CAPITOLUL  1 – PROBLEME GENERALE ALE SURSELOR ELECTRICE

1.1 Evoluţia surselor electrice de lumină

Sursele electrice de lumină sunt acelea la care emisiunea luminoasă se obţine cu ajutorul energiei electrice . Clasificarea surselor electrice de lumină se poate face după mai multe criterii:

- mecanismul radiaţiei luminoase (surse cu incandescenţă , surse cu descărcări electrice surse cu arc) ;

- temperatura de culoare a sursei luminoase ;- culoarea luminii emise (surse de lumină albă, surse de lumina

colorată) ;- puterea electrică ;- tensiunea de alimentare ;- natura mediului în care are loc descărcarea ( în cazul surselor cu

descărcări în gaze) ;- destinaţie şi utilizare.

În anul 1801 Davy H. a pus în evidenţă existenţa efectului luminos al curentului electric în gaze. În anul 1802 Petrov V. V. emite ideea folosirii luminii radiate de către arcul electric în scop de iluminat . Un pas important în introducerea arcului electric pentru iluminat se face în anii 1877-1878 când Iablocikov P.N. construieşte prima lampă cu arc stabil. Pentru a crea radiaţii luminoase, Jobart A. a emis în 1838 ideea de a folosi incandescenţa în vid a unui baston subţire de cărbune. Prima lampă cu incandescenţă cu filament din cărbune a fost construită de către Hebell în anul 1846, iar ulterior Lodîghin A.N. a perfecţionat-o dându-i şi primele utilizări practice. În anul 1879 Edison Th. A. construieşte lampa cu filament de cărbune, cu vid în interiorul balonului şi de asemenea rezolvă problema alimentării mai multor lămpi electrice de o sursa centrală de energie electrică. În anul 1890 Lodîghin A.N. construieşte lampa cu filament din wolfram. Auser K . realizează lampa cu filament iar în 1905 Halece realizează filamentul din tamtal. În anul 1851 Hittorf J .W. şi ulterior Geiseler H. pe baza experienţelor efectuate, au indicat posibilitatea de a obţine radiaţii luminoase folosind descărcarea electrică în gaze. În anul 1893, Moor utilizează pentru iluminat tuburi cu descărcare electrică în gaze. Au apărut tuburile fluorescente cu electrozi calzi şi reci, care s-au utilizat in anul 1938 la iluminatul oraşelor San Francisco si New York.

1

La noi în ţară în anul 1882 s-a folosit în Bucureşti iluminatul electric cu incandescenţa, iar la 1 noiembrie 1884, în oraşul Timişoara, s-au introdus lămpile cu arc electric în iluminatul public. În ultimii ani s-au obtinut realizări valoroase prin care se perfecţionează sursele electrice de lumină. De asemenea se efectuează cercetări prin creearea de noi surse cu performanţe superioare. În acest, sens literatura de specialitate, prezintă lămpile cu xenon, lămpile cu incandescenţă cu halogeni, lămpile atomice, panourile electroluminescente. Puterile unitare ale lămpilor fabricate în mod curent au atins 20 kw ceea ce permite iluminarea în condiţii economice a obiectelor de suprafaţă mare : aeroporturi, stadioane, pieţe, şantiere etc.

1.2 Probleme generale ale iluminatului

Fotometrie Lumina este radiaţia electromagnetică capabilă să producă prin intermediul organului vizual (ochiul) o senzaţie vizuală. Radiaţiile vizibile sau luminoase aranjate în ordinea lungimilor de undă determină spectrul radiaţilor vizibile, cuprins aproximativ între λ=0,4µm şi λ= 0,76µm(violet, albastru, verde, galben, portocaliu, roşu). Lumina este caracterizată prin marimi energetice şi fotometrice. Fiecărei mărimi energetice îi corespunde o mărime fotometrică. Mărimile fotometrice sunt mărimi fizico-fiziologice. Ochiul omenesc nu este la fel de sensibil pentru radiaţiile din spectrul vizibil. Cosiderând radiaţii de aceleşi flux energetic, în intervalul λ= 0,4-0,76µm exista o radiatie de o anumita lungime de unda λ = 0,556 µm faţa de care sensibilitatea ochiului este maxima in condiţiile regimului de vedere diurn. Pentru fiecare observator se poate trasa curba eficacităţii luminoase relative spectrale care este diferită pentru regimul de vedere diurn. În cazul unor situaţii intermediare vederea se numeşte mezopică, iar curbele corespunzătoare sunt intermdiare între cele doua curbe extreme . Determinarile efectuate pentru un număr mare de observatori, au permis definirea observatorului fotometric de referinţă.

2

1.3 Mărimi şi unităţi fotometrice utilizate în tehnica iluminatului

a. Fluxul luminos Fluxul luminos reprezintă fluxul de energie radiantă evalut după senzatia vizuală pe care o produce. Legătura dintre fluxul luminos Ф(w) şi fluxul de energie radiantăe(w) se realizează prin curba eficacităţii luminoase relative spectrale.

b.Intensitatea luminoasă Intensitatea luminoasă I a unei surse punctiforme de lumină într-o direcţie dată este raportul dintre fluxul luminos elementar dФ emis într-un unghi solid elementar din jurul direcţiei considerate şi acel unghi solid elementar dΩ1 .

I =

Unitatea de intensitate luminoasă este candela şi corespunzător relaţiei

avem 1 cd = . Candela este a şasea unitate fundamentală în Sistemul

International de unităţi alături de : m, kg, s, A şi k. Mărimea fundamentală în fotometrie este fluxul luminos. Deoarece realizarea unui etalon de flux luminos este dificilă, s-a ales mărimea fundamentală în sistemul SI o mărime derivată, intensitatea luminoasă, a cărei etalon s-a putut realiza experimental în condiţi bune. Dacă fluxul luminos emis de sursă este uniform repartizat în unghiul solid Ω, intensitatea luminoasă a sursei respective este aceeaşi ca valoare oricare ar fi direcţia considerată în interiorul unghiului solid Ω . Se scrie relaţia

I =

c. Luminanţa Luminanţa L este mărimea fotometrică percepută direct de ochi şi se referă atât la suprafeţele surselor de lumină cât şi la suprafeţele illuminate. Unitatea de luminanţă este nitul (nt) sau candela pe metru pătrat

1 nt = ( ).

3

d. Iluminarea Iluminarea E a unei suprafeţe într-un punct al său este raportul dintre fluxul luminos d primit de o suprafaţă elementară din jurul acelui punct şi acea suprafaţă elementara dS2 .

E =

Uniatea de iluminare este luxul (lx) şi corespunzător relaţiei avem

1 lx =

Dacă fluxul luminos Ф este uniform repartizat pe suprafaţa S2 iluminarea suprafeţei are valoarea

E =

e.Eficacietate luminoasă Eficacietate luminoasă e1 a unei surse de lumină este raportul dintre fluxul luminos emis şi puterea consumată de sursă.

Unitatea de măsură a eficacităţii luminoase este lumenul pe watt ( ),

definit ca eficacitatea luminoasă a unei surse care emite un flux luminos de un lumen, pentru o putere consumată de un watt.

f. Fluxul luminos incident Fluxul luminos incident i care cade asupra unui corp, într-un caz general, se împarte în trei părţi : o parte este reflectată de suprafaţa corpului r , alta este absorbită de corp a , şi a treia este transmisa prin corp t,

r + a+ t = i

4

este factorul de reflexie ;

factorul de absorbţie ;

factorul de transmisie .

Acesti trei factori variaza cu lungimea de unda λ si cu temperatura absoluta T a corpului. Ca urmare relatia se poate scrie :

rλ, T + aλ , T + tλ , T = 1

Pentru a caracteriza variatia factorului de reflexie, de absortie si de transmisie cu lungimea de unda se foloseşte denumirea de factor spectral de reflexie, de absortie si de transmisie. Corpurile pot reflecta sau transmite o radiaţie luminoasă în mod direct sau regulat (unei raze incidente îi corespunde o singură rază reflectata sau refractată ) şi în mod difuz (razele sunt reflectate sau refractate în mai multe direcţii ). La reflexia şi transmisia mixtă factorul fotometric de reflexie are doua componente . Valoarea inversa a factorului de transmisie reprezinta opacitatea :

o =

CAPITOLUL 2 – SURSE ŞI CORPURI DE ILUMINAT

2.1 CLASIFICAREA CORPURILOR DE ILUMINAT

5

Energia electrică se transformă în energie luminoasă prin:- aducerea unui corp la incandescenţă. Astfel de surse se numesc

surse incandescente;- realizarea unei descărcări electrice într-un mediu gazos sau cu

vapori metalici. Astfel de surse se numesc surse cu descărcări în gaze (sau vapori metalici);

- folosirea proprietăţii de fluorescenţă a unor corpuri. Aceste surse se numesc surse fluorescente.Prin sursă de lumină se înţelege dispozitivul care, legat la reţeaua

electrică (direct sau prin intermediul unor elemente auxiliare), produce radiaţii luminoase. Aceste surse de lumină sunt cunoscute sub denumirea de lămpi electrice sau tuburi luminoase. Sursele de lumină nu se folosesc ca atare deoarece au fluxul luminos dirijat în toate direcţiile, nu au rezistenţă la lovituri, nu sunt izolate electric, şi atinse, pot provoca accidente. Ele sunt utilizate montate în corpuri de iluminat. Acestea sunt aparate ce au rolul:

- de a susţine sursa de lumină şi de a-i oferi protecţie la lovituri;- de a asigura sursei o distribuţie convenabilă a fluxului luminos;- de a asigura alimentarea cu energie electrică a sursei şi de a realiza

izolarea electrică a acesteia faţă de mediu.

2.2 SURSE DE LUMINĂ FLUORESCENTE DE JOASĂ PRESIUNE (TUBURI LUMINOASE)

Acestea sunt sursele care folosesc fenomenul de fluorescenţă propriu unor substanţe denumite luminofori. Acest fenomen constă în transformarea radiaţiilor invizibile (ultraviolete) în radiaţii vizibile. Luminoforul se aplică pe faţa interioară a unui tub în care se produc descărcări electrice în vapori de mercur. În figura 3.1 se indică modul de legare la reţea a unei lămpi fluorescente tubulare (presiunea vaporilor de mercur este foarte mică: 3-10 mm Hg; de aceea se mai numesc şi lămpi fluorescente de joasă presiune). Lampa fluorescentă T are doi electrozi E1 şi E2 executaţi sub formă de filament. De aceea lampa are patru borne, câte două pentru fiecare dintre electrozi. În serie cu electrozii se leagă balastul B (bobină) şi un dispozitiv numit starter ST. Tubul luminos T, balastul B şi starterul ST se află montate în corpul de iluminat fluorescent CI. Legarea la reţea se efectuează, în rest, ca pentru o sursă incandescentă, utilizându-se un întrerupător I. Starterul ST şi balastul B asigură aprinderea lămpii. După aceea, curentul trece prin tub, scurtcircuitând starterul. Balastul ajută în continuare la funcţionarea stabilă a lămpii. Condensatorul C are rolul de a îmbunătăţi factorul de putere (cos φ) al lămpii.

Stratul fluorescent se poate executa după câteva reţete care permit obţinerea unor nuanţe diferite pentru culoarea luminii emise de lămpi. De aceea, înlocuirea unei lămpi trebuie să se facă cu o lampă de aceeaşi “culoare”, aceasta fiind specificată fie prin denumire, fie printr-un simbol. Aceste nuanţe de culori sunt: alb lumina zilei corectat (simbol 1x), alb (2), alb superior (2x), alb cald (3) şi alb cald superior (3x).

6

Fig.2.1 Schema de legare la reţea a unei lămpi fluorescente de joasă presiune:

1- contactele electrodului; 2- electrod din filament; 3- lopăţică 4-tubul de sticlă; 5- luminoforul; 6- material de umplutură şi izolare electrică; 7- izolator

2.3 CORPURI DE ILUMINAT PENTRU LĂMPI FLUORESCENTE DE JOASĂ PRESIUNE

Aceste corpuri de ilumiat se execută într-o gamă largă de sortimente şi încep să fie mult utilizate în prezent datorită avantajelor mari pe care le au lămpile fluorescente, în comparaţie cu cele cu incandescenţă. Corpurile fluorescente sunt indicate prin simboluri compuse din litere, fiecare cu semnificaţia ei: F – corp de iluminat fluorescent, I – pentru interior, R – cu reflector (din tablă), D – cu dispersor (din material plastic - stiplex), G – cu grătar difuzant, A – pentru montaj aparent, I – pentru montaj îngropat (un al doilea I), S – pentru montaj suspendat, SI – pentru montaj semiîngropat, P – protejat contra umidităţii şi prafului.

Simbolurile sunt însoţite şi de două numere: primul număr indică varianta de fabricaţie (01, 02 etc.) şi al doilea număr, format din trei cifre, indică:

- prin prima cifră numărul de lămpi din corpul de iluminat;

- prin celelate două puterea nominală a unei lămpi.

Exemplu.. FIA – 01 – 240. Corpul FIA (fluorescent pentru interior, montaj aparent), varianta 1, este echipat cu două lămpi de 40 W.

7

De multe ori în notaţie se indică şi culoarea lămpilor FIA – 01 – 240/2x.

În cazul în care într-un corp se află mai multe lămpi fluorescente, fiecare dintre acestea se va lega la reţea după modelul indicat în figura 3.1, fiecărei lămpi corespunzându-i un balast şi un starter.

Se mai utilizează următoarele montaje de legare la reţea:- montajul duo (fig. 3.3), unde balastul B1 este o reactanţă inductivă,

iar balastul B2 este o reactanţă capacitivă. În acest fel factorul de putere al montajului este aproximativ 1;

- montajul tandem (fig. 3.2) pentru două lămpi de 20 W (T1 şi T2) care utilizează în comun un balast (B) de 40 W;

- montajul fără starter (fig. 3.4) utilizat pentru lămpile de 40 W montate în corpurile etanşe FIPA şi FIPRA.

Fig. 2.2 Montaj tandem

8

Fig. 2.3 Montajul duo

Fig. 2.4 Montaj fără starter (pentru aprindere rapidă)

CAPITOLUL 3

9

Lămpi electrice cu incandescenţă normale

3.1 Lămpile electrice cu incandescenţă

La lămpile electrice cu incandescenţa emisiunea luminoasă se produce prin încălzirea cu ajutorul curentului electric, a unui filament de wolfram la o temperatură cuprinsă între 2000-3000 grade C. Temperatura de topire a wolframului 3665 grade K. Lampa normală cu incandescenţă este compusă dintr-un balon de sticlă, sudat de suportul de sticlă. În interiorul suportului de sticlă se află un tub deschis la partea superioară. Tubul se închide la partea sa inferioară după ce s-a făcut vidul necesar în balon, sau după ce balonul a fost umplut cu gaz inert. Bastanaşul de sticlă este sudat la partea superioară a suportului de sticlă. Electrozii sunt confectionaţi din cupru, dacă în balonul de sticlă este vid, sau nichel, dacă în balon s-a introdus gaz inert. De cei doi electrozi sunt fixate capetele filamentelor de wolfram, care este susţinut de mai multe cârlige de molibden încastrate în discul de sticlă fixat la capătul superior al bastonaşului.La extremitatea inferioară a balonului se fixează, cu ajutorul unui chit special, soclul, care poate fi cu filet Edison sau baionetă. Lămpile se fixează în dulii prin înşurubare, cele de tip Edison, cu ajutorul a două unor ştifturi, cele de tip baionetă. Alimentarea cu energie electrică a duliei, pentru a micşora pericolul de electrocutare la atingerea filetului duliei, se face astfel ăncât polul de pe filet al duliei să fie legat la conductorul de nul. Eficacitatea luminoasă a lămpilor cu incandescenţă normale este proportională cu puterea a cincea a temperaturii filamentului filamentului. Ca urmare este important ca filamentul să fie încalzit la o temperatură cât mai ridicată, aceasta fiind şi avantajul culorii care odată cu creşterea temperaturii se modifică de la galben spre alb. Mărirea temperaturii filamentului cauzează creşterea vitezei de volatizare a metalului din care este confecţionat filamentul ceea ce reduce durata de funcţionare a lămpii ; în acelaşi timp prin condensarea pe pereţii balonului a metalului evaporat, balonul se înnegreşte şi fluxul luminos al lămpii scade. Pentru a reduce volatizarea filamentului de wolfram încălzit la o anumită temperatură, balonul lămpii se umple cu gaz inert amestec azot-argon sau kripton-xenon. Pentru a micşora înnegrirea balonului lămpilor cu v+id, se introduc în balon, odată cu suspensia de fosfor roşu utilizată pentru a absorbi urmele de gaze active rămase după efectuarea vidului şi halogenuri care transormă depunerea de wolfram în substanţe mai transparente. În timpul funcţionării lămpilor de putere mică temperatura filamentului de wolfram este de 2100 grade C, faţă de 2300-2500 grad C la lămpile de 40-1000 W.

10

Componentele unei lămpi cu incandescenţă sunt : 1 – balon de sticlă 2 – suportul de sticlă 3 – tub de sticlă 4 – bastonaşul de sticlă 5a – electrozi 5b - suportul electrozilor 5c – porţiune de cupru 6 – filament din wolfram 7 - carlige de molibden 8 – disc de sticlă 9 – soclu cu filet de tip Edison 10 – soclu cu filet de tip baionetă 11 – ştifturi

11

Pentru a mări eficacitatea luminoasă, prin reducerea pierderilor termice, filamentul se spiralează.

Principalele caracteristici ale lămpilor cu incandescenţă sunt urmatoarele:

a. În funcţie de tipul lămpii o parte redusă din energia absorbită 7-13% este radiată în domeniul vizibil,ceea ce determină valori mici ale eficacităţii luminoase. Restul energiei corespunde radiaţilor invizibile 68-86% şi pierderilor termice 7-12%

b. Durata de funcţionare pentru lămpi normale este, în medie 1000 ore. Aceasta reprezintă durata de funcţionare utilă a lămpii evaluată prin timpul de funcţionate până în momentul în care fluxul luminos emis de lampă scade la 80% din valoare iniţială. Pentru unele lămpi speciale , la care temperatura filamentului este mai ridicata-lămpi de proiectoare, durata de funcţionare este de 20-100 ore. Lămpile electrice cu incandescenţă de uz general, caracterizate printr-o eficacitate luminoasă mai redusă sunt fabricate pentru o durată medie de funcionare de 2500 ore.

c. Funcţionarea lămpii nu este influenţată de temperatura mediului ambient.

d. Balonul lămpilor cu incandescenţă poate avea diferite forme: pară, sfera, ciupercă, picatură, lumânare etc. În timpul funcţionării lămpii ,balonul de sticlă se încalzeşte astfel că în funcţie de puterea lămpii există zone în care temperatura balonului atinge valori de peste 150 grade C.

e. Variaţii mici ale tensiunii de alimentare U produc variaţii mari ale fluxului luminos ф, eficaciţatii luminoase e1 ,puterii absorbite P si mai ales ale duratei de funcţionare .

f. Culoarea luminii emise este gălbuie şi poate fi modificată în mică masură prin schimbarea temperaturii filamentului. Utilizându-se baloane colorate se modifcă culoarea luminii, însă scade eficacitatea luminoasă.

g. Conectarea lămpilor cu incandescenţa la reţeaua de alimentare se face direct, fară aparate auxiliare.

h. Lămpile electrice cu incandescenţă se caracterizează prin tensiune şi putere nominală, flux luminos, dimensiuni geometrice, tipul soclului, forma şi felul balonului, felul spiralei filamentului, destinaţia.

12

3.2 Lămpile electrice cu incandescenţă cu ciclu de Iod.

Pentru a micşora volatilizarea filamentului de wolfram în cazul creşterii temperaturii de funcţionare a filamentului efectuată pentru a mării această incandescenţa cu substanţe halogene(Fl ,Cr ,Br si mai ales Iod). Dacă se adaugă o cantitate determinată de halogen în interiorul lămpii, în condiţii date de temperatură, este posibil să ia naştere între substanţa halogena şi wolfram un ciclu regenerator. La temperatură relativ joasă a peretelui lămpii,dar peste 250grade C, substanţa halogenă se combină cu wolfram şi dă naştere unei halogenurii de wolfram. De exempu, în cazul lampii cu Iod se formează iodura de wolfram. Iodura de wolfram este volatile şi umple întreg balonul lămpii, ajungând şi în apropierea filamentului incandescent. La temperatura filamentului, în jur de 3000grade C, iodura de wolfram se descompune eliberand wolframul mertalic ce se depune pe filament. Substantă halogenă ramane libera pentru o nouă reacţie. Lămpile electrice cu incandescenţa cu ciclu regenerator au o durată finite de funcţionare, deoarece ciclu regenerator nu se desfasoare.

13

CAPITOLUL 4 N.T.S.M SPECIFICE LUCRĂRII

Pentru evitarea accidentelor prin electrocutare, este necesară eliminarea posibilităţii de trecere a unui curent periculos prin corpul omului.

Măsurile, amenajările şi mijloacele de protecţie trebuie să fie cunoscute de către tot personalul muncitor din toate domeniile de activitate.

Principalele măsuri de prevenire a electrocutării la locurile de muncă sunt: Asigurarea inaccesibilităţii elementelor care fac parte din circuitele

electrice si care se realizează prin:o amplasarea conductoarelor electrice, chiar izolate, precum şi a unor

echipamente electrice, la o inălţime inaccesibila pentru om. Astfel, normele prevăd ca înălţimea minimă la care se pozează orice fel de conductor electric să fie de 4m, la traversarea parţilor carosabile de 6m, iar acolo unde se manipulează materiale sau piese cu un gabarit mai mare, această înălţime să depăşească cu 2.25m gabaritele respective;

o Izolarea electrică a conductoarelor;o Folosirea carcaselor de protecţie legate la pământ;o Ingradirea cu plase metalice sau cu tăblii perforate, respectându-se

distanţa impusă până la elementele sub tensiune. Folosirea tensiunilor reduse (de 12, 24, 36V) pentru lămpile şi sculele

electrice portative. Sculele şi lămpile portative care funcţionează la tensiune redusă se alimentează la un transformator coborâtor. Deoarece există pericolul inversării bornelor este bine ca atât distanţa picioruşelor fişelor de 12, 24 si 36V, cât şi grosimea acestor picioruşe, să fie mai mari decat cele ale fişelor obişnuite de 120, 220 si 380 V, pentru a evita posibilitatea inversării lor.

La utilizarea uneltelor şi lămpilor portative alimentate electric, sunt obligatorii:

o verificarea atentă a uneltei, a fixării sculei înainte de începerea lucrului;

o evitarea răsucirii sau a încolăcirii cablului de alimentare în timpul lucrului şi a deplasării muncitorului, pentru menţinerea bunei stări a izolaţiei;

o menajarea cablului de legătură în timpul mutării uneltei dintr-un loc de muncă în altul, pentru a nu fi solicitat prin intindere sau răsucire; unealta nu va fi purtată ţinându-se de acest cablu;

o evitarea trecerii cablului de alimentare peste drumurile de acces şi în locurile de depozitare a materialelor; dacă acest lucru nu poate fi evitat, cablul va fi protejat prin îngropare, acoperire cu scânduri sau suspendare;

o interzicerea reparării sau remedierii defectelor în timpul funcţionării motorului sau lăsarea fără supraveghere a uneltei conectate la reţeaua electrică.

14

Folosirea mijloacelor individuale de protecţie şi mijloacelor de avertizare. Mijloacele de protecţie individuală se întrebuinţează de către electricieni pentru prevenirea electrocutării prin atingere directă şi pot fi împărţite în două categorii: principale şi auxiliare.Mijloacele principale de protecţie constau din: tije electroizolante, cleşti

izolanţi şi scule cu mânere izolante. Izolaţia acestor mijloace suportă tensiunea de regim a instalaţiei în condiţii sigure; cu ajutorul lor este permisă atingerea părţilor conductoare de curent aflate sub tensiune.Mijloacele auxiliare de protecţie constau din: echipament de protecţie (mânuşi, cizme, galoşi electroizolanţi), covoraşe de cauciuc, platforme si grătare cu picioruşe electroizolante din porţelan etc.

15

Bibliografie

,, Utilizări ale energiei electrice ” vol. 1 – autori Braşovan Mihai şi Şora Ioan , Litografia IPT 1971

,, Instalaţii si echipamente electrice ” – manual cls XI–XII , Nicolae Mira şi Constantin Neguşi, editura EDP Bucureşti ,, Maşini electrice şi acţionări ” – Dr. Ing. N. Bojan – E.D.P Bucureşti – 1989

,, Norme de protecţia muncii pentru instalaţii electrice ” – Ediţia a IV a ICEMENERG 1976

16

17