Какой газ содержится в лампах дневного света

Что такое люминесцентные лампы

Вся планета давно уже обеспокоена вопросом экономии электроэнергии. Обычные лампы накаливания уже можно признать морально устаревшими. Низкий КПД, а об энергосбережении вопрос можно и не поднимать. При их работе экономии электроэнергии просто не существует. Поэтому одним из вариантом будут газоразрядные излучатели. Они созданы в России под руководством С.И. Вавилова в 1936 году.

Лампы люминесцентные (газоразрядные) — это колба с парой электродов. Им можно придать любую форму. При подаче напряжения между электродами начинается эмиссия электронов (тлеющий разряд), создающая излучение света. Свет этот мы не можем видеть. Спектр в ультрафиолетовом диапазоне. Чтобы мы могли получить видимый свет (длина волны должна быть в пределах видимого нами спектра) внутреннюю поверхность колбы покрывается веществом, которое может излучать видимый свет – люминофором. При разряде люминофор начинает светиться. Герметичная колба заполнена инертным газом и парами ртути. Ее наличие необходимо для тлеющего разряда. Жидкий металл его усиливает. Инертный газ безвреден для человека, так как он не вступает ни в какие химические реакции. Но, ртуть – метал опасный для человека. Поэтому возникают проблемы утилизации и вопросы о том, как избежать ртутного заражения.

Принцип работы источника дневного света

Принцип работы и устойство ламп

Показатели спектральной цветопередачи существенно выше, чем у раскаленной вольфрамовой     нити. Их свет дает натуральные оттенки, для глаз такое освещение более полезно, а глаза устают меньше.

Условно выделено три типа газоразрядных источников света – низкого (не более 0,01 МПа), высокого (0,1 МПа до 1 МПа) и сверхвысокого давления (более 1МПа). Они имеют значительные различия в конструкции.

Устройство люминесцентной лампы

При подаче напряжения электроды (катоды) разогреваются, между ними возникает тлеющий разряд, который вызывает свечение люминофорного покрытия.

Для создание ультрафиолетового излучения применяется газоразрядные источники. Их отличие состоит лишь в том, что применяется кварцевое стекло для изготовления колбы. Люминофорное покрытие отсутствует.

Обычное стекло его не пропускает. Такие приборы применяются часто в соляриях и для обеззараживания помещений.

Как подключить люминесцентную лампу

Классическая схема подключения одной ЛЛ

В традиционной схеме всего три элемента:

1. Сам люминесцентный источник света,
2. Стартер,
3. Дроссель.

Дроссель представляет собой обычную катушку индуктивности с наборным сердечником из пластин. Стартер – устройство, состоящее из малогабаритной неоновой лампы и конденсатора. Внутри ее колбы находятся подвижные биметаллические контакты. В момент подачи напряжения между биметаллическими контактами стартера возникает разряд, его электроды изменяют свою геометрию и замыкают цепь. Дроссель играет роль балласта. Электроды источника света прогреваются, стартер отключается, возникает тлеющий разряд, вызывающий свечение люминофора, нанесенного на внутреннюю сторону колбы. Согласно ГОСТам, схема должна включиться в течение максимум 10 секунд.

Для включения двух ламп не нужно дублировать схему. Можно использовать только один дроссель.

Схема подключения двух люминесцентных ламп (ЛЛ)

Обе этих схемы можно дополнить конденсатором, включенным параллельно к источнику питания. Это улучшит режим. В первой схеме параметры мощности источника света, дросселя, стартера должны совпадать. Во второй схеме параметры дросселя должны быть равны сумме мощностей двух ламп, а параметры стартеров должны соответствовать мощности каждой из ламп.

Выбор конденсатора осуществляется исходя из номинала мощности ЛЛ. Конденсатор в таком источнике света служит для компенсации реактивной мощности, и при отсутствии её учёта как бы не обязателен. Есть — хорошо, нет — ничего страшного. Не редко, при перепадах напряжения или некачественном конденсаторе происходит его возгорание. 

Существует и так называемая схема холодного старта. Она позволяет запустить даже лампу со сгоревшими электродами. Кроме того, схема с умножителем напряжения увеличивает период эксплуатации источника света.

Принципиальная схема питания лампы постоянным током

Этот вариант несколько сложнее и применяется при мощностях не более 40 Вт. Здесь лампа питается постоянным током и включение происходит практически мгновенно, так как выпрямленное напряжение суммируется. Довольно быстро ртуть будет скапливаться в районе одного из электродов, при этом яркость падает. В этом случае достаточно поменять полярность. Конденсаторы С1 и С2 должны иметь напряжение порядка 900 В. А С3 и С4 – от 1000 В. Обычно применяют слюдяные конденсаторы. На электроды прикладывается напряжение порядка 900 Вольт. Со временем люминофор конечно же выгорит, и лампа будет подлежать замене и утилизации. Эта хороша тем, что позволят применять лампы с электродами, находящимися в обрыве.

Существуют и полностью готовые решения – ЭПРА. Это полностью полупроводниковое устройство, которое пришло на смену электромагнитной классике.

Внешний вид ЭПРА

Собрать готовый светильник с ним очень просто.

На входные клеммы устройства подается напряжение питания. Выходные клеммы предназначены для непосредственного подключения лампы.

Достоинства электронного пуско-регулирующего аппарата:

• Простота подключения.
• Повышает срок эксплуатации лампы.
• Снижает время включения лампы.
• Отсутствует мерцание при запуске.
• Долговечность.

Подробнее о ЭПРА вы можите прочитать — тут

Осветители на лампах высокого давления имеют такую схему.

Схема питания ДРЛ

Дроссель выполняет роль балластного устройства. Предохранитель защищает лампу и дроссель от скачка напряжения.

Как проверить люминесцентную лампу

Неисправности могут визуально проявляться таким образом.

• Лампа не зажигается совсем.
• Наблюдается мерцание при работе.
• Мерцание перед выходом на рабочий режим.
• Гудение.
• Мерцание при горении.

Во время эксплуатации газоразрядные лампы могу потерять работоспособность. При сборке осветительного прибора на основе люминесцентных ламп иногда источник света желательно проверить до установки.

Первоначально требуется провести осмотр на наличие повреждений.  Если колба имеет повреждения, то использовать такую лампу нельзя. То же самое касается и сеточки трещин. Такая колба во время работы однозначно разрушится, а ртуть может привести к заражению помещения.

Вторым моментом следует осмотреть колбу в районе расположения электродов, там не должно быть потемнений на внутренней стороне.

Деградация люминофора в ЛЛ

Обратимся к устройству самой лампы. С двух сторон у нее размещены электроды, они делаются из вольфрама, так как это тугоплавкий металл. Для увеличения срока службы эти электроды покрываются щелочным соединением. Это способствует облегчению зажигания тлеющего разряда и защищает электроды. Часты включения и выключения влекут за собой частое нагревание и остывание защитного покрытия. Таким образом со временем оно просто отслаивается, образуются незащищенные участки на вольфрамовом электроде.  В момент запуска вольфрамовая нить разогревается неравномерно. Открытые участки разогреваются сильнее происходит сначала точечное выгорание, со временем произойдёт разрушение электрода. О начале выгорания и свидетельствует такое потемнение. Это — щелочные соединения, которые осаждаются на люминофорном слое. Но даже если электрод находится в обрыве, а колба лампы цела и люминофор не обсыпался, то лампу еще возможно какое-то время использовать. При этом применяется схема умножителя.

Если на контактах электродной нити, либо по краям самой газоразрядной лампы видно оранжевое свечение, при этом освещение не включается, то это говорит о разгерметизации колбы, внутри уже присутствует воздух.

Довольно часто причина отсутствия освещения банальна: отсутствие контакта. Дело в том, что контактные пластины и контактные штырьки для подключения электродов окисляются. Иногда они могут просто быть ослаблены. Восстанавливается это достаточно быстро, их следует почистить при помощи мелкозернистой наждачки, либо жидкости на основе спирта. Отлично подходит для этих целей изопропиловый спирт (он же изопропанол). Также не произойдет розжига при низких температурах (менее минус 50 градусов Цельсия) и при скачках напряжения свыше семи процентов.

Целостность электродов можно проверить еще и мультиметром. Режим прозвонки (значок диода на приборе). В случае целостности контактов, Вы услышите писк, как при замыкании щупов. Можно воспользоваться режимом омметра, прибор должен показать сопротивление 3-16 Ом. В случае индикации бесконечного сопротивления электрод находится в обрыве и в традиционных схемах (также как и с ЭПРА) использование принципиально невозможно.

При использовании классической схемы со стартером и дросселем, лампу, у которой хотя бы один из электродов находится в обрыве зажечь не удастся. Если балластный дроссель находится в обрыве, то лампа также не загорится. Исправный дроссель должен обладать сопротивлением 60 Ом, плюс-минус 5 Ом. Вышедший из строя дроссель можно определить «на глаз» по косвенным признакам: характерный запах, пятна.

Типы цоколей ламп дневного света

Вне зависимости от конструкции лампы, она в любом случае будет оборудована цокольными элементами. Это обязательный элемент. Они служат для подключения и подачи электрического тока на электроды осветительного прибора. Цоколь предназначен для надежного крепления и обеспечения контакта. При покупке обязательно надо обратить внимание на тип цоколя, в противном случае просто не удастся установить лампу. Цоколь и патрон обязательно должны взаимно соответствовать.

Типы цоколей

Классифицировать их можно на две большие категории: резьбовые и штыревые. В последнее время резьбовые имеют более широкое распространение. Их можно назвать классикой. В быту они используются без каких-либо переделок патрона, т.е. люминесцентную лампу с цоколем Е14 и Е27 можно применить вместо обычных ламп накаливания. Основными техническими показателями являются диаметр и расстояние между витками.

Штыревые цоколи люминесцентных ламп расположены как правило у торцов источника света. Это могут быть и прямые, и U-образные лампы.

Маркировка и технические характеристики

Напряжение в сети питания переменного тока в разных странах различается. К примеру, в странах бывшего СССР принято значение 220 Вольт, в США, Японии и других странах – 110 Вольт.

У нас востребованы осветительные приборы с цоколями Е14, Е27, Е40. Обычно маркировка осуществляется в формате Ехх. Буква «Е» — общепринятая, от фамилии изобретателя Эдисона (Edison). А хх – это цифры, означающие диаметр в мм.

Е14 – самый маленький из упомянутых. Обычно для небольших лампочек в виде свечи. Может применяться для подсветки и маленьких светильников.

Е27 – основной для нашей страны. Сейчас он применяется и для ламп накаливания, энергосберегающих и светодиодных.

Е40 – в быту практически не встречаются и предназначены для мощных осветителей. В основном он принят на производственных предприятиях, где света должно быть много. Или, например, уличное освещение.

Есть еще и Е10, но он применяется для низковольтных ламп накаливания, например может применяться в елочных гирляндах. Лампы с таким цоколем не применяются для освещения, только для декоративных целей.

На лампах со штыревым цоколем маркировка в обязательном порядке содержит латинскую букву G. После идут цифры, которые означают дистанцию между центрами штырьков в миллиметрах. Перед цифрами может дополнительно размещаться одна из букв U, X, Y, Z.

Существует российская и международная маркировка осветительных приборов.

Западная маркировка

Цоколь G13

Последние три цифры маркировки характеризуют световой поток, который дает конкретный осветитель: на картинке 8 – это цветопередача, 40 (две последние) – это цветовая температура. В данном случае индекс цветопередачи равен 80Ra, а цветовая температура 4000 К. Здесь значение 840 можно трактовать как лампа белого света для рабочих поверхностей с очень хорошей цветопередачей и светотдачей. Такие применяются в жилых помещениях и для работы. Цветовую температуру лучше выбирать не менее 4000 К. Обычный дневной свет имеет этот показатель в диапазоне от 5000 К до 6500 К. При цветовой температуре в 2700 К предметы, на которые падает свет, визуально могут иметь коричневый оттенок. Чем больше первая цифра, тем лучше и комфортнее глазу.

Российская маркировка представлена в рисунке ниже.

Российская маркировка

Спектр излучения люминофора для люминесцентных ламп

Человек способен видеть излучение в диапазоне от 380 до 780 нм. Свет – это энергия в различных диапазонах излучения. Солнечный свет включает в себя не только видимый человеком диапазон. Имеются еще инфракрасный и ультрафиолетовый. Обычно источники света в жилых и рабочих помещениях снабжены УФ-фильтрами. Такое решение снижает вредное для кожи излучение.

Существуют и специальные лампы для бактерицидной обработки помещения, так как раз и необходимо отсутствие УФ-фильтра.

Обычно люминесцентные лампы дают световой поток спектрально приближенный к обычному солнечному свету.

Сравнение спектра

Левая часть изображение показывает спектр солнечного света. Правая – спектр хорошей лампы дневного света. Можно увидеть, что спектрально они похожи.  Свет солнца имеет более ровную характеристику. Свет ЛЛ имеет ярко выраженный пик в зеленой части, и резкий спад в красной части. Спектр свечения многих люминесцентных ламп захватывает весь видимый диапазон. Дорогие лампы захватывают часть инфракрасного и ультрафиолетового диапазона. Чем ближе искусственный свет по спектру к естественному, тем более он благоприятен для человека. Соответственно, показатели жизнедеятельности будут выше. Это уже доказано физиологическими исследованиями. Поэтому рекомендуется для рабочих мест и в жилых помещениях применять источники света спектр которых приближен к солнечному. В некоторых случаях люминесцентные источники света будут более предпочтительны даже в сравнении со светодиодными.

Какую люминесцентную лампу стоит выбрать

Сейчас в продаже много разных источников света. Продуманное расположение источников света создает чувство комфорта. Сложность выбора состоит в том, необходимо рассматривать не только мощностные параметры, но и цветопередачу, спектральный диапазон. С яркостью все понятно, чем больше мощность, тем больше яркость. В этом случае все зависит от линейных размеров освещаемого помещения. Если их сравнить с обычными лампами накаливания, то при равной мощности ККЛ (компактная люминесцентная лампа) имеет яркость в среднем в пять раз выше.

Цветовая температура должна коррелировать с конкретными нуждами. Цветовая температура — Важный параметр. 2700 К – это тепло-желтый свет, 4200 – обычный белый, а 6400К – холодный синий. Для глаз наиболее комфортно от 4000 К до 5000К. Существуют также осветители с различным окрасом люминофорного слоя. Это уже для дизайнерского креатива в оформлении помещений.

Сейчас много разных форм и конфигураций люминесцентных источников света для создания оформления. Теоретически возможно создать любую форму для дизайнерского проекта.

Дизайнерские решения

Преимущества и недостатки

Изучив материалы по газоразрядным осветительным приборам, можно понять их особенности. Такие лампы используются несколько десятилетий, можно сказать, что они уже достигли своего предела совершенствования и создать источник света, который будет еще лучше, на этих же физических принципах работы, уже невозможно.

Мы надеемся, что статья была полезна читателям.