Охрана труда и БЖД
Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
Освещение прокатных цехов.
Основные понятия
Световая обстановка в производственном помещении и на рабочем месте характеризуется следующими показателями: световым потоком, освещенностью, силой света и яркостью источника света. Световой поток — одна из основных характеристик источника света. Световым потоком называется мощность лучистой энергии, оцениваемая глазом по производимому ею световому ощущению. Измеряют световой поток в единицах, называемых люменами (лм).
Световой поток излучения с длиной волны определяют по формуле:
где 
— величина светового потока, лм;
— величина лучистого потока с заданной длиной волны X, вт;
— значение относительной видности излучения для заданной длины волны X.
Освещенностью называется поверхностная плотность светового потока, т. е. отношение светового потока, падающего на поверхность, к площади поверхности. Единицей измерения освещенности является люкс (лк). Если падающий световой поток, равный 1 лм, равномерно распределять на поверхности площадью 1 м2, то освещенность поверхности составляет 1 лк.
Среднюю освещенность поверхности определяют по формуле
где Ecр—средняя освещенность, лк;
F — световой поток, падающий на поверхность, лм;
S — площадь поверхности, м2. Освещенностью принято пользоваться для количественной оценки степени освещения осветительными установками.
Большинство источников света излучает световой поток в пространстве неравномерно. Пространственная плотность светового потока в данном направлении называется силой света.
Сила света определяется отношением светового потока к телесному углу, в пределах которого световой поток распределен равномерно. Телесным углом называется часть пространства, ограниченная конусом, имеющим вершину в центре сферы и опирающимся на ее поверхность. Телесный угол измеряют отношением площади S, которую конус вырезает на поверхности сферы, к квадрату радиуса г этой сферы. За единицу телесного угла принят стерадиан (стер), при котором S=r 2 . Единица силы света — свеча (св) равна
где I — сила света, св;
F — световой поток в пределах телесного угла, лм;
— телесный угол, стер.
Сила света и освещенность связаны следующим равенством:
где Е — освещенность поверхности в данной точке горизонтальной плоскости, лк;
а — угол между направлением силы света и осью осветительного прибора, град.;
Ia —сила света в направлении угла а, св;
Н — высота установки осветительного прибора над освещаемой поверхностью, м.
Отражение, поглощение и пропускание светового потока телом количественно оцениваются соответствующими коэффициентами.
Коэффициент отражения р, коэффициент поглощения а и коэффициент пропускания т равны
где Fп — световой поток, падающий на тело, лм; Fo — световой поток, отраженный телом, лм;
Fa— световой поток, поглощенный телом, лм; Ft— световой поток, прошедший сквозь тело, лм. Световой величиной, непосредственно воспринимаемой глазом, является яркость. Единица яркости — нит (нт).
Яркость матовых поверхностей определяется освещенностью и коэффициентом отражения поверхности:
где Е — освещенность, лк;
p — коэффициент отражения;
в — яркость, нт.
Яркость блестящих поверхностей определяется коэффициентом отражения в данном направлении и яркостью светящейся поверхности источника [41].
Световой поток(Lm)
Что за термин – поток света или световой поток в общепринятой терминологии? Мощность светового излучения, т. е. видимого излучения, оцениваемого по световому ощущению, которое оно производит на глаз человека. Вот так в современной электрике обозначается понятие светового потока. Единица измеряется светового потока – люмен.
Лампа накаливания (100 Вт) излучает световой поток, равный 1350 лм, а люминесцентная лампа ЛБ40 — 3200.
Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света равной одной канделе, в телесный угол, величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд·ср).
Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4π люменам.
Существует и другое определение: единицей светового потока является люмен (лм), равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм 2 при температуре затвердевания платины (1773° С), или 1 свеча·1 стерадиан.
Сила света — пространственная плотность светового потока, равная отношению светового потока к величине телесного угла, в котором равномерно распределено излучение. Единицей силы света является кандела.
Освещенность — поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность, равная отношению светового потока к величине освещаемой поверхности, по которой он равномерно распределен.
Единицей освещенности является люкс (лк), равный освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на площади в 1 м 2 , т. е. равный 1 лм/1 м 2 .
Яркость — поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению.
Единица яркости — кандела на квадратный метр (кд/м 2 ).
Светимость (светность) — поверхностная плотность светового потока, испускаемого поверхностью, равная отношению светового потока к площади светящейся поверхности.
Единицей светимости является 1 лм/м 2 .
Единицы световых величин в международной системе единиц СИ (SI)
Наименование величины
Наименование единицы
Выражение
через единицы СИ (SI)
Обозначение единицы
русское
между-
народное
Что такое свет? С чем его «едят»?
Освещение является одним из важнейших условий нормальной жизнедеятельности. Правильно устроенное освещение обеспечивает хорошую видимость и создает благоприятные условия труда. Неудовлетворительное освещение вызывает преждевременное утомление, притупляет внимание работающего, снижает производительность труда, ухудшает качественные показатели и может оказаться причиной несчастного случая. Неудовлетворительное освещение в течение длительного времени может также привести к ухудшению зрения.
Различают три разновидности производственного освещения: естественное, искусственное и совмещенное.
естественное освещение помещений светом неба (прямым или рассеянным), проникающим через световые проемы в наружных конструкциях зданий;
искусственное освещение электрическими источниками света;
совмещенное освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.
Видимое излучение (свет) излучение, которое попадая на сетчатую оболочку глаза, может вызвать зрительное ощущение. Свет часть электромагнитного излучения с длиной волны от 0,38 до 0,78 мкм.
Светотехнические величины, определяющие показатели производственного освещения, основаны на оценке ощущения их глазом человека. Различают количественные и качественные показатели освещения.
1.1. Количественные показатели
К количественным показателям относятся: световой поток, сила света, освещенность, яркость, коэффициент отражения.
Световой поток (Ф) — мощность светового потока излучения, оцениваемая по зрительному ощущению человеческим глазом. Размерность светового потока — люмен (лм).
Сила света (J) — пространственная плотность светового потока в заданном направлении, т.е. световой поток, отнесенный к телесному углу ω, в котором он излучается
где ω телесный угол в стерадианах (ср).
Освещенность (Е) — плотность светового потока на освещаемой им поверхности световой поток, отнесенный к площади освещаемой поверхности S, измеряемой в м 2 , при условии его равномерного распределения по поверхности, когда свет источника падает на нее перпендикулярно
Яркость (В) — является световой величиной, непосредственно воспринимаемой глазом. Она определяется отношением силы света в данном направлении к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную к направлению излучения
Значения максимальных величин яркости на рабочей поверхности.
Коэффициент отражения поверхности r характеризует ее способность отражать падающий на нее световой поток. Он определяется отношением отраженного светового потока к падающему
Значения коэффициента (r ) для поверхностей различного характера.
1.2. Качественные показатели
К качественным показателям освещения относятся: фон, контраст объекта различения с фоном, показатель ослепленности, коэффициент пульсации освещенности, показатель дискомфорта.
Фон — поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается светлым, если коэффициент отражения P больше 0,4; средним при P = 0,2. 0,4 и темным, если P меньше 0,2.
Контраст объекта различения с фоном К фотометрически измеряемая разность яркости двух зон. Он определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона:
Контраст считается большим при К более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости), средним при К = 0,2. 0,5 (заметно отличаются) и малым, если К менее 0,2 (мало отличаются).
Показатель ослепленности 2 (Р) — критерий оценки слепящего действия осветительной установки, определяемый выражением
где S — коэффициент ослепленности, равный отношению пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения.
Нормируемые значения коэффициента Р.
Коэффициент пульсации освещенности (Кп) — критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током, выражающийся формулой
где Емакс, Емин, и Еср — соответственно максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период ее колебания, лк.
Нормируемые значения Кп.
Показатель дискомфорта (М) — критерий оценки дискомфортной блесткости 1 , вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения. Он определяет степень дополнительной напряженности зрительной работы, вызванной наличием резкой разницы яркостей в освещенном помещении.
Этот показатель для производственных помещений не нормируется, его нормируемые величины для жилых, общественных и административно-бытовых помещений, имеется формула для определения показателя дискомфорта М.
Из перечисленных светотехнических показателей непосредственно измеряются следующие (в скобках указываются названия приборов):
— яркость (фотометры субъективные и объективные).
С помощью указанных приборов можно определить величины коэффициентов отражения P и пульсации Кп контраста объекта различения с фоном К и показателя ослепленности Р.
Нормы освещенности При выборе типа светильников, их количества и мощности необходимо учитывать нормы освещенности. В нормах даются три значения степени освещённости: малая, нормальная и высокая. Обычно используется нормальная степень , но в некоторых случаях целесообразен выбор малой или высокой степени освещенности.
Степень защищенности электрооборудования Степень защищённости обозначается сочетанием IP ХХ. Первая цифра — степень защиты от пыли и мех. воздействий. Вторая — степень защиты от влаги. В качестве уличных светильников на высоте до 0,5 м можно употреблять светильники класса защиты от IP 44. Для установки на высоких мачтах (выше досягаемости человека) минимальный класс защиты IP 23. Монтируемые на уровне грунта светильники должны быть водонепроницаемыми ( IP 67), а погружаемые в воду (например, для подсветки водоема) светильники должны иметь класс защиты IP 68 ( защита от попадания воды под давлением).
Класс защиты 0 класс — нет полной двойной и усиленной изоляции, отсутствует возможность заземления. I класс — имеется полная изоляция, и имеется возможность заземления. II класс — оснащен двойной и усиленной изоляцией, без возможности заземления. III класс — светильник, предназначенный для подключения только в сеть защитного напряжения.
Единицы измерения Вот некоторые физические величины, характеризующие источник света. Они могут использоваться при выборе светильников, их расположения. Сила света (I). Единица измерения — кандела (cd).
Освещенность (Е) — световой поток, приходящийся на единицу освещяемой поверхности. Единица измерения — люкс (lx). 1 lx = 1cd*sr/m2, где sr — телесный угол (в стерадианах). Яркость (L) характеризует свечение источника света в данном направлении.
Яркость элемента светящейся поверхности в каком-либо направлении определяется соотношением силы света этого элемента к площади проекции элемента на плоскость, перпендикулярную данному направлению.
Цветовая температура (Т). Измеряется в градусах Кельвина (К). Характеризует спектральный состав излучения.
Освещенность: Лунный свет 0,25 lx Солнце сквозь облака 10 000 lx Солнечный свет 100 000 lx Освещение в офисе 300-2000 lx Дорожное освещение 10-50 lx
Яркость: Люминесцентная лампа 0,8 cd/м2 Хорошо освещённая улица 2 cd/м2 Полуденное солнце 150 000 cd/м2 Cила света свечи — около 1 cd, а свет маяка может достигать силы 2 000 000 cd.
Измерение параметров освещения. Основным параметром, используемым при оценке освещения, является освещенность е, измеряемая в лк.
Для измерения освещенности используются люксметры различных типов.
Примером аналогового люксметра может служить прибор Ю — 116, принцип работы которого основан на явлении фотоэлектрического эффекта.
Под влиянием светового потока, падающего на селеновый фотоэлемент, в замкнутой цепи возникает ток, величина которого пропорциональна световому потоку. Прибор проградуирован в люксах. Существенным преимуществом селенового фотоэлемента по сравнению с другими типами фотоэлементов является то, что его кривая спектральной чувствительности наиболее близко совпадает с кривой относительной видности человеческого глаза. При измерении освещенности фотоэлемент устанавливается в рабочей плоскости (горизонтальной или вертикальной) на некотором расстоянии от оператора, проводящего измерения, чтобы тень не падала на фотоэлемент.
В настоящее время нашли широкое применение аналого — цифровые приборы, позволяющие измерять не только освещенность, но и другие параметры, характеризующие освещение, например, коэффициент пульсации или яркость.
Примером аналого — цифрового прибора может служить пульсметр-люксметр «Аргус-07», который применяется для измерения освещенности и коэффициента пульсации. Принцип прибора основан на преобразовании светового потока, создаваемого протяженными объектами, в непрерывный электрический сигнал, пропорциональный освещенности, который затем преобразуется аналого — цифровым преобразователем в цифровой код, индицируемый на цифровом табло индикаторного блока. В измерительной головке установлен первичный преобразователь излучения — полупроводниковый кремниевый фотодиод с системой светофильтров, формирующих спектральную чувствительность, соответствующую кривой видности. Показания коэффициента пульсации индицируются в процентах, при этом прибор определяет максимальное, минимальное и среднее значение освещенности пульсирующего излучения и рассчитывает значение коэффициента пульсации по приведенной выше формуле.
Светотехнические величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость, яркость
Световой поток — мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. Энергия излучения определяется количеством квантов, которые излучаются излучателем в пространство. Энергию излучения (лучистую энергию) измеряют в джоулях. Количество энергии, излучающейся в единицу времени называется потоком излучения или лучистым потоком. Измеряется поток излучения в ваттах. Световой поток обозначается Фе.
где: Qе — энергия излучения.
Поток излучения характеризуется распределением энергии во времени и в пространстве.
В большинстве случаев, когда говорят о распределении потока излучения во времени, не учитывают квантового характера возникновения излучения, а понимают под этим функцию, дающую изменение во времени мгновенных значений потока излучения Ф(t). Это допустимо, поскольку число фотонов, излучаемых источником в единицу времени, очень велико.
По спектральному распределению потока излучения источники разбивают на три класса: с линейчатым, полосатым и сплошным спектрами. Поток излучения источника с линейчатым спектром состоит из монохроматических потоков отдельных линий:
где: Фλ — монохроматический поток излучения; Фе — поток излучения.
У источников с полосатым спектром, излучение происходит в пределах достаточно широких участков спектра — полос, отделенных одна от другой темными промежутками. Для характеристики спектрального распределения потока излучения со сплошным и полосатым спектрами пользуются величиной, которая называется спектральной плотностью потока излучения
где: λ — длина волны.
Спектральная плотность потока излучения — это характеристика распределения лучистого потока по спектру и равняется отношению элементарного потока ΔФeλ соответствующего бесконечно малому участку, к ширине этого участка:
Спектральная плотность потока излучения измеряется в ваттах на нанометр.
В светотехнике, где основным приемником излучения является глаз человека, для оценки эффективного действия потока излучения, вводится понятие светового потока. Световой поток — это поток излучения, оценивающийся его действием на глаз, относительная спектральная чувствительность которого определяется усредненной кривой спектральной эффективности, утвержденной МКО.
В светотехнике используется и такое определение светового потока: световой поток — это мощность световой энергии. Единица светового потока — люмен (лм). 1лм соответствует световому потоку, излучаемому в единичном телесном угле точечным изотропным источником с силой света 1 кандела.
Таблица 1. Типичные световые величины источников света:
| Типы ламп | Электрическая энергия, Вт | Световой поток, лм | Световая отдача лм/вт |
| Лампа накаливания | 100 Вт | 1360 лм | 13,6 лм/Вт |
| Люминесцентная лампа | 58 Вт | 5400 лм | 93 лм/Вт |
| Натриевая лампа высокого давления | 100 Вт | 10000 лм | 100 лм/Вт |
| Натриевая лампа низкого давления | 180 Вт | 33000 лм | 183 лм/Вт |
| Ртутная лампа высокого давления | 1000 Вт | 58000 лм | 58 лм/Вт |
| Металлогалогенная лампа | 2000 Вт | 190000 лм | 95 лм/Вт |
Световой поток Ф, падая на тело, распределяется на три составные части: отраженную телом Ф ρ , поглощенную Ф α и пропущенную Ф τ . При светотехнических расчетах используют коэффициенты: отражения ρ = Ф ρ /Ф; поглощения α =Ф α /Ф; пропускания τ =Ф τ /Ф.
Таблица 2. Световые характеристики некоторых материалов и поверхностей
| Материалы или поверхности | Коэффициенты | Характер отражения и пропускания | ||
| отражения ρ | поглащения α | пропускания τ | ||
| Мел | 0,85 | 0,15 | — | Диффузное |
| Эмаль силикатная | 0,8 | 0,2 | — | Диффузное |
| Алюминий зеркальный | 0,85 | 0,15 | — | Направленное |
| Зеркало стеклянное | 0,8 | 0,2 | — | Направленное |
| Стекло матированное | 0,1 | 0,5 | 0,4 | Направленно-рассеянное |
| Стекло молочное органическое | 0,22 | 0,15 | 0,63 | Направленно-рассеянное |
| Стекло опаловое силикатное | 0,3 | 0,1 | 0,6 | Диффузное |
| Стекло молочное силикатное | 0,45 | 0,15 | 0,4 | Диффузное |
Распределение излучения реального источника в окружающем пространстве не равномерно. Поэтому световой поток не будет исчерпывающей характеристикой источника, если одновременно не определяется распределение излучения по разным направлениям окружающего пространства.
Для характеристики распределения светового потока пользуются понятием пространственной плотности светового потока в разных направлениях окружающего пространства. Пространственную плотность светового потока, определяющуюся отношением светового потока к телесному углу с вершиной в точке размещения источника, в пределах которого равномерно распределен этот поток, называют силой света:
где: Ф — световой поток; ω — телесный угол.
Единицей силы света является кандела. 1 кд.
Это сила света, испускаемая в перпендикулярном направлении элементом поверхности черного тела, площадью 1:600000 м2 при температуре затвердевания платины.
Единица силы света — кандела, кд является одной из основных величин в системе СИ и соответствует световому потоку 1 лм, равномерно распределенному внутри телесного угла 1 стерадиан (ср.). Телесный угол — часть пространства, заключенная внутри конической поверхности. Телесный угол ω измеряется отношением площади, вырезаемой им из сферы произвольного радиуса, к квадрату последнего.
Освещенность — это количество света или светового потока, падающего на единицу площади поверхности. Она обозначается буквой Е и измеряется в люксах (лк).
Единица освещенности люкс, лк имеет размерность люмен на квадратный метр (лм/м2).
Освещенность можно определить как плотность светового потока на освещаемой поверхности:
Освещенность не зависит от направления распространения светового потока на поверхность.
Приведем несколько общепринятых показателей освещенности:
- Лето, день под безоблачным небом — 100 000 люкс
- Уличное освещение — 5-30 люкс
- Полная луна в ясную ночь — 0,25 люкс
4. Отношение между силой света (I) и освещенностью (Е).
Закон обратных квадратов
Освещенность в определенной точке на поверхности, перпендикулярной к направлению распространения света, определяется как отношение силы света к квадрату расстояния от этой точки до источника света. Если данное расстояние мы примем за d, то это отношение можно выразить следующей формулой:
Для примера: если источник света излучает свет силой 1200 кд в направлении, перпендикулярном к поверхности, на расстоянии 3-х метров от этой поверхности, то освещенность (Ер) в точке, где свет достигает поверхности, будет 1200/32 = 133 лк. Если поверхность находится на расстоянии 6м от источника света, освещенность будет 1200/62= 33 лк. Это отношение называется «закон обратных квадратов» .
Освещенность в определенной точке на поверхности, не перпендикулярной направлению распространения света, равняется силе света в направлении точки измерения, разделенной на квадрат расстояния между источником света и точкой на плоскости умноженной на косинус угла γ ( γ — угол, образованный направлением падения света и перпендикуляром к этой плоскости).
Это закон косинуса (рисунок 1.).
Рис. 1. К закону косинуса
5. Горизонтальная освещенность
Для расчета горизонтальной освещенности целесообразно изменить последнюю формулу, заменив расстояние d между источником света и точкой измерения на высоту h от источника света к поверхности.