СВЕТОТЕХНИКА

Срок службы ламп не менее 8000 часов

4.3.2. Ртутные лампы высокого давления

Рассмотренные в предыдущем разделе люминесцентные лам­пы — это лампы низкого давления. Разряд в них происходит при дав­лении паров ртути не более 0,1 мм ртутного столба или 10 паскалей (Па). Спектр излучения разряда при таких давлениях имеет линейча­тый характер, причем, как уже было сказано, до 80 % мощности раз­ряда приходится на две УФ линии: 257 и 185 нм, а на долю пяти ли­ний видимой части спектра лишь около 2 %.

Если давление паров ртути повышается, то вначале все линии «расплываются» и превращаются в полосы, затем происходит пере­распределение энергии: излучение в УФ области ослабевает, а в ви­димой — увеличивается. При давлении паров ртути около 1000 мм ртутного столба доля видимого излучения возрастает настолько, что световая отдача разряда достигает 20-25 лм/Вт, то есть становится больше, чем у ламп накаливания общего назначения. Но при этом все видимое излучение сосредоточено в сине-зеленой части спект­ра, а желтый и красный свет отсутствуют полностью. Многим знаком свет медицинских УФ облучателей — довольно неприятного сине-зе­
леного цвета, сильно искажающий вид освещаемых предметов, в ча­стности, человеческих лиц. В этих облучателях применяются как раз ртутные лампы высокого давления типа ДРТ (дуговая, ртутная, труб­чатая).

Несмотря на относительное ослабление доли УФ излучения, оно все же остается в спектре разряда в довольно большом количестве (около 40 % подводимой к разряду мощности). Так же как и в люми - несцентныхлампах низкого давления, это излучение с помощью лю­минофора может быть превращено в видимое. Но если в обычных люминесцентных лампах температура стенок колбы лишь немногим выше температуры окружающего воздуха, то в лампах высокого дав­ления размеры колб гораздо меньше, и температура на стенках до­стигает 500 - 600 оС. Найти люминофоры, эффективно работающие при таких температурах, до сих пор не удалось.

Проблему решили в начале 50-х годов прошлого века. Малога­баритную ртутную лампу высокого давления поместили внутрь дру­гой, значительно большей по размеру колбы, а уже на внутреннюю поверхность этой колбы стали наносить люминофор, имеющий наи­большую эффективность при температуре 200 - 300 оС и излучаю­щий преимущественно в красной области. Сейчас в качестве люми­нофора чаще всего применяют фосфат-ванадат иттрия, активирован­ный европием. С 1952 года начался массовый выпуск таких ламп ве­дущими мировыми производителями — General Electric, Philips, Osram. Сегодня по объему выпуска ртутные лампы высокого давления с лю­минофором занимают третье место после ламп накаливания и люми­несцентных ламп.

На рис. 30 показано устройство лампы.

Разрядная трубка 1 («горелка») из квар­ца держателями 2 из достаточно толстой ни­келевой проволоки закреплена на ножке 3 (у мощныхламп горелка поддерживается еще и пружинящим держателем 4, упирающимся во внешнюю колбу). Ножка 3 герметично впаяна во внешнюю колбу 5, покрытую изнутри сло­ем люминофора 6. В ртутных лампах высоко­го давления используются самокалящиеся электроды 7 в виде спирали, навитой на воль­фрамовый стержень (керн) и покрытой акти­вирующим веществом. Кроме основных элек­тродов 7, в лампах имеются поджигающие электроды 8, расположенные вблизи основных и электрически соединенные с противополож­ными электродами через ограничительные
сопротивления 9. На внешней колбе с помощью высокотемператур­ной мастики крепится стандартный резьбовой цоколь 10. Между го­релкой и цоколем крепится тепловой экран 11 (обычно из слюды). Внутренний объем горелки заполнен инертным газом аргоном сдав­лением от 10до 50 мм ртутного столба (в зависимости от мощности лампы) и ртутью.

В отличие от люминесцентных ламп, в которых ртуть всегда на­ходится в жидком состоянии, в лампах высокого давления количе­ство ртути строго дозировано, и при работе ламп ртуть в горелках находится только в газообразном состоянии при давлении паров 1000 - 1500 мм ртутного столба (1,5 - 2 атмосферы). Для получения таких высоких давлений паров ртути температура стенок горелки дол­жна быть не менее 500 оС. Поэтому горелки ламп высокого давления делают только из кварца. Пространство между горелкой и внешней колбой заполняется газом (техническим аргоном).

Схема включения ртутных ламп высокого давления проще, чем люминесцентных ламп (рис. 31). Благодаря наличию поджигающих электродов, расположенных очень близко к основным, между этими электродами разряд возникает при напряжениях ниже сетевого. Этот разряд очень слаб, так как ток его ограничен сопротивлениями 9, но он создает начальную ионизацию газа в горелке, за счет которой раз­ряд переходит на основные электроды. Ток основного разряда огра­ничивается только дросселем, и величина его в первое время после включения в 2 - 3 раза больше, чем после полного разгорания лам­пы. Ток разряда разогревает основные электроды до температуры, обеспечивающей достаточную эмиссию электронов из них (1000­1200 оС). Из-за большого тока разряда начинают разогреваться стен­ки горелки, находящаяся на них ртуть постепенно полностью испаря­ется, и процессы в лампе стабилизируются. Процесс разгорания длит­ся достаточно долго — от7до 10 минут.

Как и в схемах с люминесцентными лампами, дроссель создает сдвиг фаз между током и напряжением (cos р~ 0,5). Для компенса­ции этого сдвига параллельно цепочке из лампы и дросселя включа­ется компенсирующий конденсатор (см. рис. 25 а).

Ртутные лампы высокого давления с люминофором выпускаются мощностью 80, 125, 250, 400, 700 и 1000 Вт; изредка встречаются лампы мощностью 50 и 2000 Вт. Лампы мощностью 50, 80 и 125 Вт выпускаются с цоколем Е27, более

мощные — с цоколем Е4°. Потери м°щ - Рис. 31. Схема включения ности в дросселях, как правило, состав - ртутных ламп

ляют не больше 10%. высокого лавления

Световая отдача современных ламп — от 40 до 60 лм/Вт; срок службы — до 24000 часов. По этим параметрам ртутные лампы высо­кого давления значительно превосходят лампы накаливания, что и предопределило их очень широкое распространение.

Кроме высокой световой отдачи и большого срока службы, ртут­ные лампы высокого давления имеют и другие достоинства: относи­тельная компактность; простота включения; широкий диапазон мощ­ностей; очень слабая зависимость параметров от окружающей тем­пературы. Недостатки такихламп:

1. Низкое качество цветопередачи (Ra= 45 - 50; у иностранных ламп Delux и Super Delux — не выше 55).

2. Большие пульсации светового потока (65 - 75 %).

3. Большое время разгорания (до 10 минут).

4. Невозможность повторного включения горячей лампы — если лампа случайно погасла, снова включить ее можно только после ос­тывания горелки.

5. Высокая температура на внешней колбе (250 - 300 оС).

Ртутные лампы высокого давления широко применяются там,

где не требуется качество цветопередачи, — в уличном освещении, на складах, на промышленных предприятиях (при наличии вращаю­щихся деталей — с обязательным включением соседних светильни­ков в разные фазы) и т. п.

Классификация и обозначение 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: Philips — HPL; Osram — HQL; General Electric — MBF; Sylvania — HSL и HSB; Radium — HRL. По международной системе обозначений ILCOS все эти лампы называ­ются QE.

В таблице 10 (см. стр.57) даны усредненные параметры некото­рых типов ртутных ламп высокого давления с люминофорами.