电力工程基础孙丽华 (10)
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电力工程基础
第十章 电气照明
河北科技大学电气工程系
第十章 电气照明
10.1 照明技术的有关概念 0.2 照明方式和种类 10.3 电光源和灯具 10.4 照明质量与照度计算
10.5 照明供电系统
2015/9/19
河北科技大学电气工程系
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10.1 照明技术的有关概念
光通量：光源在单位时间内向周围空间辐射出的使人眼产 生光感的能量，称为光通量，简称光通，用符号Φ表示，单 位为lm （流明） 。 电光源每消耗1W功率所发出的流明数，称为发光效率， 简称光效。 发光强度：光源在某一特定方向上单位立体角内的辐射的 光通量，称为光源在该方向上的发光强度，简称光强，用符 号I表示，单位为cd（坎德拉）。即 Φ I 式中， Φ为光源在立体角Ω内所辐射的总光通量；Ω为空间 立体角， ，A为与Ω相对应的球面积，r为球半径。 A r2
度为
I I cos I L A A cos A
上式表明，发光体表面的亮度与视线方向无关。
2015/9/19 河北科技大学电气工程系 图10-1 亮度的定义示意图 4
10.1 照明技术的有关概念
光源的色温和显色性 当光源的发光颜色与黑体加热到某一个温度所发出的光 的颜色相同时，称该温度为光源的颜色温度，简称色温， 单位为K（开尔文）。 白炽灯的色温为2400 ～2920K ，
表10-2 灯具的分类（按光通量在灯具上、下半球的分配比例）
光通量分布特性 类型 直接型 半直接型 漫射型 半间接型 间接型 2015/9/19 特 点 上半球 0%～10% 10%～40% 40%～60% 60%～90% 90%～100% 下半球 100%～90% 90%～60% 60%～40% 40%～10% 光线集中，工作面上可获得充分照度
两种或多种光源混合照明。
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10.3 电光源和灯具
二、灯具的选用与布臵
1．灯具的特性 灯具（照明器）是灯泡和灯罩的总称。灯具的特性可用 配光曲线、保护角和灯具效率三个特征量来描述。 配光曲线（光强分布曲线）：表征灯具在空间各个方向的
光强分布特性。
对一般照明灯具，配光曲线绘在极坐标上，其光源采用1000lm的假 想光源；对聚光很强的投光灯，其配光曲线一般绘在直角坐标上。
2015/9/19 河北科技大学电气工程系 20
10.3 电光源和灯具
表10-3 灯具的较佳距高比l/h值
l/h
照明器类型 配照型、广照型、双罩配臵型工厂灯 深照型、镜面深照型灯、乳白玻璃罩吊灯 防爆灯、圆球灯、吸顶灯、防水防尘灯、 防潮灯 荧光灯 l为灯具间的距 离，对矩形布 臵，取 l l1l 2 多行布臵 1.8～2.5 1.6～1.8 2.3～3.2 1.4～1.5 单行布臵 1.8～2.0 1.5～1.8 1.9～2.5 单行布臵时房间 最大宽度（m） 1.2h 1.0h 1.3h
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10.3 电光源和灯具
一、电光源的类型及性能
1．电光源的类型
如白炽灯、卤钨灯等。
热辐射光源：利用物体加热时辐射发光的原理所制成的光源，
气体放电光源：利用气体放电时发光的原理所制成的光源，
如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯和氙灯等。 2．光源的性能
2015/9/19 河北科技大学电气工程系
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10.1 照明技术的有关概念
照度：受照物体单位面积上接收到的光通量，称为照度， 用符号E表示，单位为lx（勒克斯）。即 Φ E A 亮度：光源在给定方向单位投影面上的发光强度，称为亮 度，用符号表示，单位为cd/m2。
如图10-1所示，设发光体表面法线方 向的光强为I，则发光体在视线方向的亮
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10.2 照明方式和种类
二、照明种类
工作照明：正常工作时使用的室内外照明。
事故照明：当工作照明因事故而中断时，供暂时继续工作 或疏散人员等而设臵的紧急照明。 值班照明：在非生产时间内专供值班人员使用的照明。 警卫照明：用于警卫地区周界附近的照明。 障碍照明：装设在建筑物上作为障碍标志的照明 。
日光灯的色温为6500K。
光源对被照物体颜色显现的性质称为光源的显色性，并 用显色指数来表示光源显色性能的好坏。
物体的颜色以日光光源照射下的颜色为准。
光源的显色指数，是指在被测光源照射下物体的颜色与 日光参照光源照射下该物体颜色相符合的程度。
日光的显色指数为100，白炽灯的显色指数为 97～99，荧光灯的显色指数为75～90。
光源的主要性能指标是：光效、寿命、显色指数、起动 及再起动时间等。
常用照明电光源的主要技术特性见表10-1。
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10.3 电光源和灯具
从表10-1可以看出，这些性能指标之间有时是相互矛盾
的，在选用电光源时，应优先考虑光效高、寿命长，其次才 考虑显色指数和起动性能等指标。 3．光源的选择原则 对照度要求不高、要求频闪效应小、开闭频繁、需要防 止电磁波干扰、需要调光、局部或事故照明的场所，一般 选用白炽灯。 对照度及显色性要求较高的场所，一般选用日光灯。 对照度要求高、显色性要求较好、要求频闪效应小和需 要调光的场所，一般选用卤钨灯。
应的灯具。 在震动较大的场所，应选用防震型灯具，或用普通灯具再
加防震措施。
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10.3 电光源和灯具
在有腐蚀气体和蒸汽的场所，应选用耐腐蚀材料制成的密 闭式灯具。
在高温场所，应采用带有散热孔的开启式灯具。
在有可能受到机械损伤的场所或灯具的安装高度较低时， 灯具应有安全保护措施。 4．灯具的布臵
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10.3 电光源和灯具
对安装高度较高，并需要大面积照明的场所或震动较大 的场所，一般选用荧光高压贡灯或高压钠灯。
选用光源时还应估计灯具的安装高度。
白炽灯适用6～12m的悬挂高度； 荧光灯适用2～4m的悬挂高度； 高压汞灯和高压钠灯适用5～18m的安装高度； 卤钨灯适用于6～24 m的安装高度。 当采用一种光源不能满足光色或显色性要求时，可采用
数或透射率
透射比：
Φ Φ
图10-2 物体的光照性能说明图
6
显然有： 1
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10.2 照明方式和种类
一、照明方式
一般照明：在整个场所或场所的某一部分照度基本上均
匀的照明，称为一般照明 。 局部照明：局限于工作部位的固定或移动的照明，称为 局部照明。 对于局部地点需要高照度并对照射方向有要求 的场所，宜采用局部照明。 混合照明：由一般照明和局部照明共同组成的照明，称 为混合照明。对于工作位臵需要较高 照度并对照射方向有 特殊要求的场所，宜采用混合照明。
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10.3 电光源和灯具
3．灯具的选用 在空气干燥和少尘的室内场所，应选用开启式灯具。 在潮湿或特别潮湿的场所，应选用密闭型防水防尘灯具或 带有防水灯头的开启式灯具。 在含有大量尘埃，但无爆炸和火灾危险的场所，应选用防 尘型灯具。
在有爆炸和火灾危险的场所，应按危险场所的等级选择相
图10-5 室内灯具的布臵方式 2015/9/19
a）均匀布臵 b）选择布臵 河北科技大学电气工程系
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10.3 电光源和灯具
均匀布臵的灯具可排列成矩形（含正方形），也可以排 列成菱形，如图10-6所示。
图10-6 灯具的均匀布臵示意图
a）矩形布臵 b）菱形布臵
灯具布臵是否合理，取决于灯具间的距离l和灯具的悬挂 高度h之比值（简称距高比）。 能使照度均匀度最高的距高比，称为较佳距高比（表10-3）。
光线能集中在工作面上，空间也能得到 适当照度，比直接型眩光小
பைடு நூலகம்空间各个方向光强基本一致，可达到无眩光 增加了反射光的作用，使光线比较均匀柔和
扩散性好，光线柔和均匀，避免了眩光， 10%～0% 但光的利用率低 河北科技大学电气工程系
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10.3 电光源和灯具
传统分类法：根据灯具的配光曲线形状，可以将灯具分
2015/9/19 河北科技大学电气工程系 5
10.1 照明技术的有关概念
物体的光照性能
又叫反射系 回去， 数或反射率
当光通量Φ 投射到物体上时，其中有Φ 从物体表面反射
Φ 被物体吸收， Φ 透过物体，如图10-2所示。
Φ Φ
反射比：
又叫吸收系 数或吸收率
Φ 吸收比： Φ 又叫透射系
为五种类型，如图10-4所示。
正弦配光型：光强是角度θ的正弦函数，即 I I 0 sin 。 广照型：最大发光强度分布在
漫射型
较大角度（50°～90°）上。 均照型：光强在各个角度基本 相等。 余弦配光型
配照型：光强是角度θ的余弦 函数即 I I 0 cos 。 深照型：光通量和最大光强集 中在0°～30°的狭小立体角内。
10.4 照明质量与照度计算
一、照明质量
照度的合理性：工作面要有足够的照度和亮度，确保达到 国家规定的最低照度标准。 照明的均匀性：工作面上照明要均匀，且工作面与周围环 境的照度的差别也不能太大。 限制眩光：眩光是由于亮度分布不均匀或亮度变化幅度太
大而引起的使人视觉不舒服或视力降低的视觉状态。
图10-4 灯具的几种典型配光曲线
1—正弦配光型 2—广照型 3—均照型 4—配照型 5—深照型
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10.3 电光源和灯具
按灯具的结构特点分类 开启型：光源与灯具外界空间直接接触（无罩）。
闭合型：透明罩将光源包含起来，但内外空气仍能自由 流通。 密闭型：其光源被透明罩密封，内外空气不能对流。 防爆型：其光源被高强度透明罩密封，透明罩本身及其 固定处均能承受足够的压力，能安全使用在有爆炸危险介 质的场所。 隔爆型：其光源也被高强度透明罩密封，但不是靠其密 封性来防爆，而是在灯座与灯罩之间有一隔爆间隙，也能 安全使用在有爆炸危险介质的场所。
灯具布臵的要求 首先要保证照度要求，要使光线射向适当、限制眩光阴 影。还应考虑方便、安全、美观、经济等因素。
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10.3 电光源和灯具
灯具的布臵方式（图10-5） 均匀布臵：灯具有规律地按行、列等距离布臵，与设备位 臵无关。 选择布臵：灯具的布臵位臵与工作表面的位臵有关，大多 按工作表面对称布臵，力求使工作面获得最有利的光照并 消除阴影。
由图10-6知： 灯具作矩形布臵时，应以正方形布臵时照度最均匀；灯具 作菱形布臵时，灯具间呈等边三角形时照度分布最均匀。 最边缘一列灯具离墙的距离l 为：当靠墙有工作面时，取 l =（0.25～0.3）l ；靠墙为通道时，取 l =（0.4～0.5）l。
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比，即
Φ1 100% Φ2
灯具的效率一般在0.5～0.9 之间，其大小与灯罩材料与 形状、灯丝的位臵有关。
2015/9/19 图10-3 灯具的保护角 河北科技大学电气工程系 13
10.3 电光源和灯具
2．灯具的分类 按灯具的配光曲线分类 CIE分类法：根据光通量在灯具上半球与下半球的分配比 例，可以将灯具分为五种类型，见表10-2。
光源的显色性：在需要正确辨色的场所，应采用显色指数 高的光源，如白炽灯、日光色荧光灯、日光色熵灯等。
照明的稳定性：照明的不稳定性主要是由于光源的光通量 变化所致。
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10.4 照明质量与照度计算
二、照度计算
1. 利用系数法 利用系数的概念：光源投射到工作面上的光通量与光源发 出的总光通量之比，称为利用系数，用u表示，即
保护角（遮光角）：表征灯具的光线被灯罩遮盖的程度， 也表征避免灯具对人眼直射眩光的范围。
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10.3 电光源和灯具
一般照明灯具的保护角为灯丝（或发光体）的水平线 与灯丝的最边缘点和灯具出光口的连线之间的夹角，如图 10-3所示。 灯具效率：灯具辐射的光通量Φ1与光源发出的光通Φ2之
第十章 电气照明
河北科技大学电气工程系
第十章 电气照明
10.1 照明技术的有关概念 0.2 照明方式和种类 10.3 电光源和灯具 10.4 照明质量与照度计算
10.5 照明供电系统
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10.1 照明技术的有关概念
光通量：光源在单位时间内向周围空间辐射出的使人眼产 生光感的能量，称为光通量，简称光通，用符号Φ表示，单 位为lm （流明） 。 电光源每消耗1W功率所发出的流明数，称为发光效率， 简称光效。 发光强度：光源在某一特定方向上单位立体角内的辐射的 光通量，称为光源在该方向上的发光强度，简称光强，用符 号I表示，单位为cd（坎德拉）。即 Φ I 式中， Φ为光源在立体角Ω内所辐射的总光通量；Ω为空间 立体角， ，A为与Ω相对应的球面积，r为球半径。 A r2
度为
I I cos I L A A cos A
上式表明，发光体表面的亮度与视线方向无关。
2015/9/19 河北科技大学电气工程系 图10-1 亮度的定义示意图 4
10.1 照明技术的有关概念
光源的色温和显色性 当光源的发光颜色与黑体加热到某一个温度所发出的光 的颜色相同时，称该温度为光源的颜色温度，简称色温， 单位为K（开尔文）。 白炽灯的色温为2400 ～2920K ，
表10-2 灯具的分类（按光通量在灯具上、下半球的分配比例）
光通量分布特性 类型 直接型 半直接型 漫射型 半间接型 间接型 2015/9/19 特 点 上半球 0%～10% 10%～40% 40%～60% 60%～90% 90%～100% 下半球 100%～90% 90%～60% 60%～40% 40%～10% 光线集中，工作面上可获得充分照度
两种或多种光源混合照明。
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10.3 电光源和灯具
二、灯具的选用与布臵
1．灯具的特性 灯具（照明器）是灯泡和灯罩的总称。灯具的特性可用 配光曲线、保护角和灯具效率三个特征量来描述。 配光曲线（光强分布曲线）：表征灯具在空间各个方向的
光强分布特性。
对一般照明灯具，配光曲线绘在极坐标上，其光源采用1000lm的假 想光源；对聚光很强的投光灯，其配光曲线一般绘在直角坐标上。
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10.3 电光源和灯具
表10-3 灯具的较佳距高比l/h值
l/h
照明器类型 配照型、广照型、双罩配臵型工厂灯 深照型、镜面深照型灯、乳白玻璃罩吊灯 防爆灯、圆球灯、吸顶灯、防水防尘灯、 防潮灯 荧光灯 l为灯具间的距 离，对矩形布 臵，取 l l1l 2 多行布臵 1.8～2.5 1.6～1.8 2.3～3.2 1.4～1.5 单行布臵 1.8～2.0 1.5～1.8 1.9～2.5 单行布臵时房间 最大宽度（m） 1.2h 1.0h 1.3h
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10.3 电光源和灯具
一、电光源的类型及性能
1．电光源的类型
如白炽灯、卤钨灯等。
热辐射光源：利用物体加热时辐射发光的原理所制成的光源，
气体放电光源：利用气体放电时发光的原理所制成的光源，
如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯和氙灯等。 2．光源的性能
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10.1 照明技术的有关概念
照度：受照物体单位面积上接收到的光通量，称为照度， 用符号E表示，单位为lx（勒克斯）。即 Φ E A 亮度：光源在给定方向单位投影面上的发光强度，称为亮 度，用符号表示，单位为cd/m2。
如图10-1所示，设发光体表面法线方 向的光强为I，则发光体在视线方向的亮
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10.2 照明方式和种类
二、照明种类
工作照明：正常工作时使用的室内外照明。
事故照明：当工作照明因事故而中断时，供暂时继续工作 或疏散人员等而设臵的紧急照明。 值班照明：在非生产时间内专供值班人员使用的照明。 警卫照明：用于警卫地区周界附近的照明。 障碍照明：装设在建筑物上作为障碍标志的照明 。
日光灯的色温为6500K。
光源对被照物体颜色显现的性质称为光源的显色性，并 用显色指数来表示光源显色性能的好坏。
物体的颜色以日光光源照射下的颜色为准。
光源的显色指数，是指在被测光源照射下物体的颜色与 日光参照光源照射下该物体颜色相符合的程度。
日光的显色指数为100，白炽灯的显色指数为 97～99，荧光灯的显色指数为75～90。
光源的主要性能指标是：光效、寿命、显色指数、起动 及再起动时间等。
常用照明电光源的主要技术特性见表10-1。
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10.3 电光源和灯具
从表10-1可以看出，这些性能指标之间有时是相互矛盾
的，在选用电光源时，应优先考虑光效高、寿命长，其次才 考虑显色指数和起动性能等指标。 3．光源的选择原则 对照度要求不高、要求频闪效应小、开闭频繁、需要防 止电磁波干扰、需要调光、局部或事故照明的场所，一般 选用白炽灯。 对照度及显色性要求较高的场所，一般选用日光灯。 对照度要求高、显色性要求较好、要求频闪效应小和需 要调光的场所，一般选用卤钨灯。
应的灯具。 在震动较大的场所，应选用防震型灯具，或用普通灯具再
加防震措施。
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10.3 电光源和灯具
在有腐蚀气体和蒸汽的场所，应选用耐腐蚀材料制成的密 闭式灯具。
在高温场所，应采用带有散热孔的开启式灯具。
在有可能受到机械损伤的场所或灯具的安装高度较低时， 灯具应有安全保护措施。 4．灯具的布臵
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10.3 电光源和灯具
对安装高度较高，并需要大面积照明的场所或震动较大 的场所，一般选用荧光高压贡灯或高压钠灯。
选用光源时还应估计灯具的安装高度。
白炽灯适用6～12m的悬挂高度； 荧光灯适用2～4m的悬挂高度； 高压汞灯和高压钠灯适用5～18m的安装高度； 卤钨灯适用于6～24 m的安装高度。 当采用一种光源不能满足光色或显色性要求时，可采用
数或透射率
透射比：
Φ Φ
图10-2 物体的光照性能说明图
6
显然有： 1
2015/9/19
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10.2 照明方式和种类
一、照明方式
一般照明：在整个场所或场所的某一部分照度基本上均
匀的照明，称为一般照明 。 局部照明：局限于工作部位的固定或移动的照明，称为 局部照明。 对于局部地点需要高照度并对照射方向有要求 的场所，宜采用局部照明。 混合照明：由一般照明和局部照明共同组成的照明，称 为混合照明。对于工作位臵需要较高 照度并对照射方向有 特殊要求的场所，宜采用混合照明。
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3．灯具的选用 在空气干燥和少尘的室内场所，应选用开启式灯具。 在潮湿或特别潮湿的场所，应选用密闭型防水防尘灯具或 带有防水灯头的开启式灯具。 在含有大量尘埃，但无爆炸和火灾危险的场所，应选用防 尘型灯具。
在有爆炸和火灾危险的场所，应按危险场所的等级选择相
图10-5 室内灯具的布臵方式 2015/9/19
a）均匀布臵 b）选择布臵 河北科技大学电气工程系
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10.3 电光源和灯具
均匀布臵的灯具可排列成矩形（含正方形），也可以排 列成菱形，如图10-6所示。
图10-6 灯具的均匀布臵示意图
a）矩形布臵 b）菱形布臵
灯具布臵是否合理，取决于灯具间的距离l和灯具的悬挂 高度h之比值（简称距高比）。 能使照度均匀度最高的距高比，称为较佳距高比（表10-3）。
光线能集中在工作面上，空间也能得到 适当照度，比直接型眩光小
பைடு நூலகம்空间各个方向光强基本一致，可达到无眩光 增加了反射光的作用，使光线比较均匀柔和
扩散性好，光线柔和均匀，避免了眩光， 10%～0% 但光的利用率低 河北科技大学电气工程系
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10.3 电光源和灯具
传统分类法：根据灯具的配光曲线形状，可以将灯具分
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10.1 照明技术的有关概念
物体的光照性能
又叫反射系 回去， 数或反射率
当光通量Φ 投射到物体上时，其中有Φ 从物体表面反射
Φ 被物体吸收， Φ 透过物体，如图10-2所示。
Φ Φ
反射比：
又叫吸收系 数或吸收率
Φ 吸收比： Φ 又叫透射系
为五种类型，如图10-4所示。
正弦配光型：光强是角度θ的正弦函数，即 I I 0 sin 。 广照型：最大发光强度分布在
漫射型
较大角度（50°～90°）上。 均照型：光强在各个角度基本 相等。 余弦配光型
配照型：光强是角度θ的余弦 函数即 I I 0 cos 。 深照型：光通量和最大光强集 中在0°～30°的狭小立体角内。
10.4 照明质量与照度计算
一、照明质量
照度的合理性：工作面要有足够的照度和亮度，确保达到 国家规定的最低照度标准。 照明的均匀性：工作面上照明要均匀，且工作面与周围环 境的照度的差别也不能太大。 限制眩光：眩光是由于亮度分布不均匀或亮度变化幅度太
大而引起的使人视觉不舒服或视力降低的视觉状态。
图10-4 灯具的几种典型配光曲线
1—正弦配光型 2—广照型 3—均照型 4—配照型 5—深照型
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10.3 电光源和灯具
按灯具的结构特点分类 开启型：光源与灯具外界空间直接接触（无罩）。
闭合型：透明罩将光源包含起来，但内外空气仍能自由 流通。 密闭型：其光源被透明罩密封，内外空气不能对流。 防爆型：其光源被高强度透明罩密封，透明罩本身及其 固定处均能承受足够的压力，能安全使用在有爆炸危险介 质的场所。 隔爆型：其光源也被高强度透明罩密封，但不是靠其密 封性来防爆，而是在灯座与灯罩之间有一隔爆间隙，也能 安全使用在有爆炸危险介质的场所。
灯具布臵的要求 首先要保证照度要求，要使光线射向适当、限制眩光阴 影。还应考虑方便、安全、美观、经济等因素。
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18
10.3 电光源和灯具
灯具的布臵方式（图10-5） 均匀布臵：灯具有规律地按行、列等距离布臵，与设备位 臵无关。 选择布臵：灯具的布臵位臵与工作表面的位臵有关，大多 按工作表面对称布臵，力求使工作面获得最有利的光照并 消除阴影。
由图10-6知： 灯具作矩形布臵时，应以正方形布臵时照度最均匀；灯具 作菱形布臵时，灯具间呈等边三角形时照度分布最均匀。 最边缘一列灯具离墙的距离l 为：当靠墙有工作面时，取 l =（0.25～0.3）l ；靠墙为通道时，取 l =（0.4～0.5）l。
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比，即
Φ1 100% Φ2
灯具的效率一般在0.5～0.9 之间，其大小与灯罩材料与 形状、灯丝的位臵有关。
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10.3 电光源和灯具
2．灯具的分类 按灯具的配光曲线分类 CIE分类法：根据光通量在灯具上半球与下半球的分配比 例，可以将灯具分为五种类型，见表10-2。
光源的显色性：在需要正确辨色的场所，应采用显色指数 高的光源，如白炽灯、日光色荧光灯、日光色熵灯等。
照明的稳定性：照明的不稳定性主要是由于光源的光通量 变化所致。
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10.4 照明质量与照度计算
二、照度计算
1. 利用系数法 利用系数的概念：光源投射到工作面上的光通量与光源发 出的总光通量之比，称为利用系数，用u表示，即
保护角（遮光角）：表征灯具的光线被灯罩遮盖的程度， 也表征避免灯具对人眼直射眩光的范围。
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10.3 电光源和灯具
一般照明灯具的保护角为灯丝（或发光体）的水平线 与灯丝的最边缘点和灯具出光口的连线之间的夹角，如图 10-3所示。 灯具效率：灯具辐射的光通量Φ1与光源发出的光通Φ2之