Светотехника
05.12.11 |
Натриевые лампы высокого давления. Устройство, описание, применение НЛВД.
Электрический разряд в парах натрия при низком давлении создает яркое желтое свечение с длиной волны 590 нм. Так как эта длина волны лежит близко к максимуму спектральной чувствительности глаза (555 нм), то световая отдача излучения натриевого разряда может быть очень высокой (теоретически более 250 лм/Вт). Первые натриевые лампы были созданы еще в начале 30-х годов 20-го века. Они действительно имели очень высокую световую отдачу, но очень плохую цветопередачу, большие габариты и малый срок службы, и практического применения в те годы не нашли.
В начале 60-х годов фирма General Electric на базе военно-промышленных технологий создала первые натриевые лампы высокого давления (НЛВД). По существу НЛВД — это одна из разновидностей МГЛ, в которой в качестве светоизлучающей добавки используется натрий. Однако из-за очень высокой химической активности натрия и более высокой температуры в разряде для изготовления горелки применяется не кварц, а поликристаллическая окись алюминия в виде тонкостенной трубки диаметром от 5 до 9 мм и длиной от 45 до 150 мм в зависимости от мощности (рис. 1).
Рис. 1. Устройство натриевых ламп высокого давления
Керамика не позволяет создавать герметичные токовводы методом заштамповки фольги или проволоки, как это делается у всех других источников света. Поэтому для токовводов используются специальные конструкции (в виде дисков или колпачков из редкого металла ниобия), герметично впаянные в трубочки из поликристаллической окиси алюминия стекпоцементом (смесь окисей алюминия АL2O3 и кальция CaO). Для самих электродов используется вольфрам, активированный торием. Горелка помещается внутри внешней колбы, откачанной до высокого вакуума. Она наполняется инертным газом (аргоном или ксеноном) и в нее вводится небольшое количество амальгамы натрия — сплава натрия и ртути.
При работе НЛВД температура стенок горелки-трубочки повышается за счет тока разряда, ртуть и натрий испаряются, повышается давление их паров, и разряд начинает светиться ярким желтым светом. Трубочка из поликристаллической окиси алюминия внешне похожа на матовое стекло, но ее коэффициент пропускания для света разряда очень высок — примерно 92 %, поэтому свет выходит наружу почти без потерь. Время разогрева горелки до установившейся температуры (время разгорания лампы) меньше, чем у ДРЛ или МГЛ за счет меньшего диаметра трубки, и равно 5-7 минут.
Как и у всех МГЛ, для включения НЛВД используются специальные зажигающие устройства, дающие на лампу импульсы с напряжением 2-5 кВ.
Натриевые лампы высокого давления — это один из самых экономичных источников света: световая отдача ламп мощностью 600 Вт достигает 150 лм/Вт, то есть в 2,5 раза больше чем у ДРЛ и в 10 раз больше чем у ламп накаливания.
Низкое качество цветопередачи предопределило основную область применения НЛВД — освещение улиц и других открытых пространств. В последние годы эти лампы стали достаточно широко использоваться и при освещении некоторых производственных помещений, где нет жестких требований к различению цветов, например, высоких металлургических и металлообрабатывающих цехов, складов, локомотивных и вагонных депо и т.п.
Исследования врачей-гигиенистов показали, что контрастная чувствительность и острота различения у человеческого глаза при желтом свете имеют наибольшие значения. Поэтому замена других источников света на НЛВД при освещении дорог в принципе дает не только экономию электроэнергии, но и обеспечивает более четкое различение препятствий водителями транспорта. Однако прямая замена ДРЛ на НЛВД в старых светильниках долгое время была невозможной, так как для работы НЛВД нужны зажигающие устройства. В последние годы были созданы НЛВД, у которых за счет различных конструкторско-технологических усовершенствований напряжение зажигания снижено. Такие лампы могут просто устанавливаться в старые светильники вместо ДРЛ. При этом ДРЛ мощностью 400 Вт заменяются НЛВД мощностью 210 Вт, которые создают даже большую освещенность, что дает значительную экономию электроэнергии.
За счет исключительно высокой химической и термической стойкости поликристаллической окиси алюминия НЛВД имеют очень большие сроки службы — до 28500 часов. Фирма General Electric производит двухгорелочные НЛВД, в которых в одной внешней колбе параллельно друг другу расположены две одинаковые горелки, работающие поочередно. Срок службы таких двухгорелочных ламп — 55000 часов (15 лет с ежесуточной наработкой по 10 часов). Спад светового потока к концу срока службы у НЛВД меньше, чем у МГЛ и ДРЛ, и составляет 20 %.
В последние годы за рубежом широко рекламируются НЛВД «с улучшенной цветопередачей» (Ra= 60, Гцв= 2200 К) и «белого света» (Ra до 85, Гцв= 2500 - 2800 К). Однако эти лампы имеют значительно меньший срок службы (до 8000 часов) и меньшую световую отдачу (у ламп «белого света» — всего 50 лм/Вт), и никаких преимуществ перед МГЛ у них нет.
Российская фирма «Рефлакс» (Москва) разработала совершенно особый тип НЛВД, не имеющий аналогов за рубежом. Внешняя колба этих ламп имеет специально рассчитанную форму и покрыта изнутри высокоотражающим алюминием. За счет этого лампа сама выполняет функции светильника, то есть перераспределяет световой поток в пространстве требуемым образом. Лампы выпускаются с двумя видами светораспределения: широкого излучения с максимумом под углом 68о к оптической оси и полуширокого — с углом около 45о. Внутренняя оптическая система ламп «Рефлакс» обеспечивает КПД до 95 %, не достигнутый пока ни в одном светильнике с подобным светораспределением. Срок службы и световая отдача этих ламп — такие же, как у лучших ламп зарубежного производства.
К недостаткам НЛВД, кроме плохой цветопередачи и большого времени разгорания, относится и большая глубина пульсаций светового потока (80 %, а иногда и больше). Еще одним недостатком НЛВД является рост напряжения на лампе в течение срока службы (примерно на 2 вольта за каждые 1000 часов). Это приводит к тому, что лампы к концу срока службы перестают зажигаться.
Основное применение НЛВД, как уже было сказано, — освещение улиц, площадей, автостоянок, туннелей, высоких производственных помещений. За рубежом, особенно в Голландии, НЛВД очень широко используются и в сельском хозяйстве — в теплицах, оранжереях, селекционных камерах. Фирма Philips разработала для этих целей специальные модификации ламп SON-TAgro мощностью 400 и 600 Вт, отличающиеся несколько увеличенной долей излучения в синей области спектра, что способствует более гармоничному росту и развитию растений.
В начале 60-х годов фирма General Electric на базе военно-промышленных технологий создала первые натриевые лампы высокого давления (НЛВД). По существу НЛВД — это одна из разновидностей МГЛ, в которой в качестве светоизлучающей добавки используется натрий. Однако из-за очень высокой химической активности натрия и более высокой температуры в разряде для изготовления горелки применяется не кварц, а поликристаллическая окись алюминия в виде тонкостенной трубки диаметром от 5 до 9 мм и длиной от 45 до 150 мм в зависимости от мощности (рис. 1).
Рис. 1. Устройство натриевых ламп высокого давления
Керамика не позволяет создавать герметичные токовводы методом заштамповки фольги или проволоки, как это делается у всех других источников света. Поэтому для токовводов используются специальные конструкции (в виде дисков или колпачков из редкого металла ниобия), герметично впаянные в трубочки из поликристаллической окиси алюминия стекпоцементом (смесь окисей алюминия АL2O3 и кальция CaO). Для самих электродов используется вольфрам, активированный торием. Горелка помещается внутри внешней колбы, откачанной до высокого вакуума. Она наполняется инертным газом (аргоном или ксеноном) и в нее вводится небольшое количество амальгамы натрия — сплава натрия и ртути.
При работе НЛВД температура стенок горелки-трубочки повышается за счет тока разряда, ртуть и натрий испаряются, повышается давление их паров, и разряд начинает светиться ярким желтым светом. Трубочка из поликристаллической окиси алюминия внешне похожа на матовое стекло, но ее коэффициент пропускания для света разряда очень высок — примерно 92 %, поэтому свет выходит наружу почти без потерь. Время разогрева горелки до установившейся температуры (время разгорания лампы) меньше, чем у ДРЛ или МГЛ за счет меньшего диаметра трубки, и равно 5-7 минут.
Как и у всех МГЛ, для включения НЛВД используются специальные зажигающие устройства, дающие на лампу импульсы с напряжением 2-5 кВ.
Натриевые лампы высокого давления — это один из самых экономичных источников света: световая отдача ламп мощностью 600 Вт достигает 150 лм/Вт, то есть в 2,5 раза больше чем у ДРЛ и в 10 раз больше чем у ламп накаливания.
Низкое качество цветопередачи предопределило основную область применения НЛВД — освещение улиц и других открытых пространств. В последние годы эти лампы стали достаточно широко использоваться и при освещении некоторых производственных помещений, где нет жестких требований к различению цветов, например, высоких металлургических и металлообрабатывающих цехов, складов, локомотивных и вагонных депо и т.п.
Исследования врачей-гигиенистов показали, что контрастная чувствительность и острота различения у человеческого глаза при желтом свете имеют наибольшие значения. Поэтому замена других источников света на НЛВД при освещении дорог в принципе дает не только экономию электроэнергии, но и обеспечивает более четкое различение препятствий водителями транспорта. Однако прямая замена ДРЛ на НЛВД в старых светильниках долгое время была невозможной, так как для работы НЛВД нужны зажигающие устройства. В последние годы были созданы НЛВД, у которых за счет различных конструкторско-технологических усовершенствований напряжение зажигания снижено. Такие лампы могут просто устанавливаться в старые светильники вместо ДРЛ. При этом ДРЛ мощностью 400 Вт заменяются НЛВД мощностью 210 Вт, которые создают даже большую освещенность, что дает значительную экономию электроэнергии.
За счет исключительно высокой химической и термической стойкости поликристаллической окиси алюминия НЛВД имеют очень большие сроки службы — до 28500 часов. Фирма General Electric производит двухгорелочные НЛВД, в которых в одной внешней колбе параллельно друг другу расположены две одинаковые горелки, работающие поочередно. Срок службы таких двухгорелочных ламп — 55000 часов (15 лет с ежесуточной наработкой по 10 часов). Спад светового потока к концу срока службы у НЛВД меньше, чем у МГЛ и ДРЛ, и составляет 20 %.
В последние годы за рубежом широко рекламируются НЛВД «с улучшенной цветопередачей» (Ra= 60, Гцв= 2200 К) и «белого света» (Ra до 85, Гцв= 2500 - 2800 К). Однако эти лампы имеют значительно меньший срок службы (до 8000 часов) и меньшую световую отдачу (у ламп «белого света» — всего 50 лм/Вт), и никаких преимуществ перед МГЛ у них нет.
Российская фирма «Рефлакс» (Москва) разработала совершенно особый тип НЛВД, не имеющий аналогов за рубежом. Внешняя колба этих ламп имеет специально рассчитанную форму и покрыта изнутри высокоотражающим алюминием. За счет этого лампа сама выполняет функции светильника, то есть перераспределяет световой поток в пространстве требуемым образом. Лампы выпускаются с двумя видами светораспределения: широкого излучения с максимумом под углом 68о к оптической оси и полуширокого — с углом около 45о. Внутренняя оптическая система ламп «Рефлакс» обеспечивает КПД до 95 %, не достигнутый пока ни в одном светильнике с подобным светораспределением. Срок службы и световая отдача этих ламп — такие же, как у лучших ламп зарубежного производства.
К недостаткам НЛВД, кроме плохой цветопередачи и большого времени разгорания, относится и большая глубина пульсаций светового потока (80 %, а иногда и больше). Еще одним недостатком НЛВД является рост напряжения на лампе в течение срока службы (примерно на 2 вольта за каждые 1000 часов). Это приводит к тому, что лампы к концу срока службы перестают зажигаться.
Основное применение НЛВД, как уже было сказано, — освещение улиц, площадей, автостоянок, туннелей, высоких производственных помещений. За рубежом, особенно в Голландии, НЛВД очень широко используются и в сельском хозяйстве — в теплицах, оранжереях, селекционных камерах. Фирма Philips разработала для этих целей специальные модификации ламп SON-TAgro мощностью 400 и 600 Вт, отличающиеся несколько увеличенной долей излучения в синей области спектра, что способствует более гармоничному росту и развитию растений.