Ртутная газоразрядная лампа низкого давления. Оттенки излучения приборов

К дуговым лампам сверхвысокого давления (ЛСВД) относят лампы, работающие при давлении от 10 × 10 5 Па и выше. При высоких давлениях газа или пара металла при сильном сближении электродов сокращаются прикатодные и прианодные области разряда. Разряд концентрируется в узкой веретенообразной области между электродами, причем его яркость, особенно вблизи катода, достигает очень больших значений.

Такой дуговой разряд представляет собой незаменимый источник света для приборов проекторного и прожекторного типов, а также ряда специальных областей применения.

Использование в лампах паров ртути или инертного газа придает им ряд особенностей. Получение паров ртути при соответствующем давлении, как это видно из сделанного рассмотрения высокого давления, в статье " ", достигается за счет дозировки ртути в колбе лампы. Разряд зажигается как ртутный низкого давления при температуре окружающей среды. Затем по мере разгорания и нагревания лампы давление возрастает. Рабочее давление определяется установившейся температурой колбы, при которой подводимая к лампе электрическая мощность становится равной мощности, рассеиваемой в окружающем пространстве излучением и теплоотдачей. Таким образом, первой особенностью ртутных ламп сверхвысокого давления является то, что они довольно легко зажигаются, но имеют сравнительно длительный период разгорания. При их погасании повторное зажигание может быть осуществлено, как правило, лишь после полного остывания. При наполнении ламп инертными газами разряд после зажигания практически мгновенно входит в установившийся режим. Зажигание разряда в газе при высоком давлении представляет определенные трудности и требует применения специальных зажигающих устройств. Однако после погасания лампа может быть зажжена вновь практически мгновенно.

Второй особенностью, отличающей ртутный разряд сверхвысокого давления с короткой дугой от соответствующих газовых, является его электрический режим. Вследствие большой разницы между градиентами потенциала в ртути и инертных газах при одинаковом давлении напряжение горения таких ламп существенно выше, чем с газовым наполнением, благодаря чему при равных мощностях ток последних значительно больше.

Третьим существенным различием является спектр излучения, который у ламп с газовым наполнением соответствует по спектральному составу дневному свету.

Отмеченные особенности привели к тому, что дуговые лампы часто используют для киносъемок и кинопроекции, в имитаторах солнечного излучения и других случаях, когда требуется правильная цветопередача.

Устройство ламп

Шаровая форма колбы ламп выбрана из условия обеспечения большой механической прочности при высоких давлениях и малых расстояниях между электродами (рисунок 1 и 2). Шаровая колба из кварцевого стекла имеет две диаметрально расположенные длинные цилиндрические ножки, в которых запаяны вводы, соединенные с электродами. Большая длина ножки необходима для удаления вывода от горячей колбы и предохранения его от окисления. В ртутных лампах некоторых типов имеется дополнительный электрод поджига в виде впаянной в колбу вольфрамовой проволоки.

Рисунок 1. Общий вид ртутно-кварцевых ламп сверхвысокого давления с короткой дугой различной мощности, Вт:
а - 50; б - 100; в - 250; г - 500; д - 1000

Рисунок 2. Общий вид ксеноновых шаровых ламп:
а - лампа постоянного тока мощностью 100 - 200 кВт; б - лампа переменного тока мощностью 1 кВт; в - лампа переменного тока мощностью 2 кВт; г - лампа постоянного тока мощностью 1 кВт

Конструкции электродов различны в зависимости от рода тока, который питает лампу. При работе на переменном токе, для которого предназначены ртутные лампы, оба электрода имеют одинаковую конструкцию (рисунок 3). Они отличаются от электродов трубчатых ламп той же мощности большей массивностью, обусловленной необходимостью снижения их температуры.

Рисунок 3. Электроды ртутных ламп переменного тока с короткой дугой:
а - для ламп мощностью до 1 кВт; б - для ламп мощностью до 10 кВт; в - сплошной электрод для мощных ламп; 1 - керн из торнированного вольфрама; 2 - покрывающая спираль из вольфрамовой проволоки; 3 - оксидная паста; 4 - газопоглотитель; 5 - основание из спеченного вольфрамового порошка с добавкой оксида тория; 6 - деталь из кованного вольфрама

При работе ламп на постоянном токе важное значение приобретает положение горения лампы, которое должно быть только вертикальным - анодом вверх для газовых ламп и предпочтительно анодом вниз - для ртутных ламп. Расположение анода внизу уменьшает устойчивость дуги, что важно, связано с противопотоком электронов, направленных вниз, и горячих газов, поднимающихся вверх. Верхнее положение анода вынуждает увеличивать его размеры, так как помимо его нагрева за счет большей мощности, рассеиваемой у анода, он дополнительно нагревается потоком горячих газов. У ртутных ламп анод располагают внизу в целях обеспечения более равномерного нагрева и соответственно сокращения времени разгорания.

Благодаря малому расстоянию между электродами ртутные шаровые лампы могут работать на переменном токе от сети напряжением 127 или 220 В. Рабочее давление паров ртути составляет в лампах мощностью 50 - 500 Вт соответственно (80 - 30) × 10 5 , а в лампах мощностью 1 - 3 кВт - (20 - 10) × 10 5 Па.

Лампы сверхвысокого давления с шаровой колбой чаще всего наполняют ксеноном из-за удобства его дозировки. Расстояние между электродами составляет у большинства ламп 3 - 6 мм. Давление ксенона в холодной лампе (1 - 5)× 10 5 Па для ламп мощностью от 50 Вт до 10 кВт. Такие давления делают лампы сверхвысокого давления взрывоопасными даже в нерабочем состоянии и требуют применения для их хранения специальных кожухов. Из-за сильной конвекции лампы могут работать только в вертикальном положении независимо от рода тока.

Излучение ламп

Высокие яркости ртутных шаровых ламп с короткой дугой получаются вследствие увеличения тока и стабилизации разряда у электродов, препятствующих расширению канала разряда. В зависимости от температуры рабочей части электродов и их конструкции можно получить различное распределение яркости. Когда температура электродов недостаточна для обеспечения тока дуги за счет термоэлектронной эмиссии, дуга стягивается у электродов в яркие светящиеся точки малых размеров и приобретает веретенообразную форму. Яркость вблизи электродов достигает 1000 Мкд/м² и более. Малые размеры этих областей приводят к тому, что их роль в общем потоке излучения ламп незначительна.

При стягивании разряда у электродов яркость растет с ростом давления и тока (мощности) и с уменьшением расстояния между электродами.

Если температура рабочей части электродов обеспечивает получение тока дуги за счет термоэлектронной эмиссии, то разряд как бы расползается по поверхности электродов. В этом случае яркость более равномерно распределяется вдоль разряда и по-прежнему возрастает с ростом тока и давления. Радиус канала разряда зависит от формы и конструкции рабочей части электродов и почти не зависит от расстояния между ними.

Световая отдача ламп возрастает с ростом их удельной мощности. При веретенообразной форме разряда световая отдача имеет максимум при определенном расстоянии между электродами.

Излучение ртутных шаровых ламп типа ДРШ имеет линейчатый спектр с сильно выраженным непрерывным фоном. Линии сильно расширены. Излучений с длинами волн короче 280 - 290 нм нет вообще, а благодаря фону доля красного излучения составляет 4 - 7 %.

Рисунок 4. Распределение яркости вдоль (1 ) и поперек (2 ) оси разряда ксеноновых ламп

Шнур разряда шаровых ксеноновых ламп постоянного тока при их работе в вертикальном положении анодом вверх имеет форму конуса, опирающегося своим острием на кончик катода и расширяющегося кверху. Около катода образуется маленькое катодное пятно очень высокой яркости. Распределение яркости в шнуре разряда остается одинаковым при изменении плотности тока разряда в весьма широких пределах, что дает возможность построить единые кривые распределения яркости вдоль и поперек разряда (рисунок 4). Яркость прямо пропорциональна мощности, приходящейся на единицу длины дугового разряда. Отношение светового потока и силы света в заданном направлении к длине дуги пропорционально отношению мощности к этой же длине.

Спектр излучения шаровых ксеноновых ламп сверхвысокого давления мало отличается от спектра излучения .

Мощные ксеноновые лампы имеют возрастающую вольт-амперную характеристику. Наклон характеристики растет с увеличением расстояния между электродами и давления. Анодно-катодное падение потенциала у ксеноновых ламп с короткой дугой составляет 9 - 10 В, причем на долю катода приходится 7 - 8 В.

Современные шаровые лампы сверхвысокого давления выпускают в различных конструктивных исполнениях, в том числе с разборными электродами и водяным охлаждением. Разработана конструкция специальной металлической разборной лампы-светильника типа ДКсРМ55000 и ряд других источников, применяемых в специальных установках.

Рассмотренные в предыдущей статье люминесцентные лампы - это лампы низкого давления. Разряд в них происходит при давлении паров ртути не более 0,1 мм ртутного столба или 10 паскалей (Па). Спектр излучения разряда при таких давлениях имеет линейчатый характер, причем, как уже было сказано, до 80 % мощности разряда приходится на две УФ линии: 257 и 185 нм, а на долю пяти линий видимой части спектра лишь около 2 %.

Если давление паров ртути повышается, то вначале все линии «расплываются» и превращаются в полосы, затем происходит пере-распределение энергии: излучение в УФ области ослабевает, а в видимой - увеличивается. При давлении паров ртути около 1000 мм ртутного столба доля видимого излучения возрастает настолько, что световая отдача разряда достигает 20-25 лм/Вт, то есть становится больше, чем у ламп накаливания общего назначения. Но при этом все видимое излучение сосредоточено в сине-зеленой части спектра, а желтый и красный свет отсутствуют полностью. Многим знаком свет медицинских УФ облучателей - довольно неприятного сине-зеленого цвета, сильно искажающим вид освещаемых предметов, в частности, человеческих лиц. В этих облучателях применяются как раз ртутные лампы высокого давления типа ДРТ (дуговая, ртутная, трубчатая).

Несмотря на относительное ослабление доли УФ излучения, оно все же остается в спектре разряда в довольно большом количестве (около 40 % подводимой к разряду мощности). Так же как и в люминесцентных лампах низкого давления, это излучение с помощью люминофора может быть превращено в видимое. Но если в обычных люминесцентных лампах температура стенок колбы лишь немногим выше температуры окружающего воздуха, то в лампах высокого давления размеры колб гораздо меньше, и температура на стенках достигает 500 - 600 оС. Найти люминофоры, эффективно работающие при таких температурах, до сих пор не удалось.

Проблему решили в начале 50-х годов прошлого века. Малогабаритную ртутную лампу высокого давления поместили внутрь другой, значительно большей по размеру колбы, а уже на внутреннюю поверхность этой колбы стали наносить люминофор, имеющий наибольшую эффективность при температуре 200 - 300 оС и излучающий преимущественно в красной области. Сейчас в качестве люминофора чаще всего применяют фосфат-ванадат иттрия, активированный европием. С 1952 года начался массовый выпуск таких ламп ведущими мировыми производителями - General Electric, Philips, Osram. Сегодня по объему выпуска ртутные лампы высокого давления с люминофором занимают третье место после ламп накаливания и люминесцентных ламп.

На рис. 1 показано устройство ртутной лампы.

Рис. 1. с люминофором

Разрядная трубка 1 («горелка») из кварца держателями 2 из достаточно толстой никелевой проволоки закреплена на ножке 3 (у мощных ламп горелка поддерживается еще и пружинящим держателем 4, упирающимся во внешнюю колбу). Ножка 3 герметично впаяна во внешнюю колбу 5, покрытую изнутри слоем люминофора 6. В ртутных лампах высокого давления используются самокалящиеся электроды 7 в виде спирали, навитой на вольфрамовый стержень (керн) и покрытой активирующим веществом. Кроме основных электродов 7, в лампах имеются поджигающие электроды 8, расположенные вблизи основных и электрически соединенные с противоположными электродами через ограничительные сопротивления 9. На внешней колбе с помощью высокотемпературной мастики крепится стандартный резьбовой цоколь 10. Между горелкой и цоколем крепится тепловой экран 11 (обычно из слюды). Внутренний объем горелки заполнен инертным газом аргоном с давлением от 10до 50 мм ртутного столба (в зависимости от мощности лампы) и ртутью.

В отличие от люминесцентных ламп, в которых ртуть всегда находится в жидком состоянии, в лампах высокого давления количество ртути строго дозировано, и при работе ламп ртуть в горелках находится только в газообразном состоянии при давлении паров 1000 - 1500 мм ртутного столба (1,5 - 2 атмосферы). Для получения таких высоких давлений паров ртути температура стенок горелки должна быть не менее 500 оС. Поэтому горелки ламп высокого давления делают только из кварца. Пространство между горелкой и внешней колбой заполняется газом (техническим аргоном).

Схема включения ртутных ламп высокого давления проще, чем люминесцентных ламп (рис. 2).

Рис. 2. Схема включения ртутных ламп высокого давления 

Благодаря наличию поджигающих электродов, расположенных очень близко к основным, между этими электродами разряд возникает при напряжениях ниже сетевого. Этот разряд очень слаб, так как ток его ограничен сопротивлениями 9, но он создает начальную ионизацию газа в горелке, за счет которой разряд переходит на основные электроды. Ток основного разряда ограничивается только дросселем, и величина его в первое время после включения в 2 - 3 раза больше, чем после полного разгорания лампы. Ток разряда разогревает основные электроды до температуры, обеспечивающей достаточную эмиссию электронов из них (1000 - 1200 оС). Из-за большого тока разряда начинают разогреваться стенки горелки, находящаяся на них ртуть постепенно полностью испаряется, и процессы в лампе стабилизируются. Процесс разгорания длится достаточно долго - от 7 до 10 минут.

Как и в схемах с люминесцентными лампами, дроссель создает сдвиг фаз между током и напряжением (cos р~ 0,5). Для компенсации этого сдвига параллельно цепочке из лампы и дросселя включается компенсирующий конденсатор.

Ртутные лампы высокого давления с люминофором выпускаются мощностью 80, 125, 250, 400, 700 и 1000 Вт; изредка встречаются лампы мощностью 50 и 2000 Вт. Лампы мощностью 50, 80 и 125 Вт выпускаются с цоколем Е27, более мощные - с цоколем Е40. Потери мощности в дросселях, как правило, составляют не больше 10%.

Световая отдача современных ламп - от 40 до 60 лм/Вт; срок службы - до 24000 часов. По этим параметрам ртутные лампы высокого давления значительно превосходят лампы накаливания, что и предопределило их очень широкое распространение.

Кроме высокой световой отдачи и большого срока службы, ртутные лампы высокого давления имеют и другие достоинства: относительная компактность; простота включения; широкий диапазон мощностей; очень слабая зависимость параметров от окружающей температуры.

Недостатки таких ламп:

1. Низкое качество цветопередачи (Ra= 45 - 50; у иностранных ламп Delux и Super Delux - не выше 55).
2. Большие пульсации светового потока (65 - 75 %).
3. Большое время разгорания (до 10 минут).
4. Невозможность повторного включения горячей лампы - если лампа случайно погасла, снова включить ее можно только после остывания горелки.
5. Высокая температура на внешней колбе (250 - 300 оС).

Ртутные лампы высокого давления широко применяются там, где не требуется качество цветопередачи, - в уличном освещении, на складах, на промышленных предприятиях (при наличии вращающихся деталей - с обязательным включением соседних светильников в разные фазы) и т.п.

Классификация, маркировка и обозначение ртутных ламп

Ртутные лампы высокого давления классифицируются по мощности.
В России лампы выпускаются под названием ДРЛ (дуговая, ртутная, люминесцентная), далее указывается мощность в ваттах.

За рубежом каждая фирма выпускает лампы под своим названием: Philips - HPL; Osram - HQL; General Electric - MBF; Sylvania - HSL и HSB; Radium - HRL. По международной системе обозначений ILCOS все эти лампы называются QE.

В таблице 1 даны усредненные параметры некоторых типов ртутных ламп высокого давления с люминофорами.

Ртутные лампы высокого давления всё ещё выпускаются отечественной промышленностью из-за их низкой себестоимости, хорошей цветопередачи и экономичности. Для них существует много различных видов дрл светильников. Аббревиатура ДРЛ расшифровывается как «дуговая ртутная лампа высокого давления». Этот источник света относится к оборудованию 1 класса опасности ввиду содержания в его составе ртути. Фонари уличные на столбах в большинстве случаев укомплектовываются этими лампами.

Основные элементы конструкции

Цоколь - это часть лампы, через которую на неё подаётся питающее напряжение. На цоколе есть два вывода с электродов, один из которых припаян к резьбовой части, а второй - к нижней торцевой точке. Через контакты патрона электроэнергия из сети передаётся на лампу. Цоколь - контактирующая деталь. Лампы ДРЛ 400 с цоколями Е40 без проблем устанавливаются в любой светильник, оборудованный соответствующими патронами.

Горелка представляет собой герметичную трубку, внутри которой на противоположных концах находится по 2 электрода. Два из них - основные, два - поджигающие. Внутрь горелки закачивается инертный газ и помещается капля ртути в строго дозированном количестве. Материал горелки химически стоек и тугоплавок.

Внешняя оболочка выполнена в из стекла с укреплённой внутри неё горелкой. Объём заполняется азотом. Для преобразования излучения кварцевой горелки используется люминофорное покрытие внутренней поверхности колбы. Кроме того, внутри этой колбы устанавливаются два ограничительных резистора для поджигающих электродов.

Горелки первых ДРЛ были оснащены двумя электродами. Чтобы зажечь лампу, нужно было иметь в схеме включения источник импульсов высокого напряжения, который имел срок службы меньше, чем у лампы. В дальнейшем выпуск таких ламп был прекращён и начато производство их в четырёхэлектродном исполнении, не требующем наличия сторонних импульсных устройств.

Четырёхэлектродная лампа ДРЛ состоит из колбы, резьбового цоколя и смонтированной на ножке лампы кварцевой горелки, наполненной аргоном с добавлением ртути. С каждой стороны горелки имеются по 2 электрода: основной и расположенный рядом с ним поджигающий. Для ограничения тока на электродах в лампе предусмотрены токоограничительные сопротивления, которые находятся во внешней колбе.

Большое применение в осветительных сетях находят ДРЛ 400.

Принцип работы

После подключения лампы к питающей сети на обоих концах горелки создаются условия для возникновения тлеющего разряда между основным и поджигающим электродами. Запуск этого процесса происходит вследствие небольшого расстояния между ними. Чтобы пробить этот промежуток, требуется напряжение более низкой величины, чем для пробоя промежутка между главными электродами. Ток на данном участке ограничивается сопротивлениями, установленными в цепь дополнительных электродов перед разрядной трубкой.

После достижения достаточной степени ионизации в горелке в основном промежутке зажигается тлеющий разряд, переходящий затем в дуговой.

В выключенной лампе ртуть в горелке представлена в жидком или распылённом виде. После зажигания разряда между основными и поджигающими электродами температура в горелке повышается, и ртуть постепенно испаряется, улучшая этим качество разряда в основном разрядном промежутке. После перехода всей ртути в парообразное состояние лампа начинает работать в номинальном режиме со стандартной световой отдачей.

Разгорание длится около десяти минут. После выключения лампы ДРЛ повторное включение возможно только после её остывания и перехода ртути в первоначальный вид.

Наиболее широко используются светильники с ДРЛ 250, поскольку лампы с такими параметрами необходимы как для освещения внутри зданий, так и для снаружи.

К наружным видам этих приборов предъявляются повышенные требования по воздействию климатических факторов.

Фонари уличные на столбах относятся к светильникам наружного применения.

Светильники для ламп ДРЛ имеют достаточно широкий ассортимент.

Модели, предназначенные для внутреннего применения, устойчивы к воздействию повышенной влажности и пыли.

За счёт герметичности корпуса уличные светильники ДРЛ выдерживают воздействие дождя, снега. Они успешно противостоят сильным порывам ветра.

В светильниках с лампами ДРЛ используются термостойкие провода и надёжного качества разъёмы.

Где применяются светильники

Предназначены для освещения предприятий промышленного и сельскохозяйственного профилей; территорий вне зданий; для всех объектов, в которых есть острая необходимость в использовании экономичных осветительных систем. Используются для освещения улиц, строек. На заводах в цехах и складах, а также на других объектах, где не нужна хорошая цветопередача.

Хранение и утилизация

В связи с тем что в состав ламп ДРЛ входит ртуть, категорически запрещено хранение этих изделий с разбитыми и треснутыми колбами в помещениях, которые не были подготовлены для этого. На предприятиях под эти цели должна выделяться отдельная изолированная зона с закрывающимися герметически ёмкостями. Время хранения таких отходов выделяется до момента вывоза из зоны для дальнейшего уничтожения.

Лампы ДРЛ – люминесцентные ртутные разрядные лампы повышенного давления с исправленной цветопередачей. Не стоит заблуждаться, полагаясь на определение. Цветопередача ламп ДРЛ не слишком достойная.

История

Исторически первыми появились лампы низкого давления, где разряд происходил в парах натрия. Подразумевается не процесс изобретения, но промышленное освоение осветительных приборов. Если говорить, обобщая, коммерческий смысл использовать разрядные лампы для освещения внёс в промышленность Петер Купер Хьюит. И случилось это в 1901 году. С заполнением из ртути лампы показались создателю настолько удачными, что исследователь в новом году организовал компанию при поддержке Джорджа Вестингауза. Предприятия последнего занимались выпуском продукции.

Шаг представляется логичным по простой причине, что Джордж Вестингауз вместе с Тесла вёл борьбу за внедрение переменного тока. И радовался каждому дельному изобретению, для работы которого требовался упомянутый род электричества. Натриевая лампа появилась в 1919 году, благодаря усилиям Артура Комптона. Годом позже в конструкцию внесли боросиликатное стекло. Характеризуясь малым коэффициентом температурного расширения, оно превосходно противостояло агрессивной среде паров натрия. Практическое применение ламп на улицах городов относится к началу 30-х годов (в Нидерландах – с 1 июля 1932 года).

Мощность светового потока натриевых ламп составляла 50 лм/Вт, что считалось достойным показателем. Несмотря на специфический жёлто-оранжевый цвет излучения. В СССР освоение натриевых ламп низкого давления не пошло. Ртутные сочли более приемлемыми. Вдобавок, появились натриевые лампы высокого давления. Описанные модели характеризуются некорректной цветопередачей. Сказанное касалось живых объектов и человека. Недостаток сумели частично преодолеть в 1938 году, введя в промышленное производство ртутные лампы низкого давления. Ключевые характеристики:

1. Световая отдача – 85 — 104 лм/Вт.
2. Срок службы – до 60 тыс. часов.
3. Перспективный спектр излучения.

Лампы ДРЛ появились в начале 50-х. Их эксплуатационные характеристики не дотягивают до приведённых выше (отдача 45 — 65 лм/Вт, срок службы 10 — 20 тыс. часов), но приемлемы. Лампы ДРЛ применяются для наружного и внутреннего освещения. Следующим шагом в развитии разрядных ламп стали РЛВИ (высокой интенсивности). Ключевым отличием стал повышенный КПД. В первых образцах показатель уже составлял 100 лм/Вт. Натриевые лампы высокого давления превосходят по показателям модели ДРЛ.

Особенности работы разрядной лампы с исправленной цветопередачей

Яркость лампочки

Выше говорилось, что отдельные разрядные (и люминесцентные) лампы характеризуются низкой цветопередачей. Окружающий мир становится чуть искажён, что быстро утомляет психику. Дополнительный фактор – физиологическая чувствительность глаз. Она неодинакова по видимому спектру, часть людей способна видеть ауру. Но у большинства индивидов максимум восприимчивости приходится на волну 555 нм (зелёный цвет). А в сторону краёв чувствительность глаз спадает.

Потому исследователи призывают выполнять корректировку мощности ламп на физиологические особенности человека. В результате 1 Вт на длине волны 555 нм эквивалентен 10 – на 700 нм. Инфракрасное излучение не воспринимается человеком. Оценку яркости производят по световому потоку, учитывающему воздействие каждой длины волн. Единицей измерения величины стал люмен, эквивалентный мощности 1/683 Вт для длины волны 555 нм. А светоотдача (лм/Вт) показывает, какая доля мощности в лампочке становится оптическим излучением. Максимальное значение достигает 683 лм/Вт и отмечается исключительно на волне 555 нм.

Нельзя обойти вниманием и единицу освещённости – люкс. Численно равна 1 лм/кв.м. Зная световой поток, высоту установки лампы, угол её раскрыва, возможно посчитать освещённость. Параметр для помещений нормируется по ГОСТ. В свете сказанного понятно, почему лампы ДРЛ с исправленной цветопередачей ещё встречаются на рынке, несмотря на сравнительно незавидные характеристики.

Для оценки цветопередачи применяется локус. Это фигура, напоминающая перевёрнутую параболу, чуть заваленную на левый бок. В ней цвет показывает две координаты от 0 до 1. Чтобы лампа проявляла хорошую цветопередачу, положение её интегрального излучения стремится к центру локуса. Добавим, что повышение цветовой температуры смешает спектр от красного к фиолетовому:

• 2880 – 3200 К – тёплый жёлтый;
• 3500 К – нейтральный белый;
• 4100 К – холодный белый;
• 5500 – 7000 К – дневной свет.

В этом плане жёлто-оранжевые натриевые лампы низкого давления считаются неудачным выбором. От них химический дисбаланс в сетчатке глаза вызывает утомление. Однако помните, что решающую роль все-таки играет спектр, а не цветовая температура: любая лампочка уступает Солнцу. Поэтому в бедном спектре натриевой лампы низкого давления (две спектринки в районе жёлтого) предметы смотрятся черными, серыми или жёлтыми. Это называется некорректной цветопередачей.

Принято параметр характеризовать индексом на основе визуального сравнения освещаемых лампочкой образцов с эталоном. Значение укладывается в диапазон от 1 (худший вариант) до 100 (идеал). На практике максимум удаётся найти лампу в интервале 95 — 98. Это поможет выбрать лампу ДРЛ на прилавке (типичное значение 40 — 70).

Исправление цветопередачи

В среде ионизированного газа тлеет разряд. Весь принцип действия. Остальное сводится к условиям получения горения дуги между электродами. Условия ионизации требуют наличия повышенного напряжения, которое в дальнейшем уже не понадобится. Часто разрядные лампы требуют наличия пуско-регулирующего аппарата. Атмосфера заполнена инертным газом и небольшим количеством упругих металлических паров (ртуть, натрий, их галогенидов). В практике ламп используются преимущественно указанные виды разрядов:

1. Тлеющий – с малой плотностью тока при низком давлении газа или пара. Падение напряжения на катоде доходит до 400 В. Визуально видны тёмные пятна в районе катода.
2. Дуговой – с высокой плотностью тока при различном давлении. Падение напряжения на катоде сравнительно невелико (до 15 В). Столб дуги низкого давления подобен тлеющему.
3. Дуги высокой интенсивности – специфическое явление, используемое в прожекторах. К примеру, применялись для выявления воздушных объектов врага в период Второй мировой войны. Основывается на особом режиме работы угольного стержня, открытом в 1910 году Г. Беком.

Спектр ртутного разряда лежит в ультрафиолетовой области на 40%. Люминофор преобразует эту область в красное свечение, одновременно большая часть фиолетовой и синей части свободно проходит. Качество исправление спектра определяется красным отношением (растёт при повышении толщины слоя, как и цена, нужные параметры определяют экспериментально из-за сложности расчёта). Ртутная горелка из кварцевого стекла (не выделяет в процессе работы газообразных веществ), а внешняя колба, изнутри покрытая люминофором – из обычного, но тугоплавкого. Цоколь эдисоновский. В качестве люминофора применяют активированный европием фосфат-ванадат иттрия. Материалобнаруживает спектр свечения из четырёх красных полос: 535, 590, 618 (max), 650 нм. Оптимальный режим работы достигается при температуре от 250 до 300 градусов (время выхода порядка четверти часа).

Перед нанесением люминофор размалывают и прокаливают. Фосфат-ванадат иттрия выбран неспроста, отлично выдерживает обработку. Немалая стоимость нередко компенсирована совместным применением с другими материалами. К примеру, ортофосфат стронция-цинка. Они лучше поглощают длину волны 365 нм, удаётся добиться приемлемых характеристик (учитывая специфику применения в сфере промышленного освещения при высоте установки от 3 до 5 метров).

Известны случаи применения активированного четырёхвалентным марганцем фторогерманата магния. Световая отдача и красное отношение (6-8%) при этом чуть снижаются. Оптимальный температурный режим устанавливается в районе 300 градусов Цельсия. При дальнейшем нагреве действенность устройства падает. Материала по всем показателям, кроме цены, уступает фосфат-ванадату иттрия: поглощает часть фиолетово-синей области спектра, обнаруживает спектр свечения в дальней красной области (где глаз показывает малую чувствительность), при обработке теряет яркость.

В конструкции обычно предусмотрены один или два зажигающих электрода, расстояние от которых до катода сравнительно небольшое. Так что внешний пускорегулирующий аппарат не требуется. В сочетании со стандартным цоколем получается удобная замена лампочкам накала при увеличенном КПД. Колба в процессе работы сильно греется из-за интенсивного поглощения люминофором излучения. Расчёт геометрической формы ведётся, исходя из этого параметра. С одной стороны требуется, чтобы излучение горелки упало на люминофор, с другой – температура в рабочем режиме не должна превысить оптимальной (см. выше).

Колбу наполняют чаще аргоном. Он дешёвый и вносит малый тепловые потери. Подмешивают 10-15% азота для увеличения напряжения пробоя. Общее давление приблизительно равняется атмосферному. Недопустимо попадание внутрь кислорода (разрушает металлические детали) или водорода (повышает напряжение розжига дуги). Положение горения допускается любое, но горизонтальное не поощряется. Дуга чуть изгибается, кварцевое стекло пребывает в невыгодном температурном режиме. Температура среды влияет на напряжение пробоя. Зимой разжечь дугу сложнее, ртуть оседает, и процесс идёт в среде практически чистого аргона (по этой причине пусковые устройства иногда приходится применять).

У ламп ДРЛ сравнительно сильно греется цоколь. Температура способна переваливать за точку кипения воды. Это требуется учитывать, подбирая патрон и люстру (фонарь) под установку лампы. В пору вспомнить советы авторов патента на первые галогенные лампы. Температура горелки сравнительно невысокая, но легко расплавит алюминий.

Маркировка

В отечественной практике цифра, идущая после ДРЛ, означает потребляемую мощность в Вт. Затем следует красное отношение: отношение красного потока (от 600 до 780 нм) к общему – выражается в процентах. Через дефис ставится номер разработки. Красное отношение характеризует цветопередачу, хорошими значениями считаются выше десяти.

По международному стандарту IEC 1231 применяется система ILCOS. Это конкуренты немецкой маркировки LBS и общеевропейской ZVEI. На рынке царит полный разброд. Согласно ILCOS:

1. QE обозначает эллипсоидную форму колбы.
2. QR обозначает колбу с внутренним отражающим слоем, грибовидную.
3. QG обозначает сферическую колбу.
4. QB обозначает изделия с встроенным балластом.
5. QBR обозначает изделия с встроенным балластом и отражающим слоем.

У Philips свой взгляд на вещи, а в General Electric не хотят слышать про то и другое. Собственно, лучше ориентироваться на справочники, либо читать информацию на упаковке. Помните, что цоколь бывает стандартным и других размеров. Доля производства ламп ДРЛ непрерывно снижается, поэтому нет смысла изучать сложные обозначения слишком подробно. А учитывая выход на рынок светодиодов, для дома и дачи лучше подыскать нечто современное и постоянно развивающееся. Что касается КПД, спор решится явно не в пользу разрядных ламп, хотя какое-то время они успешно осаждали нить накала.

Ртутные газоразрядные лампы низкого и высокого давления различных модификаций на сегодняшний день применяются повсеместно. Они установлены на улицах и дорогах населенных пунктов, выполняют функции архитектурных подсветок, освещают вокзалы, рынки, автомобильные эстакады, мосты и многие другие объекты.

Ртутные лампы низкого давления освещают здания школ, больниц, детских садов, административных зданий, торговых залов. Пользуются популярностью в сфере ЖКХ для освещения подъездов, подвалов, колясочных и подсобных помещений. Мощные приборы установлены во дворах и на детских площадках. Категории ламп узкой направленности служат в медицинских, криминалистических, сельскохозяйственных животноводческих целях и помогают в разведении птиц.

Несмотря на недостатки, ртутные приборы обладают и рядом достоинств. До некоторого времени они являлись самыми экономичными и надежными для потребителей разных уровней. Но научные разработки и их усовершенствование постоянно идут вперед. И вот на смену ртутным приборам уже приходят стройными рядами натриевые и светодиодные светильники нового поколения. А пока 70% окружающего нас пространства освещено газоразрядными лампами.

Виды ртутных ламп и специфика их работы

Лампы этого типа производятся мощностью от 8 до 1000 Вт и условно подразделяются на 2 группы:

• общего назначения;
• узкоспециализированного применения.

По давлению внутреннего наполнения:

• лампы низкого давления (величина давления ртутных паров > 100 Па)
• лампы высокого давления (величина парциального давления = 100 кПа);
• лампы сверхвысокого давления (величина = 1 МПа и < 1 МПа).

Ртутные приборы высокого давления

Ртутная газоразрядная лампа (ДРЛ) действует на принципе оптического излучения, генерируемого из ртутных паров газовым разрядом.

До 1970 года в конструкции ламп было только 2 электрода. Это делало розжиг лампочек затрудненным, а сами приборы — ненадежными. Затем была добавлена еще одна пара электродов, расположенных рядом с основными и подключенных к противоположным через резисторы – токоограничители.

При включении небольшие разряды прогревают газ и переходят на основную дугу. Такая система подключения зависит еще и от температуры окружающего пространства, поэтому нельзя определить с точностью, через какой промежуток времени свет переходит из тлеющего в дуговой. Вероятно, от 1,5 до 8 минут.

Для обеспечения нормального «вхождения» в световой режим нужен регулирующий прибор – дроссель. Он частично гасит на себе напряжение от сети и создает ровный фон, необходимый для работы ламп. В последнее время осветительные приборы для ДРЛ-ламп сменили в своей комплектации дроссель на ПРА – пускорегулирующий электронный балласт нового поколения. Внедрение ПРА помогло снизить шум работы ламп и повысить качество света. Время розжига сократилось до минимума.

В состав лампы входят:

• колба из стекла;
• цоколь;
• стеклянная кварцевая трубка, содержащая газ аргон и пары ртути под давлением. Колба с внутренней стороны покрывается люминофором с целью улучшения качества светового потока;
• ограничительный резистор;
• основной электрод;
• дополнительный электрод.

Дуговая металлогалогенная (ДРИ) лампа с излучающими добавками, которые повышают эффективность светопередачи. В ДРИ чаще устанавливаются не кварцевые, а керамические горелки, а в цепь включен дроссель. Мощность варьируется от 125 до 1000 Вт. Благодаря добавленным элементам – галогенидам металлов, лампа может излучать различные цвета.

Металлогалогенная лампа (ДРИЗ) с зеркальным слоем. В этих ртутных приборах установлен специальный цоколь, и предусмотрено покрытие одной стороны зеркальным слоем, что дает возможность получения направленного светового потока.

Лампа дуговая ртутно-вольфрамовая (ДРВ) не требует пускорегулирующей аппаратуры благодаря наличию вольфрамовой спирали. Такая ртутная лампа высокого давления отличается еще тем, что ее колба, кроме паров ртути, заполняется смесью, состоящей из азота и аргона. Вольфрамовые лампы дают яркий, приятный свет и наиболее долговечны.

Ртутно-кварцевая (прямая) лампочка (ПРК) или дуговая ртутная лампа высокого давления трубчатой формы (ДРТ) . Имеют цилиндрические колбы с расположенными на торцах электродами.

Ртутно-кварцевая лампа шаровая (ДРШ). Отличительные черты: шарообразная колба и высокий уровень яркости освещения вместе с ультрафиолетовым излучением. Работа лампы происходит под очень высоким давлением с системой охлаждения.

Ртутная ультрафиолетовая лампа высокого давления (ДРУФ, ДРУФЗ) производится из увиолевого черного стекла. Другой вариант создания таких лампочек заключается в использовании легированного европием бората стронция для покрытия внутренней стороны колбы. Видимого света они практически не дают.

Ртутные приборы низкого давления

Люминесцентная ртутная лампа является газоразрядной и устроена по тому же принципу, что и лампы высокого давления.

Компактная (КЛЛ) люминесцентная лампа появилась на территории нашей страны в 1984 году. Такие приборы изначально были снабжены стандартными видами цоколя с вмонтированными внутрь электрическими балластами.

Поэтому ввиду заявленной производителем энергосберегающей характеристике во многих квартирах достаточно быстро появились модели ККЛ. В отличие от других видов ртутных люминесцентных ламп, компактные приборы зажигаются сразу и работают бесшумно. Частота мерцания таких лампочек уловима человеческим глазом, но не так явно, как в случае с другими газоразрядными светильниками.

Линейная ртутьсодержащая лампа представлена в виде длинной колбы с двумя электродами на концах, заполненной газом и ртутными парами. Сама колба внутри покрыта люминофором. При включении лампы происходит электрический дуговой разряд, наполнение лампы нагревается до необходимого уровня, и прибор разгорается в полную силу.

При этом люминофор поглощает выделяемое при работе ультрафиолетовое излучение. Если дополнять химический состав люминофора различными добавками, то можно изменять таким образом цвет светового потока. Линейные лампы различаются типами цоколя и диаметром приборов.

Кварцевая дуговая ртутная люминесцентная лампа низкого давления вырабатывает мощное ультрафиолетовое излучение. Применяется для обеззараживания питьевой воды, воздуха. Вырабатывает озон в повышенной концентрации. Требует последующего проветривания помещения.

Бактерицидная лампа изготавливается из увиолевого стекла. Существует и другая технология, когда внутренняя поверхность колбы обрабатывается специальным химическим составом (см. ДРУФ). Вырабатывая мощное ультрафиолетовое излучение, лампа не выделяет слишком большого количества озона. Поэтому в помещении, где используется прибор, могут находиться люди.

Сферы применения ламп, содержащих ртуть

ДРЛ — дуговые ртутные люминесцентные светильники — используются для освещения дорог, вокзалов, мостов, переходов, скверов, дворов и других объектов.

Лампы ДРИ используют для организации наружного освещения улиц, площадей, парков, открытых спортивных площадок, ярмарок, рынков и др. Возможность изменением химического состава увеличивать спектр цветов свечения позволяет применять металлогалогенные лампы в архитектурной подсветке.

Моряки на рыболовецких судах при помощи ламп с зеленоватым свечением привлекают планктон. Излучение ультрафиолета, создание цветовой температуры, яркость и голубоватое свечение — все это способствует выращиванию растений или даже кораллов.

Лампы ДРИЗ актуальны на территориях с плохой видимостью, а вольфрамовые приборы устанавливаются на строительных площадках, автостоянках, открытых складских помещениях.

Приборы ртутно-кварцевые и ДРТ применяются в медицинской сфере. Бактерицидные ультрафиолетовые облучатели используются для обеззараживания воды, продуктов или воздуха. За период горения таких ламп в воздухе образуется большая концентрация озона, поэтому помещения, в которых проходит обработка или другие работы с прибором, должны быть обеспечены хорошей вентиляцией для проветривания пространства. Лампы применяются также для фотохимических технологий и фотополимеризации красителей и лаков.

Ртутные ультрафиолетовые лампы высокого давления используются для ловли насекомых, учитывая специфику работы их зрительного аппарата. Применяются лампы во время проведения представлений, праздников, карнавалов.

Приборы с лампами ДРУФ помогают в работе экспертов и криминалистов, указывая на едва заметные следы органического происхождения.

Линейные люминесцентные лампы многие годы широко применяются для освещения различных общественных организаций и зданий. После появления моделей с цоколями стандартных размеров лампочки начали использоваться в помещениях домов и квартир.

Бактерицидная лампа низкого давления применяется для внешнего и внутреннего обеззараживания. Используется в помещениях и медицинских целях.

Преимущества ртутных газоразрядных ламп

• компактность ламп;
• достаточно высокая светоотдача 50 -60 лм/Вт;
• экономичность в 5-7 раз выше лампы накаливания;
• Долговечность — 10000-15000 тыс. часов при правильной эксплуатации;
• Нагрев корпуса значительно ниже ламп накаливания;
• Возможность воспроизводить разные цвета;
• Работа при высоких и низких температурах от +50 до -40.

Для ламп ДРВ:

• возможность замещения ламп накаливания для уличного освещения;
• возможность работы без специальной регулирующей пуск аппаратуры.

Недостатки дуговых ртутьсодержащих ламп

• работа на переменном токе (кроме РДВ);
• включение через балласт (кроме РДВ);
• чувствительность к колебаниям в сети;
• неудовлетворительная цветопередача;
• мерцание, утомляющее глаза;
• длительный срок от включения до верхнего уровня света лампы (кроме КЛЛ);
• после выключения до следующего включения длительный период остывания лампы (кроме КЛЛ);
• со 2-й половины срока службы уменьшение светоотдачи;
• класс опасности 1 из-за содержания в конструкции ртути.

Для ламп ДРВ:

• недолговечность вольфрамовой нити.

Утилизация ламп с содержанием ртути

Все лампы, в состав которых входит ртуть, имеют класс опасности 1. Это значит, что после окончания срока службы такой прибор нельзя просто выбросить в мусорный контейнер. Тем более недопустимо избавиться подобным образом от разбившейся или треснувшей лампы.

Хранить, транспортировать и утилизировать приборы с классом опасности 1 могут только организации, которые имеют лицензию на данную деятельность. Понятно, что каждый человек не станет разыскивать координаты такой компании. Для этого в любом населенном пункте предусмотрены места для временного хранения таких ламп.

Управляющая организация, которая обслуживает ваш дом, уполномочена выделять такие помещения приема для граждан. Проконсультировавшись о часах работы с населением, вы можете просто отнести неисправные приборы туда. Если лампа имеет повреждение, ее нужно положить в пакет, герметично его закрыть и сдать в пункт приема.

Процесс утилизации происходит различными, достаточно трудоемкими способами: амальгамированием, демеркуризацией, обжигом высокой температуры или другим.

Ртутная лампа высокого давления постепенно уходит в прошлое. Борьба за сохранение окружающей среды набирает обороты. На смену пришли натриевые газоразрядные приборы. В домах и городах появляется все больше безопасных, экономичных, прочных и дающих прекрасное освещение светодиодных светильников. Но ничего не происходит вдруг. И от каждого человека зависит, какое «завтра» придет на смену «сегодня». Берегите землю и цените то, что есть у вас сейчас.