Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«Утверждаю»

Проректор по УМР ОмГТУ

Л.О. Штриплинг

«»_ 20_ год

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

«ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ»

(МЕН. Б.2.В.02) для направления подготовки бакалавров 140400.62 «Электроснабжение»

2 1. Цели и задачи дисциплины Дисциплина «Физические основы электрического освещения» относится к естественнонаучным дисциплинам в системе подготовки инженера-электрика.

Место дисциплине в учебном плане специальности 100400.62 определяется тем, что на цели электрического освещения в России расходуется примерно 10 % электрической энергии. Следовательно, дисциплина посвящена изучению одного из основных потребителей электрической энергии, существенно влияющего на экономические показатели электропотребления. Дисциплина тесно связана с вопросами электроснабжения в целом. Рассматриваемые в ней вопросы находят применение в курсовом проектировании по дисциплине «Электроснабжение промышленных предприятий» и в дипломном проектировании.

Основные задачи, решаемые дисциплиной:

1 Ознакомление студентов с теоретическими основами светотехники.

2 Изучение современных источников света и световых приборов.

3 Решение практических инженерных задач по выбору источников света, систем освещения, светильников, норм освещенности.

4 Привитие навыков светотехнических расчетов и расчётов осветительных сетей.

5 Дать представление об экономически обоснованном выборе вариантов осветительных установок.

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Физические основы электрического освещения» входит в вариативную часть «Математического и естественнонаучного цикла» подготовки бакалавров (знания, умения, навыки определяемые ООП вуза, цикл МЕЦ) и относится к дисциплинам и курсам по выбору студента, устанавливаемым вузом Студент, начинающий изучение дисциплины «Физические основы электрического освещения», должен знать дисциплины «Физика», «Химия», «Теоретические основы электротехники»

(часть 1 и 2), «Экология», «Инженерная и компьютерная графика», «Промышленная электроника».

Дисциплины, изучаемые одновременно: «Электроэнергетические системы и сети».

Последующие дисциплины: «Электроснабжение»

3. Требования к результатам освоения дисциплины 3.1. В результате освоения дисциплины «Физические основы электрического освещения»

должны быть сформированы следующие компетенции:

- целенаправленное применение базовых знаний в области математических, естественных, способность демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);

- способность графически отображать геометрические образы изделий и объектов электрооборудования, схем и систем (ПК-12);

- способность рассчитывать режимы работы электроэнергетических установок различного назначения, определять состав оборудования и его параметры, схемы электроэнергетических объектов (ПК-16);

- способность использовать нормативные документы по качеству, стандартизации и сертификации электроэнергетических и электротехнических объектов, элементы экономического анализа в практической деятельности (ПК-20);

- готовность обосновывать технические решения при разработке технологических процессов и выбирать технические средства и технологии с учетом экологических последствий их применения (ПК-21);

- способность использовать правила техники безопасности, производственной санитарии, пожарной безопасности и нормы охраны труда (ПК-22);

3.2. В результате освоения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанными компетенциями по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

- Знать:

З.1. Основные понятия светотехники.

3.2. Функции и параметры зрения.

3.3. Конструктивные особенности и характеристики современных источников света и световых приборов, 3.4. Принципы нормирования электрического освещения.

- Уметь:

У.1. Выполнять основные этапы проектирования осветительных установок: выбор источников света, системы освещения, осветительных приборов, светотехнический расчёт освещения.

У.2. Осуществлять выбор схем питания и групповых сетей.

У.3. Рассчитывать осветительные нагрузки и выбирать сечения проводников в осветительных сетях, У.4. Выполнять чертежи электрического освещения.

- Владеть:

В.1. Навыками технико-экономического обоснования выбираемых вариантов электрического освещения.

3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.

Компетентностная модель дисциплины Проектируемые результаты освоения дисциплины «Физические основы Технологии Индекс ком- Средства и технолоэлектрического освещения» и индика- формирования петенции гии оценки торы формирования компетенций компетенции Знания (З) Умения (У) Навыки (В) Экзамен, ПК-2 З.1. З.2 1, Тестирование Экзамен, ПК-12 У.4 Тестирование - 1, 2, Домашнее задание Экзамен, ПК-16 У.1, У.2, У.3 Тестирование 1, 2, Домашнее задание Экзамен, ПК-20 З.4 В1 Тестирование 1, 2, Домашнее задание Экзамен, 4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах Очная форма обучения Лабораторные работы Самостоятельное изучение материала дисциплины, подготовка к лекциям Курсовая работа (проект) Домашнее задание Вид аттестации за семестр (зачет, дифференцированЭКЗ ЭКЗ ный зачет, экзамен) Заочная форма обучения Лабораторные работы Самостоятельное изучение материала дисциплины и подготовка к лекциям и практическим занятиям Курсовая работа (проект) Домашнее задание Вид аттестации за семестр (зачет, дифференцированный

ЭКЗ ЭКЗ

зачет, экзамен) Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий Содержание дисциплины по модулям 5.1.

1. Физические основы светотехники.

2. Источники света и световые приборы.

3. Проектирование осветительных установок.

История развития электрического освещения Роль искусственного освеще- Л,С С ния в хозяйстве страны. Задачи в области осветительной техники. История развития взглядов на природу света. Использование электрической дуги для целей освещения (работы и изобретения В. Петрова, Б. Якоби, В. Чиколева, А. Шпаковского). "Свеча Яблочкова". Создание лампы накаливания А. Лодыгиным и Т.

Эдисоном. Роль российских учёных 20 века в развитии разрядных источников света. Создание светодиодных источников света.

Основные положения светотехники. Оптическая область спектра излучения. Л,С Л,С Энергия и поток излучения. Приёмники энергии излучения. Интегральная и спектральная чувствительность. Световой поток. Физический смысл. Единица измерения. Сила света. Единица измерения. Кривые силы света. Освещённость.

Единица измерения. Зависимость от силы света. Определение освещённости горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей. Светимость. Связь с освещённостью. Яркость, как основная величина, на которую реагирует глаз.

Единица измерения. Световые свойства тел: спектральные и интегральные коэффициенты отражения, направленное, рассеянное и направленно-рассеянное отражение и пропускание Функции и параметры зрения. Установившиеся зрительные процессы. Не- Л, С Л,С установившиеся зрительные процессы, зрительное утомление и дискомфорт.

Зрительная работоспособность. Контрастная чувствительность глаза. Ослеплённость и блескость. Острота зрения. Быстрота различения.

Метрология оптического излучения. Световые измерения. Зрительная и фи- Л,С Л,С зическая фотометрия. Сравнение яркостей, как основа зрительной фотометрии.

Требования, предъявляемые к физическим приёмникам. Причины, влияющие на точность измерения. Измерение освещённости, силы света и светового потока.

Устройство люксметра и шарового фотометра. Колориметрия. Законы смешения цветов. Колориметрические системы. Цветовая диаграмма. Расчёт цвета. Измерение цвета. Методы и приборы. Колориметрические параметры источников цвета.

Тепловые излучатели. Законы теплового излучения. Основные конструктив- Л,С Л,С ные особенности ламп накаливания. Электрические, светотехнические и эксплуатационные характеристики ламп накаливания. Зависимость от номинального напряжения и мощности. Зависимость характеристик ламп накаливания от напряжения сети. Основные типы вольфрамовых ламп накаливания. Галогенные лампы накаливания. Достоинства и недостатки ламп накаливания Разрядные лампы. Люминесцентные источники света. Общая характеристи- Л,С Л,С ка разрядных ламп. Процесс электрического разряда в газах и парах металлов.

Механизм возникновения световых излучений.. Достоинства и недостатки разрядных ламп.. Ртутные лампы низкого давления (люминесцентные лампы).

Конструктивные особенности. Основные типы. Лампы серии Т5. Характеристики. Их зависимость от напряжения сети. Особенности зажигания люминесцентных ламп. Стартерная схема зажигания. Схемы быстрого зажигания: с трансформатором накала, резонансная. Схемы мгновенного зажигания. Электронные ПРА. Меры борьбы со стробоскопическим эффектом Разрядные лампы. Дуговые ртутные лампы высокого и сверхвысокого давле- Л,С Л,С ния: ДРЛ, РЛВД, ДРТ, ДРШ. Схемы включения. Металлогалоидные лампы:

ДРИ и др. Натриевые лампы низкого и высокого давления. Ксеноновые лампы трубчатые и шаровые. Особенности, недостатки, основные характеристики разрядных ламп.

Физические основы светодиодных источников света. Исследования О.Лосева Л,С Л,С и Ж.Алфёрова. Принцип работы и устройство СД. Полупроводниковые и органические СД. Светодиодные источники света. Схемы включения. Характеристики. Достоинства и недостатки. Область применения Осветительные приборы. Основные понятия. Общая классификация. Характе- Л,С С ристики световых приборов. Светотехнические характеристики. Характеристики безопасности. Защита от воздействия среды. Характеристики надёжности работы. Монтажно-эксплуатационные характеристики. Номенклатура светильников для освещения помещений и открытых пространств. Щелевые светильникисветоводы.

Модуль 3. Проектирование осветительных установок Общие положения проектирования. Объём, содержание и оформление про- Л,С С ектных материалов. Основные требования, предъявляемые к осветительной установке. Ограничение ослеплённости. Светотехническая часть проекта осветительной установки. Выбор источников света. Выбор системы освещения. Общие и отраслевые нормы освещённости. Выбор коэффициента запаса. Выбор светильников по условиям среды, требованиям к светораспределению, экономическим соображениям. Расположение и установка светильников, критерии, определяющие выбор размещения светильников.

Методы светотехнических расчётов. Основные положения расчёта освети- Л,С С тельной установки. Задачи расчёта. Понятие о коэффициенте использования светового потока. Расчёт освещения помещений с точечными и линейными излучателями по методу коэффициента использования светового потока. Метод удельной мощности при расчёте электрического освещения. Точечный метод расчёта электрического освещения для точечных излучателей и светящихся линий. Расчёт освещения наклонных поверхностей и наружного освещения по точечному методу. Комбинированный метод расчёта электрического освещения.

Области применения различных методов расчёта электрического освещения.

Виды освещения. Расчёт качественных характеристик освещения: цилиндрической освещённости, коэффициента пульсации, показателей дискомфорта и ослеплённости Электрическая часть проекта осветительной установки. Выбор схемы пита- Л,С С ния: требования к бесперебойности питания, удобству управления и экономичности. Выбор схемы питающей сети для рабочего и аварийного освещения. Выбор схемы групповой сети. Установка аппаратов защиты в групповых сетях.

Выбор напряжения и источников питания. Выбор групповых щитков и их расположения, планировка сети. Компенсация реактивной мощности в осветительных сетях. Общие положения расчёта электрических осветительных сетей.

Определение расчётной нагрузки и допускаемой потери напряжения в осветительных сетях. Особенности расчёта сетей с разрядными лампами. Выбор сечения проводников осветительных сетей. Применение «метода моментов» для выбора сечения проводников по минимуму расхода проводникового материала.

Выбор сечения проводников осветительных сетей по методу моментов при несимметричной загрузке фаз. Управление освещением: схемы дистанционного управления, «коридорные схемы».

Экономическая часть проекта и вопросы эксплуатации. Расчёт капитальных Л,С С затрат и годовых эксплуатационных расходов. Выбор варианта осветительной установки по экономическим показателям. Основные положения организации эксплуатации осветительной установки: приёмка в эксплуатацию, чистка светильников и смена ламп, контроль освещённости, планово-предупредительные осмотры и ремонты 5.2. Содержание практических и лабораторных занятий 5.2.1. Содержание практических занятий Цель практических занятий – закрепление теоретического материала дисциплины, овладение методами решения задач.

Модуль 3. Проектирование осветительных установок Практическое занятие 5. Светотехническая часть проекта осветительной уста- Практическое занятие 6. Расчёт освещения помещений с точечными и линей- ными излучателями по методу коэффициента использования светового потока Практическое занятие 7. Точечный и комбинированный методы расчёта элек- 2 трического освещения Практическое занятие 8. Электрическая часть проекта осветительной установки 2 Практическое занятие 9. Экономическая часть проекта и вопросы эксплуатации 2 Содержание лабораторных работ Лабораторный практикум – не предусмотрен 6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Физические основы электрического освещения» используются следующие образовательные технологии:

6.1.1. Информационно-развивающие технологии.

6.1.2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

6.1.3. Личностно ориентированные технологии обучения.

Методы активизации учебного процесса 6.2.

Опережающая самостоятельная работа Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий») Самостоятельная работа студентов (указываются все виды работ в соответствии с Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.

7.1 Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах Работа с лекционным материалом, самостоятельное изучение отдельных тем дисциплины; поиск и обзор литературы и электронных источников; чтение и изучение учебника и учебных пособий.

Обоснование трудоемкости (в часах) на выполнение СРС: проведение статистического исследования на основе анкетировния студентов> 7.2. Расчетно-графическая работа по модулям:

1. Проектирование осветительных установок (модуль № 3) Темы расчетно-графических работ:

Студенты выполняют одну РГР (дневное обучение) или одно домашнее задание (заочное обучение) выборочно для проектирования одного из следующих объектов:

1. Аккумуляторно-зарядный зал 2. Аппаратное отделение 3. Выставочный зал 4. Гараж 5. Деревообрабатывающий цех 6. Инструментальный цех 7. Компрессорная 8. Котельная 9. Кузнечный цех 10. Лаборатория 11. Литейный цех 12. Механический цех 13. Насосная 14. Плавильное отделение 15. Прессовый цех 16. Проектное бюро 17. Сборочный цех 18. Сварочный цех 19. Ткацкий цех 20. Токарный цех 21. Формовочный цех 22. Цех дробления породы 23. Читальный зал 24. Швейный цех 25. Штамповочный цех 26. Электроремонтный цех Выполнить проект осветительной установки.

Этапы проектирования:

Светотехническая часть проекта:

1.Выбор источников света 2.Выбор системы освещения 3.Выбор нормы освещённости и коэффициента запаса 4. Выбор типа светильников 5. Выбор размещения светильников 6. Светотехнический расчёт по методу коэффициента использования светового потока 7. Нахождение коэффициента неравномерности распределения освещённости в помещении Электротехническая часть проекта:

1. Выбор схемы и трассы сети 2. Выбор типа и сечения проводников по методу моментов исходя из минимума расхода проводникового материала 3. Проверка сечения проводников по длительно допустимому току нагрузки 4. Выбор групповых щитков Графическая часть:

1. Расчёт освещённости по точечному методу.

2. План цеха с размещением светильников, групповых щитков и трасс электропроводок.

3. Электрическая схема групповых и питающей сетей.

Исходные данные:

1. Наименование помещения 2. Размеры помещения, м 4. Коэффициенты отражения потолка и стен 5. Характеристика зрительной работы 6. Контраст объекта с фоном 7. Характеристика фона Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины К промежуточной аттестации студентов по дисциплине «Физические основы электрического освещения» могут привлекаться в качестве внешних экспертов: представители производства.

8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине») Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Физические основы электрического освещения» включает:

- экзаменационные билеты;

- экзаменационные вопросы;

- варианты расчётно-графической работы;

- варианты домашнего задания;

- тестовый комплекс;

- задания для проведения занятий в интерактивной форме.

Оценка качества освоения программы дисциплины «Физические основы электрического освещения» включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую аттестацию.

Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества учебного процесса.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине Модуль 1.

1. История развития электрического освещения 2. Оптическая область спектра излучения. Энергия и поток излучения Спектры излучения 3. Приёмники энергии излучения. Интегральная и спектральная чувствительность 4. Световой поток. Физический смысл. Единица измерения 5. Сила света. Единица измерения. Кривые силы света 6. Освещённость и светимость. Единица измерения. Зависимость от силы света. Определение освещённости горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей 7. Яркость, как основная величина, на которую реагирует глаз. Единица измерения 8. Световые свойства тел: спектральные и интегральные коэффициенты отражения, направленное, рассеянное и направленно-рассеянное отражение и пропускание 9. Функции и параметры зрения 10. Метрология оптического излучения 11. Световые измерения. Зрительная и физическая фотометрия. Сравнение яркостей, как основа зрительной фотометрии 12. Измерение освещённости, силы света и светового потока. Устройство люксметра и шарового 13. Колориметрия. Законы смешения цветов. Колориметрические системы. Расчёт цвета. Цветовой график. Измерение цвета. Методы и приборы. Колориметрические параметры источников цвета Модуль 1. Законы теплового излучения 2. Основные конструктивные особенности ламп накаливания 3. Электрические, светотехнические и эксплуатационные характеристики ламп накаливания.

Зависимость от номинального напряжения и мощности. Зависимость характеристик ламп накаливания от напряжения сети 4. Основные типы вольфрамовых ламп накаливания 5. Галогенные лампы накаливания 6. Достоинства и недостатки ламп накаливания 7. Процесс электрического разряда в газах и парах металлов. Механизм возникновения световых излучений 8. Достоинства и недостатки разрядных ламп 9. Ртутные лампы низкого давления (люминесцентные лампы). Конструктивные особенности.

Основные типы. Характеристики. Их зависимость от напряжения сети 10. Люминесцентные лампы серии Т5.

11. Особенности зажигания люминесцентных ламп. Стартерная схема зажигания 12. Схемы быстрого зажигания: с трансформатором накала, резонансная 13. Схемы мгновенного зажигания 14. Меры борьбы со стробоскопическим эффектом 15. Дуговые ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления: ДРЛ, РЛВД, ДРТ, ДРШ. Особенности. Недостатки. Схемы включения 16. Металлогалоидные лампы: ДРИ и др.

17. Натриевые лампы низкого и высокого давления 18. Ксеноновые лампы - трубчатые и шаровые 19. Светодиодные источники света. Принцип получения светового потока. Характеристики. Достоинства и недостатки. Область применения 20. Осветительные приборы. Основные понятия. Общая классификация.

21. Характеристики световых приборов 22. Щелевые светильники-световоды Модуль 1. Основные требования, предъявляемые к осветительной установке 2. Выбор источников света 3. Выбор системы освещения 4. Общие и отраслевые нормы освещённости. Выбор коэффициента запаса 5. Выбор светильников по условиям среды, требования к светораспределению, экономическим соображениям Расположение и установка светильников, критерии, определяющие выбор размещения светильников Понятие о коэффициенте использования светового потока. Расчёт освещения помещений с точечными излучателями по методу коэффициента использования Понятие о коэффициенте использования светового потока. Расчёт освещения помещений с линейными излучателями по методу коэффициента использования Метод удельной мощности при расчёте электрического освещения Точечный метод расчёта электрического освещения для точечных излучателей Точечный метод расчёта электрического освещения для светящихся линий Расчёт освещения наклонных поверхностей и наружного освещения по точечному методу Комбинированный метод расчёта электрического освещения Области применения различных методов расчёта электрического освещения Расчёт качественных характеристик освещения: цилиндрической освещённости, коэффициента пульсации, показателей дискомфорта и ослеплённости Выбор схемы питания: требования к бесперебойности питания, удобству управления и экономичности Выбор схемы питающей сети для рабочего и аварийного освещения Выбор схемы групповой сети. Установка аппаратов защиты в групповых сетях Выбор напряжения и источников питания Выбор групповых щитков и их расположения, планировка сети Компенсация реактивной мощности в осветительных сетях Определение расчётной нагрузки и допускаемой потери напряжения в осветительных сетях Особенности расчёта сетей с разрядными лампами Выбор сечения проводников осветительных сетей. 8.3.11.Применение «метода моментов»

для выбора сечения проводников по минимуму расхода проводникового материала Выбор сечения проводников осветительных сетей по методу моментов при несимметричной Управление освещением: схемы дистанционного управления, «коридорные схемы»

Выбор варианта осветительной установки по экономическим показателям 9. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ.

9.1.Технические средства обучения и контроля применяются в следующих формах:

9.1.1. Показ слайдов при проведении лекций и практических занятий в мультимедийных аудиториях.

9.1.2. Демонстрация образцов и деталей источников света и светильников 9.1.3. Выдача раздаточного материала на практических занятиях (таблицы для выполнения светотехнических расчётов);

9.1.4. Использование тестовых заданий для текущего контроля знаний студентов, полученных при самостоятельном изучении лекционного курса и в период промежуточных аттестаций.

9.2 Вычислительная техника.

Используются следующие формы использования ЭВМ.

9.2.1. При изучении теоретического курса - работа студентов с обучающее-контролирующими программами, содержащими учебный материал по отдельным вопросам курса, на ПЭВМ в компьютерном классе кафедры.

9.2.2. При выполнении РГР:

9.2.2.1. Выполнение расчетов на ПЭВМ по самостоятельно составленным алгоритмам.

9.2.2.2. Применение программ компьютерной графики для выполнения графической части РГР.

10.1. Стенд для демонстрации современных источников света и светильников и их характеристик.

10.2. Образцы современных источников света (ДРЛ, ДРИ, светодиодных,натриевых, ксеноновых, галогенных ламп) и светильников при изучении соответствующих разделов курса.

11. Учебно-методическое и информационное обеспечение 11.1 Основная литература 1. Вязигин, В.Л. Электрическое освещение [Текст]: конспект лекций / В.Л. Вязигин;. ОмГТУ. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. – 83 с.

11.2 Дополнительная литература 1. Козловская, В.Б. Электрическое освещение [Текст] : справочник / В.Б. Козловская, В.Н. Радкевич, В.Н. Сацукевич. – 2-е изд. – Минск: Техноперспектива, 2008. – 269, [2] с.

2. Вязигин, В.Л. Электрическое освещение. [Текст] : Методические рекомендации к практическим занятиям и самостоятельной работе студентов / ОмГТУ; сост. В.Л. Вязигин. – Омск, Изд-во ОмГТУ, 2007.- 123 с.

3. Правила устройства электроустановок. Раздел 6. Электрическое освещение. – 7-е издание. - СПб.:

Издательство ДЕАН, 2003. – 78 с.

11.3 Информационные ресурсы 1. ЭБС «Арбуз».

2. Научная электронная библиотека elibrary.ru.

3.Интегрум.

11.4 Периодические издания 1. Светотехника и инфракрасная техника: ЭРЖ. 1197-2012.

2. Промышленная энергетика. 2001-2012.

3. Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2006-2012.

С полным перечнем методических указаний для практических занятий, лабораторного практикума и выполнения СРС можно ознакомиться на сайте кафедры ЭсПП: www.omgtu.ru