9.2. Освітлювальні електроустановки. Вимоги пожежної безпеки У житті людини освітлення має велике значення. З одного боку, неправильно обране освітлення погіршує зір людини, викликає загальне стомлення і є причиною травматизму. З іншого боку, помилки, допущені при улаштуванні освітлення, наприклад, вибухо- чи пожежонебезпечних зон (неправильний вибір світильників, кабельних виробів тощо), можуть призвести до вибуху або пожежі. Серед всіх електротехнічних виробів світильники за сумарним числом пожеж є причиною близько 10 % випадків від загальної кількості пожеж від порушення правил пожежної безпеки при влаштуванні та експлуатації електроустановок. Більшість пожеж від електричних світильників виникає внаслідок недотримання правил пожежної безпеки при їх експлуатації. Види освітлення. За походженням джерела світла освітлення буває природне та штучне. Штучне освітлення призначене для забезпечення можливості виконання людьми різноманітних дій у приміщеннях і на місцевості, де природне освітлення є недостатнім або відсутнє. Освітленість – щільність світлового потоку на поверхні, що освітлюється. Норми освітленості регламентовані санітарними нормами. Роботи в санітарних нормах освітленості розділені на 8 розрядів (позначаються римськими цифрами): від найвищої точності (І розряд) до таких, що вимагають загального спостереження (VІІІ розряд). Найвища освітленість становить 5000 лк ([лк] – одиниця виміру освітленості, називається "люкс") при комбінованому освітленні для робіт найвищої точності для І розряду зорової роботи. Найменша освітленість становить 30 лк при загальному освітленні у приміщеннях для періодичного перебування людей для VІІІ розряду зорової роботи. Штучне освітлення за призначенням підрозділяється на робоче, аварійне, охоронне та чергове. Робоче освітлення – освітлення, яке забезпечує необхідні умови праці при нормальному режимі роботи освітлювальної установки у приміщеннях і в місцях виконання робіт на відкритих просторах. Аварійне освітлення підрозділяється на освітлення безпеки й евакуаційне освітлення. Освітлення безпеки – освітлення для продовження роботи при аварійному відключенні робочого освітлення. Евакуаційне освітлення – освітлення, призначене для евакуації людей з приміщень при аварійному відключенні робочого освітлення. Охоронне освітлення – освітлення уздовж межі території, що охороняється в нічний період. Чергове освітлення – освітлення в неробочі години. Види освітлення систематизовано на рис. 9.1. Штучне освітлення буває двох систем – загальним і комбінованим. Систему загального освітлення, як правило, застосовують у приміщеннях житлових будинків, громадських будівель та споруд, адміністративних і побутових будівель підприємств. Система комбінованого освітлення застосовується у приміщеннях виробничого характеру, в яких виконується зорова робота І-ІV розрядів (ювелірні та гравірувальні роботи, ремонт годинників, телевізорів, радіоапаратури, мікрокалькуляторів, взуття, металовиробів тощо). Рис. 9.1 – Види освітлення Вимоги до улаштування основних видів освітлення. Освітлення безпеки необхідно улаштовувати: а) у приміщеннях операторських, машинних залів обчислювальних центрів, кіноапаратних, вузлів зв’язку, електрощитових, медпунктів, чергових пожежних постів, на постах постійної охорони; б) в гардеробах із кількістю місць зберігання понад 300; в) в головних касах, дитячих кімнатах і дебаркадерах (приміщеннях попереднього розвантаження товарів) магазинів, у торговельних залах магазинів самообслуговування; г) у групових, ігрових та столових приміщеннях дитячих дошкільних закладів; д) у вестибюлях готелів, залах ресторанів, приміщеннях рятувального фонду готелів і турбаз; е) в операційних блоках, реанімаційних, пологових відділеннях, перев’язувальних, маніпуляційних, процедурних, приймальних відділеннях, лабораторіях термінового аналізу, на постах чергових медичних сестер закладів охорони здоров’я; ж) у приміщеннях оперативних частин, зберігання ящиків для виїзних бригад, аптечних кімнатах станцій (відділень) швидкої (невідкладної) медичної допомоги; з) в машинних відділеннях ліфтів, а також у теплових пунктах і насосних житлових будинків. У приміщеннях насосних, теплових пунктів, бойлерних, на станціях пожежогасіння у громадських будівлях аварійне освітлення передбачається тільки при постійному перебуванні чергового персоналу або якщо електроприймачі даних приміщень відносяться до навантажень І-ї категорії надійності електропостачання. Евакуаційне освітлення у громадських будівлях та спорудах, а також в адміністративних і побутових будівлях промпідприємств необхідно улаштовувати: а) у прохідних приміщеннях, коридорах, холах, фойє і вестибюлях, на сходах, передбачених для евакуації людей з будівель, де працює або перебуває одночасно понад 50 осіб, а також із медпунктів, лікувально-профілактичних закладів, книго- й архівосховищ, дитячих дошкільних закладів незалежно від кількості осіб, що в них перебувають; б) у залах плавальних басейнів, спортивних і актових залах; в) у приймальнях, роздягальнях, кухнях і прально-сортувальних приміщеннях дитячих дошкільних установ і шкіл-інтернатів; г) в очікувальних, роздягальнях, мийних, душових, ванних і парних приміщеннях лазень; д) у приміщеннях електросвітлолікування, роздягальнях, душових і ванних, у залах відділень грязелікування і відновлювального лікування в лікувально-профілактичних установах; е) у приміщеннях, де одночасно можуть знаходитись понад 100 осіб (аудиторії, обідні зали, актові зали, конференц-зали); ж) у торговельних залах загальною площею понад 90 м2 і на шляхах виходу з них, транспортних тунелях торговельних підприємств; з) у приміщеннях, в яких люди працюють постійно, якщо внаслідок відключення робочого освітлення і продовження при цьому роботи виробничого обладнання може з’явитись небезпека травматизму (ремонтні майстерні, виробничі приміщення підприємств громадського харчування, пральні). Евакуаційне освітлення необхідно улаштовувати у житлових будинках заввишки 6 і більше поверхів та в гуртожитках, де мешкає понад 50 осіб. Світильники евакуаційного освітлення повинні установлюватись на лініях головних проходів: у вестибюлях, ліфтових холах і на площадках перед ліфтами, а також у коридорах завдовжки понад 10 м, у сходових клітках. Лінії освітлення незадимлюваних сходових кліток необхідно приєднати до мережі евакуаційного освітлення. При цьому рівень освітленості забезпечується згідно з нормами робочого освітлення, мережа якого в цьому випадку не передбачається. Світлові покажчики "Вихід" (літери білого кольору, фон – зелений) необхідно встановлювати: а) біля виходів з приміщень обідніх і актових залів, аудиторій, конференц-залів та інших приміщень, в яких можуть перебувати одночасно понад 100 осіб; б) біля виходів з коридорів, до яких примикають приміщення із загальною чисельністю постійного перебування в них понад 50 осіб; в) біля виходів з естрад, конференц-залів і актових залів; г) уздовж коридорів довжиною понад 25 м у гуртожитках коридорного типу місткістю понад 50 осіб на поверсі. При цьому світлові покажчики необхідно установлювати на відстані не більше 25 м один від одного, а також у місцях поворотів коридорів; д) біля виходів для покупців із торговельних залів загальною площею 180 м2 і більше у всіх магазинах та із торговельних залів загальною площею понад 110 м2 у магазинах самообслуговування. Покажчики виходів можуть бути: а) світловими, із вбудованими в них джерелами світла, що приєднуються до мережі аварійного освітлення; б) світловими, із вбудованими в них джерелами світла й автономними джерелами живлення; в) несвітловими (без джерел світла) за умови, що позначення виходу (надпис, знак тощо) освітлюється світильниками аварійного освітлення. Світлові покажчики "Вихід" необхідно установлювати на висоті не нижче, ніж 2 м від підлоги. Для чергового освітлення вестибюлів, коридорів, конференц-залів, актових залів, торгових залів необхідно використовувати світильники евакуаційного освітлення або світильники робочого освітлення (певну кількість) з живленням їх від самостійної групової лінії. Для чергового (нічного) освітлення палат лікувально-профілактичних закладів необхідно застосовувати спеціальні світильники, що установлюються в нішах біля входів на висоті 0,3 м від підлоги і приєднуються до мережі евакуаційного освітлення. У палатах психіатричних і дитячих відділень, спальних приміщеннях та палатах-ізоляторах дитячих дошкільних установ і шкіл-інтернатів указані світильники необхідно установлювати на висоті не менше, ніж 2,2 м від підлоги (над прорізом дверей). У приміщеннях для дітей допускається встановлення світильників чергового освітлення на висоті 0,3 м від підлоги. При цьому напруга мережі чергового освітлення повинна бути не більше, ніж 50 В. У торговельних і обідніх залах, конференц-залах, вестибюлях, холах, коридорах громадських будівель слід передбачати можливість включення частини світильників, які створюють по всій площі освітленість, достатню для прибирання приміщення, – 15 % від нормованої освітленості, але не менше, ніж 20 лк, незалежно від джерела світла. У залах басейнів і палатах ізоляторів дитячих дошкільних установ необхідно улаштовувати опромінюючі установки для профілактичного ультрафіолетового опромінювання. Освітлення безпеки повинно створювати мінімальну освітленість, що становить 5 % від освітленості, яка нормується для робочого освітлення, але не менше, ніж 2 лк усередині споруд і не менше, ніж 1 лк – для територій. Створювати найменшу освітленість усередині споруд – більш ніж 30 лк при розрядних лампах і більш ніж 10 лк при лампах розжарювання –допускається тільки за наявності відповідних обґрунтувань. Евакуаційне освітлення повинно забезпечувати на підлозі головних проходів і на сходах освітленість 0,5 лк. Нерівномірність евакуаційного освітлення (відношення максимальної освітленості до мінімальної) по осі евакуаційних проходів повинна бути не більше, ніж 40:1. Світильники освітлення безпеки у приміщеннях можуть використовуватись для евакуаційного освітлення. Входи в будинки, сміттєзбірні камери, а також номерні знаки і покажчики пожежних гідрантів (якщо для них не використовуються світлові покажчики) повинні освітлюватись світильниками, які приєднуються до мережі внутрішнього аварійного освітлення. Для аварійного освітлення необхідно застосовувати: а) лампи розжарювання; б) люмінесцентні лампи – у приміщеннях з мінімальною температурою не менше, ніж +5 ºС та за умови живлення ламп при всіх режимах напруги не нижче, ніж 90 % від номінального; в) газорозрядні лампи високого тиску, за умови їх миттєвого або швидкого повторного запалювання як в гарячому стані після короткочасного відключення, так і в холодному стані. Електричні світильники. Електричне освітлення забезпечується електричними світильниками. Більшість світильників складається з таких основних складових частин: установча арматура (підвіска), патрон, лампа (електричне джерело світла), відбивач, захисний світлопрозорий ковпак (розсіювач), захисна сітка, пускорегулювальна апаратура (ПРА) – для газорозрядних ламп. Джерелом світла в електричних світильниках є лампа. За принципом роботи лампи електричні світильники поділяють на 2 групи: світильники з лампами розжарювання і світильники з газорозрядними лампами. Газорозрядні лампи також поділяють на дві групи: газорозрядні лампи низького тиску (тиск до 0,3 кПа) – люмінесцентні лампи (ЛЛ), натрієві лампи низького тиску та газорозрядні лампи високого тиску (тиск вище 0,3 кПа) – дугові ртутні люмінесцентні (ДРЛ) лампи, натрієві лампи високого тиску тощо. На рис. 9.2 приведено конструкцію вибухозахищеного світильника Н0Б-150, в якому як джерело світла застосовується лампа розжарювання. Маркування світильників. Усі світильники мають умовне позначення і ступінь захисту оболонки (марку вибухозахисту). Умовне позначення світильників складається з певної послідовності літер і цифр. Перша літера позначає тип джерела світла: Б – бактерицидна лампа (застосовується для знезаражування приміщень), Г – дугова ртутна лампа типу ДРИ (метало-галогенна лампа, що відрізняється від лампи ДРЛ добавками йодидів металів, має підвищену світловіддачу), Ж – натрієва лампа, И – галогенна лампа розжарювання, К – ксенонова трубчаста лампа, Л – пряма трубчаста ЛЛ, Н – лампа розжарювання загального призначення, Р – лампа ДРЛ, Ф – фігурна ЛЛ, Э – еритемна ЛЛ (застосовується для компенсації недостатності ультрафіолетового випромінювання). Рис. 9.2 – Конструкція світильника марки Н0Б-150 1 – установча арматура (підвіска); 2 – патрон; 3 – лампа розжарювання; 4 – відбивач; 5 – захисний світлопрозорий ковпак (розсіювач); 6 – захисна сітка Друга літера позначає спосіб установки світильника: Б – настінний (бра), В – вбудований, Г – головний, Д – прибудований, К – консольний,
Третя літера позначає основне призначення світильника: Б – для житлових (побутових) приміщень, О – для громадських приміщень, П – для промислових і виробничих приміщень, Р – для рудників і шахт, Т – для кінематографічних і телевізійних студій, У – для зовнішнього (вуличного) освітлення. Далі вказується: – двозначне число (01-99), що позначає номер серії; – цифра (цифри), що вказує на кількість ламп у світильнику (якщо світильник одноламповий, цифра може бути відсутня); – цифри, що позначають максимально припустиму потужність ламп, [Вт]; – тризначна цифра (001-999), що позначає номер модифікації; – літера (літери) і цифра, що позначають кліматичне виконання і категорію розміщення. Приклад маркування світильника: НПП01В-60-011-УХЛ4. Розшифровується наступним чином: світильник з лампою розжарювання (Н), стельовий (П), для промислових і виробничих будівель (П), серія 01В, одноламповий, максимальна потужність лампи 60 Вт, модифікація 011, кліматичне виконання (УХЛ) – для макрокліматичних районів із помірним і холодним кліматом, категорія розміщення (4) – для експлуатації у приміщеннях (об’ємах) зі штучно регульованими кліматичними умовами, наприклад, у закритих виробничих та інших приміщеннях (об’ємах), що опалюються або охолоджуються і вентилюються, у тому числі підземних приміщеннях, що добре вентилюються (відсутність впливу прямого сонячного випромінювання, атмосферних опадів, вітру, піску й пилу зовнішнього повітря; відсутність або істотне зменшення впливу сонячного випромінювання й конденсації вологи). Світильники з лампами розжарювання. Лампи розжарювання являють собою джерело світла, що працює за принципом температурного випромінювання. Серійне виробництво ламп розжарювання було налагоджено американським електротехніком Томасом Едісоном в 1878 році. Серійне виробництво ламп розжарювання з вольфрамовою ниткою розжарювання було розпочато американською компанією General Electric у 1906 році. На сьогодні промисловість здійснює випуск широкої номенклатури ламп розжарювання: загального призначення, місцевого освітлення, транспортних, для оптичних приладів тощо. Конструкцію сучасної лампи розжарювання загального призначення приведено на рис. 9.3. Лампа розжарювання загального призначення складається з цоколя 1, скляної колби 2, нитки розжарювання 3, скляної ніжки 4, електродів 5 та тримачів нитки розжарювання 6. Цоколь – конструктивний елемент лампи, за допомогою якого здійснюється кріплення лампи в патроні та забезпечується контакт нитки розжарювання з електричною мережею. Існують різні конструкції цоколів. Для ламп розжарювання загального призначення на напругу 220 В найбільш розповсюдженим є різьбовий цоколь типу Е27 з діаметром різьби 27 мм. Рис. 9.3 – Конструкція лампи розжарювання 1 – різьбовий цоколь; 2 – скляна колба; 3 – нитка розжарювання; 4 – скляна ніжка; 5 – електроди; 6 – тримачі нитки розжарювання Нитка розжарювання виготовляється з тугоплавкого металу – вольфраму. Нитки розжарювання бувають моноспіральні, біспіральні та триспіральні. Температура нитки розжарювання досягає значення +2600-3000 ºС. Скляна ніжка забезпечує механічну міцність конструктивних елементів лампи розжарювання, що знаходяться в колбі. Колба лампи може бути вакуумною (для ламп малої потужності) або наповненою інертним газом – азотом, аргоном або криптоном. Деякі лампи розжарювання мають внутрішній запобіжник, який вбудовується в один з електродів. Запобіжник являє собою ділянку електрода зі зменшеним поперечним перерізом. Лампи розжарювання загального призначення виробництва країн СНД маркуються із зазначенням їх конструктивних особливостей (В – вакуумна моноспіральна, Г – газонаповнена аргонова моноспіральна, Б – аргонова біспіральна, БК – біспіральна криптонова, МТ – з матовою колбою тощо), номінальної напруги у вольтах та потужності у [Вт]. Випускаються лампи розжарювання загального призначення потужністю від 15 Вт до 1500 Вт на напругу 220 В. Приклад маркування лампи розжарювання загального призначення: БК 215-225-100. Розшифровується наступним чином: лампа розжарювання загального призначення біспіральна (Б) криптонова (К) номінальною напругою 215-225 В та номінальною потужністю 100 Вт. Пожежна небезпека світильників з лампами розжарювання визначається, перш за все, властивостями самих ламп розжарювання. Пожежну небезпеку лампи розжарювання прийнято розглядати у двох аспектах: можливість виникнення пожежі від нагрівання горючого матеріалу тепловим потоком справної лампи розжарювання та можливість виникнення пожежі від потрапляння на горючі матеріали розпечених елементів лампи, що утворюються при руйнації її колби. На рис. 7.5 приведено залежності температури нагрівання колб електричних ламп розжарювання різної потужності від часу їх роботи. Для електричних ламп розжарювання потужністю 150, 200 і 750 Вт температура на колбі дорівнює відповідно +300, +275 і +325 ºС. Забруднення колб органічним пилом погіршує відведення тепла і сприяє підвищенню температури. Цей факт зумовлює високу пожежну небезпеку електричних ламп розжарювання. Електричні лампи розжарювання створюють настільки потужне випромінювання тепла, що на відстані 10 мм від колб ламп розжарювання потужністю 100, 200 Вт виникає тління текстильних матеріалів через 25 хвилин. Дуже небезпечним є доторкання текстильних матеріалів до колб електричних ламп. При цьому погіршується відведення тепла, температура колби зростає до +300-340 ºС, після чого починається тління текстильних матеріалів. При вичерпанні ресурсу роботи, а інколи і значно раніше з різних причин (наприклад, за підвищення напруги в мережі на 1 % від номінальної термін служби лампи розжарювання знижується на 15 % (тобто нормативний термін служби лампи розжарювання знижується з 1000 годин до 850 годин), при технічному браку при виготовленні тощо), відбувається перегоряння ниток розжарювання. При цьому розпечені краплі вольфраму потрапляють зсередини на скляну колбу, що достатньо часто призводить до її руйнування. Залишки нитки розжарювання та частки скла колби мають температуру до +1750 ºС та розлітаються зі швидкістю до 8 м/с. Теплова енергія залишків нитки розжарювання та часток скла колби значно перевищує мінімальну енергію запалювання більшості горючих речовин. Ця енергія зберігається в частках навіть при падінні їх із висоти до 8 м. Тому залишки нитки розжарювання та частки скла колби можуть викликати тління і наступне горіння горючих матеріалів. Як свідчать експериментальні дані, із двохсот ламп марки БК 215-225-100 вісімдесят шість перегоряють із розривом колби. Таким чином, світильники з лампами розжарювання являють собою достатньо високу пожежну небезпеку. Основними перевагами ламп розжарювання є їх відносна простота, дешевина, надійність та зручність в експлуатації. Недоліки ламп розжарювання наступні: – спектр ламп розжарювання відрізняється від спектра денного світла переважанням жовтих і червоних променів; – світловий ККД для ламп розжарювання не перевищує 7 % (світлова віддача лампи розжарювання становить до 20 лм/Вт ([лм] – одиниця виміру потужності світлового випромінювання, називається "люмен")), решта потужності йде на теплове випромінювання; – термін служби ламп розжарювання не перевищує 1000 годин; – висока пожежна небезпека. Найбільш ефективною лампою розжарювання є галогенна лампа розжарювання, конструкція якої була вперше запропонована у 1959 році компанією General Electric. Підвищення ефективності галогенної лампи розжарювання, у порівнянні з лампою розжарювання загального призначення, досягається підвищенням температури її нитки розжарювання. Для запобігання розплавлянню нитки розжарювання в колбу, виготовлену зі спеціального скла, вводять йод (галогенна добавка). Йод за високої температури біля вольфрамової нитки розжарювання випаровується та переміщується до стінок колби й утворює з частками вольфраму, що осіли на колбі, йодистий вольфрам. Біля нитки розжарювання йодистий вольфрам розкладається, й частинки вольфраму осідають на нитку розжарювання, а іони йоду повертаються до стінок колби. Таким чином триває безперервний цикл роботи лампи. Пожежна небезпека галогенних ламп розжарювання вище пожежної небезпеки ламп розжарювання загального призначення внаслідок більш високої температури колби. На сьогодні у світі є тенденція до поступового вилучення з обігу ламп розжарювання та заміни їх так званими енергозберігаючими лампами, які за принципом дії є ЛЛ із вбудованої електронною ПРА та цоколем Е27 для застосування у звичайному патроні. Енергозберігаючі лампи, якщо їх порівнювати з лампами розжарювання, мають більший термін служби і малі витрати електричної енергії (економія становить до 80 % залежно від моделі). З точки зору пожежної небезпеки енергозберігаючі лампи мають низьку температуру нагріву і є значно безпечнішими у порівнянні з лампами розжарювання. Суттєвим недоліком енергозберігаючих ламп є потреба в їх спеціальній утилізації після використання. Світильники з люмінесцентними лампами. Найбільш широко в електричному освітленні застосовуються трубчасті ртутні лампи низького тиску з нанесеним на внутрішні стінки трубок люмінофором – люмінесцентні лампи. Конструкцію трубчастої ЛЛ приведено на рис. 9.4. Рис. 9.4 – Конструкція трубчастої люмінесцентної лампи 1 – трубчаста скляна колба; 2 – шар люмінофору; 3 – електроди; 4 – двоштирковий цоколь Електричний струм, протікаючи між електродами 3, викликає електричний розряд у парах ртуті та інертного газу аргону, що наповнюють трубчасту скляну колбу 1 під тиском близько 0,15 кПа. При цьому виникає ультрафіолетове випромінювання, яке не є видимим для ока людини. Трубчаста скляна колба усередині покрита шаром люмінофору 2, який під дією ультрафіолетового випромінювання починає випромінювати видиме для ока людини
ЛЛ виробництва країн СНД на номінальну напругу 220 В маркуються із зазначенням типу лампи (Л – люмінесцентна), кольору випромінювання (Б – білий, Д – денний, ТБ – тепло-білий, ХБ – холодно-білий тощо), якості передавання кольору (Ц – висока, ЦЦ – дуже висока), особливостей конструкції (У – U-подібна, К – кільцева, Б – швидкого запуску тощо) та потужності у [Вт]. Випускаються ЛЛ потужністю від 15 до 80 Вт на напругу 220 В. Приклад маркування ЛЛ: ЛДЦ 20. Розшифровується наступним чином: лампа люмінесцентна (Л) денного кольору випромінювання (Д) з високою якістю передавання кольору (Ц) потужністю 20 Вт. Виділяють наступні переваги ЛЛ у порівнянні з лампами розжарювання: – висока економічність – світлова віддача ЛЛ досягає 100 лм/вт, що в 5 разів перевищує світлову віддачу ламп розжарювання тієї ж потужності; – світловий ККД у ЛЛ досягає значення 20 %; – розмаїтість в одержанні заданого спектра світла – можливе одержання практично будь-якого спектра світла; – довговічність – термін служби ЛЛ сягає 10000 годин, що в 10 разів перевищує термін служби лампи розжарювання. Недоліками ЛЛ є: – складність вмикання; – обмежена одинична потужність; – залежність світлових характеристик лампи від температури навколишнього середовища; – пульсації світлового потоку лампи при живленні її змінним струмом, внаслідок чого виникає стробоскопічний ефект – обертові частини за рівності або кратності частоти пульсації світла та кутової швидкості обертання здаються нерухомими, а за меншої частоти пульсацій світла напрямок обертання буде сприйматися зворотним у порівнянні з дійсним напрямком обертання. Запуск ЛЛ шляхом безпосереднього вмикання в електричну мережу не можливий. Для запуску ЛЛ необхідна ПРА. Існують стартерні та безстартерні схеми ПРА. На рис. 9.5 приведено найпростішу схему ПРА зі стартером тліючого розряду для однолампового світильника з ЛЛ. Рис. 9.5 – Схема ПРА зі стартером тліючого розряду для однолампового світильника з ЛЛ 1 – люмінесцентна лампа; 2 – стартер тліючого розряду; 2.1 – неонова лампа стартера; 2.2 – конденсатор для зниження рівня радіоперешкод; 3 – дросель; 4 – конденсатор для підвищення коефіцієнта потужності При вмиканні ЛЛ 1 в мережу розряд у ній не може початися, тому що її електроди не нагріті. Напруга підводиться до неонової лампи стартера 2.1. Неонова лампа стартера являє собою скляну колбу, заповнену інертним газом неоном, один з електродів якої є біметалевим. Під дією напруги мережі в неоновій лампі стартера 2.1 виникає тліючий розряд, біметалевий електрод нагрівається, вигинається і стикається з нерухомим електродом. Після замикання електродів тліючий розряд у неоновій лампі стартера припиняється. По електродах ЛЛ 1 буде протікати великий струм, що нагріватиме її електроди і готуватиме ЛЛ до пуску. Неонова лампа стартера 2.1 остигає, біметалева пластина охолоджується і розмикає пускове коло. У цей момент до напруги мережі додається ЕРС самоіндукції дроселя 3, і на електродах ЛЛ 1 з’являється імпульс підвищеної напруги, що запалює її. Після початку роботи ЛЛ напруга на ній та на неоновій лампі стартера становить близько половини напруги електричної мережі. Такої величини напруги не достатньо для повторного замикання контактів неонової лампи стартера і вона у подальшій роботі лампи участі не бере. При запалювання ЛЛ і при її роботі виникають електромагнітні коливання, які створюють радіоперешкоди. Для зниження рівня радіоперешкод у коло стартера включений конденсатор 2.2. Тривалість тліючого розряду в неоновій лампі стартера становить в середньому (0,3-1) с, а тривалість замикання електродів – (0,2-0,6) с. Запалювання лампи звичайно відбувається за дві – п’ять спроб. Стартер повинен забезпечити запалювання лампи за час, не більший 15 сек. Напруга запалювання у стартері вибирається таким чином, щоб вона була нижчою за номінальну напругу мережі, але більшою за робочу напругу, що встановилась на ЛЛ при її горінні. Контакти стартера повинні залишатися розімкнутими не менше 1 хв за напруги 70 В для стартерів, розрахованих для роботи в мережі напругою 220 В. Тому надійна робота стартера залежить від рівня напруги в мережі живлення. За зменшення напруги мережі живлення час запалювання ЛЛ збільшується. Дросель 3 являє собою котушку індуктивності зі сталевим осердям у металевому корпусі, заповненому компаундом. Під час запуску ЛЛ дросель виконує функцію обмежувача струму, без якого в ЛЛ відбувається лавиноподібне збільшення сили струму, що може призвести до її вибуху. Після запуску ЛЛ дросель стабілізує процес електричного розряду в ЛЛ, яка живиться змінним струмом. Наявність дроселя приводить до появи зсуву фази між напругою та силою струму у колі, внаслідок чого відсутні паузи струму. Тому розряд, згаснувши, без паузи знов запалюється. Наявність дроселя призводить до зниження коефіцієнта потужності На умови запалювання ЛЛ при стартерній ПРА впливає напруга мережі живлення, температура навколишнього середовища, величина ємності конденсатора для зниження радіоперешкод, встановленого у стартері, величина пускового струму тощо. Люмінесцентний світильник зі стартерною ПРА являє собою певну пожежну небезпеку. У процесі роботи ЛЛ не нагріваються вище +80 ºС, але через несправність ПРА (наприклад, злипання контактів неонової лампи стартера) у колі може виникнути великий струм, який призведе до нагріву електродів ЛЛ до температури плавлення (близько +1500 ºС). У результаті плавлення електродів відбувається їх відхилення і дотикання до стінок ЛЛ, які нагріваються при цьому до +190-200 ºС, відбувається розплавляння заливочної маси, руйнування монтажного проводу з поліхлорвініловою або гумовою ізоляцією і міжвиткові замикання у дроселі. Різке підвищення температури призводить до спалахування фарби, ізоляції розсіювача, виникнення КЗ. Термін служби ЛЛ залежить від числа вмикань і тривалості циклу горіння. При стартерному запалюванні ЛЛ кожен процес її пуску складається з ряду послідовних спроб запалити ЛЛ, що призводить до зниження її терміну служби. На термін служби ЛЛ також впливає надійність стартера. До достоїнств стартерних схем пуску ЛЛ слід віднести їх простоту, відносно невеликі розміри, вагу, малі втрати потужності і, відповідно, вартість. Основними недоліками стартерних схем пуску ЛЛ є зниження терміну служби ЛЛ при роботі в цих схемах, низька надійність ПРА, підвищена пожежна небезпека ПРА. Крім стартерної ПРА ЛЛ, існує велика кількість схем безстартерних ПРА. Безстартерні схеми поділяють на дві групи: схеми швидкого запалювання з попереднім нагрівом електродів (гаряче запалювання) та схеми миттєвого запалювання без попереднього нагріву електродів. Найпростішою схемою безстартерного пуску є резонансна схема ПРА, приведена на рис. 9.6. Рис. 9.6 – Найпростіша безстартерна резонансна схема ПРА для однолампового світильника з ЛЛ 1 – люмінесцентна лампа; 2 – конденсатор; 3 – дросель Ємність конденсатора 2 та індуктивність дроселя 3 підбираються таким чином, щоб за частоти 50 Гц виник резонанс напруг (формула (3.70)). При резонансі напруг напруга на конденсаторі збільшується і стає достатньою для запалювання ЛЛ 1. Після запалювання ЛЛ конденсатор шунтується розрядом в ЛЛ і умови для виникнення резонансного режиму не виконуються. Недоліком безстартерної резонансної схеми ПРА ЛЛ є негативний вплив конденсатора на роботу ЛЛ, оскільки до перезапалювання ЛЛ конденсатор заряджається й у момент перезапалювання ЛЛ розряджається через неї. На сьогодні запалювання ЛЛ здійснюється, як правило, за допомогою електронної ПРА, вартість якої у декілька разів перевищує вартість стартерної ПРА. За статистичними даними, пожежі від світильників із ЛЛ виникають в 1011 разів рідше, ніж від світильників з лампами розжарювання. Світильники з дуговими ртутними люмінесцентними лампами. Конструкція і принцип дії ламп ДРЛ відрізняються від конструкції і принципу дії трубчастих ЛЛ низького тиску. Існують двохелектродні (рис. 9.7,а) і чотирьохелектродні (рис. 9.7,б) лампи ДРЛ. Рис. 9.7 – Конструкція лампи ДРЛ: а – двохелектродна,
1 – різьбовий цоколь; 2 – скляна колба; 3 – люмінофор; 4 – ртутна кварцова трубка високого тиску; 5 – головні електроди; 6 – додаткові електроди Джерелом світла у двохелектродній лампі ДРЛ є електричний розряд у товстостінній кварцовій трубці 4, заповненій парами ртуті й аргоном під
Для вмикання (запалювання) двохелектродних ламп ДРЛ потрібна спеціальна ПРА, яка має назву ПУРЛ-220 (пристрій для підпалювання ртутної лампи напругою 220 В). Для спрощення ПРА, а також збільшення терміну служби ламп розроблено чотирьохелектродні лампи ДРЛ. Чотирьохелектродна лампа ДРЛ відрізняється від двохелектродної лампи ДРЛ наявністю двох додаткових електродів 6, розташованих біля головних електродів 5 і з’єднаних з протилежними головними електродами через великий опір. Додаткові електроди призначені для полегшення умов запалювання лампи. При ввімкненні лампи виникає тліючий розряд між додатковими електродами і найближчими головними електродами, що забезпечує необхідну іонізацію газу. У результаті іонізації газу розряд встановлюється між основними електродами, тому що опір газового проміжку менше опору, включеного в коло додаткового електрода. Чотирьохелектродні лампи ДРЛ комплектуються різьбовим цоколем 1 для кріплення в патроні світильника. Лампи ДРЛ виробництва країн СНД маркуються із зазначенням типу лампи, її потужності у [Вт] та червоного відношення (відношення світлового потоку червоної області спектра до загального світлового потоку лампи) у відсотках. Приклад маркування лампи ДРЛ: ДРЛ 400(10). Розшифровується наступним чином: лампа дугова (Д) ртутна (Р) люмінесцентна (Л) потужністю 400 Вт, червоне відношення 10 %. Лампи ДРЛ випускаються потужністю 250, 500, 750 і 1000 Вт на напругу 220 В з різьбовими цоколями Е27 або Е40. Світлова віддача ламп ДРЛ становить до 60 лм/Вт, світловий ККД досягає значення 20 % (як і для ЛЛ). Термін служби ламп ДРЛ – до 20000 годин. Схема вмикання ПРА (ПУРЛ-220) двохелектродної лампи ДРЛ приведена на рис. 9.8. ПУРЛ-220 є однаковим для всіх двохелектродних ламп ДРЛ, а дросель 3 вибирається залежно від потужності лампи. ПУРЛ-220 складається з випрямляча 2.1, обмежувального резистора 2.2, конденсатора 2.3 та розрядника 2.4. Випрямляч 2.1 включений у схему ПУРЛ тому, що застосовується розрядник типу РБ-3, який не може працювати у схемах змінного струму. При подачі напруги на лампу 1 конденсатор 2.3 заряджається через випрямляч 2.1 і обмежувальний резистор 2.2. Коли конденсатор 2.3 зарядиться до величини напруги запалювання розрядника 2.4, конденсатор 2.3 розряджається через розрядник 2.4 та додаткову обмотку (обмотку запалювання) дроселя 3. На кінцях основної обмотки дроселя 3 індукується імпульс високої напруги, що запалює лампу 1. Якщо з першого разу лампа 1 не запалилася, конденсатор 2.3 зарядиться знову і процес буде повторюватися доти, поки лампа 1 не запалиться. Після запалювання лампи повторних розрядів конденсатора 2.3 не відбувається, тому що напруга на лампі 1 під час її горіння і на конденсаторі 2.3 нижче пробивної напруги розрядника 2.4. Схема вмикання двохелектродної лампи ДРЛ за допомогою ПРА ПУРЛ-220 забезпечує практично миттєве запалювання лампи за температури навколишнього середовища від мінус 30 ºС до плюс 60 ºС. Схеми вмикання ПРА чотирьохелектродної лампи ДРЛ приведені на рис. 9.9. Схеми вмикання ПРА для чотирьохелектродної лампи ДРЛ є значно простішими, ніж для двохелектродної, що є наслідком удосконалення конструкції лампи. Рис. 9.8 – Схема вмикання ПРА (ПУРЛ-220) двохелектродної лампи ДРЛ 1 – двохелектродна лампа ДРЛ; 2 – ПУРЛ-220; 2.1 – випрямляч; 2.2 – обмежувальний резистор; 2.3 – конденсатор; 2.4 – розрядник; 3 – дросель Для запалювання чотирьохелектродної лампи ДРЛ за кімнатної температури (рис.9.9,а) достатньо подати на її електроди напругу 220 В. Для стабілізації розряду застосовується дросель 3. Конденсатор 2 призначений для компенсації індуктивного опору дроселя. Рис. 9.9 – Схеми вмикання ПРА чотирьохелектродної лампи ДРЛ:
1 – чотирьохелектродна лампа ДРЛ; 2 – конденсатор; 3 – дросель; 4 – трансформатор Для запалювання чотирьохелектродної лампи ДРЛ за негативних температур (до мінус 30 ºС) імпульс напруги повинен сягати 300 В. Тому застосовують (рис. 9.9,б) трансформатор 4 з великим магнітним розсіюванням. Для підвищення коефіцієнта потужності в коло ПРА включають конденсатор 2. Усталена робота як двохелектродних, так і чотирьохелектродних ламп ДРЛ, тобто припинення помітної пульсації й досягнення номінального світлового потоку, настає через 5-7 хвилин після ввімкнення напруги. Повторне ввімкнення світильника з лампою ДРЛ, що горіла, можливе тільки після остигання лампи ДРЛ, для чого потрібно до 10-15 хв. З цієї причини світильники з лампами ДРЛ не дозволяється використовувати для аварійного освітлення. Лампи ДРЛ поєднують достоїнство трубчастих ЛЛ низького тиску – високу світлову віддачу – з можливістю зосередити у відносно невеликому об’ємі значну світлову потужність. Пожежна небезпека світильників з лампами ДРЛ зумовлена тим, що температура поверхні колби може досягати +300 ºС і вище, що може призвести до самозапалювання більшості горючих матеріалів. При невдалих пусках температура елементів ПРА може сягати величини +130 ºС, що також є небезпечним. Світильники з лампами ДРЛ застосовуються для вуличного освітлення та освітлення великих виробничих приміщень. На сьогодні світильники з лампами ДРЛ поступово замінюються світильниками з натрієвими лампами високого тиску, які є екологічно безпечнішими (лампи, які містять ртуть, потребують спеціальної утилізації). На рис. 9.10 показано зовнішній вигляд розглянутих електричних джерел світла. Рис. 9.10 – Сучасні електричні джерела світла: а – лампа розжарювання
Світильники з натрієвими лампами. Принцип дії натрієвих ламп ґрунтується на використанні резонансного випромінювання D-ліній натрію. За робочим тиском натрію виділяють два типи натрієвих ламп – низького і високого тиску. Крива залежності світлової віддачі випромінювання натрієвого розряду від тиску парів натрію має два максимуми. Область першого максимуму відповідає тиску близько 0,2 Па і досягається за температури рідкої фази +270-300 ºС. Саме за цих тисків і щільності струму 0,1-0,5 А/см2 працюють натрієві лампи низького тиску. Другий максимум світлової віддачі досягається за тиску близько 10 кПа. Такий тиск мають насичені пари натрію за температури +650-750 ºС. За цього тиску працюють натрієві лампи високого тиску. Натрієва лампа низького тиску (рис. 9.11) виконана у вигляді розрядної трубки 2 діаметром 50-75 мм, виготовленої зі спеціального боро-силікатного скла, стійкого до впливу парів натрію. В розрядну трубку введено певну кількість чистого натрію, який у холодному стані осідає на поверхні трубки у вигляді плям з металевим блиском. Для забезпечення запалювання і збільшення терміну служби в розрядну трубку вводиться невелика кількість інертного газу – неону, гелію або аргону. Робочий тиск парів натрію досягається за температури стінок розрядної трубки +280-300 ºС. Для підтримання цієї температури розрядна трубка розташовується всередині зовнішньої скляної теплоізолювальної колби 3 з подвійними стінками, покритої зсередини шаром оксиду індію. Оксид індію – напівпровідник, що пропускає хвилі видимого діапазону довжин хвиль і затримує хвилі інфрачервоного діапазону. Час розігрівання розрядної трубки становить 10-15 хв. Для зменшення довжини лампи і поверхні охолодження розрядна трубка виконується U-подібної форми. При вмиканні лампи вона випромінює мерехтливе червоно-рожеве світло. Через кілька хвилин, коли металевий натрій випарувався, лампа починає випромінювати яскраве практично монохроматичне жовте світло.
Рис. 9.11 – Конструкція натрієвої лампи низького тиску 1 – штифтовий цоколь; 2 – розрядна трубка U-подібної форми; 3 – скляна теплоізолювальна колба; 4 – електроди Вітчизняна промисловість випускає натрієві лампи низького тиску марки ДНаО (дугова, натрієва, освітлювальна) на напругу 220 В потужністю 85 Вт з двоштирковим цоколем типу G13d та потужністю 140 Вт зі штифтовим цоколем типу В15d діаметром 15 мм. Натрієві лампи ДНаО маркуються із зазначенням типу лампи та її потужності у [Вт]. Приклад маркування натрієвої лампи низького тиску: ДНаО 140. Розшифровується наступним чином: лампа дугова (Д) натрієва (На) освітлювальна (О) потужністю 140 Вт. Довжина лампи у значній мірі збільшується зі збільшенням потужності лампи, що обмежує можливості її збільшення. Термін служби ламп ДНаО – до 5000 годин, закордонних аналогів – до 18000 годин. Натрієві лампи низького тиску – ефективне електричне джерело світла, світлова потужність якого досягає 200 лм/Вт. Внаслідок цього лампи часто використовуються для вуличного освітлення – там, де не є важливою точна передача кольору. Запалювання натрієвої лампи низького тиску здійснюється за допомогою ПРА у вигляді спеціального трансформатора з великим магнітним розсіюванням, який забезпечує при запуску лампи напругу до 450 В (схема ввімкнення ПРА є еквівалентною схемі, зображеній на рис. 9.9,б). Натрієві лампи низького тиску схожі з трубчастими ЛЛ, тому що вони мають низький тиск, малопотужне розрядне джерело і трубчасту форму. Як і у трубчастих ЛЛ, у таких ламп не видно нитки розжарювання, лампи випромінюють м’яке, несліпуче світло. Унікальна властивість натрієвих ламп низького тиску – потужність випромінювання не зменшується зі збільшенням терміну роботи лампи. Створення натрієвих ламп високого тиску стало можливим тільки після освоєння технології виробництва для розрядної трубки високотемпературного матеріалу, що пропускає світло та є стійким до тривалого впливу агресивних парів натрію за температури +1300-1400 ºС. Матеріал являє собою кераміку на основі полікристалічного окису алюмінію. Натрієві лампи високого тиску за принципом роботи є аналогічними лампам ДРЛ, за винятком того, що розряд високої інтенсивності відбувається не в парах ртуті, а у ртутно-натрієво-ксеноновій суміші. Конструкція (рис. 9.12) натрієвої лампи високого тиску являє собою циліндричну розрядну трубку 2, змонтовану всередині циліндричної скляної вакуумної колби 3. Основною робочою речовиною в розрядній трубці 2 є натрій. Ртуть вводиться як буферний газ для підвищення температури розряду, градієнта потенціалу у стовпі розряду і для зниження теплових втрат; внесок у випромінювання ртуть практично не робить. Ксенон вводиться для підвищення світлової віддачі за рахунок зниження теплопровідності плазми. Рис. 9.12 – Конструкція натрієвої лампи високого тиску 1 – цоколь; 2 – розрядна трубка; 3 – скляна колба Колір випромінювання натрієвих ламп високого тиску має приємний золотисто-білий відтінок. Світловий ККД для натрієвої лампи високого тиску досягає значення 30 %. У жовто-помаранчевій області випромінювання зосереджено 70 % видимого випромінювання. Натрієві лампи високого тиску використовуються найчастіше там, де не важливе точне відтворення кольору. Ідеально підходять для освітлення спортивних залів, складів, пішохідних зон, доріг, виробничих і комерційних комплексів. Натрієві лампи високого тиску виробництва країн СНД маркуються із зазначенням типу лампи та її потужності у [Вт]. Приклад маркування: ДНаТ 50. Розшифровується наступним чином: лампа дугова (Д) натрієва (На) трубчаста (Т) потужністю 50 Вт. Натрієві лампи високого тиску випускаються потужністю 50, 70, 100, 150, 250, 400, 600 і 1000 Вт на напругу 220 В з різьбовими цоколями Е27 або Е40. Термін служби ламп ДНаТ – до 28000 годин. Натрієві лампи високого тиску не можуть запалюватися від напруги мережі. Для цього застосовується спеціальний імпульсний електронний запалювальний пристрій, що дає імпульси напруги до 4 кВ. Після запалювання лампи пристрій автоматично вимикається і схема функціонує аналогічно ПРА чотирьохелектродної лампи ДРЛ. Імпульсний електронний запалювальний пристрій 4 підключається паралельно лампі (рис. 9.13), причому високовольтний провід з’єднується одночасно з дроселем 3 і лампою 1. Рис. 9.13 – Схема включення ПРА натрієвої лампи високого тиску 1 – натрієва лампа високого тиску; 2 – конденсатор; 3 – дросель; 4 – імпульсний електронний запалювальний пристрій Пожежна небезпека світильників з натрієвими лампами низького тиску подібна пожежній небезпеці світильників із трубчастими ЛЛ, а світильників з натрієвими лампами високого тиску – пожежній небезпеці світильників з лампами ДРЛ. Вимоги пожежної безпеки до електричних світильників. Електричні світильники, як і інші електротехнічні вироби, за ступенем захисту оболонки повинні відповідати класу зони згідно з ПУЕ, мати апаратуру захисту від струмів КЗ та інших аварійних режимів. На електричні світильники, встановлені у вибухонебезпечних або пожежонебезпечних зонах, повинні бути нанесені знаки, що вказують ступінь захисту їх оболонки. Переносні світильники повинні бути обладнані захисними скляними ковпаками й сітками. Для цих світильників та іншої переносної електроапаратури слід застосовувати гнучкі кабелі та проводи (шнури) з мідними жилами, спеціально призначеними для цієї мети, з урахуванням їх захисту від можливих пошкоджень. Відстань між світильниками з лампами розжарювання та предметами (будівельними конструкціями) з горючих матеріалів, за винятком груп Г1, Г2 за ДБН В.1.1-7, повинна бути не менше 0,5 м – для лампи розжарювання потужністю 100 Вт, 0,8 м – потужністю 300 Вт, 1,0 м – потужністю 500 Вт. Інші види світильників необхідно розміщувати від горючих матеріалів та предметів на відстані не менше 0,5 м; від будівельних конструкцій, що містять горючі матеріали груп горючості Г3, Г4 за ДБН В.1.1-7, – не менше 0,2 м, а від конструкцій із горючих матеріалів груп горючості Г1, Г2 за
У разі встановлення світильників на (у) підвісні стелі чи їх облицювання з матеріалів груп горючості Г3, Г4 за ДБН В.1.1-7 місця прилягання цих світильників необхідно захищати негорючим теплоізоляційним матеріалом або матеріалом групи горючості Г1 (крім випадків, коли технічними умовами на світильники передбачена можливість їх монтажу на горючих поверхнях або конструкціях). Світильники треба регулярно, не рідше одного разу на місяць, а в запилених приміщеннях – щотижня, очищати від пилу. У світильниках аварійного та евакуаційного освітлення треба використовувати лампи розжарювання. Дозволяється, в окремих випадках, застосування люмінесцентних світильників для аварійного (евакуаційного) освітлення за умов, що температура навколишнього середовища приміщення становить не менше +5 ºС, а живлення здійснюється на змінному струмі й забезпечує напругу мережі не нижче 90 % від номінальної. Світильники аварійного (евакуаційного) освітлення виділяються з числа світильників робочого освітлення своїм типом чи спеціально нанесеним знаком. Світильники евакуаційного освітлення позначають літерою "Е". Установлення будь-яких місцевих вимикачів або штепсельних роз’єднувачів у мережах аварійного (евакуаційного) освітлення не дозволяється. Конструкція світильників повинна виключати можливість випадання з них ламп. Світильники з лампами розжарювання повинні мати суцільне силікатне скло, яке захищатиме колбу лампи. До світильників, розташованих у пожежонебезпечних зонах, є додаткові вимоги: люмінесцентні світильники у складських приміщеннях не повинні мати відбивачів і розсіювачів з горючих матеріалів; переносні світильники повинні мати ступінь захисту не нижче IP54 і повинні бути захищені від механічних ушкоджень металевою сіткою. Для освітлення вибухонебезпечних зон допускається використовувати світильники загального призначення в наступних випадках: – освітлення здійснюється через вікна, що не відчиняються; – світильник розміщується в ніші стіни за подвійним склом (ніша має природну вентиляцію); – світильники розміщають у спеціальному ліхтарі, відділеному від основного об’єму приміщення подвійним склом; – світильники розміщають у коробах, що продуваються чистим повітрям під надлишковим тиском; короб не сполучається з об’ємом приміщення і є повітроводом системи припливної вентиляції. Не дозволяється: застосування лампи розжарювання для опалення приміщень; підвішування світильників безпосередньо на струмопровідні проводи, обгортання електроламп і світильників папером, тканиною та іншими горючими матеріалами, експлуатація їх зі знятими ковпаками (розсіювачами); використання в пожежонебезпечних зонах світильників з лампами розжарювання без захисного суцільного скла (ковпаків), а також з відбивачами і розсіювачами, виготовленими з горючих матеріалів. Електричні світильники підключаються до електричної мережі системи TN-S, в іншому випадку їх корпуси підлягають заземленню. |