10.2.1照明光源图10-7荧光灯结构图1-灯头2-灯脚3-玻璃芯柱4-灯丝（钨丝，电极）5-玻管（内壁涂荧光粉，充惰性气体）6-汞（少量）启辉器主要由一个U形双金属动触片和一个静触片组成，它们装在一个充满惰性气体（氖气）的玻璃泡内，并用金属外壳作保护。镇流器实际上是一个铁芯线圈。10.2.1照明光源合上开关后，电源电压加在启辉器的固定触片和可动触片之间，由于电极间的距离小，在线路电压的作用下，启辉器中的氖气产生辉光放电，启动器的电极由此受热而膨胀，因为U形双金属片两层材料的热膨胀系数不同，所以发生伸张，与固定电极接触。这时经镇流器、灯丝、启辉器电极构成电流的通路。10.2.1照明光源由于日光灯管正常工作时，是气体导电，电阻小，故要求加在灯管两端的电压不能太大（小于220v）。此时，镇流器由于本身的阻抗（阻交流，筒直流），可产生较大的电压降，从而使灯管两端维持较低的工作电压（镇流器相当于一个大阻抗和日光灯这个小阻抗串联在220v电路中）。10.2.1照明光源在灯管放电后，汞原子受到电子的不断碰撞，激发产生紫外线，紫外线照射到灯管的荧光粉上，发出可见光。荧光灯具有光色好、光效高、寿命长，表面温度低等优点，广泛应用于各类建筑的照明中。10.2.1照明光源

（3）高压钠灯是利用高压钠蒸汽放电工作的，光呈淡黄色。其工作线路图和高压汞灯类似。利用高压钠蒸汽放电，其辐射光的波长集中在人眼较灵敏的区域，光效约为高压汞灯的2倍；透雾性强，寿命可达10000h以上，但启动时间长。广泛应用于道路、机场、码头、车站、广场及工矿企业照明。10.2.1照明光源（4）金属卤化物灯金属卤（碘、溴、氯）化物灯是在高压汞灯的基础上为改善光色而发展起来的新型光源，不仅光色好，而且光效高，受电压影响也较小，是目前比较理想的光源。可用于商场、大型广场和体育场。（5）氙灯氙灯为惰性气体弧光放电灯，高压氙气放电时能产生很强的白光，接近连续光谱，和太阳光十分相似，故有“人造小太阳”之美称。适用于广场、车站和大型屋外配电装置等。3．新型电光源-LED灯LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。1）高效节能：2）超长寿命：半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时）3）健康：光线健康光线中含紫外线和红外线少，产生辐射少（普通灯光线中含有紫外线和红外线）4）绿色环保：不含汞和氙等有害元素，利于回收，普通灯管中含有汞和铅等元素。5）保护视力：直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪）10.2.1照明光源表10-1常用照明光源的主要技术特性比较10.2.1照明光源10.2.2灯具光源与其配用的灯具（这里主要指灯罩）统称为照明器。灯具的作用是固定和保护光源，以及装饰和美化环境。1．工厂常用灯具的类型（1）按灯具的配光特性分类裸露的灯泡所发出的光线是射向四周的，为了充分利用光能，加装灯罩后使光线重新分配，称为配光。按灯具的配光特性来进行分类的方法有两种：一是传统的分类法；一是国际照明委员会（CIE）提出的分类法。传统分类是根据灯具的配光曲线(为了表示光源加装灯罩后，光强在各个方向的分布情况而绘制在对称轴平面上的曲线，如图10-12形状进行分类：1）正弦分布型光强是角度的正弦函数，且当θ＝900时光强为最大。如GC15-A、B-1型散照型防水防尘灯。图10-12配光曲线示意图1-正弦分布型2-广照型3-漫射型4-配照型5-深照型

4）配照型光强是角度的余弦函数，且当θ＝00时光强为最大。如GC1-A、B-1配照型工厂灯。5）深照型光通量和最大光强值集中在00～300间的立体角内。如GC5-A、B-2深照型工厂灯。6）特深照型光通量和最大光强值集中在00～150的狭小立体角内。如JS300镜面深照型工厂灯。CIE分类是根据灯具向下和向上投射光通量的百分比进行分类：1）直接照明型灯具向下投射的光通量占总光通量的90％～100％，而向上投射的光通量极少。2）半直接照明型灯具向下投射的光通量占总光通量的60％～90％，向上投射的光通量只有10％～40％。10.2.2灯具

2）广照型最大光强分布在500～900之间，可在较广的面积上形成均匀的照度。如GC3-A、B-1广照型工厂灯。3）漫射型各个角度的光强是基本一致的。如JXD1-2乳白色玻璃圆球灯。3）均匀漫射型灯具向下投射的光通量和向上投射的光通量差不多相等，各为40％～60％之间。4）半间接照明型灯具向上投射的光通量占总光通量60％～90％，向下投射的光通量只有10％～40％。5）间接照明型灯具向上投射的光通量占总光通量的90％～100％，而向下投射的光通量极少。（2）按灯具的结构特点分类1）开启型光源与外界空间直接接触（无罩）。如GC3-A、B-1广照型工厂灯。2）闭合型灯罩将光源包合起来，但内外空气仍能自由流通。如JDD1-1圆球吊灯。3）封闭型灯罩固定处加以一般封闭，内外空气仍可有限流通。如投光灯。4）密闭型灯罩固定处加以严密封闭，内外空气不能流通。如GC35防潮灯。5）防爆型灯罩及其固定处均能承受要求的压力，符合《防爆电气设备制造检验规程》的规定，能安全使用在有爆炸危险性介质的场所。防爆型又分成隔爆型（如B3e-1-30隔爆式荧光灯）和增安型两种。10.2.2灯具2）事故照明的布置供继续工作用的事故照明，其在主要工作面上的照度，应尽可能保持原有照度的30％～50％。一般做法为：若为一列灯具，可采用事故照明和工作照明相间布置，或与两个工作灯具相间布置；若为两列灯具，可选其中一列为事故照明，或每一列均相间布置事故照明；若为三列灯具，可选其中一列为事故照明或在边旁两列相间布置事故照明。（2）室内灯具的悬挂高度室内灯具不宜过高或过低。过高，降低工作面上的照度且维修不方便；过低，容易碰撞且不安全，另一方面要产生眩光，降低人眼的视力。表10-3给出了一般照明灯的悬挂高度最小值。10.2.2灯具表10-3室内一般照明灯具距地面的最低悬挂高度10.2.2灯具10.3照度计算

10.3.2照度的计算当工业企业照明用的灯具形式、光源类型等已初步确定后，就需要计算各工作面的照度，从而来确定灯泡的容量和数量，或对已确定了容量的某点进行照度校验。

1．利用系数的概念利用系数（用u表示）是指照明光源投射到工作面上的光通量与全部光源发出的光通量之比。它可用来表征光源的光通量有效利用的程度。利用系数的计算公式为：

u＝Φ/nΦ(10-8)10.3.1照度标准照度是决定照明效果的重要指标。在一定范围内，照度增加会使视觉能力提高，同时使经济性下降。

式中，Φ为投射到工作面上的总光通量；Φ为每盏灯发出的光通量；n为灯的个数

利用系数值的大小与很多因素有关，灯具的悬挂高度越高、光效越高，则利用系数越高；房间的面积越大，形状越接近正方形，墙壁颜色越浅，则利用系数就越高。10.3.2照度的计算2.利用系数的确定利用系数的值可按墙壁和顶棚的反射系数ρ及房间的室空间比（受照空间特征）RCR来确定（查有关设计手册，附录表20-4给出了GC1-A、B-1型配照灯的利用系数，供参考）。ρ值可直接查表10-4，RCR的值可按下式计算：RCR＝(10-9)式中，为室空间高度（指灯具开口平面到工作面的空间高度，如图10-14所示）；l为房间长度；b为房间宽度。

3．计算工作面上的平均照度10.3.2照度的计算表10-4顶棚、地面和墙壁的反射系数近似值图10-14室空间高度示意图

当已知房间的长宽、室空间高度、灯型及光通量时，可按下式计算平均照度：

E′av＝unΦ/A（10-10）式中，u为利用系数；n为灯的个数；Φ为每盏灯的光通量；A为受照工作面面积（矩形房间即为长宽乘积）。4．计算工作面上的实际平均照度10.3.2照度的计算由于灯具在使用期间，光源本身的光效要逐渐降低、灯具也会陈旧脏污、被照场所的墙壁和顶棚也有污损的可能，从而使工作面上的光通量有所减少，因此在计算工作面上的实际平均照度时，应计入一个小于1的灯具减光系数K，即工作面的实际平均照度为：Eav＝uKnΦ/A（10-11）减光系数K的值可查表10-5。

5．利用系数法的计算步骤1）根据灯具的布置，确定室空间高度；2）计算室空间比RCR；10.3.2照度的计算0.72道路和广场室外0.63锻工车间，铸工车间，碳化车间，水泥厂球磨车间污染严重0.72机械加工车间，机械装配车间，织布车间一般0.82仪器仪表的装配车间，电子元器件的装配车间，实验室，办公室，设计室清洁减光系数灯具每年擦洗次数类别环境污染特征表10-5减光系数值约束力的方向总是与约束所能限制的运动方向相反，约束力的作用点在约束与被约束物体的接触处。10.3.2照度的计算1000平均寿命（h）1860083004610292020901250630350220110光通量（lm）100050030020015010060402515额定功率（W）220额定电压（V）表10-6PZ220型普通照明白炽灯的主要技术数据3）确定反射系数（查表10-4）；4）确定利用系数u（由RCR值和反射系数查手册或附录表20-4）；5）根据有关手册或表10-6查出布置灯具的光通量Φ；6）根据有关手册或表10-5查出减光系数K；7）计算平均照度和实际平均照度。例10-1有一机械加工车间长为32m，宽为20m，高为5m，柱间距4m。工作面高度为0.75m。采用GC1-A-1型工厂配照灯（电光源型号为PZ220-150）作车间的一般照明。车间的顶棚有效反射比ρc为50％，墙壁的有效反射比ρw为30%.试确定灯具的布置方案,并计算工作面上的平均照度和实际平均照度。该车间的照度标准为75lx。解：（1）确定布置方案查表10-3可知，150W～200W的白炽灯最低距地悬挂高度为3m，故可设灯具的悬挂高度为0.5m，则室空高度为10.3.2照度的计算10.3.2照度的计算＝5－0.75－0.5＝3.75m又查表10-4可知，该种灯具的最大距高比为1.25，即＝1.25，/则灯具间的合理距离为≤1.25＝1.25×3.75＝4.688m初步确定灯具布置方案如图10-15所示。 该布置方案的实际灯距为＝＝4m＜4.688m此时灯具个数为：n＝5×8＝40（个）（2）用利用系数法计算照度①计算室空间比RCR：满足要求。RCR＝

＝

＝1.523

②确定利用系数查表10-4可知：ρc＝50％，ρw＝30％，RCR＝1时μ＝0.79；ρc＝50％，ρw＝30％，RCR＝2时μ＝0.66。运用插入法可知ρc＝50％，ρw＝30％，RCR＝1.523时u＝0.722③确定布置灯具的光用量查表10-7可知，普通照明用的白炽灯200W，其光通量Φ＝2920lm。④确定减光系数查表10-6可知，机械加工车间的K＝0.710.3.2照度的计算⑤计算平均照度E′av＝

＝

＝131.77lx⑥计算实际平均照度Eav＝

＝

＝92.24lx

计算结果满足照度要求。10.3.2照度的计算图10-15例10-1的灯具布置方案10.4照明供电系统电气安装一、照明供电网络照明供电网络由馈电线、干线和分支线组成。如图10-16。图10-16照明线路的基本形式二、照明线路设备

照明线路的设备主要有配电箱、灯具、开关、插座、风扇等。

1、配电箱

电气照明线路的配电级数一般不超过三级，即总配电箱、分配电箱和用户配电箱。配电级数过多，线路过于复杂，不便于维护。

配电箱的作用：

配电箱是将断路器、刀开关、熔断器、电度表等设备、仪表集中设置在一个箱体内的成套电气设备。配电箱在电气工程中主要起电能的分配、线路的控制等作用。

10.4照明供电系统电气安装PE端子板N端子板断路器卡轨箱门箱体电度表额定电流（A）特征：D-带指示类；T-扁圆两用；R-带熔丝；K-带开关；F-防溅；G-带锁定；A-安全型。开关：1-单控；2-双控。插座：2-二极；3-三极；4-四极；23-二极加三极。1-单联；2-双联；3-三联；……类型：K-开关；Z-暗装插座；ZM-明装插座；ZW-万能插座；ZD-电话出线座；KL-电铃开关。面板尺寸：86-86×86×7（宽×高×深，mm）146-146×86×7（宽×高×深，mm）172-172×86×7（宽×高×深，mm）2、开关和插座1.所谓“位”，又称为“联”，就是指在一个面板上，有几个开关键或几个插头接口。“单联”就是有一个开关，“双联”就是有两个开关，能分别控制两个用电设备。2.所谓“控”，即一个开关选择性地控制几条电路。如双控开关，以字母a、b表示电路，即开关的过程就是接通a断开b，或接通b断开a的过程。两条线路不会同时开启，也不会同时断开。在家庭中，可以使用两个双控开关，通过一定排线规则，实现在两个地方控制一个电器的功能，而这种功能较多地应用于在客厅、卧室的照明上。三、照明供配电系统的电气安装图

(一)照明供电系统图的绘制1)照明供电系统图的设计与绘制，必须遵循有关规范标准的规定，并结合设计对象的照明要求，合理布线。

2)照明供电系统图一般采用单线图形式绘制，并在单线表示的线路上用短斜线加数字或数根短斜线标示出该线路的导线根数。两根导线的单相线路一般不标。10.4照明供电系统电气安装如果已另用虚线表示出N线、PE线或PEN线，则只在单线表示的相线上用短斜线标示出相线的导线根数。10.4照明供电系统电气安装必要时，照明供电系统图也可用多线图绘制。3)用单线图绘制的照明供电系统图，通常着重表示其进出线，而线路上的控制和保护设备不一定一一绘出。多线图则应绘出全部设备。

4)照明供电系统图应在对应的线路侧或元件的图形符号旁，标注出线路和元件的型号、规格和安装方式等。

5)照明供电系统图上标注的各种文字符号和编号，应与对应的照明平面布置图上标注的文字符号和编号相一致。10.4照明供电系统电气安装(二)照明平面布置图的绘制照明供电平面图一般采用单线图形式绘制，并在单线表示的线路上用短斜线加数字或数根短斜线标示出该线路的导线根数。两根导线的单相线路一般不标。10.4照明供电系统电气安装（三）照明配电线路的导线读取方法照明灯具一般都是单相负荷，其控制方式是多种多样的，加上施工配线方式的不同，对相线、中性线、保护线的连接各有要求，所以其连接关系比较复杂。

一般要求相线必须经开关后再接于灯座，零线可以直接进灯座，保护线则直接与灯具金属外壳相连接。这样就会在灯具之间、灯具与开关之间出现导线根数变化。各照明器的开关必须接在相线（火线）上，从开关出来的线称“控制线”。

1、一只开关控制一盏灯10.4照明供电系统电气安装平面图透视接线图思考：1、图中使用了什么开关？2、电源和灯具之间、开关与灯具之间分别有几根线？又分别是那几根线？

2、多只开关控制多盏灯平面图透视接线图10.4照明供电系统电气安装此处后面有两个开关，故相线在此处应分为两路，分别接到后面的双联单控开关和单联单控开关。相线不能在此处直接接入灯座，而应通过后面的双联单控开关后再接入该灯灯座。思考：1、图中使用了什么开关？2、电源和灯具之间、开关与灯具之间以及灯具与灯具之间分别有几根线？又分别是那几根线？

3、两只开关控制一盏灯平面图透视接线图思考：1、图中使用了什么开关？2、电源和灯具之间、开