Натриевая газоразрядная лампа
Из Википедии — свободной энциклопедии
На́триевая газоразря́дная ла́мпа (НЛ) — электрический источник света, светящимся телом которого служат пары натрия с газовым разрядом в них. Поэтому преобладающим в спектре света таких ламп является резонансное излучение натрия; лампы дают яркий оранжево-жёлтый свет. Эта специфическая особенность НЛ (монохроматичность излучения) вызывает при освещении ими неудовлетворительное качество цветопередачи. Из-за особенностей спектра и существенного мерцания на удвоенной частоте питающей сети НЛ применяются в основном для уличного освещения, утилитарного, архитектурного и декоративного. Оранжево-жёлтый спектр излучения натриевых ламп имеет особое преимущество для уличного освещения в условиях тумана. Для внутреннего освещения производственных площадей используется в случае, если нет требований к высокому значению индекса цветопередачи источника света.
В зависимости от величины парциального давления паров натрия лампы подразделяют на НЛ низкого давления (НЛНД) и высокого давления (НЛВД).
Несмотря на свои особенности, натриевые лампы являются одним из самых эффективных электрических источников света. Светоотдача натриевых ламп высокого давления достигает 150 люмен/ватт, низкого давления — 200 люмен/ватт. Срок службы натриевой лампы — до 28,5 тыс. часов.
Достоинства и недостатки лампы ДНАТ
Что это за лампы
Такие лампы активно используются уже более 80 лет. Это обусловлено их высокой светоотдачей и необычайной долговечностью. Лампы днат можно назвать самыми безотказными из всех ныне существующих источников света. Кроме того, никакой другой светильник не сравнится с ними в стабильности свечения. Коэффициент полезного действия в 30% делает такой источник света самым экономичным из всех.
Недостатки ламп ДНАТ
При всех достоинствах натриевые лампы имеют целый ряд недостатков, которые либо усложняют их использование, либо ограничивают его. Их изготовление сопряжено с некоторыми сложностями, так как из-за химической активности натриевых паров приходится делать двойную колбу, причем внутренняя изготавливается из керамики на алюминиевой основе.
Цветопередача натриевых ламп не очень хорошего качества, поэтому не стоит устанавливать в комнате днат 100 в качестве основного источника света.
Натриевые лампы довольно чувствительны к перепадам напряжения и для того чтобы прослужили действительно долго, необходимо обеспечить подачу электричества к ним с колебаниями напряжения не более 5-10%.
Поскольку в колбе содержатся пары натрия и ртути, то натриевые лампы нельзя признать экологически безопасными.
Область применения
Как уже говорилось, в качестве домашнего светильника такие лампы не годятся. Зато они прекрасно подходят для уличного освещения, для установки на автострадах мостах и т.п.
Но основной областью применения натриевых ламп является освещение теплиц и парников. Здесь им нет равных. Стабильная работа и высокая светоотдача обеспечивают уверенный рост сельскохозяйственных культур. Есть большие лампы, типа днат 1000, которые предназначены для больших помещений, таких как зимний сад или оранжерея, а есть днат 70 для освещения одного или нескольких небольших растений.
Постоянное освещение позволяет растениям противостоять болезням и вредителям. Лампа днат 250 в теплицах устанавливается так, чтобы зоны освещения перекрывали друг друга и не оставалось неосвещенных участков. В теплицах поменьше это может быть лампа днат 150.
Немаловажным достоинством днат можно считать и то, что при работе с ними возможно диммирование, то есть регулировка мощности светового потока. Для каждого отдельного участка освещаемой площади можно подобрать именно тот уровень освещенности, который оптимально подходит той или иной сельхозкультуре.
Современные натриевые лампы
Натриевые лампы – эффективные устройства освещения, которые отличаются высокими техническими характеристиками. НЛВД – аббревиатура, обозначающая полное наименование данных источников света (натриевые лампы высокого давления). Как правило, данные устройства имеют высокую световую отдачу – до 160 Лм/Вт, а мощность варьируется от 30 до 1000 Вт. Период службы довольно долгий – до 25 тысяч часов.
Возможности использования натриевых ламп довольно широки, т.е. могут применяться в различной осветительной технике. Это обеспечивается сравнительно небольшими размерами и высокой яркостью.
Работа НЛВД должна сопровождаться использованием индуктивного или электронного балласта. Натриевые лампы зажигаются в течение 3-5 минут при помощи специальных зажигающих устройств, которые выдают импульсы до 6 кВ.
Преимущества современных НЛВД:
Виды современных натриевых ламп
Сегодня разработчики повышают цветовые характеристики натриевых ламп разными способами:
Проблема качества производимого света изучается квалифицированными специалистами в разных странах мира. Многие зарубежные фирмы уже производят НЛВД с улучшенными характеристиками (General Electric, Osram, Philips).
Особенностью натриевых ламп высокого давления является зависимость их важных параметров от колебаний в напряжении электропитания. Например, при понижении питающего напряжения световой поток и мощность могут потерять до 30% от номинального показателя. Повышение же чревато понижением срока службы.
Одним из недавних изобретений в области натриевых источников света является натриевая лампа небольшой мощности с улучшенной передачей цвета. Компания Philips выпустила серию изделий, мощность которых варьируется от 35 до 100 Вт, а индекс цветопередачи при этом равняется 80. Данные источники света предназначены в основном для декоративной акцентной подсветки.
Иностранные торговые марки имеют в своем ассортименте натриевые лампы мощностью до 35 Вт. Российские производители пока достигли минимальной мощности в 70 Вт (также есть изделия 100 Вт и 150 Вт).
Переход на изготовление маломощных ламп трудоемкий от того, что при производстве осуществляется переход на малые токи и суженые разрядные трубки. Кроме того, увеличивается относительная длина заэлектродных поверхностей. Последняя особенность делает лампы чувствительными к режиму питания, а также к малейшим отклонениям в размерах трубки и к качеству материалов. Следовательно, процесс изготовления НЛВД небольшой мощности требует к себе полного соблюдения всех размеров, а также внимательности к качеству сырья.
На сегодняшний день разработчики освоили технологии массового производства экономичных маломощных натриевых ламп.
Стоит отметить, что натриевые лампы с наличием внутри ртути в процессе эксплуатации начинают излучать свет розоватого оттенка. Это происходит из-за того, что в амальгаме меняется пропорциональное соотношение ртути и натрия.
Безртутные современные натриевые лампы высокой цветопередачи по характеристикам практически не отличаются от ртутных моделей. При этом отсутствие вредного вещества увеличивает срок службы почтив 1,5 раза.
Период службы данной лампы на самом деле увеличивается вдвое. Но это происходит лишь с соблюдением определенного условия – в течение всей эксплуатации горелки должны зажигаться поочередно, а не одновременно.
Направления, в которых работают специалисты по усовершенствованию натриевых ламп:
Какими бывают натриевые лампы и где они применяются?
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 газоразрядных лампах, 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:
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 ДРЛ. 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:
К сожалению, существуют недостатки, ограничивающие сферы применения НЛВД:
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.
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 светильника для уличного освещения (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.
Лампа ДнаТ: устройство, принцип работы, схемы подключения
Освещение бытовых и промышленных нужд задействует большое количество разнообразного оборудования. Одним из ярких представителей осветительного оборудования являются лампы ДНаТ. В сравнении с другими видами ламп, ДНаТ обладает рядом технических особенностей, которые мы детально рассмотрим в данной статье.
Устройство
Согласно установленной аббревиатуры ДНаТ это (Д – дуговые, На – натриевые, Т — трубчатые) устройства. По принципу действия они относятся к осветительному оборудованию высокого давления. Конструктивно лампы ДНаТ представляют собой стеклянную колбу с цоколем, как правило, E27 или E40.
Рис. 1. Устройство лампы ДНаТ
Внутреннее устройство состоит из:
Колба выполняется из жаропрочного стекла, так как газ в трубке может разогреваться до 1300ºС, в результате чего сама лампа типа ДНаТ на поверхности будет иметь от 100 до 400 ºС. Внутри лампы устанавливается вакуум для лучшей светоотдачи.
Принцип работы и схема подключения ДНаТ
Принцип действия натриевых источников заключается в пробое газового промежутка между двумя электродами внутри разрядной трубки.
Рис. 2. Принцип работы лампы ДНаТ
Для этого на искровой промежуток подается высокое напряжение – в пределах от 2 до 5 кВ, которого должно быть достаточно для мгновенного пробоя. Однако пробой от бытовой сети обеспечить невозможно, поэтому запуск, как и в других газоразрядных лампах, происходит с помощью пускорегулирующего аппарата (ПРА). Сегодня на практике используют два варианта ПРА для дуговых натриевых и ртутных газоразрядных ламп – электронные и электромагнитные.
В состав ПРА для газоразрядных источников освещения входят три компонента:
Сегодня можно встретить несколько вариантов схем подключения ДНаТ, которые отличаются как характеристиками компонентов, так и заводскими особенностями световых приборов. Поэтому все схемы включения источника освещения могут быть с конденсатором или без, ИЗУ может иметь двухконтактное или трехконтактное подключение. Рассмотрим их более детально.
Рис. 3. Схема подключения с двухконтактным ИЗУ
Как видите, такой способ пуска натриевых лампочек подразумевает параллельное включение ИЗУ по отношению к нагрузке. Но вместе с тем, высокий потенциал подается и на дроссель, что со временем приведет к ухудшению характеристик и последующему пробою изоляции. Тем более что современные однообмоточные дроссели имеют только слабую пропитку без бумажного слоя. Поэтому эта схема включения ДНаТ актуальна для натриевых трубчатых моделей низкого напряжения.
Рис. 4. Схема подключения с трехконтактным ИЗУ
Эта схема лишена недостатков двухконтактных ИЗУ, так как лампа ДНаТ имеет отдельный вывод высокого напряжения с ИЗУ, который отделен от точки подключения к дросселю. Заметьте, что в любой схеме дроссель обязательно включается в фазный проводник, в противном случае при КЗ выйдет со строя натриевая лампа.
При трехконтактной схеме важно правильно соблюдать полярность маркировки ИЗУ:
Помимо этого может использоваться схема с подключением конденсатора:
Рис. 5. Схема подключения с конденсатором
Как видите на схеме, совместно с использованием ИЗУ в цепь лампы ДНаТ параллельно потребителю включен конденсатор, расположенный до балластного трансформатора. Эта схема компенсирует реактивные потери, которые не относятся к качеству светового потока.
Помимо этого для защиты лампы ДНаТ в цепи ее питания можно обустраивать защиту предохранителем или автоматическим выключателем.
Основные характеристики
В последнее время ДНаТ часто применяют для замены ДРЛ и других типов ламп в виду совершенствования конструкции и повышения их технических параметров, требования к которым были установлены ГОСТом Р 53073-2008.
Наиболее актуальными характеристиками для них являются:
В таблице ниже приведены параметры ламп ДНаТ с разной мощностью:
Таблица: параметры некоторых моделей ламп ДНаТ
| Модель | Р, Вт | U на лампе, В | Световой поток, лм | Цоколь | Длина | Диаметр | Изготовитель |
| ДНаТ-50ц | 50 | 100 | 3700 | Е27 | 165 | 42 | Россия |
| ДНаТ-70ц | 70 | 100 | 6000 | Е27 | 165 | 42 | Россия |
| ДНаТ-100эл | 100 | 120 | 8000 | Е27 | 175 | 76 | Россия |
| ДНаТ-100ц | 100 | 120 | 9800 | Е27 | 165 | 42 | Россия |
| ДНаТ-100ц | 100 | 120 | 9000 | Е40 | 211 | 42 | Россия |
| ДНаТ-150 | 150 | 120 | 15000 | Е40 | 211 | 48 | Россия |
| ДНаТ-250 | 250 | 120 | 26000 | Е40 | 250 | 48 | Россия |
| ДНаТ-400 | 400 | 120 | 45000 | Е40 | 278 | 48 | Россия |
| ДНаТ-1000 | 1000 | 120 | 130000 | Е40 | 390 | 66 | Россия |
Вышеперечисленные данные ярко выделяют лампы ДНаТ среди остальных световых приборов, поэтому далее мы рассмотрим основные плюсы и минусы в их эксплуатации.
Преимущества и недостатки
Среди преимуществ ламп ДНаТ следует выделить следующие позиции:
Однако, кроме плюсов, следует отметить и ряд недостатков этого типа световой аппаратуры:
Область применения
Наибольшее применение ДНаТ получили в качестве уличных светильников для освещения территории городов, парков, автомобильных дорог и прочих объектов. Внутри помещений их часто устанавливают в освещении теплиц для произрастания различных культур, могут иметь смешанный диапазон света под разные растения. В домашних условиях они устанавливаются для подсветки рассады и других домашних растений, цветов и т.д. Хорошо зарекомендовали себя в освещении спортивных объектов, сцен и прочих локаций для массовых мероприятий.
Рекомендации по эксплуатации ДНаТ
В ходе эксплуатации ламп ДНаТ следует помнить, что температура внешней колбы достигает нескольких сотен градусов. Поэтому браться за нее голыми руками сразу после выключения или в момент свечения ни в коем разе недопустимо. Иначе вы можете получить серьезные ожоги, необходимо дождаться более низкой температуры.
В ходе замены лампы ДНаТ важно не браться незащищенными ладонями за стеклянную поверхность, так как на ней останутся отпечатки пальцев рук. Со временем жир начнет подгорать и это может привести к преждевременному растрескиванию колбы. Если во время монтажа вы все же взялись голыми руками, следует протереть поверхность бумагой или тканью.
Рис. 7. Подгорание следов от руки на колбе лампы
Во время эксплуатации не допускайте попадания направленных потоков воды на лампочку, так как раскаленная колба попросту растрескается от такого взаимодействия. Но волноваться о нескольких каплях или аэрозоле при поливе также не стоит, современные ДНаТ имеют специальное стекло и устойчивы к подобным мелочам.
Если света от обычной ДНаТ вам не хватает или технические характеристики стандартной модели вас чем-то не устраивают, можете взять усовершенствованный световой прибор, к примеру, лампу ДНаЗ.
Типовые часто задаваемые вопросы от читателей
Как вариант, возможно, что уровня напряжения в конечной электрической цепи не хватает, но хотелось бы узнать более детальные подробности. Лампа не загорается совсем или время разогрева длиться дольше, чем обычно, возникают ли в момент включения хоть какие-то световые эффекты или лампа даже не мерцает?
Помимо такой возможной причины как пониженного напряжения в конечных электрических, лампу следует проверить на следующие неисправности:
Неисправно ИЗУ – из-за естественного износа элементов или при частых коммутациях без выдержки перерыва между включениями зажигающее устройство может выйти со строя. Замена на новое может полностью решить проблему, но подбирать нужно аналогичное.
Соединительные провода – также перегорают на участке от ИЗУ до лампы из-за высокого напряжения и приложенной к ним нагрузки. Такую неисправность можно определить даже визуальным осмотром.
Перегорела сама лампа – проверяется визуальным осмотром или путем замены на аналогичную исправную.
