СВЕТОТЕХНИКА

Натриевые лампы

Электрический разряд в парах натрия при низком давлении создает яркое желтое свече­ние с длиной волны 590 нм. Так как эта длина волны лежит близко к максимуму спектральной чувствительности глаза (555 нм), то световая от­дача излучения натриевого разряда может быть очень высокой (теоретически более 250 лм/Вт).

Первые натриевые лампы были созданы еще в начале 30-х годов 20-го века. Они действительно имели очень высо­кую световую отдачу, но очень плохую цветопередачу, большие габа­риты и малый срок службы, и практического применения в те годы не нашли.

В начале 60-х годов фирма General Electric на базе военно-про­мышленных технологий создала первые натриевые лампы высокого давления (НЛВД). По существу НЛВД — это одна из разновидностей МГЛ, в которой в качестве светоизлучающей добавки используется натрий. Однако из-за очень высокой химической активности натрия и
более высокой температуры в разряде для изготовления горелки применяется не кварц, а поликристаллическая окись алюминия в виде тонкостенной трубки диаметром от 5 до 9 мм и длиной от 45 до 150 мм в зависимости от мощности (рис. 34). Керамика не позволяет созда­вать герметичные токовводы методом заштамповки фольги или проволоки, как это делается у всех других источников света. Поэтому для токовводов исполь­зуются специальные конструкции (в виде дисков или колпачков из редкого метал­ла ниобия), герметично впаянные в тру­бочки из поликристаллической окиси алюминия стекпоцементом (смесь оки­сей алюминия АІ20з и кальция CaO). Для самих электродов используется вольф­рам, активированный торием. Горелка

помещается внутри внешней колбы, откачанной до высокого вакуу­ма. Она наполняется инертным газом (аргоном или ксеноном) и в нее вводится небольшое количество амальгамы натрия — сплава натрия и ртути.

При работе НЛВД температура стенок горелки-трубочки повы­шается за счет тока разряда, ртуть и натрий испаряются, повышается давление их паров, и разряд начинает светиться ярким желтым све­том. Трубочка из поликристаллической окиси алюминия внешне по­хожа на матовое стекло, но ее коэффициент пропускания для света разряда очень высок — примерно 92 %, поэтому свет выходит наружу почти без потерь. Время разогрева горелки до установившейся тем­пературы (время разгорания лампы) меньше, чем у ДРЛ или МГЛ за счет меньшего диаметра трубки, и равно 5-7 минут.

Как и у всех МГЛ, для включения НЛВД используются специаль­ные зажигающие устройства, дающие на лампу импульсы с напряже­нием 2-5 кВ.

Натриевые лампы высокого давления — это один из самых эко­номичных источников света: световая отдача ламп мощностью 600 Вт достигает 150 лм/Вт, то есть в 2,5 раза больше чем у ДРЛ и в 10 раз больше чем у ламп накаливания.

Низкое качество цветопередачи предопределило основную область применения НЛВД — освещение улиц и других открытых про­странств. В последние годы эти лампы стали достаточно широко ис­пользоваться и при освещении некоторых производственных поме­
щений, где нет жестких требований к различению цветов, например, высоких металлургических и металлообрабатывающих цехов, скла­дов, локомотивных и вагонных депо и т. п.

Исследования врачей-гигиенистов показали, что контрастная чув­ствительность и острота различения у человеческого глаза при жел­том свете имеют наибольшие значения. Поэтому замена других ис­точников света на НЛВД при освещении дорог в принципе дает не только экономию электроэнергии, но и обеспечивает более четкое различение препятствий водителями транспорта. Однако прямая за­мена ДРЛ на НЛВД в старых светильниках долгое время была не­возможной, так как для работы НЛВД нужны зажигающие устрой­ства. В последние годы были созданы НЛВД, у которых за счет различных конструкторско-технологических усовершенствований напряжение зажигания снижено. Такие лампы могут просто уста­навливаться в старые светильники вместо ДРЛ. При этом ДРЛ мощ­ностью 400 Вт заменяются НЛВД мощностью 210 Вт, которые со­здают даже большую освещенность, что дает значительную эконо­мию электроэнергии.

За счет исключительно высокой химической и термической стой­кости поликристаллической окиси алюминия НЛВД имеют очень боль­шие сроки службы — до 28500 часов. Фирма General Electric произво­дит двухгорелочные НЛВД, в которых в одной внешней колбе парал­лельно друг другу расположены две одинаковые горелки, работаю­щие поочередно. Срок службы таких двухгорелочных ламп — 55000 часов (15 лет с ежесуточной наработкой по 10 часов). Спад светового потока к концу срока службы у НЛВД меньше, чем у МГЛ и ДРЛ, и составляет 20 %.

В последние годы за рубежом широко рекламируются НЛВД «с улучшенной цветопередачей» (Ra= 60, Гцв= 2200 К) и «белого све­та» (Ra до 85, Гцв= 2500 - 2800 К). Однако эти лампы имеют значи­тельно меньший срок службы (до 8000 часов) и меньшую световую отдачу (у ламп «белого света» — всего 50 лм/Вт), и никаких преиму­ществ перед МГЛ у них нет.

Российская фирма «Рефлакс» (Москва) разработала совершен­но особый тип НЛВД, не имеющий аналогов за рубежом. Внешняя колба этих ламп имеет специально рассчитанную форму и покрыта изнутри высокоотражающим алюминием. За счет этого лампа сама выполняет функции светильника, то есть перераспределяет световой поток в пространстве требуемым образом. Лампы выпускаются с дву­мя видами светораспределения: широкого излучения с максимумом под углом 68о к оптической оси и полуширокого — с углом около 45о. Внутренняя оптическая система ламп «Рефлакс» обеспечивает КПД до 95 %, не достигнутый пока ни в одном светильнике с подобным светораспределением. Срок службы и световая отдача этих ламп — такие же, как у лучших ламп зарубежного производства.

К недостаткам НЛВД, кроме плохой цветопередачи и большо­го времени разгорания, относится и большая глубина пульсаций све­тового потока (80 %, а иногда и больше). Еще одним недостатком НЛВД является рост напряжения на лампе в течение срока службы (примерно на 2 вольта за каждые 1000 часов). Это приводит к тому, что лампы к концу срока службы перестают зажигаться.

Основное применение НЛВД, как уже было сказано, — осве­щение улиц, площадей, автостоянок, туннелей, высоких производ­ственных помещений. За рубежом, особенно в Голландии, НЛВД очень широко используются и в сельском хозяйстве — в теплицах, оранже­реях, селекционных камерах. Фирма Philips разработала для этих целей специальные модификации ламп SON-TAgro мощностью 400 и 600 Вт, отличающиеся несколько увеличенной долей излучения в синей области спектра, что способствует более гармоничному рос­ту и развитию растений.