Moderní vysokotlaké sodíkové výbojky

Vysokotlaké sodíkové výbojky (HPL) jsou jedním z nejúčinnějších světelných zdrojů a již dnes mají světelnou účinnost až 160 lm/W při výkonech 30 — 1000 W, jejich životnost může přesáhnout 25 000 hodin. Malé rozměry světelného tělesa a vysoká svítivost vysokotlakých sodíkových výbojek výrazně rozšiřují možnosti jejich aplikace v různých osvětlovacích zařízeních s koncentrovanou distribucí světla.

Vysokotlaké sodíkové výbojky obvykle pracují s indukčním nebo elektronickým předřadníkem. Vysokotlaké sodíkové výbojky se zapalují pomocí speciálních zapalovačů, které vydávají impulsy do 6 kV. Doba svícení lamp je obvykle 3 až 5 minut.

Mezi výhody moderních vysokotlakých sodíkových výbojek patří relativně malý pokles světelného toku během životnosti, který např. u svítidel o výkonu 400 W je 10-20% za 15 tisíc hodin při 10hodinovém hoření. cyklus. U lamp pracujících častěji se pokles světelného toku zvyšuje přibližně o 25 % při každém zdvojnásobení cyklu.Stejný vztah platí pro výpočet snížení životnosti.

Obecně se uznává, že tyto lampy se používají tam, kde je důležitější hospodárnost než přesná reprodukce barev. Jejich teplé žluté světlo je docela vhodné pro osvětlení parků, obchodních center, silnic a v některých případech také pro dekorativní architektonické osvětlení (výborným příkladem je Moskva). Vývoj těchto světelných zdrojů v posledním desetiletí vedl k dramatickému rozšíření možností jejich použití díky nástupu nových výstupních typů, ale i nízkopříkonových výbojek a výbojek s vylepšeným podáním barev.

1. Vysokotlaké sodíkové výbojky se zlepšeným podáním barev

Vysokotlaké sodíkové výbojky jsou v současnosti nejúčinnější skupinou světelných zdrojů. Standardní vysokotlaké sodíkové výbojky však mají řadu nevýhod, z nichž v první řadě je nutné upozornit na zřetelně zhoršené vlastnosti podání barev, vyznačující se nízkým indexem podání barev (Ra = 25 — 28) a nízkou barevností. teplota (Ttsv = 2000 — 2200 K).

Rozšířené sodíkové rezonanční čáry způsobují zlatožlutou emisi. Barevné podání vysokotlakých sodíkových výbojek je považováno za vyhovující pro venkovní osvětlení, ale nedostatečné pro vnitřní osvětlení.

Zlepšení barevného výkonu vysokotlakých sodíkových výbojek je způsobeno především zvýšením tlaku sodíkových par v hořáku s rostoucí teplotou studené zóny nebo obsahem sodíku v amalgámu.(amalgám — kapalný, polotekutý nebo karbidový kov se rtutí), zvětšení průměru výfukového potrubí, zavedení vyzařovacích přísad, nanesení luminoforů a interferenčních povlaků na vnější baňku a napájení výbojek vysokofrekvenčním pulzním proudem. Pokles světelného toku je kompenzován zvýšením tlaku xenonu (tj. poklesem vodivosti plazmatu).

Problémem zlepšení spektrálního složení záření vysokotlakých sodíkových výbojek se zabývá mnoho specialistů a řada zahraničních firem již vyrábí vysoce kvalitní výbojky se zlepšenými barevnými parametry.Takže v nomenklatuře takových předních společností jako je General Electric, Osram, Philips existuje široká skupina sodíkových výbojek se zlepšenými vlastnostmi podání barev.

Takové výbojky s obecným indexem podání barev Ra = 50 — 70 mají o 25 % nižší světelnou účinnost a poloviční životnost ve srovnání se standardními verzemi. Stojí za zmínku, že hlavní parametry vysokotlakých sodíkových výbojek jsou poměrně důležité pro změny napájecího napětí. Takže při poklesu napájecího napětí o 5-10% ztrácejí výkon, světelný tok, Ra od 5 do 30% svých jmenovitých hodnot, a když napětí stoupá, životnost prudce klesá.

Pokusy najít ekonomickou obdobu žárovky vedly k vytvoření nové generace sodíkových výbojek. Nedávno se objevila rodina sodíkových výbojek s nízkým výkonem s vylepšeným podáním barev. Společnost Philips představila řadu 35-100 W výbojek SDW s Ra = 80 a sytost vyzařování se blíží sytosti žárovek. Světelná účinnost lampy je 39 — 49 lm/W a světelný systém — předřadník 32 — 41 lm/W.Takovou lampu lze úspěšně použít k vytvoření dekorativních světelných akcentů na veřejných místech.

° Řada zářivek OSRAM COLORSTAR DSX spolu s elektronickou řídicí jednotkou POWERTRONIC PT DSX představuje zcela nový systém osvětlení, který umožňuje pomocí stejné zářivky měnit teplotu barev. Změna teploty barvy z 2600 na 3000 K a zpět se provádí pomocí elektronického předřadníku se speciálním spínačem. To umožňuje vytvořit pro exponáty vystavené ve vitrínách prosvětlený interiér odpovídající denní nebo roční době. Lampy této řady jsou šetrné k životnímu prostředí, protože neobsahují rtuť. Náklady na instalaci osvětlení vyrobené z takových sad jsou 5-6krát vyšší než náklady na žárovky halogenových žárovek.

Pro venkovní osvětlení byla vyvinuta upravená verze systému COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2. Spolu se speciálním předřadníkem lze snížit světelný tok systému až na 50 % jmenovité hodnoty. Tato řada lamp také neobsahuje rtuť.

Nízkovýkonné vysokotlaké sodíkové výbojky

Mezi aktuálně vyráběnými vysokotlakými sodíkovými výbojkami připadá největší podíl na výbojky o výkonu 250 a 400 wattů. Při těchto výkonech je účinnost výbojek považována za maximální. V poslední době však výrazně vzrostl zájem o nízkopříkonové sodíkové výbojky kvůli snaze ušetřit elektrickou energii výměnou žárovek za výbojky s nízkým příkonem ve vnitřním osvětlení.

Minimální výkon vysokotlakých sodíkových výbojek dosahovaný zahraničními firmami je 30 — 35 W.Závod na výbojky v Poltavě zvládl výrobu nízkopříkonových sodíkových výbojek o výkonu 70, 100 a 150 W.

Obtíže při vytváření sodíkových výbojek s nízkým výkonem jsou spojeny s přechodem na malé proudy a průměry výbojových trubek, jakož i se zvětšením relativní délky oblastí elektrod ve srovnání se vzdáleností mezi elektrodami, což vede k velmi vysoké citlivost svítilny na režim přívodu, na odchylky konstrukčních rozměrů výfukového potrubí a potrubí a kvalitu materiálů. Proto se při výrobě sodíkových výbojek s nízkým výkonem zvyšují požadavky na dodržení tolerancí geometrických rozměrů sestav výfukového potrubí, na čistotu materiálů a přesnost dávkování výplňových prvků. Již existují základní technologie pro zvládnutí hromadné výroby těchto úsporných světelných zdrojů s dlouhou životností.

OSRAM také nabízí řadu žárovek s nízkým výkonem, které nevyžadují zapalovač (hořáky obsahují směs Penning). Jejich světelná účinnost je však o 14-15 % nižší než u standardních žárovek.

Jednou z výhod výbojek, které nevyžadují pulzní zapalovač, je možnost jejich instalace do rtuťových výbojek (za jiných nezbytných podmínek). Například výbojka NAV E 110 se světelným tokem 8000 lm je vcelku zaměnitelná s rtuťovou výbojkou typu DRL -125> o jmenovitém světelném toku 6000 — 6500 lm. Podobný vnitřní vývoj se u nás už dávno používá. V současné době vyrábí například LISMA OJSC výbojky DNaT 210 a DNaT 360, které jsou přímou náhradou DRL 250 a DRL 400.

NLVD bez obsahu rtuti

V posledních letech bylo v mnoha zemích vynaloženo značné úsilí v oblasti ochrany životního prostředí. Jednou z oblastí těchto snah je snížit nebo se vyhnout výskytu toxických sloučenin těžkých kovů (např. rtuti) v průmyslových hotových výrobcích. Lékařské teploměry s obsahem rtuti jsou tak postupně nahrazovány bezrtuťovými.

Stejný trend je rozšířen v oblasti technologií výroby světelných zdrojů. Obsah rtuti ve 40wattové zářivce klesl z 30 mg na 3 mg. U vysokotlakých sodíkových výbojek tento proces tak rychle nepostupuje i proto, že rtuť značně zvyšuje účinnost těchto světelných zdrojů, které jsou dnes uznávány jako nejúspornější.

Zdá se, že stávající a vyvíjející se bezrtuťové výbojky mají světlou budoucnost. Již zmíněná řada výbojek Osram COLORSTAR DSX neobsahuje rtuť, což je velký úspěch společnosti. Tyto žárovky spolu se speciálními elektronickými předřadníky jsou systémy pro speciální účely, kde účinnost a jednoduchost nejsou nejvyšší prioritou.

Řada bezrtuťových výbojek Sylvania je již dlouho známá. Výrobce věnuje zvláštní pozornost zlepšeným vlastnostem podání barev a porovnává je se standardními analogy vlastní výroby.

Není to tak dávno, co byl zveřejněn vývoj inženýrů z Matsushita Electric (Japonsko), což je NLVD bez rtuti s vysokým podáním barev, které nevyžaduje speciální pulzní předřadník.

Na konci životnosti klasické lampy získá barva záření narůžovělý odstín, a to v důsledku změny poměru sodíku a rtuti v amalgámu.Tento odstín nepůsobí na rozdíl od nažloutlé barvy testovací lampy za stejných podmínek nijak zvlášť příjemným dojmem. Jak se teplota barvy zvyšuje, Ra se nejprve zvýší na maximální úroveň (při T = 2500 K), poté klesá.

Pro snížení odchylky vývojáři změnili tlak xenonu a vnitřní průměr hořáku. Došlo se k závěru, že odchylka od linie černého tělesa klesá s rostoucím tlakem xenonu, ale zvyšuje se zapalovací napětí. Při tlaku 40 kPa je zapalovací napětí asi 2000 V, a to i s přihlédnutím k přítomnosti obvodu pro jeho usnadnění. Při změně vnitřního průměru z 6 na 6,8 mm se odchylka od černé čáry tělesa zmenšuje, ale snižuje se světelná účinnost, což je pro daný úkol nepřijatelné.

Sodíková výbojka s vysokým obsahem Ra bez rtuti má téměř stejné vlastnosti jako její protějšek obsahující rtuť. Bezrtuťová lampa má 1,3krát delší životnost.

150W vysokotlaké osvětlovací žárovky s vysokým indexem podání barev: a — bez rtuti, b — obvyklá verze.

Vysokotlaké sodíkové výbojky se dvěma hořáky

Nedávný výskyt sériových vzorků vysokotlakých sodíkových výbojek s paralelně zapojenými hořáky od řady předních výrobců naznačuje, že tento směr je slibný, protože takové řešení nejen přispívá k výraznému zvýšení životnosti lampy, ale také odstraňuje složitost okamžitého opětovného zapálení, rozšiřuje potenciál pro kombinování hořáků s různým výkonem, spektrálním složením atd.

I přes udávanou solidní životnost je třeba k otázce životnosti těchto svítilen přistupovat opatrně.Životnost takové lampy se skutečně zdvojnásobí pouze tehdy, pokud lampy hořáku svítí nepřetržitě po celou dobu životnosti lampy. V opačném případě na konci zdroje pracovní hořák často začne částečně obcházet druhý (tento jev se někdy nazývá elektrický „únik“; v tomto případě je zředěný plyn ve vnější žárovce rozbit napětím zapalovacích impulzů ), a proto mohou nastat potíže s jeho zapálením.

Vysokotlaké sodíkové výbojky s vysokonapěťovým zapalovačem

Japonští inženýři (Toshiba Lighting & Technology nabízí optimální, z jejich pohledu řešení, jak eliminovat výše uvedené jevy u lampy se dvěma hořáky. Konstrukce lampy obsahuje dvě zapalovací sondy, které zajistí zapálení určitého hořáku při jsou dodávány kladné nebo záporné impulsy Předřadníky pro takové žárovky obsahují dvě vinutí Obvod je poměrně jednoduchý a levný. Díky této konstrukci se žárovky hořáku rozsvěcují střídavě. Střídavé zapalování hořáků zajišťuje menší «stárnutí» hořáků a výrazně zvyšuje celkovou práci Inženýři ze stejné společnosti nabízejí lampu s vestavěným zapalovačem, která nevyžaduje složité schéma ovládání.

Některé trendy ve vývoji vysokotlakých sodíkových výbojek

Jakými směry hledají designéři a výzkumníci efektivní řešení pro vysokotlaké sodíkové výbojky? Abychom na tuto otázku odpověděli, musíme se nejprve věnovat zjevným nevýhodám těchto svítidel souvisejících s vizuálním komfortem, jednoduchostí a nezbytnou elektrickou bezpečností konstrukce.Mezi nimi lze rozlišit několik hlavních: špatné vlastnosti podání barev, zvýšená pulzace světelného toku, vysoké zapalovací napětí a ještě více — opětovné zapálení.

Soudě podle charakteristik lamp s vysokým podáním barev se vývojářům podařilo přiblížit se k optimu pro tuto skupinu světelných zdrojů. Boj proti zvlnění záření, které u vysokotlakých sodíkových výbojek dosahuje 70–80 %, se obvykle provádí běžnými metodami, jako je přepínání výbojek v různých fázích sítě (v instalacích s mnoha výbojkami) a dodávání vysokofrekvenčního proudu. . Použití speciálních elektronických předřadníků tento problém prakticky eliminuje.

Pulzní zapalovací zařízení (IZU), která se v současnosti používá u většiny souprav NLVD - PRA, komplikují provoz lamp a zvyšují cenu lampy - soupravy PRA. Impulzy zapalování IZU negativně ovlivňují předřadník a lampu, dochází k předčasným poruchám těchto zařízení. Vývojáři proto hledají způsoby, jak snížit zapalovací napětí, což vám umožní opustit IZU.

Problém zajištění okamžitého opětovného zapálení se obvykle řeší dvěma způsoby. Je možné použít zapalovače, které vydávají impulsy se zvýšenou amplitudou, nebo použít zmíněnou dvouhorákovou lampu, která taková zařízení nevyžaduje.

Životnost sodíkových výbojek je považována za nejdelší mezi vysoce intenzivními světelnými zdroji. V této oblasti však chtějí designéři dosáhnout toho nejlepšího.Je známo, že životnost a pokles světelného toku během provozu závisí na rychlosti, kterou sodík opouští hořák. Únik sodíku z výboje vede k obohacení složení amalgámu rtutí a zvýšení napětí výbojky na (150 — 160 V) až do zhasnutí. Tomuto problému bylo věnováno mnoho výzkumu, vývoje a patentů. Mezi nejúspěšnější řešení stojí za zmínku dávkovač amalgámu od GE, používaný v sériových lampách. Konstrukce dávkovače zajišťuje striktně omezený tok sodíkového amalgámu ve výbojkové trubici po celou dobu životnosti lampy.V důsledku toho se zvyšuje životnost, snižuje se ztmavnutí konců trubice a zůstává zachován světelný tok téměř konstantní (až 90 % původní hodnoty) .

Výzkum a zdokonalování vysokotlakých sodíkových výbojek samozřejmě ještě nekončí, a proto bychom se ve velké rodině těchto nadějných světelných zdrojů měli dočkat nových, možná exkluzivních řešení.

Použité materiály z knihy "Úspora energie v osvětlení". Ed. Prof. Y. B. Eisenberg.