Освещение производственных помещений.

Методика расчета.

Яркость освещаемой поверхности в канделлах (кд/м²) определяется по следующей формуле:

L = I / S ´ cos j , кд/м² (13),

где I - сила света, кд;

S - площадь освещаемой поверхности, м²;

j - угол между направлением светового потока и освещаемой поверхности, град.

Коэффициент отражения светового потока от освещаемой поверхности определяется отношением отраженного светового потока к падающему световому потоку

r = F отр / F пад (14),

где Fотр - отраженный световой поток в люменах (лм);

Fпад - падающий световой поток (лм).

Фон считается светлым при r > 0,4,

средним при 0,2 < r < 0,4,

темным при r < 0,2.

Освещенность рабочей поверхности определяется отношение падающего светового потока Fпад (лм) к площади освещаемой поверхности S (м²)

Е = Fпад / S (лк) (15),

где Е - освещенность рабочей поверхности в люксах (лк)

Контраст объекта различения с фоном определяется по формуле:

К = (Lф - Lо) / Lф (16),

где К - контраст объекта различения с фоном;

Lф - яркость фона (кд/м²);

Lo - яркость объекта различения (кд/м²).

Контраст считается большим при К > 0,5,

средним при 0,2 < К < 0,5,

малым при К < 0,2.

Для расчета общего равномерного искусственного освещения требуется определить необходимое число светильников, для создания требуемой освещенности. Выбрав тип светильника, по справочным данным определяется величина, создаваемого им светового потока и коэффициент использования светового потока. Число светильников определяется по формуле:

N = (E ´ S ´ K₃ ´ z) / (n ´ Fпад. ´ h) (17),

где Е - нормируемая освещенность, лк;

S - площадь освещаемой поверхности, м²;

К₃- коэффициент запаса освещенности;

z - коэффициент неравномерности освещения (отношение средней освещенности к минимальной освещенности) в среднем принимается равным 1,2

n - число ламп в светильнике;

Fпад - величина светового потока светильника, лм;

h - коэффициент использования светового потока.

Для определения количества рядов и полной длины всех светильников, необходимо число всех светильников умножить на длину одного светильника взятую по справочным данным. Если длина ряда светильников окажется близкой к длине помещения, то ряд окажется сплошным, если меньше длины помещения, то ряд выполняется с разрывами, а если длина ряда больше длины помещения, то либо увеличивают количество рядов, либо каждый ряд выполняют из сдвоенных или строенных светильников.

Мощность осветительной установки можно рассчитать по методу удельной мощности по следующей формуле:

W = (E_н ´ S ´ К₃) / 1000 ´ Е_ср. кВт (18),

где Е_н -нормируемая освещенность, лк;

Е_ср. - средняя условная освещенность, (лк), в контрольной точке, при равномерном размещении осветительных приборов общего освещения, при расходе электроэнергии 1Вт/м²;

К₃ - коэффициент запаса осветительной установки;

S - площадь освещаемой поверхности, м².

Необходимое число ламп выбранной мощности можно определить по формуле:

N_w = W / W_л , шт (19),

где W - мощность осветительной установки, Вт;

W_л - мощность одной лампы, Вт.

При боковом естественном освещении площадь световых проемов (окон) рассчитывается по следующей формуле:

S = (Sn ´ e ´ K₃ ´ h₀ ´ K_3д) / (t₀ ´ r₁ ´ 100), м² (20),

где Sn - площадь пола производственного помещения, м²;

е - коэффициент естественного освещения (КЕО);

К₃ - коэффициент запаса, который для торговых и операционных залов, как при естественном, так и при искусственном освещении принимается равным 1,4; h₀ - световая характеристика окон (принимается в зависимости от L/B и B/H), в среднем равным 10.

К_3д - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями, находится в интервале 1¸ 1,7;

t₀ - общий коэффициент светопропускания, принимается в среднем равным 0,6;

r₁ - коэффициент, учитывающий повышение КЕО при освещении, благодаря отраженному от поверхности помещения свету, принимается равным 1,3.

Условия задач.

1. Сила света, освещающая поверхность площадью 8 м², равна 20 кд. Угол между направлением светового потока и освещаемой поверхности равен 45 град. Определить яркость освещаемой поверхности.

2. Определить коэффициент отражения и среднюю освещенность поверхности площадью 10 м², дать оценку фона (светлый, средний темный), если величина падающего светового потока равна 800 лм, величина отраженного светового потока 230 лм.

3. Определить яркость фона, если яркость объекта различения 100 кд/м², контраст с фоном 0,7.

4. Определить мощность осветительной установки и число ламп, необходимое для создания общего равномерного освещения производственного помещения площадью 200 м², если нормируемая освещенность равна 210 лк, мощность применяемых ламп равна 100 Вт, средняя условная освещенность 6 лк.

5. Рассчитать общее искусственное освещение для торгового зала площадью 2040м², длинною 80м. Определить полную длину светильников и число рядов, если для освещения используются газоразрядные люминисцентные лампы (по две в каждом светильнике), создающим падающий световой поток F_пад = 3500 лм, с коэффициентом использования светового потока h = 0,8, нормируемая освещенность составляет 250 лк, длина одного светильника 1,2 м, расстояние между светильниками 0,25 м, коэффициент равномерности освещения принимается 1,1, коэффициент запаса 1,2.

Электробезопасность производственных помещений.

Методика расчетов.

Электрическое сопротивление цепи человека определяется по формуле:

R_ч = r_ч + r_об + r_oп, Ом (1),

где r_ч, r_об, г_оп - соответственно сопротивление тела человека, обуви и опорной поверхности, Ом.

При однофазном включении человека в 3 - х фазную четырехпроводную сеть с заземленной нейтралью, проходящий через него ток определяется по формуле:

I_ч = U_ф / (R_ч + r_o), А (2),

где U_ф - фазное напряжение, В;

r_o - сопротивление рабочего заземления, Ом.

При двухфазном включении человека в 3 -х фазную четырехпроводную сеть с заземленной нейтралью ток, проходящий через тело человека будет равен:

I_ч = U_л / r_ч, А (3), U_л = U_ф ´√3, В (4),

где U_л - линейное напряжение, В.

При однофазном включении человека в 3-х фазную трехпроводную сеть с заземленной нейтралью ток, проходящий через тело человека будет равен:

I_ч = 3 U_ф / (3 R_ч + r_из), А (5),

где r_из -сопротивление изоляции провода, Ом.

В контур искусственного заземления входят вертикальные стержни и горизонтальные полосы, поэтому при расчете искусственного заземляющего контура вначале рассчитывается электрическое сопротивление одиночного вертикального стержня (электрода) по формуле:

R_в = 0,16×r /l×{ln 2l/d + 0,5ln [4(h₀ + 0,5l) + l] :[4(h₀ + 0,5l) - l]}, Ом (6),

где r - удельное сопротивление грунта, Ом ×м;

l, d - соответственно длина и диаметр вертикальных стержней, м;

h₀ - глубина заложения полосы, м.

Затем рассчитывается суммарная длина горизонтальной полосы, соединяющей вертикальные электроды в контурном заземляющем устройстве.

l_г = а (n - 1), м (7),

где n - число вертикальных электродов, а - расстояние между электродами, м.

Рассчитывается электрическое сопротивление горизонтального электрода

R_г = 0,16×r l_г ´ ln l_г² /b× h₀ , Ом (8),

где b - ширина горизонтального электрода, м.

Теперь рассчитывается электрическое сопротивление заземляющего контура по формуле:

R_к = (R_в + R_г) / (R_вh_в + R_гh_г)×n, Ом (9),

где h_в, h_г - соответственно коэффициенты стержней и полосы.

Сопоставляется расчетное сопротивление R с допустимым сопротивлением заземления. Если R > R_доп, то увеличивается число вертикальных стержней и длина горизонтального электрода. Расчет заземляющего контура осуществляется до тех пор, пока не будет удовлетворено условие R £ R_доп.

При зануленном оборудовании пробой изоляции на корпус превращается в однофазное короткое замыкание. Сила тока короткого замыкания рассчитывается по формуле:

I_к.з = U_ф / (R_тр. + r_пр. + R_м), А (10),

где R_тр - сопротивление питающего трансформатора, Ом;

r_пр - сопротивление участка провода, где произошло замыкание, Ом;

R_м - сопротивление электрической магистрали, Ом.

Для плавкой вставки электрического предохранителя номинальная сила тока определяется по формуле:

I_н. = I_к.з. / К, А (11),

где К - коэффициент надежности плавкой вставки.

Напряжение прикосновения при коротком замыкании определяется

U_пр. = I_к.з. × R₀, В (12),

где R₀ - сопротивление нулевого провода.

Условия задач.

1. Определить величину тока в мА, проходящего через тело человека при включении его в 3-х фазную четырехпроводную электрическую сеть с заземленной нейтралью при следующих случаях: а) однофазном; б) двухфазном. Если линейное напряжение сети 380 В, сопротивление тела человека 2000 Ом, сопротивление обуви 700 Ом, сопротивление опорной поверхности 500 Ом, сопротивление рабочего заземления 5 Ом.

2. Определить силу тока, проходящего через тело человека при благоприятной и неблагоприятной ситуациях, в случаях однофазного включения в 3 - х фазную четырехпроводную и 3 - х фазную трехпроводную электрическую сеть при линейном напряжении 380 В. Если а) благоприятные условия: человек прикоснулся к одной фазе стоя на сухом деревянном полу с сопротивлением 100 КОм, в сухой обуви на резиновой подошве 56 КОм;

б) неблагоприятные условия: человек прикоснулся к одной фазе стоя на металлическим полу с сопротивлением 5 Ом, в сырой обуви с сопротивлением 10 Ом. Сопротивление рабочего заземления 6 Ом, сопротивление изоляции провода 0,5 Ом, сопротивление тела человека 1000 Ом.

3. Требуется рассчитать искусственный заземляющий контур производственного предприятия, состоящий из вертикальных стальных труб диаметром 0,03 м, длиной 2,5 м, соединенных стальной полосой шириной 0,025 м, если расчетная глубина заложения соединительной контурной полосы 0,7 м, расстояние между электродами 2,8 м, удельное сопротивление грунта 110 Ом×м, количество вертикальных стержней 12, коэффициент экранирования стержней 0,57, полосы 0,36.

4. Требуется определить ток короткого замыкания в случае пробоя изоляции на корпус электроустановки, номинальный ток плавких вставок предохранителей, величину напряжения прикосновения, если коэффициент надежности равен 3, сопротивление нулевого провода 1 Ом, сопротивление электрической магистрали 3,5 Ом, сопротивление участка провода 2 Ом, сопротивление питающего трансформатора 0,6 Ом.

5. Рассчитать сопротивление рабочего заземления при однофазном включении человека в 3 - х фазную 4 - х проводную электрическую сеть с линейным напряжением 380 В, если сопротивление тела человека 1500 Ом, сопротивление обуви 1,2 кОм, сопротивление опорной поверхности 900 Ом, сила тока проходящего через тело человека 20 мА.