Lampy sodowe: konstrukcja, zasada działania, rodzaje, zastosowanie

Projekty pierwszych świateł były raczej prymitywne. Składały się z dwóch elektrod, między którymi paliło się wyładowanie łukowe. Te konstrukcje miały dwie istotne wady: z powodu wypalenia elektrody wymagały stałej regulacji, a spektrum promieniowania wychwytuje znaczną część promieniowania ultrafioletowego. Dlatego lampy żarowe, a później lampy sodowe bardzo szybko zajęły swoje nisze w oświetleniu pomieszczeń i ulic.

Uczciwie muszę powiedzieć, że nawet te urządzenia oświetleniowe nadal konkurują z markami bardziej ekonomicznych lamp LED.

Ale są obszary, w których stosowanie żarówek sodowych będzie priorytetem przez długi czas. Optymizm dodaje silny strumień do lampy wyładowcze, czas działania i wskaźniki wysokiej wydajności tych urządzeń.

Projekt i zasada działania

Działanie sodowej lampy wyładowczej opiera się na właściwości pary sodu, zdolnej do emitowania monochromatycznego jasnego światła w spektrum żółto-pomarańczowym. Ta gazowa substancja jest zamknięta w specjalnej kolbie (rurce) zwanej palnikiem. Ponieważ para sodowa podgrzana do wysokiej temperatury działa agresywnie na szklane powierzchnie, rurka wykonane z bardziej stabilnych substancji - szkła borokrzemowego lub polikrystalicznego tlenku glinu (w zależności od rodzaj lampy).

Po każdej stronie palnika znajdują się elektrody zaprojektowane do wyładowań łukowych, które ogrzewają parę sodową. Ta konstrukcja jest umieszczona w szklanej kolbie próżniowej zakończonej gwintowaną podstawą.

Należy zauważyć, że istnieją dwa rodzaje takich urządzeń oświetleniowych: NLND (niskie ciśnienie) i NLVD (wysokie ciśnienie). Opisany powyżej projekt daje ogólny pogląd na budowę sodowych lamp wyładowczych obu typów. Lampy te różnią się konstrukcją palników i roboczą prężnością pary wewnątrz rur.

W niskoprężnych lampach sodowych jego wartość nie przekracza 0,2 Pa, a w NLVD - około 10 kPa. Odpowiednio temperatury robocze oparów sodu również różnią się: 270–300 ° С dla NLND i 650–750 ° С w palnikach wysokociśnieniowych. Z tego jasno wynika, że ​​palniki NLVD mają dość wysoki poziom strumienia świetlnego, to znaczy świecą dość jasno.

Nic dziwnego w tym, że wysokoprężne lampy sodowe stopniowo wypierają oprawy oświetleniowe typu NLND z rynku. Chociaż spektrum światła odpowiadające niskiemu ciśnieniu jest przyjemniejsze dla oka, palniki NLND ustąpiły miejsca mocniejszym modelom o dość wysokiej emisji światła.

Biorąc pod uwagę tę okoliczność, skupimy się na lampach typu NLVD. Konstrukcja takiego źródła światła pokazano na rysunku 1. Oto schemat lampy rurowej DNaT.

Liczby wskazują:

• 1 - zewnętrzna kolba;
• 2 - niklowana podstawa;
• 3 - płytki kontaktowe;
• 4 - rura wyładowcza (palnik);
• 5 - elektrody molibdenowe;
• 6 - para sodu zmieszana z gazami obojętnymi (argonem lub ksenonem);
• 7 - amalgamat sodu;
• 8 - zapieczętowany wkład niobu;
• 9 - przewodniki metalowe;
• 10 - płyty molibdenowe;
• 11 - pobierający (pobierający).

Na ryc. 2 pokazuje zdjęcie lampy sodowej tego typu.

Kolby lamp sodowych są cylindryczne (jak na ryc. 2), eliptyczne, pokryte wewnątrz cienką warstwą substancji rozpraszającej światło (DNaS). Mogą być matowe (DNaMT) lub zawierać lustrzany odbłyśnik obok palnika (DNaZ).

Zasada działania

Zapłon palnika lampy sodowej pochodzi z łuku elektrycznego powstającego między elektrodami. W kanale wyładowania elektrycznego powstaje strumień naładowanych cząstek z pary sodu. Ściśle mówiąc, wewnątrz rurki wyładowczej gazu nie znajduje się czysty sód, ale mieszanina gazów. Dla lepszego zajarzenia łuku dodać argon lub ksenon lub parę rtęci.

Oprawy bezrtęciowe już istnieją. Jak dotąd mają bardziej złożoną konstrukcję, ale trwają prace rozwojowe i prawdopodobnie kiedyś zastąpią tradycyjne lampy rtęciowe.

Po przyłożeniu do katod wysokiego napięcia impulsu następuje zapłon NLVD. Przez chwilę lampa świeci słabo. Po około 7–10 minutach, po podgrzaniu pary sodowej do temperatury roboczej, lampa przechodzi w tryb maksymalnej mocy świetlnej.

Zasada działania jest podobna do działania lamp rtęciowych, ale aby włączyć oprawę wypełnioną parą sodu, wymagany jest impuls o wyższym napięciu niż włączenie DRL. Po podgrzaniu palnika należy ograniczyć prądy pulsacyjne. Dlatego dla tego typu opraw oświetleniowych producenci NLVD opracowali specjalne stateczniki z wbudowanymi impulsowymi urządzeniami zapłonowymi. Bez zastosowania IZU nie można zapalić lampy sodowej, podłączając ją bezpośrednio do sieci elektrycznej.

Klasyfikacja lamp sodowych

Jak wspomniano powyżej, lampy sodowe są dwojakiego rodzaju: NLND i NLVD. Można je również sklasyfikować według rodzaju kolby, składu zanieczyszczeń i mocy promieniowania. Ponieważ prężność pary sodowej wpływa bezpośrednio na strumień świetlny lampy, krótko przeanalizujemy oprawy właśnie pod tym parametrem.

Niskie ciśnienie (NLND)

Pierwszy pojawił się NLND (niskie ciśnienie w palniku). Zapewniają niskie oddawanie barw, ale mają przyjemne spektrum promieniowania dla ludzi. Były one masowo używane w latach 30. ubiegłego wieku. Lampy niskociśnieniowe można dziś znaleźć, ale zastąpiono je bardziej zaawansowanymi lampami sodowymi, nad którymi będziemy się zajmować bardziej szczegółowo.

Wysokie ciśnienie (NLVD)

Wysoka wydajność NLVD sprawiła, że ​​są liderem wśród innych gazowo-wyładowczych źródeł światła. Skuteczność świetlna takich lamp sięga 150 lumenów / wat. Mogą pracować do 28500 godzin. To prawda, że ​​pod koniec okresu użytkowania ich moc świetlna maleje, a kolor przesuwa się na czerwoną stronę widma.

Pod wieloma parametrami NLVD przewyższa jakość świetlówek, które emitują zimny blask, oraz lamp metalohalogenkowych, które zużywają dużo energii elektrycznej. Wśród nowoczesnych elektrycznych źródeł światła istnieje niewiele opraw, które mogą sprawić, że lampa sodowa będzie godna konkurencji.

Zalety i wady

Zalety lamp sodowych są następujące:

• opłacalność lamp rurowych;
• długi okres eksploatacji;
• stabilność parametrów elektrycznych przez prawie cały okres użytkowania;
• ciepłe odcienie promieniowania sodu (patrz rys. 3);
• dość szeroki zakres temperatur, w których lampy sodowe działają stabilnie - od –60 do +40 stopni Celsjusza.

Niestety istnieją wady, które ograniczają zakres NLVD:

• irytująca częstotliwość migotania światła;
• bezwładność po włączeniu;
• wybuchowość NLVD;
• obecność zawartości rtęci w większości modeli;
• promieniowanie rezonansowe słabnie podczas pracy;
• wzrost zużycia energii zbliżający się do końca okresu użytkowania;
• potrzeba użycia stateczników do łączenia lamp.

Stateczniki są czasem źródłem hałasu i zużywają do 60% zużycia energii. Wymagają również dodatkowej konserwacji.

Pomimo obecności powyższych wad, w niektórych obszarach, w których oddawanie barw przez źródło światła nie jest znaczące, zastosowanie NLVD jest bardzo korzystne, aw niektórych przypadkach po prostu niezastąpione.

Zakres zastosowania

Żółto-pomarańczowe światło urządzeń oświetleniowych jest przyjemne dla oka, ale jego monochromatyczność tłumi kolory kolorów wnętrza. Dlatego lampy sodowe nie są używane w pomieszczeniach mieszkalnych jako główne urządzenie oświetleniowe. Mogą służyć jedynie jako elementy dekoracyjnego oświetlenia.

Rysunek 3 pokazuje zdjęcie takiego podświetlenia:

Badania wykazały, że żółta luminescencja korzystnie wpływa na rozwój roślin. Jednocześnie ich wzrost nasila się, a wydajność wzrasta. W lecie roślinność otrzymuje takie oświetlenie od światła słonecznego. Ale w szklarniach, gdzie zimą uprawia się warzywa, światło słoneczne wyraźnie nie wystarcza. NLVD idealnie nadaje się do tych celów (patrz rysunek 4).

Zastosowanie lamp sodowych do oświetlania szklarni nie tylko zwiększa wydajność, ale także oszczędza energię.

Zwróć uwagę na monochromatyczne światło lamp sodowych. Stłumiony kolor roślin wskazuje, że prawie całe światło z lamp jest wydawane na produkcję chlorofilu.

Monochromatyczność jest bardzo przydatna w oświetleniu ulicznym. Takie światło nie jest rozproszone we mgle. Zastosowanie świateł ulicznych do oświetlenia dróg może poprawić bezpieczeństwo w ruchu drogowym. Strefy parkowania i ścieżki z oświetleniem ulicznym opartym na NLVD, które mają żółte spektrum światła, zwiększają komfort wczasowiczów w nocy.

Rzadziej takie oprawy są stosowane w obiektach przemysłowych (zwykle w magazynach), a także w projektowaniu znaków reklamowych i dekoracji.

Połączenie

Ponieważ do podpalenia palnika wymagane jest wysokie napięcie impulsowe (czasami do 1000 V), komplikuje to okablowanie lamp sodowych. Musimy użyć dodatkowego sprzętu. Stateczniki do NLVD są dwojakiego rodzaju: stateczniki elektromagnetyczne (elektromagnetyczne) i stateczniki (elektroniczne).

IZU są podłączone równolegle do obwodu lampy, a dławiki są połączone szeregowo, czasami za pomocą pulsacyjnego urządzenia zapłonowego.

Rysunek 6 pokazuje połączenie NLVD.

Zwróć uwagę na sposób połączenia przepustnicy (balastu) i IZU.

Należy pamiętać, że do samodzielnego podłączenia należy spełnić wymóg: długość drutu od induktora do podstawy lampy nie może przekraczać 100 cm.

Niektórzy zagraniczni producenci dostarczają na rynek urządzenia oświetleniowe sodowe ze zintegrowanymi urządzeniami rozruchowymi w żarówce lampy.

Uwagi dotyczące bezpieczeństwa i utylizacji

Zagrożenia w działaniu lamp sodowych związane są z wysokim ciśnieniem i temperaturą wewnątrz palnika. Nawet powierzchnia kolby nagrzewa się do 100 ° C i może powodować oparzenia, jeśli nieostrożnie się z nią obchodzi. Istnieje możliwość pęknięcia kolby pod wpływem gorących gazów wydostających się z palnika.

W celu ochrony przed konsekwencjami zniszczenia powstają lampy, w których lampy znajdują się za grubym szkłem. Zwróć uwagę na projekt oświetlenie uliczne (rys. 5).

Ze względu na obecność rtęci w lampach sodowych obowiązują specjalne wymagania dotyczące ich usuwania. Zużytych urządzeń nie wolno wyrzucać do pojemników na śmieci. Muszą zostać wysłane do specjalnych przedsiębiorstw w celu usunięcia i przetworzenia.

Wideo oprócz artykułu