Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Светотехнические установки и системы. Учебное пособие для обучающихся образовательных учреждений высшего образования
.pdf
21
Достоинства:
- высокая световая отдача (до 100 Лм/Вт);
- высокий срок службы (около 6000-12000 часов);
- большой выбор оттенков цветности Тцв = 3000 ÷ 6500 К;
- слабый нагрев.
Недостатки:
- большие габариты ламп часто не позволяют перераспределять световой
поток нужным образом (длина лампы до 1,5 м);
- световой поток зависит от температуры окружающей среды (рабочий
диапазон температуры от +5 до +30 );
- экологическая опасность (наличие ртути);
- световой поток устанавливается не сразу после включения. В лампах, в
которых ртуть вводится в виде альмагамы, время 10-15 сек;
- пульсации светового потока приводит к стробоскопическому эффекту;
- люминесцентная лампа требует включения в сеть дополнительных
устройств;
- работа в ограниченном объеме напряжений (снижение напряжения в се-
ти более чем на 10% приводит к отказу зажигания).
Стробоскопический эффект – зрительная иллюзия, возникающая в случаях, когда наблюдение какого-либо предмета или картины осуществляется не
непрерывно, а в течение отдельных периодически следующих один за другим
интервалов времени.
При освещении движущихся или вращающихся предметов пульсирующим световым потоком может появиться стробоскопический эффект, связанный с искажением зрительного восприятия. Негативные последствия стробоскопического эффекта проявляются в том, что вращающиеся объекты (например, узлы и детали токарного станка) кажутся неподвижными, что приводит
человека к заблуждению. В итоге рабочий может получить травму.
Область применения: офисные здания, промышленные помещения; образовательные учреждения; торговые центры и магазины, бытовое использование, специальное применение (например, при исследованиях в ультрафиолетовом свете различных веществ и в целях дезинфекции медицинских кабинетов).
Маркировка люминесцентных ламп обычно состоит из 2–3 букв:
Первая буква Л означает «люминесцентная».
Следующие буквы означают цвет излучения: Д – дневной, ХБ – холоднобелый, Б – белый, ТБ – теплобелый, Е – естественно-белый, К, Ж, 3, Г, С – соответственно красный, желтый, зеленый, голубой, синий, УФ – ультрафиолетовый.
У ламп с улучшенным качеством цветопередачи после букв, обозначающих цвет, ставится буква Ц, а для цветопередачи особо высокого качества используют буквы ЦЦ.
В конце находятся буквы, которые характеризуют конструктивные особенности: Р – рефлекторная, У – U-образная, К – кольцевая, А – амальгамная, Б
– быстрого пуска.
Также указывается оттенок цветности и индекс цветопередачи.
22
Например:
ЛБ 40 – люминесцентная лампа белого цвета излучения мощностью 40
Вт. ЛДЦ 40-2 – люминесцентная лампа дневного цвета излучения, улучшенной
цветопередачи мощностью 40 Вт, двойка после мощности показывает, что лампа модернизированная, у нее уменьшен диаметр колбы с 38 мм до 32 мм при
сохранении световых характеристик.
B маркировке люминесцентных ламп зарубежных фирм нет какого-либо
стандарта, так как каждый производитель маркирует их по-своему. Однако, тип
люминесцентной лампы и ее мощность отображаются на лампе в любом случае. Согласно российскому государственному стандарту, в маркировке люминесцентных ламп указание цветопередачи не является обязательным. Зарубежные производители указывают в маркировке своих ламп через дробь после
мощности общий индекс цветопередачи Ra. B случае, если Ra больше 90, ставится цифра 9, если Ra больше 80, но меньше 90, – цифра 8. У ламп c цветопередачей от 50 до 70 в маркировке проставляется двузначное число, обозначающее индекс ее цветности.
Например, ЛЛ фирмы Osram: L18W-930 – люминесцентная лампа мощность 18 Ватт, 930 – цветность лампы: индекс цветопередачи не менее 90, цветовая температура 3000 К.
Компактные люминесцентные лампы.
Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) или энергосберегающие лампы имеют гораздо меньшие размеры, чем стандартные. Светящуюся трубку завивают спиралью, загибают в несколько сложений, выполняют в классической
круглой или грушевидной форме.
Рисунок 3.7 – Внешний вид компактной люминесцентной лампы
Компактная люминесцентна лампа (КЛЛ) состоит из двух основных элементов: цоколя и колбы.
Конструкция и принцип получения видимого излучения аналогичны линейным ЛЛ. В колбе компактной люминесцентной лампы находятся электроды
из вольфрама, на которые нанесены активирующие вещества (смесь окислов
бария, кальция, стронция). Колба заполнена инертным газом с небольшим ко-
23
личеством паров ртути (они ионизируются и светятся при работе лампы) и изогнута несколько раз.
При подаче напряжения на лампу, между электродами возникает электрический заряд и она зажигается. При работе лампы большинство генерируемого
ею света также находится в ультрафиолетовом диапазоне. Для преобразования
УФ-излучения в видимое внутренняя часть колбы лампы покрывается люми-
нофором. Цветность света зависит от состава люминофора. Фактически, от качества люминофора зависит эффективность лампы, т.к. именно люминофор
определяет ее светотехнические параметры.
При производстве компактных люминесцентных ламп используются трех
и пятислойные люминофоры из редкоземельных элементов. Такие люминофоры примерно в 30 – 40 раз дороже тех, что используются в обычных линейных
люминесцентных лампах. Эти люминофоры могут работать при более высоких
поверхностных плотностях облучения. За счет этого и получилось заметно
уменьшить диаметр разрядной трубки лампы.
Компактные люминесцентные лампы для работы используют современную электронную пуско-регулирующую аппаратуру (ЭПРА). ЭПРА компактных люминесцентных ламп питаются напряжением высокой частоты (до
50 кГц)
Высокочастотное питание лампы дает следующие положительные ре-
зультаты:
1) из-за особенностей высокочастотного разряда увеличивается световая
отдача ламп;
2) уменьшается глубина пульсации светового потока;
3) исключаются звуковые помехи создаваемые дросселем;
4) исключается мигание ламп при включении;
5) исключается необходимость компенсации cosφ;
6) электронные аппараты легче и компактны.
Отрицательные результаты
– повышение цены.
Достоинства:
- значительно меньшее потребление электрической энергии;
- длительный срок службы (6-15 тыс. часов). На срок службы влияет часто-
та включения, условия вентиляции плафона;
- стойкость к перепадам напряжения. КЛЛ нормально работает в диапазоне
160÷260 В;
- широкий выбор оттенков цветности;
- слабый нагрев;
- применение КЛЛ для наружного освещения от -20 до +40 0С;
- более равномерное распределение света, практически отсутствует стро-
боскопический эффект.
Недостатки:
- нестабильное качество;
- неполная совместимость с существующей инфраструктурой освещения;
- неэкологичность (содержит ртуть 3÷8 мг);
24
- паразитные излучения – ультрафиолетовое излучение, электромагнитное
излучение, влияющие на самочувствие людей и на чувствительную аппаратуру
(звуковую и медицинскую).
Дуговые ртутные люминесцентные лампы.
Рассмотренные выше люминесцентные лампы – это лампы низкого дав-
ления. Разряд в них происходит при давлении паров ртути не более 0,1 мм
ртутного столба или 10 паскалей (Па). При давлении паров ртути около 1000
мм ртутного столба доля видимого излучения возрастает, световая отдача разряда становится больше. Но при этом все видимое излучение сосредоточено в
сине-зеленой части спектра, а желтый и красный свет отсутствуют полностью.
Дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ) относятся к газоразряд-
ным источникам света высокого давления [1,3].
Конструкция лампы ДРЛ представлена на рис. 3.8.
1 – колба, 2 – цоколь, 3 – горелка, 4 – основной (рабочий) электрод, 5 – дополнительный
(поджигающий) электрод, 6 – токоограничивающий резистор
Рисунок 3.8 – Конструкция четырехэлектродной лампы ДРЛ
Разрядная трубка (горелка) 3 заключена в колбу 1, на внутренней стороне
которой находится люминофор. Горелка заполнена аргоном и дозированным
количеством ртути. Основные (рабочие) электроды 4 выполнены в виде керна,
на который навита спираль. Дополнительные (поджинающие) электроды 5 через ограничивающие сопротивления 6 соединены с противоположными электродами. К внешней колбе с помощью высокотемпературной мастики крепится
стандартный резьбовой цоколь 2, между горелкой и цоколем крепится тепловой
экран.
При подаче напряжения на лампу разряд возникает между парой «основной – дополнительный электрод», что обеспечивает начальную ионизацию. Как
только сопротивление канала разряда становится меньше сопротивления резистора, включенного последовательно с дополнительными электродами, устанавливаются разряд между основными электродами.
25
После зажигания дугового разряда, давление паров ртути повышается,
растет напряжение на лампе и мощность, а разряд стягивается в яркую светящуюся линию по оси трубки. Этот процесс продолжается в течение 7 – 10 минут.
В излучении горелки практически отсутствует оранжево-красная часть
спектра, этот недостаток устраняется с помощью люминофора.
Лампа ДРЛ подключается последовательно с дросселем – рис. 3.9. Дроссель должен соответствовать заданной мощности лампы. При добавлении в
схему конденсатора становится возможной регулировка реактивной мощности.
Функция дросселя – уменьшение значения тока, необходимого для работы источника света – см. рис. 3.4.
Рисунок 3.9 – Схема включения лампы ДРЛ
Достоинства:
высокая световая отдача (около 60 Лм/Вт);
высокий срок службы (12-20 тыс. часов);
слабая зависимость параметров от температуры окружающей сре-
ды.
Недостатки:
низкое качество цветопередачи Ra=40-45;
большие пульсации светового потока;
большое время разгорания (до 10 мин);
невозможность повторного включения горячей лампы. Если лампа
случайно погаснет, ее можно включить после остывания горелки;
высокая температура внешней колбы (до 300ºС);
включение в сеть с дополнительной аппаратурой.
Область применения: освещение улиц, предприятий, гаражей и цехов
промышленного назначения. ДРЛ применяются там, где необходим мощный
световой поток, а к качеству передачи цветов не предъявляются особые требования.
Ртутно-вольфрамовые лампы (ДРВ) – представляют собой лампы ДРЛ, в
которых свечение разряда дополнено свечением вольфрамовой спирали, кварцевая горелка включается последовательно с вольфрамовой спиралью, выполняющей функции балластного сопротивления и источника излучения красной
26
части спектра. Конструктивно лампы ДРВ отличаются от ламп ДРЛ только
наличием вольфрамовой спирали, охватывающей горелку. Лампы также выпускаются с внешними колбами из увиолевого стекла (пропускает ультрафиолетовое излучение).
Срок службы 3000 – 5000 часов (ограничен сроком службы вольфрамовой
спирали).
Обозначение ртутных ламп. Ртутные лампы высокого давления классифицируются по мощности. В России лампы выпускаются под названием ДРЛ
(дуговая, ртутная, люминесцентная), далее указывается мощность в ваттах. За
рубежом каждая фирма выпускает лампы под своим названием.
Металлогалогенные лампы.
Металлогалогенные лампы (МГЛ) по устройству похожи на ДРЛ, но
внешняя колба в них не покрыта люминофором, а выполнена из прозрачного
стекла. Дуговые ртутные металлогалогенные лампы обозначаются аббревиатурой ДРИ. Буква «И» обозначает – «с излучающими добавками». В этом суть отличия данных ламп от широко известных ртутных люминесцентных ламп ДРЛ.
В МГЛ для исправления цветности применяются специальные светоизлучающие добавки: галогенные соединения различных металлов. Изменяя состав светоизлучающих добавок, можно в широких пределах изменять цветность излучения – от тепло-белого (3000 К) до дневного (6500 К), а также создавать цветные лампы.
Цветность излучения зависит от рабочего положения лампы, а также может изменяться в течение срока службы (на 200÷500 К). Это происходит от того, что светоизлучающие добавки по-разному взаимодействуют с кварцем и
вольфрамом и за счет этого состав наполнения в процессе работы ламп постепенно изменяется. Срок службы 6000 – 15000 часов.
Металлогалогенные лампы требуют для питания от сети подключения
через пускорегулирующие аппараты (ПРА), а также использования для инициализации разряда импульсного зажигающего устройства (ИЗУ) – рис. 3.10. Поэтому их схема включения отличается от ламп ДРЛ. В качестве ПРА большинство металлогалогенных ламп допускает использование серийных дросселей
для ламп ДРЛ.
Рисунок 3.10 – Схема включения металлогалогенной лампы
27
а
б
в
По конструктивному исполнению металлогалогенные лампы можно разделить на двухцокольные (называемые также «софитными»), одноцокольные и
бесцокольные – рис. 3.11.
Двухцокольные металлогалогенные лампы иногда выполняются не со
стеклянной, а с кварцевой внешней колбой сравнительно небольшого диаметра.
Цоколи у таких ламп – торцевые типа RX7s. Двухцокольные лампы могут работать в горизонтальном положении. Это наиболее распространенный тип металлогалогенных ламп для прожекторов заливающего света, используемых в
архитектурном освещении.
Одноцокольные металлогалогенные лампы мощностью 250 – 2000 Вт
имеют стандартный резьбовой цоколь Е40. Некоторые типы ламп с цоколем
Е40 могут работать в любом положении, другие же – только в вертикальном
или только в горизонтальном положении с определенным допустимым углом
отклонения. Рабочее положение ламп оговаривается в технической документации. Лампы малой мощности (в частности, многие металлогалогенные лампы с
керамическими горелками) имеют специальные цоколи G8,5, G12 и др. Лампы
с керамическими горелками, предназначенные для применения в уличных светильниках, делаются с цоколями Е27 (70 Вт) и Е40 (150 Вт). Форма внешней
колбы у ламп с односторонней цоколевкой может быть эллипсоидной или цилиндрической. Эллипсоидные колбы иногда делаются матированными для
снижения слепящего действия ламп.
Бесцокольными изготавливаются лампы очень большой мощности – 2000
и 3500 Вт. Для подключения таких ламп к электрической сети служат гибкие
токовводы с наконечниками в виде крючка или кольца.
Рисунок 3.11 – Разновидности МГЛ:
а – одноцокольные; б – двухцокольные; в – бесцокольные
28
Металлогалогенные лампы классифицируются по мощности, цветности
излучения, общему индексу цветопередачи, конструктивному исполнению, типу цоколя.
Лампы изготавливаются мощностью 20, 35, 50, 70, 150, 250, 400, 700,
1000, 2000 и 3500 Вт. Лампы мощностью 2000 и 3500 Вт включаются в сеть с
напряжением 380 В, остальные – 220 В.
Достоинства:
высокая световая отдача – 50÷95 Лм/Вт;
высокая цветопередача Ra=90;
компактность – источник света малогабаритная горелка, что позво-
ляет легче перераспределять световой поток в пространстве;
параметры МГЛ мало зависят от температуры окружающей среды.
Недостатки:
наличие ртути;
необходимость специальной аппаратуры включения. Для зажигания
разряда требуется U = 3÷5 кВ, поэтому лампы включаются со специальным зажигающим устройством, кроме того в цепь включается дроссель и компенсирующий конденсатор;
зависимость параметров МГЛ от сетевого напряжения. Изменение
напряжения даже на ±5% вызывает заметное изменение цветности излучения;
высокая стоимость (особенно лампы с керамическими горелками);
большое время разгорания – до 10 минут;
большая глубина пульсаций светового потока;
– невозможность повторного включения горячей лампы.
Обозначение ламп. Металлогалогенные лампы классифицируются: по
мощности, цветности светового потока, индексу цветопередачи, типу цоколя,
типу конструкции. В обозначении металлогалогенных ламп российского производства используются буквы ДРИ или ДРИШ (дуговая ртутная с йодидами, Ш
– шаровая форма горелки), далее цифры, указывающие мощность лампы в Ваттах, и через дефис – модификация или конструктивное исполнение лампы.
Область применения. Лампы ДРИ используют там, где необходимо получить качественное освещение с хорошей цветопередачей на больших территориях. Поэтому основными потребителями таких фонарей и прожекторов выступают аэропорты, стадионы, профессиональное освещение общественных
мероприятий и т.п. Также металлогалогенные лампы используются для целей
освещения промышленных и торговых площадей.
Натриевые лампы.
Натриевая лампа (ДНаТ) – одна из разновидностей МГЛ, в которой в качестве светоизлучающей добавки используется натрий. На рисунке 3.12 представлена зависимость световой отдачи натриевого разряда от
давления паров натрия. Кривая имеет два ярко выраженных максимума, в областях низкого и высокого давления. Область первого максимума используется в
29
натриевых лампах низкого давления (НЛНД), второго – в лампах высокого давления (НЛВД).
Рисунок 3.12 – Зависимость световой отдачи натриевого разряда от
давления паров натрия
В натриевых светильниках низкого давления, его величина давления 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 для
НЛВД.
Из-за повышенной химической активности натрия и ещѐ более высокой
температуры в электрическом разряде для производства горелок используется
не кварц, а поликристаллический оксид алюминия – керамическая горелка. В
процессе работы разрядная трубка сильно раскаляется и достигает показателей
в 1300°C. На рис 3.13 представлены конструкция и внешний вид натриевой
лампы высокого давления.
Рисунок 3.13 – Конструкция натриевой лампы высокого давления
30
Натриевые лампы включаются в сеть также, как и ДРИ – через последовательно включенный дроссель. Зажигание ламп выполняется с помощью импульсного зажигающего устройства (ИЗУ), создающего импульсы высокого
напряжения 2-3 кВ. Схема включения аналогична схеме включения металлогалогенной лампы (рис. 3.10).
Электрический разряд в парах натрия создает яркое желтое свечение.
Цветовая температура: Tцв=2000 К (желтый цвет). Индекс цветопередачи:
Ra=20÷30. Срок службы до 28 000 часов.
Достоинства:
высокий срок службы;
высокая световая отдача до 150 Лм/Вт (НЛВД одна из самых эко-
номичных ламп);
параметры не зависят от температуры окружающей среды.
Недостатки:
плохая цветопередача;
большое время разгорания;
использование в схеме включения специальных зажигающих
устройств;
большая глубина пульсаций светового потока;
рост напряжения на лампе в течение срока службы приводит к то-
му, что к концу срока службы лампы перестают зажигаться.
Обозначение ламп: сейчас в мире выпускаются НЛВД четырех конструктивных исполнений: 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.
У ламп с односторонней цоколевкой мощностью до 70 Вт – цоколь Е27, у
ламп 100 Вт и более – Е40. У ламп с двухсторонней цоколевкой (софитных) –
RX7s.
Лампы классифицируются по мощности и конструктивному исполнению.
В России НЛВД обозначаются буквами ДНаТ (дуговая натриевая трубчатая)
или ДНаМТ (в матированной колбе); далее указывается мощность в ваттах и
конструктивное исполнение
Область применения: освещение улиц, площадей, туннелей, автостоянок, а также высоких производственных помещений.
Натриевые лампы низкого давления (НЛНД) – самый старый газоразрядный источник света. Первые лампы такого типа были созданы фирмой Philips в
Голландии еще в 1932 году и использовались там для уличного освещения (в
1937 году – в Москве), но из-за полного отсутствия цветопередачи не нашли
широкого применения. Сейчас НЛНД используются для освещения загородных
автострад, погрузочно-разгрузочных площадок морских портов, железнодорожных станций и в других местах, где нет никаких требований к качеству цветопередачи. Лампы выпускаются шести типономиналов мощностью от 18 до
180 Вт. Натриевые лампы низкого давления – самые экономичные из суще-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]