Судовое электрическое освещение и электронагревательные приборы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛЕКЦИЯ

СУДОВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ И ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ



1. Основные понятия светотехники и характеристики

Лучистая энергия, излучаемая в виде электромагнитных колебаний в пространство, является одной из известных форм энергии.

В зависимости от длины л волны (то же, что и от частоты колебаний) лучистая энергия может иметь различные свойства и характер действия.

У излучений в виде радиоволн л = (10000…0,0001) м., у инфракрасных лучей л = (1000,77) мкм (микрометров), у видимой части лучистой волны (световой) л = (0,77…0,38) мкм, ультрафиолетовые лучи имеют длину волны л = (0,38…0,008) мкм, у рентгеновских, гамма- и космических лучей л < 0,008 мкм.

Радиоволны излучаются искусственными вибраторами. Инфракрасные лучи образуются, главным образом, при колебаниях отдельных частей молекул или групп атомов.

Видимые и ультрафиолетовые лучи излучаются атомами и молекулами веществ в результате изменения состояний электронов на внешних орбитах.

Рентгеновские лучи возникают в результате изменений состояний электронов на внутренних орбитах.

Гамма-лучи появляются в результате распада радиоактивных элементов.

Итак, свет представляет собой поток электромагнитных колебаний с длиной волны 0,77…0,38 мкм.

В человеческом глазе этот поток, попадая на сетчатку, преобразуется в биологическую энергию и воспринимается как свет. Восприятие света глазом пропорционально его чувствительности к различным цветам, точнее - к различным длинам волн.

Диапазон длин волн 0,77…0,38 мкм в глазе преобразуется в свет разных цветов, к каждому из которых глаз проявляет разную чувствительность. Наиболее видимыми являются желто-зеленые излучения с длиной волны 0,555 мкм. Одной из основных величин в светотехнике является световой поток Ф, представляющий собой мощность лучистой энергии, оцениваемую по световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм).

Например, лампа накаливания мощностью 40 Вт и напряжением 220 В излучает световой поток 268 лм, а люминесцентная лампа типа ЛБ мощностью 40 Вт - 2350 лм.

Рис. 1. - Кривая распределения силы света светильника типа 335А:

Реальный источник света распределяет световой поток в пространстве неравномерно. Пространственная плотность светового потока носит название силы света:

I = Ф / Щ

Где:

Щ - телесный угол.

За единицу силы света принята кандела (кд). Силу света, равную 1 кд, имеет точечный источник света, который в пределах телесного угла 1 стерадиан (ср) создает световой поток, равный 1 лм. Стерадиан - угол, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса данной сферы. Сила света определяется конструкцией осветительного прибора и значением светового потока источника света. Она большая у сигнального прожектора, где угол Щ мал, и имеет небольшое значение у обычного светильника.

Чтобы иметь представление о том, как в разных направлениях данный светильник распространяет свет, строят кривые светового распределения, которые позволяют определить силу света от данного светильника в любом направлении при условной лампе в светильнике, создающей поток 1000 лм.

Для оценки условий освещения обычно пользуются понятием освещенности. За единицу освещенности принят люкс (лк). Освещенностью называется поверхностная площадь светового потока:

Е = Ф / S

Где:

Ф - световой поток, лм;

S - площадь освещаемой поверхности, м².

Например, в летний полдень освещенность составляет около 100000 лк, в полнолуние - 0,2 лк, на столе в аудитории - 150 лк.

Освещенность на судах нормируется Правилами Регистра. Так, для помещений ЦПУ и МО освещенность должна быть не менее 75 лк, для проходов и палуб - 50 лк.



2. Источники света

2.1 Классификация источников

По принципу действия источники света, применяемые на судах, разделяют на тепловые (лампы накаливания) и газоразрядные (люминесцентные лампы низкого и высокого давления).

2.2 Лампы накаливания

Эти лампы состоят из стеклянной колбы, внутри которой на стеклянном стержне с помощью молибденовых крючков закреплена нить накала из вольфрамовой проволоки.

Два никелевых электрода соединяют концы нити накала с цоколем, изготовленным из латуни или оцинкованной стали. Лампы малой мощности выполняют вакуумными, а колбы ламп большой мощности заполняют смесью тяжелых инертных газов (аргон, криптон, азот) под давлением около 80 кПа.

Основная цель заполнения ЛН инертным газом - замедлить испарение материала нити (увеличить время горения N) и уменьшить передачу теплоты к колбе.

Температура нити накала вакуумных ЛН составляет около 2400?С, а газонаполненных - около 2900°С. С повышением температуры накала увеличивается световая отдача ш лампы - отношение светового потока (лм) лампы к ее электрической мощности (Вт).

Лампы накаливания большой мощности, а также лампы низкого напряжения, имеющие более толстую нить и, следовательно, допускающие более высокую температуру накала, обладают большей световой отдачей по сравнению с ЛН малой мощности и высокого напряжения. К применению на судах рекомендованы лампы судовые и общего назначения, с обычной и цилиндрической колбой (продолжительность горения 1000 ч.), а также низковольтные миниатюрные и автомобильные лампы, лампы прожекторные мощностью 500-5000 Вт с небольшой продолжительностью горения (30-400 ч.), лампы зеркальные с внутренним зеркальным покрытием колбы для концентрации светового потока и лампы кварцевые галогенные (йодистые).

Последние изготовлены в виде горизонтально устанавливаемых цилиндрических кварцевых трубок небольших габаритных размеров со спиральной нитью накала, расположенной по длине трубки. При напряжении 200 В их мощность (1500 и 1000 Вт) обеспечивает мощный световой поток (33000 и 22000 лм) при сроке службы 2000 ч.

В состав инертных газов кварцевой лампы введены галогены (йод или бром), что обеспечивает оседание испаряющегося вольфрама на нить накала и повышает срок службы лампы.

Рис. 2. - Характеристики ламп накаливания:



Где:

N - время работы;

Р - мощность лампы;

Ф - световой поток лампы;

U - напряжение питающей сети.

Лампы накаливания широко используют благодаря ряду достоинств: простоте конструкции и низкой стоимости, широкому диапазону шкал мощностей и напряжений, разнообразию форм и размеров, простоте подключения к сети, отсутствию периода разгорания и широкому диапазону рабочих температур (±60?С).

В то же время они имеют существенные недостатки: низкий КПД (2-3%), большую зависимость характеристик ламп от колебаний напряжения, отличие спектрального состава от естественного света.

2.3 Люминесцентные лампы низкого давления

По сравнению с лампами накаливания ЛЛ являются более совершенными источниками света.

На судах широко применяют трубчатые ЛЛ. Они выполнены в виде стеклянных трубок длиной 0,3-0,6 м. (при напряжении 127 В) и 0,9-1,5 м. (при напряжении 220 В).

На внутреннюю поверхность ламп нанесен слой люминофора. На концах трубки впаяны 2 электрода в виде вольфрамовой спирали, покрытой слоем оксида для увеличения эмиссии электродов. После откачивания воздуха в лампу вводится капля ртути и инертный газ под давлением 400 Па.

Принцип горения лампы основан на явлении люминесценции: атомы аргона, а затем смеси атомов аргона и ртути под действием разности потенциалов на электродах начинают излучать ультрафиолетовые лучи (электролюминесценция). Лучи, попадая на люминофор, вызывают его видимое свечение (фотолюминесценция). Изменяя состав люминофора, получают ЛЛ трех типов: ЛД - лампы дневного света, ЛДЦ - лампы дневного света с улучшенной цветопередачей, ЛБ - лампы белого света.

В судовых условиях в основном применяют ЛЛ типа ЛБ со спектральным составом близким к естественному свету.

Оптимальная температура работы ЛЛ составляет 20-25?С. Отклонение температуры в любую сторону уменьшает светоотдачу. При снижении напряжения на 10% номинального лампы могут не зажечься или мигать, что является серьезным недостатком этих ламп.

Частота включений ЛЛ влияет на срок их службы, так как в момент включения происходит распыление оксидного покрытия электродов, при полном расходовании которого лампа перестает зажигаться.

По сравнению с ЛН люминесцентные лампы:

1. имеют КПД и срок службы в 3-4 раза больше;

2. они стойки к воздействию вибраций и ударов;

3. при колебаниях напряжения сети параметры горения изменяются незначительно;

4. обладают небольшой яркостью;

5. имитируют естественное дневное освещение.

К недостаткам ЛЛ следует отнести:

1. зависимость световых параметров от температуры;

2. наличие стробоскопического эффекта (неощутимые глазом мигания света могут совпасть с частотами механических колебаний тел, в результате искажается действительное представление о движении тел, т. е., движущаяся деталь может показаться неподвижной);

3. необходимость применения достаточно сложных и тяжелых пусковых устройств в связи с тем, что напряжение зажигания ламп превышает рабочее напряжение лампы, а иногда и напряжение сети;

4. токсичность паров ртути, которые могут появиться при разрушении лампы;

5. наличие периода зажигания.

Люминесцентные лампы тлеющего разряда применяются как сигнализационные. Они состоят из небольшой стеклянной цилиндрической колбы, покрытой люминофором. Внутри впаяны 2 близко расположенных электрода.

В зависимости от состава люминофора лампы доя желтый, зеленый, оранжевый и другие цвета (соответственно типа ТЛЖ, ТЛЗ и ТЛО).

2.4 Люминесцентные лампы высокого давления

Наиболее распространены ЛЛ высокого давления типа ДРЛ (дуговая ртутная лампа).

Рис. 3. - Дуговая ртутная 4-злект-родная лампа типа ДРЛ:

Они состоят из стеклянной колбы 5, покрытой внутри люминофором, и заключенной в ней кварцевой трубки 3, заполненной аргоном при давлении 400 Па с добавкой ртути.

В торцы кварцевой трубки впаяны активированные рабочие 4 и поджигающие 2 электроды, включенные через резисторы 1.

При включении лампы в сеть между рабочими и поджигающими электродами возникает тлеющий разряд, ионизирующий аргон. При достаточной ионизации разряд перебрасывается в промежуток между рабочими электродами, после чего начинается процесс испарения ртути и повышения давления внутри трубки до 500-10000 Па.

Возникший дуговой разряд сопровождается интенсивным излучением ультрафиолетовых лучей. Люминофор преобразует невидимое ультрафиолетовое излучение в свет.

Схема включения лампы ДРЛ состоит из дросселя L, ограничивающего ток лампы и стабилизирующего режим горения, конденсатора C, подавляющего радиопомехи.

Период разгорания лампы составляет 3-10 мин.

Световой поток и процесс зажигания лампы не зависят от температуры окружающей среды, так как большая колба заполнена углекислым газом, являющимся теплоизолирующей оболочкой.

Достоинством ламп ДРЛ является сочетание малых габаритных размеров с большим световым потоком (10-46 лм при мощностях ламп 250-1000 Вт). К недостаткам ламп ДРЛ следует отнести наличие периода разгорания. После погасания повторное включение возможно только через 5-10 мин после охлаждения лампы.

Двухэлектродные лампы ДРЛ не имеют зажигающих электродов, и их схема включения усложнена трансформатором, разрядником и другими элементами. Существуют дуговые ксеноновые, криптоновые, натриевые и галогенные лампы, отличающиеся различными цветовыми оттенками.

2.5 Схемы включения люминесцентных ламп

Для включения люминесцентных ламп в сеть используют пускорегулирующие аппараты разных видов. В общем случае в состав пускорегулирующего аппарата ЛЛ входят дроссели, стартеры, конденсаторы и резисторы.



Рис. 4. - Схемы включения ламп:

Где:

а - стартер;

б и в - соответственно стартерная и автотрансформаторная схемы включения;

г - схема включения 2-лампового светильника;

д - резонансная схема подключения.

Стартер служит для замыкания (размыкания) цепи пуска ЛЛ.

Его изготовляют в виде стеклянной колбы 2, в которую впаяны два стальных электрода 4.

К одному из электродов приварена биметаллическая пластина 3.

Для подключения стартера на изоляторе 5 смонтированы алюминиевые или латунные штыри 6.

В отверстия штырей заведены концы электродов, и затем штыри в месте соединения спрессованы. Рядом с колбой стартера размещен конденсатор 1. Все устройство закрыто алюминиевым футляром с изоляционной прокладкой. В исходном состоянии сопротивления стартера VK и лампы EL очень большие. При подаче питания в стартере появляется тлеющий разряд между его электродами и сопротивление стартера уменьшается. Через обмотки двух катушечного дросселя L, электроды лампы и область тлеющего разряда стартера протекает ток прогрева электродов.

Тлеющий разряд вызывает изгиб биметаллической пластины стартера, и она замыкается с электродом. Теперь сопротивление стартера близко к нулю, поэтому через электроды лампы протекает ток, прогревающий их до температуры 800-900?С.

При этом благодаря термоэмиссии внутри лампы появляется достаточное число электронов. Из-за отсутствия тлеющего разряда электроды стартера остывают и размыкаются.

Разрыв цепи вызывает всплеск ЭДС самоиндукции на дросселе, создающей на электродах лампы импульс высокого напряжения, под действием которого происходит ионизация аргона и паров ртути - лампа зажигается.

Теперь сопротивление ЛЛ мало, но ток лампы и напряжение на ней ограничены сопротивлением последовательно включенных обмоток дросселя. Стартер оказывается под пониженным напряжением и повторно не срабатывает.

Использование дросселя приводит к снижению коэффициента мощности соsц. Для его повышения в схему включается конденсатор С2, который при выключении лампы разряжается через резистор R.

Конденсаторы С1 и СЗ служат для уменьшения радиопомех, создаваемых стартером.

Наличие стартера - контактного устройства - снижает надежность работы ЛЛ.

Схема без стартерного пускорегулирующего аппарата собрана на автотрансформаторе TV и дросселе L.

Пока лампа не зажглась, через дроссель течет небольшой ток, обусловленный достаточно высоким сопротивлением обмотки w. На дросселе существует небольшое падение напряжения, поэтому к обмотке w трансформатора приложено почти все напряжение сети, которое обеспечивает повышенное напряжение в обмотках w и w.

В результате создаются условия для прогрева электродов и возникновения эмиссии. Лампа зажигается, и ее сопротивление уменьшается.

Теперь через дроссель течет ток лампы. На дросселе увеличивается падение напряжения, а напряжение на обмотках автотрансформатора уменьшается. В данной схеме дроссель не используется в процессе зажигания ЛЛ, но выполняет свою вторую роль - ограничивает напряжение на ЛЛ после зажигания.

По сравнению с 1 ламповыми светильниками 2 ламповые более компактны. Лампа ЕL2 включена через конденсатор С2, поэтому вектор ее тока опережает вектор тока лампы Е1. При этом невидимые мигания ламп возникают не синхронно. Стробоскопический эффект можно уменьшить, подключая светильники данного помещения в разные фазы 3-фазной сети.

Люминесцентные лампы по сравнению с ЛН более экономичны, но в пускорегулирующих аппаратах этих ламп расходуется около 30% электроэнергии, подводимой из сети.

Наиболее простой и рациональной, с точки зрения минимальных массы и потерь, является резонансная схема подключения, которая используется в сетях с частотой 400 Гц.

С помощью резонансного эффекта, создаваемого цепью L - C1, С2, в пусковой период на лампе возникает напряжение, в 1,5-2,3 раза большее напряжения сети. После зажигания лампы резонанс нарушается включением сопротивления лампы.

Без стартерные схемы все же имеют дополнительные потери, обусловленные наличием небольшого тока накала даже после зажигания лампы, но этот недостаток компенсируется высокой надежностью без стартерных схем и увеличением срока службы ЛЛ (примерно на 50%).



2.6 Светильники и прожекторы

Для рационального распределения светового потока применяют осветительные приборы, которые разделяют на 2 группы:

1. приборы ближнего действия - светильники;

2. приборы дальнего действия - прожекторы.

В состав осветительного прибора входят источник света и светильник (арматура).

2.7 Судовые светильники

Обычно светильник состоит из корпуса, отражателя или защитного стекла, ламподержателей, пускорегулирующей аппаратуры (для ЛЛ), колодки выводов, устройства уплотнения ввода кабеля (для наружных и взрывозащищенных светильников) и деталей крепления.

Светильники классифицируют так:

1. по назначению: общего, местного освещения и специальные;

2. принципу установки: переборочные, переносные (настольные, напольные и подвесные);

3. виду источника света: с ЛН и с газоразрядными лампами;

4. габаритным размерам: светильники нормальных размеров и малогабаритные (с малогабаритными лампами);

5. исполнению: защитные (без уплотнения), защищенные от воды (защищенность против обливания водой), герметичные (рассчитаны на определенное давление воды или газа), взрывозащищенные (взрыв газа внутри светильника должен исключать взрыв взрывоопасной среды в помещении).

Защита светильников от влияния агрессивной внешней среды, ударных и вибрационных нагрузок, качки судна достигается их специальным конструктивным исполнением, применением антикоррозионных покрытий и материалов, использованием термостойких прокладок и стекол, установкой на амортизаторах и креплением во время качки настольных и других переносных светильников.

Специальная технология изготовления светильников обеспечивает их защиту при использовании в условиях тропического климата.

Перераспределение светового потока в светильнике связано с потерями на поглощение энергии в отражателе и других частях светильника.

В результате световой поток светильника оказывается меньше, чем световой поток лампы. Отношение этих потоков определяет КПД светильника. У лучших светильников КПД составляет 0,7-0,85.

На судах наиболее распространены следующие светильники:

1. подпалубный типа 328 водозащищенного исполнения под лампу нормального размера мощностью 60 Вт, имеющий амортизатор А и различные защитные устройства;

2. подпалубный типа 56 водозащищенного исполнения под миниатюрную лампу напряжением 12-24 В и мощностью 25 Вт (используется как светильник малого аварийного освещения);

3. плафон каютный типа 434У защищенного исполнения с двумя лампами мощностью по 60 Вт и напряжением 127, 220 В;

4. переносной водозащищенного исполнения с миниатюрной лампой напряжением 6,12, 24 В и мощностью 25 Вт;

5. настольный типа 855;

6. штурманский типа СС-350 с лампой нормального размера мощностью 60 Вт;

7. салинговый водозащищенного исполнения, снабжающийся мощными лампами накаливания или лампами ДРЛ и служащий для освещения больших открытых пространств;

8. аварийный аккумуляторный типа 621М.



Рис. 5. - Судовые светильники:

Где:

а, б, в - подпалубные;

г - плафон каютный;

д - переносной;

е - настольный;

ж - штурманский;

з - салинговый;

и - аккумуляторный;

к - схема подключения аккумуляторного светильника аварийного освещения.

В схеме подключения (рис.) аккумуляторного светильника аварийного освещения при наличии напряжения 220 В от основной или аварийной электростанции реле КУ включено, через его замкнутые контакты протекает ток заряда щелочной батареи GВ. В это время помещение освещается другим светильником.

Когда не работают основные и аварийные генераторы, реле КУ, отпуская якорь, своими контактами переключает батарею GВ на лампу Е1 напряжением 3,75 В.

Понижающий трансформатор ТУ, диоды и батарея размещены в корпусе светильника.

На судах применяют также светильники медицинские, надкоечные, подсвечивания, светильники-указатели и др.

На каждый светильник имеются кривые распределения света, по которым можно определить силу света в любом направлении, и кривые пространственных изолюкс.

По этим кривым в зависимости от высоты подвешивания светильника можно определить освещенность в заданной точке освещаемой поверхности. Кривые распределения света и пространственных изолюкс вычерчены с расчетом установки в светильнике условной лампы, создающей световой поток 1000 лм.

Светильники с ЛЛ по сравнению со светильниками ЛН имеют более сложную конструкцию, так как в них размещена пускорегулирующая аппаратура. Яркость ЛЛ выше допустимой, поэтому светильники снабжают рассеивателями (колпаками) из молочного или опалового органического стекла или устанавливают светорассеивающие решетки.

В светильниках водозащищенного исполнения ЛЛ размещены в трубках из полупрозрачного органического стекла. В светильниках устанавливают трубчатые ЛЛ типов ЛБ15, ЛБ40 (15 и 40 Вт). Светильники могут быть 1, 2, 3 и 4 ламповыми (светильник типа 754 является 6-ламповым). Светильники с ЛЛ подразделяют на подпалубные, щитовые, прикроватные, угловые и прикарнизные.

2.8 Судовые прожекторы

Осветительный прибор дальнего действия, в котором световой поток источника света концентрируется при помощи оптического устройства в направленный пучок света, называют прожектором. Обычно угол рассеяния у сигнальных прожекторов составляет 3-9?С (при этом достигается максимальная сила света). На сигнальный прожектор можно установить линзовый рассеиватель, увеличивающий угол рассеяния до 35-40?С (при этом освещаемая площадь увеличивается, а сила света уменьшается). Прожекторы используют для освещения далеко расположенных объектов или близлежащих пространств, также их можно применять в качестве сигнальных. Прожекторные лампы накаливания имеют большую мощность (500-5000 Вт) и работают в напряженном тепловом режиме, поэтому их срок службы обычно всего 30-150 ч. (редко 400 ч.).

Рис. 6. - Прожекторы морские:

Где:

а - сигнальный типа МСПЛ-Л45/2;

б - сигнальный типа К-35-2;

в - осветительный типа ПЗС-45М.

Морской сигнальный прожектор МСПЛ-л45/2 состоит из тумбы 3 и корпуса 2, который с помощью опор покоится на лире 4. Корпус защищен стеклом 1 (с задней стороны крышкой). Вместе с лирой прожектор может поворачиваться относительно вертикальной оси, а на опорах лиры поворачивается относительно горизонтальной оси. Прожектор фиксируют в нужном положении с помощью зажимов 5 и 9. Рукоятка 6 позволяет управлять решеткой 8 с поворотными жалюзи, которые позволяют быстро перекрывать свет для подачи сигналов азбуки Морзе. Визирное устройство 7 позволяет ориентировать прожектор на нужный объект. Выключатель 10 коммутирует прожекторную лампу мощностью 1000 Вт. Сверху корпуса 2 имеется кожух с вырезом для выхода нагретого воздуха. При освещении рабочих мест стекло 1 заменяют линзовым рассеивателем.

Морской сигнальный прожектор К-35-2 (рис.) крепят к фундаменту с помощью фланца 6. Он также имеет поворотные жалюзи, управляемые рукояткой 1.

Положение прожектора фиксируется зажимами 2 и 3. Прожектор рассчитан на лампы мощностью 220 Вт (при напряжении 24 В) и 300 Вт (110 и 127 В), его габаритные размеры (535x570x510) меньше габаритных размеров прожектора МСШ1-л45/2 (1630x680x550).

Прожекторы заливающего света ПЗС-45М и ПЗС-35М с диаметрами отражателей соответственно 450 и 350 мм. не имеют фокусирующих устройств и жалюзи.

Их устройство гораздо проще: цилиндрический корпус, металлический отражатель, защитное стекло и элементарное поворотное устройство. Прожекторы ПЗС с лампами накаливания мощностью 1000 и 500 Вт применяют для освещения рабочих мест (например, при погрузке).

Прожектор "Суэцкий" устанавливают в носовой части судна и включают при проходе Суэцкого канала. В прожекторе установлены 2 лампы мощностью по 2000 Вт (рабочая и резервная) напряжением 127 или 220 В. Стеклянный параболический отражатель диаметром 600 мм. состоит из двух половин, каждая из которых может поворачиваться относительно вертикальной оси.

Можно получить 1 пучок света или 2 с темным промежутком до 15?С для одновременного ориентирования относительно двух берегов сравнительно узкого канала.

В светильники следует устанавливать только штатные исправные лампы. Светильники должны быть полностью укомплектованы стеклами, защитными сетками и т. д.

Переносные светильники и взрывобезопасные аккумуляторные светильники проверяют не реже 1 раза в месяц, а также перед каждым использованием. При выполнении работ в сырых и закрытых помещениях и пространствах (внутри цистерн, котлов, в льялах и т. д.) применяют переносные светильники напряжением не выше 12 В.

Не реже 1 раза в 3 мес. светильники очищают и заменяют неисправные детали, а 1 раз в год выполняют обслуживание светильников с частичной разборкой и измерением сопротивления изоляции.

Прожекторы во время бездействия должны быть зачехлены. Во время их осмотров проверяют плавность хода жалюзи, устраняют заедания в устройствах поворота. Отражатели и защитные стекла очищают мягкими кистями или ветошью. Хромированные отражатели протирают салфеткой с меловой пудрой. Отражатели с серебряным покрытием нужно очищать осторожно, так как они покрыты тонким слоем бесцветного лака.



3. Расчет электрического освещения

3.1 Методы расчета электрического освещения

Правила Регистра регламентируют нормы освещенности судовых помещений и палуб. Для выполнения этих норм необходимо провести расчеты соответствующего количества светильников общего или местного освещения с определенной мощностью источника света.

Различают 3 метода расчетов электрического освещения:

1. метод удельной мощности;

2. метод коэффициента использования светового потока;

3. точечный метод.

Наиболее простым и быстрым является первый метод. Он основан на использовании таблицы «Нормы освещенности жилых и служебных помещений» в Правилах Регистра и доступен лицам с невысоким уровнем знания судового электрооборудования.

3.2 Метод удельной мощности

Этот метод позволяет простейшим способом определить ориентировочную суммарную мощность источников света для данного помещения и затем выбрать нужное количество светильников. Потребляемая осветительной установкой общая мощность (Вт).

Р = р * S

Где:

Р - удельная мощность, Вт/м² (выбирают по таблицам Правил Регистра в зависимости от характеристик помещения и светильника, при заданном значении освещенности Е);

S - площадь помещения, м².

Необходимое для установки количество светильников:

N = Р/ (nр)

Где:

n - число ламп в светильнике;

р - мощность одной лампы.



4. Световая сигнализация

4.1 Основные сведения

Для обеспечения безаварийного и безопасного судовождения все суда снабжают навигационными огнями, предусмотренными Международными правилами предупреждения столкновений судов в море (ППСС и Правилами Регистра).

Все суда разделяют на группы, и для каждой группы устанавливают количество навигационных огней, их цветность, дальность действия, направление и значение углов свечения, а также расположение их на судне. Расположение навигационных огней на судне в темное время суток дает возможность наблюдателю установить направление движения судна.

При стоянке судна на якоре в темное время зажигают 2 белых огня кругового действия на корме и баке. На судах, потерявших управление, зажигают 2 красных круговых огня, расположенных по вертикальной линии в наиболее видном месте судна.

Рис. 7. - Расположение навигационных огней, зажигаемых во время хода на судне с механическим двигателем длиной более 50 м.:

Где:

1, 2 - белые;

3, 4 - отличительные соответственно правого (зеленый) и левого (красный) бортов;

5 - кормовой белый.

Если такое судно имеет ход, то дополнительно к этим огням зажигают бортовые и кормовой огни.

Различные навигационные огни зажигают на судах при буксировке, лове рыбы, производстве дноуглубительных работ и т. п.

Навигационные (отличительные) огни выполняют в виде фонарей (светильников) специальной конструкции.

Конструкция, оптическое устройство и мощность лампы фонаря должны обеспечивать выполнение предъявляемых к нему требований по дальности, цветности и направлению свечения.

Фонари имеют водозащищенное исполнение, надежно закреплены на штатных местах. Необходимо предусмотреть возможность быстрой замены фонаря запасным. В фонарях применяются меры, исключающие отвинчивание ламп.

Кроме навигационных огней, для сигнализации используют прожекторы и сигнальные проблесковые огни, которые обычно включают через ключ Морзе.

Для управления сигнально-отличительными фонарями в рулевой рубке устанавливают коммутаторы или пульты. Они получают питание по двум фидерам. Переключатель питания установлен на коммутаторе.

4.2 Коммутаторы сигнально-отличительных фонарей

Коммутаторы сигнально-отличительных фонарей работают по следующему принципу: при погасании фонаря вырабатывается звуковой и визуальный сигнал, позволяющий определить неисправный фонарь.

Отечественной промышленностью выпускаются унифицированные релейные коммутаторы на 3, 5, 7 и 10 огней напряжениями 24, 110, 127 и 220 В. В то же время на судах применяются нестандартные релейные и бесконтактные коммутаторы и пульты управления фонарями.

4.3 Контактный коммутатор сигнально-отличительных фонарей

Рис. 8. - Схема подключения отличительного фонаря через контактный коммутатор:

Принцип включения лампы одного отличительного фонаря состоит в следующем. При включении фонаря выключателем SА загорается лампа HL, расположенная в фонаре, и одновременно включается сигнальное реле КА.

Его разомкнувшийся контакт обрывает цепь питания электрического звонка НА.

Одновременно якорем реле КА поворачивается сигнальное устройство и против смотрового окна устанавливается сигнализационный бленкер. При перегорании лампы HL реле КА теряет питание, его замкнувшийся контакт замыкает цепь питания звонка.

При этом поворачивается визуальное устройство, уводя из смотрового окна бленкер.

Установив, какой фонарь погас, его выключают выключателем SА, прерывая цепь питания звонка.

Каждый такой фонарь включается в коммутаторе по рассмотренной схеме, звонок является общим и включается при потухании любого фонаря.



4.4 Бесконтактный коммутатор сигнально-отличительных фонарей

В схемах коммутаторов типа КСКП переменного тока использован метод параллельного подключения цепей контроля исправности фонаря.

Рис. 9. - Схема подключения фонаря через бесконтактный коммутатор типа КСКП-Б2-3:

На рисунке представлена схема подключения лампы НL одного из фонарей с помощью датчика тока ДТ-127. Дополнительное устройство ДУ-127 является общим для датчиков тока всех фонарей, коммутируемых в рассматриваемом устройстве.

На коммутатор подается напряжение 127 (220) В по одному из фидеров, проложенных по разным бортам судна. Надежность работы фонарей достигается путем установки в них ламп с двумя нитями накала или двух ламп, а также использования двух фонарей. Для включения первой нити накала лампы НL переключатель SА переводится в положение 1.

При этом образуется цепь тока через верхнюю нить лампы HL: предохранитель FU1 - сглаживающий дроссель L1 - параллельно включенные резисторы R1-R4 - резисторы R17, R18 - предохранитель FU5 - верхняя нить лампы HL - предохранитель FU3 - контакты переключателя SА - выключатель контроля SАЗ - дроссель L2 - предохранитель FU2.

Лампа HL загорается.

В полупериод напряжения питания, при котором на верхнем левом выводе схемы положительный потенциал (т. е., плюс), а на верхнем правом - отрицательный (т. е., минус), ток в указанной цепи создает на резисторах R1-R4 падение напряжения с мгновенной полярностью, соответствующей подаче на эмиттер транзистора VТ1 положительного потенциала.

Транзистор VT1 открывается, и через него и светодиод HL1 протекает ток, светодиод загорается.

В другой полупериод напряжения питания полярность напряжения на резисторах R1-R4 изменяется на обратную, поэтому транзистор VT1 закрывается, ток через светодиод не протекает. Но при частоте 50 Гц глаз человека не замечает миганий светодиода HL1.

Открытый VT1 шунтирует резистор R7, на нем не возникает падения напряжения, поэтому VТ2 закрыт, реле КV и звонок НА не включены.

При перегорании нити на R1-R4 падение напряжения исчезает, VT1 закрывается, светодиод гаснет. Теперь на R7 возникает падение напряжения. Пробивается стабилитрон VD4, открывается VТ2, включаются реле КV и звонок НА.

Услышав звонок и по погасшему светодиоду определив фонарь, в котором погасла лампа, вахтенный помощник переводит переключатель SА переводят в положение 2, т. е., включает вторую нить накала (вторую лампу), свечение светодиода будет сигнализировать о включении фонаря.

На реле КV через диод VD7 подается 1-полупериодное напряжение, во второй полупериод через реле разряжается конденсатор С2. Стабилитроны VD1, VD5 стабилизируют напряжения управления транзисторов, стабилитрон VD6 - коллекторное напряжение транзистора VТ2 и напряжение реле КV.

Переключателем SA1можно регулировать яркость свечения фонаря: в положении 0 - наибольшая яркость, в положении 1 последовательно с нитью HL вводится резистор R17, а в положении 2 введены R17, R18, поэтому яркость понижается.

Для проверки исправности коммутатора выключатель SАЗ ("Контроль") выключают, имитируя обрыв нити. По потуханию светодиода и работе звонка убеждаются в исправной работе коммутатора.

При снятых перемычках Х1, Х2, Х3 коммутатор можно включать в сеть 220 В.

В коммутаторах имеются выводы для подключения мега метра при контроле сопротивления изоляции. Фонари находятся снаружи корпуса судна и постоянно подвергаются воздействию влаги, что снижает сопротивление изоляции самих фонарей и линий подвода питания к ним.

Техническое обслуживание фонарей и коммутатора рекомендуется проводить без их разборки не реже 1 раза в 3 мес. При этом все детали проверяют, очищают, поджимают контактные и крепежные соединения, измеряют сопротивление изоляции. Затем проверяют работу коммутатора и всех фонарей.

Включает сигнально-отличительные фонари вахтенный помощник капитана перед наступлением темноты (загодя).

На каждой вахте и перед каждым выходом в море необходимо проверять их работу. Для обеспечения необходимой дальности видимости огней и надежной работы коммутатора в фонари следует устанавливать лампы только проектной мощности.



5. Электронагревательные приборы

5.1 Основные сведения

Электронагревательные приборы преобразуют электрическую энергию в тепловую. В зависимости от принципа действия, электронагревательные приборы делятся на три вида:

1. приборы сопротивления, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую на основании закона Джоуля-Ленца;

2. индукционные, в которых энергия внешнего электромагнитного поля преобразуется в тепловую;

3. радиационные, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую, а тепловая затем преобразуется в инфракрасное излучение.

Все эти приборы имеют довольно высокий КПД (более 83%).

5.2 Приборы сопротивления

Простейшими электронагревательными приборами являются открытые электроплиты, утюги, паяльники и т. п.

Электроплиты, утюги и паяльники.

Приборы этого типа выполняют открытыми. Их спирали из фехралевой проволоки закрыты керамическими бусами или уложены в пазы керамики.

Иногда проволоку наматывают на керамические или покрытые миканитом каркасы.

Они имеют небольшой срок службы (около 1000 ч.).

Трубчатые электронагреватели.

Большую часть электрических нагревательных устройств изготовляют на базе герметичных трубчатых электронагревателей (типа ТЭН).



Рис. 10. - Герметичные трубчатые электронагреватели:

Где:

а - конструкция;

б, в, г - для работы соответственно в воздушной, масляной и водяной средах;

д - блочный.

В медной, латунной или стальной нержавеющей трубке 5, заполненной кварцевым песком или порошком оксида магния 4 и закрытой с торцов изоляционными керамическими втулками 1, посаженными на герметике 2, расположена нагревательная спираль 3 из нихрома.

Спираль соединяют с внешней цепью с помощью шпилек 6 и гаек 7. Мощность трубчатых электронагревателей 250-3000 Вт, напряжение 24-380 В, срок службы 10000 ч.

Электрические грелки отопления мощностью 250-3000 Вт представляют собой батарею ТЭН, закрепленную на общем основании и закрытую перфорированным металлическим кожухом. Электрогрелки устанавливают стационарно и изолируют от обшивки помещения тепловым экраном из негорючего материала. Коммутируют их переключателями на корпусе грелки, с помощью которых можно регулировать режим.

Электрогрелки подключают к щитам отопления или освещения. При отключении грелки отсоединяют все фазы напряжения питания.

Электрические калориферы выполняют в виде цилиндрического корпуса с фланцами, внутри которого установлены ТЭН. Калориферы монтируют в каналах судовой вентиляции или вместе с подсоединенными к ним вентиляторами, т. е., образуют переносной блок, используемый для прогрева и сушки. Мощность калориферов составляет 2,1-7,5 кВт.

При подаче работающих с ними вентиляторов 100-600 м/ч.

Входящий в калорифер воздух перегревается на 37±10°С.

Водонагреватели, обеспечивающие подогрев питьевой воды до температуры 35-70°С, могут быть приборами непрерывного и периодического действий. Их изготовляют в виде баков с ТЭН мощностью 0,8-3 кВт и соответствующей водяной арматурой.

Кипятильники мощностью 4-33 кВт могут быть приборами непрерывного или периодического действия. Некоторые из них снабжают устройствами автоматического управления.

Масляные нагреватели предназначены для подогрева масла и топлива, имеющих температуру вспышки паров не ниже 60°С. Нагреватели в виде баков с ТЭН выполняют мощностью 0,35-3 кВт на напряжение 24-380 В.

Камбузными электроприборами являются электроплиты, хлебопекарные печи, котлы для приготовления пищи и др. Плиты могут иметь 2-6 конфорок и духовки. С помощью пакетных переключателей можно переключать установленные в них ТЭН, регулируя мощность конфорок и духовок. Мощность камбузных электроплит составляет 5,4-22,7 кВт. На них можно готовить пищу на 15-300 чел.

К бытовым электронагревательным приборам относят гладильные машины, сушильные барабаны, переносные кипятильники, утюги и др.

Электрические паяльники, тигли и вулканизаторы применяют для ремонта и монтажа электрооборудования. В тиглях расплавляют припои, в которых методом погружения проводят лужение контактных устройств. В паяльниках и тиглях нагревательные элементы изготовлены из хромовой проволоки, наложенной на миканит или асбоцементный цилиндр. Мощность тиглей 150-300 Вт, вместимость 25-75 см³. Электрический вулканизатор служит для ремонта оболочек кабеля. Вулканизаторы мощностью до 1,0 кВт состоят из двух шарнирно соединенных полуцилиндрических форм, в которые вмонтированы ТЭН. Формы собирают в полый цилиндр, охватывающий ремонтируемый кабель.

5.3 Индукционные нагревательные устройства

Индукционные нагревательные устройства выделяют теплоту при действии вихревых токов, наводимых электромагнитным полем высокой частоты. Например, индуктор высокой частоты наводит вихревые токи в специальном сосуде для приготовления пищи, в результате выделяемая теплота обеспечивает быстрое и качественное приготовление пищи с сохранением питательных свойств продуктов (микроволновая печь). В береговых условиях индукционный метод нагрева используется для термической обработки металлов, сушки волокнистых материалов и других технологических и медицинских целей.

5.4 Радиационные нагревательные устройства

Простейшим устройством этого типа является зеркальная лампа инфракрасного излучения с пониженной температурой нити накала и повышенным сроком службы (не менее 5000 ч.). Лампа обеспечивает глубокий прогрев крупных устройств, поэтому ее рационально использовать при сушке электрических машин.



6. Техническая эксплуатация осветительных и электронагревательных приборов

6.1 Общие требования Правил Регистра к электрическому освещению

Во всех судовых помещениях, местах и пространствах, освещение которых является важным для обеспечения безопасности плавания, управления механизмами и устройствами, обитаемости и эвакуации пассажиров и экипажа, должны быть установлены стационарные светильники основного освещения, которые получают питание от основного источника электрической энергии.

Светильники, установленные в помещениях и пространствах, где возможно механическое повреждение колпаков, должны быть снабжены защитными сетками.

Установка светильников должна выполняться таким образом, чтобы исключался нагрев кабелей и близлежащих материалов до температуры, превышающей допустимую.

В помещениях и местах, которые освещаются люминесцентными лампами и в которых находятся видимые вращающиеся части механизмов, должны быть приняты меры для устранения проявлений стробоскопического эффекта.

Светильники наружного освещения должны быть установлены таким образом, что бы не создавалось световых помех судовождению.

Аккумуляторные, а также любые другие взрывоопасные помещения на судне должны освещаться светильниками из смежных безопасных помещений через газонепроницаемые застекленные отверстия или светильниками взрывозащищенного исполнения, установленными внутри помещений.



6.2 Требования Правил Регистра к питанию цепей основного освещения

Распределительные щиты основного освещения должны получать питание по отдельным фидерам. От щитов основного освещения допускается осуществлять питание электрических приводов неответственного назначения мощностью до 0,25 кВт и отдельных каютных электрических грелок с номинальным током до 10 А.

Защитные устройства конечных ответвленных цепей освещения должны рассчитываться на номинальный ток не более 16 А, суммарный ток нагрузки подключенных потребителей не должен превышать 80% номинального тока защитного устройства.

Каютные вентиляторы и прочие мелкие потребители допускается питать от конечных цепей освещения.

Освещение коридоров, машинных помещений, туннелей водопроводов должно получать питание не менее чем по двум независимым фидерам с таким расположением светильников, чтобы даже в случае выхода из строя одного из фидеров обеспечивалась, возможно, большая равномерность освещения.

Эти фидеры должны получать питание от разных групповых щитов, которые в случае применения секционированных шин освещения в главном распределительном щите должны получать питание от разных секций шин. Для грузовых судов с электрической установкой малой мощности допускается питание освещения указанных помещений, за исключением машинных, осуществлять по одному фидеру от группового щита или непосредственно от главного распределительного щита. Светильники местного освещения в жилых помещениях, а также штепсельные розетки должны получать питание от щита освещения по отдельному фидеру, другому, чем фидер питания светильников общего освещения. Если судно разделяется на главные противопожарные зоны, освещение каждой зоны должно получать питание по двум фидерам, независимым от фидеров, питающих освещение других противопожарных зон. Фидеры освещения по возможности должны быть проложены таким образом, чтобы пожар в одной зоне не повредил фидеров, питающих освещение в других зонах.

В случае применения секционированных шин освещения в главном распределительном щите такие фидеры должны получать питание от разных секций шин.

Основное освещение должно быть выполнено таким образом, чтобы при пожаре или в другом аварийном случае в помещениях, в которых расположены основные источники энергии и/или трансформаторы основного освещения, если они имеются, система аварийного освещения не выходила из строя.

Стационарные светильники освещения трюмов должны получать питание от специального распределительного щита. На этом щите, кроме коммутационной и защитной аппаратуры, должна быть предусмотрена световая сигнализация контроля отдельных цепей освещения.

Для судов с установкой малой мощности допускается питание светильников освещения трюмов от распределительного шита, расположенного в рулевой рубке, при этом требуется световая сигнализация о наличии напряжения в цепи питания светильников освещения трюмов.

6.3 Требования Правил Регистра к аварийному освещению

Освещение должно быть таким, чтобы можно было легко заметить дорогу выхода к местам эвакуации (или обеспечить освещенность 0,5 лк).

Для получения требуемой освещенности светильники аварийного освещения с лампами накаливания могут комбинироваться с люминесцентными лампами. Светильники основного освещения допускается использовать в качестве светильни ков аварийного освещения, если они могут получать питание также и от аварийных источников энергии.

Сеть аварийного освещения должна быть выполнена таким образом, чтобы при пожаре или в других аварийных случаях в помещениях, в которых расположены аварийные источники электрической энергии и/или трансформаторы аварийного освещения, система основного освещения не выходила из строя.

Для аварийного освещения могут применяться стационарные светильники со встроенными аккумуляторами и с автоматической подзарядкой их от сети основного освещения с релейным переключателем.

Каждый светильник аварийного освещения и патрон комбинированных ламп должен быть обозначен красным цветом.

6.4 Требования Правил Регистра к сигнально-отличительным фонарям

От щита сигнально-отличительных фонарей должны получать питание по отдельным фидерам фонари бортовые и кормовой, а на судах буксирных, толкающих, рыболовных, лоцманских, ограниченных в возможности маневрировать и судах на воздушной подушке - также стационарно установленные фонари.

Щит сигнально-отличительных фонарей должен получать питание по двум фидерам:

1. по одному фидеру от главного распределительного щита через аварийный распределительный щит;

2. по второму фидеру от ближайшего группового щита, который не получает питания от аварийного распределительного щита.

Допускается устанавливать приборы управления сигнально-отличительными фонарями в пульте, расположенном в рулевой рубке.

Для судов, на которых основным источником электрической энергии является аккумуляторная батарея и на которых главный распределительный щит установлен в рулевой рубке, управление сигнально-отличительными фонарями допускается производить непосредственно с главного распределительного щита. Сигнально-отличительные фонари должны быть присоединены к сети питания гибким кабелем со штепсельным разъемом.

Цепи питания сигнально-отличительных фонарей должны быть выполнены по двух проводной системе.

В каждой цепи должен быть предусмотрен двухполюсный выключатель, установленный на распределительном щите сигнально-отличительных фонарей.

Каждая цепь питания сигнально-отличительных фонарей должна иметь защиту в обоих проводах и визуальную сигнализацию о действии сигнально-отличительного фонаря.

Визуальный указатель должен быть выполнен и установлен так, чтобы его повреждение не вызывало выключения сигнально-отличительного фонаря.

Падение напряжения на распределительном щите, питающем сигнально-отличительные фонари, включая и систему сигнализации действия фонарей, не должно превышать 5% при номинальном напряжении до 30 В и 3% - при напряжении свыше 30 В.

Независимо от сигнализации должна быть предусмотрена акустическая сигнализация, действующая автоматически в случае выхода из строя любого сигнально-отличительного фонаря при включенном выключателе.

Питание акустической сигнализации должно осуществляться:

1. от другого источника или фидера, чем источник или фидер питания щита сигнально-отличительных фонарей;

2. либо от аккумуляторной батареи.

6.5 Правила технической эксплуатации судового электрического освещения

Сети электрического освещения всех назначений, включая сигнально-отличительные огни, должны быть полностью укомплектованы штатными источниками света, средствами защиты и выключателями. Все средства общего и местного электрического освещения должны использоваться по мере надобности.

Ответственными за экономное расходование электроэнергии на освещение являются члены экипажа, использующие средства освещения.

Контроль за правильным использованием электрического освещения и помещений осуществляется старшим электромехаником.

Ртутно-дуговые и натриевые лампы следует включать заблаговременно, с учетом времени, необходимого для их разогрева и зажигания, особенно при пониженной температуре окружающего воздуха. При повторном включении таких ламп сразу же после отключения рекомендуется дать им некоторое время на остывание.

На внутренней стороне групповых РЩ и коробок у предохранителей и выключателей должны быть указаны места расположения светильников. На светильниках рекомендуется указывать проектную мощность ламп.

Светильники, соединительные коробки и групповые РЩ. аварийного и аварийного аккумуляторного освещения должны быть отмечены специальной отличительной отметкой или окраской (рекомендуется желтый и красный цвета соответственно), если они конструктивно не отличаются между собой и от арматуры нормального освещения.

В водозащищенные штепсельные розетки, выключатели, соединительные и групповые коробки должны быть всегда плотно закрыты. После включения вилок в штепсельные розетки гайки вилок должны быть завинчены до отказа, после чего могут быть включены выключатели.

Использование розеток, установленных на переходных мостиках и над открытыми палубами судов, перевозящих взрывоопасные грузы, разрешается с ведома старшего помощника. После использования розетки должны быть обесточены. При грузовых операциях контроль за своевременным включением и выключением освещения трюмов и использованием трюмных люстр обеспечивается вторым помощником.

Лица вахтенной службы должны не реже одного раза за вахту осматривать светильники в грузовых помещениях и при обнаружении поврежденного светильника немедленно извещать старшего электромеханика. За техническое состояние сигнально-отличительных фонарей отвечает третий помощник.

Бездействующие прожекторы должны быть закрыты чехлами. Жалюзи прожектора должны свободно открываться и закрываться.

При использовании средств электрического освещения всех назначений запрещается:

1. применение ламп большей мощности, чем это предусмотрено конструкцией светильника, и ламп с напаянным цоколем;

2. включение светильников без колпаков и сеток, если они входят в конструкцию светильника;

3. снятие со светильников аварийного и аварийного аккумуляторного освещения ламп хотя бы на самое короткое время;

4. включение стационарных взрывозащищенных светильников при неисправности труб или кабелей, идущих к ним, и с колпаками, имеющими трещины;

5. пребывание в помещении с работающими источниками ультрафиолетового излучения (бактерицидными лампами и т. п.) свыше времени, допускаемого инструкциями по эксплуатации;

6. устройство иллюминации на наливных судах.

При выполнении работ в помещениях первой и второй категорий по степени опасности, в помещениях, где хранятся взрывчатые и легковоспламеняющиеся веществами, где возможно образование взрывоопасных смесей (при окрасочных работах, в топливных танках и др.), переносное освещение должно осуществляться только аккумуляторными взрывозащищенными фонарями.

При использовании средств электрического освещения необходимо проверять исправность:

1. аварийного аккумуляторного освещения - не реже одного раза в неделю и перед выходом в рейс, при этом все лампы должны гореть с полным накалом;

2. средств дистанционного управления наружным освещением - не реже одного раза в неделю;

3. переносных светильников - не реже одного раза в месяц и непосредственно перед использованием;

4. аварийного освещения - не реже одного раза в 6 мес.

Лампы накаливания с темным налетом на колбе и люминесцентные лампы с потемневшими концами трубки рекомендуется заменять до выхода их из строя.

...