Lampy wyładowcze: rodzaje, budowa, jak prawidłowo wybrać najlepsze

Czy chce Pan/Pani nabyć lampy wyładowcze, aby stworzyć w pomieszczeniu wyjątkową atmosferę? A może szuka Pan/Pani żarówek do stymulacji wzrostu roślin w szklarni? Wyposażenie w ekonomiczne źródła światła nie tylko uatrakcyjni wnętrze i pomoże w uprawie roślin, ale także pozwoli oszczędzać energię elektryczną. Czyż nie?

Pomożemy Państwu zorientować się w asortymencie opraw oświetleniowych typu wyładowczego. W artykule omówiono ich cechy, parametry i zakres zastosowania żarówek wysokiego i niskiego ciśnienia. Dobrano ilustracje i filmy, które pomogą znaleźć optymalny model energooszczędnych lamp.

Budowa i charakterystyka lamp wyładowczych

Wszystkie główne części lampy są zamknięte w szklanej bańce. To tutaj następuje wyładowanie cząstek elektrycznych. Wewnątrz mogą znajdować się zarówno pary sodu lub rtęci, jak i któryś z gazów szlachetnych.

Jako wypełnienie gazowe stosuje się takie opcje jak argon, ksenon, neon, krypton. Bardziej popularne są produkty wypełnione parami rtęci.

Główne elementy lampy wyładowczej to: kondensator (1), stabilizator prądu (2), tranzystory przełączające (3), urządzenie tłumiące zakłócenia (4), tranzystor (5)

Kondensator odpowiada za pracę bez migotania. Tranzystor posiada dodatni współczynnik temperaturowy, który zapewnia błyskawiczny rozruch lampy wyładowczej bez migotania. Działanie wewnętrznej konstrukcji rozpoczyna się po wytworzeniu pola elektrycznego w rurce wyładowczej.

W procesie w gazie pojawiają się wolne elektrony. Zderzając się z atomami metalu, jonizują go. Przy przejściu niektórych z nich pojawia się nadmiar energii, generującej źródła świecenia – fotony. Elektroda będąca źródłem świecenia znajduje się w centrum lampy wyładowczej. Cały system łączy trzonek.

Lampa może emitować różne odcienie światła widzialne dla człowieka – od ultrafioletu do podczerwieni. Aby to było możliwe, wewnętrzną część bańki pokrywa się roztworem luminescencyjnym.

Obszary zastosowania lamp wyładowczych

Lampy wyładowcze są poszukiwane w różnych dziedzinach. Najczęściej można je spotkać na ulicach miast, w halach produkcyjnych, sklepach, biurach, dworcach, dużych centrach handlowych. Stosuje się je także do podświetlania tablic reklamowych, elewacji budynków.

Lampy wyładowcze są wykorzystywane również w reflektorach samochodowych. Najczęściej są to lampy charakteryzujące się wysoką skutecznością świetlną — modele neonowe. Niektóre reflektory samochodowe wypełnia się solami metalohalogenkowymi i ksenonem.

Pierwsze gazowo-wyładowcze urządzenia oświetleniowe dla pojazdów miały oznaczenie D1R, D1S. Kolejne — D2R i D2S, gdzie S wskazuje na optykę projekcyjną, a R na reflektorową. Lampy wyładowcze są również stosowane podczas sesji zdjęciowych.

Na zdjęciu impulsowe lampy wyładowcze stosowane podczas sesji zdjęciowych: IFK120 (a), IKS10 (b), IFK2000 (w), IFK500 (g), ISz15 (d), IFP4000 (g)

Podczas fotografowania lampy te pozwalają kontrolować strumień świetlny. Są kompaktowe, jasne i ekonomiczne. Negatywnym aspektem jest niemożność wizualnego zarządzania światłocieniami, które tworzy samo źródło światła.

W sektorze rolniczym lampy wyładowcze są wykorzystywane do naświetlania zwierząt i roślin, do sterylizacji i odkażania produktów. Do tego celu lampy muszą mieć długość fali odpowiedniego zakresu.

Koncentracja mocy promieniowania w tym przypadku ma również duże znaczenie. Z tego powodu najbardziej odpowiednie są produkty o dużej mocy.

Rodzaje lamp wyładowczych

Lampy wyładowcze dzieli się na rodzaje według typu świecenia, takiego parametru jak ciśnienie, w zależności od celu użycia. Wszystkie one wytwarzają określony strumień świetlny. Na podstawie tej cechy dzielą się na:

• urządzenia fluorescencyjne;
• odmiany gazowo-świetlne;
• warianty indukcyjne.

W pierwszych z nich źródłem światła są atomy, cząsteczki lub ich kombinacje, wzbudzane wyładowaniem w środowisku gazowym.

W drugich – luminofory, wyładowanie gazowe aktywuje pokrywający bańkę fotoluminescencyjny warstwę, w efekcie urządzenie oświetleniowe zaczyna emitować światło. Lampy trzeciego rodzaju działają dzięki świeceniu elektrod, rozgrzanych od wyładowania gazowego.

Lampy ksenonowe przeznaczone do reflektorów samochodowych pod względem skuteczności świetlnej i jasności przewyższają analogi halogenowe ponad dwukrotnie.

W zależności od wypełnienia urządzenia łukowo-wyładowcze dzieli się na rtęciowe, sodowe, ksenonowe, lampy metalohalogenkowe i inne. W zależności od ciśnienia wewnątrz bańki następuje ich dalszy podział.

Począwszy od wartości ciśnienia od 3×10⁴ do 10⁶ Pa zalicza się je do lamp wysokiego ciśnienia. W kategorii niskiego ciśnienia urządzenia mieszczą się przy wielkości parametru od 0,15 do 10⁴ Pa. Powyżej 10⁶ Pa – ultrawysokiego ciśnienia.

Rodzaj #1 — lampy wysokiego ciśnienia

Lampy RLWD różnią się tym, że zawartość bańki jest poddawana wysokiemu ciśnieniu. Charakteryzują się one znacznym strumieniem świetlnym w połączeniu z niewielkim zużyciem energii. Zazwyczaj są to modele rtęciowe, dlatego najczęściej stosuje się je do oświetlenia ulicznego.

Takie lampy wyładowcze charakteryzują się dużą wydajnością świetlną i efektywną pracą w złych warunkach pogodowych, ale źle znoszą niskie temperatury.

Istnieje kilka podstawowych kategorii lamp wysokiego ciśnienia: DRT i DRL (rtęciowe łukowe), DRI — takie same jak DRL, ale z jodkami oraz szereg modyfikacji stworzonych na ich podstawie. W tej samej grupie znajdują się również łukowe sodowe (DNAT) i DKST — łukowe ksenonowe.

Pierwszym opracowaniem jest model DRT. W oznaczeniu D oznacza łukową, symbol R — rtęciową, a na to, że model jest rurowy, wskazuje litera T w oznaczeniu. Wizualnie jest to prosta rurka wykonana ze szkła kwarcowego. Po obu jej stronach znajdują się wolframowe elektrody. Używa się jej w urządzeniach napromieniowujących. Wewnątrz znajduje się trochę rtęci i argonu.

Na brzegach lampy DRT znajdują się obejmy z uchwytami. Łączy je metalowa listwa, przeznaczona do łatwiejszego zapalania lampy.

Podłączenie lampy do sieci wykonuje się szeregowo z dławikiem z wykorzystaniem układu rezonansowego. Strumień świetlny lampy DRT składa się w 18% z promieniowania ultrafioletowego i w 15% z podczerwonego. Taki sam procent stanowi światło widzialne. Resztę stanowią straty (52%). Główne zastosowanie to niezawodne źródło promieniowania ultrafioletowego.

Do oświetlania miejsc, gdzie jakość oddawania barw nie jest bardzo ważna, stosuje się urządzenia oświetleniowe DRL (łukowe rtęciowe). Tutaj praktycznie nie ma promieniowania ultrafioletowego. Podczerwone stanowi 14%, widzialne 17%. Na straty cieplne przypada 69%.

Cechy konstrukcji lamp DRL pozwalają zapalać je z napięcia 220 V bez użycia wysokonapięciowego impulsowego urządzenia zapłonowego. Ze względu na to, że w układzie znajduje się dławik i kondensator, wahania strumienia świetlnego zmniejszają się, a współczynnik mocy wzrasta.

Gdy lampa jest podłączona szeregowo z dławikiem, następuje wyładowanie jarzeniowe między elektrodami pomocniczymi a głównymi sąsiednimi. Przerwa wyładowcza ulega jonizacji, w wyniku czego pojawia się wyładowanie między głównymi wolframowymi elektrodami. Praca elektrod zapłonowych ustaje.

W skład lampy DRL wchodzą: bańka (1), elektrody główne (2), elektrody pomocnicze (3), rezystory (4), palnik (rurka kwarcowa) (5), trzonek (6)

Palniki DRL zazwyczaj mają cztery elektrody — dwa robocze, dwa zapłonowe. Ich wnętrze wypełnione jest gazami obojętnymi z dodatkiem do ich mieszanki określonej ilości rtęci.

Lampy metalohalogenkowe DRI również należą do kategorii urządzeń wysokiego ciśnienia. Ich skuteczność barwna i jakość oddawania barw są wyższe niż w poprzednich. Na rodzaj widma emisyjnego wpływa skład dodatków. Kształt bańki, brak dodatkowych elektrod i powłoki luminoforowej – to główne różnice między lampami DRI a DRL.

Schemat, według którego włącza się DRL do sieci, zawiera IZU – impulsowe urządzenie zapłonowe. W rurach lamp znajdują się składniki należące do grupy halogenowej. Poprawiają one jakość widma światła widzialnego.

Gaz obojętny w bańce MGL służy jako bufor. Z tego powodu prąd elektryczny przepływa przez palnik nawet wtedy, gdy ma on niską temperaturę.

W miarę nagrzewania zarówno rtęć, jak i dodatki odparowują, zmieniając tym samym opór lampy, strumień świetlny, widmo emisyjne. Na podstawie urządzeń tego typu stworzono DRIZ i DRISz. Pierwsza z lamp jest używana w zapylonych, wilgotnych pomieszczeniach, a także w suchych. Drugą stosuje się do oświetlania kolorowych transmisji telewizyjnych.

Najbardziej efektywne są lampy DNaT – sodowe. Wynika to z długości emitowanych fal – 589 – 589,5 nm. Urządzenia sodowe wysokiego ciśnienia działają przy wartości tego parametru około 10 kPa.

Do rur wyładowczych takich lamp stosuje się specjalny materiał – przepuszczającą światło ceramikę. Szkło krzemienne nie nadaje się do tego celu, ponieważ pary sodu są dla niego bardzo niebezpieczne. Robocze pary sodu wprowadzone do bańki mają ciśnienie od 4 do 14 kPa. Charakteryzują się niskimi potencjałami jonizacji i wzbudzenia.

Parametry elektryczne lamp sodowych zależą od napięcia sieci i czasu eksploatacji. Do długotrwałego palenia potrzebny jest sprzęt rozruchowo-regulacyjny.

Aby zrekompensować straty sodu, nieuchronnie występujące podczas palenia, potrzebny jest jego pewien nadmiar. Powoduje to proporcjonalną zależność wskaźników ciśnienia rtęci, sodu i temperatury zimnego punktu. W tym ostatnim następuje kondensacja nadmiaru amalgamatu.

Gdy lampa świeci, na jej końcach osadzają się produkty parowania, co prowadzi do ciemnienia końcówek bańki. Procesowi towarzyszy wzrost temperatury katody, zwiększenie ciśnienia sodu i rtęci. W rezultacie wzrasta potencjał i napięcie lampy. Przy montażu lamp sodowych stateczniki od DRL i DRI są nieodpowiednie.

Rodzaj #2 — lampy niskiego ciśnienia

W wewnętrznej komorze takich urządzeń znajduje się gaz pod ciśnieniem niższym niż zewnętrzne. Dzielą się na LL i KLL i są używane nie tylko do oświetlania punktów handlowych, ale także do użytku domowego. Lampy fluorescencyjne są w tej serii najbardziej popularne.

Konwersja energii elektrycznej na świetlną odbywa się w dwóch etapach. Prąd między elektrodami wywołuje promieniowanie w oparach rtęci. Głównym składnikiem energii promienistej powstającej w tym procesie jest krótkofalowe promieniowanie UV. Światło widzialne stanowi około 2%. Następnie promieniowanie łuku w luminoforze przekształcane jest w światło.

Oznaczenia świetlówek zawierają zarówno litery, jak i cyfry. Pierwszy symbol to charakterystyka widma promieniowania i cechy konstrukcyjne, drugi – moc w watach.

Wyjaśnienie liter:

• LD – świetlówka dzienna;
• LB – światła białego;
• LChB – również białego, ale zimnego;
• LTBS – ciepłego białego.

W niektórych oprawach oświetleniowych skład widmowy promieniowania jest ulepszany w celu uzyskania lepszego oddawania barw. W ich oznaczeniu znajduje się symbol «C». Świetlówki dostarczają pomieszczeniom równomierne, miękkie światło.

Zaletą lamp fluorescencyjnych (LL) jest to, że do wytworzenia takiego samego strumienia świetlnego jak lampy żarowe (LN) potrzebują kilkakrotnie mniejszej mocy. Mają też dłuższą żywotność, a widmo promieniowania jest znacznie korzystniejsze.

Powierzchnia emitująca świetlówek (LL) jest dość duża, dlatego trudno jest kontrolować przestrzenne rozproszenie światła. W niestandardowych warunkach, w szczególności przy dużym zapyleniu, stosuje się lampy reflektorowe. W tym przypadku wewnętrzna powierzchnia bańki nie jest całkowicie pokryta dyfuzyjną warstwą odblaskową, a jedynie w dwóch trzecich.

Luminofor pokrywa 100% powierzchni wewnętrznej. Część bańki nieposiadająca powłoki reflektorowej przepuszcza strumień świetlny znacznie większy niż podobna objętościowo rurka zwykłej lampy – około 75%. Takie lampy można rozpoznać po oznaczeniu – zawiera on literę «R».

W niektórych przypadkach główną cechą świetlówek jest temperatura barwowa Tc. Przyrównuje się ją do temperatury ciała doskonale czarnego, które daje tę samą barwę. Pod względem kształtu świetlówki mogą być liniowe, w kształcie litery U, w formie symbolu W, pierścieniowe. W oznaczeniu takich lamp znajduje się odpowiednia litera.

Najpopularniejsze są urządzenia o mocy 15–80 W. Przy skuteczności świetlnej 45–80 lm/W czas świecenia świetlówek wynosi minimum 10 000 godzin. Na jakość pracy świetlówek duży wpływ ma otoczenie. Za roboczą temperaturę zewnętrzną przyjmuje się zakres od 18 do 25°C.

Przy odchyleniach zmniejsza się zarówno strumień świetlny, jak i skuteczność świetlna oraz napięcie zapłonu. Przy niskiej temperaturze szansa na zapłon zbliża się do zera.

Układ zapłonowo-regulacyjny (statecznik) lamp kompaktowych (KLL) jest znacznie bardziej kompaktowy niż w zwykłych świetlówkach. Dzięki elektronicznemu statecznikowi (EPRA) świecenie stało się bardziej równomierne, a buczenie zniknęło.

Do lamp niskociśnieniowych należą również świetlówki kompaktowe – KLL.

Ich budowa jest podobna do zwykłych świetlówek (LL):

1. Pomiędzy elektrodami przepływa wysokie napięcie.
2. Zapalają się opary rtęci.
3. Powstaje promieniowanie ultrafioletowe.

Luminofor wewnątrz rury sprawia, że promienie ultrafioletowe stają się niewidoczne dla ludzkiego wzroku. Widoczne staje się tylko światło widzialne. Kompaktowa konstrukcja urządzenia stała się możliwa po zmianie składu luminoforu. Świetlówki kompaktowe, podobnie jak zwykłe lampy żarowe, mają różną moc, ale wartości tych pierwszych są znacznie niższe.

Dane dotyczące mocy świetlówek kompaktowych są zawarte w oznaczeniu oprawy oświetleniowej. Znajdują się tam również informacje o rodzaju trzonka, temperaturze barwowej, rodzaju statecznika elektronicznego (wbudowany lub zewnętrzny) oraz wskaźniku oddawania barw.

Pomiar temperatury barwowej odbywa się w kelwinach. Wartość 2700–3300 K wskazuje na barwę ciepłą o żółtym odcieniu. 4200–5400 K to biel normalna, 6000–6500 K to biel zimna z niebieskim odcieniem, a 25000 K to fiolet. Regulację barwy uzyskuje się poprzez zmianę składników luminoforu.

Wskaźnik oddawania barw określa, na ile naturalność barwy jest zgodna ze standardem maksymalnie zbliżonym do światła słonecznego. Czerń absolutna to 0 Ra, największa wartość to 100 Ra. Oprawy oświetleniowe ze świetlówkami kompaktowymi mieszczą się w zakresie od 60 do 98 Ra.

Lampy sodowe niskociśnieniowe mają wysoką temperaturę najchłodniejszego punktu – 470 K. Niższa temperatura nie pozwoliłaby na utrzymanie wymaganego poziomu stężenia par sodu.

Promieniowanie rezonansowe sodu osiąga szczyt w temperaturze 540–560 K. Wartość ta odpowiada ciśnieniu par sodu wynoszącemu 0,5–1,2 Pa. Skuteczność świetlna lamp tej kategorii jest najwyższa w porównaniu z innymi oprawami oświetleniowymi do ogólnego użytku.

Pozytywne i negatywne strony lamp wyładowczych

Lampy wyładowcze występują zarówno w profesjonalnym sprzęcie, jak i w urządzeniach przeznaczonych do badań naukowych.

Do głównych zalet opraw oświetleniowych tego typu zwykle zalicza się następujące cechy:

• Wysoka skuteczność świetlna. Nawet grube szkło nie obniża tego wskaźnika w znaczący sposób.
• Praktyczność, wyrażająca się w trwałości, co pozwala na stosowanie ich w oświetleniu ulicznym.
• Odporność na trudne warunki klimatyczne. Do pierwszych przymrozków stosuje się je z typowymi kloszami, a zimą – ze specjalnymi latarniami i reflektorami.
• Przystępna cena.

Wad tych lamp nie jest zbyt wiele. Nieprzyjemną cechą jest dość wysoki poziom pulsacji strumienia świetlnego. Drugą istotną wadą jest trudność w zapłonie. Do stabilnego świecenia i normalnej pracy niezbędny jest statecznik, który ogranicza napięcie do wymaganych przez urządzenia wartości.

Trzecią wadą jest zależność parametrów świecenia od osiąganej temperatury, która pośrednio wpływa na ciśnienie pary roboczej w bańce.

Dlatego większość lamp wyładowczych osiąga standardowe parametry świecenia po pewnym czasie od włączenia. Ich widmo emisyjne jest ograniczone, przez co oddawanie barw zarówno w lampach wysokiego, jak i niskiego napięcia nie jest idealne.

W tabeli przedstawiono podstawowe informacje o najpopularniejszych lampach DRL (rtęciowych lampach luminescencyjnych) oraz oświetleniu sodowym. DRL z czterema elektrodami ma większą skuteczność świetlną niż z dwoma.

Urządzenia działają wyłącznie w warunkach prądu przemiennego. Są uruchamiane za pomocą dławika balastowego. Rozgrzanie wymaga pewnego czasu. Ze względu na zawartość par rtęci nie są całkowicie bezpieczne.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Video #1. Informacje o lampach wyładowczych. Czym są, zasada działania, plusy i minusy w następnym filmie:

Video #2. Popularnie o lampach fluorescencyjnych:

Mimo pojawienia się coraz doskonalszych urządzeń oświetleniowych, lampy wyładowcze nie tracą na znaczeniu. W niektórych dziedzinach są po prostu niezastąpione. Z czasem lampy wyładowcze z pewnością znajdą nowe zastosowania.

Proszę opowiedzieć, jak wybierał/a Pan/Pani lampę wyładowczą do montażu w ogrodowej lub domowej lampie. Proszę podzielić się tym, co dla Pana/Pani osobiście było decydującym czynnikiem przy zakupie. Proszę pozostawić komentarz w bloku poniżej, zadawać pytania i zamieszczać zdjęcia związane z tematem artykułu.