Natriumdampflampen: Aufbau, Funktionsweise, Typen, Anwendung

Die Entwürfe der ersten Lichter waren eher primitiv. Sie bestanden aus zwei Elektroden, zwischen denen eine Bogenentladung brannte. Diese Konstruktionen hatten zwei wesentliche Nachteile: Aufgrund des Ausbrennens mussten die Elektroden ständig angepasst werden, und das Strahlungsspektrum erfasste einen erheblichen Teil der ultravioletten Strahlung. Daher nahmen Glühlampen und später Natriumdampflampen sehr schnell ihre Nischen in der Beleuchtung von Räumen und Straßen ein.

Der Fairness halber muss ich sagen, dass auch diese Beleuchtungsgeräte immer noch mit sparsameren LED-Lampen konkurrieren.

Aber es gibt Bereiche, in denen die Verwendung von Natriumdampflampen auf lange Sicht Priorität haben wird. Optimismus sorgt für einen starken Aufschwung Entladungslampen, Betriebsdauer und Hochleistungsanzeigen dieser Geräte.

Aufbau und Wirkungsweise

Die Wirkung der Natriumentladungslampe beruht auf der Eigenschaft von Natriumdampf, monochromatisches helles Licht im gelb-orangen Spektrum zu emittieren. Diese gasförmige Substanz ist in einem speziellen Kolben (Rohr) eingeschlossen, der als Brenner bezeichnet wird. Da auf eine hohe Temperatur erhitzter Natriumdampf aggressiv auf Glasoberflächen einwirkt, ist das Rohr hergestellt aus stabileren Substanzen - Borosilikatglas oder polykristallinem Aluminiumoxid (abhängig von Art der Lampe).

Auf jeder Seite des Brenners befinden sich Elektroden, die Lichtbogenentladungen erzeugen, die Natriumdampf erwärmen. Diese Konstruktion befindet sich in einem Vakuum-Glaskolben, der mit einem Gewindeboden endet.

An dieser Stelle ist anzumerken, dass es zwei Arten solcher Beleuchtungsvorrichtungen gibt: NLND (Niederdruck) und NLVD (Hochdruck). Der oben beschriebene Aufbau gibt einen allgemeinen Überblick über den Aufbau von Natriumentladungslampen beider Typen. Diese Lampen unterscheiden sich in der Ausführung der Brenner und dem Arbeitsdampfdruck in den Rohren.

In Niederdruck-Natriumdampflampen überschreitet sein Wert 0,2 Pa nicht und in NLVD - etwa 10 kPa. Entsprechend sind auch die Arbeitstemperaturen der Natriumdämpfe unterschiedlich: 270–300 ° C für NLND und 650–750 ° C für Hochdruckbrenner. Daraus geht hervor, dass die NLVD-Brenner einen relativ hohen Lichtstrom haben, das heißt, sie leuchten ziemlich hell.

Es ist nicht überraschend, dass Natriumdampf-Hochdrucklampen NLND-Beleuchtungskörper nach und nach vom Markt verdrängten. Obwohl das dem niedrigen Druck entsprechende Lichtspektrum für das Auge angenehmer ist, haben NLND-Brenner leistungsstärkeren Modellen mit relativ hoher Lichtemission Platz gemacht.

Unter diesen Umständen konzentrieren wir uns auf Lampen vom Typ NLVD. Der Aufbau einer solchen Lichtquelle ist in Abbildung 1 dargestellt. Hier ist ein Diagramm einer röhrenförmigen Lampe DNaT.

Die Zahlen zeigen an:

• 1 - externer Kolben;
• 2 - vernickelter Boden;
• 3 - Kontaktplatten;
• 4 - Gasentladungsröhre (Brenner);
• 5 - Molybdänelektroden;
• 6 - Natriumdampf gemischt mit Inertgasen (Argon oder Xenon);
• 7 - Natriumamalgam;
• 8 - versiegelter Niob-Eingang;
• 9 - Metallleiter;
• 10 - Molybdänplatten;
• 11 - Getter (Getter).

In Abb. 2 zeigt ein Foto einer Natriumlampe dieses Typs.

Flaschen aus Natriumdampflampen sind zylindrisch (wie in Abbildung 2), elliptisch und innen mit einer dünnen Schicht aus lichtstreuender Substanz (DNaS) beschichtet. Sie können mattiert sein (DNaMT) oder einen Spiegelreflektor neben dem Brenner (DNaZ) enthalten.

Wirkprinzip.

Die Zündung des Natriumlampenbrenners erfolgt durch einen zwischen den Elektroden entstehenden Lichtbogen. In dem Kanal der elektrischen Entladung bildet sich ein Strom geladener Teilchen aus Natriumdampf. Im Inneren der Gasentladungsröhre befindet sich streng genommen kein reines Natrium, sondern eine Mischung von Gasen. Für eine bessere Lichtbogenzündung Argon oder Xenon oder Quecksilberdampf hinzufügen.

Quecksilberfreie Leuchten gibt es bereits heute. Ihr Design ist bislang komplexer, aber die Entwicklung ist noch nicht abgeschlossen und sie werden wahrscheinlich eines Tages herkömmliche Quecksilberlampen ersetzen.

Nachdem eine hohe Impulsspannung an die Kathoden angelegt wurde, erfolgt eine Zündung des NLVD. Für eine Weile leuchtet die Lampe schwach. Nach etwa 7 bis 10 Minuten, nachdem sich der Natriumdampf auf Betriebstemperatur erwärmt hat, geht die Lampe in den maximalen Lichtleistungsmodus über.

Das Funktionsprinzip ähnelt dem Betrieb von Quecksilberdampflampen, jedoch ist zum Einschalten einer mit Natriumdampf gefüllten Leuchte ein höherer Spannungsimpuls erforderlich als zum Einschalten DRL. Nach dem Aufheizen des Brenners müssen die Impulsströme begrenzt werden. Aus diesem Grund haben die NLVD-Hersteller für diese Art von Leuchten spezielle Vorschaltgeräte mit eingebauten Impulszündgeräten entwickelt. Ohne die Verwendung einer IZU ist es unmöglich, eine Natriumdampflampe durch direkten Anschluss an das Stromnetz zu zünden.

Klassifizierung von Natriumdampflampen

Wie oben erwähnt, gibt es zwei Arten von Natriumdampflampen: NLND und NLVD. Sie können auch nach dem Kolbentyp, der Zusammensetzung der Verunreinigungen und der Strahlungsleistung klassifiziert werden. Da der Dampfdruck von Natrium die Lichtleistung der Lampe direkt beeinflusst, werden wir die Leuchten genau in diesem Parameter kurz betrachten.

Niederdruck (NLND)

Das erste erschien NLND (Niederdruck im Brenner). Sie liefern eine geringe Farbwiedergabe, haben aber ein für den Menschen angenehmes Strahlungsspektrum. Sie wurden in den 30er Jahren des vergangenen Jahrhunderts massiv eingesetzt. Niederdrucklampen gibt es heute, aber sie werden durch modernere Natriumdampflampen ersetzt, auf die wir noch näher eingehen werden.

Hochdruck (NLVD)

Der hohe Wirkungsgrad von NLVD hat sie zu einem führenden Anbieter unter den Gasentladungslichtquellen gemacht. Die Lichtausbeute solcher Lampen erreicht 150 Lumen / Watt. Sie können bis zu 28500 Stunden arbeiten. Zwar nimmt ihre Lichtleistung am Ende ihrer Lebensdauer ab und die Farbe verschiebt sich auf die rote Seite des Spektrums.

Bei einer Reihe von Parametern übertrifft die NLVD die Qualität von Leuchtstofflampen, die Kaltlicht emittieren, und Metallhalogenidlampen, die viel Strom verbrauchen. Unter den modernen elektrischen Lichtquellen gibt es nur wenige Leuchten, die eine Natriumdampflampe wettbewerbsfähig machen.

Vor- und Nachteile

Die Vorteile von Natriumdampflampen sind wie folgt:

• Rentabilität von Röhrenlampen;
• lange Betriebsdauer;
• Stabilität der elektrischen Parameter über nahezu die gesamte Lebensdauer;
• warme Schattierungen von Natriumstrahlung (siehe fig. 3);
• Ein ziemlich weiter Temperaturbereich, bei dem Natriumdampflampen stabil arbeiten - von –60 bis +40 Grad Celsius.

Leider gibt es Nachteile, die den Anwendungsbereich von NLVD einschränken:

• die ärgerliche Frequenz des flackernden Lichts;
• Trägheit beim Einschalten;
• Explosivität von NLVD;
• das Vorhandensein von Quecksilbergehalt in den meisten Modellen;
• Resonanzstrahlung schwächt sich im Betrieb ab;
• Anstieg des Stromverbrauchs gegen Ende seiner Lebensdauer;
• die Notwendigkeit, Vorschaltgeräte für den Anschluss von Lampen zu verwenden.

Vorschaltgeräte sind manchmal eine Geräuschquelle und verbrauchen bis zu 60% des Stromverbrauchs. Sie erfordern auch zusätzliche Wartung.

Trotz der obigen Nachteile ist die Verwendung von NLVD in einigen Bereichen, in denen die Farbwiedergabe der Lichtquelle nicht signifikant ist, sehr vorteilhaft und in einigen Fällen einfach unersetzbar.

Anwendungsgebiet

Das gelb-orange Licht der Leuchtmittel gefällt dem Auge, aber seine Monochromatizität dämpft die Farben der Innenfarben. Natriumdampflampen werden daher in Wohngebäuden nicht als Hauptbeleuchtungsvorrichtung verwendet. Sie können nur als Elemente der dekorativen Beleuchtung dienen.

Abbildung 3 zeigt ein Foto einer solchen Hintergrundbeleuchtung.

Studien haben gezeigt, dass gelbe Lumineszenz die Entwicklung von Pflanzen günstig beeinflusst. Gleichzeitig nimmt ihr Wachstum zu und die Produktivität steigt. Im Sommer wird die Vegetation durch Sonnenlicht beleuchtet. Aber in den Gewächshäusern, in denen im Winter Gemüse angebaut wird, reicht das Sonnenlicht eindeutig nicht aus. NLVD eignet sich ideal für diese Zwecke (siehe Abbildung 4).

Der Einsatz von Natriumdampflampen zur Beleuchtung von Gewächshäusern erhöht nicht nur die Produktivität, sondern spart auch Energie.

Achten Sie auf das einfarbige Licht von Natriumdampflampen. Die gedämpfte Farbe der Pflanzen zeigt an, dass fast das gesamte Licht der Lampen für die Produktion von Chlorophyll verwendet wird.

Monochromatizität ist in der Straßenbeleuchtung sehr nützlich. Solches Licht wird im Nebel nicht gestreut. Die Verwendung von Straßenlaternen für die Straßenbeleuchtung kann die Verkehrssicherheit verbessern. Parkzonen und Wege mit Straßenbeleuchtung auf Basis von NLVD, die ein gelbes Lichtspektrum aufweisen, erhöhen den Komfort von Urlaubern bei Nacht.

Seltener werden solche Leuchten in Industrieräumen (in der Regel in Lagern) sowie bei der Gestaltung von Werbeschildern und Dekorationen eingesetzt.

Verbindung

Da eine hohe Impulsspannung (manchmal bis zu 1000 V) erforderlich ist, um den Brenner in Brand zu setzen, ist die Verkabelung von Natriumdampflampen kompliziert. Wir müssen zusätzliche Ausrüstung verwenden. Es gibt zwei Arten von Vorschaltgeräten für NLVD: EMR (elektromagnetisch) und Vorschaltgeräte (elektronisch).

IZU sind parallel zum Lampenstromkreis geschaltet, und Drosseln sind in Reihe geschaltet, manchmal über eine Impulszündvorrichtung.

Abbildung 6 zeigt den Anschluss des NLVD.

Achten Sie darauf, wie der Gashebel (Ballast) und die IZU verbunden sind.

Bitte beachten Sie, dass Sie für den Selbstanschluss die Anforderung erfüllen müssen: Die Leitungslänge vom Induktor zum Lampensockel darf 100 cm nicht überschreiten.

Einige ausländische Hersteller liefern Natriumdampflampen mit in die Glühlampe integrierten Startvorrichtungen auf den Markt.

Sicherheits- und Entsorgungshinweise

Risiken beim Betrieb von Natriumdampflampen sind mit hohem Druck und hoher Temperatur im Inneren des Brenners verbunden. Sogar die Oberfläche des Kolbens erwärmt sich auf 100 ° C und kann bei unsachgemäßer Handhabung Verbrennungen verursachen. Es besteht die Möglichkeit, dass der Kolben unter dem Einfluss heißer Gase, die aus dem Brenner austreten, platzt.

Zum Schutz vor den Folgen der Zerstörung werden Lampen hergestellt, bei denen sich die Lampen hinter dickem Glas befinden. Achten Sie auf das Design Straßenbeleuchtungskörper (Abb. 5).

Aufgrund des Vorhandenseins von Quecksilber in Natriumdampflampen gelten für deren Entsorgung besondere Anforderungen. Gebrauchte Geräte dürfen nicht in den Hausmüll gegeben werden. Sie müssen zur Entsorgung und Verarbeitung an spezielle Betriebe geschickt werden.

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