Газоразрядные лампы: виды, достоинства и недостатки, область применения

Газоразрядные лампы – современный источник света, который излучает световую энергию в видимом для человеческого глаза диапазоне. В своей основе газоразрядная лампочка имеет стеклянную колбу, в которую под давлением закачивается газ или пары металла. Кроме этого в строении изделия имеются электроды, которые расположены по концам стеклянной колбы.

Устройство и принцип работы ламп

Согласно истории люминесцентной лампы, первое осветительное устройство газоразрядного типа было сконструировано в 1856 г. Г. Гейслером. Конструкция приборов усовершенствовалась. Лампы дневного света в массовое коммерческое использование поступили в конце 30 г. XX в.

Конструкция относится к газоразрядным источникам освещения, сконструирована с использованием трубки из стекла, которая с двух сторон запаяна. Изнутри на поверхности лампы нанесен слой специального вещества (люминофора). Устройство излучает рассеивающий свет после подключения к источнику электропитания. Изнутри колбу наполняют аргоном.

Люминесцентное устройство включает:

• катоды, защищенные эмиттерным слоем;
• выводные штыри;
• концевую панель;
• трубки для отвода инертного газа;
• ртуть;
• стеклянную штампованную ножку, дополненную электровводами и т.д.

Принцип функционирования основывается на возникновении электроразряда между электродами после подсоединения к электросети. После взаимодействия разряда с газами инертными и испарениями ртути возникает излучение ультрафиолета, воздействующее на люминофор, преобразующий энергию в световое излучение. Для корректировки оттенков ртутьсодержащих устройств применяются люминофоры с разными химическими компонентами.

Дуговой разряд в колбе создается оксидным самокалящимся катодом, на который воздействует электричество. Для включения ламп ДРЛ, ЛД катоды разогревают посредством пропускания разряда тока. Устройства с холодным катодом запускаются ионным воздействием в тлеющем разряде высокого напряжения.

Для функционирования люминесцентным приборам требуется дополнительный узел (балласт), обеспечивающий работу дросселем и стартером. Балласт регулирует силу разряда и выпускается 2 видов (электромагнитный и электронный).

Электромагнитный балласт является механическим. Устройство относится к бюджетным вариантам, в работе прибор может издавать шум.

Электронные узлы дороже по стоимости, работают бесшумно, оперативно включают систему, компактны.

Виды газоразрядных ламп.

По давлению различают: 

• ГРЛ низкого давления 
• ГРЛ высокого давления

Газоразрядные лампы низкого давления.

• Люминесцентные лампы (ЛЛ) – предназначены для освещения. Представляют собой трубку, покрытую изнутри люминофорным слоем. На электроды подается импульс высокого напряжения (обычно от шестисот вольт и выше). Электроды разогреваются, между ними возникает тлеющий разряд. Под воздействием разряда начинает излучать свет люминофор. То, что мы видим – это свечение люминофора, а не сам тлеющий разряд. Они работают при низком давлении.

• Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) принципиально ничем не отличаются от ЛЛ. Различие только в размерах, форме колбы. Плата с электроникой для запуска, как правило, встроена в сам цоколь. Все направлено на миниатюризацию.

Лампы подсветки дисплеев также не имеют принципиальных отличий. Питаются от инвертора.

• Индукционные лампы. Этот тип осветителя не имеет никаких электродов в свое колбе. Колба традиционно заполнена инертным газом (аргон) и парами ртути, а стенки покрыты слоем люминофора. Ионизация газа происходит под действие высокочастотного (от 25 кГц) переменного магнитного поля. Сам генератор и колба с газом могут составлять одно целое устройство, но есть и варианты разнесённого изготовления.
  

Газоразрядные лампы высокого давления.

Существуют и приборы высокого давления. Давление внутри колбы превышает атмосферное.

• Дуговые ртутные лампы (сокращенно ДРЛ) ранее применялись для наружного уличного освещения. В настоящее время применяются все реже. На смену им приходят металлогалогеновые и натриевые источники света. Причина – низкая эффективность.

• Дуговые ртутные лампы с йодидами (ДРИ) содержат горелку в виде трубки из плавленого кварцевого стекла. В ней находятся электроды. Сама горелка наполнена аргоном – инертным газом с примесями ртути и йодидов редкоземельных металлов. Может содержать цезий. Сама горелка размещена внутри колбы из жаропрочного стекла. Из колбы выкачан воздух, практически горелка находится в вакууме. Более современные оснащаются горелкой из керамики – она не темнеет. Применяются для освещения больших площадей. Типичные мощности от 250 до 3500 Вт.
• Дуговые натриевые трубчатые лампы (ДНаТ) имеют вдвое большую светоотдачу в сравнении с ДРЛ при тех же потребляемых мощностях. Эта разновидность предназначена для уличного освещения. Горелка содержит инертный газ – ксенон и пары ртути и натрия. Эту лампу можно сразу узнать по свечению – свет имеет оранжево-желтый или золотистый оттенок. Отличаются довольно большим временем перехода в выключенное состояние (около 10 минут).
• Дуговые ксеноновые трубчатые источники света характеризуются белым ярким светом, спектрально близким к дневному. Мощность лам может достигать 18 кВт. Современные варианты выполнены из кварцевого стекла. Давление может достигать 25 Атм. Электроды изготавливаются из вольфрама, легированного торием. Иногда применяется сапфировое стекло. Такое решение обеспечивает преобладание ультрафиолета в спектре.

Световой поток создается плазмой около отрицательного электрода. Если в состав паров входит ртуть, то свечение возникает возле анода и катода. К этому типу относят и вспышки. Типичный пример – ИФК-120. Их можно опознать по дополнительному третьему электроду. Благодаря своему спектру они отлично подходят для фотодела.

• Металлогалогенные газоразрядные лампы (МГЛ) характеризуются компактностью, мощностью и эффективностью. Зачастую применяются в осветительных приборах. Конструктивно представляют собой горелку, помещенную в вакуумную колбу. Горелка изготовлена из керамики, либо кварцевого стекла и заполнена парами ртути и галогенидами металлов. Это необходимо для корректировки спектра. Свет излучается плазмой между электродами в горелке. Мощность может достигать 3.5 кВт. В зависимости от примесей в парах ртути возможен разный цвет светового потока. Обладают хорошей светоотдачей. Сроком эксплуатации может достигать 12 тысяч часов. При этом имеет хорошую цветопередачу. Долго выходит на рабочий режим – около 10 минут.

Достоинства и недостатки газоразрядных ламп.

Маркировка

Маркировочное обозначение люминесцентных ламп указано на коробке и содержит данные о фирме, мощности, конструкции цоколя, периоде работы, оттенке свечения и т.д.

Согласно расшифровке индекса первая буква маркировки приборов люминесцентного типа — Л. Последующие буквы указывают на цвет оттенка излучения прибора (дневной, белый, холодный тон белого, ультрафиолетовое излучение и т.д.). Кодовое значение будет включать символы Д, Б, УФ и т.д.

Особенности конструктивного исполнения на маркировках обозначаются соответствующими буквами:

• u-образные люминесцентные лампы (У);
• изделия кольцевой формы (К);
• устройства рефлекторного типа (Р);
• лампы быстрого запуска (Б).

В устройствах люминесцентного вида на маркировке отображаются и показатели свечения, единицей измерения служит Кельвин (К). Показатель температуры 2700 К по оттенку соответствует излучению лампы накаливания. маркировка 6500 К обозначает холодный белоснежный тон.

Мощность приборов маркируется цифрой и единицей измерения — Вт. Стандартные показатели представлены устройствами от 18 до 80 Вт.

На этикетке также представлено обозначение ламп в соответствии с такими характеристиками, как длина, диаметр и форма колбы.

Диаметр колбы на лампе фиксируется буквой «Т» с кодовым обозначением. Прибор, обозначенный кодом Т8, имеет диаметр 26 мм, Т12 — 38 мм и т.д.

Маркировки приборов по типу цоколя содержат буквы Е, G и цифровой код. Обозначение для миниатюрной формы резьбового цоколя — Е14. Средний резьбовой цоколь имеет код Е27. Цоколь втычного типа для декоративных конструкций и люстр маркируется символом G9. Приборы u-образные обозначаются символом G23, двойные u-образные приборы — G24 и т.д.

Цветность и состав излучения ламп

Характеристики передачи цвета показывают качество отображения в сравнении с естественным типом освещения. Высокая четкость передачи цвета присутствует в галогенных приборах и обозначается кодом 100.

Различаются оттенки светового излучения приборов, изменяющие цветовые характеристики предметов.

Согласно нормативам ГОСТ 6825-91, люминесцентные устройства имеют следующие типы оттенков излучения:

• дневной (Д);
• белоснежный (Б);
• естественный оттенок белого (Е);
• белый с теплым тоном (ТБ);
• белый с холодным тоном (ХБ);
• ультрафиолетовый (УФ);
• холодное естественное свечение (ЛХЕ) и т.д.

Добавление знака Ц в указании цветности свидетельствует об использовании состава люминофора с усовершенствованной передачей цвета.

Отдельно обозначаются цвета в осветительных устройствах со специальным назначением. Лампы с ультрафиолетовым излучением фиксируются кодом ЛУФ, приборы рефлекторные синего света — ЛСР и т.д.

Как выбрать лампу

При выборе лампы важен температурный режим использования прибора, показатель электрического напряжения в сети, размеры ламп, сила светового потока, оттенок излучения. Параметры цоколей люминесцентных ламп должны соответствовать типам светильников, торшеров и т.д.

Различается подбор ламп по типу помещения (прихожие, гостиные, спальни, ванные и т.д.). Для жилых пространств подходят модели с резьбовым цоколем и электронным балластом, т.к. не имеют резкого мерцания и бесшумны.

1. Для прихожих необходимы мощные светильники с интенсивным, при этом рассеянным освещением. Для настенных бра подойдут приборы компактного типа с теплым оттенком (930) и цветопередачей высокого качества. Над карнизом под потолком можно монтировать ленточные светильники с лампами холодного оттенка (860) и трубчатой конструкцией.
2. В гостиной люминесцентные устройства используются для бра, которые монтируются для подсветки зон либо декоративных элементов. Цвет подбирается белый, высокого качества (940). Возможен монтаж осветительных устройств по периметру потолка.
3. В спальни рекомендуется выбирать люминесцентные приборы стандартные с показателем 930-933 либо компактные устройства с похожими качествами.
4. Освещение в кухонной зоне должно быть многоуровневым (общим и локальным). В качестве потолочных рекомендованы компактные устройства мощностью не меньше 20 Вт, оттенок света должен быть теплым, с показателем не ниже 840. Для обустройства рабочей зоны на кухне оптимальны лампы линейные люминесцентные, не создающие блики на поверхностях.

Область применения

Конструкционные особенности, которыми обладают газоразрядные лампочки, обеспечили им обширную область применении.
Сегодня подобная продукция применяется для:

• создания уличного освещения в городской и сельской местности. Отлично такие лампы смотрятся, если они вкручиваются в фонари для создания качественной подсветки парков и скверов;
• освещения производственных сооружений, магазинов, торговых площадок, офисов, а также общественных помещений;
• с помощью газоразрядных источников света, которые вкручены в фонари, можно оформить уличную декоративную подсветку зданий или пешеходных дорожек;
• подсветки наружной рекламы и рекламных щитов;
• высокохудожественного освещения эстрад и кинотеатров. Но здесь необходимо применение специального оборудования.

Отдельно стоит отметить, что источники света газоразрядного типа сегодня очень часто используются для освещения транспортных средств. Здесь зачастую применяются грл с высокой интенсивностью (например, неоновые). Многие авто имеют в своей комплектации фары, которые заполнены газообразной смесью из металлогалоидных солей и ксенона. Такие фары можно встретить в таких марках, как БМВ, Тойота или Опель.

Иногда подобные лампочки можно встретить и в подсветке дома. Но здесь необходимо обязательно учитывать специфику источников света, чтобы их недостатки можно было минимизировать.
Но в целом область применения данной продукции достаточно обширна и разнообразна.