Nowoczesne wysokoprężne lampy sodowe

Wysokoprężne lampy sodowe (HPL) są jednymi z najwydajniejszych źródeł światła i już dziś osiągają skuteczność świetlną do 160 lm/W przy mocach 30 — 1000 W, ich żywotność może przekraczać 25 000 godzin. Niewielkie rozmiary korpusu świetlnego oraz duża jasność wysokoprężnych lamp sodowych znacznie poszerzają możliwości ich zastosowania w różnych urządzeniach oświetleniowych o skoncentrowanym rozsyle światła.

Zazwyczaj wysokoprężne lampy sodowe działają ze statecznikiem indukcyjnym lub elektronicznym. Wysokoprężne lampy sodowe zapalane są za pomocą specjalnych zapalników, które emitują impulsy do 6 kV. Czas świecenia lamp wynosi zwykle od 3 do 5 minut.

Do zalet nowoczesnych wysokoprężnych lamp sodowych należy zaliczyć stosunkowo niewielki spadek strumienia świetlnego w okresie eksploatacji, który np. dla lamp o mocy 400 W wynosi 10-20% w ciągu 15 tys. godzin przy 10-godzinnym spalaniu cykl. Dla lamp pracujących częściej spadek strumienia świetlnego wzrasta o około 25% przy każdym podwojeniu cyklu.Ta sama zależność dotyczy obliczania skrócenia okresu użytkowania.

Ogólnie przyjmuje się, że lampy te są stosowane tam, gdzie oszczędność jest ważniejsza niż dokładne odwzorowanie kolorów. Ich ciepłożółte światło doskonale nadaje się do oświetlania parków, centrów handlowych, dróg, a także w niektórych przypadkach do dekoracyjnego oświetlenia architektonicznego (Moskwa jest tego doskonałym przykładem). Rozwój tych źródeł światła w ostatniej dekadzie doprowadził do dramatycznego poszerzenia możliwości ich wykorzystania dzięki pojawieniu się nowych typów wyjść, a także lamp małej mocy oraz lamp o ulepszonym oddawaniu barw.

1. Wysokoprężne lampy sodowe o ulepszonym oddawaniu barw

Wysokoprężne lampy sodowe to obecnie najbardziej wydajna grupa źródeł światła. Standardowe wysokoprężne lampy sodowe mają jednak szereg wad, z których przede wszystkim należy zwrócić uwagę na wyraźnie pogorszone właściwości oddawania barw, charakteryzujące się niskim współczynnikiem oddawania barw (Ra = 25 — 28) oraz niską barwą temperatura (Ttsv = 2000 — 2200 K).

Poszerzone linie rezonansowe sodu powodują złocistożółtą emisję. Oddawanie barw przez wysokoprężne lampy sodowe jest uważane za zadowalające w przypadku oświetlenia zewnętrznego, ale niewystarczające w przypadku oświetlenia wewnętrznego.

Poprawa właściwości barwnych wysokoprężnych lamp sodowych wynika głównie ze wzrostu prężności par sodu w palniku wraz ze wzrostem temperatury zimnej strefy lub zawartości sodu w amalgamatach.(amalgamat — ciekły, półpłynny lub węglik metalu z rtęcią), zwiększenie średnicy rury wydechowej, wprowadzenie dodatków promieniujących, nałożenie luminoforów i powłok interferencyjnych na bańkę zewnętrzną oraz zasilanie lamp prądem pulsacyjnym o wysokiej częstotliwości. Spadek strumienia świetlnego jest kompensowany przez wzrost ciśnienia ksenonu (tj. spadek przewodnictwa plazmy).

Nad problemem poprawy składu spektralnego promieniowania wysokoprężnych lamp sodowych pracuje wielu specjalistów, a wiele firm zagranicznych produkuje już wysokiej jakości lampy o ulepszonych parametrach barwowych.Tak więc w nomenklaturze takich wiodących firm jak General Electric, Osram, Philips istnieje szeroka grupa lamp sodowych o ulepszonych właściwościach oddawania barw.

Takie lampy o ogólnym wskaźniku oddawania barw Ra = 50 — 70 mają o 25% niższą skuteczność świetlną i połowę żywotności w porównaniu ze standardowymi wersjami. Warto zauważyć, że główne parametry wysokoprężnych lamp sodowych są dość istotne dla zmian napięcia zasilania. Tak więc, przy spadku napięcia zasilania o 5-10%, moc, strumień świetlny, Ra tracą od 5 do 30% ich wartości nominalnych, a gdy napięcie wzrasta, żywotność gwałtownie spada.

Próby znalezienia ekonomicznego odpowiednika żarówki doprowadziły do ​​powstania nowej generacji lamp sodowych. Niedawno pojawiła się rodzina lamp sodowych małej mocy z ulepszonym oddawaniem barw. Firma Philips wprowadziła na rynek serię lamp SDW o mocy 35-100 W o współczynniku Ra = 80, a chrominancja emisji jest zbliżona do lamp żarowych. Wydajność świetlna lampy wynosi 39 — 49 lm/W, a układu lamp — statecznik 32 — 41 lm/W.Taką lampę z powodzeniem można wykorzystać do tworzenia dekoracyjnych akcentów świetlnych w miejscach użyteczności publicznej.

° Gama lamp OSRAM COLORSTAR DSX wraz z elektroniczną jednostką sterującą POWERTRONIC PT DSX to całkowicie nowy system oświetleniowy, który umożliwia zmianę temperatury barwowej przy użyciu tej samej lampy. Zmiana temperatury barwowej z 2600 na 3000 K iz powrotem odbywa się za pomocą statecznika elektronicznego ze specjalnym przełącznikiem. Pozwala to na stworzenie jasnego wnętrza dla eksponatów eksponowanych w gablotach odpowiadających porze dnia lub pory roku. Lampy z tej serii są przyjazne dla środowiska, ponieważ nie zawierają rtęci. Koszt instalacji oświetleniowej wykonanej z takich zestawów jest 5-6 razy wyższy niż w przypadku żarówek halogenowych.

Zmodyfikowana wersja systemu COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2, została opracowana do oświetlenia zewnętrznego. Wraz ze specjalnym statecznikiem strumień świetlny układu można zredukować do 50% wartości nominalnej. Ta seria lamp również nie zawiera rtęci.

Wysokoprężne lampy sodowe małej mocy

Wśród produkowanych obecnie wysokoprężnych lamp sodowych największy udział mają lampy o mocy 250 i 400 watów. Przy tych mocach wydajność lamp uważa się za maksymalną. W ostatnim czasie nastąpił jednak znaczny wzrost zainteresowania lampami sodowymi małej mocy ze względu na chęć zaoszczędzenia energii elektrycznej poprzez zastąpienie żarówek lampami wyładowczymi małej mocy w oświetleniu wnętrz.

Minimalna moc wysokoprężnych lamp sodowych osiągana przez firmy zagraniczne wynosi 30 — 35 W.Fabryka lamp wyładowczych w Połtawie opanowała produkcję lamp sodowych małej mocy o mocy 70, 100 i 150 W.

Trudności w tworzeniu lamp sodowych małej mocy wiążą się z przejściem do małych prądów i średnic rurek wyładowczych, a także ze wzrostem względnej długości obszarów elektrodowych w stosunku do odległości między elektrodami, co prowadzi do bardzo dużej wrażliwość lampy na sposób zasilania, odchylenia wymiarów konstrukcyjnych rury wydechowej i rur oraz jakość materiałów. Dlatego przy produkcji lamp sodowych małej mocy zwiększa się wymagania dotyczące przestrzegania tolerancji wymiarów geometrycznych zespołów rur wydechowych, czystości materiałów i dokładności dozowania elementów wypełniających. Istnieją już podstawowe technologie umożliwiające opanowanie masowej produkcji tych ekonomicznych, trwałych źródeł światła.

OSRAM oferuje również serię lamp o małej mocy, które nie wymagają zapłonnika (palniki zawierają mieszankę Penninga). Jednak ich wydajność świetlna jest o 14-15% niższa niż w przypadku lamp standardowych.

Jedną z zalet lamp niewymagających zapalnika impulsowego jest możliwość montażu ich w lampach rtęciowych (po spełnieniu innych niezbędnych warunków). Na przykład lampa NAV E 110 o strumieniu świetlnym 8000 lm jest dość wymienna z lampą rtęciową typu DRL -125> o nominalnym strumieniu świetlnym 6000 — 6500 lm. Podobne rozwiązania wewnętrzne od dawna stosowane są w naszym kraju. Obecnie na przykład LISMA OJSC produkuje lampy DNaT 210 i DNaT 360, które mają być bezpośrednim zamiennikiem odpowiednio lamp DRL 250 i DRL 400.

NLVD bez rtęci

W ostatnich latach w wielu krajach poczyniono znaczące wysiłki w dziedzinie ochrony środowiska. Jednym z obszarów tych działań jest ograniczenie lub uniknięcie występowania toksycznych związków metali ciężkich (np. rtęci) w gotowych produktach przemysłowych. W ten sposób termometry medyczne zawierające rtęć są stopniowo zastępowane termometrami bezrtęciowymi.

Ten sam trend jest szeroko rozpowszechniony w dziedzinie technologii wytwarzania źródeł światła. Zawartość rtęci w 40-watowej lampie fluorescencyjnej spadła z 30 mg do 3 mg. W przypadku wysokoprężnych lamp sodowych proces ten nie przebiega tak szybko, także dlatego, że rtęć znacznie zwiększa wydajność tych źródeł światła, które dziś uznawane są za najbardziej ekonomiczne.

Istniejące i rozwijające się lampy bezrtęciowe wydają się mieć przed sobą świetlaną przyszłość. Wspomniana już seria lamp Osram COLORSTAR DSX nie zawiera rtęci, co jest dużym osiągnięciem firmy. Lampy te, wraz ze specjalnymi statecznikami elektronicznymi, są systemami specjalnego przeznaczenia, w których wydajność i prostota nie są najwyższym priorytetem.

Linia lamp bezrtęciowych Sylvania od dawna jest znana. Producent zwraca szczególną uwagę na ulepszone właściwości oddawania barw, porównując je ze standardowymi odpowiednikami własnej produkcji.

Nie tak dawno temu opublikowano opracowanie inżynierów z Matsushita Electric (Japonia), które jest bezrtęciowym NLVD o wysokim współczynniku oddawania barw, który nie wymaga specjalnego statecznika impulsowego.

Pod koniec okresu eksploatacji tradycyjnej lampy barwa promieniowania przybiera różowawy odcień, co jest spowodowane zmianą stosunku sodu do rtęci w amalgamatach.Odcień ten nie sprawia szczególnie przyjemnego wrażenia, w przeciwieństwie do żółtawego koloru próbnika w tych samych warunkach. Wraz ze wzrostem temperatury barwowej Ra najpierw wzrasta do maksymalnego poziomu (przy T = 2500 K), a następnie spada.

Aby zmniejszyć odchylenie, twórcy zmienili ciśnienie ksenonu i wewnętrzną średnicę palnika. Stwierdzono, że odchylenie od linii ciała doskonale czarnego maleje wraz ze wzrostem ciśnienia ksenonu, ale rośnie napięcie zapłonu. Przy ciśnieniu 40 kPa napięcie zapłonu wynosi około 2000 V, nawet biorąc pod uwagę obecność obwodu ułatwiającego to. Gdy średnica wewnętrzna zmienia się z 6 na 6,8 mm, odchylenie od czarnej linii korpusu maleje, ale maleje skuteczność świetlna, co jest nie do zaakceptowania dla tego zadania.

Bezrtęciowa lampa sodowa o wysokim współczynniku Ra ma prawie takie same właściwości jak jej odpowiednik zawierający rtęć. Lampa niezawierająca rtęci ma 1,3 razy dłuższą żywotność.

Wysokociśnieniowe lampy oświetleniowe o mocy 150 W i wysokim współczynniku oddawania barw: a — bez rtęci, b — wersja zwykła.

Wysokoprężne lampy sodowe z dwoma palnikami

Niedawne pojawienie się seryjnych próbek wysokoprężnych lamp sodowych z równolegle połączonymi palnikami wielu wiodących producentów sugeruje, że jest to kierunek obiecujący, ponieważ takie rozwiązanie nie tylko przyczynia się do znacznego wydłużenia żywotności lamp, ale także eliminuje złożoność natychmiastowego ponownego zapłonu, rozszerza możliwości łączenia palników o różnej mocy, składzie spektralnym itp.

Pomimo deklarowanej solidnej żywotności, do kwestii trwałości tych lamp należy podchodzić z ostrożnością.Żywotność takiej lampy jest naprawdę podwojona tylko wtedy, gdy lampy palnika świecą nieprzerwanie przez cały okres eksploatacji lampy. W przeciwnym razie na końcu zasobu pracujący palnik często zaczyna częściowo omijać drugi (zjawisko to jest czasami nazywane elektrycznym „wyciekiem”; w tym przypadku rozrzedzony gaz w bańce zewnętrznej jest przerywany przez napięcie impulsów zapłonu ), w związku z czym mogą wystąpić trudności z jego zapłonem.

Wysokoprężne lampy sodowe z zapalnikiem wysokiego napięcia

Japońscy inżynierowie (Toshiba Lighting & Technology oferują optymalne z ich punktu widzenia rozwiązanie eliminujące powyższe zjawiska w lampie z dwoma palnikami. Konstrukcja lampy zawiera dwie sondy zapłonowe, które zapewniają zapłon określonego palnika, gdy dostarcza się impulsy dodatnie lub ujemne .Stateczniki do takich lamp zawierają dwa uzwojenia.Obwód jest dość prosty i niedrogi.Dzięki takiej konstrukcji lampy palnika zapalają się naprzemiennie.Zmienny zapłon palników zapewnia mniejsze „starzenie się” palników i znacznie zwiększa ogólną pracę Inżynierowie z tej samej firmy oferują lampę z wbudowanym zapalnikiem, która nie wymaga skomplikowanego schematu sterowania.

Niektóre trendy w rozwoju wysokoprężnych lamp sodowych

W jakich kierunkach projektanci i badacze poszukują skutecznych rozwiązań dla wysokoprężnych lamp sodowych? Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy najpierw odnieść się do oczywistych wad tych lamp związanych z komfortem wizualnym, prostotą i niezbędnym bezpieczeństwem elektrycznym konstrukcji.Wśród nich można wyróżnić kilka głównych: słabe właściwości oddawania barw, zwiększona pulsacja strumienia świetlnego, wysokie napięcie zapłonu, a nawet więcej — ponowny zapłon.

Sądząc po charakterystyce lamp o wysokim współczynniku oddawania barw, twórcom udało się zbliżyć do optymalnego dla tej grupy źródeł światła. Walkę z tętnieniami promieniowania, które w wysokoprężnych lampach sodowych sięgają 70-80%, prowadzi się zazwyczaj powszechnymi metodami, takimi jak przełączanie lamp w różnych fazach sieci (w instalacjach z wieloma lampami) i dostarczanie prądu o wysokiej częstotliwości . Zastosowanie specjalnych stateczników elektronicznych praktycznie eliminuje ten problem.

Impulsowe urządzenia zapłonowe (IZU) stosowane obecnie z większością zestawów NLVD - PRA komplikują działanie lamp i zwiększają koszt zestawu lamp - PRA. Impulsy zapłonowe IZU negatywnie wpływają na statecznik i lampę, dochodzi do przedwczesnych awarii tych urządzeń. Dlatego programiści szukają sposobów na zmniejszenie napięcia zapłonu, co pozwala zrezygnować z IZU.

Problem zapewnienia natychmiastowego ponownego zapłonu rozwiązuje się zwykle na dwa sposoby. Istnieje możliwość zastosowania zapalników emitujących impulsy o zwiększonej amplitudzie lub zastosowanie wspomnianej lampy dwupalnikowej, która nie wymaga takich urządzeń.

Żywotność lamp sodowych jest uważana za najdłuższą spośród źródeł światła o dużym natężeniu. Jednak w tej dziedzinie projektanci chcą osiągnąć to, co najlepsze.Wiadomo, że żywotność i spadek strumienia świetlnego podczas pracy zależą od szybkości, z jaką sód opuszcza palnik. Wyciek sodu z wyładowania prowadzi do wzbogacenia składu amalgamatu rtęcią i wzrostu napięcia lampy do (150 — 160 V), aż do jej zgaśnięcia. Temu problemowi poświęcono wiele badań, rozwoju i patentów. Wśród najbardziej udanych rozwiązań warto zwrócić uwagę na dozownik amalgamatu firmy GE, stosowany w lampach seryjnych. Konstrukcja dozownika zapewnia ściśle ograniczony przepływ amalgamatu sodowego w rurce wyładowczej przez cały okres eksploatacji lampy, dzięki czemu zwiększa się żywotność, zmniejsza się ciemnienie końców rurki, a strumień świetlny pozostaje niezmieniony prawie stała (do 90% pierwotnej wartości).

Oczywiście badania i udoskonalanie wysokoprężnych lamp sodowych jeszcze się nie zakończyły, w związku z czym należy spodziewać się nowych, być może ekskluzywnych rozwiązań w dużej rodzinie tych obiecujących źródeł światła.

Wykorzystano materiały z książki „Oszczędność energii w oświetleniu”. wyd. Prof. YB Eisenberg.