Вступ
Освітлення має важливе гігієнічне значення. Добре освітлення створює сприятливі умови для життя і діяльності людини. Освітлення впливає не лише на функціонування зорового апарату, тобто визначає зорову працездатність, але і на психіку людини, її емоційний стан. Дослідниками накопичена значна кількість даних по біологічній дії видимого світла на організм. Встановлено, що світло, окрім забезпечення зорового сприйняття, впливає через нервову оптіко-вегетатівну систему на ендокринну систему, систему формування імунного захисту, зростання і розвиток організму та впливає на багато основних процесів життєдіяльності, регулюючи обмін речовин і стійкість до дії несприятливих чинників довкілля.
Актуальність роботи
Тривалий час найбільш масовим джерелом світла були лампи розжарювання, що володіють рядом позитивних якостей, але в той же час мають і вельми істотні недоліки – дуже низьку економічність і малий термін служби. Вимога економного споживання електроенергії призвела до необхідності використання високоефективних газорозрядних джерел світла. При цьому довелось зіткнутися з негативною реакцією людини на освітлення. Справа у тому, що при зміні напруги на лампі по синусоїдальному закону створюється пульсація освітленості лампи. При цьому в лампі відбувається перетворення електричної потужності в світлову. Електрична потужність визначається квадратом напруги. Якщо напруга має синусоїдальну форму, то квадрат напруги має постійну складову і змінну складову – косинусоїду подвійної частоти. Таким чином, якщо на лампу подається напруга частотою 50 Гц, то пульсація освітленості складає 100 Гц.
Пульсація ламп безпосередньо діє на людину, викликаючи у неї стомленість, що веде до зниження продуктивності праці, а це, в свою чергу, призводить до зниження прибутку підприємства.
Мета і завдання досліджень
Тривалий час контроль освітлення робочих місць виконувався формально і, як правило, лише по одному параметру – рівню освітленості, а пульсація світлового потоку контролю не піддавалася. Надалі допустимість пульсацій стала оцінюватися за допомогою коефіцієнта пульсації. Проте цей показник не є універсальним, оскільки він не враховує форму і частоту кривої освітленості.
Метою роботи є розробка універсального показника електромагнітної сумісності ламп по дозі пульсації, встановлення залежності продуктивності праці від дози пульсації і оцінювання економічної ефективності енергозберігаючих ламп.
Практична і наукова новизна
Передбачувана наукова новизна полягає в оцінці впливу пульсацій освітленості ламп різного типу на продуктивність праці людини.
Планований практичний результат полягає в оцінці ефективності енергозберігаючих ламп по дозі пульсації.
Результати
В [1] встановлені норми на коефіцієнт пульсації, проте цей показник не дає об'єктивної оцінки негативних наслідків пульсації, оскільки враховує лише діапазон миттєвих значень освітленості без врахування її форми і частоти. Тому виконаємо перехід від коефіцієнта пульсації до універсального показника – дози пульсації по формулі [2]:
PSп=0,1Кп (1)
Для III розряду робіт високої точності в [1] допускається пульсація 15 %. В цьому випадку допустима доза пульсації дорівнює 1,5. Норма для останніх розрядів від IV до VIII (від середньої точності до постійного спостереження за ходом виробничого процесу) однакова і складає 20 %. Відповідно допустиме значення дози дорівнює 2.
Соответственно допустимое значение дозы равно 2.
Умова:
PSп≤PSп' (2)
визначає технічні вимоги до ЕМС по пульсації: якщо вона порушується, пульсації мають бути зменшені до допустимого рівня.
Проте навіть при виконанні нерівності (2) зменшення пульсації може виявитися доцільним за умовами продуктивності праці і здоров'я людини. Проведення експериментальних досліджень по встановленню залежностей відповідних показників ЕМС від дози пульсації в завдання роботи не входить, у зв'язку з чим скористаємося даними, отриманими іншими дослідниками.
Дослідженням продуктивності за різних умов пульсації займалася велика кількість вчених, як наприклад: Кроль Ц.Е., Черніловськая Ф.М., Масекене К.С., Самсонова В.Г., Іванова В.П., Мурашева М.А., Райцельський Л.А. [3-7] та ін. Приведемо таблицю, в якій представлена залежність продуктивності праці при різних дозах і частотах пульсації, що взята з [7]:
Таблиця 1 – Продуктивність праці при різних дозах і частотах пульсації
Розряд, E, лк |
Пп,% |
λ, Гц |
PSп |
1 |
2 |
3 |
4 |
II, 500 |
97,1 |
300 |
0,167 |
93,4 |
200 |
0,55 |
92,5 |
100 |
2,7 |
VII, 300 |
99,3 |
300 |
0,167 |
98,4 |
200 |
0,55 |
97,1 |
100 |
2,7 |
Залежність продуктивності праці від дози пульсації представимо на рис. 1:
Рисунок 1 – Залежності продуктивності праці від дози пульсації для розрядів зорової роботи: 1 – I і II, 2 – від IV до VII, 3 – III (анімація: виконана в GIF-аніматорі, кількість кадрів – 7, кількість повторів – 5, об'єм – 5 кб)
На рис. 1 залежності представлені у вигляді кусково-лінійних функцій. Виконаємо їх апроксимацію безперервними функціями у вигляді суми двох експонент і однієї постійної. Отримаємо:
Для I і II розрядів зорової роботи:
Рисунок 2 – Залежності продуктивності праці від дози пульсації для I і II розрядів зорової роботи
Для III розряду зорової роботи:
Рисунок 3 – Залежності продуктивності праці від дози пульсації для III розряду зорової роботи
Для IV – VII розрядів зорової роботи:
Рисунок 4 – Залежності продуктивності праці від дози пульсації для IV – VII розряду зорової роботи
Підставивши в отримані формули допустимі значення доз 1; 1,5 і 2, знайдемо, що при виконанні технічної вимоги (2) зменшення продуктивності складає: 6,79% – для розрядів I і II; 4,59 % – для розряду III і 2,5 % – для розрядів IV-VII. Ці цифри свідчать про те, що у багатьох випадках, особливо для розрядів I-III, виконання норм ще не свідчить про прийнятність пульсації за економічними показниками.
Дози пульсації розраховуються по графіках освітленості (або світлового потоку), що виражені у в.о. Оскільки пульсація є періодичним процесом, то доцільно використовувати розкладання в ряд Фур'є. У завданні обчислення доз пульсації враховувати фазу гармонік не потрібно.
Знайдемо коефіцієнти ряду Фур'є за формулами:
где n – кількість точок ряду;
p – номер точки;
ep(t) – залежність освітленості від часу, лк;
k – номер гармоніки;
w – кутова частота, c-1;
t – час, с.
Амплітуда k-го гармонійного коливання:
Діюче значення k -ої гармоніки в % по відношенню до Enom:
Визначаємо дозу пульсації:
Порядок обробки осцилограм освітленості ламп і розрахунку доз пульсації проілюструємо на прикладі ЛР 60 Вт(Україна). У дослідах використовувався осцилограф RECON з кроком квантування 0,00005 с. Враховуються перші 20 гармонік. По осцилограмі (рис. 5) розраховуються діючі значення гармонік (стовпець 6 табл. 2).
Рисунок 5 – Осцилограма освітленості ЛР 60 Вт (Україна)
Таблиця 2 – До розрахунку дози пульсації освітленості від ЛР
m |
λ, Гц |
Bk |
Ck |
Ekmax,лк |
Ек,% |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
100 |
-31,81 |
1,73 |
31,86 |
8,24 |
2 |
200 |
-3,473 |
1,036 |
3,62 |
0,94 |
3 |
300 |
0,65 |
2,54 |
2,62 |
0,68 |
4 |
400 |
0,089 |
2,94 |
2,94 |
0,76 |
5 |
500 |
-0,14 |
2,72 |
2,72 |
0,7 |
6 |
600 |
0,109 |
2,68 |
2,68 |
0,69 |
7 |
700 |
0,052 |
2,72 |
2,72 |
0,7 |
8 |
800 |
-0,026 |
2,76 |
2,76 |
0,71 |
9 |
900 |
0,013 |
2,67 |
2,67 |
0,69 |
10 |
1000 |
0,0096 |
2,68 |
2,68 |
0,69 |
11 |
1100 |
-0,02 |
2,73 |
2,73 |
0,71 |
12 |
1200 |
0,0081 |
2,73 |
2,73 |
0,71 |
13 |
1300 |
0,016 |
2,64 |
2,64 |
0,68 |
14 |
1400 |
-0,053 |
2,7 |
2,7 |
0,7 |
15 |
1500 |
0,037 |
2,67 |
2,67 |
0,69 |
16 |
1600 |
0,034 |
2,67 |
2,67 |
0,69 |
17 |
1700 |
0,023 |
2,68 |
2,68 |
0,69 |
18 |
1800 |
0,019 |
2,67 |
2,67 |
0,69 |
19 |
1900 |
0,019 |
2,7 |
2,7 |
0,7 |
20 |
2000 |
-0,0023 |
2,7 |
2,7 |
0,7 |
Доза пульсації (10) виявилася рівною 1,17. Обчислюємо значення продуктивності праці для різних розрядів зорових робіт і результати заноситься в табл. 3:
Таблиця 3 – Показники ЕМС за пульсацією освітленості
Лампа |
PSп |
ΔПп,% |
I и II |
III |
IV-VIII |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
ЛН |
1,17 |
-7,03 |
-4,63 |
-2,13 |
Таким чином, пульсація, що створюється ЛР, недопустима для зорових робіт I – II і III розрядів.
Аналогічні розрахунки були проведені ще для 12 ламп різних марок і потужностей. Результати зведемо в табл. 4.
Таблиця 4 – Показники ЕМС за пульсацією освітленості
Лампа |
PSп |
ΔПп,% |
I и II |
III |
IV-VIII |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
ЛР 60 Вт (Україна) |
1,17 |
-7,03 |
-4,63 |
-2,13 |
ЛР 60 Вт (Іспанія) |
1,17 |
-7,03 |
-4,63 |
-2,13 |
КЛЛ 20 Вт Maxus |
0,35 |
-5,15 |
-3,26 |
-1,24 |
КЛЛ 32 Вт Maxus |
0,51 |
-5,95 |
-3,8 |
-1,5 |
КЛЛ 46 Вт Maxus |
0,49 |
-5,87 |
-3,74 |
-1,47 |
КЛЛ 13 Вт Osram |
0,65 |
-6,41 |
-4,12 |
-1,69 |
КЛЛ 21 Вт Osram |
1,02 |
-6,94 |
-4,53 |
-2,02 |
КЛЛ 24 Вт Osram |
0,63 |
-6,34 |
-4,07 |
-1,66 |
КЛЛ 11 Вт Phillips |
0,54 |
-6,07 |
-3,88 |
-1,54 |
КЛЛ 20 Вт Phillips |
0,79 |
-6,67 |
-4,31 |
-1,82 |
КЛЛ 15 Вт Shelter |
0,45 |
-5,72 |
-3,64 |
-1,42 |
КЛЛ 20 Вт Sylvania |
0,64 |
-6,37 |
-4,09 |
-1,67 |
Висновки
В якості показника ЕМС за пульсацією освітленості доцільно приймати дозу пульсації, допустимі значення якої дорівнюють 1 для розрядів I і II зорової роботи; 1,5 – для розряду III і 2 – для розрядів IV-VIII. Відповідно замість коефіцієнта пульсації необхідно в [1] ввести дозу пульсації.
Сучасні КЛЛ практично не створюють пульсації освітленості, тому за дозою пульсації вони знаходяться поза конкуренцією з іншими видами ламп.
Техніко-економічну доцільність вживання КЛЛ необхідно обґрунтовувати не лише за споживанням активної потужності, терміну служби і вартості ламп, але і за показниками ЕМС.
Оскільки пульсації загрожують здоров'ю людей, особливо школярів, необхідно, щоб на упаковці лампи вказувався коефіцієнт пульсації або для яких зорових робіт може застосовуватися лампа.
При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення в грудні 2010 р. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.
Література
Державні будівельні норми України. Інженерне обладнання будинків і споруд. Природне і штучне освітлення: ДБН В.2.5.-28-2006. – Київ: Міністерство житлово-комунального господарства України. – Введені в дію 15.05.2006.
Курінний Е.Г. Електромагнітна сумісність. Доза пульсації / Е.Г. Курінний, В.Г. Ленко // Світлотехніка та електроенергетика. – Харків: Харківська нац. академія міського господарства. АН ВШУ, 2005, № 5. – С. 48-53.
IEC 61000-2-6 (1995), Electromagnetic Compatibility. Part 2: Environment. Section 6: Guide to the assessment of the emission levels in the power supply of industrial plants as regards the low-frequency conducted disturbances. Geneva (Switzerland), 1995.
IEC 61000-4-30 (2000), Electromagnetic Compatibility. Part 4-30: Testing and Measurement Techniques-Power Quality Measurement Methods. Basic EMC publication, 2000.
Kourennyi E.G. Электромагнитная совместимость ламп по показателям освещенности / E.G. Kourennyi, V.G. Lenko, D.E. Kourennyi // XXXIV Miedzynarodowa Konferencja: Telecommunication and Safety Systems in Mining. ATI 2006. Sekcji Cybernetyki w Gornictwie KG PAN. – Poland: Szczyrk, 31 May – 2 June 2006. – P. 219-226.
Lamedica R. Harmonic analysis procedures: a comparison between IEEE and IEC guidelines / R. Lamedica, A. Prudenzi, E. Tironi, D. Zaninelli // 8th IEEE International Conference on Harmonics and Quality of Power, Athens, Greece, Oct. 1998. – P. 470-475.
Milic M. Integral Representation of Power in Periodic Nonsinusoidal Steady State on the Concept of Generalized Power / M. Milic. // IEEE Trans. Educations, 1970, 13 p., № 2. – Р. 107-109.
ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – Введ. в Украине с 01.01.2000.
Епанешников М.М. Электрическое освещение / М.М Епанешников. – М.: Энергия, 1973. – 352 с.
Курінний Е.Г. Принцип нормування показників електромагнітної сумісності за дозами / Е.Г. Курінний, О.М. Дмитрієва, О.П. Лютий // Праці Інституту електродинаміки Нац. академії наук України, 2005, № 1 (10). – С. 22-27.
Правила устройства электроустановок. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 640 с.
Про автора |
