Электроснабжение

     МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Филиал федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Самарский государственный  технический университет»

В г.Сызрани

 

Кафедра ЭПП

 

 

 

Отчет

по учебной  практике

 

 

Выполнил:

Студент гр. ЭВБ-280

Елагин А.В.

Проверил:

Ст.пр каф. ЭПП

Колесников А.А.

 

 

 

 

 

2013г.

 

 

Содержание

    Задание №1 Реферат «Современные источники искусственного освещения»

 

    

        Введение

 

   1.    Развитие    технологий    ламп…………………..… …4

    2.Различные виды источников света:

       2.1 Лампы накаливания……………………….………….6

       2.2  Галогенные лампы…………………………………...9

       2.3 Люминесцентные лампы……………….……………11

       2.4 Оптоволоконные системы освещения……………...14

       2.5 Светодиодные лампы………………………………..18

      Заключение

     Список используемой литературы

   

    

Задание №2  Нормативные документы: Электробезопасность

 

                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

  Мы живём в мире света  и созданных им  изображений.    Солнечный свет  былначалом жизни и колыбелью Человека  на  Земле.  Сознание  человека  стало определяться его образным  мышлением.  Природный свет,  рождённый солнцем, создал для нас огромный мир ощущений и дал нам возможность определить  своё

отношение  к  окружающему  нас  миру,  а  свет  искусственный  стал  началом  человеческой цивилизации. Сегодня  электрический  свет  определяет  качество нашей жизни  и комфортность состояния человека. Плохой  свет,  как  и  плохие очки, может стать причиной усталости, раздражительности, плохого  настроения и  других  неприятных  последствий.  Искусство  освещения  пытаются  постичь миллионы людей, обустраивая своё  жилище  и  рабочее  место.  Принимаясь  за

улучшение светового  комфорта  и  уюта  в  собственном  доме  или  квартире, полезно иметь хотя бы самые элементарные сведения о светотехнике и  правилах рационального освещения.

  Улучшение светового комфорта  в  домашних  условиях  и   на  работе  создаёт человеку  не только настроение, но и   позволяет  длительное  время  сохранять работоспособность;  а  правильный  световой  дизайн  и  хорошо   подобранная цветовая гамма  окружающей  обстановки  определяют  внутреннее  состояние  и помогают сохранить здоровье. Следует, конечно,  не  забывать,  что  здоровый образ  жизни  мы  связываем  со  светлой   и   приятной   глазу   окружающей обстановкой, которая создаёт нам запас прочности во всех наших начинаниях  в жизни.

 

 

 

                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Развитие технологии ламп

 

  Электрический  свет  интернационален  по  месту  своего  рождения.  В  его открытии и создании участвовали выдающиеся учёные и изобретатели  из  многих стран мира. Первый этап разработки электрических источников света  благодаря открытиям и изобретениям Деви, Вольта, Петрова,  Мольена,  Габела,  Адамаса, Шпренгеля, Ладыгина, Яблочкова, Дедриксона  и  других  завершился  в  1879г.

Созданием Эдисоном лампы накаливания  в  привычном  для  нас  конструктивном виде. Первые публичные установки  электрического освещения появились  в  конце 19 века в странах Западной Европы, в Америке и России. Электрическая  «свеча Яблочкова» произвела сенсацию в  Париже  и  была  названа  «русским  светом».

  Конкуренция ламп накаливания  появилась с разработкой  поколения   разрядных ламп  в  30-х   годах  нашего  столетия:  люминесцентных  и   ртутных   ламп, обладающих  двумя  выдающимися  преимуществами:  в  несколько  раз   высокой энергоэкономичностью  и  продолжительностью  работы.  Несмотря  на   большую стоимость, необходимость применения для их включения  и  работы  специальных пускорегулирующих аппаратов (ПРА) и  многие  другие  недостатки,  эти  лампы стали быстро вытеснять лампы накаливания, и  в первую очередь это  коснулось областей ромышленного и уличного освещения.  С  50-х  годов  люминесцентные лампы стали занимать прочные  позиции  в  освещении  помещений  общественных зданий (классы и аудитории, офисы, больницы и др.). В конце  60-х  разрядные лампы пополнились  новым  классом  – еталлогалогенными  лампами,  которые,сохраняя преимущества  ртутных  ламп  высокого  давления  (ДРЛ),  отличаютсяболее высокими показателями энергоэкономичности и цветопередачи. Наиболее широко эти лампы стали применяться сначала в  освещении  спортивных сооружений  (для  обеспечения  требований  ТВ  -  трансляций).  Вершиной   в разработке энергоэкономичных ламп следует считать натриевые  лампы  высокого давления с жёлто – золотистым светом. Одна  такая  лампа  мощностью  400  Вт заменяет лампу ДРЛ мощностью 1000  Вт  и  10  ламп  накаливания  по  300  Вт каждая.  Из–за  недостаточной  цветопередачи  эти  лампы  в  первую  очередь применяются в уличном освещении. Для расширения области применения  разрядных ламп в жилых и общественных зданиях в 70-х годах  были разработаны компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), в том числе с таким же цоколем,  как и у лампы накаливания.  Ввернув такую лампу в   обычный светильник, можно снизить его мощность в 5-6 раз (например,  КЛЛ мощностью 13 Вт заменит лампу накаливания мощностью 75  Вт).  В те  же  годы  для подсветки экспозиций на выставках и в  музеях  появились  галогенные  лампы, отличающиеся от обычных исключительной компактностью, в 1,5-2 раза  большими экономичностью и сроком службы.     Наиболее  эффективны  и  безопасны  лампы, рассчитанные на напряжение 12 В, хотя при сетевом напряжении они  и  требуют установки понижающих трансформаторов. Сегодня  зеркальные  галогенные  лампы накаливания стали эффективным и  престижным  источником  света  в  освещении

 офисов, банков, ресторанов, магазинов и др. помещений.

        Современную историю источников  света  удивительные  по  продолжительности работы  «вечные»  лампы  с  новым  принципом  действия  (рис.1.2).  Это  так называемые компактные безэлектродные  высокочастотные  люминесцентные  лампы типа QL мощностью 85 Вт и сроком службы 60  тыс.  часов,  не  уступающие  по другим характеристикам лучшим разрядным лампам. Представленные в начале  90-х годов фирмой Philips, эти лампы находят всё большее  применение,  особенно в  странах  северной  Европы.  Совсем  недавно  они  были  использованы  при модернизации  освещения  большой  учебной  аудитории  в  Финляндию.   Авторы  проекта утверждают, что очередная замена ламп будет проведена в  2025  году.

 

 

1879г.- изобретение лампы накаливания

1924г.- изобретение автомобильной фары ближнего/дальнего света

1933г.- внедрение ртутной лампы  высокого давления

1938г.- внедрение люминесцентной  лампы

1949г.- создание лампы накаливания  «мягкого белого» цвета

1954г.- внедрение кварцевой лампы  накаливания

1958г.- внедрение галогенной лампы

1962г.- изобретение натриевой лампы  высокого давления             1965г.-

внедрение металлогалогенной лампы

1973г.- внедрение люминесцентных  ламп пониженной мощности

1974г.- внедрение эллипсоидного отражателя

1975г.- внедрение зеркальных  ламп с фацетным отражателем

1982г.- внедрение металлогалогенной  лампы низкой мощности

1987г.- внедрение люминесцентной  лампы Biax в 40 ватт

1989г.- внедрение лампы (Halogen-IR™  PAR)

1991г.- внедрение лампы (ConstantColor™ Presise)

1992г.- внедрение компактной люминесцентной лампы (Biax™Compact)

1994г.- изобретение безэлектродной  люминесцентной лампы (Genura)

1995г.- выпуск компактной люминесцентной  винтовой лампы (Heliax)

 

 

 

                      

           

 

2.Различные виды источников света

 

2.1 Лампы накаливания

 

   По  особенностям  устройства  и  принципа  действия  лампы   накаливания,применяемые для целей  освещения можно разбить на 2  большие  группы:  общего применения (обычные лампы в традиционном  исполнении)  и  галогенные  лампы накаливания, которым посвящён следующий раздел. 

 Устройство ламп, в принципе осталось таким же, как предложил  Эдисон.  Для повышения температуры тела накала и снижения его  скорости  распыления  (это основные  способы  увеличения  световой   отдачи   и   срока   службы   ламп накаливания)  вместо  угольной  нити  в  современных   лампах   используется спиральная или биспиральная (спираль из спирали) вольфрамовая проволока и  в подавляющем большинстве типов ламп вместо вакуума применяется инертный  газ:

аргон или криптон. Появился также класс ламп с зеркальным отражателем,  т.е. лампы светильники. Лампы  очень  чувствительны  к  колебаниям  напряжения  в сети: при  перенапряжении  резко  снижается  срок  службы,  а  недостаточное напряжение ведёт к непропорционально большой потере светового  потока  (хотя срок службы при этом возрастает). Нормальная работа ламп обеспечивается  при колебаниях  напряжения  не  более  чем  на  5  %.  Для  сетей  с  постоянным перенапряжением в России выпускаются лампы  с  маркировкой  230-240В.  Лампы накаливания одинаково хорошо работают на переменном и постоянном токе.

      Почти для всех типов  ламп  средний  срок  службы  составляет  1000  ч.  В реальных  условиях  он  может  быть  меньшим  в   зависимости   от   условий эксплуатации и конструктивного исполнения светильника. При работе в среднем 8 ч в день лампа живёт обычно 3-5 месяцев. Лампы имеют невысокую световую отдачу от 7 до 17  лм/Вт.  Этот  показатель растёт при увеличении мощности лампы и снижении напряжения, на  которое  она рассчитана. Например, лампа мощностью  40  Вт  220В  имеет  световую  отдачу около 10 лм/Вт, а 100-ваттная – до 14 лм/Вт.

 Отличить  лучшую  по энергоэкономичности лампу можно по её белому излучению. Лампа накаливания (рис.1) – традиционный  источник  света  в  помещениях  жилых  и общественных зданий. Они создают неповторимую обстановку  праздничности  или уюта и применяются  во  всех  случаях,  когда  это  необходимо  по  условиям дизайна. В функциональном  отношении  они  очень  эффективны  при  освещении картин и других нестойких к воздействию света экспонатов. Их невысокий  срок службы  и  световая  отдача  бывают  не   столь   важны   в   помещениях с кратковременным пребыванием  людей  и  при  низких  нормированных  значениях освещённости.

 

 

 

 

 

 

Рис. 1 Лампа накаливания

 

 

Принцип работы

 

В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока. Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения  тока. Нить излучает электромагнитное излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 6000 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение.

Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Идеальная температура в 6000 K недостижима, т. к. при такой температуре любой материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).

 

При практически достижимых температурах 2300—2900 °C излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «желто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура.

В обычном воздухе при таких  температурах вольфрам мгновенно превратился  бы в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной  нейтральным газом (обычно аргоном). Первые лампочки делались с вакуумированными колбами. Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая нить тоньше и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас используют только для ламп малой мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Галогенные лампы

 

  По принципу действия эти   лампы  устроены  так  же,  как  и  другие  лампы накаливания. Главное отличие состоит  в  том,  что  внутренний  объём  лампы заполнен парами йода или брома – т.е. галогенных элементов, что  и  отражено в  названии  ламп. Использована  химическая  способность   этих   элементов непрерывно  «собирать»  осевшие  на  колбе  испарившиеся  частицы  вольфрама (реакция окисления)  и возвращать  их   «домой» на  вольфрамовую спираль (реакция восстановления).  Этот  «галогенно-вольфрамовый  цикл»   позволяет увеличить температуру и одолжительность жизни тела накала  и,  в  конечном счёте, повысить в 1,5-2 раза световую отдачу  и  срок  службы  ламп.  Другое важное отличие состоит в том, что колба  выполнена  не  из  обычного,  а  из кварцевого стекла, более устойчивого  к  высокой  температуре  и  химическим взаимодействиям. Благодаря этому размеры галогенной лампы (Рис. 2 ) можно уменьшить в несколько раз по сравнению с обычными лампами такой же мощности.  Устройство

зеркальных галогенных ламп отличается тем, что зеркальный отражатель  вместе с цоколем приклеен к колбе  лампы.  Зеркальное  покрытие  выполняется  путём напыления на стеклянный отражатель химически чистого алюминия  (непрозрачное покрытие)   или   специального   полупрозрачного   покрытия.  

 

Рис.2 Галогенная лампа накаливания

с цоколем Е27 и двойной колбой

     Лампы с полупрозрачным (интерференционным) покрытием почти не  нагревают  освещаемую поверхность, т.к. ИК излучение пропускается отражателем  «назад».  Некоторые типы ламп имеют также фильтры, не пропускающие УФ лучи. Наряду с лампами, рассчитанными для непосредственного включения в  сеть  с напряжением 220,127 или  110  В,  очень  широкое  применение  находят  лампы низкого напряжения обычно на 12 В. Как и все лампы накаливания, галогенные лампы резко реагируют на изменение напряжения в сети.  Увеличенное  на  5-6% напряжение может привести  к  почти  двукратному  сокращению  срока  службы.       Энергоэкономичность в 1,5-2 раза выше, чем у других ламп накаливания. Большинство ламп имеют срок службы 2000 ч, т.е.  в  2  раза  больший,чем обычные лампы накаливания. Некоторые типы  зеркальных  ламп  выпускаются  со сроком службы 3000 и 4000 ч.

       

  Энергоэкономичность в 1,5-2 раза выше,  чем  у  других  ламп  накаливания. Световая отдача трубчатых  ламп  находится  в  пределах  от  14  лм/Вт  (при мощности 60 Вт) до 25  лм/Вт  (при  мощности  2000  Вт).  У  остальных  ламп световая отдача составляет от 14 до 17 лм/Вт при сетевом напряжении и  почти до 20 лм/Вт для маломощных ламп низкого напряжения. Лампы на сетевое напряжение с цилиндрической или  свечеобразной  колбой  с успехом заменяют обычные лампы во всех сферах их применения и особенно  там, где  требуются  небольшие  габариты  по  условиям  размещения  в  стеснённых объёмах или скрытого расположения.  Зеркальные лампы, особенно  на  низкое напряжение, практически  незаменимы в технике акцентированного освещения выставок, музеев, витрин, ресторанов, жилых помещений и др.

 

Принцип работы

 

В баллоне лампы присутствуют пары йодидов металлов. При инициации  электрического разряда с разогретых электродов начинает испаряться вольфрам, и его пары вступают в соединение с йодидами, образуя газообразное соединение - йодид вольфрама. Этот газ не оседает на стенках колбы (баллон остается прозрачным в течение всего срока работы лампы). Непосредственно вблизи разогретых электродов газ разлагается на пары вольфрама и йод, т.е. электроды окутаны облаком паров металла, оберегающим электроды от разрушения, а стенки колбы от потемнения. При выключении лампы вольфрам оседает (возвращается) на электроды. Таким образом, галогенный цикл обеспечивает длительную работу лампы без потускнения колбы. Металлогалогенные (газоразрядные) лампы стали практически традиционными для применения в профессиональном световом оборудовании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Люминесцентные лампы

 

 Для потребителей её удобнее   провести  по  форме  ламп:  прямые  трубчатые, фигурные и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) (Рис.3). Принцип действия  состоит в использовании электролюминесценции (свечения паров металлов  и  газов  при прохождении через них электрического  тока)  и  фотолюминесценции  (свечение  вещества  люминофора  при  его облучении другим,  например, невидимым  УФ

светом). В люминесцентной лампе  электрический разряд происходит  при  низком давлении   ртути   и   некоторых   инертных   газов; электролюминесценция характеризуется очень слабым  видимым  и  сильным  УФ  излучением.  Световой поток  лампы  создаётся  главным  образом  за   счёт   фотолюминесценции   – преобразования УФ излучении в видимый свет  слоем люминофора,  покрывающим изнутри стенки трубчатой стеклянной колбы.  Таким  образом,  лампа  является своеобразным     трансформатором невидимого света в видимый.

 

Рис. 3 Различные виды люминесцентных ламп

 

 

Энергоэкономичность  - это основное  преимущество  люминесцентных  ламп.  Их световая  отдача,  в  зависимости  от  цветности,  качества   цветопередачи, мощности и типа ПРА находится  в  пределах  от  50  до  90  лм/Вт.  Наименее  экономичны лампы небольшой мощности и высоким качеством цветопередачи. Поскольку лампа не предназначена для непосредственного включения  в  сеть, значение напряжения на лампе при её маркировке не приводится. В комплекте  с ПРА  лампы  обычно  рассчитаны  на  питание   от   сети   переменного   тока промышленной  частоты.  Для  питания  от  сети  постоянного  тока  требуются специальные ПРА.

Лампы отличаются высоким сроком службы,  достигающим  15000  ч.  Некоторые производители  приводят  с  учётом   оптимизации   расходов   на   освещение рентабельный срок службы, который может быть в два раза меньше. Указанные  в техдокументации значения срока службы значительно  меньше  продолжительности жизни лампы до полного отказа. В режиме частых включений срок  службы  лампы сокращается.

        Люминесцентные лампы – наиболее  массовый  источник   света  для  создания общего освещения в помещениях общественных зданий: офисах,  школах,  учебных и  проектных  институтах,   больницах,   магазинах,   банках,   предприятиях текстильной и электронной промышленности  и  др..  Весьма  целесообразно  их применение в жилых помещениях: для освещения рабочих поверхностей на  кухне, общего или местного (около зеркала) освещения  прихожей  и  ванной  комнаты. Нецелесообразно  применение  ламп  в  высоких  помещениях,  при  температуре воздуха ниже 5°C   и при затруднённых условиях обслуживания. Компактные люминесцентные лампы

 

  Основная  особенность  устройства  компактных  люминесцентных  ламп  (КЛЛ) состоит  в  придании  различными  способами  разрядной  трубке  таких  форм, которые бы обеспечили резкое снижение длины лампы. Кроме  того,  большинство маломощных ламп,  предназначенных  для  замены  ламп  накаливания,  устроены таким образом, что могут непосредственно или через  адаптер  ввёртываться в резьбовой  патрон.  Выпускаются  также  лампы  -  светильники: с внешней светорассеивающей оболочкой или отражателем. Чувствительность к колебаниям напряжения такая же, как и у  других  люминесцентных  ламп.  Кратковременные колебания  напряжения  в  сети  допускается  в   пределах   ±   5-7%,   хотя

работоспособность ламп сохраняется  и при больших колебаниях напряжения.

  Срок службы у большинства  ламп составляет 10000 ч, т.е.  в  10  раз  выше, чем у ламп накаливания. При средней  наработке  8  ч  в  сутки  замена  ламп требуется один раз в 3-4 года. Лампы со вс,

троенным ПРА не требуют  других  дополнительных устройств для своей работы. Остальные лампы  могут  работать  с  выносными  ПРА  или  ПРА, встроенными в адаптер под стандартный резьбовый патрон. Энергоэкономичность – одно из  главных  преимуществ  КЛЛ  по  сравнению  с лампами накаливания. Световая отдача ламп находится на уровне от  40  до  80 лм/Вт,   повышаясь   с   увеличением   мощности   и   ухудшением    качества цветопередачи. КЛЛ мощностью 5, 7, 11,  15  и  20  Вт  заменяют,  не  снижая освещённости, лампы накаливания мощностью соответственно 25, 40, 60,  75,  и 100 Вт. КЛЛ соединили в  себе  лучшие  свойства, присущие  лампам  накаливания и обычным  люминесцентным  лампам,  и  начинают   постепенно   вытеснять эти источники  из  традиционных  областей  их  применения в жилых домах и общественных  зданиях.  Успешным  оказалось  их   применение в освещении придомовых территорий и  для  аварийных  эвакуационных  целей.  В  некоторых странах на государственном уровне  выполняются  программы  энергосбережения, основанные на замене ламп накаливания на КЛЛ.

 

 

 

 

 

Принцип работы

 

 При работе люминесцентной  лампы между двумя электродами,  находящимися в противоположных  концах 

 лампы возникает электрический  разряд. Лампа заполнена парами  ртути, и проходящий ток приводит  к появлению УФ излучения. 

 Это излучение невидимо для  человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом — люминофором, которое поглощает УФ излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора можно менять оттенок свечения лампы.

 

 Особенности подключения 

 С точки зрения электротехники, люминесцентная лампа — устройство  с отрицательным сопротивлением (чем больший ток через неё  проходит — тем больше падает  её сопротивление).

 Поэтому при непосредственном  подключении к электрической сети лампа очень быстро выйдет из строя из-за огромного тока, проходящего через неё. Чтобы предотвратить это, лампы подключают через специальное устройство (балласт).

 

 В простейшем случае это  может быть обычный резистор, однако в таком балласте теряется значительное количество энергии. Чтобы избежать этих потерь при питании ламп от сети переменного тока в качестве балласта может применяться реактивное сопротивление (конденсатор или катушка индуктивности). В настоящее время наибольшее распространение получили два типа балластов — электромагнитный и электронный.

При подключении подключения люминесцентных ламп применяется специальная пуско-регулирующая аппаратура – ПРА. Различают 2 вида ПРА : электронная – ЭПРА (электронный  балласт) и электромагнитная – ЭМПРА (стартер и дроссель). Наиболее распространённая схема включения люминесцентной лампы – с применением ЭМПРА. Это стартерная схема подключения (Рис.4)

 

 

Рис.4 Статерная схема подключения люминесцентной лампы

 

2.4 Оптоволоконные системы освещения

 

  Волоконно-оптические технологии  в  освещении  применяются   уже  несколько десятилетий, но до  сих  пор  считаются  экзотикой.  Между  тем,  применение оптоволокна позволяет легко и элегантно решать  сотни  технических  проблем, возникающих при разработке световых проектов, а во  многих  случаях вообще является единственно возможным решением.

  И это  совершенно  не  удивительно,  если  принять   во  внимание  чудесную сущность оптоволоконной технологии  освещения,  позволяющей  управляться со светом, как с джином из  бутылки:  загнать  его  внутрь  гибкого  световода, провести  сквозь  стены,  через  землю  и  воду,  огибая   углы и обходя препятствия,  а  когда  необходимо  –  извлечь  в   нужных   количествах и использовать  по  назначению.  Помогает  «повелевать»   светом физическое явление многократного полного внутреннего отражения. Конструктивной  основой гибких  волоконных световодов являются  стеклянные оптические волокна, которые выпускаются со специальными добавками, обеспечивающими их стойкость к поражению грибками, плесенью и водорослями, а  также  с  добавками  против вредного  воздействия  ультрафиолетового  излучения.  Волокно состоит из сердцевины, выполненной из мягкого  материала,  и  более  твёрдой  оболочки.

Разные материалы по-разному  преломляют  свет,  что  и  заставляет  работать физику  полного  внутреннего  отражения:  сердцевина  должна  иметь  больший показатель  преломления,  чем   оболочка.   Стеклянное   оптоволокно давно применяется в телекоммуникации для  передачи  данных  с высокой скоростью.

Большие надежды возлагаются сейчас на  полимерные  волокна  (POF  –  plastic optic  fiber),  которые примерно  вдвое дешевле стеклянных.  Пластик   не подходит для создания высокоскоростных  линий  передачи  данных,  но вполне пригоден  для  расстояний  порядка  нескольких  десятков   метров.   Поэтому предполагается, что полимерное  оптоволокно  станет  основой  для  очередной революции  в  домашних  сетях  –  создания  интеллектуального  дома   нового поколения. Сеть на основе POF  объединит  все  управляющие  и  обслуживающие системы дома с мультимедийными хранилищами аудиовизуальной  и  любой  другой информации. В случае успеха такого проекта цена на  полимерное  оптоволокно, естественно, упадёт,  что  приведёт,  помимо  прочего,  к  ухудшению  систем оптоволоконного  освещения,  главным  недостатком  которых является пока относительно высокая стоимость. Впрочем, это – будущее, а настоящим следует признать тот факт, что уже сегодня пластиковое волокно широко применяется  в освещении, оставив стекло далеко позади по объёмам продаж. Волокна бывают различных диаметров, причём чем тоньше волокно,  тем  легче его  сгибать,  поэтому  использование  световода  (оптоволоконного  кабеля), объединяющего несколько волокон, является более практичным,  чем  применение одного  волокна  большего  диаметра.  Для  механической  защиты  волокон в световоде употребляется пластиковая оболочка, сходная с  изоляцией  обычного кабеля (ПВХ, меголон и т.д.). В случае  значительных  механических нагрузок применяется двойная оболочка. Световоды бывают  двух  типов  –  торцевого и бокового свечения. Оптоволоконные  кабели  торцевого  свечения  работают  по классической схеме передачи света с минимальными потерями в  заданную  точку пространства. Принцип действия кабелей бокового свечения, наоборот, основан на «побочном эффекте» свечения оптоволокна,  возникающем  из-за  потерь  при

внутреннем отражении, когда часть  света проходит наружу (это происходит  при изгибе волокна, когда угол падения лучей  меньше  предельного и фактически внутреннее  отражение  становится  не  полным,  а  частичным.  В  световодах бокового свечения используются такие же волокна, как и в  кабелях  торцевого свечения, только они особым  образом  скручены  или  переплетены.  При этом применяется прозрачная гибкая оболочка, и  свет  становится  хорошо  видным, создавая боковое свечение вдоль световода.

Волоконная оптика:

Как работает оптоволоконное освещение? Свет входит из проектора в один  из  концов  оптоволоконного световода, доставляется в нужную точку  пространства,  распространяясь  внутри  волокна благодаря явлению  полного  внутреннего  отражения,  и  свободно  излучается другим концом световода.

Эффективно ли оптоволоконное освещение? Эффективность оптоволоконной системы освещения не превышает 15-20%. На первый взгляд, традиционное  освещение  значительно  более  эффективно: типичное значение светового КПД обычных световых приборов -50-70%. Однако следует учитывать, что  для  традиционных  осветительных  установок характерны большие световые потери, когда часть излучаемого  света  теряется в пространстве или даже приводит к нежелательной (паразитной) засветке. При этом  общий  КПД   установки   с   учётом   так   называемого   коэффициента использования светового потока может быть значительно   ниже, и обеспечиваемые    оптоволоконной    системой    15%    становятся     вполне конкурентоспособным результатом. Экономично ли применять оптоволокно? Ответ на этот вопрос сильно зависит от конфигурации  системы.  Когда один проектор используется для питания большого количества относительно  коротких световодов, применение оптоволокна может дать существенную экономию. Легко ли работать с оптоволокном? Сегодня работать с оптоволоконными системами, пожалуй, даже легче,  чем  с обычным электрическим освещением. Безопасно ли оптоволокно?   Оптические  волокна не  проводят  электричество,  а   производимое   ими

количество тепла ничтожно. Оптоволоконные световоды могут находиться в  непосредственном  контакте  с водой и с любыми строительными материалами. Оптические волокна  не  проводят ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Насколько долговечны оптоволоконные системы?

  Производители как полимерного,  так и стеклянного  оптоволокна   декларируют средний срок службы изделий более 20 лет.

 

Система оптоволоконного освещения:

 

  Три основных части системы   –  проектор,  световодный   жгут  и  оптические насадки. Проектор – не просто ящик с лампой, а довольно сложное  устройство, в  котором,  помимо  источника  света  со  встроенным   отражателем, могут находиться   источник   питания,   пускорегулирующая   аппаратура, экран, оптический порт, система охлаждения с вентилятором, а также  устройства  для создания специальных эффектов:  электромотор  с  диском  или  барабаном для установки    цветных    светофильтров    или    перфорированных экранов, синхронизаторы, устройства DMX-управления и т.д.