Электрическое освещение бытовых и промышленных объектов

Дуговые разрядные лампы
Название ДРЛ расшифровывается как дуговая ртутная люминесцентная.
Лампа состоит из кварцевой трубки (горелки), расположенной в колбе, на стенках которой расположен слой люминофора, способного преобразовывать ультрафиолетовое излучение, сопровождающее дуговой разряд в трубке, в видимы свет, пригодный для освещения. В трубку, выполненную из кварцевого стекла, впаяны два основных вольфрамовых электрода, покрытых активированным слоем и подсоединенных к центральной части цоколя лампы, и два дополнительных электрода (зажигающих).
В трубке имеется небольшое (25-165 нг) содержание ртути.
В колбе для поддержания стабильности свойств люминофора, закачен аргон.

1 – внешняя стеклянная колба, 2 – слой люминофора, 3 – разрядная трубка из кварцевого стекла, 4 – рабочий электрод, 5 – зажигающий электрод, 6 – ограничительные резисторы в цепи зажигающего электрода, 7 – экран, 8 – ртуть.
Цифры справа показывают температуру колбы лампы ДРЛ мощностью 400 Вт.

Схематичное изображение
1 – разрядная трубка (горелка из прозрачного кварцевого стекла, устойчивого к действию высоких температур;
2 – колба прозрачная из вольфрамого стекла;
3 – люминофор, нанесённый на стенки лампы;
4 – электроды из тугоплавкого металла, активированные;
5 – цоколь с резьбой Е-27 (Е-40).

Процесс зажигания лампы
При подаче на лампу питающего напряжения между близко расположенными основным и зажигающим электродом возникает тлеющий разряд, чему способствует малое расстояние между ними, которое существенно меньше расстояния между основными электродами, а следовательно ниже напряжение пробоя этого промежутка.
Возникновение в ртутной трубке большого числа носителей заряда вызывает пробой между основными электродами и зажиганию между ними тлеющего разряда, который практически мгновенно переходит в дуговой.

Процесс зажигания лампы
При начале горения давление в РТ достаточно низкое и напряжения достаточно для возникновения тлеющего разряда между основными и зажигающими электродами. В процессе зажигания, из-за испарения ртути, давление в трубке увеличивается, и напряжения становится недостаточно для продолжения пробоя между основными и зажигающими электродами, и остаётся только дуговой разряд между основными электродами.
С повышением давления паров внутри РТ меняются и другие характеристики лампы: растёт напряжение на лампе, её мощность. Дуга внутри РТ стягивается в яркий светящийся шнур по длине трубки, растёт её световой поток и КПД.

Характеристики лампы ДРЛ при зажигании
Типичные характеристики при зажигании разрядной лампы высокого давления

Технические характеристики ламп ДРЛ
Четырехэлектродные дуговые ртутные люминесцентные лампы высокого давления с люминофорным покрытием выпускаются в пределах мощностей 80-2000 Вт, и имеют световую отдачу 40-60 лм/Вт. Но наиболее используемые лампы 400-1000 Вт имеют примерно одинаковую светоотдачу.
Срок службы лампы 12-20 тыс. ч., но к концу этого срока световой поток снижается на 70%.
Лампы подключаются на индуктивные ПРА (цель которых ограничить величину тока), поэтому системы лампа-ПРА сравнительно низкий коэффициент мощности (cosφ в среднем равен 0,5).
Использование ламп со встроенными конденсаторами позволяет добиться повышения коэффициента мощности до 0,9-0,94.

Технические характеристики ламп ДРЛ
Лампы в комплекте с ПРА предназначены для включения на напряжение 230 В (начиная с мощности 2000 Вт – 400 В);
Лампы мощностью до 127 В имеют цоколь Е-27, остальные Е-40;
Температура окружающей среды влияет на напряжение зажигания. При низких температурах требуется более высокое напряжение, т.к. давление паров ртути слишком мало, а значит, зажигание в кварцевой горелке происходит в чистом аргоне.
При низких температурах (ниже -30⁰ ) для зажигания ламп ДРЛ применяется устройство импульсного зажигания (УИЗ).
При отклонении напряжения сети на 10-15%, световой поток меняется на 25%.
Коэффициент цветопередачи невысок Ra=42.

Пульсация и стробоскопический эффект
Пульсация ламп ДРЛ с частотой равной 2fc сравнительно высока (коэффициент пульсации составляет 63-74%), она может вызвать опасный стробоскопический эффект.
Стробоскопический эффект – это зрительная иллюзия, возникающая, при пульсации источника освещения или при киносъёмке. Предмет, движущийся с частотой, близкой к частоте пульсации в случае стробоскопического эффекта будет казаться замедленным или неподвижным. Это возникает из-за того, что при пульсации источника света глазом будут фиксироваться отдельные фазы движения, но если частота вращения при этом будет близка к частоте пульсации, движущийся предмет (вращающееся колесо) будет фиксироваться в одной и той же фазе движения, что глаз будет воспринимать как отсутствие движения или движение с малой скоростью.
На производстве стробоскопический эффект опасен тем, что при определённых обстоятельствах, при пульсации источника освещения движущиеся части станков могут выглядеть неподвижными или движущимися с малой скоростью. Это может стать причиной гибели или тяжелого увечья людей, при неправильной оценке ими движения части станка.

Маркировка ламп ДРЛ
Лампы ДРЛ маркируются следующим образом:
Д – дуговые, Р – ртутные, Л – люминесцентные. Число следующее за буквенным обозначением показывает мощность лампы, Число в скобках показывает т.н. «красное отношение» - долю красного света, получаемую за счёт люминофора лампы. Число после тире показывает номер разработки лампы.
Таким образом лампа ДРЛ250(10)-4 относится к дуговым ртутным люминесцентным лампам, с мощностью 250 Вт, с красным отношением равным 10 и номером разработки – 4.

Технические характеристики ламп ДРЛ

Величины красного соотношения
6% - рекомендуется для освещения улиц и автострад;
10% - рекомендуется для наружного и внутреннего освещения промышленных объектов с высоким уровнем зрительных работы;
12% - для внутреннего освещения промышленных предприятий;
Для освещения помещений производственных и общественных зданий, в которых выполняются работы, требующие повышенного цветоразличения, могут применяться лампы типа ДРЛ мощностью 50, 80 и 125 Вт, имеющие долю красного излучения 15%.

Особенности использования ламп ДРЛ
Лампа разгорается за 5-7 минут. Именно столько времени требуется, чтобы в кварцевой колбе лампы ртуть приобрела парообразное состояние и лампе загорелась устойчивая дуга.
Для того чтобы образовался тлеющий разряд между основным и зажигающим электродами давление внутри колбы должно быть пониженным, а значит не содержать ртутных паров. Таким образом, если лампа ДРЛ в процессе использования была отключена, то повторно зажечься она сможет только после остывания.
При отклонении напряжения на 10%-15% световой поток меняется на 25%, а потребляемая мощность на 20%.

Достоинства ламп ДРЛ
Высокая светоотдача;
Длительный срок службы;
Высокие значения мощностей лампы;
Компактные размеры, исполнение со стандартными цоколями E-27 и Е-40;
Не сложные в изготовлении, имеются серийные производства ламп.

Недостатки ламп ДРЛ
Требуют ПРА для включения;
Чувствительны к изменению напряжения;
Разгораются за достаточно продолжительное время (5-7 минут);
Повторное включение возможно только после охлаждения;
Невысокий коэффициент цветопередачи;
Высокий коэффициент пульсации опасность возникновения стробоскопического эффекта;
Использование ртути при изготовлении лампы.

Металлогалогеновые лампы (МГЛ) типа ДРИ
Расшифровка: Д – дуговая, Р – ртутная, И – излучающие добавки.
Лампы типа ДРИ появились как развитие и усовершенствование ламп ДРЛ. Устройство ламп типа ДРИ похожее или очень близкое к устройству лампы ДРЛ.
В прозрачной колбе находится разрядная трубка, с обеих сторон которой впаяны электроды. В основании колбы установлен экран.
Лампы ДРИ изготавливаются с одним зажигающим электродом или без него.

Колба лампы ДРИ
В качестве внешней колбы применяется колба лампы ДРЛ без люминофорного покрытия. Если применяются лампы с люминофорным покрытием у них значительно снижается яркость светящегося тела и увеличивается излучение в оранжево-краснйо области (у ламп с натриево-скандиевым наполнением).
Существуют трубчатые лампы ДРИ.
Лампы ДРИ могут использоваться в светильниках, предназначенных для ламп типа ДРЛ.

Наполнение лампы
Внутрь разрядных колб МГЛ, кроме ртути и аргона вводятся галогениды металлов, которые легко испаряются и не разрушают кварцевое стекло колбы.
Применение добавок в виде галогенидов позволяет получать свет нужной части спектра, в том числе белый без дополнительной коррекции за счёт люминофора.
Концентрации добавок незначительна по сравнению с концентрацией ртути, т.к. именно ртутный пар создаёт благоприятные условия для возникновения разряда.

Использование излучающих добавок
Наиболее часто применяются следующие виды добавок:
Йодиды натрия, таллия, индия;
Йодиды натрия, скандия и тория
Добавки натрия и таллия повышают световую отдачу и стабилизируют разряд, диспрозия и других редкоземельных металлов – дают высокую светоотдачу (до 80 лм/Вт) и цветопередачу (Ra≥90).

Устройство металлогалогенных ламп
а) – лампа 400 Вт в эллипсоидальной прозрачной внешней колбе;
б) – лампа 2000 Вт в цилиндрической прозрачной колбе;
1 – пружинящие распорки;
2 – разрядная трубка;
3 – основные электроды;
4 – зажигающий электрод;
5 – утепляющее покрытие;
6 – ограничительное термостойкое сопротивление.

Схема устройства (упрощенный вид)
1 – разрядная трубка (горелка) из прозрачного кварцевого стекла, устойчивого к действию высоких температур и наполнителей;
2 – колба прозрачная из вольфрамового стекла;
4 – электроды из тугоплавкого металла, активированные;
5 – цоколь с резьбой Е-27 и Е-40.

Положение работы лампы
На параметры ДРИ значительно влияет положение горения, особенно с добавками йодида натрия. Это объясняется тем, что добавка натрия вводится в избытке, поэтому все изменения положения горения меняются и положение и температура холодной зоны, а вместе с ней давление паров йодида натрия.
Обычно световой поток снижается на 15-18% в горизонтальном состоянии, по сравнению с вертикальным состоянием. При этом в горизонтальном состоянии лампы повышается цветовая температура.
Это весьма характерно для трубчатых ламп мощностью больше 1 кВт (а не для ДРИ).
Некоторые типы ламп выпускают в различных модификациях для разных положений). При этом удаётся оптимизировать тепловой режим горелки и повысить светоотдачу и срок службы лампы.

Использование ПРА
Лампы ДРИ включаются в сеть через ПРА, состоящее из дросселя (необходим для ограничения тока при зажигании лампы) и зажигающего устройства, генерирующего импульсы высокого напряжения (лампы ДРЛ требовали этого лишь в особых условиях, например при низких температурах, но использование йодидов требует более высокого напряжения зажигания).
Коэффициент мощности при нескомпенсированных ПРА равен 0,5.

Технические характеристики ламп ДРИ
Лампы ДРИ имеют высокую световую отдачу (до 90 лм/Вт);
Их коэффициент цветопередачи сравнительно высок (Ra≥90);
Лампы ДРИ чувствительны к своему положению;
Напряжение зажигания ламп ДРИ выше (чем у ДРЛ), что обусловлено использованием йодида натрия;
Лампы ДРИ чувствительны к изменениям напряжения. При изменении напряжения на 10% световой поток меняется на 25% раза, а мощность лампы на 22%;
Пульсация светового потока невелика по сравнению с лампами ДРЛ – 30%;
Более высокие температуры работы лампы повышают её КПД и светоотдачу, но понижают срок службы до 7500-12000 ч.

Технические характеристики ламп ДРИ

Маркировка ламп ДРИ
Лампы ДРИ маркируются следующим образом:
Д – дуговые, Р – ртутные, И – излучающие добавки. Число следующее за буквенным обозначением показывает мощность лампы. Число после тире показывает номер разработки лампы.
Таким образом лампа ДРЛ250-5 относится к дуговым ртутным с излучающими добавками, с мощностью 250 Вт, номером разработки – 5.

Области применения
Высокая световая отдача и цветопередача очень хорошего качества делает лампы МГЛ незаменимыми для освещения больших площадей с требованием качества цветопередачи (выставки, ярмарки, демонстрационные залы, спортивные сооружения, цветные съёмки, производства, связанные с покраской, печатью и т.д.)

Достоинства ламп ДРИ (по сравнению с ДРЛ)
Достоинства ламп ДРИ
Высокая световая отдача;
Очень хорошая цветопередача;
Низкий уровень пульсации;
Нечувствительность к низким температурам;
Не требуется люминофор;
Недостатки ламп ДРИ:
Повышенное напряжение зажигания, требуют наличия ИЗУ в ПРА;
Более короткий срок службы;
Высокие температуры накладывающие требования к материалам изготовления;
Более чувствительны к положению горения;

Характеристики МГЛ с керамической горелкой
Современные МГЛ выпускаются с керамической горелкой и имеют улучшенные характеристики:
диапазон мощностей от 20 до 400 Вт, цветовая температура 3000 и 4200 К позволяют унифицировать световые проекты различного назначения (внутреннее и наружные освещение, цветопередача).
стабильный световой поток и цветность, искрящий свет, незначительный спад яркости в течение всего срока службы.
длительный срок службы (до 20 000 часов) и надежность ламп сокращает эксплуатационные расходы.
высокая энергоэффективность (более 100 лм/Вт) позволяет значительно сократить количество ИС ОУ и энергопотребление.