Moderne visokotlačne natrijeve žarulje

Visokotlačne natrijeve žarulje (HPL) jedan su od najučinkovitijih izvora svjetlosti i već danas imaju svjetlosnu učinkovitost do 160 lm/W pri snagama od 30 — 1000 W, njihov radni vijek može premašiti 25.000 sati. Mala veličina svjetlosnog tijela i velika svjetlina visokotlačnih natrijevih svjetiljki značajno proširuju mogućnosti njihove primjene u različitim rasvjetnim uređajima s koncentriranom distribucijom svjetla.

Tipično, visokotlačne natrijeve žarulje rade s induktivnim ili elektroničkim balastom. Visokotlačne natrijeve žarulje pale se pomoću posebnih upaljača koji emitiraju impulse do 6 kV. Vrijeme paljenja lampi je obično 3 do 5 minuta.

Prednosti modernih visokotlačnih natrijevih svjetiljki uključuju relativno mali pad svjetlosnog toka tijekom radnog vijeka, koji je, na primjer, za svjetiljke snage 400 W 10-20% u 15 tisuća sati s 10-satnim gorenjem. ciklus. Za svjetiljke koje rade češće, pad svjetlosnog toka povećava se za približno 25% za svako udvostručenje ciklusa.Isti odnos vrijedi i za izračun smanjenja vijeka trajanja.

Opće je prihvaćeno da se ove lampe koriste tamo gdje je ekonomičnost važnija od točne reprodukcije boja. Njihova topla žuta svjetlost sasvim je prikladna za osvjetljavanje parkova, trgovačkih centara, cesta, au nekim slučajevima i za dekorativnu arhitektonsku rasvjetu (Moskva je odličan primjer za to). Razvoj ovih izvora svjetlosti u posljednjem desetljeću doveo je do dramatičnog proširenja mogućnosti njihove uporabe zbog pojave novih vrsta izlaza, kao i svjetiljki male snage i svjetiljki s poboljšanim prikazom boja.

1. Visokotlačne natrijeve žarulje s poboljšanim prikazom boja

Visokotlačne natrijeve žarulje trenutno su najučinkovitija skupina izvora svjetlosti. Međutim, standardne visokotlačne natrijeve žarulje imaju niz nedostataka, od kojih je prije svega potrebno uočiti jasno pogoršana svojstva uzvrata boje, karakterizirana niskim indeksom uzvrata boje (Ra = 25 - 28) i niskom bojom temperatura (Ttsv = 2000 — 2200 K).

Proširene rezonantne linije natrija uzrokuju zlatnožutu emisiju. Prikaz boja visokotlačnih natrijevih žarulja smatra se zadovoljavajućim za vanjsku rasvjetu, ali nedovoljnim za unutarnju rasvjetu.

Poboljšanje učinka boje visokotlačnih natrijevih žarulja uglavnom je posljedica povećanja tlaka natrijeve pare u plameniku kako se povećava temperatura hladne zone ili sadržaj natrija u amalgamu.(amalgam — tekući, polutekući ili karbidni metal sa živom), povećanje promjera ispušne cijevi, uvođenje aditiva za zračenje, nanošenje fosfora i interferencijskih premaza na vanjsku žarulju i napajanje svjetiljki visokofrekventnom impulsnom strujom. Smanjenje svjetlosnog toka kompenzira se povećanjem tlaka ksenona (tj. smanjenjem vodljivosti plazme).

Mnogi stručnjaci rade na problemu poboljšanja spektralnog sastava zračenja visokotlačnih natrijevih svjetiljki, a brojne inozemne tvrtke već proizvode visokokvalitetne svjetiljke s poboljšanim parametrima boje.Dakle, u nomenklaturi takvih vodećih tvrtki kao što su General Electric, Osram, Philips postoji široka skupina natrijevih žarulja s poboljšanim svojstvima reprodukcije boja.

Takve svjetiljke s općim indeksom reprodukcije boja Ra = 50 — 70 imaju 25% manju svjetlosnu učinkovitost i upola kraći radni vijek u usporedbi sa standardnim verzijama. Važno je napomenuti da su glavni parametri visokotlačnih natrijevih svjetiljki vrlo važni za promjene napona napajanja. Dakle, sa smanjenjem napona napajanja za 5-10%, snaga, svjetlosni tok, Ra gube od 5 do 30% svojih nominalnih vrijednosti, a kada napon raste, životni vijek naglo pada.

Pokušaji pronalaska ekonomičnog analoga žarulje sa žarnom niti doveli su do stvaranja nove generacije natrijevih svjetiljki. Nedavno se pojavila obitelj natrijevih svjetiljki male snage s poboljšanim prikazom boja. Philips je predstavio seriju SDW žarulja od 35-100 W s Ra = 80, a emisijska boja je bliska žaruljama sa žarnom niti. Svjetlosni učinak svjetiljke je 39 — 49 lm/W, a sustav svjetiljke — balast 32 — 41 lm/W.Takva svjetiljka može se uspješno koristiti za stvaranje dekorativnih svjetlosnih naglasaka na javnim mjestima.

° Asortiman svjetiljki OSRAM COLORSTAR DSX, zajedno s elektroničkom upravljačkom jedinicom POWERTRONIC PT DSX, potpuno je novi sustav rasvjete koji omogućuje, koristeći istu žarulju, promjenu temperature boje. Promjena temperature boje s 2600 na 3000 K i natrag vrši se pomoću elektroničkog balasta s posebnim prekidačem. To vam omogućuje stvaranje svijetlog interijera za eksponate izložene u vitrinama koje odgovaraju dobu dana ili sezoni. Svjetiljke ove serije su ekološki prihvatljive jer ne sadrže živu. Trošak rasvjetne instalacije izrađene od takvih kompleta je 5-6 puta veći od cijene halogenih žarulja sa žarnom niti.

Za vanjsku rasvjetu razvijena je modificirana verzija COLORSTAR DSX sustava, COLORSTAR DSX2. Zajedno s posebnim balastom, svjetlosni tok sustava može se smanjiti na 50% nominalne vrijednosti. Ova serija lampi također ne sadrži živu.

Visokotlačne natrijeve žarulje male snage

Među trenutno proizvedenim visokotlačnim natrijevim svjetiljkama najveći udio otpada na svjetiljke snage 250 i 400 vata. Pri tim se snagama učinkovitost svjetiljki smatra maksimalnom. U posljednje vrijeme, međutim, značajno je porastao interes za natrijeve žarulje male snage zbog želje da se uštedi električna energija zamjenom žarulja sa žarnom niti niskom snagom u unutarnjoj rasvjeti.

Minimalna snaga visokotlačnih natrijevih svjetiljki koju postižu strane tvrtke je 30 - 35 W.Tvornica svjetiljki s izbojem u Poltavi ovladala je proizvodnjom natrijevih žarulja male snage snage 70, 100 i 150 W.

Poteškoće u stvaranju natrijevih svjetiljki male snage povezane su s prijelazom na male struje i promjere cijevi za pražnjenje, kao i s povećanjem relativne duljine područja elektroda u usporedbi s udaljenosti između elektroda, što dovodi do vrlo visoke osjetljivost svjetiljke na način napajanja, na odstupanja u konstrukcijskim dimenzijama ispušne cijevi i cijevi te kakvoću materijala. Stoga se u proizvodnji natrijevih svjetiljki male snage povećavaju zahtjevi za usklađenost s tolerancijama za geometrijske dimenzije sklopova ispušnih cijevi, za čistoću materijala i točnost doziranja elemenata za punjenje. Već postoje osnovne tehnologije za ovladavanje masovnom proizvodnjom ovih ekonomičnih, dugotrajnih izvora svjetlosti.

OSRAM također nudi niz lampi male snage za koje nije potreban upaljač (plamenici sadrže Penningovu smjesu). Međutim, njihova svjetlosna učinkovitost je 14-15% niža od standardnih svjetiljki.

Jedna od prednosti svjetiljki koje ne zahtijevaju pulsni upaljač je mogućnost ugradnje u živine žarulje (pod drugim potrebnim uvjetima). Na primjer, žarulja NAV E 110 sa svjetlosnim tokom od 8000 lm prilično je zamjenjiva sa živinom žaruljom tipa DRL -125> s nazivnim svjetlosnim tokom od 6000 - 6500 lm. Slični interni razvoji dugo se koriste u našoj zemlji. Trenutno LISMA OJSC, na primjer, proizvodi DNaT 210 i DNaT 360 svjetiljke, namijenjene izravnim zamjenama za DRL 250 i DRL 400.

NLVD bez žive

Posljednjih godina u mnogim su zemljama učinjeni zapaženi napori na području zaštite okoliša. Jedno područje tih napora je smanjiti ili izbjeći pojavu toksičnih spojeva teških metala (npr. žive) u industrijskim gotovim proizvodima. Tako se medicinski toplomjeri koji sadrže živu postupno zamjenjuju termometrima bez žive.

Isti trend raširen je iu području tehnologija proizvodnje izvora svjetla. Sadržaj žive u fluorescentnoj svjetiljci od 40 W pao je s 30 mg na 3 mg. Kod visokotlačnih natrijevih žarulja taj proces ne napreduje tako brzo i zato što živa uvelike povećava učinkovitost ovih izvora svjetlosti koji su danas prepoznati kao najekonomičniji.

Čini se da postojeće i razvojne žarulje bez žive imaju svijetlu budućnost. Već spomenuta serija lampi Osram COLORSTAR DSX ne sadrži živu, što je veliki uspjeh tvrtke. Ove svjetiljke, zajedno s posebnim elektroničkim balastima, sustavi su posebne namjene u kojima učinkovitost i jednostavnost nisu na prvom mjestu.

Sylvania linija svjetiljki bez žive odavno je poznata. Proizvođač posebnu pozornost posvećuje poboljšanim svojstvima reprodukcije boja, uspoređujući ih sa standardnim analozima vlastite proizvodnje.

Ne tako davno, objavljen je razvoj inženjera Matsushita Electric (Japan), koji je NLVD bez žive s visokim prikazom boja koji ne zahtijeva poseban pulsni balast.

Na kraju vijeka trajanja tradicionalne svjetiljke, boja zračenja poprima ružičastu nijansu, zbog promjene omjera natrija i žive u amalgamu.Ova nijansa ne ostavlja osobito ugodan dojam, za razliku od žućkaste boje testne lampe pod istim uvjetima. Kako se temperatura boje povećava, Ra prvo raste do maksimalne razine (pri T = 2500 K), a zatim pada.

Kako bi smanjili odstupanje, programeri su promijenili tlak ksenona i unutarnji promjer plamenika. Zaključeno je da se odstupanje od linije crnog tijela smanjuje s povećanjem tlaka ksenona, ali raste napon paljenja. Pri tlaku od 40 kPa, napon paljenja je oko 2000 V, čak i uzimajući u obzir prisutnost kruga koji ga olakšava. Kada se unutarnji promjer promijeni sa 6 na 6,8 mm, smanjuje se odstupanje od crne linije tijela, ali se smanjuje svjetlosna učinkovitost, što je neprihvatljivo za zadatak koji se radi.

High-Ra natrijeva žarulja bez žive ima gotovo iste karakteristike kao i njezin pandan koji sadrži živu. Žarulja bez žive ima 1,3 puta duži vijek trajanja.

Visokotlačne rasvjetne svjetiljke od 150 W s visokim indeksom reprodukcije boja: a — bez žive, b — uobičajena verzija.

Visokotlačne natrijeve žarulje s dva plamenika

Nedavno pojavljivanje serijskih uzoraka visokotlačnih natrijevih svjetiljki s paralelno spojenim plamenicima niza vodećih proizvođača sugerira da je ovaj smjer obećavajući, jer takvo rješenje ne samo da pridonosi značajnom povećanju vijeka trajanja žarulje, već i uklanja složenost trenutnog ponovnog paljenja, proširuje mogućnost kombiniranja plamenika različite snage, spektralnog sastava itd.

Unatoč navedenom solidnom vijeku trajanja, pitanju trajnosti ovih svjetiljki treba pristupiti s oprezom.Životni vijek takve svjetiljke stvarno se udvostručuje samo ako žarulje plamenika svijetle neprekidno tijekom cijelog životnog vijeka žarulje. U suprotnom, na kraju resursa, radni plamenik često počinje djelomično zaobilaziti drugi (ovaj se fenomen ponekad naziva električnim "curenjem"; u ovom slučaju, razrijeđeni plin u vanjskoj žarulji razbija se naponom impulsa paljenja ), pa stoga mogu nastati poteškoće s njegovim paljenjem.

Visokotlačne natrijeve žarulje s visokonaponskim upaljačem

Japanski inženjeri (Toshiba Lighting & Technology nude optimalno, s njihove točke gledišta, rješenje za uklanjanje gore navedenih pojava u svjetiljci s dva plamenika. Dizajn svjetiljke sadrži dvije sonde za paljenje koje osiguravaju paljenje određenog plamenika kada daju se pozitivni ili negativni impulsi . Balast za takve svjetiljke sadrži dva namota Strujni krug je prilično jednostavan i jeftin. Zbog ovog dizajna, žarulje plamenika svijetle naizmjenično. Naizmjenično paljenje plamenika osigurava manje «starenje» plamenika i značajno povećava ukupni rad Inženjeri iz iste tvrtke nude svjetiljku s ugrađenim upaljačom koja ne zahtijeva složenu shemu upravljanja.

Neki trendovi u razvoju visokotlačnih natrijevih žarulja

U kojim smjerovima dizajneri i istraživači traže učinkovita rješenja za visokotlačne natrijeve žarulje? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, prvo se moramo pozabaviti očitim nedostacima ovih svjetiljki koji se odnose na vizualnu udobnost, jednostavnost i potrebnu električnu sigurnost konstrukcije.Među njima se može razlikovati nekoliko glavnih: loša svojstva uzvrata boje, povećana pulsacija svjetlosnog toka, visoki napon paljenja i još više - ponovno paljenje.

Sudeći po karakteristikama svjetiljki s visokim prikazom boja, programeri su se uspjeli približiti optimalnom za ovu skupinu izvora svjetlosti. Borba protiv valovitosti zračenja, koja doseže 70-80% u visokotlačnim natrijevim svjetiljkama, obično se provodi uobičajenim metodama, kao što je prebacivanje svjetiljki u različitim fazama mreže (u instalacijama s mnogo svjetiljki) i napajanje visokofrekventnom strujom . Korištenje posebnih elektroničkih prigušnica praktički uklanja ovaj problem.

Uređaji za pulsno paljenje (IZU) koji se trenutno koriste s većinom NLVD - PRA kompleta kompliciraju rad svjetiljki i povećavaju cijenu lampe - PRA kompleta. Impulsi paljenja IZU negativno utječu na balast i svjetiljku, postoje preuranjeni kvarovi ovih uređaja. Stoga programeri traže načine za smanjenje napona paljenja, što vam omogućuje da napustite IZU.

Problem osiguravanja trenutnog ponovnog paljenja obično se rješava na dva načina. Moguće je koristiti upaljač koji emitira impulse povećane amplitude ili koristiti spomenutu dvoplamensku svjetiljku koja ne zahtijeva takve uređaje.

Životni vijek natrijevih svjetiljki smatra se najduljim među izvorima svjetlosti visokog intenziteta. No, na ovom području dizajneri žele postići najbolje.Poznato je da radni vijek i pad svjetlosnog toka tijekom rada ovise o brzini kojom natrij napušta plamenik. Istjecanje natrija iz pražnjenja dovodi do obogaćivanja sastava amalgama živom i povećanja napona žarulje na (150-160 V) dok se ne ugasi. Mnogo je istraživanja, razvoja i patenata posvećeno ovom problemu. Među najuspješnijim rješenjima vrijedi istaknuti dozator amalgama tvrtke GE koji se koristi u serijskim svjetiljkama. Dizajn raspršivača osigurava strogo ograničen protok natrijevog amalgama u cijevi za pražnjenje tijekom cijelog životnog vijeka žarulje. Kao rezultat, vijek trajanja se produljuje, tamnjenje krajeva cijevi se smanjuje, a svjetlosni tok ostaje gotovo konstantna (do 90% izvorne vrijednosti) .

Naravno, istraživanje i usavršavanje visokotlačnih natrijevih žarulja još nije gotovo, pa stoga treba očekivati ​​nova, možda i ekskluzivna rješenja u velikoj obitelji ovih perspektivnih izvora svjetlosti.

Korišteni materijali iz knjige "Ušteda energije u rasvjeti". ur. prof. Y. B. Eisenberg.