Ртутно-кварцевые лампы высокого давления. Что такое лампа ДРЛ

Ртутные лампы типа ДРЛ

Рассмотренная в статье "Работа лампы ДРЛ " кварцевая горелка подвержена сильному влиянию внешней среды, от которой зависят условия охлаждения. Стабильность работы лампы с такой горелкой обеспечивается размещением ее внутри внешней колбы. Внутренняя поверхность внешней колбы покрывается слоем люминофора, который за счет поглощения ультрафиолетовой части излучения ртутного разряда добавляет к видимому излучению этого разряда недостающее в нем излучение в красной области спектра. Для обеспечения охлаждения кварцевой горелки не только излучением, а также конвекцией и теплопередачей внешняя колба наполняется газом, который должен быть инертным по отношению к люминофору и деталям монтажа лампы. В качестве наполняющего газа применяют смесь аргона с азотом.

Устройство лампы ДРЛ показано на рисунке 1. Присоединение ламп к сети осуществляется с помощью резьбовых цоколей, аналогичных применяемым для ламп накаливания: Е27 - для ламп мощностью до 250 Вт и Е40 - для ламп большей мощности. Для облегчения зажигания лампа выполняется трех- или четырехэлектродной. У последних основные и вспомогательные электроды соединяются через резисторы.

Форма и размеры внешней колбы и положение горелки в ней выбирают с таким расчетом, чтобы все ультрафиолетовое излучение горелки падало на слой люминофора и во время работы и во время работы лампы слой люминофора имел оптимальную для его работы температуру.

Нагрев внешней колбы происходит за счет поглощения части излучения разряда слоем нанесенного на нее люминофора и стеклом, а также теплопередачи через наполняющий колбу инертный газ. Охлаждение осуществляется благодаря излучению нагретого стекла и теплопередаче через окружающий воздух.

Равномерность температуры поверхности колбы может быть достигнута, если, пренебрегая в первом приближении конвекцией наполняющего колбу инертного газа, выполнять ее в виде поверхности, обеспечивающей равномерную облученность. Расчеты показывают, что центральная часть колбы должна иметь поверхность, близкую к эллипсоиду вращения, с большой осью, совпадающей с осью горелки. Поправка на конвекцию вынуждает несколько увеличивать диаметр той части колбы, которая при работе лампы оказывается наверху. Так как лампы практически эксплуатируют в любом положении, то поправок в форму колбы не вносят.

В ряде конструкций ламп колба выполняет роль оптического элемента, перераспределяющего световой поток. В этом случае форма и размер колбы должны рассчитываться, как это делается для светильников, причем в расчете должен также учитываться ее тепловой режим.

Для исправления цветности ламп типа ДРЛ применяют различные виды люминофоров. Применение фосфат-ванадат-иттриевого люминофора вместо фторогерманата магния позволило улучшить параметры ламп типа ДРЛ.

Применение люминофора, нанесенного на внутреннюю стенку внешней колбы, с одной стороны, приводит к добавлению в спектре недостающего красного излучения, а с другой - вызывает поглощение в этом слое части видимого излучения. С ростом толщины слоя люминофора поток излучения лампы имеет максимум при определенной толщине слоя, в то время как проходящий через слой люминофора световой поток разряда постепенно уменьшается. Для решения вопроса об оптимальной толщине слоя люминофора и общей оценки его эффективности для характеристики ламп типа ДРЛ введено понятие "красное отношение". Красным отношением называют выраженное в процентах отношение красного светового потока, добавляемого люминофором, к общему световому потоку ламп. Очевидно, что лучшими будут люминофор и такой его слой, которые при создании красного отношения, достаточного для обеспечения правильной цветопередачи, обеспечивают максимальный световой поток лампы в целом, то есть наибольшую световую отдачу.

Красное отношение принято выражать в процентах зависимостью

где φ (λ) - спектральная плотность потока излучения лампы; V (λ) - относительная чувствительность глаза.

Красное отношение для ламп типа ДРЛ с оптимальной толщиной люминофора из фторогерманата и арсената магния достигает 8 %, а световой поток - 87 % светового потока лампы без люминофора. Применение ортофосфатноцинковых люминофоров с добавкой стронция позволяет получить световой поток, на 15 % превышающий световой поток лампы без люминофора, и r кр = 4 - 5 %.

В процессе зажигания ламп имеет место катодное распыление активного вещества катода и стержневой части электрода. В установившемся режиме горения на переменном токе из-за перезажигания разряда в каждый полупериод распыление стержневой части электрода продолжается. Это ухудшает со временем эмиссионные свойства обеих частей электродов, соответственно растет необходимое для зажигания ламп напряжение. Распыление электродов приводит одновременно к поглощению молекул наполняющего лампу инертного газа, начальное давление которого выбиралось из условий зажигания разряда. Эти процессы приводят к образованию на стенках горелки темного налета из частиц распылившихся электродов, поглощающего излучение, в особенности его ультрафиолетовую составляющую, и красное отношение снижается. Прекращение зажигания определяет полный срок службы ламп типа ДРЛ, а нормируемое снижение световой отдачи - их полезный срок службы.

Рисунок 2. Детали конструкции горелки ртутной лампы высокого давления: 1 - основной электрод; 2 - молибденовые фольговые вводы основного электрода и электрода поджига; 3 - добавочный резистор в цепи электрода зажигания; 4 - цепь электрода зажигания

Условное обозначение ламп ДРЛ расшифровывается следующим образом: Д - дуговая, Р - ртутная, Л - люминесцентная. Цифры после букв соответствуют мощности лампы в ваттах, дальше в скобках приводится красное отношение в процентах и через дефис - номер разработки. Подавляющее большинство ламп типа ДРЛ выпускаются четырехэлектродными, то есть с дополнительными электродами для облегчения зажигания (смотрите рисунок 2). Такие лампы зажигаются непосредственно от напряжения сети. Небольшая часть ламп ДРЛ изготовляются двухэлектродными, для их зажигания применяют специальные зажигающие устройства.

Лампы ДРЛ находят применение в установках наружного освещения и для освещения высоких помещений промышленных предприятий, где не предъявляется жестких требований к качеству цветопередачи.

Влияние температуры окружающей среды сказывается прежде всего на напряжении зажигания ламп. При отрицательных температурах зажигание ламп типа ДРЛ затруднено, что связано со значительным уменьшением давления ртути, в результате чего зажигание происходит в чистом аргоне и требует более высоких напряжений, чем при наличии паров ртути. Согласно ГОСТ 16354-77 лампы типа ДРЛ всех мощностей должны зажигаться при напряжении не более 180 В при температуре окружающей среды 20 - 40 °С; при температуре -25 °С напряжениезажигания ламп увеличивается до 205 В, при -40 °С напряжение зажигания для ламп мощностью 80 - 400 Вт составляет не более 250 В, мощностью 700 и 1000 Вт - 300 В. На световые и электрические параметры ламп типа ДРЛ изменение внешней температуры практически не влияет. В таблице 1 приведены параметры ламп типа ДРЛ. Лампы имеют две модификации с красным отношением 6 и 10 %.

Таблица 1

Основные параметры ламп типа ДРЛ по ГОСТ 16357-79

Тип лампы	Мощность, Вт	Рабочее напряжение, В	Ток, А	Световой поток, лм	Размеры, мм		Средний срок службы
					диаметр внешней колбы	полная длина
ДРЛ80(6)-2 ДРЛ125(6)-2 ДРЛ250(6) ДРЛ400(6)-2 ДРЛ700(6)-2 ДРЛ1000(6)-2 ДРЛ2000(6)	80 125 250 400 700 1000 2000	115 125 130 135 140 145 270	0,80 1,15 2,13 3,25 5,40 7,50 8,00	3400 6000 13000 23000 40000 57000 120000	81 91 91 122 152 181 187	165 184 227 292 368 410 445	10000 10000 12000 15000 15000 15000 6000

Ртутно-вольфрамовые лампы

Затрудненное зажигание ламп типа ДРЛ при отрицательных температурах, использование индуктивных балластов, а также необходимость исправления цветности излучения привели к созданию ламп высокого давления с балластом в виде нити лампы накаливания. Отметим, что большие потери мощности в активном балласте, которым является нить накаливания, по сравнению с потерями в индуктивном балласте компенсируются простотой активного балласта при возможности одновременного получения с его помощью недостающего красного излучения.

Поместив во внешнюю колбу, в которой размещена кварцевая горелка для уменьшения зависимости ее параметров от внешней температуры, балластную нить накала, удалось получить лампу, пригодную для непосредственного включения в сеть. Конструкция такой лампы показана на рисунке 3. Размещение нити накала внутри колбы лампы создает дополнительное преимущество, заключающееся в сокращении периода разгорания за счет нагрева горелки излучением спирали.

Основным при расчете ламп смешанного света, как называют иногда ртутно-вольфрамовые лампы, является выбор параметров нити накала. Мощность нити выбирают исходя из условия стабилизации ртутного разряда. световую отдачу нити приходится снижать ради получения достаточно красного отношения, одновременно обеспечивается срок службы нити, соизмеримый со сроком службы кварцевых горелок. В пусковой период напряжение сети целиком падает на спираль, однако по мере разгорания ртутной лампы напряжение на ней повышается, а напряжение на балластной спирали снижается до рабочего значения. Световая отдача ртутно-вольфрамовых ламп составляет 18 - 20 лм/Вт, так как около 50 % мощности расходуется на нагрев спирали. Поэтому эти лампы по экономичности не могут конкурировать с лампами типа ДРЛ и другими лампами высокого давления. Их применение ограничено специальными областями, например, облучательной техникой.

Лампы типа ДРВЭ имеют внешнюю колбу, выполненную из специального стекла, пропускающего ультрафиолетовое излучение. Такие лампы применяют для совместного освещения и облучения, например в теплицах. Срок службы таких ламп составляет 3 - 5 тысяч часов, он определяется сроком службы вольфрамовой нити накала.

Трубчатые ртутные лампы

Кроме ламп работающих на основе разряда высокого давления в парах ртути и предназначенных для целей освещения, изготовляют несколько видов источников излучения, разработка которых связана с необходимостью использования не только видимого, но и ультрафиолетового излучения. Как известно, ультрафиолетовое излучение обладает химическим и биологическим действием. Широко используется актиничность ультрафиолетового излучения, то есть воздействие на светочувствительные материалы, применяемые в полиграфической промышленности. Мощные потоки бактерицидного излучения, большие, чем у бактерицидных , позволяют использовать ртутные лампы высокого давления для целей обеззараживания воды и других веществ. Химическая активность ультрафиолетового излучения и возможность сконцентрировать большие мощности излучения на небольших поверхностях привели к широкому использованию ртутных ламп высокого давления в химической, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.

Для ламп этого типа необходимы колбы из механически прочного и тугоплавкого кварцевого стекла. Применяемое кварцевое стекло, пропускающее ультрафиолетовое излучение начиная с длины волны 220 нм, то есть практически весь спектр излучения ртутного разряда, позволяет изменять параметры излучения лишь за счет изменения рабочего давления. Непрозрачность кварцевого стекла для резонансного излучения с длиной воны 185 нм не имеет практического значения, так как ультрафиолетовое излучение такой длины волны практически полностью поглощается воздухом.

Указанное привело к созданию ртутных ламп высокого давления, отличающихся конструкцией, обусловленной рабочим давлением и областью применения. основные параметры ламп высокого давления приведены в таблице 2.

Таблица 2

Основные параметры ртутных трубчатых ламп высокого давления по ГОСТ 20401-75

Тип лампы	Мощность, Вт	Напряжение, В	Ток, А	Длина дуги, мм	Габаритная длина, мм	Диаметр горелки, мм	Средний срок службы, ч
ДРТ230 ДРТ400 ДРТ1000 ДРТ2500 ДРТ2800 ДРТ5000 ДРТ4000	230 400 1000 2500 2800 5000 4000	70 135 145 850 1150 1800 1900	3,8 3,25 7,5 3,4 2,4 3,1 2,4	60 120 175 1000 610 1100 1000	190 265 350 1200 700 1290 1118	20 22 32 21 15 20 14	1500 2700 1500 3500 1000 1500 13000

Промышленность выпускает ртутные лампы типа ДРТ (дуговые ртутные трубчатые) с давлением до 2 × 10 5 Па в виде прямых трубок диаметром 14 - 32 мм. На рисунке 4 даны общий вид и габаритные размеры ламп типа ДРТ различной мощности. Оба конца трубок имеют удлинения меньшего диаметра, в которые впаяна молибденовая фольга, служащая вводами. С внутренней стороны ламп к вводам приварены вольфрамовые активированные самокалящиеся электроды, конструкция которых показана на рисунке 5. Для крепления ламп в арматуре лампы снабжены металлическими хомутиками с держателями. Имеющийся посредине колбы носик является остатком штенгеля, отпаянного после вакуумной обработки лампы. Для облегчения зажигания лампы имеют специальную полосу, на которую подается зажигающий импульс.

Рисунок 4. Общий вид ламп типа ДРТ (давление паров ртути до 0,2 МПа) мощностью, Вт:
а - 230; б - 400; в - 1000

Рисунок 5. Электроды (катоды) ртутных ламп высокого давления:
1 - активное вещество (оксид); 2 - вольфрамовый сердечник; 3 - спираль

Трубчатые ксеноновые лампы

К трубчатым лампам высокого давления относят также лампы, в которых используется излучение ксенона при давлениях от сотен до миллионов паскалей. Характерной особенностью разряда в инертных газах при высоких давлениях и больших плотностях тока является непрерывный спектр излучения, обеспечивающий хорошую цветопередачу освещаемых объектов. В видимой области спектр ксенонового разряда близок к солнечному с цветовой температурой 6100 - 6300 К. Важной особенностью такого разряда является его возрастающая вольт-амперная характеристика при высоких плотностях тока, что позволяет стабилизировать разряд с помощью небольших балластных сопротивлений. Ксеноновые трубчатые лампы значительной длины могут включаться в сеть вообще без дополнительного балласта. Преимуществом ксеноновых ламп является отсутствие периода разгорания. Параметры ксеноновых ламп практически не зависят от температуры окружающей среды вплоть до температур -50 °С, что позволяет применять их в установках наружного освещения в любых климатических зонах. Вместе с тем ксеноновые лампы имеют высокое напряжение зажигания и требуют применения специальных зажигающих устройств. Малый градиент потенциала обусловил использование в лампах более массивных вводов.

Световая отдача ламп растет с ростом удельной мощности и диаметра разрядной трубки. При больших плотностях тока разряд в инертных газах обладает очень высокой яркостью. По теоретическим оценкам, предельная яркость разряда в ксеноне может достигать 2 × 10³ Мкд/м². Основные параметры ксеноновых ламп высокого давления приведены в таблице 3. Трубчатые ксеноновые лампы работают как с естественным, так и с водяным охлаждением. Применение водяного охлаждения позволило поднять световую отдачу ламп с 20 - 29 до 35 - 45 лм/Вт, но несколько усложнило конструкцию. Горелка ламп с водяным охлаждением заключается в стеклянный сосуд, а в пространстве между горелкой и внешним сосудом-цилиндром циркулирует дистиллированная вода.

Таблица 3

Основные параметры ксеноновых ламп высокого давления

Тип лампы	Мощность, Вт	Напряжение, В	Ток, А	Световой поток, 10³, лм	Внутренний диаметр трубки, мм	Полная длина, мм	Средний срок службы, ч	Схема включения
ДКсТ2000 ДКсТ5000 ДКсТ10000 ДКсТ20000 ДКсТ50000 ДКсТВ3000 ДКсТВ5000 ДКсТВ6000 ДКсТВ8000 ДКсТВ15000 ДКсТВ50000	2000 5000 10000 20000 50000 3000 5000 6000 8000 15000 50000	40 110 220 380 380 90 150 220 240 220 380	49 44 46 56 132 30 30 30 30 68 132	35,7 97,6 250 694 2230 81,2 139 211 232 592 2088	24 22 21 21 38 4 4 7 4 7 12	356 646 1260 1990 2700 285 315 478 375 460 935	300 300 800 800 500 100 100 300 800 200 200	с балластом с балластом без балласта без балласта без балласта с балластом, на постоянном токе то же без балласта с выпрямителем без балласта без балласта

Высокие температуры трубки (около 1000 К) требует применения кварцевого стекла и соответствующих конструкций молибденовых вводов, рассчитанных на большие токи. Электроды ламп выполняют из активированного вольфрама. Одна из конструкций ксеноновой лампы с водяным охлаждением приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Общий вид трубчатой ксеноновой лампы мощностью 6 кВт с водяным охлаждением

На параметры безбалластных ксеноновых ламп оказывает сильное влияние напряжение сети. При отклонениях напряжения сети на ±5 % номинального мощность лампы изменяется примерно на 20 %.

Обозначение ламп состоит из букв Д - дуговая, Кс ксеноновая, Т - трубчатая, В - с водяным охлаждением и цифр, обозначающих мощность лампы в ваттах и через дефис - номер разработки.

Ртутные лампы высокого давления всё ещё выпускаются отечественной промышленностью из-за их низкой себестоимости, хорошей цветопередачи и экономичности. Для них существует много различных видов дрл светильников. Аббревиатура ДРЛ расшифровывается как «дуговая ртутная лампа высокого давления». Этот источник света относится к оборудованию 1 класса опасности ввиду содержания в его составе ртути. Фонари уличные на столбах в большинстве случаев укомплектовываются этими лампами.

Основные элементы конструкции

Цоколь - это часть лампы, через которую на неё подаётся питающее напряжение. На цоколе есть два вывода с электродов, один из которых припаян к резьбовой части, а второй - к нижней торцевой точке. Через контакты патрона электроэнергия из сети передаётся на лампу. Цоколь - контактирующая деталь. Лампы ДРЛ 400 с цоколями Е40 без проблем устанавливаются в любой светильник, оборудованный соответствующими патронами.

Горелка представляет собой герметичную трубку, внутри которой на противоположных концах находится по 2 электрода. Два из них - основные, два - поджигающие. Внутрь горелки закачивается инертный газ и помещается капля ртути в строго дозированном количестве. Материал горелки химически стоек и тугоплавок.

Внешняя оболочка выполнена в из стекла с укреплённой внутри неё горелкой. Объём заполняется азотом. Для преобразования излучения кварцевой горелки используется люминофорное покрытие внутренней поверхности колбы. Кроме того, внутри этой колбы устанавливаются два ограничительных резистора для поджигающих электродов.

Горелки первых ДРЛ были оснащены двумя электродами. Чтобы зажечь лампу, нужно было иметь в схеме включения источник импульсов высокого напряжения, который имел срок службы меньше, чем у лампы. В дальнейшем выпуск таких ламп был прекращён и начато производство их в четырёхэлектродном исполнении, не требующем наличия сторонних импульсных устройств.

Четырёхэлектродная лампа ДРЛ состоит из колбы, резьбового цоколя и смонтированной на ножке лампы кварцевой горелки, наполненной аргоном с добавлением ртути. С каждой стороны горелки имеются по 2 электрода: основной и расположенный рядом с ним поджигающий. Для ограничения тока на электродах в лампе предусмотрены токоограничительные сопротивления, которые находятся во внешней колбе.

Большое применение в осветительных сетях находят ДРЛ 400.

Принцип работы

После подключения лампы к питающей сети на обоих концах горелки создаются условия для возникновения тлеющего разряда между основным и поджигающим электродами. Запуск этого процесса происходит вследствие небольшого расстояния между ними. Чтобы пробить этот промежуток, требуется напряжение более низкой величины, чем для пробоя промежутка между главными электродами. Ток на данном участке ограничивается сопротивлениями, установленными в цепь дополнительных электродов перед разрядной трубкой.

После достижения достаточной степени ионизации в горелке в основном промежутке зажигается тлеющий разряд, переходящий затем в дуговой.

В выключенной лампе ртуть в горелке представлена в жидком или распылённом виде. После зажигания разряда между основными и поджигающими электродами температура в горелке повышается, и ртуть постепенно испаряется, улучшая этим качество разряда в основном разрядном промежутке. После перехода всей ртути в парообразное состояние лампа начинает работать в номинальном режиме со стандартной световой отдачей.

Разгорание длится около десяти минут. После выключения лампы ДРЛ повторное включение возможно только после её остывания и перехода ртути в первоначальный вид.

Наиболее широко используются светильники с ДРЛ 250, поскольку лампы с такими параметрами необходимы как для освещения внутри зданий, так и для снаружи.

К наружным видам этих приборов предъявляются повышенные требования по воздействию климатических факторов.

Фонари уличные на столбах относятся к светильникам наружного применения.

Светильники для ламп ДРЛ имеют достаточно широкий ассортимент.

Модели, предназначенные для внутреннего применения, устойчивы к воздействию повышенной влажности и пыли.

За счёт герметичности корпуса уличные светильники ДРЛ выдерживают воздействие дождя, снега. Они успешно противостоят сильным порывам ветра.

В светильниках с лампами ДРЛ используются термостойкие провода и надёжного качества разъёмы.

Где применяются светильники

Предназначены для освещения предприятий промышленного и сельскохозяйственного профилей; территорий вне зданий; для всех объектов, в которых есть острая необходимость в использовании экономичных осветительных систем. Используются для освещения улиц, строек. На заводах в цехах и складах, а также на других объектах, где не нужна хорошая цветопередача.

Хранение и утилизация

В связи с тем что в состав ламп ДРЛ входит ртуть, категорически запрещено хранение этих изделий с разбитыми и треснутыми колбами в помещениях, которые не были подготовлены для этого. На предприятиях под эти цели должна выделяться отдельная изолированная зона с закрывающимися герметически ёмкостями. Время хранения таких отходов выделяется до момента вывоза из зоны для дальнейшего уничтожения.

Разрядные лампы высокого давления

В эту группу ИС входят ртутные лампы высокого давления (ДРЛ), металлогалогенные лампы (ДРИ), натриевые лампы (ДНаТ), ксеноновые лампы (ДКсТ, ДКсШ).

Электрический разряд в парах ртути сопровождается электромагнитными излучениями в видимой области спектра и в области ближнего ультрафиолета не только при низких давлениях паров (что используется в ЛЛ), но и при достаточно высоких давлениях – около 10 5 Па. Такой разряд используется в дуговых ртутных лампах высокого и сверхвысокого давления, которые часто называют лампами высокой интенсивности.

Ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления долгое время являлись самой распространенной и многочисленной группой ИС среди РЛ высокого и сверхвысокого давления. Это связано с тем, что при помощи ртутного разряда удается создавать весьма эффективные источники в ультрафиолетовой, видимой и близкой к видимой инфракрасной областях спектра. Эти ИС имеют широкий диапазон номинальных мощностей, продолжительность горения десятки тысяч часов, достаточно компактны, обладают при необходимости весьма высокими яркостями.

Исходя из конструктивных особенностей ртутные лампы высокого (РЛВД) и сверхвысокого давления (РЛСВД) подразделяются на следующие группы:

– РЛВД (типа ДРТ);

– РЛВД с исправленной цветностью (типа ДРЛ и ДРВЭ);

– трубчатые РЛСВД с естественным охлаждением;

– капиллярные РЛСВД с принудительным (воздушным или водяным) охлаждением;

– шаровые РЛСВД с естественным охлаждением.

Большинство типов РЛВД и РЛСВД имеют специфическое применение, и для целей освещения не используется. Так, РЛВД, являясь эффективными источниками ультрафиолетового излучения, применяются в медицине, сельском хозяйстве, измерительной и светокопировальной технике. Областью применения РЛСВД являются лучевые осциллографы, фотолитография, проекционные системы, люминесцентный анализ, т.е. те случаи, когда требуются источники высокой яркости в видимой и близкой к ней ультрафиолетовой областях спектра.

Характерной особенностью разряда в парах ртути под высоким давлением является практически полное отсутствие излучений в красноволновой области спектра. Разряд имеет линейчатый спектр и содержит всего 4 линии в видимой области. Поэтому возникает задача исправления цветности разряда ртутной лампы. Эта задача может быть решена одним из следующих способов:

– использование люминофоров – такие лампы получили название ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная);

– добавление в разрядную трубку излучающих добавок – галогенидов (металлогалогенные лампы типа ДРИ);

– сочетание люминофора с излучающей добавкой (лампы ДРИЛ);

– объединение ртутной лампы с лампой накаливания (лампа ДРВЭ – дуговая ртутно-вольфрамовая эритемная).

Ртутно-вольфрамовые лампы, в которых наряду с ртутной горелкой имеется вольфрамовая спираль, попутно исполняющая роль активного балласта, применяются в облучательных установках для эритемного (покраснение кожи, которое сменяется пигментацией – загаром) освещения людей (например, в соляриях) и животных.

Дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ)

Лампы ДРЛ (рис. 57) представляют собой трубку (горелку) 7 из прозрачного кварцевого стекла, рассчитанную на рабочую температуру около 800 °С и закреплённую при помощи траверсы 3 внутри внешней эллипсообразной колбы 2 (эта форма обеспечивает равномерное распределение температуры). Внутрь трубки после тщательного удаления посторонних газов вводится строго дозированное количество ртути и аргон при давлении 1,5…3 кПа. Аргон служит для облегчения разряда и защиты электродов от распыления в начальной стадии разгорания лампы, так как при комнатной температуре давление паров ртути очень низкое.

По концам горелки впаяны два ак­ти­вированных (покрытых слоем окислов щёлочно­-земельных металлов) самокалящихся вольфрамовых электрода 4 и рядом с каждым из них по одному дополнительному – зажи­га­ющему электроду 5 длиной 2 мм. Такие лампы называются четырёх­элек­трод­ными, в отличие от прежде выпускавшихся двухэлектродных, не имевших зажигающих электродов. Наличие зажигающих электродов обеспечивает зажигание не разогретых ламп при напряжении не ниже 90 % номинального, так как первоначальный разряд возникает между соседними рабочим и зажигающим электродами. Напряжение на электроды подаётся через резьбовой цоколь 1. После возникновения разряда в лампе зажигающие электроды на её работу влияния не оказывают, потому что в их цепь включено токоограничивающее сопротивление 6.

Внешняя колба покрыта изнутри люминофором и заполняется смесью аргона и азота для предотвращения окисления и отвода тепла от горелки. Люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение ртутного разряда высокого давления, составляющее 40 % всего потока излучения, в недостающее излучение в красной части спектра. Качество исправления цветопередачи ламп типа ДРЛ определяется её «красным отношением», т.е. долей светового потока в красной области спектра (600…780 нм) в общем световом потоке лампы. В целом лампы ДРЛ даже с самым большим значением «красного отношения» существенно уступают ЛЛ по цветопередаче. Индекс цветопередачи этих ламп один из самых низких – 40…45.

Лампы ДРЛ включаются в сеть последовательно с балластным дросселем (рис. 58), потери мощности в котором составляют примерно 10 % мощности лампы. Только при низких температурах окружающей среды (ниже –30 °С) необходимо применять импульсное зажигающее устройство (ИЗУ), которое обеспечивает её зажигание при температурах до – 45 °С.

Для зажигания ламп ДРЛ характерно наличие периода разгорания, достигающего пяти-семи минут (рис. 59). В течение этого периода основные характеристики лампы претерпевают изменение вследствие изменения давления паров ртути в горелке – у ламп мощностью 80 Вт давление повышается до 10 6 Па, у ламп 1000 Вт – до 2,5·10 5 Па. В частности, пусковой ток лампы в два раза превышает номинальный.

По той причине, что после от­клю­че­ния лампы ДРЛ давление паров остаётся высоким, зажечь её повторно можно только после остывания через 5…10 минут. Поэтому в сетях аварийного освещения лампы ДРЛ не используются.

Если питающее напряжение исчезнет на полпериода или снизится ниже 90 % от номинального на два периода, лампа погаснет и зажжется вновь, когда остынет.

Пульсация светового потока этих ламп весьма значительна (коэффициент пульсации составляет 63…74 %).

Оптимальным положением лампы является вертикальное. При горизонтальном положении световой поток уменьшается на 2…5 %.

Лампы ДРЛ выпускаются мощностью от 50 до 2000 Вт. Их световая отдача составляет от 40 до 60 лм/Вт.

Средняя продолжительность горения – до 20 000 часов. К концу срока службы световой проток снижается до 60 % от номинального (через 100 часов горения). При изменениях подводимого напряжения в пределах от 90 до 110 % продолжительность горения меняется от 140 до 70 %, а световой поток – от 65 до 130 %.

Важно подчеркнуть, что в последнее время лампы ДРЛ вытесняются другими РЛ, так как уступают им по важнейшим характеристикам.

В условном обозначении ламп типа ДРЛ указывается их мощность, красное отношение (в скобках) и номер разработки, например, ДРЛ400(6)-4, где 6 – доля лучей в красноволновой области спектра.

Дуговые ртутные лампы с излучающими добавками (мгл)

Металлогалогенные лампы (МГЛ) появились в 60-е годы ХХ в. и благодаря своей высокой световой отдаче, приемлемому спектру излучения и достаточно большой мощности являются одним из самых перспективных источников света.

Исправление цветности излучения МГЛ основано на том, что внутрь разрядной трубки вводятся химические соединения, которые позволяют исправить спектральный состав излучения собственно ртутного разряда без использования люминофора. Этому способствует то, что галогениды многих металлов испаряются легче чем сами металлы и не разрушают кварцевое стекло. Поэтому внутрь разрядных колб МГЛ кроме ртути и аргона, как в РЛВД, дополнительно вводятся в виде галоидных соединений (соединений с йодом, бромом, хлором) щелочные (натрий, литий, цезий) и другие агрессивные металлы (кадмий, цинк), которые в чистом виде вызывают весьма быстрое разрушение кварцевого стекла. После зажигания разряда, когда достигается рабочая температура колбы, галогениды частично переходят в парообразное состояние. Попадая в центральную зону разряда с температурой несколько тысяч градусов Кельвина, молекулы галогенидов диссоциируют на галоген и металл. Атомы металла возбуждаются и излучают характерные для них спектры. Диффундируя за пределы разрядного канала и попадая в зону с более низкой температурой вблизи стенок колбы, они воссоединяются в галогениды, которые вновь испаряются. Применение галогенидов резко увеличило число химических элементов вводимых в разрядную трубку и, как итог, позволило создать МГЛ с разнообразными спектрами.

Большинство МГЛ выпускается только с двумя рабочими электродами и не имеет (или имеют один) поджигающих электродов. По этой причине они включаются в сеть через импульсное зажигающее устройство (ИЗУ) и зажигаются импульсом повышенного напряжения, близкого к 2 кВ (рис. 60).

В зависимости от применения различают:

1) МГЛ общего назначения (типа ДРИ);

2) трубчатые и шаровые (типа ДРИШ) МГЛ с улучшенным качеством цветопередачи, применяемые для цветных теле- и киносъёмок;

3) МГЛ для многочисленных специальных применений, в основном технологических, например, для облучения растений.

Металлогалогенные лампы для общего освещения типа ДРИ

Лампы типа ДРИ по конструкции подобны лампам типа ДРЛ с горелками. Внешняя колба в отличие от ламп ДРЛ у большинства типов ламп ДРИ не покрыта люминофором, но иногда применяют стандартные колбы ламп ДРЛ с люминофорным покрытием (типа ДРИЛ).

Положение горения значительно влияет на параметры ламп ДРИ, поэтому некоторые типы МГЛ выпускают в различных модификациях, рассчитанных на разное положение горения (вертикальное и горизонтальное).

Пульсация светового потока ламп ДРИ существенно ниже чем у ламп типа ДРЛ и составляет около 30 %.

Температура окружающей среды оказывает незначительное влияние на процесс зажигания и на работу ламп ДРИ.

При изменении питающего напряжения характеристики ламп ДРИ меняются более заметно, чем у ламп типа ДРЛ: изменение напряжения на каждый процент приводит к изменению светового потока примерно на 2,5 %.

Лампы ДРИ выпускаются мощностью от 125 до 3500 Вт и, учитывая их малый объем, имеют высокую удельную мощность. Световая отдача ламп ДРИ сопоставима со световой отдачей лучших ЛЛ – более 100 лм/Вт и в перспективе должна достичь 120 лм/Вт. Средняя продолжительность горения – 10000…12000 ч. Индекс цветопередачи невысокий, но превышающий аналогичный у ламп ДРЛ – от 45 до 65. В лампах с галогенидами олова и йодидами диспрозия индекс цветопередачи – от 80 до 90.

Часть ламп ДРИ (типа ДРИЗ) выпускается в зеркальных отражающих колбах.

По стоимости лампы ДРИ существенно уступают другим РЛ большой мощности. Цена (2006 г.) ДРИ250 составляет 900 руб., против 115 руб. у ДРЛ250 и 325 руб. у ДНаТ250.

Ртутные лампы различных исполнений сегодня все еще задействуют, так как они заняли свою нишу: применяются при организации системы освещения крупных промышленных объектов, улицы. Общее обозначение наиболее распространенного исполнения высокого давления – ДРЛ, что означает дуговая ртутная люминесцентная лампочка. Данная разновидность представляет газоразрядные источники света и характеризуется 1 классом опасности ввиду того, что в состав, помимо прочего, входит и ртуть.

Особенности устройства

Конструкцией предусматривается несколько основных элементов:

• цоколь – контактная часть, а осветительные элементы с держателем Е40, Е27 легко установить в любой современный светильник;
• кварцевая колба – содержит инертный газ и некоторое количество ртути, соединена с электродами;
• внешняя колба – изготовлена из термостойкого стекла, по форме напоминает аналог накаливания, внутри находится кварцевая колба (горелка).

Газоразрядные источники света изнутри покрываются люминофором. Дуговая лампа содержит углекислый газ, который наполняет внешнюю колбу. Функционирует большинство подобных осветительных элементов посредством пускорегулирующего аппарата (ПРА), но есть и отдельный вид – газоразрядные лампы прямого включения, которые не требуют установки ПРА, а подключаются напрямую в сеть.

Конструкция лампы ДРЛ

Дуговые источники света функционируют на основе явления люминесценции. При этом свечение возникает под воздействием ультрафиолетового излучения. Его же продуцируют ртутные пары, которые входят в состав газообразного наполнения кварцевой колбы. Эти процессы возникают при условии, что через кварцевую горелку будет проходить электрический разряд.

Обзор существующих видов

Газоразрядные источники света высокого давления, в число которых входят и дуговые лампочки ДРЛ, подразделяются на две основные группы: общего и узкоспециального назначения. Первый вариант устанавливается в светильник уличного освещения. Вторая группа источников света высокого давления применяется в медицине, определенных отраслях промышленности, а также сельском хозяйстве.

Кроме этого, газоразрядные лампы подразделяются на виды в соответствии с конструкционными и функциональными отличиями. Диапазон мощностей: от 80 до 1 000 Вт. Чаще используются более мощные исполнения 100 Вт, 250 Вт, 400 Вт и пр. Причем существует разделение по количеству электродов: двухэлектродные (мощность от 80 до 1 000 Вт); четырехэлектродные (250 -1 000 Вт).

Дуговые металлогалогенные источники света (ДРИ)

Особенность таких ламп заключается в излучающих добавках, отсюда происходит и обозначение: ДРИ (дуговые ртутные осветительные элементы с излучающими добавками). По внешним признакам этот источник света сходен с аналогом ДРЛ.

Ртутные лампы ДРИ

Отличие между ними заключается в том, что состав ДРИ включает в себя еще и специализированные компоненты, которые строго дозируются: галогенид натрия, индия и некоторые другие. Это способствует значительному повышению эффективности излучения.

Колба может иметь форму эллипсоида или цилиндра. Ртутные лампы данного вида сегодня все чаще содержат керамическую горелку вместо кварцевого аналога. Также газоразрядные источники света этой группы имеют более совершенную конструкцию, в частности, форма внутренней колбы может быть шарообразной. Ртутные лампы ДРИ требуют включения в цепь дросселя.

Применяются газоразрядные осветительные элементы данного вида при организации наружного освещения: парков, улиц, площадей, их задействуют в качестве подсветки зданий, торговых и выставочных залов, а также крупных площадок (спортивных, футбольных полей).

Металлогалогенные с зеркальным слоем (ДРИЗ)

Ртутные лампы этого вида имеют сходный состав с аналогами ДРИ: основное наполнение + излучающие добавки. Но дополнительно к тому конструкцией предусмотрен зеркальный слой. Благодаря этой особенности лампочки высокого давления ДРИЗ обеспечивают направленный луч света.

Металлогалогенные источники света с зеркальным слоем (ДРИЗ)

Их используют в условиях плохой видимости, так как высокий уровень мощности наряду с конструкционными особенностями способствует организации эффективного освещения участка объекта благодаря направленному свечению.

Ртутно-кварцевые шаровые источники света (ДРШ)

Такие лампочки высокого давления выделяются из ряда аналогов. Этому способствуют следующие факторы: шарообразная форма колбы, излучение повышенной интенсивности. А дополнительно к тому ртутно кварцевая лампа характеризуется сверхвысоким давлением.

Лампочки высокого давления ДРШ

Область применения – узкоспециальные направления, в частности, проекционные системы, лабораторное оборудование.

Ртутно-кварцевые (ПРК, ДРТ)

Этот вид лампочек имеет иную форму колбы, чем выше рассмотренные аналоги. Например, ПРК расшифровывается как прямой ртутно-кварцевый осветительный элемент. Это первоначальное обозначение лампы ДРТ (дуговая ртутная трубчатой формы).

Переход на другую маркировку произошел в 80 гг. прошлого века. Ртутно кварцевая лампа в данном исполнении характеризуется формой колбы в виде цилиндра, электроды же располагаются на торцевых участках колбы.

Цвет излучения

Ртутьсодержащие лампы благодаря присутствию в конструкции люминофора на выходе дают цвет максимально близкий к белому. Нейтральный оттенок получается в результате смешивания излучений газообразных составляющих колбы и люминофора. В частности, пары ртути продуцируют свечение разных цветов: синий, зеленый, фиолетовый, оранжевый. А кроме этого, излучают ультрафиолет (мягкий, жесткий).

Комбинированное свечение люминофора и газообразного наполнения колбы, расположенной внутри лампочки высокого давления ДРИ, позволяет получить разные цвета свечения: зеленый, фиолетовый и др. Это достигается благодаря изменению состава и соотношения излучающих добавок.

Пускорегулирующие аппараты

Лампы люминесцентные ртутные подключаются к сети в большинстве случаев через дроссель (ПРА). По сути, этот узел представляет собой токоограничитель, способствующий плавному вводу источника света высокого давления в эксплуатацию. При отсутствии пускорегулирующего аппарата лампочка ДРЛ сгорит по причине прохождения через электроды тока высоких значений.

Однако существуют и аналоги прямого включения. Для их нормальной работы не требуется дроссель, можно устанавливать лампу высокого давления в светильник. Такие источники света обозначаются ДРВ (дуговые ртутные вольфрамовые). Они сходны по характеристикам с вариантом ДРЛ. Выбор пускорегулирующего аппарата производится на основании данных о мощности лампочки.

Общие технические характеристики

Определение наиболее подходящего вида лампы осуществляется с учетом основных параметров источника света:

• напряжение питания – обычно указывается для осветительных элементов прямого включения, устанавливаемых без дросселя (ДРВ);
• мощность – варьируется от 80 до 1 000 Вт;
• световой поток напрямую зависит от уровня создаваемой нагрузки: изменяется в пределах от 1 900 до 59 000 лм;
• продолжительность горения: от 1 500 до 20 000 ч, при этом наиболее короткий срок функционирования отмечается у вольфрамовых лампочек прямого включения;
• тип цоколя: Е27, Е40;
• габариты изделия – варьируются в зависимости от исполнения лампы.

Особенности и характеристики различных источников света

Для источников света ДРЛ и прочих аналогов, подключаемых с дросселем, может быть указано напряжение на лампе.

Хранение и утилизация

Учитывая, что в состав осветительных элементов типа ДРЛ и прочих им подобных исполнений входит ртуть (класс опасности 1), хранить изделия с поврежденными колбами в неподготовленных для этого помещениях запрещено. Особенно, если речь идет о количестве опасного отхода в промышленных масштабах. Заниматься хранением, транспортировкой и дальнейшей утилизацией должны организации, имеющие соответствующую лицензию (ЮНЭП).