Расчет освещения и заземления

1. Методы обследования и гигиенической оценки производственного освещения.

1.1 Основные понятия и гигиенические требования к освещению.

Свет – это возбудитель  зрительной сенсорной системы, в пределах 85…90% обеспечивающей нас информацией об окружающей среде.

Основными понятиями, характеризующими свет,  являются  световой  поток,

сила света, освещённость и яркость.

Световым потоком называют поток лучистой энергии, оцениваемый  глазом по световому ощущению.

Хорошее освещение действует  тонизирующие, создаёт  хорошее  настроение, улучшает протекание основных процессов нервной высшей деятельности. Улучшение освещённости способствует улучшению работоспособности даже  в тех случаях, когда процесс  труда  практически  не  зависит  от  зрительного восприятия. Работа при низкой освещенности способствует развитию близорукости и других заболеваний, а также расстройству нервной  системы. Повышенная освещенность тоже неблагоприятно влияет на общее самочувствие и зрение, вызывая прежде всего слепящий эффект.

90% информации человек  получает через  органы  зрения.  Свет  оказывает положительное влияние на обмен веществ, сердечно-сосудистую систему, нервно-психическую   сферу.  Освещение, удовлетворяющее гигиеническим требованиям, называется рациональным. К этим требованиям относятся: достаточная освещенность, равномерность, отсутствие слепимости, благоприятный спектральный состав, экономичность. Рациональное   освещение    способствует    повышению производительности труда, его безопасности. При недостаточном освещении и плохом его качестве происходит быстрое утомление зрительных  анализаторов, повышается  травматичность.

Требуемый уровень освещенности определяется степенью точности зрительных работ. Для рациональной организации  освещения необходимо не только обеспечить достаточную освещенность рабочих  поверхностей, но и создать соответствующие качественные показатели освещения. К качественным характеристикам освещения относятся равномерность распределения светового потока, блескость, фон, контраст объекта с фоном.

При организации производственного  освещения в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями необходимо:

1)использовать необходимый  спектральный состав светового  потока (приближенный к составу  солнечного света или монохроматический  свет);

2)обеспечить соответствие  освещенности рабочих мест нормативным  значениям; 3)обеспечить равномерность  освещенности и яркости рабочей  поверхности (в пространстве и  во времени)

4)не допускать наличия  резких теней на рабочих поверхностях  и блесткости предметов в пределах рабочей зоны;

5)обеспечить такую направленность  светового потока, которая будет  способствовать четкому различению  людьми рельефности элементов  рабочих поверхностей;

6)использовать наиболее  долговечные, простые и удобные  осветительные установки, отвечающие  требованиям электро - взрывобезопасности и эстетики.

1.2  Требования к освещенности производственного помещения.

При освещении производственных помещений используют естественное освещение, создаваемое светом неба (прямым и отраженным), искусственное, осуществляем с электрическими лампами, и совмещенное, при котором в светлое время суток недостаточное по нормам естественноеосвещение дополняется искусственным. B спектре естественного (солнечного) света в отличие от искусственного гораздо больше необходимых для человека ультрафиолетовых лучей; для естественного освещения характерна высокая диффузность (рассеянность) света, весьма благоприятная для зрительных условий работы.

Производственное освещение  должно обеспечивать отсутствие в поле зрения работающего резких теней, которые  искажают формы и размеры объектов, повышая утомляемость и снижая производительность труда. О6собенно вредными являются движущиеся тени, которые могут привести к травмам. Тени необходимо смягчать, применяя, например, светильники со светорассеивающими молочными стеклами, а при естественном освещении рекомендуется использовать солнцезащитные устройства (шторы, жалюзи, козырьки).

По конструктивному исполнению искусственное освещение может  быть двух видов - общее и комбинированное. Систему общего освещения применяют  в помещениях, выполняются однотипные работы (литейные, сварочные, гальванические цехи), а также в административных, конторских и складских помещениях. Различают общее равномерное  освещение (свет распределяется равномерно по всей площади помещения) и общее  локализованное освещение (с учетом расположения рабочих мест).

При выполнении точных зрительных работ (ювелирных, слесарных, токарных, контрольных) в помещениях, где оборудование создает резкие и глубокие тени или  рабочие поверхности расположены  вертикально (штампы, гильотинные ножницы), наряду с общим используют местное  освещение.

Колебания освещенности на рабочем месте, вызванные, например, резким изменением напряжения в сети, вызывают переадаптацию глаза, приводя к значительному утомлению. Постоянство освещенности во времени достигается стабилизацией плавающего напряжения, применением специальных схем включения газоразрядных ламп, жестким креплением светильников.  Однако многообразие промышленных светильников не ограничивается освещением внутренних помещений. Сюда же относятся уличные светильники под лампы ДРЛ и ДНаТ, которые применяются как для уличного, так и для промышленного освещения. Условно к производственному освещению относят и бактерицидное облучение помещений. Бактерицидные лампы применяют для обеззараживания воздуха, питьевой воды, продуктов питания, предметов обихода, станций переливания крови, детских и школьных учреждений, а также производственных помещений промышленных предприятий.  Сигнальное освещение для указания выхода, безопасного пути эвакуации и фиксации границ опасных зон тоже условно относится к промышленному.

1.3  Количественная и качественная характеристика освещения

Очевидно, что одинаковые значения освещенности могут быть обеспечены множеством различных вариантов. Какими же критериями нужно руководствоваться  при выборе светильников, обеспечивающих хорошее освещение, и что такое  «хорошее освещение»? Этот вопрос не такой  уж наивный — в Германии, например, существует даже специальное научно-техническое  общество, которое так и называется «Хорошее освещение». Это общество выпустило уже 16 брошюр с названиями «Хорошее освещение производственных помещений», «Хорошее освещение административных помещений» и т. п. (две из этих брошюр — по освещению административных помещений и освещению для  досуга — переведены на русский  язык). Критериями качества освещения  можно считать:

1. Обеспечение нормируемых  количественных параметров (освещенности).

2. Комфортность.

3. Безопасность.

4. Надежность.

5. Экономичность. 

6. Удобство эксплуатации.

7. Эстетичность.

  Эти критерии тесно связаны между собой. Важность каждого из них определяется видом освещаемого помещения или объекта и характером выполняемой работы. Например, для производственных помещений необходимо, прежде всего, обеспечить требуемые нормами уровни освещенности, а для представительских помещений часто наиболее значимым является внешний вид светильников, их эстетичность.

Рациональное освещение  производственных помещений оказывает  положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению производительности труда, обеспечению его безопасности, сохранению высокой работоспособности человека в процессе труда. Свет является важным стимулятором не только зрительного анализатора, но и организма в целом. При недостаточной освещенности и плохом качестве освещения состояние зрительных функций находится на низком исходном уровне, повышается утомление зрения в процессе выполнения работы, возрастает опасность травм. С другой стороны, существует опасность отрицательного влияния на органы зрения слишком большой яркости (блескости) источников света. Следствием этого может явиться временное нарушение зрительных функций глаза (явление слепимости).

 Свет (видимое излучение) - представляет собой излучение,  не¬посредственно вызывающее зрительное ощущение. По своей природе это электромагнитные волны длиной от 380 до 760 нм. Свет характеризуется следующими основными показателями: световой поток, сила света, освещенность, яркость, блескость, контрастность. Световой поток: F – поток лучистой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению, характеризует мощность светового излучения. Единица светового потока–люмен (лм)–световой поток, излучаемый точечным источником с телесным углом в 1 стерадиан при силе света, равной 1 канделе. Сила света - пространственная плотность светового потока– равна отношению светового потока к величине телесного угла (стерадиана), в котором он излучается, характеризует пространственную плотность светового потока в определенном направлении. Единица силы света – кандела (кд) – сила света, излучаемого в перпендикулярном направлении абсолютно черным телом с площади 1/600000 м2 при температуре затвердевания платины и давлении 101 325, ньютонов (Н) на квадратный метр. Освещенность Е - поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность, - равна отношению светового потока, падающего на элемент поверхности, к площади освещаемой поверх-ности. Единица освещенности – люкс (лк) – освещенность поверхности площадью 1 кв. м при световом потоке падающего на него излучения равном 1 люмен. Яркость L - поверхностная плотность силы света в данном направлении – равна отношению силы света к площади - проекции светящей поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Единица яркости–кандела на квадратный метр (кд/м2)–яркость равномерно светящейся плоской поверхности, излучающей в перпендикулярном направлении с каждого квадратного метра силу света, равную одной канделе. Блескость - повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушение зрительных функций. Единица блескости - кандела на квадратный метр (кд/м2). Яркость 30 тыс. кд/м2 является слепящей (яркость 40 кд/м2 имеет лист белой бумаги, освещенной лампой мощностью 60 Вт). Контрастность - это создание различия в яркости или цвете предметов.

1. Световой поток, F [лм] –  люмен 

2. Сила света, J [кд] – кандела  J = F/w(омега)

3. Освещенность, E [лк] – люкс E = F/S

4. Яркость, L [кд/м2] L = J/S 5. Контраст, К = (L0 - LФ)/L0; контраст большой - К>0,5; средний - К = 0,2 - 0,5; малый - К<0,2.

6. Фон – поверхность,  которая прилегает к объекту  различения. Коэффициент отражения   FПАД / FОТР; в зависимости от коэф. отражения фон бывает: - светлый 0,2 - 0,4; - темный  < 0,2.

 Виды и системы освещения.  Производственное освещение бывает  естественным, искусственным и совмещенным.  Естественное освещение обусловлено  прямыми солнечными лучами и  рассеянным светом небосвода  и меняется в зависимости от  географической широты, времени  суток, степени облачности, прозрачности  атмосферы. Естественное освещение  по устройству бывает: боковое,  когда свет проникает в помещение  через световые проемы в наружных  стенах, окна; верхнее–через световые  проемы в кровле; комбинированное  – сочетание бокового и верхнего  освещения. Искусственное освещение  создается искусственными источника¬ми света: лампами накаливания или газоразрядными лампами. Искусственное освещение применяется при недостаточности естественного освещения или отсутствии его (в темное время суток). По назначению искусственное освещение разделяется на: рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное и дежурное. Рабочее освещение устраивают во всех помещениях, предназначенных для работы, прохода людей, движения транспорта. Аварийное освещение предусматривается на случай внезапного (при аварии) отключения рабочего освещения. Эвакуационное освещение устраивается в местах, опасных для прохода, по путям эвакуации людей из зданий–в коридорах, на лестничных клетках при аварийном отключении рабочего освещения. Охранное освещение (при отсутствии специальных технических средств охраны) предусматривается вдоль границ территории, охраняемой в ночное время. Дежурное освещение–освещение в нерабочее время. Совмещенное освещение представляет собой дополнение естественного освещения искусственным в светлое время суток при недостаточном по нормам естественном освещении. Искусственное освещение по устройству бывает общим и комбинированным. При общем освещении светильники размещаются в верхней зоне равномерно (равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (локализованное освещение). При местном освещении световой поток от светильников кон¬центрируется непосредственно на рабочих местах. Дополнение общего освещения местным называется комбинированным освещением.

  Выбор системы освещения. Анализ и установление видов освещения определяют и систему освещения, так как для различных видов освещения применяются различные источники света. Они определяют условия крепления их к рабочим местам или подвеса над площадью. Однако на выбор системы освещения наиболее существенно влияют характер вып. работ, возможность размещения осветительных устройств на площади.

2. Расчетная часть
1. . Общее освещение

2.1.1  Основные светотехнические величины, характеризующие производственное  освещение

Посредством зрения люди воспринимают до 90 % необходимой для работы информации. Свет необходим для нормальной жизнедеятельности человека, сохранения его здоровья и поддержания высокой работоспособности. Рациональное освещение — одно из основных средств профилактики травматизма. Проведенные в США в 60-х годах XX в. исследования показали, что из-за недостаточной освещенности происходило около 20 % всех несчастных случаев, повлекших за собой экономические потери в размере ≈ 2 млрд. долларов в год.

Состояние функции зрения определяется следующими свойствами глаза:

остротой зрения — способностью глаза различать мелкие предметы;

скоростью зрительного восприятия — временем, в течение которого глаз успевает рассмотреть предметы;

временем ясного устойчивого  видения, характеризующимся периодом, за который рассматриваемый предмет  не утрачивает четкости контуров;

контрастной чувствительностью  — способностью глаза различать яркости различной интенсивности;

зрительной адаптацией —  приспособлением глаза к изменяющимся условиям освещенности;

аккомодацией — способностью глаза видеть предметы, находящиеся на различном расстоянии от него.

Производственное освещение  характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным относятся световой поток Ф, сила света I, освещенность Е, яркость поверхности Я и коэффициент отражения ρ. Качественные показатели характеризуют условия зрительной работы. Это такие понятия, как фон, величина контраста объекта с фоном К, видимость V, показатель ослепленности Р и др.

Световой  поток Ф — это лучистая энергия, вызывающая световое ощущение. Единица измерения — люмен [лм]. Люмен представляет собой световой поток от эталонного точечного источника в 1 международную свечу, помещенного в вершине телесного угла в 1 стерадиан [ср].

Световой поток принято  оценивать в пространстве и на поверхности. В первом случае характеристикой служит сила света I— пространственная плотность светового потока: I=dФ/dw (здесь dw — телесный угол, в пределах которого распространяется световой поток, ср); во втором — освещенность Е = dФ/dS (здесь dS — площадь поверхности, на которую падает световой поток, м²). Единица измерения силы света — кандела [кд| (лат. candela — свеча): 1 кд = 1 лм/ср. Единица измерения освещенности — люкс [лк]: 1 лк= 1 лм/м².

Коэффициент отражения ρ характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток: ρ= Ф_отр/Ф_под. Поверхность, на которой рассматривают объект, называют фоном. При ρ > 0,4 фон считают светлым, при 0,2 ≤ ρ ≤ 0,4 — средним, при ρ < 0,2 — темным.

Яркость Я — это часть пространственной плотности светового потока, исходящая от светящейся или освещаемой поверхности в сторону глаза. Она зависит от силы света, угла падения светового потока на плоскость, цвета предмета и др. Чрезмерная яркость называется блесткостью. Единица измерения яркости — нит: 1 Нт = 1 кд/м².

Видимость — это способность глаза воспринимать объект в зависимости от его освещенности, размера, яркости, контраста объекта с фоном и длительности экспозиции: V=К/К_пор (здесь К- контраст объекта с фоном; К_пор — пороговый контраст, т.е. наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым).

Показатель  ослепленности:

Р = 1000(к₀ - 1),

где к₀=V₁/V₂ – коэффициент ослепленности; V₁,V₂ – видимость объекта наблюдения соответственно при экранировании и при наличии блестких источников в поле зрения.

Чувствительность глаза  неодинакова к различным цветам. Наибольшая восприимчивость наблюдается по отношению к желтому и желто-зеленому цветам, наименьшая — к красному и фиолетовому.

Контраст  объекта с фоном характеризуется отношением яркостей рассматриваемого объекта и фона: К = (Я_ф - Я₀)/Я_ф (здесь Я_ф и Я₀ — соответственно яркость фона и объекта). При К > 0,5 контраст объекта с фоном считают большим, при 0,2...0,5 — средним и при К< 0,2 — малым.

Классификация производственного освещения.

Естественное освещение  наиболее благоприятно как для органов  зрения, так и для организма  человека в целом. При недостаточности  естественного освещения применяют  искусственное или совмещенное.

Естественнее освещение производственных помещений через световые проемы в наружных стенах (окна) называют боковым, через световые проемы в перекрытии зданий (фонари) — верхним, а через  окна и фонари одновременно — комбинированным. Если расстояние от окон до наиболее удаленных от них рабочих мест менее 12 м, то предусматривают боковое одностороннее освещение, при большем расстоянии — боковое двустороннее.

Большинство производственных помещений оборудуют системами общего искусственного освещения — когда светильники расположены в верхней (потолочной) зоне. Если расстояние между светильнику одинаковое, то освещение считают равномерным, при размещении светильников ближе к оборудованию — локализованным.

Комбинированным называют такое искусственное  освещение, когда к общему добавляется  местное. Местным считают освещение, при котором световой поток светильников концентрируется непосредственно на рабочих местах. В соответствии со Строительными нормами и правилами (СНиП) применение только одного местного освещения в производственных помещениях не допускается.

Рабочее освещение устраивают во всех помещениях и на территориях для обеспечения нормальной работы и прохода людей, движения транспорта при отсутствии или недостатке естественного освещения.

Дежурным считают освещение  производственных объектов в нерабочее  время.

Искусственное освещение, создаваемое  вдоль границ охраняемых в ночное время территорий, называют охранным.

Санитарно-гигиенические  требования, предъявляемые к производственному освещению: приближенный к солнечному оптимальный состав спектра; соответствие освещенности на рабочих местах нормативным значениям; равномерность освещенности и яркости рабочей поверхности, в том числе и во времени; отсутствие резких теней на рабочей поверхности и блесткости предметов в пределах рабочей зоны; оптимальная направленность светового потока, способствующая улучшению различения рельефности элементов поверхностей.

2.1.2 Расчет общего  освещения

Равномерное освещение горизонтальной рабочей поверхности достигается  при определенных отношениях расстояния между центрами светильников L, м (L = 1,75 Н) к высоте их подвеса над рабочей поверхностью H_р, м (в расчетах Н_р=Н).

Число светильников с люминесцентными  лампами (ЛЛ), которые приняты во всех вариантах в качестве источника  света:

N = S/(LM)

               N=1080/(8,75·3)=41;

          S=60·18=1080 м²;

        L=1,75·5=8,75 м;

где S - площадь помещения, м²; М - расстояние между параллельными рядами, м.

В соответствии с рекомендациями

М>0,6 H_р

      M>0,6·5=3 м;

Оптимальное значение М = 2...3 м.

Для достижения равномерной  горизонтальной освещенности светильники  с ЛЛ рекомендуется располагать  сплошными рядами, параллельными  стенам с окнами или длинным сторонам помещения.

Для расчета общего равномерного освещения горизонтальной рабочей  поверхности используют метод светового  потока, учитывающий световой поток, отраженный от потолка и стен.

Расчетный световой поток, лм, группы светильников с ЛЛ

Ф_л.расч = E_Н SZK/(Nη),

                                       Ф_л.расч=2000·1080·1,1·1,8/(41·0,4)=260780,4 лм;

где Е_Н - нормированная минимальная освещенность, лк; Z- коэффициент минимальной освещенности; Z = Е_СР/Е_МИН, для ЛЛ Z= 1,1; K- коэффициент запаса; η- коэффициент использования светового потока ламп (η зависит от КПД и кривой распределения силы света светильника, коэффициента отражения от потолка р_п и стен р_с, высоты подвеса светильников над рабочей поверхностью Н_р показателя помещения i).

Показатель помещения

i = АВ/[Н_р(А+В)],     (4)

i=60·18/5(60+18)=2,7;

где А и В - соответственно длина и ширина помещения, м.

Значения коэффициента запаса зависят от характеристики помещения: для помещений с большим выделением тепла К =2, со средним К= 1,8, с малым К= 1,5.

Таблица 1. Значение коэффициента использования светового потока

Выбираем светильник с  двумя лампами, ЛДЦ65, длина 1515 мм, световой поток 3050 лм.

Таблица 2. –Характеристики  люминесцентных ламп

Световой поток выбранной  лампы должен соответствовать соотношению:

Ф_л.расч = (0,9...1,2)Ф_л._та6л,

Ф_л.расч =260780,6/82=3180

 Ф_{л. расч}=3180=Х*3050=0,95

                                         Ф_л.расч=0,95*3050=3021

где Ф_л.расч - расчетный световой поток, лм; Ф_л._та6л - световой поток, определяемый по таблице.

Потребляемая мощность, Вт, осветительной установки

Р = P_Л N n ,     (6)

Р=65·41·2=5330 Вт;

где P_Л — мощность лампы, Вт; N - число светильников, шт.; n — число ламп в светильнике; для ЛЛ n = 2, 4.

Вывод: в результате расчета  мы определили количество светильников N=41 шт., потребляемую мощность осветительной установки Р=5330 Вт.

2. Контурное защитное заземление в цехах с электроустановками напряжением до 1000 В.

1. Защитное заземление

Для предотвращения поражения  людей от потенциала появившегося на корпусах электрооборудования (при замыканиях на корпус) необходимо защитное заземление снимающее этот потенциал с корпуса. Поэтому, все приемники электроэнергии, у которых корпусы выполнены из металла, а также все металлоконструкции, которые в случае нарушения работоспособности изоляции могут оказаться под напряжением опасным для человеческой жизни, должны иметь защитное заземление для повышения безопасности электроустановок. Основным мероприятием для предотвращения поражений людей, вызванных прикосновением к конструкциям или к корпусам электрооборудования, оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции, является комплекс работ, обеспечивающий защитное заземление или зануление. В общем случае защитное заземление представляет собой преднамеренное соединение с землей металлических частей электрического оборудования, которое в штатной ситуации не находятся под напряжением, но могут оказаться под таковым вследствие повреждения изоляции в сети или повреждения изоляции токоприемников.

Необходимо защитное заземление обязательно выполнять во всех помещениях с повышенной опасностью и особоопасных помещениях, а также в наружных установках при номинальных напряжениях сети выше 36 В переменного тока и выше 110 В постоянного тока. При напряжении 500 В и выше защитное заземление требуется во всех случаях. Зануление (соединению с нулевым проводом электроустановки) или защитное заземление необходимо обеспечивать для всех корпусов электрооборудования, приводов электрических аппаратов, вторичных обмоток измерительных трансформаторов, металлических конструкций, металлических оболочек кабелей, труб и металлических деталей электропроводок.

Во всех случаях защитное заземление это только такое защитное заземление, которое создает между  корпусом защищаемого устройства и  землей такое защитное надежное электрическое  соединение, сопротивление у которого так мало, что даже если в случае и произойдет замыкание на металлический  корпус, то при прикосновении человека к этому металлическому корпусу (то есть это происходит параллельное подсоединение) не вызовет прохождение  через тело человека тока такой величины, который был бы способен угрожать жизни или здоровью человека.

Из вышесказанного следует, что для того, чтобы ток протекал через землю необходимо, чтобы  была постоянно замкнутая цепь, и  то, что для обеспечения безопасности пригодно не любое заземляющее устройство, а только то защитное заземление с таким сопротивлением, которое должно быть как можно меньше и при этом не выше нормируемой определенной величины.

Выполнено защитное заземление может быть как с использованием искусственных защитных проводников  — специально проложенных для  сети заземления, так и с использованием естественных защитных проводников  — металлических частей различного другого назначения. Конструктивно  защитное заземление состоит из элементов  находящихся в земле и выступающих  над землей. Все элементы не находящиеся  в земле защитное заземление должны быть видимыми и окрашены в черный цвет.

Если защитное заземление выполнено в соответствии с требованиями, которые устанавливает ПУЭ, что  означает, что защитное заземление было выполнено с необходимо малым  сопротивлением, то в случае прикосновения  к корпусу, который имеет защитное заземление и в тоже время замыкание, непосредственной опасности не возникает. Именно поэтому защитное заземление является обязательным.

Тем не менее защитное заземление не выполняется для корпусов электрооборудования, установленного на заземленных металлических  конструкциях, арматуры подвесных изоляторов, корпусов измерительных приборов и  реле, металлических конструкций  аккумуляторных батареи при напряжении до 220 В включительно, кронштейнов и осветительной арматуры при их установке на деревянных конструкциях.

В определенных случаях, несмотря даже на то, что защитное заземление и было выполнено, для окончательного обеспечения безопасности для человека приходится еще применять и дополнительные меры такие как выравнивание потенциалов, быстродействующее отключение. Так, в случае возникновения особо неблагоприятных условий (примером могут служить такие сырые места как шахты, торфяные разработки и тому подобные) или в случае если линия питает очень дорогостоящее электрооборудование, применяется специальная быстродействующая защита, позволяющая в случае, если на корпус и произойдет замыкание, отключить тот участок, где возникла эта аварийная ситуация.