Устройство ртутной лампы: принцип работы, специфика, критерии выбора

В названиях ламп обычно закладывается тип источника света. Специалист, разбирающийся в маркировке, быстро определит параметры и принцип действия прибора.

Расшифровка ДРЛ следующая:

• Д — электрическая дуга, образуемая при подаче напряжения на контакты, приводит к зажиганию лампы. В конструкции задействован дроссель, задача которого — ограничить рабочие токи в заложенных пределах;
• Р — устройство работает за счет паров ртути;
• Л — принцип действия источника света. Люминофор, обеспечивающий процесс люминесценции, преобразует ультрафиолетовое свечение в видимый спектр излучения.

Ближайшая к ДРЛ разновидность — ДРВ (ртутно-вольфрамовая). Конструкцией и принципом действия они схожи. Только помимо ртутной разрядной горелки устанавливается и вольфрамовая спираль, задача которой — ограничить силу тока, поступающего на горелку. Соответственно, такие лампы не нуждаются в дополнительной пускорегулирующей аппаратуре.

В отличие от ДРЛ, ДРВ лампы:

• расходуют больше электроэнергии;
• работают в течение приблизительно 3000 часов;
• загораются не дольше одной минуты.

Другие «приближенные» виды — лампочки ДРИ и ДНаТ.

Основные элементы конструкции

Цоколь – это часть лампы, через которую на неё подаётся питающее напряжение. На цоколе есть два вывода с электродов, один из которых припаян к резьбовой части, а второй — к нижней торцевой точке. Через контакты патрона электроэнергия из сети передаётся на лампу. Цоколь – контактирующая деталь. Лампы ДРЛ 400 с цоколями Е40 без проблем устанавливаются в любой светильник, оборудованный соответствующими патронами.

Горелка представляет собой герметичную трубку, внутри которой на противоположных концах находится по 2 электрода. Два из них — основные, два — поджигающие. Внутрь горелки закачивается инертный газ и помещается капля ртути в строго дозированном количестве. Материал горелки химически стоек и тугоплавок.

Внешняя оболочка выполнена в виде колбы из стекла с укреплённой внутри неё горелкой. Объём заполняется азотом. Для преобразования излучения кварцевой горелки используется люминофорное покрытие внутренней поверхности колбы. Кроме того, внутри этой колбы устанавливаются два ограничительных резистора для поджигающих электродов.

Горелки первых ДРЛ были оснащены двумя электродами. Чтобы зажечь лампу, нужно было иметь в схеме включения источник импульсов высокого напряжения, который имел срок службы меньше, чем у лампы. В дальнейшем выпуск таких ламп был прекращён и начато производство их в четырёхэлектродном исполнении, не требующем наличия сторонних импульсных устройств.

Четырёхэлектродная лампа ДРЛ состоит из колбы, резьбового цоколя и смонтированной на ножке лампы кварцевой горелки, наполненной аргоном с добавлением ртути. С каждой стороны горелки имеются по 2 электрода: основной и расположенный рядом с ним поджигающий. Для ограничения тока на электродах в лампе предусмотрены токоограничительные сопротивления, которые находятся во внешней колбе.

Большое применение в осветительных сетях находят ДРЛ 400.

Принцип работы

После включения источника света в электрическую сеть осуществляется подача напряжения на токоведущие части лампы, размещенные в цоколе. По электрической цепи напряжение поступает на электроды, смонтированные в горелке, вследствие чего между ними появляется тлеющий разряд. Это обусловлено образованием дополнительных свободных электронов и ионов на их поверхности.

По мере накопления электронов и ионов происходит нагрев внутреннего пространства газоразрядной трубки, и ртуть начинает испаряться. Тем самым обеспечивается режим разряда между электродами, переходящего из состояния тлеющего в дуговой.

По мере увеличения количества паров ртути усиливается яркость дугового разряда.

При нормальных условиях эксплуатации время выхода источника света на заявленные технические показатели составляет 4,0–5,0 минут.

Чем выше температура окружающего воздуха, тем меньше времени потребуется лампам данного типа на выход в режим максимального светового излучения.

Типы устройств

В промышленности выпускаются ртутные лампы серии ДРЛ в нескольких модификациях, различающиеся по техническим характеристикам и условиям эксплуатации:

1. ДРЛ – стандартная модификация, имеющая ряд недостатков, из которых наиболее негативными являются следующие: высокая степень нагрева во время использования, чувствительность к скачкам напряжения в электрической сети, продолжительный период времени для выхода на оптимальный режим работы.
2. ДРВ (ДРВЭД) – дуговая ртутная вольфрамовая и эритемная вольфрамовая лампа. Их отличительными чертами являются: запуск в работу без использования дросселя и повышенные показатели по световому излучению.
3. ДРЛФ – усовершенствованная модель стандартной лампы высокого давления, в которой внутренняя поверхность колбы покрыта отражающим материалом, что улучшает технические характеристики по сравнению с исходной модификацией.

Технические характеристики ДРЛ и её аналогов

Основная техническая характеристика источника света – его мощность – отражена в маркировке ламп ДРЛ. С остальными показателями, определяющими условия эксплуатации, необходимо ознакомиться дополнительно. Для этого следует изучить сопроводительные документы.

К прочим показателям относятся следующие технические характеристики:

• световой поток – от него зависит потребность в определенном количестве источников света для создания требуемой освещенности на единице площади;
• срок службы – определяет гарантированный период эксплуатации конкретной модели;
• типоразмер цоколя – задает параметры светильников, с которыми возможно использование конкретной лампы;
• габариты – также определяют возможность использования ламп с тем или иным светильником.

Основные технические характеристики ламп серии ДРЛ приведены в нижеследующей таблице:

Модель	Электрическая мощность,Вт	Световой поток,Лм	Срок эксплуатации,часов	Габариты,мм (длина × диаметр)	Тип цоколя
ДРЛ-50	50	1900	10000	130 × 56	Е27
ДРЛ-80	80	3600	12000	166 × 71	Е27
ДРЛ-125	125	6300	12000	178 × 76	Е27
ДРЛ-250	250	13000	12000	228 × 91	Е40
ДРЛ-400	400	24000	15000	292 × 122	Е40
ДРЛ-700	700	40000	18000	357 × 152	Е40
ДРЛ-1000	1000	55000	10000	411 × 157	Е40
ДРВ-160	160	2500	3000	178 × 76	Е27
ДРВ-250	250	4600	3000	228 × 91	Е40
ДРВ-500	500	12250	3000	292 × 122	Е40
ДРВ-750	750	22000	3000	372 × 152	Е40

Металлогалогенные с зеркальным слоем (ДРИЗ)

Ртутные лампы этого вида имеют сходный состав с аналогами ДРИ: основное наполнение + излучающие добавки. Но дополнительно к тому конструкцией предусмотрен зеркальный слой. Благодаря этой особенности лампочки высокого давления ДРИЗ обеспечивают направленный луч света.

Их используют в условиях плохой видимости, так как высокий уровень мощности наряду с конструкционными особенностями способствует организации эффективного освещения участка объекта благодаря направленному свечению.

Ртутно-кварцевые шаровые источники света (ДРШ)

Такие лампочки высокого давления выделяются из ряда аналогов. Этому способствуют следующие факторы: шарообразная форма колбы, излучение повышенной интенсивности. А дополнительно к тому ртутно кварцевая лампа характеризуется сверхвысоким давлением.

Область применения – узкоспециальные направления, в частности, проекционные системы, лабораторное оборудование.

Ртутно-кварцевые (ПРК, ДРТ)

Этот вид лампочек имеет иную форму колбы, чем выше рассмотренные аналоги. Например, ПРК расшифровывается как прямой ртутно-кварцевый осветительный элемент. Это первоначальное обозначение лампы ДРТ (дуговая ртутная трубчатой формы).

Переход на другую маркировку произошел в 80 гг. прошлого века. Ртутно кварцевая лампа в данном исполнении характеризуется формой колбы в виде цилиндра, электроды же располагаются на торцевых участках колбы.

Цвет излучения

Ртутьсодержащие лампы благодаря присутствию в конструкции люминофора на выходе дают цвет максимально близкий к белому. Нейтральный оттенок получается в результате смешивания излучений газообразных составляющих колбы и люминофора. В частности, пары ртути продуцируют свечение разных цветов: синий, зеленый, фиолетовый, оранжевый. А кроме этого, излучают ультрафиолет (мягкий, жесткий).

Комбинированное свечение люминофора и газообразного наполнения колбы, расположенной внутри лампочки высокого давления ДРИ, позволяет получить разные цвета свечения: зеленый, фиолетовый и др. Это достигается благодаря изменению состава и соотношения излучающих добавок.

Пускорегулирующие аппараты

Лампы люминесцентные ртутные подключаются к сети в большинстве случаев через дроссель (ПРА). По сути, этот узел представляет собой токоограничитель, способствующий плавному вводу источника света высокого давления в эксплуатацию. При отсутствии пускорегулирующего аппарата лампочка ДРЛ сгорит по причине прохождения через электроды тока высоких значений.

Однако существуют и аналоги прямого включения. Для их нормальной работы не требуется дроссель, можно устанавливать лампу высокого давления в светильник. Такие источники света обозначаются ДРВ (дуговые ртутные вольфрамовые). Они сходны по характеристикам с вариантом ДРЛ. Выбор пускорегулирующего аппарата производится на основании данных о мощности лампочки.

Общие технические характеристики

Определение наиболее подходящего вида лампы осуществляется с учетом основных параметров источника света:

• напряжение питания – обычно указывается для осветительных элементов прямого включения, устанавливаемых без дросселя (ДРВ);
• мощность – варьируется от 80 до 1 000 Вт;
• световой поток напрямую зависит от уровня создаваемой нагрузки: изменяется в пределах от 1 900 до 59 000 лм;
• продолжительность горения: от 1 500 до 20 000 ч, при этом наиболее короткий срок функционирования отмечается у вольфрамовых лампочек прямого включения;
• тип цоколя: Е27, Е40;
• габариты изделия – варьируются в зависимости от исполнения лампы.

Для источников света ДРЛ и прочих аналогов, подключаемых с дросселем, может быть указано напряжение на лампе.

Хранение и утилизация

Учитывая, что в состав осветительных элементов типа ДРЛ и прочих им подобных исполнений входит ртуть (класс опасности 1), хранить изделия с поврежденными колбами в неподготовленных для этого помещениях запрещено. Особенно, если речь идет о количестве опасного отхода в промышленных масштабах. Заниматься хранением, транспортировкой и дальнейшей утилизацией должны организации, имеющие соответствующую лицензию (ЮНЭП).

Допускается временное хранение ламп ДРЛ. Поэтому для сбора и накопления отводится закрытый склад, и подготавливаются герметичные емкости. Сберегать опасные отходы следует до момента транспортировки с целью их дальнейшей утилизации.

Сам же процесс ликвидации ртутьсодержащих ламп осуществляется разными путями: демеркуризация, амальгамирование, высокотемпературный обжиг, термический метод утилизации, вибро-пневматическая технология. Для этого существует инструкция.

Но объединяет их одно – необходимость переработки отхода (класс опасности 1) по окончании срока службы или после нарушения целостности колбы. Для утилизации предусмотрена инструкция, а предоставляют такие услуги лицензированные организации, например, ЮНЭП.

Подключение

Лампы типа ДРВ подключаются непосредственно к электрической сети, как и обычная лампа накаливания.

Для включения в работу ламп типа ДРЛ необходимо наличие ПРА (пускорегулирующего аппарата) – дросселя, обеспечивающего регулировку значений рабочего тока в заданных значениях. Он необходим, чтобы исключить перегорание светотехнического прибора, а также для создания режима его зажигания.

Схема подключения лампы ДРЛ приведена на нижеследующем рисунке:

Дроссели, используемые с газоразрядными лампами данного типа, выпускаются в двух исполнениях: независимого и встраиваемого включения. Это зависит от конструкции светильника и места размещения в нем ПРА.

Основные технические характеристики, являющиеся критериями выбора модели ПРА на соответствие условиям использования с конкретной газоразрядной лампой:

• электрическая мощность;
• рабочий ток;
• температура обмотки в нормальном режиме работы;
• допустимо возможный перегрев обмотки;
• максимально допустимая потеря мощности при использовании;
• коэффициент мощности.

Выход из строя ПРА является основной причиной незажигания светильников, оснащенных газоразрядными лампами, во время их эксплуатации. В связи с этим вопрос о том, как проверить дроссель для ДРЛ, является актуальным для многих обладателей подобных светотехнических устройств.

Самый простой способ проверки – воспользоваться мультиметром и проверить целостность обмоток, а также наличие межвиткового замыкания.

В случае отсутствия измерительного инструмента можно воспользоваться лампочкой накаливания мощностью, аналогичной мощности дросселя, и включить ее последовательно в цепь питания ПРА.

При исправно работающем дросселе лампа накаливания будет гореть в половину накала или мерцать. Отсутствие свечения говорит о том, что обмотка прибора повреждена, наличие яркого свечения – в обмотке имеется межвитковое короткое замыкание.

Срок службы

Гореть такой источник света, по заверениям производителей, способен, как минимум, 12000 часов. Здесь все зависит от такой характеристики как мощность — чем мощнее лампа, тем дольше она служит.

Популярные модели и на сколько часов службы они рассчитаны:

• ДРЛ 125 — 12000часов;
• 250 — 12000часов;
• 400 — 15000часов;
• 700 — 20000часов.

Как правило, лампочки не ремонтируются, их проще заменить, так как износившееся изделие светит на 50% хуже.

Бывает несколько разновидностей ДРЛ (расшифровка — дуговая ртутная лампа), которые применимы как в быту, так и в производственных условиях. Классифицируются изделия по мощности, где наиболее популярны модели на 250 и 500 Вт. Пользуясь ими, до сих пор создают системы уличного освещения. Ртутные приборы хороши за счет доступности и мощного светового потока. Тем не менее, появляются более инновационные образцы, безопасные и с лучшим качеством свечения.

 

Достоинства и недостатки

Популярность ламп ДРЛ обусловлена их достоинствами, главными из которых являются:

1. Продолжительные сроки эксплуатации.
2. Компактные размеры.
3. Высокие показатели по световому потоку.

Кроме этого, модели серии ДРВ могут быть использованы вместо ламп накаливания, позволяя снизить нагрузку на питающую электрическую сеть. А наличие вольфрамовой нити способствует стабилизации напряжения питания источника света.

Основными недостатками ламп ДРЛ являются следующие показатели:

1. Восприимчивость к скачкам напряжения в питающей сети.
2. Повторное включение источника света можно осуществить только после его остывания.
3. Пульсация светового потока.

Модификации ДРВ, кроме вышеуказанных недостатков, обладают меньшими КПД и сроком эксплуатации, чем аналогичные модели серии ДРЛ.

В связи с тем, что в последние годы все большее количество потребителей электрической энергии борются за ее экономию, на смену газоразрядным лампам приходят их светодиодные аналоги.

Светотехнические приборы, использующие светодиоды в качестве источника света, применяются в качестве уличных светильников, а также для внутреннего освещения, декорирования помещений и при оформлении ландшафтного дизайна.

Светодиодные аналоги

В качестве лучшего аналога ДРЛ можно отметить светодиодную лампу с аналогичными техническими характеристиками по напряжению питания и виду цоколя.

Световая отдача светодиодов: 100-120 лм/Вт. У ламп ДРЛ этот показатель составляет 30-35 лм/Вт.

По продолжительности работы, с сохранением всех световых характеристик без изменения, светодиоды в разы превосходят лампы ДРЛ. Полное прекращение производства ламп, содержащих ртуть, запланировано к 2020 году.

Если для объекта выбрать освещение светодиодными лампами, можно получить экономию на системе проводки, поскольку в этом случае нужны кабели меньшего сечения.

В качестве установочного светового прибора для этих ламп можно использовать ДРЛ-светильники.

Высокий КПД светодиодов обеспечивается за счёт почти полного отсутствия тепловых потерь.

Они имеют повышенную механическую прочность и сохраняют работоспособность при значительных колебаниях электрических параметров питающей сети и температуры окружающей среды. При работе ламп не наблюдается мерцаний. Лампы экологичны, потому что в их составе нет ртути.

Сфера применения

Лампы серии ДРЛ широко используются в качестве источника искусственного света в приборах для уличного освещения, а также в системах освещения внутри производственных зданий и сооружений.

Наиболее востребованы следующие модификации газоразрядных ламп при монтаже освещения различных объектов:

• модели ДРЛ светильников – проезжие части автомобильных дорог и улиц, площади и скверы, производственные цеха промышленных предприятий и объекты технического назначения (АЗС, автостоянки, склады и т. д.);
• модели осветительных приборов ДРВ – те же объекты, что и для моделей ДРЛ, также применяются для освещения сельхозпредприятий, занимающихся выращиванием овощей в утепленном грунте (теплицы, оранжереи и т. д.).

Светильники

Светильник – это прибор, перераспределяющий световой поток в нужных направлениях. Внутри него крепятся различные устройства и элементы электрической цепи, а также различные коммутирующие разъёмы. Для перераспределения светового потока от лампы он оборудуется светоотражающей системой и рассеивателем.

Светильники внутреннего применения используются для освещения производственных, сельскохозяйственных и складских помещений.

Наиболее широко используются светильники с ДРЛ 250, поскольку лампы с такими параметрами необходимы как для освещения внутри зданий, так и для снаружи.

К наружным видам этих приборов предъявляются повышенные требования по воздействию климатических факторов.

Фонари уличные на столбах относятся к светильникам наружного применения.

Светильники для ламп ДРЛ имеют достаточно широкий ассортимент.

Модели, предназначенные для внутреннего применения, устойчивы к воздействию повышенной влажности и пыли.

За счёт герметичности корпуса уличные светильники ДРЛ выдерживают воздействие дождя, снега. Они успешно противостоят сильным порывам ветра.

В светильниках с лампами ДРЛ используются термостойкие провода и надёжного качества разъёмы.

Источники: https://rusenergetics.ru/lampochki/drl, https://vamfaza.ru/drl250/%20, https://FB.ru/article/329890/chto-takoe-dugovaya-rtutnaya-lyuminestsentnaya-lampa-drl-svetilniki-s-lampoy-drl, http://ProOsveschenie.ru/proizvodstvennye-pomeshheniya/rtutnye-lampy-vse-podrobno.html, https://sovet-ingenera.com/elektrika/svetylnik/lampa-drl.html%20, https://LampaExpert.ru/vidy-i-tipy-lamp/fitolampy/drl-125-250-400-vatt-harakteristiki