工厂电气照明设计概述

发光体）在视线方向单位投影面上的发光强 度称为亮度，用符号L表示，单位为cd/m2。 如图10-3所示，该发光体表面法线方向的光 强为I，而人眼视线与发光体表面法线成α角， 因此视线方向的光强＝Icosα，而视线方向 的投影面Aα＝Acosα，由此可得发光体在视 线方向的亮度为
图1-3 亮度概念说明
工厂电气照明设计
§一、 电气照明概述 § 二、常用照明光源和灯具 § 三、 照度计算 § 四、 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。
1.1.1 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）
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பைடு நூலகம்的作用。
1.2.1 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）。
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
图1-4 光通量投射到物体上的情况
ρ＝/Φ
(1-4)
10.1.1 照明技术的有关概念
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
（1-5）
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
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1-12形状 进行分类：
（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。
图10-1 绘在极坐标上的配光曲线(D-1型配照灯)
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。
光源的主要技术特性有光效、寿命、色温等等，有时这些技术特性是 相互矛盾的，在实际选用时，一般先考虑光效高、寿命长，其次再考虑显 色指数、启动性能等次要指标。
各种照明光源的主要技术特性见表1-1，供对照比较。
4．LED光源
LED光源具有效率高、寿命长的特点，可连续使用10万小时，比普通白炽灯泡 长100倍。
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。
10.2.1 照明光源 （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．各种照明光源的主要技术特性
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
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。
10.2.1 照明光源 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1-7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。
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。
10.2.1 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
（1）新固体放电灯
1）陶瓷灯泡 2）塑料灯泡 3）回馈节能灯泡 4）冷光灯泡 5）储能灯泡
（2）新气体放电灯
1）无电极放电灯泡 2）氩气灯泡 3）电子灯泡
（3）LED半导体节能灯
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。
10.1.1 照明技术的有关概念 L＝／Aα＝Icosα／Acosα＝I /A
(1-3)
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。
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。
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。
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 结构如图10-5。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。
10.2.1 照明光源
（2）卤钨灯 结构如图10-6。卤钨灯是在灯泡中充
入微量的卤化物，利用卤钨循环的作用， 使灯丝蒸发的一部分钨重新附着在灯丝上， 以达到既提高光效又延长寿命的目的。
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。
1.1.2 照明方式和种类
1．照明方式 在工厂企业或变电所中，照明方式可分为一般照明、局部照明和混合照明。 （1）一般照明 供照度要求基本上均匀的场所的照明。 （2）局部照明 仅供工作地点（固定式或便携式）使用的照明。 （3）混合照明 一般照明和局部照明组成的照明。
τ＝/Φ
（1-6）
这三个参数存在如下关系： ρ+α+τ＝1
(1-7)
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。
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
（1-1）
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。
图1-7 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）
10.2.1 照明光源 荧光灯的工作线路图如图1-8所示。由起辉器S、镇流器L和电容器C等 组成。当荧光灯接上电源后，S首先产生辉光放电，使U形双金属片加热伸 开，接通灯丝回路，灯丝加热后发射电子，并使管内的少量汞汽化。此时 S的辉光放电停止，双金属片冷却收缩，突然断开灯丝加热回路，这就使L 两端感生很高的电动势，连同电源电压加在灯管两端，使充满汞蒸气的灯 管击穿，产生弧光放电，点燃灯管。
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
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。
图1-8 荧光灯的工作线路图
10.2.1 照明光源
（2）高压汞灯 高压汞灯的结构图如图1-9所示。它是低压荧光灯的改进产品，属于高 气压的汞蒸汽放电光源。
高压汞灯的外玻壳内壁涂有荧光粉， 它能将汞蒸汽放电时辐射的紫外线转变 为可见光，以改善光色，提高光效。
图1-10是一种需外接镇流器的高压 汞灯的工作线路图。另外一种是自镇流 高压汞灯，它利用钨丝作镇流器，并将 钨丝装入高压汞灯的外玻壳内，工作时 镇流钨丝一方面限制放电管电流，同时 也发出可见光。