Срок службы натриевых ламп. Особенности подключения и использования натриевых ламп. Где можно встретить

(401 votes, average: 4,86 out of 5)

Лампы ДНаТ: источник света, который слишком рано списали на пенсию.

Как мы и обещали, наконец созрела статья про лампы ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая высокого давления). Все, кто работал или работает в области светотехники, о лампе ДНаТ знают не понаслышке. Но если кто не знает, объясним на пальцах: лампы ДНаТ - это как автомат Калашникова для освещения улиц и досветки растений - проверенный временем и надежный, но не лишенный недостатков источник света.

Собственно, эта статья про лампы ДНаТ скорее для начинающих; материал, изложенный грамотно, но доступным языком: без принципиальных схем подключения и полной разблюдовки основ поддержания столба разряда в горелке лампы ДНаТ. Но и специалистам, мы уверены, набросок понравится.

Почти 100% автодорог мира (никто, конечно, не подсчитывал) до недавнего времени освещали лампы ДНаТ, пока их не начали выпиливать с опор в пользу светодиодных светильников. Однако, даже сейчас, бывалые проектировщики предпочитают от греха подальше впихнуть в проект натриевый светильник, ибо светодиодка 1. реально дороже, 2. не на столько уж энергоэффективней и 3. до сих пор непредсказуема, т.к. количество просто зашкаливает. Но об этом позже.

Лампы ДНаТ бывают разных мощностей - от 50 до 1000 Вт (редко, но встречаются мощностью 2000 и 4000 Вт), что как бы намекает на их «промышленное» применение, нежели «бытовое». В основном лампы ДНаТ используют в светильниках для освещения улиц и дорог, реже - на производствах в купе с источниками света белого света (например со светильниками на МГЛ для достижения более теплого света и большей энергоэффективности). В самых извращенных случаях их ставят на производство в чистом виде. И то - до первой травмы или звонка «куда следует».

Но самое незаменимое применение - освещение теплиц, или досветка растений (что, собственно, одно и то же, но второе - по-научному).

Терминология

Вот за что мы не любим Википедию, так за то, что там пишут либо поверхностно, и не понятно, либо занудно и со всеми подробностями - что для непосвященных тоже не понятно. Самое обидное, что суть названия лампы ДНаТ в ней дают лишь в качестве расшифровки аббревиатуры, однако тут все намного интереснее.

Лампы ДНаТ во всем мире (кроме России) называют так, как они и должны называться - HPS Lamp (High-Pressure Sodium Lamp), то есть натриевые лампы высокого давления (НЛВД). Они у нас тоже так называются, но этот термин никто не использует. В Советском Союзе, когда только появились НЛВД, их стали производить различные заводы. Модификации и мощности были разные и их нужно было как-то отличать.

Различий действительно было много: форма (эллипсоидные/трубчатые) и прозрачность (матовые/прозрачные) колбы, мощность лампы (75/150/250/400/600/1000), наличие или отсутствие зеркального напыления в одной из полусфер. Так что и названий у НЛВД советского производства было много. Самыми распространенными стали лампы ДНаТ с различными приставками в виде мощности (150, 250 и т.д.).

Это было что-то вроде брендирования. Например сейчас в России существуют лампы ДНаТ-250 (с припиской, «такого-то производства»), а в Германии (да и во всем мире благодаря экспорту, маркетингу и качеству) существует лампа, например, VIALOX NAV-T 250 W SUPER 4Y производства Osram.

Так что по большому счету, лампы ДНаТ- это всего лишь разновидности модели лампы, а не тип источника света . А вот тип источника света - НЛВД, к которому относятся и лампы ДНаТ, и ДНаЗ (с зеркальным напылением) и даже ДНаС (со светорассеивающей колбой, чтоб меньше слепила). И, кроме специалистов, это мало кто знает. Вот так-то.

Кстати, если кому интересно, можно заглянуть в музей ламп (сайт на английском, но с кучей картинок) - здесь собрано бесчисленное количество различных ламп, в т.ч. и натриевых , за всю историю эпохи электрического освещения. Очень познавательно.

Устройство лампы ДНаТ

В принципе, лампы ДНаТ устроены не сложнее, чем любая газоразрядная лампа. Снаружи колба из термостройкого стекла и цоколь, внутри держатель горелки и сама горелка. Все.

Вот, собственно, и все устройство.

Подключение лампы ДНаТ

Подключение также примитивно до безобразия, как и устройство лампы. Так что мы не будем на этом долго останавливаться и лишь приведем одну из наиболее типовых схем подключения лампы ДНаТ.

Хотя тут стоит оговориться, что в действительности вариантов подключения лампы ДНаТ огромное множество. Обязательным компонентом подключения является также компенсирующий конденсатор. Как правило, схемы подключения указаны на блоках ИЗУ. Но на картинке выше приведен самый простой схематический вариант подключения.

Плюсы лампы ДНаТ

1. Энергоэффективность лампы ДНаТ

Этот источник света до сих пор считается одними из самых дешевых и энергоэффективных (2016 год). Да, да, не стоит делать такие глаза. Они вполне себе конкурируют со светодиодами, в т.ч. и по параметру лм/Вт. Так, с лучших представителей отрасли мощностью 250 Вт вполне можно снять до 130 лм/Вт (пруф). А со светильника - до 90…110 лм/Вт в зависимости от производителя, рассеивателя, отражателя, ПРА и качества питающей сети.

Интересно, что чем выше мощность и световой поток лампы ДНаТ, тем выше их светоотдача. К примеру, 50-ваттных ламп выше 80 лм/Вт почти не бывает. А вот с ДНаТ 1000 можно смело получить и 150 лм/Вт - жмяк . Еще раз - всего два года назад такие параметры светодиодам в массовом производстве и не снились.

Говорить просто о лампе без светильника не совсем корректно, т.к. только в нем можно увидеть все плюсы и минусы лампы ДНаТ. Энергоэффективность светильников с натриевыми лампами доходчиво иллюстрируют характеристики, заявленные производителями светильников на их же сайтах (редко когда врут). Но у нас есть и собственные, измеренные данные, полученные из лаборатории во время испытаний светильников для рейтинга:
– - 84 лм/Вт,
– с лампой GE - 81 лм/Вт,
– - 87 лм/Вт.
А вот теперь самое интересное. Если говорить о прямой замене, т.е. когда сняли старый натриевый светильник и на его место повесили новый светодиодный, - надо понимать, что светильник с лампой ДНаТ 150 Вт никогда не заменишь 50 или 70-ваттным светодиодным. То же самое касается 250 Вт натриевых светильников - их невозможно заменить светодиодкой 100 и даже 150 Вт (речь про рядовые светильники, а не про собранные на заказ с идеальными характеристикой и световой отдачей 150 лм/Вт со светового прибора) .

2. Цена лампы ДНаТ

Стоимость лампы ДНаТ варьируется от 300 до 10 000 рублей в зависимости от мощности, производителя, продавца и некоторых других переменных. Среднестатистическая лампочка мощностью 250 Вт стоит в районе 1000 рублей (±700). Но о цене абстрактной лампы ДНаТ тоже не совсем интересно говорить. Интересно говорить о стоимости лампы в составе светильника с ПРА (пуско-регулирующей аппаратурой), цоколем, защитным стеклом и т.д.

Вообще, лампа ДНаЗ, вместе с ее изобретателем, заслуживают отдельной статьи. И мы ее обязательно напишем. Нет. Серьезно. Кроме собственного сайта компании, об этой лампе почти не найдешь информации. Так что будем это исправлять.

Натриевые лампы – осветительные устройства, использующие в качестве рабочего вещества металлические пары. В отличие от двух прочих классов разрядных приборов. К примеру, ртутные лампы используют разряд в газах, выделяют семейство осветительных приспособлений, где рабочим веществом становятся соединения металлов.

Ключевые особенности разрядных натриевых ламп

Считается, что натриевые лампочки обладают самой большой светоотдачей, что предполагает наличие внушительного КПД. Изделия характеризуются, помимо прочего, долгим сроком службы. В период эксплуатации светоотдача снижается незначительно. Рабочие параметры (ламп высокого давления) мало зависят от температуры окружающей среды (перегрев исключается правильно реализованной конструкцией). Натриевые лампочки востребованы для освещения улиц. Присутствуют серьёзные недостатки:

1. Не слишком достоверная цветопередача (значения коэффициента — 25). Это долго считалось основным ограничением для применения разрядных ламп в быту. Крайне плохо выглядит при подобном освещении человеческая кожа.
2. Разряду в парах натрия присуща глубокая пульсация, что приводит к быстрому утомлению зрения. Эффект мерцания вреден для нервной системы и ряда аспектов человеческого здоровья. Упомянутое явление объясняется полной безынерционностью дуги в парах натрия — свечение повторяет закон приложенного напряжения (в сети обычно синусоида частоты 50 Гц).
3. По мере расходования ресурса жизни потребляемая мощность натриевой лампы постепенно растёт и повышается на 40% относительно первоначальной.
4. Пускорегулирующий аппарат натриевых ламп громоздкий (занимает много места) и характеризуется большими потерями (до 60% от полной расходуемой энергии).
5. Наличие пускового дросселя предопределяет низкий коэффициент передачи мощности (до 0,35). Что требует наличия солидного блока компенсирующих конденсаторов для устранения реактивной части.

Перечисленное объясняет применение натриевых лампочек преимущественно для ночного освещения, в особенности, нежилых объектов: цехов, складов, железнодорожных станций. Дополнительно — для хранилищ, дорожных магистралей, архитектурных сооружений. Жёлтый свет натриевой лампы низкого давления позволяет человеку различать детали при сравнительно низкой интенсивности излучения, превосходно проходит сквозь туман в плохих погодных условиях. Указанная специфика делает возможным создание на основе описанных приборов множества сигнальных установок.

Часть приведённых выше недостатков удаётся устранить применением электронных балластов инверторного типа. Этим снижается энергопотребление, по причине отсутствия пускового дросселя коэффициент мощности достигает 0,95. Разумеется, масса электронного балласта невелика. Это известно человеку, знающему о преимуществах светодиодных и разрядных ламп с эдисоновской резьбой Е27. Вся электроника здесь умещается в цоколе.

Срок службы натриевых лампочек повышенного давления колеблется в пределах 12 — 28 тысяч часов. Это конкурентоспособные значения, в пересчёте на трудодни составляет 4 — 9,5 лет. Постепенно падение напряжения на лампах увеличивается со скоростью 1 — 5 В ежегодно. Что становится причиной, провоцирующей отказ.

Колба ламп низкого давления обычно цилиндрическая. У изделий высокого давления – иногда грибовидная с внутренним отражателем или эллипсоидная. В последнем случае спектры свечения градируются по мощности: для её средних величин давление в колбе максимальное, объясняя упомянутое деление. На спектральные характеристики влияет сетевое напряжение (если не используется электронный балласт). Критичен срок службы и к амплитуде: увеличение или снижение вольтажа лишь на 5% приводит к резкому старению изделия.

Для рядовых потребителей представляют интерес . Соответствующий коэффициент изделий достигает 83, что признано прекрасным показателем. К примеру, для светодиодных лампочек типичными значениями считаются 70 и более. Последние массово применяются в быту, мало отыщется желающих на такие параметры жаловаться. А учитывая экономичность натриевых лампочек, полагаем, приборы станут достойным конкурентом для прочих семейств осветительных приборов.

Принцип действия натриевых ламп

В герметичной колбе создаются условия для испарения натрия. Для получения света используют D-линии на волнах 589 и 589,6 нм. Натриевые лампы бывают высокого и низкого давления. Согласно общепринятой классификации это, соответственно, от 30000 до 1 млн. Па и от 0,1 до 10000 Па. Такое положение дело возникло на основе долгих исследований специфики разряда.

Установлено, что максимум светоотдачи отмечается при давлениях 0,2 и 10000 Па. Первые натриевые лампы, созданные в 1931 году Марселло Пирани, функционируют на первом экстремуме функции в пределах указанного интервала при плотности тока 0,1 — 0,5 А на квадратный сантиметр. Наиболее благоприятные условия для излучения света достигаются при температурах жидкой фазы в интервале 270 — 300 градусов Цельсия (температура цоколя, по крайней мере, вдвое ниже). Лампы, работающие при давлении 0,2 Па, эффективнее.

Натриевые лампы низкого давления

Лампы низкого давления чрезвычайно эффективны. Указанные выше длины волн становятся доминирующими, но далеко не единственными в спектре свечения. У ламп низкого давления большинство линий лежит в области чувствительности глаза. Это значит, свет максимально ярок. Иными словами лампы низкого давления обладают привлекательным КПД.

У лабораторных моделей коэффициент полезного действия достигает 50-60%. В результате световая отдача поднимается до 400 лм/Вт (теоретический предел для современного уровня технологии составляет 500 лм/Вт).

Для сравнения. Светодиодная лампочка EKF мощностью 9 Вт (аналог нити накала мощностью 75 Вт) отдаёт поток 830 лм. Цифра считается хорошим показателем энергосбережения. Хотя световая отдача, нетрудно догадаться, составляет «лишь» 92 лм/Вт. Становится понятно, сколь эффективны натриевые лампы низкого давления, изобретённые давно, в 1931 году.

На практике приходится идти на жертвы (на лампочки Philips по-прежнему хороши и достигают световой отдачи в 133-178 лм/Вт). Температура колбы поднимается до необходимых 270-300 градусов Цельсия за счёт специальных мер по теплоизоляции (превышением радиуса колбы над максимально эффективным) и некоторого увеличения рабочего тока до оптимального. Как результат, КПД реальных изделий, выпущенных для массовой продажи, не достигает указанных выше границ. Но остаётся повышенным, чтобы натриевые лампочки назвали энергосберегающими.

Теплоизоляцию иногда дополняют и иными мерами. Отражающая рубашка из полупроводниковых материалов пропускает наружу полезное излучение жёлтого цвета, но отражает внутрь инфракрасное. Температура внутри дополнительно повышается. Но конструкция натриевой лампы сложнее.

Розжиг дуги облегчается добавлением некоторого количества неона и аргона. Этим сильно снижается напряжение, развиваемое драйвером. По причине наличия примесей стекло колбы не поглощает аргон. Радиус лампы берётся чуть больше оптимального и составляет 15-25 мм. Оксидный катод обычно бифилярный или сиптерированный (спечённый из порошка). В качестве материала используется вольфрам, активированный щелочными (щёлочноземельными) металлами.

Натриевые лампы высокого давления

В газовую смесь, помимо натриевых, добавляют пары ртути и снижающего напряжение розжига (до 2-4 кВ) ксенона. Давление в колбе находится в пределах от 4 до 14 кПа. Несложно заметить, что, согласно общей классификации разрядных ламп, указанный диапазон относится к низкому давлению.Для натриевых ламп выше 14 кПа указанный параметр не поднимается. Диапазон 4 — 14 кПа выносится в разряд сильного давления.

Максимум эффективности лежит в районе 10 кПа. Парциальное давление натриевых паров составляет десятую или двадцатую долю от общего. Прочее приходится на ртуть и ксенон. Давление последнего (в холодном виде) составляет 2,6 кПа. Если для снижения напряжения розжига применять смесь неона и аргона, световая отдача натриевой лампы снижается на четверть.

В спектре натриевых ламп повышенного давления, помимо D линий, отмечается активность в сине-зелёной части спектра. За счёт чего даваемый оттенок не жёлтый, а золотисто-белый (цветовая температура в теплом промежутке – 2000 К). Индекс цветопередачи (максимален при 2500 К) возможно повысить увеличением парциального давления паров натрия и диаметра колбы. Одновременно почти вдвое снижается световая отдача, уменьшается срок службы. Происходит повышение цветовой температуры. Ввиду описанных выше негативных результатов на такие меры идут редко.

В качестве материала колбы используется алюминиевая керамика. Обычное силикатное стекло непригодно, пары натрия под действием немалой температуры вступают тогда в химическую реакцию. Образуемые соединения устойчивы, и колба ощутимо чернеет уже через несколько минут после начала работы изделия. Изменения необратимы, под действием сильного давления присутствует вероятность полного разрушения стекла.

Поликристаллическая керамика и трубчатый монокристалл при толщинах стенки от 0,5 до 1 мм одинаково устойчивы к действию агрессивной среды до температуры 1600 К, с некоторым запасом относительно оптимальной точки. Керамика обнаруживает достойный коэффициент пропускания излучения в видимом диапазоне, занимающий 30% потребляемой натриевой лампой энергии.

Запредельные температуры требуют специальной конструкции вводов. Изготавливаемые из ниобия с малой (1%) примесью циркония они герметизируются на входе в колбу особым стеклоцементом (способным выдержать указанные агрессивные условия). Столь изощрённый по составу сплав выбран неспроста. Конструкторы изыскали материал, коэффициент теплового расширения которого близок к керамике. В результате удаётся избежать деформаций на стыках и швах. Та же идея используется в металлических оконных рамах. Известно, что коэффициент теплового расширения алюминия близок к значениям стекла.

Натриевым лампам повышенного давления присуща инерционность. При первом зажигании свет жёлтый и монохроматический. Постепенно изделие выходит на режим с одновременным расширением излучаемого спектра. Для повторного розжига дуги газ остывает, отнимая 2-3 мин. Чтобы не превысить рабочих температур, требуется исключить отражение излучения на колбу. В противном случае натриевая лампа выходит из строя от перегрева.

Они характеризуются высокой передачей света и незначительным снижением световых потоков при длительной работе.

Часто натриевые лампы применяют для экономного освещения внешних объектов - улиц и строительных площадок, транспортных магистралей и тоннелей, архитектурных сооружений, вокзалов и аэропортов, других объектов, требующих контрастной видимости при любых погодных условиях. Кроме того, такие лампы находят широкое применение для освещения цветников и теплиц с растениями.

Дуговая натриевая трубчатая представляет собой стеклянный баллон, содержащий специальную «горелку» - цилиндрическую трубку с чистой закисью алюминия. Данная трубка заполнена парами натрия и ртути. Кроме того, эти лампы содержат пусковой газ - ксенон.

Различают их два вида - натриевые лампы высокого давления, которые позволяют получать монохромное излучение светло-оранжевого цвета, а также низкого давления, которые обеспечивают примерно 200лм/Вт, но характеризуются теплым цветным диапазоном.

Следует отметить, что натриевые лампы подключаются по-особому - с помощью специального пускорегулирующего аппарата и импульсно-воспалительного устройства, хотя некоторые производители выпускают такие лампы с пусковой антенной, которая имеет вид проволоки, что обвивается вокруг «горелки».

Если говорить о преимуществах натриевых ламп, то следует отметить следующие характеристики:

Высокая светоотдача;

Длительный период эксплуатации (до 32 тысяч часов);

Незначительное изменение при работе;

Экономичность применения;

Диапазон рабочих температур, который составляет -60 - +40 ° С.

Несмотря на перечисленные достоинства, натриевые лампы имеют определенные недостатки:

Могут применяться только тогда, когда не предъявляются высокие требования относительно хорошей цветопередачи. Кроме того, при длительной работе они меняют свой цветовой диапазон;

Эффективность данных ламп зависит от температуры окружающей среды - в холодную погоду они светят хуже;

Не являются экологическими, так как содержат соединения натрия с ртутью;

При эксплуатации проходит утечка атомов натрия, что требует использования монокристаллической разрядной трубки;

Для полного запуска данного вида ламп и установления стабильных световых характеристик должно пройти не менее 7 минут.

Учитывая такие особенности натриевых ламп, их лучше применять в случаях, когда требуется мощный и экономичный источник света, а правильная цветопередача не очень важна.

Стоит отметить, что мощность данных ламп должна подбираться в соответствии с их использованием. Так, для цветников, теплиц или питомников для растений лучше всего применять лампы на 150 или 250 Вт. Натриевые с мощностью более 400 Вт не применяются, так как они способны сжечь листки. При правильном применении данного источника света можно улучшить рост растений и интенсивно их выращивать в течение всего года.

Натриевые лампы высокого давления (ДНаТ) имеют самую высокую светоотдачу среди всех известных газоразрядных ламп (100 - 130 лм/Вт), но плохую цветопередачу (Ra = 20-30), и характеризуются минимальным снижением светового потока при длительном сроке службы. У этих ламп внутри стеклянной цилиндрической колбы помещается разрядная трубка из поликристаллического алюминия, инертная к парам натрия и хорошо пропускающая его излучение. Давление в трубке порядка 200 кПа.

Для расчёта освещенности помещения вы можете воспользоваться калькулятором расчета освещенности помещения .

Устройство натриевой лампы:

1 - керамическая заглушка;

2 - керамическая светопропускающая трубка;

3 - внешняя колба из тугоплавкого стекла;

4 - электрод;

5 - ниобиевый штенгель;

6 - бариевый геттер (газопоглотитель);

7 - цоколь.

Маркировка натриевых ламп:

• Д - дуговая;
• На - натриевая;
• Т - трубчатая.

Классификация натриевых ламп по конструктивному исполнению:

• в прозрачной цилиндрической внешней колбе с резьбовым цоколем;
• в эллипсоидной (прозрачной или матированной) внешней колбе с резьбовым цоколем;
• в цилиндрической стеклянной или кварцевой колбе с двухсторонней цоколевкой;
• в колбе специальной формы с внутренним отражателем.

Лампы с односторонней цоколевкой мощностью до 70 Вт имеют цоколь Е27, а лампы 100 Вт и более цоколь Е40. У (софитных) ламп с двухсторонней цоколевкой - RX7s.

Продолжительность работы натриевой лампы - 10 -15 тыс. часов. Однако чрезвычайно желтый свет и соответственно не высокий индекс цветопередачи (Ra=25) позволяют использовать их в помещениях, где находятся люди, лишь в комбинации с лампами других типов.

Газоразрядные натриевые лампы высокого давления используют для освещения промышленных помещений, улиц и площадей, спортивных сооружений, а так же используются в прожекторах. Высокая экономичность и золотисто-желтый свет этих ламп отлично подходят для этих целей.

Характеристики натриевых ламп.

• Мощность - W, Вт;
• Световой поток - Лм;
• Тип цоколя - E;
• Цветовая температура - K.

лампы					служ.	Габариты,

Натриевые ДНаТ (ГРЛ).

лампы					служ.	Габариты,

Натриевые лампы NAV-T фирмы Osram .

лампы					служ.	Габариты,

Схема подключения лампы ДНАТ с трех контактным ИЗУ.

Схема подключения лампы ДНАТ с двух контактным ИЗУ.

Лампы включаются в сеть через последовательно включенный дроссель, который рассчитан на рабочий ток и напряжение лампы. Зажигание ламп выполняется при помощи импульсного зажигающего устройства (ИЗУ), создающего импульсы высокого напряжения (2—3 кВ), которое подключается параллельно лампе либо через часть обмотки дросселя.

Конструкции первых световых приборов были довольно примитивными. Они состояли из двух электродов, между которыми горел дуговой разряд. В этих конструкциях было два существенных недостатка: из-за выгорания электроды нуждались в постоянной регулировке, а спектр излучения захватывал значительную долю ультрафиолета. Поэтому лампы накаливания, а позже натриевые лампы очень быстро заняли свои ниши в освещении помещений и улиц.

Справедливости ради надо сказать, что и эти осветительные приборы и сегодня ещё конкурируют с марками более экономичных светодиодных светильников.

Но есть сферы, где применение натриевых лампочек ещё долго будет в приоритете. Оптимизма прибавляет высокий поток излучения в , продолжительность срока эксплуатации и высокие показатели экономичности этих приборов.

Конструкция и принцип работы

Действие натриевой газоразрядной лампы основано на свойстве паров натрия, способных излучать монохроматический яркий свет в жёлто-оранжевом спектре. Это газообразное вещество заключено в особой колбе (трубке), называемой горелкой. Поскольку разогретые до высокой температуры пары натрия агрессивно действуют на стеклянные поверхности, то трубку изготавливают из более устойчивых веществ – боросиликатного стекла либо из поликристаллической окиси алюминия (в зависимости от типа лампы).

С каждой стороны горелки расположены электроды, предназначенные для создания дуговых разрядов, разогревающих пары натрия. Эта конструкция размещена в вакуумной стеклянной колбе, заканчивающейся резьбовым цоколем.

Здесь уместно заметить, что существует два типа таких осветительных приборов: НЛНД (низкого давления) и НЛВД (высокого давления). Описанная выше конструкция даёт общее представление об устройстве газоразрядных натриевых светильников обоих типов. Различаются эти лампы конструкциями горелок и рабочим давлением паров внутри трубок.

В натриевых светильниках низкого давления, его величина не превышает 0,2 Па, а в НЛВД – порядка 10 кПа. Соответственно отличаются и рабочие температуры паров натрия: 270–300 °С для НЛНД и 650–750 °С в горелках высокого давления. Отсюда понятно, что горелки НЛВД обладают достаточно высокими уровнями световых потоков, то есть светят довольно ярко.

Нет ничего удивительного в том, что натриевые лампы высокого давления постепенно вытеснили с рынка осветительные приборы типа НЛНД. Хотя спектр света соответствующий низкому давлению более приятен для глаз, горелки НЛНД уступили более мощным моделям с довольно высоким световым излучением.

Учитывая данное обстоятельство, мы будем акцентировать внимание именно на лампах типа НЛВД. Конструкция такого источника освещения изображена на рисунке 1. Здесь приведена схема трубчатой лампы ДНаТ.

Рис. 1. Устройтство ДНаТ

Цифрами обозначено:

• 1 – внешняя колба;
• 2 – никелированный цоколь;
• 3 – контактные пластины;
• 4 – газоразрядная трубка (горелка);
• 5 – молибденовые электроды;
• 6 – пары натрия с примесью инертных газов (аргон или ксенон);
• 7 – амальгама натрия;
• 8 – уплотнённый ниобиевый ввод;
• 9 – металлические проводники;
• 10 – молибденовые пластины;
• 11 – геттеры (газопоглотители).

На рис. 2 представлено фото натриевой лампы данного типа.

Рис. 2. Пример фото натриевой лампы высокого давления (НЛВД)

Колбы натриевых светильников бывают цилиндрическими (как на рисунке 2), эллиптическими, покрытыми изнутри тонким слоем светорассеивающего вещества (ДНаС). Они могут быть матированными (ДНаМТ) или содержать зеркальный отражатель рядом с горелкой (ДНаЗ).

Принцип действия.

Зажигание горелки натриевой лампы происходит от электрической дуги, возникающей между электродами. В канале электрического разряда образуется поток заряженных частиц из паров натрия. Строго говоря, внутри газоразрядной трубки находится не чистый натрий, а смесь газов. Для лучшего зажигания дуги добавляют аргон или ксенон либо пары ртути.

Сегодня уже существуют безртутные светильники. Они пока имеют более сложную конструкцию, но разработки продолжаются и, вероятно, они когда-нибудь заменят обычные лампы с ртутью.

После того как на катоды подано высокое импульсное напряжение, происходит зажигание НЛВД. Некоторое время лампа светит тусклым светом. Примерно через 7 – 10 минут, после того как пары натрия разогреются до рабочей температуры, лампа переходит в режим максимальной световой отдачи.

Принцип действия похож на работу ртутных ламп, но для включения светильника, наполненного парами натрия, требуется импульсное напряжение высшее, чем для включения . После разогрева горелки импульсные токи необходимо ограничить. Поэтому для данного типа осветительных приборов производители НЛВД разработали специальные пускорегулирующие аппараты со встроенными импульсными зажигающими устройствами. Без использования ИЗУ зажечь натриевую лампу, включив её непосредственно в электрическую сеть, невозможно.

Классификация натриевых ламп

Как было отмечено выше, натриевые светильники бывают двух типов: НЛНД и НЛВД. Их можно классифицировать ещё по виду колбы, по составу примесей, мощности излучения. Поскольку давление паров натрия напрямую влияет на светоотдачу лампы, то сделаем краткий обзор светильников именно по этому параметру.

Низкого давления (НЛНД)

Первыми появились НЛНД (с низким давлением в горелке). Они обеспечивают низкую цветопередачу, но обладают приятным для человека спектром излучения. Их массово использовали в 30-ых годах ушедшего столетия. Лампы низкого давления можно встретить и сегодня, однако их вытесняют более совершенные натриевые светильники, на которых мы остановимся более подробно.

Высокого давления (НЛВД)

Высокая эффективность НЛВД сделала их лидером среди других газоразрядных источников света. Светоотдача таких светильников достигает 150 люмен/ватт. Они могут работать до 28500 часов. Правда, в конце срока службы их светоотдача снижается, а цвет смещается в красную сторону спектра.

По целому ряду параметров НЛВД превосходят качества люминесцентных ламп, излучающих холодное свечение и металлогалогенных ламп, потребляющих много электроэнергии. Среди современных электрических источников света немного найдётся светильников, способных составить натриевому светильнику достойную конкуренцию.

Преимущества и недостатки

Преимущества у натриевых ламп следующие:

• экономичность трубчатых ламп;
• большой срок эксплуатации;
• устойчивость электрических параметров на протяжении почти всего срока службы;
• тёплые оттенки излучения натрия (см. рис. 3);
• довольно широкий диапазон температур, при которых натриевый лампы устойчиво работают – от –60 до +40 градусов по Цельсию.

К сожалению, существуют недостатки, ограничивающие сферы применения НЛВД:

• раздражающая частота мерцания света;
• инерционность при включении;
• взрывоопасность НЛВД;
• наличие в большинстве моделей содержания ртути;
• резонансное излучение ослабевает в процессе эксплуатации;
• рост потребляемой мощности с приближением конца срока службы;
• необходимость применения ПРА для подключения ламп.

Пускорегулирующие аппараты иногда являются источником шума и расходуют до 60% потребляемой мощности. Они также требуют дополнительного обслуживания.

Несмотря на наличие перечисленных недостатков, в некоторых сферах, где цветопередача источника света несущественна, применение НЛВД является очень выгодным, а в отдельных случаях просто незаменимым.

Область применения

Жёлто-оранжевый свет осветительных устройств приятен для глаз, но его монохроматичность приглушает цвета красок интерьеров. Поэтому натриевые лампы не используются в жилых помещениях в качестве основного осветительного прибора. Они могут служить лишь элементами декоративного освещения.

На рисунке 3 показано фото такой подсветки.:

Рисунок 3. Свет натриевой лампы

Исследования показали, что желтому свечению свойственно благотворно влиять на развитие растений. При этом усиливается их рост, увеличивается урожайность. Летом растительность получает такое освещение от солнечных лучей. Но в теплицах, где выращивают овощи зимой, солнечного света явно не хватает. Для этих целей идеально подходят НЛВД (см. рисунок 4).

Использование натриевых ламп для освещения теплиц не только повышает урожайность, но и позволяет сэкономить электроэнергию.

Рисунок 4. Освещение теплицы натриевыми лампами высокого давления

Обратите внимание на монохроматичность света натриевых светильников. Приглушенный цвет растений свидетельствует о том, что почти весь свет от ламп расходуется на выработку хлорофилла.

Монохроматичность очень полезна при освещении улиц. Такой свет не рассеивается в тумане. Использование уличных светильников для освещения автострад позволяет повысить безопасность движения транспорта. Парковые зоны и дорожки с уличным освещением на основе НЛВД, обладающих жёлтым спектром свечения, повышают комфорт отдыхающих в ночное время.

Рисунок 5. Уличное освещение с помощью НЛ

Реже такие светильники используются в производственных помещениях (обычно на складах), а также при оформлении рекламных вывесок и декораций.

Подключение

Поскольку для поджога горелки требуется высокое импульсное напряжение (иногда до 1000 В) то это усложняет схемы подключения натриевых ламп. Приходится применять дополнительное оборудование. ПРА для НЛВД бывают двух типов: ЭмПРА (электромагнитные) и ЭПРА (электронные).

ИЗУ подключаются в цепь лампы параллельно, а дроссели – последовательно, иногда через импульсное зажигающее устройство.

На рисунке 6 изображено подключение НЛВД.

Рисунок 6. Схема подключения НЛВД

Обратите внимание на то, как подключен дроссель (балласт) и ИЗУ.

Примите к сведению, что при самостоятельном подключении необходимо соблюдать требование: длина провода от дросселя до цоколя лампы не должна превышать 100 см.

Некоторые зарубежные производители поставляют на рынок натриевые осветительные приборы со встроенными пусковыми устройствами в колбе светильника.

Вопросы безопасности и утилизации

Риски в эксплуатации натриевых ламп связаны с высоким давлением и температурой внутри горелки. Даже поверхность колбы нагревается до 100 °С и может вызвать ожог при неосторожном обращении. Существует вероятность разрыва колбы под влиянием вырвавшихся из горелки раскалённых газов.

С целью защиты от последствий разрушения делают светильники, в которых лампы находятся за толстым стеклом. Обратите внимание на конструкцию (рис. 5).

В связи с наличием ртути в натриевых лампах применяются особые требования к их утилизации. Использованные приборы запрещается выбрасывать в баки для обычного мусора. Их необходимо отправлять на специальные предприятия для обезвреживания и переработки.

Видео в дополнение статьи