Tài liệu Giáo trình cung cấp điện P11 ppt

Chơng XI

Chiếu sáng công nghiệp

Chiếu sáng công nghiệp l một phần không thể thiếu đợc trong một xí
nghiệp. Chơng ny trình bầy những vấn đề cơ bản về thiết kế chiếu sáng
cho xí nghiệp, đồng thời đa ra những yêu ccu về chiếu sáng của một số
xí nghiệp thông thờng.

10.1 Khái niệm chung:


Trong bất cứ xí nghiệp no, ngoi chiếu sáng tự nhiên còn phải
dùng chiếu sáng nhân tạo. Hiện nay phổ biến nhất l đùng đèn điện để
chiếu sáng nhân tạo. Sở dĩ nh vậy l vì chiếu sáng điện có những u điểm
sau: thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiên, giá thnh rẻ, tạo đợc ánh sáng
gần giống ánh sáng tự nhiên.
Những số liệu sau đây nói lên vai trò của chiếu sáng quan trọng
của chiếu sáng trong XNCN. Ngời ta đã tính rằng ở 1 xí nghiệp dệt, nếu
độ rọi tăng 1,5 lần thì thời gian để lm các thao tác chủ yếu sẽ giảm 8
ữ
25%
; năng suất lao động tăng 4
ữ
5%. Trong phân xởng nếu ánh sáng không
đủ, công nhân sẽ phải lm việc trong trạng thái cang thẳng, hại mắt, hại
sức khoẻ, kết quả l gây ra hng loạt phế phẩm v năng suất lao động
giảm sút. v.v Đó l cha kể đến nhng công việc không thể lm đợc
nếu không đủ ánh sáng hoặc ánh sáng không giống ánh sáng tự nhiên.
Chẳng hạn công tác ở bộ phận kiểm tra chất lợng máy, nhuộm mầu v

sắp chữ in v.v
Vì thế vấn đề chiếu sáng đã đợc chú ý nghiên cu trên nhiều lĩnh
vựch đi sâu nh: nghiên cứu về ngồn sáng, chiếu sáng công nghiệp, chiếu
sáng nh ở, chiếu sáng côngtrình nghệ thuật văn hoá v.v
Trong chơng ny chỉ đề cập đến những vấn đề cơ bản nhất trong
chiếu sáng công nghiệp m thôi.

10.2 Phân loại và các hình thức chiếu sáng:


1) Chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ và chiếu sáng
hỗn hợp:

Việc chọn các hệ thống chiếu sáng điện công nghiệp (nguồn sáng sử dụng,
thể loại vật chiếu sâng) cần phải thích hợp với những điều kiện rất thay đổi
(khác nhau) của môi trờng xung quanh. Cho nên ngời ta phân ra các
hình thức chiếu sáng khác nhau cho phù hợp với từng loại hình cụ thể.
a) Chiếu sáng chung:

L hình thức chiếu sáng tạo nên độ rọi đồng đều trên ton bộ điện tích sản
xuất của phân xởng. ở hình thức ny thôgn thờng các đèn đợc treo cao
trên trần nh theo một qui luật no đó (HV). để tạo ra độ rọi đồng đều trong
phân xởng.

b) chiếu sáng cục bộ:

c) Chiếu sáng hỗn hợp:


2) Chiếu sáng sự cố:

3) Chiếu sáng trong nhà, chiếu sáng ngoài trời:


10.3 Bóng đèn và chao đèn:

1) Bóng đèn:

2) Chao đèn:

Hai dòng đèn cơ bản đợc sử dụng: Đèn sợi đốt v Đèn huỳnh quang (u
nhợc điểm v phạm vi sử dụng).


10.4 Các đại lợng kỹ thuật cơ bản trong chiếu sáng:


1)
Khái niệm chung về ánh sáng:

Chúng ta đều biết răng ánh sáng l những bức xạ điện từ, tuy nhiên chỉ có
những bức xạ điện từ có dải bớc sóng từ 380 nm đến 760 nm (1nm=10
-
9
m) mới gây nên tác dụng nhìn thấy ở mắt ngời. các bức xai trong dải
bớc sóng ny sẽ có tác dụng lên tế bo thần kinh võng mạc mắt v gây
ra cảm giác nhì thấy ở mắt ngời. V đợc gọi l ánh sáng. Trong dải bức
xạ ny tơng ừng với các bớc sóng khác nhau sẽ tạo ra các mầu sắt khác
nhau:

Trong phổ nhìn thấy của mắt ngời, thì mắt ngời lại có cảm giác nhậy
cảm nhất với bức xạ có bớc sóng 550 nm (tơng ng với mầu vng
chanh). Tức l mắt sẽ có cảm giác sáng nhất ở ánh sáng mầu vng chanh.
Bằng thực nghiệm ngời ta đã xây dựng đợc đờng cong độ nhậy của
mắt (đợc cong đợc xây dựng v kiểm tra với một số đông ngời mắt tốt).
Độ nhậy tơng đối:

ĐN: Độ nhậy tơng đối của mắt V

với ánh sáng bớc sóng

l tỷ số
giữa công suất bức xạ bớc sóng 550 nm với công suất bức xạ bớc sóng

, Cần thiết để có đợc cảm giác về độ sáng nh nhau của mắt






P

P
V
550
=



V



1
V
550
= 1
380
760
550
Tím
Đỏ
Cam
Vn
g
Chm
Xanh
lam
Xanh
lá cây
Bức xạ tử
ngoại

Bức xạ hồng
ngoại
Phỏ nhìn thấy của mắt ngời
550 700400

(nm)
1
0
V





2) Quang thông: F

Thông thờng các nguồn sáng đều bức xạ ra với các ánh sáng có bớc
sóng khác nhau có thể t 0



v tỷ lệ phân bổ các bơc sóng cũng
khác nhau, v vì vậy để đánh giá độ sáng của một nguồn sáng ngời ta
đa ra khái niệm về quang thông. Quang thông thực chất l phần công
suất qui đổi về bức xạ mầu vng chanh (bớc song 550 nm) của nguồn
sáng v đợc xác định bằng biểu thức sau:

=
0
dPVF

).().(



V(

) - độ nhậy của mắt theo

.
P(

) - hm phân bố năng lợc bức xạ theo

. (phân bố công suất theo

).
F - đợc gọi l quang thông của nguồn sáng.

ĐN: Quang thông đặc trng cho độ lớn của thông lợng hữu íc (công suất
hữu íc) của nguồn sáng qui về ánh sáng mầu vng chanh.
+ Đơn vị đo của quang thông l lumen viết tắt l: lm


1lm =
W
680

1
của bức xạ vng chanh.


3) Góc khối: d

L phần không gian hình nón có đỉnh nằm tại tâm của nguồn sáng v có
đờng sinh tựa trên chu vi của mặt đợc chiếu sáng.











+ Đơn vị đo của góc khối l Steradian viết tắt l st.

+ Góc khối 1 st l góc khối có đỉnh tại tâm một mặt cầu tởng tợng chắn
trên mặt cầu đó một diện tích bằng bình phơng bán kính của mặt cầu đó.

4) Cờng độ sáng: I




Ta thấy rằng quan thông của nguồn sáng phát ra theo các hớng trong

không gian thờng l không đồng đều (do các nguông sáng thờng l
không đối xứng). Vì vậy ngời ta đa ra một đại lợng đặc trng cho sự
phân bố quang thông nhiều hay ít theo các hớng khác nhau của nguông
sáng.
ĐN:
Cờng độ sáng của 1 nguồn sáng theo một phơng no đó, l lợng
quang thông m nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối nằm theo phơng
ấy.





d
dF
I =
Đơn vị đo l candera viết tắt l cd

1 candera =
steradian1
lumen1


+ Khái niệm về : đờng cong phân bố cờng độ sáng của đèn
Để thận tiện cho thiết kế chiếu sáng, thông thờng các nh chế tạo bóng
đèn thờng đa ra các biểu đồ phân bố cờng độ sáng theo các hớng
khác nhau trong không gian. Tuy nhiên cùng một kiểu đèn lại đợc thiết kế
vời nhiều kích cỡ về công suất khác nhau mặc dù chung vẫn cùng một có
một qui luật phân bố cờng độ sáng. Chính vì vậy các ti liệu thiết kế chiếu
sáng lại xây dựng biểu đồ chiếu sáng của đèn qui ớc có quang thông l

1000 lm cho các kiểu loại đèn. (HV)

















5) Độ rọi: E


Để đánh giá độ chiếu sáng của một nguồn sáng lên một bề mặt của một
vật bất kỳ, ngời ta đa ra khái niệm về độ rọi. Thực chất l lợng quan
thông (mật độ quang thông trên bề mặt của một vật).
ĐN:
Độ rọi của một mặt l phần quang thông đến trên một đơn vị diện
tích của mặt đó.

90
0

90
0
60
0
30
0
30
0
60
0
0
0
0
0
S
d


R
S
R
90
d

= 1st


dS
dF
E =

[lux] viết tắt l lx.

1lux = 1lm/1m
2


6) Tính chất quang học của vật:


Năng lợng bức xạ đi đến bề mặt của vật đợc chiếu sáng sẽ gồm ba
phần: + Phần bị vật phản xạ lại; + phần bị vật hấp thu v một phần khác
sẽ đi xuyên qua vật. Với các loại vật chất khác nhau tỷ lệ ny sẽ khác
nhau, mặc dù tổng các bức xạ ny vẫn không đổi theo định luật bảo ton
năng lợng.



wwww ++=


Trong đó: W - năng lợng chiếu tới vật.
W

- năng lợng bị vật hấp thụ.
W

- năng lợng bị vật phản xạ lại.
W

- năng lợng đi xuyên qua vật.

Để đánh giá tính chất quang học khác nhau của vật. Ngời ta đa ra các
hệ số đợc đánh giá bằng tỷ số giữa các năng lợng v tổng năng lợng
nhận đợc từ vật.

Hệ số hấp thụ:
w
w


=


Hệ số phản xạ:
w
w


=


Hệ số xuyên qua
w
w


=


Các hệ số trên có liên hệ với nhau thông qua hệ thức sau:

1=++




7) Độ rọi tiêu chuẩn: E
tc


Căn cứ vo tính chất công việc, vo điều kiện đảm bảo sức khoẻ của công
nhân, vo khả năng cung cấp điện của mỗi nớc

Ban bố những tiêu
chuẩn về độ rọi tiêu chuẩn cho các loại hình công việc khác nhau (Bảng
10-3; 10-4) l tiêu chuẩn độ rọi của nớc ta.
Khi thiết kế cần phải căn cứ vo các tiêu chuẩn đó để tính toán.
Trong thực tế vận hnh xuất hiện bụi, bồ hóng, khói có thể bám vo
bóng đèn, lm giảm quang thông của đèn. Vì vậy khi thiết kế chiếu sáng
cần phải tăng thêm tiêu chuẩn độ rọi bằng cách nhân nó với các hệ số dự
trữ ghi trong bảng (10-5).

10.5 Thiết kế chiếu sáng:


1) những số liệu ban đầu:

Công việc thiết kế trớc tiên l phải thu thập các số liệu ban đầu bao gồm:
+ Mặt bằng của PX, mặt bằng XN, vị trí các máy móc trong PX.

+ Mặt cắt cảu PX, XN của nh xởng

từ đó ấn định độ cao treo đèn.
+ Đặc điểm của qui trình công nghệ (mức chính xác của các loại hình công
việc đang có trong PX,XN. Độ lớn của vật cần quan sát, mức độ cần phân
biệt mầu sắc ..v.v)

Xác định các tiêu chuẩn về độ rọi cần thiết cho
các khu vực thiết kế.
2) Cách bố trí đèn:

Cách bố trí v lắp đặt đèn l công việc tiếp theo trong phần thiết kế chiếu
sáng, nó phụ thuộc vo nhiếu yếu tố khác nhau của khu vực sản xuất, nh
độ cao của nh xởng, nh xởng có trần hoặc không có trần, nh xởng
có cầu trục hay không có cầu trục..v.v Phần dới đây chỉ đề cập đến
việc bố trí đèn cho hình thức chiếu sáng chung vì hình thức ny sử dụng
nhiều đèn. Vấn đề l phải xác định đợc một cách hợp lý nhất vị trí tơng
đối giữa các đèn với nhau, giữa các đèn với trần nh, giữa các dẫy đèn với
tờng. Vì các yếu tố ny ảnh hởng trực tiếp đến độ rọi của mặt đợc
chiếu sáng
Bố trí đèn:

Ngời ta đã chứng minh đợc rằng nếu bố trí đèn nh sơ đồ a) thì hiệu quả
cao nhất nếu L
a
= L
b
. Còn ở sơ đồ b) thì L
b
=
3
L
a
hiệu quả cao nhất.
Trong thực tế việc bố trí đèn còn phụ thuộc vo hệ thống x ngang của
nh xởng nên các khoảng cách trên cố gắng tuânthủ đợc l tốt nhất.
Khoảng cách từ cách đẫy đèn đến tờng bao quanh nên đợc giứ trong
phạm vi:

l = (0,3
ữ
0,5).L


L
b
L
a
l

L
b
L
a
L
a
a) Bố trí đèn theo hình chữ nhật

b) Bố trí đèn theo hình thoi


Trong đó: l khoảng cách từ dẫy đèn đến tờng bao quanh.
L khoảng cách giữa các dẫy đèn.
Độ cao treo đèn: Độ cao treo đèn đợc đợc tính từ tâm của bóng đèn đến
bề mặt công tác (HV).






3) Tính toán chiếu sáng:
Sau khi đã nghiên cứu chọn phơng án v qui cách bố trí đèn, loại đèn ta
tiến hnh tính toán chiếu sáng. Thực chất l xác định công suất của các
đèn để đạt đợc các tiêu chuẩn đã chọn. Nội dung chính của phơng pháp
tính công suất chiếu sáng bao gồm:
+ Căn cứ vo E
tc
đã chọn phù hợp với từng loại công việc trong phân

xởng.

tính tổng công suất chiếu sáng, công suất cho từng đèn, số lợng
bóng đèn..
+ Kiểm tra độ rọi thực tế. Nếu khu vực thiết kế chiếu sáng có yêu cầu cao
về ánh sáng thì sau khi tính toán công suất chiếu sáng, chọn công suất cụ
thể cho các đèn sử dụng, thì công việc cuối cùng của thiết kế chiếu sáng l
tính toán kiểm tra. Nội dung chính của công việc ny l chúng ta phải xác
định đợc độ rọi tối thiểu (E
min
) v độ rọi tôia đa (E
max
). sau đó tính toán hệ
số điều ho.


>=
max
min
E
E

Tỷ lệ qui định (Theo qui phạm)

Các phơng pháp tính toán công suất chiếu sáng gồm một số phơng pháp
chính:
Phơng pháp suất phụ tải chiếu sáng.
Phơng pháp quang thông.
Phơng pháp điểm.
a) Phơng pháp suất phụ tải chiếu sáng:

đây l phơng pháp gần đúng
dựa trên kinh nghiêm thết kế vận hnh thực tế, ngời ta tổng kết lại đợc
suất phụ tải chiếu sáng cho một số khu vực lm việc đặc thù trên một đơn
vị diện tích sản xuất. Chung ta nếu biết đợc diện tích cần tính toán chiếu
sáng có thể nhanh chóng xác định đợc công suất cần cho chiếu sáng
theo công thức sau:


SpP
0cs
.=


Trong đó: p
0
- suất phụ tải chiếu sáng [W/m
2
] tra bảng.
S [m
2
] diện tích cần tính toán chiếu sáng (diện tích mặt bằng nh xởng).
Phơng pháp vừa nêu chỉ dùng để ớc lợng trong việc dự kiến phụ tải
hoặc dùng cho nhng nới có yêu cầu không cao về thiết kế chiếu sáng.
Phơng pháp quang thông v phơng pháp điểm
l những phơng pháp
chính để tính toán chiếu sáng cho những nơi có yêu cầu cao về chiếu
sáng. Hai phơng pháp ny dựa trên tinh thần chính sau: Độ rọi nhận đợc
từ bất kể một bề mặt no cũng bao gồm có hai phần:

E = E

t
+ E
p


Trong đó: E
t
- l độ rọi nhận trực tiếp từ các nguồn sáng.
E
p
- l độ rọi nhận đợc gián tiếp từ các vật phản xạ.
+ Nhóm phơng pháp quang thông chủ yếu quan tâm đến độ rọi nhận gián
tiếp qua các vật phản xạ lại. Thờng đợc áp dụng cho TK chiếu sáng
trong nh, cs hội trờng, phòng họp v.v nơi m số lợng bóng đèn có
quá nhiều v vật phản xạ ánh sáng lại đáng kể.
+ Nhóm phơng pháp điểm
thì ngợc lại chỉ quan tâm đến phần độ rọi
nhận trực tiếp từ các đèn. Thờng đợc dùng cho việc thiết kế chiếu sáng
ngoi trời hoặc các đờng hâm ngầm, nơi m các vật phản xạ quá ít hoặc
với hệ số phản xạ quá thấp. Phần dới đây sẽ trính bầy chi tiết từng
phơng pháp.

10.6 Tính toán chiếu sáng theo phơng pháp hệ số sử
dung quang thông:


Nh ở phần trên đã trình bầy phơng pháp ny chủ yếu đợc áp dụng để
tính toán chiếu sáng trong nh. Theo phơng pháp ny ton bộ quang
thông phát ra từ các đèn (F

dèn
) chỉ có một số no đó đến đợc bề mặt của
diện tích cần TK-CS ta gọi l phần quang thông hữu íc (F
hu íc
). Từ đó ta có
hệ số sử dụng quang thông đợc xác định theo biểu thức sau:



0den
uích
sd
Fn
F
F
F
K
.



==

Trong đó:

F
huu íc
hoặc F

- Tổng quang thông chiếu tới diện tích sản xuất.

F

den
- Tổng quang thông pháp ra của tất cả các đèn.
F
0
- Quang thông phát ra từ 1 đèn (giả thiết khu vực cs chỉ sử dụng một
loại bóng đèn).
n - Tổng số bóng đèn sử dụng.
K
sd
- Hệ số sử dụng quan thông.
Bản thân hệ số sử dụng quang thông l tham số phụ thuộc vo nhiều yếu
tố khác nhau (vo cách bố trí đèn, vo loại đèn, vo hệ số phản xạ của
trần, nền, tờng v các vật xung quanh). Tuy nhiên với một số tham số
h
c

h
H
h
c
Khoảng cách từ trần đến đèn.
h - Độ cao của mặt lm việc.
H - Độ cao treo đèn.

Quan hệ giữa H, L có quan hệ hợp
lý. Trong các sổ tay thờng cho:

H
L
=



phụ thuộc biết trớc nh loại đèn, cách bố trí cùng hệ số phản xạ của trần,
từng, nền thì ngời ta có thể xác định đợc hệ số K
sd
bằng các phơng
pháp thực nghiệm. Trong thực tế ngời ta xây dựng bảng tra K
sd
theo (loại
đèn,

;

tr
;

t
;

n
..).
Mặt khác ta có thể xác định đợc tổng lợng quan thông cần thiết
cho điện tích sản xuất theo công thức:

F

= K
dtr
. E
tb
. S

E
tb
- độ rọi trung bình [lx].
S - diện tích cần TK-CS [m
0
].
K
dtr
hệ số dự trữ tính đến việc bám bụi bẩn vo bóng đèn khi lắp đạt.
Thông thờng trong các ti liệu chiếu sáng ngời ta chi cho trớc
E
min
(bảng tra). Tuy nhiên gia E
min
v E
tb
có quan hệ phụ thuộc v phụ
thuộc vo cách bố trí đèn (vo khoảng cách gữa các dẫy đèn v độ cao
treo đèn. Trong thực tế z=E
min
/E
tb
phụ thuộc vo L/H v thông thờng
z=0,8

ữ
1,4. Từ đó nếu ta đã bố trí đèn rồi thì từ L/H có thể tra đợc z


E
tb
= E
min
/z; điều đó cũng có nghĩa l ta có thể xác định đợc quang thông
cần thiết cho mỗi bóng đèn.



sd
dtr
0
Knz
SEK
F
..
..
min
=


Ngoi ra nếu biết đợc F
0
chúng ta có thể tìm đợc loại bóng đèn thực tế
cần sử dụng

tra bóng đèn (P
0
; U
dm
).


0cs
PnP .=


Trờng hợp nếu chúng ta cha bố trí đèn trớc tức l ta cha biết trớc n
(số lợng bóng đèn). Thì chúng ta cũng có thể xác định đợc tổng quang
thông cần thiết cho khu vực cần TK-CS theo công thức sau:



sd
dtr
0
Kz
SEK
FnF
.
..
.
min
==

Sau đó nếu ta chọn một loại bóng đèn cụ thể có trên thị trờng

Đèn (P
0
;
F
0
; U
dm
), trên cơ sở đó ta có số lợng bóng đèn cần thiết cho khu vực cần
TK-CS:


sd0
dtr
KFz
SEK
n
..
..
min
=


Chú ý : Hệ số sử dụng quang thông có thể tra đợc từ các bảng tra:

K
sd
= f (loại đèn;

;

trần
;

tờng
;

nền
)

Trong đó

- đợc gọi l chỉ số hìng dạng của căn phòng. Nó đợc xác
định theo chiều di, chiều rộng của căn phòng v độ cao treo đèn.


).(
.
baH
ba
+
=




Trong đó: a, b - chiều di v chiều rộng của căn phòng cần TH-CS.
H - l độ cao treo đèn.

Trình tự tính toán theo phờng pháp hệ số sử dụng quang thông:


10.7 Tính toán chiếu sáng theo phơng pháp điểm:
Trong phơng pháp ny nh ở phần trên đã giới thiệu chúng ta chỉ quan
tâm đến độ rọi chiếu trực tiếp t các đèn tới v vì vậy chúng ta sẽ tính độ
rọi từ một đèn đến một diện tích ds (tại điểm A) nh HV.

Xác định độ rọi của đèn tới một điểm:
















Từ khái niệm về góc khối ta có dS=R
2
.d

. Tuy nhiên phần diện tích trong
(HV) của chúng ta không nằm thẳng góc với tia tới. M pháp tuyến của nó
tạo với tia tới một góc

v vì vậy phần diện tích vuông góc với tia tới thực
chất sẽ l:




cos
.
dR
dS
2
=

Măt khác lợng quang thông từ đèn gửi tới diện tích dS theo hờng

có
thể xá định theo biểu thức:

dF = I

.d



Từ định nghĩa về độ rọi ta có

R



d


d
S
H
I




P


- Góc tạo bởi pháp tuyến của dS
với tia tới.

- Góc tạo bởi đờng thẳng đứng
với tia tới.
R - Khoảng cách từ đèn tới điêm A.
H - Độ cao treo đèn.

A