Системы и виды освещения

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 естественное освещение 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.
Естественное освещение подразделяют на боковое, осуществляемое через световые проемы в наружных окнах; верхнее, осуществляемое через аэрационные и зенитные фонари, проемы в перекрытиях, а также через световые проемы в местах перепада высот смежных пролётов
зданий; комбинирован­ное, когда к верхнему освещению добавляется боковое.
По конструктивному исполне­нию искусственное освещение мо­жет быть двух систем — общее и комбинированное, когда к обще­му освещению добавляется мест­ное, концентрирующее световой поток непосредственно на рабо­чих местах (рис. 1).
Общее освещение подразделя­ют на общее равномерное осве­щение (при равномерном распре­делении светового потока без учета расположения оборудова­ния) и общее локализованное освещение (при распре­делении светового потока с учетом расположения рабо­чих мест). Применение одного местного освещения внут­ри зданий не допускается.
На машиностроительных предприятиях рекомендует­ся применять систему комбинированного освещения при выполнении точных зрительных работ (слесарные, то­карные, фрезерные, контрольные операции и т. д.) там, где оборудование создает глубокие, резкие тени или ра­бочие поверхности расположены вертикально (штампы, гильотинные ножницы). Система общего освещения мо­жет быть рекомендована в помещениях, где по всей пло­щади выполняются однотипные работы (в литейных, сборочных цехах), а также в административных, контор­ских, складских помещениях и проходных. Если рабочие места сосредоточены на отдельных участках, например у конвейеров, разметочных плит, целесообразно локализовано размещать светильники общего освещения.
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на следующие виды: рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное, дежурное.
Рабочее освещение обязательно во всех помещениях и на освещаемых территориях для обеспечения нормаль­ной работы, прохода людей и движения транспорта.
Аварийное освещение устраивают для продолжения работы в тех случаях, когда внезапное отключение ра­бочего освещения (при аварии) и связанное с этим на­рушение нормального обслуживания оборудования могут вызвать взрыв, пожар, отравление людей, длитель­ное нарушение технологического процесса, нарушение работы таких объектов, как электрические станции, дис­петчерские пункты, насосные установки водоснабжения и другие производственные помещения, в которых недо­пустимо прекращение работ.
Наименьшая освещенность рабочих поверхностей, требующих обслуживания при аварийном режиме, долж­на составлять 5% освещенности, нормируемой для ра­бочего освещения при системе общего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий.
Эвакуационное освещение следует предусматривать для эвакуации людей из помещений при аварийном от­ключении рабочего освещения в местах, опасных для прохода людей, на лестничных клетках, вдоль основных проходов производственных помещений, в которых рабо­тает более 50 человек. Эвакуационное освещение долж­но обеспечивать наименьшую освещенность в помещени­ях на полу основных проходов и на ступенях не менее 0,5 лк, а на открытых территориях — не менее 0,2 лк. Выходные двери помещений общественного назначения, в которых могут находиться одновременно более 100 че­ловек, должны быть отмечены световыми сигналами-указателями.
Светильники аварийного освещения для продолже­ния работы присоединяют к независимому источнику питания, а светильники для эвакуации людей—к сети, независимой от рабочего освещения, начиная от щита подстанции. Для аварийного и эвакуационного освеще­ния следует применять только лампы накаливания и лю­минесцентные.
В нерабочее время, совпадающее с темным време­нем суток, во многих случаях необходимо обеспечить минимальное искусственное освещение для несения де­журств охраны. Для охранного освещения площадок предприятий и дежурного освещения помещений выде­ляют часть светильников рабочего или аварийного осве­щения.
 
Основные требования к производственному освещению
Основная задача освещения на производстве—созда­ние наилучших условий для видения. Эту задачу воз­можно решить только осветительной системой, отвечаю­щей следующим требованиям.
I. Освещенность на рабочем месте должна соответ­ствовать характеру зрительной работы, который опреде­ляется следующими тремя параметрами:
объект различения— наименьший размер рассматри­ваемого предмета, отдельная его часть или дефект, ко­торый необходимо различить в процессе работы (напри­мер, при работе с приборами—толщина линии градуировки шкалы; при чертежных работах—толщина са­мой тонкой линии на чертеже);
фон—поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается; характеризуется коэффициентом отражения, зависящим от цвета и фактуры поверхности, значения которого на­ходятся в пределах 0,02—0,95; при коэффициенте отра­жения поверхности более 0,4 фон считается светлым;0,2—0,4—средним и менее 0,2—темным;
контраст объекта с фоном К характеризуется соот­ношением яркостей рассматриваемого объекта (точка, линия, знак, пятно, трещина, риска, раковина или дру­гие элементы, которые требуется различить в процессе работы) и фона. Контраст определяют по формуле
К=|L₀-L_ф|/L_ф
где L_ф и Lo—яркость соответственно фона и объекта.
Контраст объекта с фоном считается большим при значениях К более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости), средним при значениях К=0,2—0,5 (объ­ект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при значениях К менее 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).
Увеличение освещенности рабочей поверхности улуч­шает видимость объектов за счет повышения их ярко­сти, увеличивает скорость различения деталей, что ска­зывается на росте производительности труда. Так, при выполнении операции точной сборки увеличение осве­щенности с 50 до 1000 лк позволяет получить повыше­ние производительности труда на 25% и даже при вы­полнении работ малой точности, не требующих большо­го зрительного напряжения, увеличение освещенности рабочего места повышает производительность труда на 2—3%. Однако имеется предел, при котором дальней­шее увеличение освещенности почти не дает эффекта, поэтому необходимо улучшать качественные характери­стики освещения.
2. Необходимо обеспечить достаточно равномерное распределение яркости на рабочей поверхности, а так­же в пределах окружающего пространства. Если в поле зрения находятся поверхности, значительно отличаю­щиеся между собой по яркости, то при переводе взгля­да с ярко освещенной на слабо освещенную поверхность глаз вынужден пере адаптироваться, что ведет к утомле­нию зрения. |                                     
Для повышения равномерности естественного освещения больших цехов (литейных, механосборочных)” осуществляется комбинированное освещение. Светлая окраска потолка, стен и производственного оборудова­ния способствует созданию равномерного распределения яркостей в поле зрения.
3. На рабочей поверхности должны отсутствовать резкие тени. Наличие резких теней создает неравномер­ное распределение поверхностей с различной яркостью в поле зрения, искажает размеры и формы объектов различения, в результате повышается утомляемость, снижается производительность труда. Особенно вредны движущиеся тени, которые могут привести к травмам. Тени необходимо смягчать, применяя, например, све­тильники со светорассеивающими молочными стеклами.
В механических цехах, лабораториях, в помещениях точной сборки, технологических и конструкторских отде­лах необходимо предусматривать на окнах солнцеза­щитные устройства (жалюзи, козырьки, светорассеивающие стеклопластики), предотвращающие проникновение прямых солнечных лучей, которые создают на рабочих местах резкие тени.
4. В поле зрения должна отсутствовать прямая и от­раженная блескость. Блескость — повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушение зри­тельных функций (ослепленность), т. е. ухудшение ви­димости объектов.1
Видимость V характеризует способность глаза вос­принимать объект; зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, дли­тельности экспозиции. Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном: V=K/Knop, где (Кпор—пороговый контраст, т. е. наи­меньший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым на фоне.
Прямая блескость связана с источниками света, от­раженная возникает на поверхности с большим коэф­фициентом отражения или отражением по направлению к глазу. Ослепленность приводит к быстрому утомле­нию и снижению работоспособности. Критерием оценки слепящего действия, создаваемого осветительной уста­новкой, является показатель ослепленности Ро значение которого определяют по формуле Ро== (V1/V2— 1) • 1000. где V1 и V2— видимость объекта различения соответст­венно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения. Экранирование источников света осуществляют с помощью щитков, козырьков и т. п.
Прямую блескость ограничивают уменьшением ярко­сти источников света, правильным выбором защитного угла светильника, увеличением высоты подвеса светиль­ников. Отраженную блескость ослабляют правильным выбором направления светового потока на рабочую поверхность, а также изменением угла наклона рабочей поверхности. Там, где это возможно, следует заменять блестящие поверхности матовыми.
5. Величина освещенности должна быть постоянной во времени. Колебания освещенности, вызванные рез­ким изменением напряжения в сети, имеют большую амплитуду, каждый раз вызывая переадаптацию глаза, приводят к значительному утомлению. Пульсация осве­щенности связана также с особенностью работы газо­разрядных ламп.
Коэффициент пульсации освещенности Kп—крите­рий оценки относительной глубины колебаний освещен­ности в результате изменения во времени светового по­тока газоразрядных ламп при питании их переменным током.
Коэффициент пульсации освещенности Кп(%) сле­дует определять по формуле Кп= 100 (Emax—Emin)/2Ecp” где Emax, Emin и Ecp—максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период ее колеба­ния, лк.
Постоянство освещенности во времени достигается стабилизацией питающего напряжения, жестким креп­лением светильников, применением специальных схем включения газоразрядных ламп. Например, снижение коэффициента пульсации освещенности люминесцент­ных ламп с 55 до 5% (при трехфазном включении) приводит к уменьшению утомления и повышению производительности труда на 15% для работ высокой точ­ности.
6. Следует выбирать оптимальную направленность светового потока, что позволяет в одних случаях рас­смотреть внутренние поверхности деталей, в других— различить рельефность элементов рабочей поверхности.
На машиностроительных предприятиях, например, для освещения расточных станков применяют специаль­ный светильник с оптической системой. Такой светиль­ник направляет внутрь обрабатываемой полости концен­трированный световой поток лампы. Образовавшееся световое пятно имеет освещенность до 3 тыс. лк и по­зволяет проводить контроль качества обработки, не останавливая станок.
Образование микротеней от рельефных элементов облегчает различение за счет повышения видимого кон­траста этих элементов с фоном. Этот метод повышения контраста используют при контроле пиломатериалов, при определении качества обработки поверхностей де­талей на строгальных и фрезерных станках. Оказалось, что наибольшая видимость достигается при падении света на рабочую поверхность под углом 60° к ее нор­мали, а наихудшая—при 0°.
7. Следует выбирать необходимый спектральный со­став света. Это требование особенно существенно для обеспечения правильной цветопередачи, а в отдельных случаях для усиления цветовых контрастов.
Правильную цветопередачу обеспечивают естествен­ное освещение и искусственные источники света со спек­тральной характеристикой, близкой к солнечной. Для создания цветовых контрастов применяют монохромати­ческий свет, усиливающий одни цвета и ослабляющий другие.
8. Все элементы осветительных установок—светиль­ники, групповые щитки, понижающие трансформаторы, осветительные сети—должны быть достаточно долго­вечными, электробезопасными, а также не должны быть причиной возникновения пожара или взрыва.. Обеспече­ние указанных условий достигается применением зануления или заземления, ограничением на­пряжения для питания местных и переносных светиль­ников до 42 В и ниже (36, 24, 12 В), выбором оборудо­вания, соответствующего условиям среды в помеще­ниях, и защитой элементов осветительных сетей от механических повреждений при эксплуатации. Кроме того, необходимо уменьшить до минимума теплоту, выделяемую осветительной установкой, и шум.
9. Установка должна быть удобной и простой в эксплуатации, отвечать требованиям эстетики.
Напряжение прикосновения. Напряжение шага
Прикосновение к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением. Указанные части электроустановок (корпуса, оболочки, кабеля) могут оказаться под напряжением лишь случайно в результате повреждения изоляции. При случайном касании этих частей человек будет находиться под воздействием напряжения прикосновения (рис.2). Напряжение прикосновения - это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек (ГОСТ 12.1.009). При прикосновении человека к заземленному корпусу, имеющему контакт с одной из фаз, часть тока замыкания на землю будет проходить через человека, а если корпус не заземлен, то через человека проходит весь ток замыкания на землю (однополюсное прикосновение).
 
Рис. 2. Прикосновение к корпусу, оказавшемуся под напряжением:
а – при исправном заземлении; б – при отсутствии заземления
Величина напряжения прикосновения для человека, стоящего на грунте и коснувшегося оказавшегося под напряжением заземленного корпуса, может быть определена как разность потенциалов руки (корпуса) и ноги (грунта) с учетом коэффициентов:
a ₁ - учитывающего форму заземлителя и расстояния от него до точки, на которой стоит человек;a ₂ - учитывающего дополнительное сопротивление в цепи человека (одежда, обувь) U_пр = U₃*a ₁*a ₂, а ток, проходящий через человека I_h = (I₃*R₃*a ₁*a ₂)/R_h Наиболее опасным для человека является прикосновение к корпусу, находящемуся под напряжением и расположенному вне поля растекания (рис. 3).
 
Рис. 3. Напряжение прикосновения к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением::
I – кривая распределения потенциалов; II - кривая распределения напряжения прикосновения
Напряжением шага (шаговым напряжением) называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек (ГОСТ 12.1.009).
U_ш = U₃ b ₁b ₂,   I_h = I₃*(R₃/R_r)b₁*b ₂,
где
b ₁ - коэффициент, учитывающий форму заземлителя;
b ₂- коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление в цепи человека (обувь, одежда). Таким образом, если человек находится на грунте вблизи заземлителя, с которого стекает ток, то часть тока может ответвляться и проходить через ноги человека по нижней петле (рис. 4).

Рис. 4. Включение на напряжение шага
Наибольшее напряжение шага будет вблизи заземлителя и особенно, когда человек одной ногой стоит над заземлителем, а другой - на расстоянии шага от него. Если человек находится вне поля растекания или на одной эквипотенциальной линии, то напряжение шага равно нулю (рис. 5).
.Необходимо иметь в виду, что максимальные значения a ₁ и a ₂ больше таковых соответственно b ₁ и b ₂, поэтому шаговое напряжение значительно меньше напряжения прикосновения.

Рис.5. Напряжение шага:
а - общая схема; б – растекание тока с опорной поверхности ног человека
Кроме того, путь тока "нога-нога" менее опасен, чем путь "рука-рука". Однако имеется много случаев поражения людей при воздействии шагового напряжения, что объясняется тем, что при воздействии шагового напряжения в ногах возникают судороги, и человек падает. После падения человека цепь тока замыкается через другие участки тела, кроме того человек может замкнуть точки с большими потенциалами.