iluminat curs var2008.2
TRANSCRIPT
INTRODUCERE………………………………………………1
1. Mărimi fotometrice va veni dar si radu mine vinaLuminaMărimi şi unităţi fotometriceLegile fotometrice
1.1.4. Determinarea practică a eficienţei luminoase a unei surse punctiforme
1.1.5. Măsurarea nivelului de iluminare1.1.6. Caracteristici fotometrice
1.1.7. Redarea culorilor 2. Aparate de iluminat 3. Surse de lumină 3.1. Lămpi cu incandescenţă 2.3.1.1. Lămpi cu incandescenţă normale 2.3.1.2. Lămpi cu incandescenţă cu halogeni 3.2. Lămpi cu descărcare electrică în gaze
3.2.1. Lămpi fluorescente 3.2.2. Lămpile fluorescente compacte 3.2.3. Lămpi cu descărcare în vapori de mercur de înaltă presiune
3.2.4. Lămpi cu descărcare în vapori de sodiu cu înaltă presiune 3.2.5. Lămpi cu halogenuri metalice
3.3. Alegerea lămpilor 4. Dimensionarea instalaţiilor de iluminat 3.4.1. Metoda factorului de utilizare 3.4.2. Metoda punct cu punct 3.4.2.1. Metoda punct cu punct pentru surse punctiforme 3.4.2.2. Metoda punct cu punct pentru surse liniare 5. Iluminatul exterior 5.1. Aparate de iluminat pentru exterior
5.2. Dimensionarea circuitelor electrice ale instalaţiilor de iluminat 5.3. Instalatii de iluminat cu surse cu incandescenţă 5.4. Dimensionarea circuitelor electrice în cazul lămpilor fluorescente 6. Principalele condiţii pentru un iluminat
corespunzător
7. CALCULUL SECTIUNII CONDUCTOARELOR
8. ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRICA A INSTALATIEI DE ILUMINAT ELECTRIC
5.1 Stabilirea necesarului de energie 5.2 Sisteme de contorizare 5.2.1 Descriere generala 5.2.2 Caracteristicile sistemelor 5.2.2.1 Echipamente de contorizare 5.2.2.2 Comunicatie 5.2.2.3 Software
1
5.2.3 Arhitectura sistemului 5.2.4 Calitate 5.2.5 Standarde si specificati 5.2.6 Documentatie 5.2.7 Functiile sistemului si rapoartele generate 5.3 Reducerea consumurilor de energie electrica la iluminatul exterior
INTRODUCERE
Lumina naturală şi artificială este acea componenta a vieţii fără de care existenţa şi evoluţia
omului nu ar fi posibilă. În lipsa luminii naturale, continuarea activităţii oamenilor este facilitată de
existenţa iluminatului artificial atât în interiorul clădirilor cât şi în exterior.
În tehnica iluminatului, un loc aparte îl ocupa iluminatul urban datorita implicaţiilor pe care
le are în viaţa cotidiană. Acesta este un subiect interesant din punct de vedere practic având un
suport teoretic bine definit, care constituie obiect de studiu şi cercetare pentru oamenii de ştiinţă din
ţară şi străinătate.
Iluminatul urban, corespunzător realizat, are efecte benefice atât în ceea ce priveşte
siguranţa şi securitatea cetăţenilor oraşului, cât şi sub aspect economic. Siguranţa cetăţenilor
implică reducerea numărului de accidente de circulaţie pe timpul nopţii, acest lucru fiind demonstrat
prin studii realizate de specialişti din diferite ţări, de-a lungul timpului.
Tot din aceste studii rezultă că securitatea cetăţenilor unui oraş este mai mare în locurile în
care iluminatul urban este realizat corespunzător (întunericul favorizând agresiunile asupra
persoanelor). Într-un oraş modern, prin punerea în valoare a ansamblurilor arhitecturale folosind
tehnica iluminatului, acesta poate constitui un punct de atracţie pentru numeroşi vizitatori, ceea ce
duce la dezvoltarea turismului.
Până în anul 1989, în iluminatul urban din România, soluţiile luminotehnice adoptate pentru
arterele de circulaţie erau tipizate, fără un control calitativ şi cantitativ al acestora, iar sistemele de
iluminat decorativ, practic, nu existau. După anul 1989, poziţia pe care o ocupa iluminatul artificial
în viaţa sociala, spirituală şi economică a ţării a fost reconsiderată, făcându-se remarcată o mai mare
preocupare a autorităţilor locale şi centrale faţă de acest domeniu.
Cu toate acestea, realizarea iluminatului urban în oraşele ţării noastre se ridică încă la
nivelul standardelor internaţionale.
2
10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 104 106 108 λ [m]
Radiaţii cosm
ice, Raze γ
Raze R
öntgen
Ultraviolet
Lumină
Infraroşu
Microunde
Unde decim
etrice
Unde ultrascurte
Unde scurteU
nde medii
Unde lungi
380 400 450 500 550 600 650 700 750 λ [nm]
Fig. 1.1 Spectrul undelor electromagnetice.
Violet
Bleu
Verde
Galbe
n Roşu
Portocaliu
1. Mărimi fotometrice
1.1. Lumina
Spectrul de lumină corespunde unei părţi a spectrului radiaţiei electromagnetice, având
lungimi de undă cuprinsă între 380 şi 760 nm (fig. 1.1). Spectrul radiaţiilor vizibile reprezintă un
eşantion foarte redus din întregul spectru, care mai cuprinde radiaţiile , radiaţii Röntgen, radiaţii
infraroşii, radiaţii ultraviolete ş.a. Radiaţiile din spectrul 380 760 nm determină o senzaţie
fiziologică specifică asupra ochiului uman, numită lumină.
Ochiul uman prezintă senzaţii diferite pentru diferite lungimi de undă. Aceste senzaţii
diferite sunt numite culoare (tabelul 1.1). În cazul în care lumina cuprinde întreg spectrul al
radiaţiilor vizibile ochiul sesizează culoare albă.
Lungimea de undă a unei radiaţii electromagnetice poate fi determinată din relaţia
λ= c
f , (1.1)în care c este viteza luminii (viteza de propagare în vid), iar f frecvenţa radiaţiei (c 3108 m/s în vid; 2,25108 m/s în apă şi 2108 în sticlă).
Tabelul 1.1. Sensibilitatea spectrală a ochiului uman
Lungimea de undă nm Culoarea
380 430 Violet430 485 Bleu485 570 Verde570 600 Galben600 610 Portocaliu610 760 Roşu
3
În realitate culoarea se realizează prin suprapunerea radiaţiilor vizibile cu diferite lungimi de
undă emise de sursa de lumină.
În tabelul 1.2 este indicată clasificarea surselor tehnice de lumină în funcţie de culoare,
conform CIE (Comisiei Internaţionale de Iluminat) şi DIN (Standardul German). Culoarea unei
surse de lumină se caracterizează prin temperatura sa de culoare. Temperatura de culoare a unei
surse de lumină se defineşte ca fiind temperatura (în K) corpului negru, a cărui radiaţie are aceeaşi
culoare cu cea a sursei de lumină analizate.
Tabelul 1.2. Culoarea unei surse de lumină
Definiţie conformDIN
Definiţie conformCIE
Domeniul temperaturii de culoare
Alb cald (ww) Grupa 1 (cald) < 3300 KAlb neutru (nw) Grupa 2 (mediu) (3300 5000/5300) K
Alb lumina zilei (tw) Gruppe 3 (rece) > 5000/5300 K
Lumina zilei rezultă din radiaţia termică a soarelui în urma filtrării prin atmosfera
pământului. Radiaţia termică a soarelui cuprinde un spectru continuu cu lungimi de undă cuprinse
între circa 300 şi 4500 nm cu o temperatură medie de culoare de 5000 K (pentru Europa).
1.2. Mărimi şi unităţi fotometrice
Toate corpurile având o temperatură peste 0 K radiază energie. Însă numai radiaţiile care
sunt observate de către ochiul uman corespund energiei luminoase. Fiecare sursă de lumină emite o
anumită energie luminoasă W. Energia luminoasă nu este o mărime obiectivă, fiind energia unei
radiaţii electromagnetice dar validată subiectiv de către ochiul uman.
Energia radiată în unitatea de timp (puterea radiată) şi validată de către ochiul uman se
defineşte ca fiind fluxul luminos
Φ=dW
dt . (1.2)Unitatea de măsură, lumenul (lm), corespunde unui flux luminos emis de o sursă
monocromatică cu lungimea de undă de 555, 5 nm (f = 540,01541012 Hz) şi care consumă 1/683
W. Altfel spus, rezultă un flux de 1 lm în cazul unei transformări ideale a puterii de 1/683 W,
absorbită de o sursă de lumină care emite o radiaţie monocromatică cu lungimea de undă de 555, 5
nm (galben).
Toate celelalte mărimi fotometrice se raportează la fluxul luminos.
Fluxul luminos defineşte caracteristicile energetice ale surselor de lumină şi este utilizat
pentru determinarea randamentului şi eficienţei luminoase a surselor de lumină şi a instalaţiilor de
4
p
p
380 555 760 λ [nm]Fig 1.2. Sensibilitatea spectrală.
iluminat.
Dacă o sursă de lumină emite o putere spectrală p (fig. 1.2), ochiul uman „observă” în mod
diferit fiecare lungime de undă. Sensibilitatea
spectrală a ochiului uman depinde nu numai de
puterea spectrală ci, în mare măsură, şi de
compoziţia spectrală a luminii. Ochiul uman nu
recepţionează în mod egal toate radiaţiile
luminoase. Maximul spectrului luminos al
ochiului uman se află la 555,5 nm unde
sensibilitatea spectrală k prezintă o valoare unitară
k λ=
φλ
pλ . (1.3)
Fluxul luminos poate fi determinat din relaţia
Φ= ∫380 nm
760 nm
φλ⋅dλ= ∫380 nm
760 nm
k λ⋅pλ⋅dλ. (1.4)
Eficienţa luminoasă a unei surse de lumină reprezintă raportul dintre fluxul luminos
emis de sursă şi puterea absorbită din reţeaua electrică P de către sursa de lumină
η=ΦP=
∫380 nm
760 nm
φλ⋅dλ
∫0
∞
pλ⋅dλ.
(1.5)Eficienţa luminoasă este un indicator economic al unei surse de lumină.
În cazul unei transformări ideale a energiei electrice absorbite de o sursă care emite o lumină
monocromatică cu lungimea de undă de 555, 5 nm rezultă o eficienţă luminoasă = 683 lm/W. În
realitate, sursele actuale de lumină artificială au o eficienţă luminoasă mult mai mică. În tabelul 1.3
sunt prezentate câteva exemple în acest sens.
Tabelul 1.3. Eficienţa luminoasă a unor surse de lumină
Sursa de lumină Eficienţa luminoasă lm/W
Lampa cu incandescenţă 8 20
Lampa fluorescentă 75 110Lampa cu descărcare în vapori de
mercur de înaltă presiune 32 60Lampa cu descărcare în vapori de
sodiu de înaltă presiune 66 130
5
Fig. 1.3 Intensitatea luminoasă.
θ
Q
α
ΔF
rΔΩIα
n
Intensitatea luminoasă I a unei surse de lumină (fig. 1.3), în direcţia , se defineşte ca fiind
fluxul luminos emis în direcţia , raportat la unghiul solid în care are loc emisia (densitatea
spaţială a fluxului luminos în direcţia )
I α=
ΔΦΔ . (1.6)
Intensitatea luminoasă determină cantitatea de lumină emisă într-o anumită direcţie, fiind
dependentă în special de suprafeţele reflectante care asigură orientarea luminii (de exemplu, un
reflector).
Unghiul solid poate fi calculat din relaţia
Δ= ΔA⋅cosθ
r 2, (1.7)
în care A este aria suprafeţei iluminate, r distanţa dintre sursa de
lumină şi suprafaţa iluminată, iar unghiul dintre direcţia razei
luminoase la suprafaţa iluminată şi normala pe aceeastă suprafaţă
(unghiul de incidenţă).
Unitatea de măsură a unghiului solid este sterradianul [sr].
Sursele uzuale prezintă valori diferite ale intensităţii luminoase pe diferitele direcţii. Este
posibil a ataşa intensitătii luminoase noţiunea de vector. Modulul acestuia se determină din relaţia
de definiţie (1.7), direcţia este , iar sensul este radial.
Unitatea de măsură a intensităţii luminoase este candela [cd].
Repartiţia în spaţiu a intensităţii luminoase a unei surse este o caracteristică importantă a unei
surse de lumină. Fiind cunoscută repartiţia intensitătii luminoase în spaţiu (în plan) a unei surse pot
fi determinate principalele caracteristici fotometrice ale acesteia. Locul geometric al vârfurilor
vectorilor intensitate luminoasă reprezintă corpul fotometric (în spaţiu) sau curba fotometrică (în
plan).
Pentru a obţine curba fotometrică (în general corpul fotometric) al unei surse de lumină este
necesar a măsura intensitatea luminoasă în diferitele direcţii şi, la o anumiţă scară, să fie trasat locul
geometric al vârfurilor vectorilor corespunzători.
În mod uzual, curbele (corpurile) fotometrice sunt indicate pentru o sursă standard de
1000 lm.
Valoarea reală a intensitătii luminoase, pentru o sursă de lumină, cu un flux total , rezultă
din relaţia
I α=I 0 α⋅
Φ1000 , (1.8)
în care I0 este valoarea indicată de constructorul sursei de lumină.
6
110
100
90
80
70
60
50
40
110
100
90
80
70
60
50
40
120 130 140 160 180 160 140 130 120
30 20 10 0 10 20 30
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300 cd
I
Ca exemplu, în fig. 1.4 este indicată o curbă fotometrică pentru o sursă uzuală de lumină.
Nivelul de iluminare E defineşte fluxul luminos care ajunge pe suprafaţa iluminată. Nivelul de
iluminare este un criteriu pentru necesarul de lumină şi deci determină numărul de surse de lumină
într-o zonă. Unitatea de măsură a nivelului de iluminare este luxul [lx].
Nivelul de iluminare reprezintă mărimea de bază pentru dimensionarea instalaţiilor de
iluminat
E=dΦ
dA . (1.9)
Acuitatea vizuală a ochiului uman depinde în mare măsură de nivelul de iluminare a
câmpului vizual. Odată cu creşterea nivelului de iluminare creşte, în general, şi acuitatea vizuală.
Un nivel de iluminare corespunzător pe planul de lucru determină randamentul activităţilor în zonă.
Valori tipice ale nivelului de iluminare în exterior sunt:
zi de vară însorită 60 000 100 000 lx;
zi de vară înnourată până la 20 000 lx;
zi de iarnă înnourată până la 3000 lx;
noapte cu lună plină până la 0,25 lx;
noapte senină cu stele până la 0,01 lx.
În tabelul 1.4 sunt indicate valorile minime ale nivelului de iluminare pentru birouri şi spaţii
administrative.
Suprafaţa de lucru este un plan fictiv la care se referă măsurătorile privind nivelul de
iluminare. În general acest plan este orizontal şi plasat la 0,85 m deasupra podelei.
Tabelul 1.4. Valori minime ale nivelului de iluminare în birouri şi spaţii administrative
Fig. 1.4 Curba fotometrică pentru o sursă de lumină.
7
Tipul încăperiiValoarea minim admisbilă a nivelului de iluminare,
Emin lx
Suprafaţa la care se referă nivelul de
iluminareSpaţii administartive şi birouri, săli de lectură, sală de şedinţe şi spaţii culturale
200 Nivelul suprafeţei de lucru
Spaţii pentru pregătirea, distribuirea şi preluarea mâncării (bucătării, săli de mese, bufet)
200 Nivelul suprafeţei de lucru
Spaţii de baie, camere de îmbrăcare. toalete 75 Nivelul soluluiHoluri cu scări, scări, rampe de încărcare, coridoare principale, casa scărilor
50 Nivelul solului
Alte culoare şi scări 50 Nivelul solului
Reducerea nivelului de iluminare determinat de o instalaţie de iluminat datorită îmbătrânirii
şi murdăririi poate fi luată în consideraţie prin intermediul factorului de menţinere subunitar M .
Rezultă, în acest fel, că iniţial sunt instalate mai multe surse de lumină, pentru ca după un timp să
rezulte valoarea impusă a nivelului de iluminare.
Valoarea inversă a factorului de menţinere M este factorul de depreciere (tabelul 1.5).
Tabelul 1.5. Factorul de menţinere şi factorul de depreciere
Reducerea nivelului de iluminare datorită murdăririi şi îmbătrânirii lămpilor, a instalaţiilor de iluminat şi a pereţilor
încăperii
Factorul de menţinere M
Factorul de depreciere
normală 0,8 1,25ridicată 0,7 1,43
puternică 0,6 1,67
Repartiţia nivelului de iluminare pe o suprafaţă este indicată prin curbe izolux. Acestea
rezultă prin unirea punctelor cu acelaşi nivel de iluminare.
Luminanţa L este o măsură a senzaţiei de strălucire a unei suprafeţe care emite sau reflectă
lumină, asupra ochiului uman, determinând fenomenul de orbire. Orbirea este definită ca fiind
senzaţia de perturbare a vederii, datorită unei repartiţii necorespunzătoare a luminanţei şi/sau a unui
contrast prea ridicat al luminanţelor în câmpul vizual al observatorului.
Luminanţa L este mărimea fotometrică de bază, care este receptată de ochiul uman, fiind
definită ca raportul dintre intensitatea luminoasă şi suprafaţa emiţătoare (fig. 1.5)
8
Fig. 1.5 Luminanţa.
n
dA
α
dIα
Sursa de lumină
Ochiul uman
Lα=
dI α
dA⋅cosα , (1.10)
în care este unghiul de observare şi determină aria suprafeţei vizibile a suprafeţei luminoase
Unitatea de măsură este candela/m2 [cd/m2].
Repartiţia luminanţelor pe o suprafaţă, într-un spaţiu
iluminat, este un criteriu important pentru evaluarea calităţii
mediului luminos.
Exemplu de valori ale luminanţei în mediul încojurător sunt
prezentate mai jos:
soare la amiază până la 150000 cd/cm2 ;
lampă cu incandescenţă mată 2 5 cd/cm2 ;
lampă fluorescentă compactă 0,9 2,5 cd/cm2 ;
lampă fluorescentă tubulară 0,4 1,7 cd/cm2 ;
luna 0,25 cd/cm2 .
Pentru a se asigura un confort vizual şi limitarea oboselii rapide se recomandă asigurarea
unei repartiţii practic uniforme a luminanţelor. Altfel spus, nu este admisă depăşirea unei anumite
neuniformităţi a nivelului de iluminare pe suprafaţa de lucru. Ca indicator este utilizat factorul de
neuniformitate k determinat ca raport între valoarea minimă Emin şi valoarea medie Emed a nivelului
de iluminare. În cazul unui iluminat general în birouri, factorul de neuniformitate k trebuie să fie
mai mare ca 1/1,5.
1.3. Legile fotometrice
Legile fotometrice prezintă relaţia dintre nivelul de iluminare E într-un punct al suprafeţei
de lucru (nivel de iluminare punctual) şi intensitatea luminoasă I a unei surse de lumină, distanţa r
faţă de sursa de lumină şi unghiul de incidenţă a razei luminoase.
Din relaţiile (1.6), (1.7) şi (1.9) rezultă
E=dΦ
dA=
Iα⋅d dA
=Iα
dA⋅dF⋅cosθ
r2=
Iα⋅cosθ
r2. (1.11)
Legea pătratelor distanţelor arată că nivelul de iluminare pe o suprafaţă este invers
proporţional cu pătratul distanţei dintre sursa de lumină şi suprafaţă iluminată (fig. 1.6)
E1
E2
=r2
2
r12
. (1.12)
Legea cosinusurilor arată că nivelul de iluminare pe o suprafaţă este direct proporţional cu
cosinusul unghiului de incidenţă (fig. 1.7)
9
Iα
α n
n
θ
θ
r1
r2
Fig. 1.6 . Legea pătratelor distanţelor.
Brennstellung
Iα
α
2n1n
θ2θ1
r
Fig. 1.7. Legea cosinusurilor.
dA
E1
E2
=cos θ1
cos θ2 . (1.13)
Nivelul de iluminare maxim rezultă în cazul incidenţei perpendiculare a razei luminoase pe
suprafaţa iluminată.
Legea lui Lambert se referă la suprafeţele luminoase difuze şi uniform radiante, prezentând
astfel valori ale luminanţei egale în toate direcţiile
Lα=
dI α
dA⋅cosα=Lπ /2=
dI max
dA=L
. (1.14)
În cazul surselor care respectă legea lui Lambert, din relaţia (1.14) rezultă
dImax = dIαcosα. (1.15)
Intensitatea luminoasă scade cu cosinusul unghiului direcţiei razei luminoase faţă de
normala la suprafaţă.
1.4. Determinarea practică a eficienţei luminoase a unei surse punctiforme
Eficienţa luminoasă = /P este mărimea de bază în evaluarea energetică a unei surse de
lumină şi poate fi determinată prin măsurători. Puterea electrică absorbită de o sursă de lumină
poate fi măsurată cu ajutorul unui wattmetru. Pentru evaluarea fluxului luminos trebuie cunoscut
sau determinat corpul fotometric al sursei.
În acest scop, în jurul sursei de lumină S este trasat un cerc fictiv de rază r (fig. 1.8). Dacă
corpul fotometric I, = f (, ) este cunoscut, valoarea fluxului luminos poate fi calculat sub
forma
Φ= ∫β=0
2⋅π
∫α=0
π
I αβ⋅d . (1.16)
Unghiul solid d rezultă din relaţia
d =dA
r2 (2.17)
deoarece într-o sferă unghiul de incidenţă este /2.
10
β
dβ
α
dα
dA
Fig. 1.8 Calculul fluxului luminos.
Q
Aria elementară dA rezultă
d A = rdαrsinαdβ = r2sinαdαdβ
(1.18)
Relaţia (1.16) poate fi deci scrisă sub forma
Φ= ∫β=0
2⋅π
∫α=0
π
I αβ⋅sin α⋅¿dα⋅dβ ¿. (1.19)
În mod obişnit, sursele de lumină prezintă o curbă fotometrică cu simetrie axială, iar relaţia
(2.17) devine
Φ= ∫β=0
2⋅π
dβ⋅∫α=0
π
I α⋅sin α⋅¿dα=2⋅π⋅∫α=0
π
I α⋅sin α⋅¿dα ¿¿. (1.20)
Curba fotometrică I = f (), în cazurile practice, se
împarte în 18 intervale egale şi sunt sunt indicate valorile
I(2k 1)/36 (k = 1 18) în mijlocul fiecărui interval. Se
consideră că în fiecare zonă intensitatea luminoasă este
constantă şi egală cu valoarea de la mijlocul intervalului
I(2k 1)/36 . Cu această ipoteză, relaţia (1.20) devine
Φ=2⋅π⋅∑k=1
18
I (2 k−1 )⋅π /36⋅S(2 k−1)⋅π /36(1.21)
În relaţia (1.21)
S(2 k−1 )⋅π /36= ∫(k−1)⋅π /18
k⋅π /18
sin α⋅dα.
Funcţia S(2k 1)/36 este dată sub formă tabelată şi astfel din relaţia (1.21) poate fi calculat
fluxul luminos . În continuare poate fi determinată eficienţa luminoasă.
1.5. Măsurarea nivelului de iluminare
Mărimea fotometrică nivel de iluminare poate fi determinată prin măsurare cu ajutorul unui
luxmetru. Echipamentul de măsurare a nivelului de iluminare constă în principiu dintr-un receptor
fotoelectric (celulă fotoelectrică) şi un instrument indicator (fig. 1.9).
Pe o placă 1 din oţel este plasat un disc 2 din seleniu. Stratul semitransparent 3 din aur sau
platină permite ca lumina să cadă pe discul din seleniu. Atunci când pe discul de seleniu ajunge
fluxul , între şaiba metalică 4 şi placa 1 din oţel trece curentul electric I proporţional ca valoare cu
fluxul . Şaiba metalică 4 va avea o polaritate negativă, iar placa 1 polaritate pozitivă. Deoarece
aria suprafeţei iluminate rămâne constantă şi este cunoscută, curentul I va avea valoarea
11
I
Fig 1.9 Luxmetru.
54321
μA
Φ
R
ΦΦr
Φ Φ
Φt a) b) c)
Fig. 1.6 Caracteristicile fotometrice ale corpurilor.
proporţională cu nivelul de iluminare, iar echipamentul poate fi etalonat direct în lucşi. Rezistorul R
este utilizat pentru etalonarea echipamentului ca luxmetru.
Fluxul incident parcurge filtrul 5 care permite ajustarea
sensibilităţii spectrale a seleniului în raport cu sensibilitatea
spectrală a ochiului uman.
Luxmetrul poate fi utilizat şi pentru măsurarea intensităţii
luminoase. Pentru aceasta este necesar a fi cunoscută distanţa r
între sursa de lumină şi suprafaţa iluminată precum şi unghiul de
incidenţă .
Pe durata măsurătorilor este necesar a lua în consideraţie cu exactitate unghiul de incidenţă
sau mai simplu se urmăreşte realizarea unui unghi = /2 (rezultă valoarea maximă a indicaţiei
echipamentului de măsurare).
Dacă pentru măsurarea intensităţii luminoase este utilizat luxmetrul, din relaţia (1.21) poate
fi determinat fluxul luminos. În acest scop trebuie determinate prin măsurătoare cele 18 valori
I(2k 1)/36 .
Măsurarea nivelului de iluminare prezintă un interes deosebit pentru evaluarea instalaţiilor
de iluminat, pentru compararea valorilor impuse cu cele reale ale nivelului de iluminare şi pentru
adoptarea de măsuri necesare îmbunătăţirii sistemului de ilumnat.
1.6. Caracteristici fotometrice
Lumina incidentă pe o suprafaţă, în funcţie de caracteristicile fotometrice ale acesteia, poate fi absorbită, transmisă sau reflectată.
Factorul de absorbţie a este raportul dintre fluxul luminos absorbit a şi fluxul luminos incident (fig. 1.9, a):
a=
Φ a
Φ . (1.22)Factorul de reflexie r este raportul dintre fluxul luminos reflectat r şi fluxul incident (fig.
1.9, b):
r=
Φ r
Φ . (1.23)Factorul de transmisie t este raportul dintre fluxul luminos transmis t şi fluxul incident
(fig. 1.9, c):
t=
Φ t
Φ . (1.24)Factorii de absorbţie, de reflexie şi de transmisie pot lua valori cuprinse între 0 şi 1. Suma
celor trei factori este totdeauna unitară.
12
Valori tipice ale acestor factori fotometrici sunt indicate în tabelul 1.6.
Tabelul 1.6. Valori tipice pentru factorii fotometriciMaterial Factorul de
absorbţieFcatorul de
reflexieFactorul de transmisie
Sticlă clară 0,02 0,04 0,06 0,08 0,90 0,92Sticlă prismatică 0,05 0,10 0,05 0,20 0,70 0,90Material plastic (alb, opac) 0,10 0,20 0,20 0,50 0,40 0,60Lemn. de culoare deschisă 0,40 0,70 0,30 0,60 Lemn, de culoare închisă 0,85 0,90 0,10 0,15 Ciment, Beton, nefinisat 0,70 0,80 0,20 0,30
1.7. Redarea culorilor
Redarea culorilor este unui dintre criteriile principale privind calitatea luminii, indicând cât
de “corectă” i se pare unui observator culoarea corpurilor iluminate artificial. Culoarea corpurilor
este “corectă” când este privită la lumina naturală.
Esenţial pentru calitatea redării culorilor într-o instalaţie de iluminat este spectrul radiaţiei
sursei de lumină.
Indicele Ra de redare a culorilor defineşte caracteristicile de redare ale culorilor de către
surselor de lumină artificială (tabelul 1.7).
Nivelul 1A de redare a culorilor defineşte cea mai ridicată capacitate de redare a culorilor şi
este cerut la încercare/controlul culorilor. În încăperile cu birouri, în general, este suficient nivelul
1B.
Tabelul 1.7.Nivele de redare a culorilor Ra
Caracteristici Nivel de redare a culorilor Indicele de redare a culorilor
Foarte bune1 A 90 1001 B 80 90
Bune2 A 70 802 B 60 70
Medii 3 40 60Slabe 4 20 40
Nedefinite < 202. Aparate de iluminat
Aparatele de iluminat au rolul de a dirija şi reforma fluxul luminos al unei surse de lumină şi
de a asigura protecţia contra orbirii. Acestea trebuie să asigure şi o funcţie estetică, având în vedere
că forma, poziţia şi implementarea lor într-un spaţiu trebuie să armonizeze cu arhitectura zonei.
Aparatele de iluminat trebuie să asigure modificarea luminaţei şi a curbei fotometrice a unei
lămpi pentru a obţine caracteristici fotometrice optimale în funcţie de scopul propus.
13
a)
b)
c)
d)
e)
Fig. 2.1. Aparate de iluminat.
Aparatele de iluminat au şi funcţii de protecţie şi siguranţă, necesare în zonele în care sunt
plasate. De asemenea, aparatele de iluminat asigură posibilitatea conectării elementelor auxiliare
necesare funcţionării lămpii.
Aparatele de iluminat au rolul de a asigura iluminarea spaţiilor sau suprafeţelor, acţionând
astfel direct asupra ochiului uman.
Aparatele de iluminat pot fi clasificate astfel:
pentru utilizare generală;
pentru utilizare în încăperi de locuit;
pentru utilizare în încăperi cu funcţii culturale.
Aparatele de iluminat de utilizare generală reprezintă clasa cea mai importantă pentru
iluminarea spaţiilor de producţie şi de lucru, precum şi a iluminatului stradal. Sunt realizate pentru
iluminat interior, iluminat exterior sau pentru scopuri speciale.
Pentru evaluarea aparatelor de iluminat se foloseşte randamentul A , definit ca raportul
dintre fluxul luminos A emis de aparatul de iluminat şi fluxul luminos l emis de lampa (lămpi)
ηA=
ΦA
∑Φl , (2.1)
Aparatele de iluminat, în funcţie de modul de transmitere a fluxului luminos, pot fi
împărţite, în principiu, în următoarele categorii:
cu repartiţie directă (fig. 2.1,a), având peste 90% din fluxul luminos emis în semisfera
inferioară;
cu repartiţie semidirectă (fig. 2.1,b), având 60 90% din fluxul luminos emis în
semisfera inferioară;
cu repartiţie mixtă (fig 2.1, c), având având 40 60% din fluxul luminos emis în
semisfera inferioară;
cu repartiţie semiindirectă (fig 2.1,d), având având 40 60% din fluxul luminos emis în semisfera superioară;
cu repartiţie indirectă (fig 2.1,e), având peste 90% din fluxul luminos emis în semisfera superioară.
14
a) b) c)
Fig. 2.2. Reflectoare
a) b) c)
Fig. 3.1 Unghiul de protecţie:a) Lampă fluorescentă cu un aparat de iluminat metalic simplu;b) Lampă cu incandescenţă cu un aparat de iluminat netransparent; c) Lampă fluorescentă cu aparat de iluminat cu lamele.
δ δ δ
Aparatele de iluminat cu emisie numai în emisfera inferioară asigură, de obicei, un nivel
ridicat de iluminare pe suprafeţele orizontale, însă, deseori, o supărătoare neuniformitate a
iluminării cu umbre pronunţate, atenuate în mică măsură de celelalte surse de lumină.
Sunt utilizată, în principal, aparate de iluminat cu repartiţie semidirectă sau semiindirectă
deoarece o parte din lumina transmisă de aparatele de iluminat cade pe pereţi sau tavan, de unde
este reflectată, obţinându-se astfel o iluminare aproape fără umbre.
Evitarea fenomenului de orbire este unul dintre criteriile care trebuie luat în vedere la
alegerea şi dimensionarea aparatelor de iluminat. În cazul aparatelor de iluminat dintr-un material
transparent, luminanţa sursei este limitată datorită materialului. Sunt utilizate în acest scop aparate
de iluminat cu sticlă opalină sau mată, precum şi din materiale plastice cu caracteristici
asemănătoare.
Reflectoarele sunt aparate de iluminat speciale cu caracteristici de direcţionare a radiaţiei
luminoase. Cu ajutorul aparatelor de iluminat oglindate este posibil ca fluxul luminos al unei lămpi
să fie orientat pe o direcţie bine determinată sau să se modifice într-un mod substanţial curba
fotometrică a sursei.
Sunt întâlnite următoarele tipuri de aparate de iluminat pentru reflectoare: cu oglină sferică
(fig. 2.2, a); cu oglindă parabolică (fig. 2.2, b), cu oglindă elipsoidală (fig. 2.2, c).
Unghiul de protecţie al unui aparat de iluminat, este măsurat faţă de orizontală şi este
definit ca cel mai mare unghi pentru care nu mai este posibilă observarea directă a lămpii din
interiorul aparatului de iluminat. Observarea directă a unei surse luminoase libere determină, de
obicei, fenomenul de orbire datorită luminanţei ridicate.
15
24
1
4Vid sau gaz (argon)
(Argon)
p*1,8
1,4
1,0
0,6
0,2 0
12
Pentru a evita fenomenul de orbire directă, aparatele de iluminat utilizează materiale
netransparente pentru carcasă precum şi lamele sau rastru pentru ecranarea lămpilor (fig. 3.1). De
asemenea, capacele din material opal sau de formă prismatică asigură reducerea luminaţelor.
3. Surse de lumină
Sursele de lumină şi tehnica iluminatului se referă la sursele artificiale, ca surse de radiaţii
electromagnetice în domeniul vizibil al spectrului.
Lămpile electrice reprezintă modul practic de realizare a surselor de lumină utilizate în
special pentru iluminatul artificial. În prezent, în tehnica iluminatului există o mare varietate de
surse de lumină artificială adecvate diferitelor scopuri. Deosebirea constă nu numai în dimensiuni şi
formă, ci într-o măsură chiar mai importantă în modul de producere a luminii, puterea nominală,
fluxul luminos, culoarea luminii, tipul soclului etc.
Principial sursele de lumină pot fi împărţite în două clase:
surse termice (lămpi cu incandescenţă);
surse cu descărcări electrice (lămpi fluorescente, lămpi cu descărcare în vapori metalici de
înaltă presiune);
În cazul surselor termice, energia absorbită este utilizată pentru încălzirea unui metal (de
obicei, wolfram), obţinându-se pe lângă radiaţie termică şi o anumită radiaţie luminoasă (spectru
continuu).
În cazul surselor cu descărcare electrică, este utilizată radiaţia electromagnetică ce rezultă în
canalul de descărcare (spectru discontinuu – linii spectrale). Aceasta este convertită în spectrul
vizibil cu ajutorul unui strat fluorescent.
3.1. Lămpi cu incandescenţă
3.1.1. Lămpi cu incandescenţă normale
Lămpile cu incandescenţă sunt surse termice de lumină. Un fir metalic plasat în interiorul
unui balon din sticlă este adus la incandescenţă prin efect Joule, la trecerea unui curent electric
(fig. 3.2).
În funcţie de temperatura sa, filamentul emite un anumit spectru de radiaţii electromagnetice
(fig. 3.3).
Ca sursă de lumină este utilizat în prezent filamentul din wolfram (punct de topire circa
3400C).
Lămpile cu incandescenţă cu puteri nominale de 15 40 W sunt realizat în mod obişnuit
cu vid în interiorul balonului din sticlă, iar lămpile cu puteri nominale peste 60 W sunt realizate, de
16
D/Dr
D/Dr
Φ/Φr
Φ/Φr
P/Pr P/Pr/r/r
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
obicei, cu un gaz inert în interiorul balonului.
Cea mai mare parte a radiaţiilor emise, pentru temperaturile uzuale de 2200 2500C
corespund domeniului radiaţiilor termice, astfel încât lampa cu incandescenţă este, în primul rând,
un element încălzitor, cu o pondere redusă ca sursă de lumină. Ar fi fost avantajos dacă elementul
încălzit ar fi ajuns la circa 5000C, ceea ce ar fi condus la o eficienţă luminoasă de circa 95 lm/W.
În prezent nu sunt materiale care ar putea lucra la aceste temperaturi.
Cele mai importante avantaje ale acestor lămpi sunt următoarele:
dimensiuni reduse;
o foarte bună redare a culorilor;
o mare varietate de puteri nominale şi forme;
apariţia imediată a luminii după conectare în circuitul electric;
cost redus la achiziţie;
posibilitate de reglare continuă a fluxului luminos;
receptor liniar (nu rezultă armonici de curent electric);
nu determină defazare între curentul absorbit şi tensiunea de alimentare (nu necesită putere
reactivă).
Principalele dezavantaje ale lămpii cu incandescenţă sunt:
eficienţă luminoasă foarte redusă (8 20 lm/W);
durată de utilizare redusă (1 000 ore);
solicitare termică ridicată (temperatura balonului din sticlă poate atinge 150C);
luminanţa are valori deosebit de ridicate (200 1200 cd/cm2) ceea ce conduce la pericol
de orbire;
curentul electric I0 în momentul conectării lămpii (în starea rece a filamentului) este foarte
diferit de curentul Ir de funcţionare normală (I0/Ir 8), ceea ce determină o puternică solicitare a
lămpii şi a circuitului de alimentare (raportul între rezistenţa electrică a lămpii în stare rece şi în
funcţionare este aproximativ 14);
datorită vaporizării wolframului, pe partea interioară a balonului din sticlă, se depune un
strat netransparent; caracteristicile fotometrice ale lămpii cu incandescenţă, pe durata funcţionării,
devin din ce în ce mai reduse (înegrirea balonului datorită depunerii vaporilor de wolfram); după
1000 ore de funcţionare, lampa prezintă un flux luminos care nu depăşeşte 80% din valoarea
iniţială;
prezintă o sensibilitate ridicată la variaţii de tensiune; o influenţă deosebită o are nivelul de
tensiune U asupra
duratei de viaţă D
17
Energia absorbită 100%
Radiaţie vizibilă8%
Radiaţie infraroşie a
filamentului din wolfram 58%
Pierderi prin conducţie şi convecţie de la filament la balonul din sticlă 34%
Pierderi termice prin conducţie şi convecţie12%Radiaţie infraroşie
80%
Radiaţie infraroşie a balonului din sticlă 22%
8% 58%
34%
22%
Fig. 3.5. Bilanţul energetic al unei lămpi cu incandescenţă normale
DDr
=( UU r )
−14
, (3.1)în care Dr = 1000 ore este durata normată, iar Ur = 230 V tensiunea normată.
Din relaţia (3.1) rezultă că la o supratensiune de 105% durata de viaţă se reduce la 50% , iar la o reducere a tensiunii cu 5% fluxul luminos scade cu 17%.
Nivelul tensiunii la bornele lămpii are o influenţă ridicată asupra caracteristicilor
fotometrice şi electrice ale lămpii (fig. 3.4).
În afara lămpilor de utilizare generală există o mare varietate de lămpi cu utilizări speciale:
lămpi pentru faruri auto, lămpi pentru proiectoare, lămpi lumina zilei cu balon albastru etc.
În fig. 3.5 este prezentat bilanţul energetic al unei lămpi incandescente normale.
3.1.2. Lămpi cu incandescenţă cu halogeni
Aceste lămpi au principalul avantaj că pe întreaga durată de viaţă emit un flux luminos
constant. Lampa (fig. 3.6) constă dintr-un balon din cuarţ, de formă cilindrică, având plasat un
filament liniar pe axa cilindrului. Balonul din cuarţ este umplut cu argon şi o parte bine determinată
de vapori de iod. Pe durata funcţionării, wolframul vaporizează şi o parte ajunge pe suprafaţa
interioară a balonului. La temperatura relativ redusă a balonului are loc reacţia wolframului cu
vaporii de iod şi rezultă o iodură gazoasă de wolfram. În apropierea filamentului, datorită
temperaturii ridicate din zonă, iodura se descompune şi are loc depunerea wolframului pe filament.
Pe durata funcţionării are loc un echilibru între procesul de vaporizare şi de depunere a
wolframului. Se poate considera că rezultă un proces regenerativ.
18
Fig 3.6. Lampă cu incandescenţă cu halogeni:1 – Filament; 2 –Balon din cuarţ; 3 – Soclu;
4 – Electrod;5 – Element de contact
5
5
1
2
5
EF
a) b)
Fig. 3.7. Caracteristica tensiune-curent electric a unei descărcări în mediu gazos
mA
R
Ur
I
Arc electric
D
C
Zonă de trecere
B
Descărcare autonomă
Descărcare întunecatăA
UB UTO
UT
În cazul lămpilor cu incandescenţă cu halogeni nu apare înegrirea balonului din cuarţ. Pentru
a se realiza reacţia chimică dintre wolfram şi vaporii de iod trebuie ca temperatura balonului să fie
de circa 600C. Din acest motiv poate fi folosit numai cuarţul.
Lampa cu incandescenţă cu halogeni trebuie să aibă dimensiuni reduse şi o formă simetrică
axială pentru a se obţine un proces regenerativ al iodului.
Deoarece costurile sunt relativ ridicate, această lampă este utilizată pentru scopuri speciale:
echiparea farurilor automobilelor (lămpi auto),
lămpi fotografice sau pentru proiecţie film,
iluminatul sălilor de sport, a teatrelor, studiourilor
etc.
Lămpile cu incandescenţă cu halogeni au
următoarele caracteristci principale:
eficienţa energetică 20 25 lm/W;
durata de viaţă 2000 ore;
posibilitatea de reglare continuă a fluxului luminos.
În cazul lămpilor cu descărcare electrică sunt utilizate radiaţiile electromagnetice care apar
în procesele de schimb de energie ce rezultă la ionizările prin ciocnire.
Într-un tub care cuprinde vapori metalici (în general un gaz) figura 3.15 sub influenţa
unui câmp electric exterior rezultă, la bornele tubului, o relaţie specifică între curentul electric din
tub şi tensiunea la bornele tubului. Principial, gazele sunt materiale izolante. În lipsa purtătorilor de
sarcină nu poate să apară curent electric la aplicarea tensiunii la borne. În realitate, în spaţiu există
totdeauna o anumită cantitate de purtători de sarcină, determinată de slaba ionizare datorată unor
surse exterioare, de exemplu radiaţia cosmică.
19
Fig. 3.8. Lampa fluorescentă.
Ur = 230 VB
CR
E1 E2S1 S2
St
Cs
EaEb
T
G
Sub influenţa unui câmp electric, determinat de tensiunea UT la bornele tubului, purtătorii de
sarcină se deplasează spre electrozi. Pentru un câmp electric redus (până în punctul A) rezultă o
relaţie liniară între tensiunea aplicată şi curentul electric din tub.
Începând din punctul A aproape toţî purtătorii de sarcină, produşi în fiecare moment, sunt
transportaţi la electrozi. Până în punctul B, curentul electric rămâne constant la o valoare de
saturaţie. O creştere a tensiunii aplicate (a intensitătii câmpului electric) determină o creştere a
vitezei purtătorilor de sarcină. Atunci când energia cinetică a acestora este mai mare ca energia de
ionizare, datorită ionizărilor prin ciocnire apare un surplus de purtători de sarcină şi deci curentul
electric prezintă o creştere a valorii sale.
Creşterea intensităţii curentului electric are loc după o curbă exponenţială (până în punctul
C). Acestei descărcări întunecoase îi corespunde o densitate relativ redusă de curent electric.
La o creştere în continuare a densităţii de curent
electric, în spaţiul de descărcare rezultă o intensificare a
proceselor de apariţie a electronilor prin termoionizare şi
fotoionizare. Începe etapa de descărcare autonomă. În
prima parte are loc un proces de trecere (CD) şi apoi
rezultă o descărcare în arc electric.
Canalul descărcării electrice determină o intensă
emisie electromagnetică, de obicei, în domeniul
radiaţiilor ultraviolete. Pentru a obţine o radiaţie luminoasă este necesară o conversie în spectrul
vizibil. În acest scop este folosită substanţa fluorescentă plasată pe partea interioară a tubului de
descărcare.
În cazul lămpilor cu descărcare în vapori metalici curentul electric trebuie limitat în
domeniul EF (fig. 3.8). În acest scop sunt folosite elemente pentru limitarea curentului (stabilizarea
descărcării electrice într-un anumit domeniu al caracteristicii tensiune-curent electric), numite
balast. De cele mai multe ori, pentru limitarea curentului electric sunt utilizate bobine (balast
inductiv). Uneori sunt folosite şi condensatoare (foarte rar rezistoare).
3.2.1. Lămpi fluorescente
Lămpile fluorescente sunt lămpi cu descărcare în vapori de mercur de joasă presiune. În
interiorul tubului este un amestec gazos de argon şi krypton împreună cu un miligram de mercur
(presiunea gazului 150 160 Pa; presiunea vaporilor de mercur 0,15 15 Pa). Pe partea
interioară a tubului din sticlă este plasat un strat subţire pulverulent dintr-un material fluorescent.
Canalul descărcării electrice determină o intensă radiţie în domeniul ultraviolet (în principal linia
spectrală de 253 nm, aşa numita linie rezonantă a mercurului) care este convertită în domeniul
20
vizibil cu ajutorul stratului din material fluorescent. Materialul fluorescent determină calitatea
luminii şi eficienţa sursei de lumină.
În cazul surselor liniare (tuburi fluorescente), descărcarea electrică se dezvoltă în interiorul
unui tub din sticlă (16 38 mm diametru) prevăzut, pe partea interioară, cu un strat fluorescent,
iar la capete tubului sunt plasaţi doi electrozi. În mod obişnuit electrozii constau din filamente din
wolfram, acoperite cu un strat activ din pământuri rare. Filamente trebuie preîncălzite.
Lungimea tubului este determinată de fluxul luminos nominal al lămpii.
Descărcarea electrică este amorsată iniţial în mediul gazos din tub, iar apoi are loc
vaporizarea mercurului şi dezvoltarea descărcării în vapori metalici.
Tensiunea relativ ridicată (până la 2,5 kV) necesară amorsării descărcării este obţinută în
multe dintre lămpile fluorescente actuale cu ajutorul unui starter St (fig. 3.9). Starterul constă dintr-
un tub de descărcare G, de dimensiuni reduce, având în paralel conectat un condensator Cs pentru
limitarea perturbaţiilor de înaltă frecvenţă. Tubul de descărcare G este umplut cu neon şi are doi
electrozi Ea (de formă liniară) şi Eb (element bimetalic).
Dacă la bornele de alimentare se aplică tensiune alternativă de 230 V, între electrozii Ea şi Eb
se iniţiază o descărcare luminiscentă. Căldura dezvoltată în tubul G conduce la deformarea
elementului bimetalic Eb până la atingerea celor doi electrozi. Curentul de scurtcircuit rezultat (de
circa 1,5 mai mare decât curentul nominal) determină încălzirea rapidă a celor doi electrozi
(filamente) E1 şi E2 până la circa 800C. În tubul G, atingerea celor doi electrozi Ea şi Eb ai
starterului (circa 0,3 s) conduce la dispariţia descărcării electrice, răcirea elementului bimetalic şi
revenirea sa la forma iniţială. La întreruperea circuitului între electrozii E a şi Eb ai starterului, la
bornele bobinei B apare un impuls de tensiune (circa 2,5 kV) care determină străpungerea spaţiului
între electrozii E1 şi E2 . În cazul în care în tubul T nu a avut loc iniţierea descărcării, întregul proces
de aprindere se reia. Descărcarea se iniţiază în amestecul gazos de bază apoi are loc vaporizarea
mercurului şi continuarea descărcării în vapori de mercur.
Radiaţia luminoasă emisă este foarte redusă, având în vedere că emisia unei descărcări în
vapori de mercur are loc practic numai în domeniul ultraviotet. Stratul fluorescent plasat pe partea
interioară a tubului de descărcare converteşte circa o treime din radiaţiile invizibile UV în radiaţii
vizibile a căror culoare depinde de materialul fluorescent utilizat.
Tensiunea la bornele tubului UT , după amorsarea acestuia, este mai mică decât tensiunea de
aprindere a starterului [UT = (0,3 0,6)Ur], încât starterul nu mai are în continuare niciun rol.
Starterul are următoarele funcţiuni:
asugurarea preîncălzirii filamentelor tubului principal;
realizarea unei deschideri bruşte a circuitului electric inductiv astfel încât la bornele
bobinei B să se obţină o tensiunea ridicată;
21
limitarea perturbaţiilor de înaltă frecvenţă în perioada iniţială de aprindere a lămpii.
Bobina B trebuie să asigure aprinderea lămpii, dar are şi rolul de a limita curentul electric de
preîncălzire în perioada de aprindere a lămpii precum şi de a stabiliza descărcarea electrică în zona
impusă EF a caracteristicii tensiune-curent electric a lămpii (limitarea curentului prin tubul principal
în regimul normal de funcţionare).
Tubul de descărcare T este conectat în circuit prin intermediul soclurilor S1 şi S2 , cu doi
electrozi.
Condensatorul CR are rolul de a asigura îmbunătăţirea factorului de putere al lămpii (în
funcţionare normală factorul de putere natural nu depăşeşte 0,6).
Prin alegerea corespunzătoare a stratului fluorescent, lămpile fluorescente pot fi realizate în
principal cu următoarele culori:
alb culoare (temperatura de culoare circa 4400 K) care permite obţinerea unei eficienţe
luminoase ridicate şi o utilizare generală. Aceste lămpi sunt larg utilizate pentru iluminare în
industrie, birouri, încăperi comerciale, în exterior.
lumina zilei culoare alb-albăstruie (temperatura de culoare circa 6400K) care este
asemănătoare luminii zilei. Aceste lămpi sunt utilizate în locurile în care este importantă distingerea
reală a culorilor (tipografii, ateliere foto, industrie textilă ş.a.);
alb cald culoare caldă (temperatura de culoare 3300 K), cu o pondere importantă a
domeniului roşu, este adecvată iluminării spaţiilor de odihnă (încăperi de locuit, spaţii culturale,
restaurante etc.).
O durată ridicată de viaţă, o eficienţă luminoasă relativ mare şi o bună redare a culorilor au
condus la o largă utilizare a acestor lămpi.
Principalele caracteristici ale lămpilor fluorescente sunt:
eficienţă luminoasă ridicată 75 110 lm/W;
o mare varietate de modele (cele mai des sunt utilizate lămpile cu puterea nominală de 20
W şi 40 W);
o redare a culorilor de la bună până la foarte bună;
o durată ridicată de viaţă (16 000 ore);
posibilitate de reglare continuă a fluxului luminos până la 1% , în cazul utilizării balastului
electronic;
mai puţin sensibile decât lămpile cu incandescenţă la variaţii de tensiune (fig. 3.9); micile
variaţii până la 5% influenţează relativ puţin puterea absorbită şi durata de viaţa a lămpii;
luminanţă redusă (0,4 1,7 cd/cm2).
22
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
D/Dr
I/IrP/Pr
/Φr
Fig. 3.9. Mărimile relative ale lămpii fluorescente în funcţie de tensiune
0,8 0,85 0,9 0,95 1,0 1,05 1,1 1,15 U/Ur
53%
44%
35%
3% 18%
Energia absorbită 100%
Radiaţie ultravioletă
Conversie în stratul fluorescent
Căldură 79%
Radiaţie Radiaţie ultra- Pierderi luminoasă 21% violetă 37% termice 42%
Bilanţul energetic al unei lămpi fluorescente este indicat în fig. 3.10.
Principalele dezavantaje ale lămpii sunt următoarele:
fluxul luminos al lămpii este puternic dependent de temperatură; valorile optimale ale
temperaturii mediului ambiant sunt de la 25C (la tuburile T26* ) până la 35C (la tuburile T16).
datorită bobinei de limitate B rezultă un factor de putere natural de circa 0,6; pentru
îmbunătăţirea factorului de putere este prevăzut un condensator de o anumită valoare (dacă nu se
iau alte măsuri);
dimensiuni mari;
costuri relativ mari;
* notaţie utilizată pentru a indica forma (Tubulară) şi diametrul tubului (26 mm)
Fig. 3.10. Bilanţul energetic al unei lămpi fluorescente.
23
DC 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 n
a)
2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 t [ms]
I [A]
0,3
0,2
0,1
0
I [A] 1
0,5
0
- 0,5
- 1
uiΦ
0
u
i
Φ
t
Fig. 3.12. Variaţia mărimilor la o lampă fluorescentă
durata de viaţă este sensibilă la frecvenţa conectărilor (în cazul unei frecvenţe reduse a
conectărilor creşte durata de viaţă); lampa fluorescentă este un receptor puternic neliniar; datorită caracteristicii neliniare a
lămpii curentul electric absorbit are o formă distorsionată în raport cu o sinusoidă; curentul electric cuprinde armonici de valoare ridicată (fig. 3.11);
dacă la bornele lămpii se aplică o tensiune alternativă u (fig. 3.12) rezultă un efect
stroboscopic, deoarece fluxul luminos emis urmăreaşte forma curentului electric i din tub (fluxul
luminos variază cu o frecvenţă dublă faţă de a curentului electric); în mod normal această variaţie
de 100 Hz nu este sesizată, însă obiectele care de mişcă sau se rotesc repede (de exemplu, piesele
într-un strung) pot fi percepute în mod incorect, ceea poate genera accidente.
Calitatea luminii emise poate fi evaluată prin factorul de neuniformitate (min/max) care, în
cazul lămpilor fluorescente clasice are valoare de circa 0,4. Valoarea minimă diferită de zero este
determinată de remanenţa stratului fluorescent.
b)
Fig 3.11. Forma curentului electric în lampa fluorescentă a) şi componenţă sa spectrală b).
24
230 V;50 Hz
B2 C2 i1
USt1 St2
A N
B1 E21 E11
E12 E22
T1 T2
i2
u
a)
i
I2
I1I
b)
φ1
φ2
uiΦ
0
u
i1
Φ1 Φ2
ti2
Φ = Φ1 + Φ2
a)
Fig. 3.13. Montaj duo a lămpilor fluorescente.
I = I1 + I2
Filtru de reţea RedresorCircuit inter-mediar de tensiune continuă
i
230 V
InvertorTransformator de adaptare de înaltă frecvenţăCircuit rezonant L-C
uL
u
i
t
u
uc uL
t
c)
u uc
a)
b)
i
Efectul stroboscopic poate fi limitat sau eliminat prin utilizarea montajulul duo (fig. 3.13),
conectarea trifazată a lămpilor sau prin utilizarea balastului electronic (fig. 3.14). Balastul electronic
asigură alimentarea tubului de descărcare cu o tensiune alternativă la o frecvenţă de 20 40 kHz.
Datorită frecvenţelor înalte, canalul descărcării electrice arde continuu şi fără variaţii, ceea
ce conduce la creşterea gradului de confort vizual.
3.2.2. Lămpile fluorescente compacte
Fig. 3.14. Schema bloc a unui balast electronic a), forma curbelor de tensiune şi curent la 50 Hz b) şi tensiunea la bornele tubului de descărcare c)
25
Lămpile fluorescente compacte funcţionează după acelaşi principiu ca şi lămpile
fluorescente liniare. Sunt utilizate în aparate de iluminat de dimensiuni reduse. Aşa numitele lămpi
economice sunt lămpi fluorescente compacte având în soclu inclus balastul electronic (fig. 3.15).
Aceste lămpi sunt utilizate în mod obişnuit pentru înlocuirea lămpilor cu incandescenţă.
Aprinderea descărcării se realizează, de cele mai multe ori, cu ajutorul unui circuit rezonant
L-C (fig. 3.16); această soluţie este utilizată din ce în ce mai des şi în cazul lămpilor liniare.
Înainte de aprinderea lămpii trece un curent electric prin circuitul serie compus din bobina
B, filamentele lămpii şi condensatorul C. În regim rezonant rezultă o tensiune ridicată UC
(fig. 3.16, a), ceea ce conduce la amorsarea descărcării în tub. În funcţionare normală (fig. 3.16,b),
condensatorul este scurtcircuitat de către canalul descărcării electrice în lampă.
Principalele avantaje ale lămpilor compacte sunt:
dimensiuni reduse, o formă compactă;
o varietate mare de puteri nominale;
eficienţă luminoasă ridicată 55 88 lm/W;
redare foarte bună a culorilor;
durată mare de viaţă (peste 10000 ore);
posibilitate de a regla continuu fluxul luminos până la 3% , la utilizarea balastului
electronic;
balastul electronic determină un factor de putere unitar.
26
1
2
34
Fig. 3.15Lampă fluorescentă compactă:
1 tub din sticlă în formă de U; 2 – balast electronic; 3 – Soclu; 4 Piesă de contact.
U
UL
B I
CUC
UF/2
UF/2
I
UF U
UL
U
a) b)
Fig. 3.16 Aprinderea lămpii fluorescente într-un circuit rezonant L-C:a) înainte de aprinderea lămpii; b) în funcţionare normală.
U
B
I
C
U
I
φ
Fig. 3.17. Lampa cu descărcare în vapori de mercur de înaltă presiune..
T
E1
E2
R
Ea
K
S
E
B
C 230 V;50 Hz
~
Principalele dezavantaje ale lămpilor compacte sunt:
o intensă disipare de căldură într-un volum redus;
datorită caracteristicii neliniare, curentul absorbit din reţea prezintă un spectru important
de armonici.
3.2.3. Lămpi cu descărcare în vapori de mercur de înaltă presiune
Lămpile cu descărcare în vapori de mercur de înaltă presiune au fost primele lămpi pentru
iluminat general, alimentate la 230 V şi prevăzute cu balast inductiv. Constau dintr-un tub de
descărcare T din cuarţ (fig.3.17), în care se dezvoltă o descărcare electrică între electrozii principali
E1 şi E2 . După conectarea lămpii în circuit, între electrodul principal E2 şi electrodul auxiliar Ea se
dezvoltă o descărcare electrică auxiliară,
în mediul gazos din interiorul tubului
(gaz inert), pentru a asigura o cantitate
suficientă de purtători de sarcină.
Limitarea curentului în această
descărcare secundară este realizată de
rezistorul R. După un anumit timp (3
5 minute) mercurul din interiorul
tubului vaporizează şi descărcarea
electrică continuă, între electrozii
principali, în vapori metalici. Limitarea
curentului electric în descărcarea principală şi stabilizarea descărcării electrice se realizează cu
27
u i
0
In/I [%] 80 60 40 20 0
u
i
2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 t [ms]
1 3 5 7 9 11 15 19 23 27 31 n
Fig. 3.18. Spectrul curentului în cazul lămpii cu descărcare în vapori de mercur de înaltă presiune.
ajutorul unui element conectat în serie şi numit balast. În mod obişnuit drept balast se foloseşte o
bobină (balast inductiv) având în vedere pierderile active reduse.
Descărcarea electrică în vapori de mercur de înaltă presiune (circa 0,15 MPa) este însoţită de
o intensă linie spectrală în domeniul vizibil al spectrului (Galben 577 nm până la violet 404,7 nm).
De asemenea, rezultă o intensă radiaţie ultravioletă (linie spectrală în principal 365,5 nm), utilizată
pentru excitarea stratului fluorescent cu nuanţa roşiatică. Materialul fluorescent este plasat pe partea
interioară a balonului exterior K.
Balonul exterior K din sticlă asigură protecţia tubului de descărcare T contra acţiunilor
exterioare (limitarea influenţei temperaturii exterioare) şi absoarbe o parte dintre radiaţiile
ultraviolete.
Lampa este echipată în mod uzual cu soclu S de tipul E 27* sau E 40 şi cu un element de
contact E.
Utilizarea balastului inductiv drept limitator de curent electric determină un defazaj al curbei
curentului electric faţă de tensiunea aplicată şi rezultă un factor de putere de circa 0,6. Apare
necesitatea utilizării unui condensator C pentru compensarea puterii reactive.
Acest tip de lampă este utilizat pentru iluminatul halelor industriale şi în iluminatul stradal.
Principalele avantaje ale acestor lămpi sunt:
un cost relativ redus;
nu necesită elemente suplimentare pentru amorsare;
o eficienţă luminoasă medie 32 60 lm/W;
durată de viaţă ridicată (peste 20 000 ore).
Principalele dezavantaje ale lămpii sunt:
caracteristici reduse de redare a culorilor;
** Notaţia E indică tipul filetului (Edison), iar cifrele indică diametrul soclului în mm.
28
E
Fig. 3.19. Lampa cu descărcare în vapori de sodiu de înaltă presiune.
T
E1
E2
K
SC
230 V;50 Hz
~ A
B
durată mare de lansare şi relansare (circa 5 minute); după deconectarea lămpii, relansarea
are loc numai după răcirea şi astfel reducerea presiunii din interiorul tubului de descărcare;
datorită caracteristicii neliniare a descărcării electrice curentul electric din circuitul lămpii
prezintă o importantă componenţă spectrală (fig. 3.18).
Dezavantajele lămpii determină ca în prezent să mai fie puţin utilizată. Acest tip de lampă
stă însă la baza realizării lămpilor moderne.
3.2.4. Lămpi cu descărcare în vapori de sodiu cu înaltă presiune
În cazul acestor lămpi, arcul electric se dezvoltă într-o atmosferă de vapori de sodiu. Lampa
constă, în principiu, dintr-un tub T (fig. 3.19) şi doi electrozi E1 şi E2 între care se dezvoltă
descărcarea electrică. Tubul T este
umplut cu un gaz inert (Xe, Ar, Ne) şi
este introdus puţin sodiu în stare
solidă. La conectarea lămpii la reţeaua
electrică, blocul de amorsare A
generează impulsuri de tensiune cu
amplitudine de circa 4 kV, deter-
minând amorsarea descărcării în gazul
inert. După timpul de lansare (până la
8 minute) natriul vaporizează şi
descărcarea electrică continuă în vapori metalici. În funcţionare normală, tensiunea la bornele
tubului T este de circa 170 V şi blocul de amorsare iese din funcţiune.
Rezultă în principal o intensă radiaţie monocromatică (galben intens) cu o lungime de undă
de 589 nm, în apropiere de valoarea corespunzătoare sensibilităţii spectrale maxime a ochiului
uman. Pentru a obţine o îmbunătăţire a spectrului luminii emise, pe partea interioară a balonul K
este plasat un strat fluorescent.
Eficienţa luminoasă a lămpii creşte odată cu nivelul de izolare termică. Pentru limitarea
pierderilor de căldură datorate convecţiei, în interiorul balonului K este necesar a avea un vid
înaintat.
Având în vedere atmosfera agresivă datorată vaporilor de sodiu, tubul T este realizat dintr-o
sticlă specială.
Principalele avantaje ale lămpilor cu descărcare în vapori de sodiu cu înaltă presiune sunt
următoarele:
durată mare de viaţă (peste 20 000 ore);
29
o eficienţă luminoasă ridicată (până la 130 lm/W);
formă compactă.
Principalele dezavantaje ale lămpii sunt:
o slabă redare a culorilor (Ra < 20);
necesită utilizarea unui balast şi a unui bloc de amorsare;
durată mare a timpului de lansare şi relansare (până la 8 minute);
costuri ridicate;
datorită caracteristicii neliniare a descărcării electrice, curentul electric absorbit din reţeaua
de alimnetare prezintă un important spectru armonic.
Având în vedere forma compactă, durata mare de viaţă, o eficienţă luminoară ridicată însă o
slabă redare a culorilor, lămpile cu descărcare în vapori de sodiu cu înaltă presiune sunt utilizate
practic numai pentru iluminatul stradal şi al tunelurilor.
În prezent sunt realizate şi lămpi cu descărcare în vapori de sodiu cu înaltă presiune, cu
eficienţă luminoasă mai redusă, însă cu o bună redare a culorilor, care pot fi utilizate şi în iluminatul
interior.
3.2.5. Lămpi cu halogenuri metalice
Lămpile cu halogenuri metalice sunt realizate pe baza lămpilor cu descărcare în vapori de
mercur de înaltă presiune. Redarea culorilor şi eficienţa luminoasă pot fi îmbunătăţite prin
introducerea în tubul de descărcare de ioduri de Na, In şi Tl precum şi mercur.
Descărcare în interiorul tubului, în funcţionare normală, are loc în vaporii iodurilor metalice
şi nu apar liniile spectrale ale mercurului.
Principiul lămpii constă în faptul că cele mai multe dintre halogenurile metalice vaporizează
la temperaturi mult mai mici decât metalul cu care sunt aliate. În tubul de descărcare este argon,
puţin mercur şi diferite halogenuri metalice (I, Br, Cl).
Îniţial se amorsează o descărcare în argon care trece în vapori de mercur, iar apoi halogenura
este vaporizată în canalul de plasmă (temperatura peste 3000K) şi disociată. În continuare are loc
descărcarea în vaporii metalelor care au fost în componenţa halogenurilor şi rezultă un spectru de
emisie corespunzător acestora. În prezent sunt utilizate iodura de sodiu, iodura de thaliu, iodura de
indiu, iodura de scandiu, iodura de thoriu, iodura de dysposiu, bromura de dysposiu, bromura de
holmiu, bromura de tuliu.
La temperaturi reduse metalul se aliază din nou cu halogenul respectiv.
Principalele avantaje ale lămpilor cu halogenuri metalice sunt:
o bună până la foarte bună redare a culorilor (Ra > 60);
durată mare de viaţă (peste 15 000 ore);
30
o bună până la foarte bună eficienţă luminoasă (60 110 lm/W);
dimensiuni reduse;
o ridicată stabilitate a culorilor în cazul utilizării tubului de descărcare din material
ceramic.
Principalele dezavantaje ale lămpii cu halogenuri metalice sunt:
necesită blast inductiv şi bloc de amorsare;
durată mare de lansare şi relansare (câteva minute);
costuri ridicate;
datorită caracteristicii neliniare a descărcării electrice, curentul electric absorbit din reţeaua
de alimentare prezintă un important spectru armonic.
Lampa cu halogenuri metalice este utilizată pentru iluminatul halelor industriale, a spaţiilor
comerciale etc.
3.3. Alegerea lămpilor
Alegerea adecvată a lămpilor se face în funcţie de condiţiile impuse sistemelor de iluminat.
Principalele caracteristici ale lămpilor electrice utilizate în prezent sunt indicate în fig. 3.20
şi în tabelul 3.1.
Tabelul 3.1.Principalele caracteristci ale lămpilor electrice
Sursa de luminăPuterea
nominală W
Eficienţa luminoasă
lm/W
Durata de viaţăore
Redareaculorilor
Lămpa cu incandescenţă lămpi normale; lămpi cu halogeni 15 500
75 2000
8 2020 25
1 0002 000
foarte bunăfoarte bună
Lămpi cu descărcare în vapori metalici de joasă presiune tuburi fluorescente lămpi fluorescente compacte lămpi cu sodiu
5 140
5 4018 180
75 110
55 88150
200
> 16 000
> 10 0008 000
bună foarte bunăBună
Nedefinit
Lămpi cu descărcare în vapori metalici de înaltă presiune lămpi cu mercur lămpi cu sodiu lămpi cu halogenuri
100 2 000
50 1 000
70 1 800
32 6066 130
60 110
> 20 000> 24 000
> 15 000
slabă bunămedie bună
bună foarte bună
31
Eficienţa luminoasăDurata de viaţă CuloareRedarea culorilor
Lămpi cu inducţie 55 150 > 60 000 foarte bună
4. Dimensionarea instalaţiilor de iluminat
La dimensionarea instalaţiilor de iluminat trebuie stabilite următoarele date:
tipul lămpii utilizate;
câte lămpi trebuie montate pentru a asigura nivelul mediu de iluminare impus şi valoarea
minimă a factorului de neuniformitate;
locul în care trebuie montate lămpile;
circuitele electrice de alimentare.
La dimensionarea instalaţiilor de iluminat sunt folosite, în principal, următoarele două
metode:
metoda factorului de utilizate, adecvată în special la dimensionarea instalaţiilor de iluminat
interior;
metoda punct cu punct, adecvată în special la dimensionarea instalaţiilor de iluminat exterior.
4.1. Metoda factorului de utilizare
Metoda factorului de utilizare este folosită în mod obişnuit pentru dimensionarea
instalaţiilor de iluminat din birouri, ateliere, spaţii cu echipamente, coridoare de circulaţie. Metoda
permite determinarea numărului aparatelor de iluminat şi lămpilor necesare pentru realizarea unui
nivel de iluminare impus. Este necesar a cunoaşte: geometria încăperii şi caracteristicile de reflexie
ale pereţilor, curbele fotometrice ale aparatelor de iluminat, modul de plasare a aparatelor de
iluminat în spaţiu.
Sunt adoptate următoarele ipoteze de calcul:
încăpere de formă drepotunghiulară (încăperile cu altă formă de împart în zone
dreptunghiulare);
spaţiul nu conţine alte obiecte;
caracteristicile de reflexie ale pereţilor sunt constante şi au un caracter defuz;
aparatele de iluminat sunt plasate în mod uniform pe tavan.
Pentru calculul numărului necesar de aparate de iluminat în scopul obţinerii valorii dorite ale
nivelului de iluminare pe suprafaţă de lucru sunt parcurse următoarele etape:
a) stabilirea valorii medii a nivelului de iluminare Emed în funcţie de activităţile desfăşurate
în spaţiul respectiv sau tipul încăperii (tabelul 4.1);
b) alegerea tipului de sursă de lumină (a se vedea secţiunea 2.3.3);
c) calculul ariei suprafeţei de lucru A = lungimea încăperii L lăţimea încăperii l;d) stabilirea numărului nL de lămpi într-un aparat de iluminat;
32
HH
HE HE
HP
Fig. 4.2 Înălţimea sursei de lumină deasupra planului de lucru pentru sursele cu reparţiţie directă şi pentru cele cu repartiţie indirectă şi semiindirectă:H Înălţimea sursei deasupra planului de lucru;
HE Înălţimea planului de lucru; HP Diastanţa de suspendare.
e) stabilirea fluxului luminos nominal (valoare de catalog) L pentru lămpile care ar putea fi
utilizate;
f) stabilirea factorului de menţinere p (a se vedea tabelul 4.1) pentru a lua în considerarea
murdărirea lămpilor precum şi îmbătrânirea acestora;
g) stabilirea înălţimii H a sursei deasupra planului de lucru (fig. 4.2);
h) calculul indicelui i al încăperii din relaţia
i= L⋅l
H⋅(L+l ) . (4.1)
i) stabilirea factorului de utilizarea L din tabele cu caracteristici fotometrice (indicate de
furnizorii de aparate de iluminat), în fuuncţie de indicele încăperii i şi de caracteristicile de reflexie
ale pereţilor şi tavanului;
j) calculul numărului necesar n de aparate de iluminat
n=
Emed⋅A
p⋅ηL⋅nL⋅ΦL ; (4.2)
k) rotunjirea valorii n pentru a obţine o valoare întreagă şi adecvată aşezării uniforme pe
tavan.
Metoda factorului de utilizare oferă, de cele mai multe ori, numai datele principale ale
instalaţiei de iluminat: numărul de lămpi; tipul de lampă, plasarea lămpilor pe tavan. Rezultă relativ
puţine informaţii privind modul de iluminare a spaţiului (numai valoarea medie a nivelului de
iluminare). Pentru verificarea neuniformităţii nivelului de iluminare pe supradaţa de lucru şi pentru
determinarea curbelor izolux trebuie efectuat un calcul mai detaliat. Metodele de calcul mai
complete permit obţinerea curbelor de repartiţie a nivelului de iluminare pe suprafaţa de lucru şi pe
alte suprafeţe din încăpere, pentru o configuraţie dată a surselor de lumină.
4.2. Metoda punct cu punct
33
Utilizarea metodei punct cu punct este adecvată în principiu la iluminatul exterior. Metoda
poate fi utilizată şi în cazul iluminatului interior pentru pentru calcule mai exacte, atunci când
aportul suprafeţelor reflectante (iluminat indirect) este redus sau în spaţiile foarte mari atunci când
influenţa prezenţei pereţilor, asupra nivelului de iluminare pe suprafaţa de lucru, este
nesemnificativă. Metoda poate fi extinsă pentru cazul în care suprafeţele care mărginesc spaţiul
analizat sunt considerate surse de lumină.
Nivelul de iluminare în metoda punct cu punct se determină pe baza relaţiei:
dE=
dI α⋅cosθ
r2, (4.3)
în care dI este intensitatea luminoasă emisă de o sursă punctiformă în direcţia ; unghiul de
incidenţă (unghiul dintre raza de lumină incidentă pe suprafaţa analizată şi normala pe suprafată) şi
r distanţa dintre sursa de lumină şi suprafaţa iluminată.
4.2.1. Metoda punct cu punct pentru surse punctiforme
Pentru o sursă punctiformă S (fig. 4.3), nivelul de iluminare EP într-un punct P pe suprafaţa
orizontală H poate fi determinat din relaţia (2.28). În acest caz relaţia (2.28) se scrie sub forma
EP=
Iα⋅cosθ
r2. (4.4)
În fig. 4.3, unghiul este egal cu unghiul , iar relaţia (4.4) devine
EP=
I α⋅h
(h2+d2)3 /2 . (4.5)
În cazurile practice relaţia (4.5) este utilizată sub forma
EP=
Φ1000
⋅p⋅I α⋅h
(h2+d2 )3/2 . (4.6)În relaţia (4.6) este luat în consideraţie factorul de menţinere p (tabelul 3.5) şi curba
fotometrică reală a sursei utilizate.
În cazul în care sunt mai multe surse punctiforme de lumină, nivelul total de iluminare se
calculează din relaţia
EP=∑
i=1
K
EPi. (4.7)
În relaţia (4.7), K este numărul de surse punctiforme care determină nivelul de iluminare în
punctul P.
Calculul instalaţiei de iluminat necesită următoarele date de intrare:
34
n
d
hr
S I
Fig. 4.3. Sursă punctiformă
l
L
P
H
valoarea medie EI a nivelului de iluminare pe suprafaţa de lucru;
factorul de neuniformitate a nivelului de iluminare pe suprafaţa de lucru
KI 1=
Emin
Emax
sau KI 2=Emin
Emed ; (4.8)
lungimea LL şi lăţimea Ll ale suprafeţei de lucru (de obicei suprafaţă dreptunghiulară sau
divizabilă în suprafeţe dreptunghiulare);
un tabel cu sursele punctiforme posibil a fi utilizate (existente pe piaţă); sursele de lumină
se ordonează în tabel în funcţie de fluxul luminos; prima sursă din tabel prezintă fluxul cel mai mic;
pentru fiecare sursă este cunoscută curba fotometrică I = f ().
Rezultatele de calcul trebuie să indice:
tipul lămpii utilizate;
câte lămpi trebuie montate;
unde trebuie montate lămpile.
Calculul efectuat are următoarele etape:
suprafaţa orizontală de lucru este împărţită în N dreptunghiuri mici egale;
primul tip de lampă din tabel (din cele NL lămpi aflate la dispoziţie), j = 1 (fig. 4.4) este
plasat în centrul tavanului încăperii;
se calculează nivelul de iluminare EPk în centrul fiecărui dreptunghi mic de pe suprafaţă de lucru;
se calculează valoarea medie Emed a nivelului de iluminare pe suprafaţă de lucru
Emed=
1N⋅∑
k=1
N
EPi; (4.9)
→ se compară Emed cu valoarea impusă EI; pentru Emed < EI, în centrul tavanului se plasează a doua lampă din tabel (flux
luminos mai mare) şi întregul calcul se reia până se ajunge la Emed >EI ;
pentru Emed > EI :
se determină valorile EP,min şi EP,max ;
35
i = i + 1
Fig. 4.4. Calculul instalaţiilor de iluminat cu surse punctiforme.
START
LL, Ll, h, N, KI, EI,((j), j =1,KL))
i = 1
j = 1
k = 1
E(k)
k = N
k = k + 1
NU
Emed ;EP,min ; EP,max
DA
Emed EINU
j =KL
j = j + 1
NU K = EP,min/EP,max
K = KI
DA
NU
DA
j , i , K , Emed
STOP
DA
se calculează factorii de neuniformitate
K 1=
EP ,min
EP ,max
sau K 2=EP ,min
Emed ; (4.10)
se compară K1 sau K2 cu valoarea impusă KI
pentru K1 < KI, se plasează simetric pe tavanul încăperii două
lămpi şi se începe calculul cu primul tip de lampă din tabel; calculul continuă până se obţine
Emed > EI şi K1 > KI;
→ rezultă tipul de lampă şi numărul de lămpi.
Schema de calcul indicată în fig. 4.4 ia în consideraţie numai nivelul de iluminare
determinat de sursele punctiforme, fără a ţine seama de nivelul de iluminare suplimentar dat de
pereţi şi tavan. Pentru îmbunătăţirea schemei de calcul trebuie luată în consideraţie prezenţa
tavanului şi pereţilor ca surse luminoase plate.
4.2.2. Metoda punct cu punct pentru surse liniare
Utilizarea lămpilor fluorescente tubulare permite realizarea, în luminatul exterior şi în cel
interior, a unor surse linare.
36
Metoda punct cu punct poate fi utilizată pentru calculul sistemelor de iluminat cu surse
liniare, considerate ca sumă de surse punctiforme, iar prin integrare poate fi determinat nivelul de
iluminare într-un punct P pe suprafaţa orizontală (fig. 4.5).
Pentru tuburile fluorescente, utilizate pentru realizarea surselor liniare, este valabilă legea lui
Lambert şi deci se poate scrie
dIα = dImaxcosα = dIβcosα. (4.11)
Intensitatea luminoasă dI (în direcţia , în planul perpendicular pe axa lămpii) poate fi
determinată din relaţia
dI β=I β⋅
dxl , (4.12)
în care l este lungimea sursei liniare, iar I intensitatea luminoasă în direcţia (obţinută din curba
fotometrică a lămpilor utilizate).
Din relaţia (4.12) rezultă
dEP=
I β
l⋅cos α⋅cos θ
r 2⋅dx
. (4.13)
În triunghiul dreptunghic MAP se obţine
tan α= x
b . (4.14)Din relaţia (4.14) rezultă
dx= b
cos2 α⋅dα
. (4.15)Din triunghiul dreptunghic PM’M rezultă
cosθ=h
r , (4.16)iar din triunghiul dreptunghic PAM
cos α=b
r . (4.17)Din relaţiile (4.16) şi (4.17) se obţine
cosθ=h
b⋅cos α
. (4.18)Relaţia (4.18) devine
dEP=
I β
l⋅h⋅cos2 β⋅cos2 α⋅dα
, (4.19)în care
cos β=h
b . (4.20)Relaţia (4.20) poate fi scrisă sub forma
dEP=
I β
2⋅l⋅h⋅cos2 β⋅(1+cos2α )⋅dα
(4.21)şi
P
x dx
l
A B
A BM
M
dImax
h
n
dI
h
B
b
a
r
Fig. 4.5. Surse liniare de lumină.
37
A BM
xl
A
P
M
A B
B
a)
ABM
xl
A’
P
M
A
B
B’
b)
Fig. 4.6. Calculul nivelului de iluminare dat de sursele liniare, în cazurile reale.
EP=
I β
2⋅l⋅h⋅cos2 β⋅∫
0
α B
(1+cos 2 α )⋅dα. (4.22)
Prin integrarea relaţiei (4.22) rezultă nivelul total de iluminare EP în punctul P
EP=
I β
2⋅l⋅h⋅cos2 β⋅(αB+
12⋅sin 2αB)
. (4.23)Relaţia (4.23) permite determinarea numai a nivelului de iluminare într-un punct P, situat
într-un plan perpendicular pe axa sursei de lumină şi care trece prin capătul sursei.
Pentru alte situaţii trebuie luate în vedere cazurile indicate în fig. 4.6:
a) punctul P este în interiorul proiecţiei, pe planul orizontal, a sursei liniare de lumină
(fig. 4.6, a);
b) punctul P este în afara proiecţiei, pe planul orizontal, a sursei liniare de lumină
(fig. 4,6,b).
În primul caz rezultă
EP=I β
2⋅l⋅h⋅cos2 β⋅[α A+αB+
12⋅(sin 2αA+sin 2 αB ) ]
, (4.24)iar în al doilea caz se obţine
EP=I β
2⋅l⋅h⋅cos2 β⋅[αB−αA+
12⋅(sin 2αB−sin2α A )]
. (4.25)
În cazul general, pentru dimensionarea sistemelor de iluminat cu surse liniare este utilizată relaţia
EP=
Φ1000
⋅p⋅I β
2⋅l⋅h⋅cos2 β⋅[αB±α A+
12⋅(sin 2αB±sin 2α A )]
. (4.26)
În relaţia (4.26), p este factorul de menţinere, iar fluxul luminos al sursei.
Dimensionarea instalaţiei de iluminat cu surse linare se face conform aceluiaşi algoritm de
calcul indicat în fig. 4.6.
4.2.3. Calulul surselor plane prin metoda punct cu punct
38
Pentru iluminatul locurilor de muncă sau a altor spaţii pot fi utilizate tavanul luminos sau panourile luminoase.
Pentru a determina nivelul de iluminare într-un punct P (fig. 4.7), care corespunde proiecţiei unui colţ al sursei dreptunghiulare (cele mai întâlnite forme de asemenea surse luminoase), se calculează nivelul de iluminare dEP , determinat de un element de suprafaţă dA şi apoi se integrează pe toată suprafaţa sursei de lumină.
Pentru sursele luminoase dreptunghiulare, în mod obişnuit, se poate utiliza legea lui Lambert (luminanţa în toate direcţiile este constantă L = constant) şi se poate scrie
dI α=L⋅dA⋅cos α . (4.27)Din relaţia (4.27) se obţine
dEP=
L⋅cos α⋅cosθ⋅dx⋅dy
r2. (4.28)
Din figura 4.7 rezultă
cos α=cosθ=h
r= h
√ x2+ y2+z2 (4.29)
şi
dEP=L⋅h2⋅dx⋅dy
(x2+ y 2+z2)2 . (4.30)Din relaţia (4.30) rezultă
EP=L⋅h2⋅∫0
a
∫0
bdx⋅dy
(x2+ y2+h2 )2=L
2⋅( a
√a2+h2⋅arctan
b
√b2+h2+
+b
√b2+h2⋅arctan
a
√a2+h2) .
(4.31)În cazurile reale punctul P are o altă poziţie decât cea indicată în fig. 4.6. Pot să apară trei
situaţii, prezentate în fig. 4.7.
Dimensionarea instalaţiei de iluminat cu surse plane se face conform aceluiaşi algoritm de
calcul indicat în fig. 4.
5. Iluminatul exterior
x
y
h
yy + dy
b
Ax x + dx
P
a
M
B
CD
d
Fig. 4.7.Calculul surselor luminoase dreptunghiulare
39
4321 PPPPP EEEEE 443121 PPPPP EEEEE
P
1 2
34
a) b)
M
P
1 2
34M
P
1 2
34
M
c)1424321 2 PPPPP EEEEE
Fig. 5.1. Calculul surselor de iluminat dreptunghiulare.
W O
H
T
S
Fig. 5.2 Iluminat stradal unilateral
În cazul iluminatului exterior nu apar suprafeţe laterale care limitează spaţiul analizat şi deci
calculul poate fi efectuat prin metoda punct cu punct, plecând de la curbele fotometrice ale surselor
de iluminat utilizate.
Înstalaţia de iluminat trebuie dimensionată în mod distinct pentru carosabil şi pentru trotuar.
Este necesar a fi cunoscute date privind densitatea vehiculelor, tipul de acoperământ al
străzii, lăţimea, atât pentru carosabil cât şi pentru trotuar, tipul de surse utilizate, înălţimea de
prindere etc.
Străzile înguste sunt iluminate cu surse plasate pe o singură parte (fig. 5.1) sau pe mijlocul
străzii. Pentru străzile mai late, în mod obişnuit, se foloseşte iluminatul pe ambele părţi (fig. 5.2).
Dimensionarea instalaţiei de iluminat pentru trotuare se face pe baza valorilor impuse ale
nivelului de iluminare, indicate în funcţie de zona circulată şi importanţa arterei. Sursele de lumină
40
WO
H
T
S
H
T
O
S
a)
WO
H
T
S
H
T
O
b)
pot fi considerate punctiforme şi calculul are loc prin metoda punct cu punct pe baza algoritmului
indicat în fig.5.2.
Dimensionarea instalaţiilor de iluminat pe carosabil se face pe baza valorilor impuse ale
luminaţelor şi având în vedere suprapunerea contribuţiilor diferitelor surse. Pentru cazul simplu al
unei surse de lumină (fig. 5.4) luminanţa în punctul Pi rezultă din relaţia
LPi=p t⋅qPi⋅EPi , (5.1)în care pt = plpa este factorul de menţinere al sursei de lumină (produsul dintre factorul de
menţinere al lămpilor pl şi factorul de menţinere al aparatului de iluminat pa), qPi – coeficientul de
luminanţă (mărime cunoscută, în funcţie de tipul sursei şi de unghiurile şi ), EPi – nivelul de
iluminare în punctul Pi .
Relaţia (5.1) poate fi scrisă şi sub forma
LPi=p t⋅qPi⋅
I cγ⋅cos3 γ
H 2. (5.2)
Intensitatea luminoasă Ic a sursei de lumină, în direcţia este cunoscută din curba fotometrică
indicată de constructorul corpului de iluminat pentru sursa standard de 1000 lm
I cγ=( I cγ )1000
⋅ φ1000 , (5.3)
Fig. 5.3.Iluminat stradal bilateral:a) dispunere alternată; b) dispunere faţa în faţă
41
Sk
O
xk
y’k
y
y”k
S’k
S”k Pi
xi
x
0,25
0,5
1,0
d = 60m
O’
1,5 m
yi
’
HIc
P’i
Fig. 5.4 Calculul instalaţiilor de iluminat exterior
în care este fluxul luminos al sursei utilizate, iar (Ic)1000 se citeşte din curba indicată de
constructor.
În cazul general, în care sunt mai multe surse de lumină, luminaţa totală (LPi)total rezultă prin însumarea contribuţiilor celor n surse de lumină
(LPi )total
=pt⋅∑k=1
n
r k⋅I cγk⋅1
H k2
. (5.4)În relaţia (5.4) s-a considerat că toate sursele au acelaşi coeficient de menţinere pt şi s-a
notat cu rk expresia factorului de luminanţă redus rk = qPicos3. (5.5)
Valorile factorului de luminanţă redus sunt tabelate pentru fiecare sursă şi diferite valori ale
unghiurilor , şi .
Alegerea surselor de lumină se face pe baza relaţiei (5.4), printr-un calcul iterativ. Soluţia
obţinută se verifică din punctul de vedere al factorului de neuniformitate longitudinal, al factorului
de neuniformitate transversal şi al factorului de neuniformitate global, pentru un interval dintre doi
stâlpi succesivi, pe aceeaşi parte.
5.1. Aparate de iluminat pentru exterior
Aparatele de iluminat au rolul de a asigura redistibuţia şi transmisia fluxului luminos emis
de sursa (sursele) de lumină.
Un aparat de iluminat cuprinde în principal următoarele elemente:
42
Axa verticală
Axa de referinţă
Axa optică
Reflector
Sursa de lumină
Fig. 5.5. Caracteristici ale unui aparat de iluminat.
dispozitivul optic, care conţine sursa (sursele) de lumină, unul sau mai multe reflectoare,
difuzorul şi ecranul de protecţie vizuală;
armătura mecanică, prevăzută pentru prindere şi protecţie mecanică; elemente auxiliare (circuite de alimentare cu energie electrică, elemente de reglare, bloc de
pornire).Un corp de iluminat este definit în principiu prin (fig. 5.5): axa de referinţă; axa optică; randamentul luminos
η=Φ L
n⋅Φl , (5.6)în care L este fluxul luminos emis de aparatul de iluminat; l – fluxul luminos emis de una dintre
cele n surse de lumină plasate în interiorul aparatului de iluminat.
Clasificarea aparatelor de iluminat:
din punct de vedere mecanic: 12 clase IKxx,
în care grupul de cifre xx indică energia (J) şocului pe
care îl poate suporta corpul (clasa 00 – neprotejat);
din punct de vedere electric: 4 clase 0, I, II,
III în funcţie de nivelul de protecţie la electrocutare
(clasa 0 – neprotejat);
din punctul de vedere al repartiţiei intensităţii
luminoase: 10 clase BZx (BZ1 curba fotometrică cea
mai îngustă).
Unghiul de protecţie vizuală prezintă o importanţă deosebită pentru evitarea orbirii de
inconfort. Se defineşte unghiul de protecţie (fig. 5.5) ca fiind unghiul limită sub care sursa de
lumină devine vizibilă observatorului.
Orbirea de inconfort este determinată în primul rând de repartiţia neuniformă a luminanţelor factorul de neuniformitate global kg al luminanţelor pe toată zona de carosabil
k g=
Lmin
Lmed , (5.7)
în care Lmin este luminanţa minimă pe toată zona de carosabil, iar Lmed este valoarea medie a
luminanţei;
factorul kl de neuniformitate logitudinală pe axa străzii
k l=
Ll ,min
Ll ,max , (5.8)
în care Ll,min este luminanţa minimă pe axa străzii, iar Ll,max – luminanţa maximă pe axa străzii.
Se consideră că rezultă un iluminat corespunzător dacă kg 0,4, pentru care probabilitatea
de observare a obiectelor pe carosabil este peste 80% şi dacă kl 0,7.
43
Fig. 5.6 Unghiul de protecţie vizuală.
Corp de iluminat
Sursă de lumină
U UL
I
l
L
Fig. 5.7. Schema circuitului de alimentare a unei lămpi electrice
Pentru evaluarea orbirii de inconfort se foloseşte factorul G având o expresie empirică de
calcul şi care ia în consideraţie următoarele mărimi caracteristice:
culoarea sursei de lumină;
luminanţa medie pe carosabil;
înălţimea de montare a surselor de lumină;
numărul de surse de lumină montate pe un kilometru de drum (efectul de flicker).
5.2 Dimensionarea circuitelor electrice ale instalaţiilor de iluminat
Diametrul conductoarelor circuitelor electrice care alimentează instalaţii de iluminat trebuie
ales astfel încât până la bornele lămpii să nu rezulte o cădere mai mare de 2,5% faţă de tensiunea
nominală (230 V).
5.3. Instalatii de iluminat cu surse cu incandescenţă
Instalaţiile de iluminat care cuprind numai surse cu incandescenţă sau surse fluorescente cu
compensare completă a puterii reactive sunt caracterizate de un factor de putere = 1.
În cazul unei singure lămpi (fig. 5.7), aflată la o distanţă l de tabloul de alimentare, căderea de tensiune U poate fi calculată din relaţia
ΔU=2⋅ρ⋅l
A⋅I
. (5.9)
În relaţia (5.9), este rezistivitatea materialului ( = 17, 84109 m pentru conductoare din cupru şi = 29, 78109 m pentru conductoare din aluminiu), I curentul electric din circuit, A aria secţiunii transversale a conductorului.
Relaţia (5.9) poate fi scrisă şi sub forma
ΔU=2⋅ρ⋅l
A⋅P
U , (5.10)în care P este puterea nominală (activă) a lămpii, iar U tensiunea nominală.
Deoarece U = U UL trebuie să fie mai mică decât valoarea admisă Ua , din relaţia (5.10) rezultă
44
U ULn
In
In
In-1
In-1I1 I2
I1 I2
LnLn-1L2L1
l1 l2 ln
Fig. 5.8 Circuit cu mai multe lămpi electrice.
U UL
I
l
LUL
I RI
U
U jXI
R ; X
Fig. 5.9. Circuitul electric al unei lămpi a) şi diagrama fazorială corespunzătoare b).
A≤2⋅ρ⋅l
ΔU a
⋅PU . (5.11)
Se alege conductorul care prezintă o arie standardizată a secţiunii transversale mai mare decât valoarea rezultată din relaţia (5.11).
Dacă în circuit sunt mai multe lămpi cu incandescenţă (fig. 5.8) sau lămpi fluorescente cu compensare totală a puterii reactive (factor de putere unitar), căderea de tensiune U , pentru ultima lampă din circuit, rezultă
ΔU=ΔU1+ΔU 2+¿⋅¿+ΔU n−1+ΔU n (5.12)sau
ΔU=2⋅ρ
A⋅( I '1⋅l1+ I ' 2⋅l 2+⋯+ I 'n−1⋅ln−1+ I 'n⋅ln )
. (5.13)În relaţia (5.13) s-a luat în consideraţie că întrg circuitul prezintă aceeaşi arie a secţiunii
transversale.Din relaţia (5.13) rezultă
A≥ 2⋅ρ
ΔUa
⋅∑k=1
n
I ' k⋅lk, (5.14)
în care
I ' k=∑
i=k
n
I i. (5.15)
5.4. Dimensionarea circuitelor electrice în cazul lămpilor fluorescente
Înstalaţiile de iluminat cu lămpi fluorescente sunt caracterizate în mod obişnuit printr-un factor de putere 1. Pentru aceste lămpi (fig. 5.9) se poate scrie
ΔU=U−U L=R⋅I+ jX⋅I . (5.16)La dimensionarea circuitului se consideră
|ΔU|≃ΔU . (5.17) Din fig. 5.9 se obţine
ΔU=R⋅I⋅cosϕ+X0⋅l⋅sin ϕ . (5.18)În figura 5.9 şi în relaţia (5.18) se face ipoteza că tensiunea şi curentulu electric din circuit prezintă o
variaţie practic sinusoidală.Relaţia (5.18) poate fi scrisă şi sub forma
45
U ULnIn
I’n
In-1
I’n-1I’1 I’2
I1 I2
LnLn-1L2L1
l1 l2 ln
Fig. 5.10 Circuit electric cu mai multe lămpi fluorescente.
ΔU=2⋅ρ⋅l
A⋅I⋅cos ϕ+X0⋅l⋅sin ϕ
, (5.19)în care X0 este reactanţa pe unitatea de lungime a liniei.
Din relaţia (5.19) rezultă
A≥ 2⋅ρ⋅l⋅I⋅cos ϕ
ΔUa−X0⋅l⋅I⋅sin ϕ . (5.20)În cazul mai multor lămpi fluorescente conectate în acelaşi circuit (fig. 5.10) se poate scrie
ΔU=ΔU1+ΔU 2+¿⋅¿+ΔU n−1+ΔU n (5.21)
sau
ΔU=2⋅ρ
A⋅∑
k=1
n
I ' k⋅lk⋅cosϕ 'k+∑k=1
n
X0⋅lk⋅I ' k⋅sin ϕ' k (5.22)
şi
A≥2⋅ρ⋅∑
k=1
n
lk⋅I ' k⋅cosϕ' k
ΔUa−X0⋅∑k=1
n
lk⋅I 'k⋅sin ϕ 'k. (5.23)
6. Principalele condiţii pentru un iluminat corespunzător
O lumină de calitate este necesară pentru realizarea unui mediu luminos optim în spaţii
interioare şi în exterior. La dimensionarea instalaţiilor de iluminat trebuie avute în vedere o serie de
reguli care influenţează calitatea luminii realizate:
un nivel de iluminat corespunzător este determinant pentru eficienţa activităţilor; odată cu
reducerea nivelului de iluminare scade eficienţa activităţii şi creşte probabilitatea erorilor sau
accidentelor;
o neuniformitate redusă a luminanţelor pe diferitele suprafeţe determină condiţii optime de
muncă; un contrast prea redus sau prea puternic devine supărător şi conduce la obosirea ociului
uman;
limitarea fenomenului de orbire asigură condiţii corespunzătoare de muncă; fenomenul de
orbire poate fi deranjant şi conduce la o suprasolicitare a ochiului uman;
un contrast corespunzător al obiectelor din zonă permite observarea corectă a acestora;
o corectă direcţionare a luminii limitează apariţia umbrelor accentuate;
o bună redare a culorilor permite evaluarea corectă a culorilor reale;
46
un consum redus de energie prezintă un deosebit interes practic şi poate fi determinant în
alegerea unei instalaţii de iluminat;
efectele reduse asupra reţelei electrice de alimentare, prin limitarea distorsiunii curentului
electric absorbit, determină relaţiile cu furnizorul de electrică.
7. CALCULUL SECŢIUNII CONDUCTOARELOR
Criteriile de dimensionare a conductoarelor reţelei de distribuţie în incinta consumatorului
menţionate in I.7-78, PE 107 şi PE 135 sunt:
- tehnice: stabilitatea termică de încălzire în regimul normal de funcţionare, stabilitatea
termică la încălzire în regimul de scurtă durată la pornirea motoarelor electrice, pierderea de
tensiune, rezistenţa mecanică, stabilitatea termică şi dinamică în regimul de avarie de scurtcircuit,
- economice: cheltuieli totale minime într-o perioadă de funcţionare dată.
Corespunzător acestor criterii, se stabileşte o secţiune tehnică st şi o secţiune economică sec a
conductoarelor, adoptându-se cea mai mare din valorile rezultate
s = max( st, sec) .
Criteriile de dimensionare tehnice sunt de alegere şi de verificare, în funcţie de anumite
caracteristici ale instalaţiei electrice de distribuţie. Instalaţiile exterioare sunt caracterizate , în
general, de lungimi mari, alegerea secţiunii conductoarelor făcându-se pe baza pierderii de tensiune
(linii electrice în cablu – LEC) sau a pierderii de tensiune şi a rezistenţei mecanice (linii electrice
aeriene - LEA) iar verificarea – pe baza stabilităţii termice în regimul normal de funcţionare şi în
regimul de avarie de scurtcircuit.
Alegerea secţiunii la pierderea de tensiuneAvând în vedere formula de definiţie a rezistenţei electrice R = l/γs a unui conductor de
lungime l, scţiune s şi conductivitate electrică γ (γ=53 m/Ω mm2 pentru cupru, 32 m/Ω mm2 pentru
aluminiu şi 4 m/Ω mm2 pentru oţel) se obţine relaţia
s= P∗l
γ∗Un∗ΔU (7.1)
Determinarea secţiunii economice a conductoarelor
In reţeaua de distribuţie de curent alternativ se defineşte secţiunea economică sec ca aceea
valoare a conductorului activ pentru care se obţine regimul de funcţionare optim economic, ce
conduc la cheltuieli totale minime (de investiţie şi exploatare) pentru reţeaua respectivă într-o
perioadă de funcţionare dată. Introducând noţiunea de curent maxim de durată Imax corespunzător
regimului normal de funcţionare al consumatorului se obţine densitatea economică de curent
47
Jec = Imax/sec. Densitatea economică se alege în funcţie de tipul liniei electrice şi de durata de utilizare
a puterii maxime T, după PE 135.
Tabelul 7.1 Densitatea economica a liniei
Tipul linieiT ore/an
KjSmax
mm23000 4000
LEC cu conductoare de aluminiu cu izolaţie din PVC
0,49 0,41 1,09 240
Determinarea sarcinii maxime de calcul Imax pentru diferite situaţii concrete (-ţinând seama
de evoluţia sarcinii în viitor; -în cazul liniilor radiale cu sarcini în derivaţie cu secţiunea constantă
sau cu secţiunea variabilă; -linii cu secţiunea constantă alimentată pe la două capete) se face
conform PE 135. De exemplu, în cazul unei linii radiale cu secţiune constantă de lungime L care
alimentează n sarcini în derivaţie sarcina de calcul este dată de
I max=√ I 1
2∗l1+ I 22∗l2+. .. .+ I n
2∗ln
L (7.2)
Fig.7.1 Schema de alimentare a corpurilor de iluminat
Funcţie de valoarea secţiunii de calcul sec şi a secţiunii maxime constructive la tipul
respectiv de linie smax pot apare două situaţii :
-sec<smax, în care caz secţiunea se va alege prin rotunjirea în plus sau în minus a
secţiunii economice de calcul la valoarea cea mai apropiată pe scara standardizată a conductoarelor;
-sec>smax, în care caz se determină numărul optim N şi secţiunea s a conductoarelor
identice ce se vor monta în paralel pe fiecare fază.
Numărul optim de calcul Nc al conductoarelor unei faze se obţine cu relaţia
Nc=
sec
K j∗smax (7.3)
48
în care Kj este un coeficient de creştere a densităţii economice de curent. Se alege N=1, dacă
1< Nc≤2 sau se rotunjeşte (în plus sau în minus) la cel mai apropiat număr întreg, dacă N≥2.
Secţiunea s a conductoarelor în paralel se alege astfel încât valoarea N*s să fie cât mai
apropiată (în plus sau în minus) de valoarea sec.
Figura 7.2 Schema de principiu a circuitelor electrice ale sistemului de iluminat exterior
, (7.4)
P = 250 W Uf = 230 V cosφ = 0,93
Se va efectua calculul secţiunii conductoarelor numai pentru o parte a străzii. Pentru a se evita
apariţia unei căderi de tensiune ce ar depăşi valoarea admisibilă, se va face alimentarea tronsonului
din ambele capete ale străzii, iar dispunerea fazelor pe un tronson se va face ca în figura 7.2.
Se vor folosi conductoare din Aluminiu cu izolaţie din PVC pozate în pământ la 20° C.
49
Având în vedere că TSM = 3650 ore/an conform tabelului 4.1 se obţine:
A/mm2
În continuare se va efectua calculul pentru faza A:
A
i = 1,164 A
. . .
În tabelul 7.2 sunt prezentate valorile curenţilor (A), pe fiecare tronson Tabelul 7.2. Valorile curenţilor
T 1 T2 T 3 T4 T 5 T 6 T7 T 8 T 9 T 10 T 11 T 12 T 13 T 14
16,29
15,13 13,96 12,8 11,64 10,47 9,31 8,14 6,98 5,82 4,65 3,49 2,32 1,16
Conform formulei (7.2) se calculează curentul echivalent:
Iech = 10,156 A (pentru faza A)
mm2 Iech = 10,477 A (pentru faza B)
mm2
Iech = 10,79 A (pentru faza C)
mm2
Pentru aflarea secţiunii tehnice folosesc formula (7.1) şi rezultă:
mm2,unde:
%s = max( sec,st ) = 24,634 mm2
rezultă sSTAS = 25 mm2 cu r0 = 1,144 Ω/km iar x0 = 0,086 Ω/km
50
Calculul căderilor de tensiune
Pentru calculul componentei transversale şi longitudinale a căderi de tensiune se folosesc formulele de mai jos:
(7.5) (7.6)
(7.7)
Tabel 7.3 Calculul căderilor de tensiune pentru faza A
Corpul de iluminat dU
1 0.186522 0.014022 0.1870482 0.373043 0.028043 0.3740963 0.559565 0.042065 0.5611444 0.746087 0.056087 0.7481925 0.932609 0.070109 0.935246 1.11913 0.08413 1.1222887 1.305652 0.098152 1.3093368 1.492174 0.112174 1.4963849 1.678696 0.126196 1.68343210 1.865217 0.140217 1.8704811 2.051739 0.154239 2.05752812 2.238261 0.168261 2.24457613 2.424783 0.182283 2.43162414 2.611304 0.196304 2.618673
Tabel 7.4 Calculul căderilor de tensiune pentru faza B
Corpul de iluminat
dU
1 0.248696 0.018696 0.2493972 0.435217 0.032717 0.4364453 0.621739 0.046739 0.6234934 0.808261 0.060761 0.8105415 0.994783 0.074783 0.997596 1.181304 0.088804 1.1846387 1.367826 0.102826 1.3716868 1.554348 0.116848 1.5587349 1.74087 0.13087 1.74578210 1.927391 0.144891 1.9328311 2.113913 0.158913 2.11987812 2.300435 0.172935 2.30692613 2.486957 0.186957 2.49397414 2.673478 0.200978 2.681022
51
Tabel 7.5 Calculul căderilor de tensiune pentru faza C
Corpul de iluminat
dU
1 0.31087 0.02337 0.3117472 0.497391 0.037391 0.4987953 0.683913 0.051413 0.6858434 0.870435 0.065435 0.8728915 1.056957 0.079457 1.0599396 1.243478 0.093478 1.2469877 1.43 0.1075 1.4340358 1.616522 0.121522 1.6210839 1.803043 0.135543 1.80813110 1.989565 0.149565 1.99517911 2.176087 0.163587 2.18222712 2.362609 0.177609 2.36927513 2.54913 0.19163 2.55632314 2.735652 0.205652 2.743371
VSe observă că valorile obţinute în calculul căderilor de tensiune pe cele trei faze nu depăşesc
valoarea admisibilă.
8. ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRICĂ A INSTALAŢIEI DE ILUMINAT ELECTRIC
Eficienţa sistemului de iluminat, optică şi energetică depind în mare măsură de calitatea
energiei electrice în circuitul de alimentare. De asemenea, sistemele de iluminat conduc la apariţia
de perturbaţii electromagnetice în reţeaua electrică de alimentare şi deci pot afecta calitatea energiei
electrice livrată altor consumatori din zonă.
Variaţia tensiunii de alimentare U faţă de tensiunea nominală (UN = 230 V) determină o
influenţă importantă asupra parametrilor de funcţionare ai lămpii. Creşterea tensiunii de alimentare
conduce la o drastică reducere a duratei de viaţă D (fig. 8.1), iar reducerea tensiunii conduce la
reducerea parametrilor fotometrici şi energetici ai lămpii. În cazul lămpilor cu incandescenţă,
reducerea tensiunii conduce la reducerea temperaturii filamentului şi deci la modificarea
compoziţiei spectrale a luminii emise (creşte ponderea componentelor roşu şi galben) afectând
calitatea iluminatului. De asemenea, sunt influenţate fluxul luminos emis , eficienţa energetică
şi puterea absorbită P.
52
În cazul lămpilor fluorescente (fig. 8.1,a) variaţia tensiunii de alimentare are, în general, o
influenţă mai redusă decât în cazul lămpilor cu incandescenţă (fig. 8.1,b).
Realizarea unor parametri superiori ai sistemului de iluminat interior impune controlul
tensiunii de alimentare pentru a se încadra în limitele impuse de 2,5% faţă de tensiunea nominală.
Fig 8.1 Variaţia cu tensiunea a parametrilor lampilor cu incandescenţă (a) şi fluorescente (b)
Întreruperile şi golurile de tensiune (fig. 8.2), prin durata tg şi amplitudinea Ug a acestora
determină inconfort vizual în cazul lămpilor cu incandescenţă şi a celor fluorescente, la care
sistemul de iluminat răspunde practic imediat la revenirea tensiunii la parametrii nominali, dar
întreruperi de durată mare (5...10 minute) a sistemului de iluminat chiar la întreruperi foarte scurte
ale tensiunii de alimentare în cazul lămpilor cu descărcare în vapori metalici de înaltă presiune,
caracterizate de un timp de lansate (3...5 minute) şi de un timp de relansare de (5...10) minute.
La utilizarea acestor tipuri de lămpi este necesar a adopta măsuri pentru asigurarea unui
iluminat de siguranţă (dacă este necesar) pe durata timpului de relansare.
Conectarea sistemelor de iluminat în instalaţii de alimentare
în care tensiunea prezintă variaţii relativ dese determină
efect de flicker (variaţii ale fluxului luminos emis) cu efecte
importante asupra calităţii iluminatului realizat. În cazurile
practice se consideră că variaţiile de tensiune sunt
acceptabile dacă sunt inferioare curbei de iritabilitate
(fig.8.3). Este obligaţia furnizorului de energie electrică de a asigura în circuitul de alimentare un
nivel de flicker inferior curbei de iritabilitate.
Înstalaţiile de iluminat pot introduce în reţeaua electrică de alimentare perturbaţii
electromagnetice:
armonici ale tensiunii de alimentare, determinate de caracteristica nelineară a descărcării
electrice;
nesimetrii, datorate faptului că lămpile electrice sunt conectate pe fază;
53
perturbaţii de înaltă frecvenţă (în cazul balasturilor electronice);
căderi de tensiune datorate necesarului de putere reactivă (prezenţa balastului inductiv la
lămpile cu descărcare electrică).
Perturbaţiile determinate de iluminatul electric trebuie reduse sub limitele acceptate şi, în
acest sens, furnizorul de energie electrică are posibilitatea monitorizării acestor perturbaţii şi
adoptarea, împreună cu consumatorul, a măsurilor necesare pentru limitarea nivelului acestora.
Limitarea armonicelor de tensiune trebuie rezolvată, în general, la nivelul întregului
consumator, având în vedere costul ridicat al sistemelor individuale de limitare. Utilizarea din ce în
ce mai amplă a balasturilor electronice determină apariţia unui spectru larg de armonici. Astfel, în
fig. 8.4 este indicat spectrul de armonici al curentului electric măsurat pe circuitul de alimentare al
unei încăperi în care sunt utilizate lămpi compacte pentru asigurarea necesarului de lumină
artificială.
Nesimetriile determinate de sistemele de iluminat pot fi rezolvate, în cazul general, printr-o
judicioasă conectare a surselor de lumină pe cele trei faze în cazul în care racordul la consumator
este trifazat. În cazul racordurilor monofazate, obligaţia de a rezolva problemele de nesimetrie revin
furnizorului de energie electrică.
54
Utilizarea balasturilor electronice poate determina apariţia în reţeaua electrică de alimentare
a unor importante perturbaţii de înaltă frecvenţă. În acest sens, filtrul de reţea din circuitul balastului
electronic trebuie dimensionat astfel încât să asigure reducerea perturbaţiilor de înaltă frecvenţă la
un nivel acceptat din punctul de vedere al compatibilităţii electromagnetice.
Compensarea puterii reactive necesară lămpilor electrice cu descărcare utilizând balast
inductiv se face în mod obişnuit prin montarea unui condensator la bornele lămpii. În cazul în care
tensiunea de alimentare nu este perfect sinusoidală, condensatorul este suprasolicitat termic de către
componentele de frecvenţă ridicată şi poate fi scos din funcţiune.
În cazul instalaţiilor cu lămpi fluorescente, în care sursele de lumină au un număr par de
lămpi, montajul duo asigură atât compensarea factorului de putere cât şi limitarea efectului
stroboscopic. Problemele privind limitarea efectului stroboscopic apar numai în cazul lămpilor
fluorescente, caracterizate de o remanenţă redusă a stratului fluorescent. Conectarea succesivă a
lămpilor pe cele trei faze, utilizarea montajului duo sau utilizarea balasturilor electronice permite
limitarea efectului stroboscopic şi deci asigurarea unui confort vizual corespunzător.
8.1 Stabilirea necesarului de energie
Fig.8Forma curentului electric (a) şi componenţa spectrală a curentului electric absorbit de lampi fluorescente compacte, în funcţie de rangul n al armonicii (b)
55
Pentru iluminarea părţii carosabile şi a trotuarului a fost necesar utilizarea a 162 de lămpi. Valoarea energiei electrice stabilita de ANRE la joasă tensiune este de 2844 lei/kWh. Pentru acest calcul trebuie avut în vedere faptul că între orele 000 – 400 lămpile sunt alimentate cu o tensiune mai mică cu 10%, necesarul de energie va fi:
(2 x 81) lămpi x 250 W x (4000 – 4 x 365)ore = 102 870 kWh(2 x 81) lămpi x 250 W x (4 x 365 x 0,9)ore = 53 217 kWh
--------------------TOTAL 156 087 kWh
Valoarea energiei consumate = 156 087 x 2844 = 449 062 299 leiPentru calculul cheltuielilor de exploatare se va ţine seama:- de durata de funcţionare a lămpii (20000 ore);- rata de defectare anuală a acesteia (1 %);- preţul lămpii (40 €);- costul înlocuirii lămpii (20 €);- durata de funcţionare medie anuală (4000 ore).
Cheltuielile de exploatare = (2 x 81) lămpi x 40 € + (2 lămpi x (20000/4000)) x x (20+80) €
Cheltuielile de exploatare = 7480 €.
8.2 Sisteme de contorizare
8.2.1 Descriere generală
Sistemele de contorizare asigură citirea automată a datelor de la echipamentele de contorizare, stocarea datelor în baze de date, prelucrarea datelor şi transformarea lor în informaţii precum şi afişarea informaţiilor obţinute sub formă de rapoarte.ABB Rometrics, prin sistemele de contorizare a energiei electrice, furnizează o soluţie completă pentru managementul energiei electrice, utilizând cea mai modernă tehnologie a informaţiei, comunicaţiei şi măsurii disponibile. Sistemele noastre oferă suportul cheie pentru contorizarea punctelor de schimb dintre companiile producătoare, de transport, de distribuţie a energiei electrice şi consumatorii comerciali şi industriali.
Managementul energiei electrice este bazat pe citirea de la distanţă datelor memorate în contoare, după un program predefinit sau la cerere, folosind infrastructuri de comunicaţie din cele mai diverse. Datele sunt transmise pentru stocare şi gestionare unui sistem de gestiune al bazelor de date relaţionale. Diferite tipuri de rapoarte configurabile de către utilizator sunt oferite local sau la distanţă mai multor utilizatori.
Echipamentele din componenţa sistemului pot fi geografic distribuite sau instalate în acelaşi loc.
Sistemele de contorizare a energiei sunt deschise, putând fi extinse oricând prin adăugarea de noi puncte de contorizare sau utilizatori.
56
8.2.2. Caracteristicile sistemelor
57
8.2.2.1 Echipamente de contorizare
Sistemul este orientat pe citirea contoarelor din familia de contoare electronice trifazate
Alpha. Acestea se caracterizează printr-o înaltă fiabilitate şi o durată mare de funcţionare.
Următoarele tipuri de contoare sunt suportate: Alpha (A1), Alpha Power+ (A2), AIN500. Aceste
contoare oferă următoarele funcţiuni generale în condiţii de multitarifare:
Măsurarea cu precizie a energiei şi puterii.
Memorarea energiei şi puterii măsurate.
Detectarea şi memorarea evenimentelor.
Transmiterea la distanţă a datelor memorate.
În funcţie de tipul contorului, urmatoarele tipuri de date sunt disponibile:
Valorile indecşilor pentru energia activă/reactiva, livrată/primită pe 4 tarife.
Parametrii de programare (constante).
Evenimente: evenimente interne, avertismente, erori.
Curbe de sarcină cu valori ale rezoluţiei de la 1 la 60 minute.
Jurnale şi contori de evenimente cu rezultatele testelor privind calitatea energiei electrice:
întreruperi de scurtă durată ale tensiunii, testul de tensiune nominală, testul de tensiune
scăzută, testul de tensiune ridicată, schimbarea sensului tensiunii de alimentare, testul
factorului de putere, testul de curent scăzut, testul armonicii a doua, testul distorsiunilor
armonice totale pentru curent şi tensiune.
Mărimi de instrumentaţie, totale sau pe faze: frecvenţă, tensiune, curent, factor de putere,
distorsiuni ale armonicii de curent şi putere. Spre deosebire de curba de sarcină care este
stocată în memoria internă a contorului, mărimile de instrumentaţie sunt mărimi instantanee -
obţinute în momentul în care se face citirea contorului – şi nu sunt stocate de contor! Din acest
motiv, un eşec al citirii contorului va duce la lipsa mărimilor de instrumentaţie din acel
moment. Nu acelaşi lucru se întâmplă cu datele din curba de sarcină care pot fi regăsite la
următoarea citire reuşită a contorului.
Pe lângă tipurile de contoare mai sus menţionate, în vederea integrării în sistem a
contoarelor de energie electrică mai vechi, echipate cu ieşiri în impulsuri, precum şi a altor tipuri de
contoare decât cele de energie electrică (apă, gaz, energie termică), se oferă soluţia folosirii unui
înregistrator de tip Opus5 care poate achiziţiona impulsuri de la aceste contoare. Caracteristicile
ieşirilor de impulsuri ale contoarelor trebuie în acest caz să se conformeze specificaţilor tehnice ale
înregistratorului Opus5.
58
8.2.2.2. Comunicaţie
Sistemele se bazează pe citirea directă a datele din contoare. Pentru a realiza acest lucru, contoarele sunt echipate cu interfeţe de comunicaţie specifice: RS232, RS485, modem intern, interfaţă de modem extern, ieşire buclă de curent.
Sistemul poate folosi o gamă largă de infrastructuri de comunicaţie: directă (linii proprii sau închiriate, RS485), linii comutate (PBX, PTSN, ISDN), GSM, radio.
8.2.2.3 Software
Principalele pachete software din furnitura sistemului sunt: pachetul de aplicaţii de achiziţie a datelor, pachetul de aplicaţii de stocare a datelor în baze de date, pachetul de module de generare a rapoartelor, aplicaţiile de configurare.
Achiziţia datelor
Principalele funcţiuni oferite de software-ul de achiziţie sunt: Citire automată.
Sistemul este capabil să citească contoarele pe baza unui orar predefinit. Pentru fiecare contor se poate defini un orar de citire format din reguli. Regulile sunt caracterizate de o anumită frecvenţă şi o perioadă de valabilitate. Există posibilitatea definirii de reguli de citire singulară sau repetată.
Citire la cerere. Utilizatorul are posibilitatea să pornească sau să oprească procesul de comunicaţie pe orice
canal şi să genereze cereri de citire manuale pentru un contor sau un grup de contoare. Citire în paralel.
Pentru scurtarea timpului necesar achiziţiei, sistemul este capabil să citească mai multe contoarele în paralel, folosind pentru aceasta mai multe porturi seriale.
Sincronizarea ceasurilor contoarelor.Sicronizarea ceasului intern al calculatoarelor de achiziţie cu ajutorul unui echipament de
sincronizare (GPS sau DCF-77) oferă posibilitatea sincronizării ceasului intern al fiecărui contor din sistem. Sincronizarea se realizează atunci când diferenţa dintre ceasul sistemului şi cel al contorului se află între nişte limite definibile, în paşi de dimensiune stabilită de administratorul sistemului.
Jurnale de evenimente.Posibilele erori apărute în timpul procesului de comunicaţie sunt detectate şi memorate în
baza de date sub forma unor jurnale de evenimente.
Managementul bazelor de date
Sistemul de management al bazelor de date gestionează stocarea datelor citite de la contoare în diferite tipuri de baze de date:
Microsoft Access pentru sisteme mici (< 30 contoare) Microsoft SQL Server pentru sisteme de mărimi medii şi mari (30 < contoare < 1500)
Alte funcţii opţionale:
59
introducere manuală a datelor, import de date din fişiere (ASCII, ra3, rp3, ri3), replicări ale bazelor de date.
Generarea rapoartelor
Această componentă a sistemului furnizează rapoarte bazate pe datele citite şi stocate, într-un mediu multi-utilizator, folosind o arhitectură client-server de tip WWW.Următoarele tipuri de rapoarte sunt disponibile:
Rapoarte configurabile, bazate pe informaţiile de curbă de sarcină, în formă tabelară sau grafică, cu rezoluţii de la un minut la o lună.
Curbele de sarcină permit analiza evoluţiei în timp a energiei active / reactive / aparente, livrate / primite, şi a factorului de putere, pentru contoare sau contoare virtuale, în formă tabelară sau grafică cu rezoluţii de la un minut la o zi.
Rapoartele cu indecşi sunt bazate pe informaţiile de facturare (indecşi) memorate în contoare.
Rapoartele de facturare permit analiza detaliată şi comparată a costurilor bazată pe tarife predefinite (A, B, C, D, E1, E2, A2, A33) sau definite de utilizator.
Informaţiile generale oferă o imagine de ansamblu a întregului sistem sau a unui grup de contoare: valori ale indecşilor şi energiei pe ultimul interval de curbă de sarcină sau la un anumit moment dat.
Topologia oferă posibilitatea selecţiei unui contor folosind o diagramă interactivă a sistemului în scopul obţinerii de informaţii detaliate despre acesta.
Jurnalele de evenimente oferă rapoarte cu informaţii privind procesul de achiziţie, schimbarea stării contoarelor, evenimentele referitoare la calitatea energiei şi accesele utilizatorilor.
Alarmele avertizează utilizatorii de apariţia unor evenimente de comunicaţie, de schimbarea stării contoarelor sau de accesul utilizatorilor.
Configurarea sistemului
Următoarele opţiuni sunt disponibile administratorului sistemului în scopul configurării şi administrării acestuia:
Configurarea contoarelor.Informaţiile specifice fiecărui contor sunt stocate în baza de date (numele, tipul, parola de comunicaţie, orarul de achiziţie, parametrii de sincronizare, linia de comunicaţie, etc.). Configurarea liniilor de comunicaţie.Fiecărui contor i se asociază o linie de comunicaţie ai cărei parametri se pot configura: tipul conexiunii (comutată, directă), parametrii portului serial (port, viteza, numărul de biţi de stop şi de date, paritatea) permiţând astfel folosirea a diverse infrastructuri de comunicaţie. Ajustarea flexibilă a parametrilor de comunicaţie ai contoarelor.Această funcţie permite ajustarea parametrilor de comunicaţie (temporizări, număr de repetări în caz de eşec etc) pentru adaptarea sistemului la parametrii liniilor de comunicaţie, în scopul obţinerii unei rate de succes ridicate a citirilor şi reducerii duratei acestora. Facilităţi de lucru pentru administrarea configuraţiilor mari.
60
Contoare
Date
Sincronizare
Server baze de dateServer Raportare Web
Date
Staţii achiziţie
Rapoarte
Cereri utilizator
Utilizatori
Configuraţiile existente sau predefinite pot fi salvate şi utilizate ulterior la configurarea sau reconfigurarea sistemului scurtând astfel timpul necesar configurării. Configurarea contoarelor virtuale şi a rapoartelor. Contoarele pot fi grupate în contoare virtuale şi tratate unitar ca şi cum ar fi un singur contor. Diferite tipuri de rapoarte se pot configura de către administrator pentru a acoperi necesităţile de analiză a datelor pentru toţi utilizatorii. Configurarea sistemelor de tarifare. Utilizatorul are posibilitatea de a defini sisteme de tarifare pe care să le utilizeze pentru analiza datelor şi generarea rapoartelor. Configurarea alarmelor.
Fiecare eveniment detectat de sistem poate genera o alarmă. Administratorul de sistem poate activa sau dezactiva generarea alarmei corespunzătoare fiecarui eveniment.
Configurarea utilizatorilor.Administratorul sistemului poate defini utilizatori şi le poate da drepturile necesare accesului
la datele şi funcţiile sistemului. Conectarea utilizatorilor la sistem se face prin parole. Toate accesele utilizatorilor la sistem sunt detectate şi înregistrate în jurnale.
8.2.3. Arhitectura sistemului
Sistemele de contorizare a energiei sunt pregătite pentru două tipuri de arhitecturi: compactă (un singur calculator) şi distribuită (diferitele funcţiuni ale sistemului instalate pe diferite calculatoare). Combinaţiile posibile includ următoarele:
Sisteme miciAchiziţia de date, managementul bazei de date, generarea de rapoarte şi afişarea lor – toate
funcţiile sunt executate pe un singur calculator. Sisteme mijlocii
Achiziţia de date este facută de una sau mai multe staţii de achiziţie. Stocarea datelor şi generarea de rapoarte sunt asigurate de un server de baze de date şi de raportare. Afişarea rapoartelor se face pe calculatoarele clienţilor (utilizatorilor) prin intermediul aplicaţiei client (navigator).
Sisteme mariAchiziţia de date poate fi efectuată de una sau mai multe staţii de achiziţie. Managementul bazei
de date este asigurat de un server de baze de date. Rapoartele sunt generate de un server de raportare. Afişarea rapoartelor se face pe calculatoarele utilizatorilor care utilizează un sofware client (navigator).
61
Fig 8.5 Sisteme mijlocii
8.2.4. Calitate
La proiectarea sistemelor se utilizează produse cu performanţe înalte, de înaltă fiabilitate, recunoscute pe plan mondial. Produsele se livrează împreună cu certificatele de garanţie şi provin de la furnizori atestaţi ISO 9002.
8.2.5. Standarde şi specificaţii
Următoarele standarde, specificaţii şi tehnologii sunt folosite în cadrul sistemelor: IEC687, IEC 1036 pentru contoare TCP/IP pentru comunicaţii LAN şi WAN Microsoft Windows 95, 98, Me, NT4.0 Workstation sau 2000 Professional ca sisteme de
operare pentru clienţi Microsoft Windows NT 4.0 sau 2000 Server sau Workstation/Professional ca sisteme de
operare pentru servere DAO, ODBC şi SQL pentru accesul la bazele de date Controale ActiveX pentru preluarea parametrilor şi afişarea graficelor HTML ca format de afişare al rapoartelor Microsoft Internet Explorer (versiunea 4.0 sau mai recentă) ca aplicaţie client
8.2.6. Documentaţie
Livrarea documentaţiei se face în scopul de a ajuta beneficiarul să instaleze, configureze, utilizeze, testeze, să întreţină şi să extindă sistemul în concordanţă cu necesităţile sale. Furnizorul este de asemenea responsabil pentru livrarea documentaţiei echipamentelor şi software-ul produs de terţe companii.
Manualul de instalare prezintă operaţiunile care se fac în scopul pregătirii instalării software-ului ca şi procedurile de depanare în cazul nefuncţionării sistemului.
Manualul de administrare şi configurare ajută administratorii sistemului să adauge, modifice sau să şteargă contoare, linii de comunicaţie, rapoarte, tarife, utilizatori.
62
Manualul utilizatorului explică principiile de bază de operare şi descrie de asemenea, toate funcţiile sistemului. Ajutor on-line este de asemenea oferit pentru a ajuta utilizatorul în activitatea sa zilnică.
8.2.7 Funcţiile sistemului şi rapoartele generate
În continuare sunt prezentate pe scurt funcţiile sistemului şi câteva exemple de rapoarte.
1.Achiziţia datelor
Achiziţia datelor se face prin citirea directă a datelor stocate de contoare: date de facturare (indecşi şi puteri maxime pe tarife), curbe de sarcină, parametri de configurare (constante), informaţii de stare (evenimente, avertismente, erori), informaţii privind calitatea energiei* (jurnale de evenimente, contori de evenimente), mărimi de instrumentaţie globale şi pe faze* (frecvenţă, putere, tensiune, curent, factor de putere, factor de distorsiuni armonice pe curent şi tensiune).Citirea se poate face:- automat, pe baza unui orar definit de utilizator;- manual, la cererea utilizatorului;
Următoarele tipuri de echipamente de contorizare sunt suportate: Alpha (A1), Alpha Power+ (A2), AIN500, Opus5. Contoarele trebuie să fie posede facilităţi de stocare a curbei de sarcină şi să fie echipate cu interfeţe de comunicaţie la distanţă. Intervalul minim dintre două citiri consecutive este de 15 minute.
2. Sincronizarea echipamentelor.
Sistemul asigură sincronizarea ceasurilor echipamentelor (calculatoare, contoare) cu o referinţă obţinută de la un receptor radio (DCF-77) sau de satelit (GPS).
3. Transmisia datelor către un server de baze de date.
Datele citite de staţiile de achiziţie sunt transmise utilizând protocolul TCP/IP către un server de baze de date în scopul stocării. Serverul de baze de date poate fi pe acelaşi calculator care realizează achiziţia sau pe un alt calculator conectat în reţea. Sistemul permite crearea de configuraţii compacte (toate activităţile sunt executate pe un singur calculator) sau distribuite (mai multe calculatoare, fiecare calculator preluând una sau mai multe activităţi).
4. Stocarea datelor în baza de date.
Datele citite sunt stocate într-o bază de date de tipul:- Microsoft Access;- SQL Server;
** Numai pentru contoarele Alpha Power+
63
Criteriile de alegere a tipului de bază de date pot fi: dimensiunea sistemului (numărul maxim de contoare), durata minimă de stocare necesară, rezoluţia curbei de sarcină a contoarelor stocate, tipurile de informaţie stocate, preţul.
5. Importul datelor din fişiere.
Pe lângă citirea directă a datelor de la contoare, un alt mod de achiziţie a datelor este importarea fişierelor obţinute cu ajutorul aplicaţiei AlphaPlus. Acest mod de achiziţie permite funcţionarea sistemului chiar şi în condiţiile în care comunicaţia cu contoarele este întreruptă. De asemenea, această funcţie permite achiziţia datelor de la contoarele care nu se pot citi de la distanţă.
6. Exportul datelor în fişiere.
Sistemul oferă posibilitatea exportului datelor în fişiere text (ASCII).
7. Prelucrarea datelor, generarea şi tipărirea rapoartelor.
Datele stocate în baza de date sunt prelucrate la cererea utilizatorului pentru obţinerea de rapoarte. Sistemul oferă câteva tipuri predefinite de rapoarte configurabile de utilizator, în forme tabelare şi grafice. Rapoartele sunt prezentate sub formă de pagini HTML şi pot fi vizualizate şi tipărite cu ajutorul unui navigator (browser).
8. Generarea automată a rapoartelor şi transmiterea lor prin e-mail utilizatorilor.
Sistemul oferă posibilitatea generării automate a rapoartelor şi transmiterea lor prin e-mail utilizatorilor.
9. Accesul multi-utilizator la informaţiile prelucrate.
Sistemul permite accesul mai multor utilizatori locali (în reţeaua locală - LAN), aflaţi la distanţă (reţea largă – WAN) sau prin Internet. Accesul acestora este restricţionat prin parole. Utilizatorii pot avea drepturi diferite de acces la funcţiile şi datele oferite de sistem.
10. Generarea de alarme vizuale şi sonore.
Utilizatorii conectaţi la sistem pot fi informaţi continuu de apariţia de noi evenimente privind:- comunicaţia cu contoarele;- schimbarea stării contoarelor – detectarea unor evenimente, avertismente sau erori;- accesele neautorizate;La apariţia unui eveniment nou, o alarmă vizuală şi sonoră este declanşată. Alarma rămâne activată până ce unul din utilizatorii conectaţi ia la cunoştinţă de noile evenimente apărute.
64
11. Configurarea elementelor componente ale sistemului.
Sistemul oferă instrumente pentru configurarea elementelor componente: contoare, linii de comunicaţie, baza de date, rapoarte, tarife, utilizatori. Accesul la această funcţie este permis doar utilizatorilor autorizaţi (administratori).
Sistemul generează următoarele tipuri de rapoarte:1. Rapoarte standard.
Sunt rapoarte zilnice, lunare sau anuale generate pe baza informaţiilor de curbă de sarcină. Ele sunt configurabile de către utilizator şi pot fi reprezentate sub formă tabelară sau grafică.
2. Rapoarte cu indecşi.Sistemul oferă mai multe tipuri de rapoarte care prezintă informaţii privind indecşii şi energia înregistrată de contoare într-o perioadă selectată.
3. Curbe de sarcină.Aceste rapoarte permit afişarea sub formă grafică sau tabelară a curbei de sarcină a contoarelor sau contoarelor virtuale (suma algebrică a mai multor contoare). Se poate afişa pentru o perioadă selectată energia activă/reactivă/aparentă livrată/primită şi factorul de putere cu rezoluţii de la un minut la mai multe zile.
4. Mărimi de instrumentaţie*.Aceste rapoarte evidenţiază într-o formă grafică sau tabelară variaţia mărimilor de instrumentaţie (frecvenţă, putere, tensiune, curent, factor de putere, factor de distorsiuni armonice pe curent şi tensiune) într-o perioadă selectată.
5. Analiza detaliată pe sisteme de tarifare predefinite.Acest tip de raport evidenţiază costurile diferitelor elemente componente ale facturii pe tarife pentru sistemele de tarifare predefinite A, A33, B, C, D, E1, E2.
6. Analiza comparată pe sisteme de tarifare predefinite.Acest tip de raport permite compararea costurilor pentru diferite sisteme de tarifare predefinite A, A33, B, C, D, E1, E2.
7. Analiza detaliată pe sisteme de tarifare definite de utilizator.Acest tip de raport evidenţiază elemente componente utilizate la calculul facturii (energii şi puteri maxime pe tarife) pentru sisteme de tarifare definite de utilizator.
8. Informaţii generale.Acest tip de raport oferă posibilitatea monitorizării unui grup de contoare prin actualizarea continuă a următoarelor mărimi:- puterea pe ultimul interval;- indexul de la ultima citire;- energia orară la data/ora selectată;- indexul la data/ora selectată;
9. Informaţii detaliate.Acest raport prezintă toate informaţiile disponibile despre un contor: parametri programaţi (constante), date de facturare curente şi de autocitire, contori de evenimente.
10. Topologie.Topologia sistemului se poate afişa sub forma unor multe pagini HTLM care conţin imagini. Prin intermediul lor se pot obţine direct informaţii detaliate despre contoare.
** Numai pentru contoarele Alpha Power+
65
11. Prognoze.Acest tip de raport oferă o predicţie a consumului de energie pentru perioada următoare sub forma unor rapoarte tabelare sau grafice cu rezoluţii de o oră sau o zi. Algoritmul de previzionare este bazat pe o reţea neuronală care necesită antrenament pe un set de date anterior colectate.
12. Jurnale de evenimente.Sistemul stochează date privind evoluţia stării sale în jurnale de evenimente. Pe baza acestor date stocate se pot genera rapoarte privind:- evenimentele de comunicaţie- întreruperile de tensiune- schimbarea stării contoarelor- evenimente privind calitatea energiei- accesul utilizatorilor
8.3. Reducerea consumurilor de energie electrică la iluminatul exterior
Pentru cazul specific al oraşelor din România, nu se pune problema reducerii consumului de energie electrică pentru sistemele de iluminat ci a găsirii unor soluţii eficiente care să realizeze un iluminat economic, în condiţii de confort acceptabil din punct de vedere cantitativ şi calitativ.
În acest sens pot fi luate în consideraţie următoarele două aspecte principale: utilizarea surselor noi şi cu eficienţă luminoasă ridicată, în special prin introducerea largă a
lămpilor cu vapori de sodiu de joasă şi înaltă presiune în locul celor cu vapori de mercur de înaltă presiune; pentru zone cu cerinţe reduse de redare a culorilor (parcări, tunele subterane), pe plan internaţional, se utilizează din ce în ce mai frecvent lampa cu vapori cu sodiu de joasă presiune; pentru sistemele uniform distribuite, lampa cu vapori de sodiu şi balon opal asigură cea mai bună repartiţie a intensităţilor luminoase; pentru sistemele concentrate, lampa cu vapori de sodiu tubulară (cu flux luminos mai mare decât cea cu balon opal) constituie o soluţie eficientă;
reproiectarea sistemelor de iluminat poate conduce la reducerea consumului de energie
electrică, fără a afecta confortul vizual; în acest sens, realizarea unui sistem de iluminat secţionat
66
poate determina reduceri importante ale consumurilor de energie electrică; reducerea nivelului de
luminanţă (iluminare) odată cu scăderea traficului este o soluţie care trebuie avută în vedere încă
din faza de proiectare astfel încât să se asigure condiţii acceptabile în cazul unui trafic redus.
Utilizarea programelor de calcul specializate permite analiza unui mare număr de variante şi
surse de iluminat pentru a obţine un sistem de iluminat care să determine consumuri energetice
raţionale fără a afecta confortul vizual.
Înlocuirea directă a surselor eficiente în instalaţiile actuale (înlocuirea directă a lămpilor
LVF cu cele LPN, fără modificarea instalaţiei de iluminat), metodă încă utilizată în România,
conduce la creşterea nivelului de iluminare, dar nu determină o soluţie optimă nici din punctul de
vedere al consumurilor energetice şi nici din punct de vedere luminotehnic.
Reducerea nivelului de iluminare în scopul reducerii consumului total de energie electrică
determină costuri mult mai mari ca urmare a accidentelor suplimentare.
Iluminatul public modern contribuie la realizarea unor condiţii adecvate desfăşurării activităţilor umane în centrele urbane şi rurale, precum şi o importantă reducere a numărului de accidente şi agresiuni asupra persoanelor.
Nivelul de iluminare recomandat este stabilit pe baza unor studii tehnico-economice comparând costul instalaţiei de iluminat şi pierderile indirecte datorate accidentelor şi agresiunilor pe timp de noapte. Reducerea nivelului de iluminare sub valorile recomandate determină o creştere rapidă a pierderilor indirecte. Astfel încât, economia de energie electrică necesară sistemelor de iluminat nu se poate obţine prin reducerea nivelului de iluminare ci numai prin utilizarea de instalaţii de iluminat performante, cu o plasare optimă a surselor de lumină.
Pot fi obţinute economii importante în consumul de energie electrică prin realizarea unui iluminat adaptabil traficului (reducerea nivelului de iluminat pe intervalul 0…5 al nopţii) şi nivelului de iluminat natural.
Lucrările de reabilitare şi extindere a sistemelor de iluminat în oraşe din România au pus în evidenţă faptul că înlocuirea instalaţiilor actuale de iluminat stradal cu instalaţii performante este justificată şi economic, realizându-se o recuperare a investiţiei, pe baza economiei de energie electrică şi fără a lua în consideraţie pierderile indirecte, în (1,1…2) ani.
Aducerea instalaţiilor actuale de iluminat public la nivelul standardelor internaţionale va determina o creştere a consumului total de energie electrică. Acest lucru impune reanalizarea schemelor de alimentare cu energie electrică şi adoptarea de măsuri pentru limitarea perturbaţiilor (armonici, nesimetrii) determinate de sistemele moderne de iluminat, în reţeaua electrică de alimentare.
8.4. Limitarea perturbaţiilor introduse în reţeaua electrică de alimentare
67
Managementul iluminării digitale cu dispozitivele de control DALI
Fig 8.7 Managementul iluminarii digitale
Conceptul unic de comfortDIM asigură un sistem flexibil, prietenos ce poate fi cu uşurinţă extins.
Structura „ Multi – Master” aleasă cu câteva dispozitive de control furnizează soluţia perfectă pentru punerea în aplicare.
Interfaţa DALI standard descrie o comunicare digitală compatibilă între dispozitivele de control pentru iluminare.DALI oferă posibilitatea de control asupra a 64 de dispozitive ce sunt accesate individual si care pot fi impartite liber in 16 grupuri de iluminat cu 16 programe de iluminare.
TridonicADCO a dezvoltat standardul DALI în conjuncţie cu alţi producători importanţi de balast. Standardul unificat garantează compatibilitatea şi asigură dezvoltarea iluminării în viitor.
Avantajele sistemului digital comformDIM- Toate corpurile de iluminat primesc cu precizie acelaşi semnal digital liber de
interferenţă - Legătura standard se face prin cinci fire;- Accesare individuală la cele 64 de dispozitive de control DALI (PCA EXCEL one4all,
TE-DC one4all, TE one4all, LED 0025 K211…)- Informaţia de stare poate fi obţinută prin utilizarea dispozitivelor de control DALI.
Soluţia eficientă pentru iluminat
DALI admite ca 64 de dispozitive să fie accesate individual prin intermediul unei magistrale de date constituita din două fire. Balasturile pot fi împărţite in 16 grupe, fiecare dintre balasturi fiind capabil de a realiza 16 programe de iluminare diferite.
ComfortDIM face ca procesul de proiectare a sistemului DALI să fie simplu şi direct.
68
Grupurile de iluminare pot fi comutate folosind modulele de control DALI-GC. Releul DALI RM este folosit pentru controlul proceselor de comutaţie DALI, de exemplu
pentru motoare la mersul în gol sau iluminat cu descărcări.z
Module de control comfort DIM
- sistem de control pentru două grupuri DALI folosind comanda standard pentru a face conectarea simplă sau dublă.
- accesează echipamentul DALI- resetarea şi programarea a patru programe de iluminat DALI folosind comanda standard
pentru a face conectările.- dimensionarea si comutarea grupurilor- resetarea şi programarea modurilor de iluminat- accesează echipamentul DALI- aplicatie specifică utilizatorului la panoul de comandă
Dispozitive de control DALIPCA EXCEL universal
69
Sunt complet digitale, balasturi electronice pentru dimensionarea lămpilor fluorescente. Controlul digital al iluminării permite adaptarea acestuia la sensibilitatea ochiului cu 1%, 3% sau 10% până la 100% din fluxul luminos.Combină 4 facilităţi de control unice utilizând aceleaşi terminale. Cea mai simplă conectare a sistemului de control se face cu butonul DIM, controlul luminii constante se realizează cu SMART, interferenţă liberă şi control precis se face utilizând semnale DSI sau prin accesare indivuală a controlului cu DALI (interfaţă de iluminare cu accesare digitală).Managementul lămpii, complet electronic şi comunicarea digitală sunt realizate având în vedere ASIC (aplicaţie specifică circuitelor integrate). Fluxul luminos este constant indiferent de fluctuatiile tensiunii.(198 - 254 V). Încălzirea începe în 0,6 s sau 1.5 s minimizând dimensiunile carcasei lămpii. Temperatura de lucru este situată între –25oC şi 60oC. Stabil la mersul în gol şi protejat la scurtcircuite, contiuu protejat împotriva supratensiunilor de peste 280 V. Folosit în instalaţiile de iluminat pentru urgenţă, evitând deconectarea lampii în cazul unei căderi cu un re-start automat imediat ce lampa este înlocuită.
PCA EXCEL universal 120/277 V
Sunt complet digitale, balasturi electronice pentru dimensionarea lămpilor fluorescente. Tensiunile de alimentare sunt de 120 V şi 277 V. Controlul digital al iluminării permite adaptarea acestuia la sensibilitatea ochiului cu 1%, 3% până la 100% din fluxul luminos.Caracterizat de o interfaţă liberâ, controlul precis prin semnale DSI sau control prin accesare individuală DALI. Managementul lămpii, complet electronic şi comunicarea digitală sunt realizate având în vedere ASIC (aplicaţie specifică circuitelor integrate). Fluxul luminos este constant indiferent de fluctuatiile tensiunii.(198 - 254 V). Încălzirea începe în 0,6 s sau 1.5 s minimizând dimensiunile carcasei lămpii. Deconectare de siguranţă a lămpii în cazul defectării acesteia până la înlocuire.
70
CONCLUZII FINALE
71
Pentru proiectarea sistemului de iluminat stradal pentru arii urbane am folosit un program care este proprietatea Luxten Lighting S.A. Programul poate calcula mai multe dispuneri, selectând optimul tehnico-economic dintre acestea, ceea ce reprezintă obţinerea de performanţe luminotehnice conforme cu standardele internaţionale la costuri minime.
În urma procesului de optimizare, pentru o stradă cu o lungime de 2 km cu traffic intens şi luminoasă am obţinut spaţierea între stâlpi de 25m, înălţimea stâlpului de 9m, înclinarea corpului de 50 şi distanţa de la bordură la corp de 1m, pentru o dispunere a stâlpilor intercalată.
Am utilizat un corp de iluminat IEP 2/21 ST 250W aparţinând Departamentului Iluminat Public de la Luxten Lighting, utilizând o lampă cu descărcări în vapori de sodiu.
Caracteristicile de calitate obţinute sunt o luminanţă medie de 3,34cd/m2, un indice de prag TI(%) de 8,09% mai mic decât 10%(valoarea maximă admisă), o neuniformitate generală de 0,53 mai mare decât 0,4 (valoarea admisă pentru U0), coeficienţii de vecinătate SR de 0,45 pe dreapta drumului şi 0,42 pe stânga drumului, ambii coeficienţi mai mici decât 0,5 (valoarea maximă admisă).
La dimensionarea cablurilor la joasă tensiune am utilizat conductoare din aluminiu cu izolaţie PVC, pozate în pământ la 200C. După efectuarea calculului tehnico-economic am obţinut o secţiune a conductoarelor de 25 mm2, în situaţia în care alimentarea stâlpilor de pe fiecare parte a străzii se face din ambele capete ale acesteia, evitând apariţia unor căderi de tensiune ce depăşesc valoarea admisibilă (Uad=3%).
Pentru a evita, la întreruperea unei faze, deconectarea tuturor lămpilor, toate cele trei faze alimentează alternativ, stâlpii de pe aceeaşi parte a străzii.
În ceea ce priveşte limitarea perturbaţiilor, managementul iluminării cu dispozitive de control DALI mi s-a părut cel mai interesant.dintre dispozitivele de control DALI, cele mai utilizate sunt PCA EXCEL universal şi PCA EXCEL universal 120/277V.ambele dispozitive permit controlul digital al iluminării, menţin un flux luminos constantindiferent de fluctuaţiile tensiunii, menţin stabilitatea la mersul în gol şi protecţia la scurtcircuite şi permit deconectarea de siguranţă a lămpii în cazul defectării acesteia până la înlociure.
Pentru asigurarea unui iluminat efficient se utilizează mijloace de bază, şi anume:utilizarea de scheme de iluminat (surse de lumină, ballast, sisteme de alimentare) şi utlizarea eficientă a energiei electrice şi mijloace secundare, cum ar fi: corpuri de iluminat performante, controlul fluxului luminos (înlocuirea lămpilor uzate, întreţinerea surselor), nivel de iluminat adaptat.
Aducerea instalaţiilor actuale de iluminat public la nivelul standardelor internaţionale va determina o creştere a consumului total de energie electrică.
Sistemele de contorizare aparţin ABB şi sunt caracterizate printr-o înaltă fiabilitate şi o durată mare de funcţionare. Sistemul este orientat pe citirea contoarelor din familia de contoare electronice trifazate Alpha. Ele realizează măsurarea cu precizie a energiei şi puterii, memorarea energiei şi puterii măsurate, detectarea şi memorarea evenimentelor, tranzitarea la distanţă a datelor memorate.
Bibliografie
72
[1] Bianchi C. ş.a. Sisteme de iluminat interior şi exterior, Matrix Rom, Bucureşti, 1998.[2] *** CIE Guide on interior lighting, nr.29/2, 1986.[3] Bianchi C. ş.a., Sisteme de iluminat interior şi exterior. Concepţie. Calcul. Soluţii, Editura Matrix, Bucureşti, 1998.[4] *** Zumtobel Staff Luxmatte – Light Management, 1997[5] *** Normativ de proiectare, execuţie “Iluminatul artificial pentru interiorul clădirilor” Universitatea Tehnică de Construcţii, Bucureşti, 2002.[6] Moroldo D., Iluminatul urban. Aspecte fundamentale, soluţii şi calculul sistemelor de iluminat, Editura Matrix, Bucureşti, 1999.[7] *** Recommendations for the lighting of roads for motor and pedestrian tarffic, Technical Report, CIE 115 - 1995.[8] *** Guide to the lighting of urban areas, Technical Report, CIE 136 – 2000.[9] Pop F. Ghidul centrului de ingineria iluminatului. Managementul energiei. Costurile iluminatului, Editura Mediamira, Cluj
Napoca, 2000.
73