Производственное освещение

Действие света на организм человека многообразно. Уровень освещенности оказывает влияние на психические функции и физиологические процессы в организме человека. Хорошее освещение стимулирует активность, предупреждает развитие утомления, повышает работоспособность. Это особенно важно из-за того, что около 80% информации человек получает посредством зрения.

Неправильно организованное освещение рабочих мест и рабочей зоны не только утомляет зрение, но и вызывает утомление всего организма в целом. Неудовлетворительное освещение является причиной примерно 5% несчастных случаев на производстве. При недостаточной освещенности сокращается время ясного видения - время, в течение которого глаз человека сохраняет способность различать рассматриваемый объект.

Важное значение для безопасности труда имеет процесс зрительной адаптации, т.е. приспособления к изменяющимся уровням освещенности. Световая адаптация при переходе к большей яркости происходит довольно быстро - в течение нескольких минут, а приспособление к более низким уровням освещенности (темновая адаптация) - значительно медленнее, в течение 30 мин и более. В процессе адаптации расширяется или сужается зрачок, поэтому частые переходы от одних уровней освещенности к другим приводят к развитию зрительного утомления. Излишняя яркость вызывает временное ослепление. Неравномерное освещение, требующее частой переадаптации глаз, может привести к профессиональным заболеваниям.

Видимый свет характеризуют следующие основные величины.

Световой поток (Ф) - это мощность светового излучения, оцениваемая по световому ощущению нормальным глазом человека. За единицу светового потока принимается люмен (лм). Например, световой поток лампы накаливания мощностью 25 Вт при напряжении 220 В составляет 200 лм.

Сила света I – это отношение светового потока Ф к телесному углу , в пределах которого световой поток распределяется равномерно,

.

За единицу силы света принята международная свеча - кандела (кд), определяемая эталонным источником света.

Освещенность Е - отношение светового потока Ф к площади освещаемой поверхности S

.

Единица освещенности - люкс (лк), лм/м².

Яркость (В) характеризует излучение светящейся или отражающей поверхности в определенном направлении. Эта световая величина непосредственно воспринимается глазом. Численно она равна силе света единицы поверхности:

.

За единицу яркости принята яркость такого источника, который излучает с 1 м² светящейся поверхности силу света в 1 кд.

Контрастом (К) объекта наблюдения и фона называется различие между их яркостями:

,

где В₀ — яркость объекта, Вф — яркость фона; К — оптимальное значение контраста (К= 0,6...0,9).

Световые свойства поверхностей характеризуются, в частности, коэффициентом отражения

,

где Ф_пад — световой поток, падающий на поверхность; Ф_отр — световой поток, отраженный от нее.

В зависимости от источника света производственное освещение может быть: естественное (солнце, или «свет небосвода»), искусственное (электрические источники света), совмещенное, при котором недостаточное естественное освещение дополняется искусственным.

По назначению искусственное освещение делится на рабочее, дежурное, аварийное, эвакуационное и охранное.

Рабочее освещение предназначено для обеспечения нормальной работы в обычных условиях.

Дежурное освещение включается только во внерабочее время.

Аварийное освещение обеспечивает возможность продолжения работы в тех условиях, когда внезапное отключение рабочего освещения может привести к взрыву, пожару, отравлению людей, длительному нарушению технологического процесса, нарушению работы средств связи, электрооборудования и др. Аварийное освещение должно включаться автоматически при отключении источника питания рабочего освещения. При этом часть светильников общего освещения подключается к независимому автономному источнику, например, аккумуляторной установке так, чтобы освещенность на рабочих поверхностях составляла 5 % нормы рабочего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий.

Эвакуационное освещение устраивается в местах для прохода людей и включается при аварийной обстановке, требующей эвакуации людей из опасной зоны. В этом случае светильники должны обеспечивать освещенность в помещении — не менее 0.5 лк, на открытой территории—0.2 лк.

Охранное освещение размещается вдоль границ территории, охраняемой в ночное время.

Естественное освещение создается солнечным светом, который по своему спектральному составу сильно отличается от электрического. Наряду с видимой частью спектра солнечное излучение содержит и невидимую, ультрафиолетовую, оказывающую положительное биологическое воздействие на организм. Естественное освещение характеризуется большим рассеиванием, что благоприятно для зрительной работы. В соответствии с требованием санитарных норм все помещения должны иметь естественное освещение, за исключением производств, где оно нарушает технологический процесс (например, фотолаборатории, шахты).

Естественное освещение зависит от географических условий, времен года и суток, ориентировки здания по сторонам света и др., поэтому его нельзя характеризовать величиной абсолютной освещенности поверхности. Для характеристики используют коэффициент е естественного освещения (к.е.о.) –выраженное в процентах отношение естественной освещенности внутри помещения Е_в к одновременной наружной освещенности Е_н, под открытым небом; Е_н определяется в 13 ч дня при средней облачности:

Наименьшая расчетная освещенность, создаваемая естественным светом в помещении, определяется при наружной освещенности 5000 лк.

Гигиенические нормы для естественного освещения устанавливают

требуемую величину к.е.о. в зависимости от системы освещения, точности работ и географического расположения объекта. По системе устройства естественное освещение бывает верхнее (через световые фонари в кровле), боковое (через окна) и комбинированное (верхнее совместно с боковым),

Точность зрительной работы определяется размерами объекта различения (линия на чертеже, точка, цифра, стрелка на шкале прибора, риска, трещина и пр.). Расстояние от объекта наблюдения до глаза человека принимается 0,35...0,5 м. Работы делятся на разряды, от особо точных до требующих лишь общего наблюдения (табл.3.4.1).

При комбинированном освещении среднее значениек.е.о. составляет от 10% (для особо точных работ) до 1 % (для общего наблюдения), при боковом свете — 3,5...0,25 %.

Наиболее благоприятно освещение при расположении окон на южной стороне. Освещенность увеличивается при светлой окраске стен и потолка благодаря многократному отражению света.

Расчет естественного освещения производится путем определения к.е.о. в различных точках помещения. В результате расчета определяют площади световых проемов (фонарей в кровле и окон) для производственных помещений.

Таблица 3.4.1.

Наименьшие допустимые коэффициенты естественного освещения

			Освещение
Разряд	Характеристика работы	Размеры объекта различения, мм	Верхнее и комбинированное	Боковое
I	Особо точная	0,1 и менее		3,5
II	Высокой точности	0,1...0,3
III	Точная	0,3...1		1,5
IV	Малой точности	1...10
V	Грубая	Более 10		0,5
VI	Общее наблюдение за ходом процесса	—		0,25

Искусственное освещение применяют в тех случаях, когда естественного света в помещении недостаточно. Искусственное освещение может быть общим, местным и комбинированным. Общим называется освещение, при котором осветительные устройства размещают в верхней зоне помещения и равномерно освещают всю площадь, занятую рабочими местами и оборудованием.

Если светильники концентрируют световой поток непосредственно на

рабочие места, то такое освещение называют местным. Комбинированным называют освещение, при котором наряду с общим искусственным освещением используются светильники местного освещения для создания на рабочих местах освещенности более высоких уровней. При этом освещенность рабочей поверхности светильниками общего освещения должна составлять не менее 10% нормируемой.

Оптимальные уровни освещенности рабочих поверхностей с целью обеспечения хороших условий для зрительной работы устанавливают (СНиП, СН 245-71 и ССБТ). Нормированная освещенность определяется точностью зрительной работы, контрастом объекта с фоном, системой освещения и типом источника света.

В зависимости от степени контраста объекта с фоном разряды зрительной работы (табл. 3.4.1) делятся на подразряды. Контраст объекта наблюдения с фоном считается: малым при К <0,2; средним при К = 0,2...0,5 и большим при К >0,5.

Рабочие поверхности, являющиеся фоном, на котором распознается объект, классифицируются по коэффициенту их отражения. Фон считается: темным при коэффициенте отражения света от поверхности <0,2, средним при =0,2...0,4 и светлым при >0,4. Необходимый уровень освещенности тем выше, чем темнее фон, меньше объект различения и контраст объекта с фоном.

Системы комбинированного освещения и газоразрядные источники света позволяют создать более высокую освещенность, чем системы общего освещения и лампы накаливания при одинаковых затратах электроэнергии. Например, при работах очень высокой точности II разряда, с объектом различения 0,15...0,3 мм при газоразрядных источниках света и комбинированном освещении освещенность нормируется от 4000 до 1000 лк в зависимости от сочетания контраста и фона; при лампах накаливания и тех же сочетаниях контраста с фоном — 3000...750 лк. При работах наивысшей точности освещенность нормируется от 5000 до 1500 лк, а при работах малой точности (V разряд) — 300...100лк.

Нормы освещенности в отдельных случаях могут быть повышены на одну ступень по шкале освещенности: при работах с повышенной опасностью травматизма; если объект различения расположен от глаза более чем на 0,5м; если напряженная зрительная работа выполняется в течение всего дня. Уровни освещенности могут быть снижены для производственных помещений, где работающие находятся кратковременно, и где имеется оборудование, не требующее постоянного обслуживания.

Освещенность измеряют люксметром. Он состоит из фотоэлемента и гальванометра. Электродвижущая сила, возникающая в фотоэлементе под воздействием световых лучей, пропорциональна освещенности. Шкала гальванометра отградуирована в люксах.

Искусственное освещение осуществляется с помощью электрических ламп накаливания, галогенных, газоразрядных. Желательно, чтобы спектр искусственного освещения приближался к спектру естественного света, так как спектральный состав света влияет на психофизиологическое состояние человека и ощущение им светового комфорта. Освещение рабочей поверхности разноцветными источниками света вызывает утомление, ухудшает зрительную ориентацию.

Искусственные источники света характеризуются световой отдачей —отношением светового потока источника света к потребляемой им из сети мощности. Световая отдача (лм/Вт) дает представление об экономичности источника света.

Лампа накаливания состоит из стеклянной колбы, заполненной инертным газом (аргоном, криптоном), с вольфрамовой спиральной нитью внутри. Свечение возникает в результате нагрева вольфрамовой нити до высоких температур. Световая отдача ламп накаливания невелика — 20лм/Вт. Срок службы ограничен износом нити накала — не более 1000 ч. Лампа накаливания излучает свет желтых и красных тонов, поэтому, например, она не подходит в качестве дополнительного источника света к недостающему дневному освещению. Для этой цели лучше использовать люминесцентную лампу белого цвета типа ЛБ.

Галогенные лампы накаливания наряду с вольфрамовой нитью содержат в трубке пары того или иного галогена (например, йода), который повышает температуру накала нити и практически исключает испарение. Они обладают более продолжительным сроком службы (2000ч) и более высокой светоотдачей по сравнению с лампами накаливания.

Газоразрядные лампы различают низкого давления (люминесцентные) и высокого давления (ртутно-кварцевые).

Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубчатую колбу, покрытую изнутри светящимся веществом — люминофором. Внутри смонтированы спиральные электроды, служащие источником электронной эмиссии. Колба заполняется аргоном и в нее вводится небольшое количество ртути. Дуговой разряд в парах ртути вызывает свечение люминофора. Люминесцентная лампа обладает значительной световой отдачей (до 750 лм/Вт) и большим сроком службы — до 12000ч. Люминофорное покрытие дает возможность получать свет с любым спектром. В зависимости от состава люминофора и особенностей конструкции различают несколько типов люминесцентных ламп: белого цвета—ЛБ; дневного цвета—ЛД; тепло-белого цвета—ЛТБ; холодного цвета—ЛХБ; дневного цвета правильной цветопередачи — ЛДЦ. Лампы ЛХБ, ЛД и ЛДЦ применяют в случаях, когда работа требует цветоразличения.

К недостаткам люминесцентных ламп можно отнести довольно сложную схему включения, а также малую световую инерцию люминофора. По этой причине световой поток, излучаемый люминофором, пульсирует вслед за изменением переменного тока. Быстрое мелькание света искажает восприятие движущихся и вращающихся объектов: кажется, что они остановились или вращаются в обратную сторону. Это явление называется стробоскопическим эффектом. Чтобы избавиться от пульсации светового потока, люминесцентные лампы включают в сеть со сдвигом фаз (подключают к разным фазам или в схему питания добавляют реактивные сопротивления).

Лампа высокого давления — дуговая ртутная лампа (ДРЛ) состоит из стеклянного баллона, на внутреннюю поверхность которого нанесен слой люминофора. Внутри баллона помещена кварцевая ртутная горелка. При дуговом разряде возникает ультрафиолетовое излучение, которое, проникая через кварцевое стекло горелки, вызывает свечение люминофора; свет излучается фиолетового оттенка. Мощность ламп ДРЛ—до 2000Вт, светоотдача до 55лм/Вт, срок службы—до 10 000ч. Они позволяют создавать большие уровни освещенности, экономичны, применяются в высоких помещениях. Недостаток ламп ДРЛ — искажение цветовосприятия, препятствующее применению их в ряде производств.

Этот недостаток устранен в металлогалогенных лампах — дуговых ртутных лампах высокого давления с исправленной цветностью (ДРИ). В них используются излучения от разрядов в среде щелочных и редкоземельных металлов. Лампы этого типа обладают светоотдачей до 110лм/Вт и сроком службы 2000...5000ч.

Натриевые лампы высокого давления ДНаТ излучают золотисто-белый свет; имеют светоотдачу до 120лм/Вт, продолжительность горения до 10 000ч.

Ксеноновые лампы ДКсТ — самые мощные (до 50 кВт); световая отдача 20...44 лм/Вт, спектр наиболее близок к естественному свету. Эти лампы успешно используются для освещения карьеров, строительных площадок, территорий промышленных предприятий и др. Световые приборы с ксеноновыми лампами типа «Аревик» («Солнце») устанавливаются вместо прожекторов на специальных площадках, мачтах или крышах зданий. При монтаже их используется питающий кабель с высоковольтной изоляцией (обычно ПРГ-6000).

Конструкция светильников предусматривает защиту глаз человека от слепящего действия лампы, обеспечивая необходимый защитный угол для наблюдателя. В зависимости от конструкции светильника световой поток может быть направлен в верхнюю или нижнюю полусферу. Выпускаются и светильники рассеянного света (шар).

По степени защищенности источника света от воздействия окружающей

среды различают светильники: открытые — лампа не отделена от внешней среды; защищенные — лампа отделена оболочкой, допускающей свободный проход воздуха; закрытые — оболочка защищает от проникания внутрь светильника крупной пыли; пыленепроницаемые — оболочка защищает от проникания тонкой пыли; влагозащищенные и взрыво-защищенные.

При проектировании искусственного освещения применяют несколько методов расчета: метод светового потока, точечный, метод удельной мощности. Целью расчета является определение необходимого количества, мощности, типа осветительных приборов, а также их рациональное размещение. При расчете учитывают коэффициент запаса, предусматривающий снижение освещенности в процессе эксплуатации светильников. Значение коэффициента запаса установлено (с учетом регулярной очистки светильников) в пределах 1,3...1,7 при лампах накаливания и 1,5...2 при газоразрядных лампах.

Метод удельной мощности наиболее прост, но и наименее точен, поэтому его применяют для ориентировочных расчетов общего равномерного освещения. Мощность ламп определяют по формуле

,

где — мощность лампы, Вт; Р₀ — удельная мощность, Вт/м² (по справочнику); S — площадь помещения, м²; п — количество светильников.

Освещенность в помещении может уменьшаться из-за загрязнения светильников, поэтому их необходимо периодически очищать от пыли.

При изменениях напряжения в осветительной сети освещенность также меняется. При снижении напряжения резко уменьшается светоотдача ламп, при повышении напряжения быстрее изнашивается нить накала и сокращается срок службы ламп. Поэтому напряжение осветительной сети периодически контролируется со стороны источника питания и у самых отдаленных от него светильников. Допустимые длительные отклонения напряжения не должны превышать +5 и -2,5 % номинального. Замена перегоревших ламп должна производиться при снятом напряжении.

Напряжение электрического тока для питания ламп общего освещения принимается 220 В. В помещениях с повышенной опасностью для общего освещения при высоте подвеса светильников менее 2,5 м, для стационарного местного освещения, а также для переносных светильников принимается напряжение до 42 В. В помещениях, особо опасных принимается напряжение до 42 В, а для местных и переносных светильников — 12В.