Металлогалогенные лампы

    В 1964 году американская фирма General Electric для освещения павильонов Всемирной выставки Экспо-64 в Нью-Йорке впервые применила новый тип ламп – металлогалогенные (МГЛ). С 1969 года выпуск таких ламп освоили фирмы Philips и Osram, в 70-е годы Саранский электроламповый завод в СССР.

     По устройству МГЛ похожи на ртутные лампы высокого давления, но внешняя колба у них не покрыта люминофором, а сделана из прозрачного или (гораздо реже) из матового стекла. Первичным источником излучения, как и в лампах ДРЛ, служит горелка из кварца или поликристаллической окиси алюминия, наполненная инертным газом и ртутью. Но если в лампах ДРЛ для исправления цветности и повышения световой отдачи применяется люминофор, то в МГЛ для этой же цели применяются специальные светоизлучающие добавки: галогенные соединения различных металлов (чаще всего – натрия и скандия, а также галлия, индия, таллия и редкоземельных элементов – диспрозия, гольмия, тулия и др.).

    Для того чтобы давление паров светоизлучающих добавок в МГЛ было достаточно большим, горелка должна нагреваться до более высоких температур, чем в лампах ДРЛ, и давление «стартового» инертного газа в ней должно быть выше. Такого простого решения для зажигания разряда, как в ДРЛ (установка поджигающих электродов вблизи основных), уже недостаточно: если в ДРЛ разряд возникает при напряжении ниже сетевого, то в МГЛ для этого требуется напряжение от 3 до 5 киловольт.

     Изменяя состав светоизлучающих добавок, можно в широких пределах изменять цветность излучения – от тепло-белого с Тцв = 3000 К до дневного с Тцв = 6500 К, а также создавать цветные лампы.

    Сегодня в мире производится более 250 типов МГЛ мощностью от 20 до 3500 Вт.

    Металлогалогенные лампы имеют большие световые отдачи, чем ДРЛ и лучшую цветопередачу (Ra до 90). Благодаря тому, что источником света в МГЛ является малогабаритная горелка, а не внешняя колба, световой поток их значительно легче перераспределяется в пространстве с помощью отражателей или линз. Это свойство позволило создавать глубокоизлучающие светильники и прожекторы с очень узким световым пучком, что невозможно при использовании ДРЛ из-за больших габаритов светящегося тела.        

       Параметры МГЛ так же, как и ДРЛ, мало зависят от температуры окружающего воздуха, но гораздо больше – от колебаний сетевого напряжения. При этом часто наблюдается интересное явление- изменение напряжения даже в относительно небольших пределах (5%) вызывает заметное изменение цветности излучения. Изменение цветности происходит также и самопроизвольно в процессе работы ламп, причем у разных экземпляров ламп по-разному (так называемое разбегание цветов). Это особенно заметно в многоламповых осветительных установках, когда при сдаче установки в эксплуатацию все лампы светят одинаково, а спустя некоторое время освещение становится «разноцветным». По стандартам разных стран цветовая температура излучения МГЛ в течение срока службы может меняться на 500 К, то есть лампа с Тцв=3500 К («белая») может стать «тепло-белой» с Тцв=3000 К или «ярко-белой» с Тцв=4000 К. Это происходит оттого, что светоизлучающие добавки по-разному взаимодействуют с кварцем и вольфрамом и за счет этого состав наполнения в процессе работы ламп постепенно изменяется.        

      Необходимо отметить, что цветность излучения некоторых типов МГЛ зависит и от рабочего положения ламп, поэтому лампы должны эксплуатироваться только в том положении, которое регламентировано документацией для каждого конкретного типа.

       Металлогалогенные лампы очень трудоемки в изготовлении и требуют исключительно высокой культуры производства. Особые сложности при изготовлении ламп связаны с герметичной заваркой горелок, так как существующая технология запрессовки вводов не обеспечивает достаточной точности соблюдения размеров горелок.        

       Для повышения стабильности параметров МГЛ фирмы Philips и Osram с 1998 года начали делать горелки не из кварца, а из поликристаллической окиси алюминия Al2O3. По химическому составу поликристаллическая окись алюминия полностью идентична драгоценным сапфиру и рубину, а также обыкновенной глине. По химической и тепловой стойкости поликристаллическая окись алюминия превосходит кварц, поэтому вполне годится для создания горелок разрядных ламп высокого давления, у которых, в отличие от кварцевых, все геометрические размеры могут быть выдержаны с очень высокой точностью. Сейчас МГЛ с горелками из поликристаллической окиси алюминия или, как их чаще называют, с керамическими горелками в большом количестве выпускаются ведущими электроламповыми фирмами.      

        Точно выдержанные размеры горелок и высокая химическая стойкость керамики значительно повысили стабильность световых параметров МГЛ. Изменение цветовой температуры к концу срока службы ламп с керамическими горелками не превышает 200 К, спад светового потока за 4000 часов не более 20%. Такие лампы выпускаются уже в достаточно широком диапазоне мощностей (20 – 680 Вт).       

      В 2004 году немецкая фирма Osram научилась делать горелки из поликристаллической окиси алюминия эллипсоидной формы с точным соблюдением всех размеров. Такая форма горелки обеспечивает еще большую стабильность параметров ламп и увеличивает их срок службы. Сегодня лампы с керамическими горелками эллипсоидной формы делаются уже мощностью до 680 Вт.     

    Основная область применения МГЛ – освещение при цветных телерепортажах, киносъемках и освещение больших спортивных арен. Создание маломощных ламп, особенно с керамическими горелками, открыло широкую дорогу для внедрения МГЛ во внутреннее освещение – для торговых залов, витрин, выставочных павильонов, некоторых административных помещений. Высокая яркость и малые размеры горелок позволяют создавать осветительные приборы с МГЛ с любыми типами кривых силы света, что открывает дорогу для применения их при освещении высоких помещений, например, цехов промышленных предприятий.

    Срок службы отдельных типов современных МГЛ достигает 20 000 часов. Лампы выпускаются с различной цветностью излучения и с разным качеством цветопередачи.

     Так как для зажигания разряда в МГЛ требуется напряжение в несколько киловольт, то лампы включаются только со специальными зажигающими устройствами. Как и все газоразрядные лампы, МГЛ могут работать только вместе с токоорграничивающим элементом – дросселем, создающим сдвиг фаз между током и напряжением. Поэтому требуется компенсация коэффициента мощности, то есть включение компенсирующего конденсатора.

     Недостатками МГЛ являются: высокая стоимость (в несколько раз дороже ДРЛ, особенно лампы с керамическими горелками); большое время разгорания (до 10 минут); большая глубина пульсаций светового потока (у ламп с редкоземельными элементами, имеющих наилучшую цветопередачу – до 100%); невозможность повторного включения горячей лампы после ее погасания хотя бы на доли секунды; необходимость применения зажигающих устройств.

     Поскольку МГЛ большой мощности применяются для освещения крупных спортивных мероприятий с большим количеством зрителей, погасание ламп может вызвать панику среди зрителей, не говоря уже о срыве спортивного мероприятия. Для исключения таких явлений в прожекторах для освещения спортивных арен, кроме обычных зажигающих устройств, используются блоки мгновенного перезажигания ламп – сложные, тяжелые и очень дорогие устройства, автоматически дающие на лампу при ее погасании импульсы с напряжением до 50 кВ, способные зажечь даже горячую лампу. Лампы, предназначенные для работы с такими блоками, имеют особую конструкцию – один из электродов выводится через цоколь, другой – через противоположную цоколю сторону внешней колбы.   

      Классификация и обозначение металлогалогенных ламп

     Металлогалогенные лампы классифицируются по мощности, цветности излучения, общему индексу цветопередачи, конструктивному исполнению, типу цоколя.

    Лампы изготавливаются мощностью 20, 35, 50, 70, 150, 250, 400, 700, 1000, 2000 и 3500 ватт. Лампы мощностью 2000 и 3500 Вт включаются в сеть с напряжением 380 В, остальные – 220 В.

    Лампы выпускаются с широким диапазоном цветности излучения – от тепло-белого с Тцв= 3000 К до дневного с Тцв= 6500 К. Немецкая фирма BLV несколько лет назад первой в мире начала промышленное производство цветных МГЛ – синих, зеленых, оранжевых и пурпурных (magenta). В настоящее время цветные МГЛ выпускаются уже многими фирмами. Мощность цветных ламп от 150 до 1000 Вт; лампы делаются в одноцокольном исполнении с цоколем Е40 или софитного типа с цоколями RX7s.

    По конструктивному исполнению МГЛ можно разделить на двухцокольные (называемые также «софитными»), одноцокольные и бесцокольные. Двухцокольные МГЛ иногда делаются не со стеклянной, а с кварцевой внешней колбой сравнительно небольшого диаметра. Цоколи у таких ламп – торцевые типа RX7s. Двухцокольные лампы могут работать в горизонтальном положении с допустимым углом отклонения от горизонтали 45°. Это наиболее распространенный тип МГЛ для прожекторов заливающего света, используемых в архитектурном освещении. Одноцокольные МГЛ мощностью 250–2000 Вт имеют стандартный резьбовой цоколь Е40. Некоторые типы ламп с цоколем Е40 могут работать в любом положении, другие же – только в вертикальном или только в горизонтальном положении с определенным допустимым углом отклонения. Рабочее положение ламп оговаривается в технической документации. Лампы малой мощности (в частности многие МГЛ с керамическими горелками) имеют специальные цоколи G8,5, G12 и др. Лампы с керамическими горелками, предназначенные для замены натриевых ламп в уличных светильниках, делаются с цоколями Е27 (70 Вт) и Е40 (150 Вт). Форма внешней колбы у ламп с односторонней цоколевкой может быть эллипсоидной или цилиндрической. Эллипсоидные колбы иногда делаются матированными для снижения слепящего действия ламп.

      Бесцокольными изготавливаются лампы очень большой мощности – 2000 и 3500 Вт. Для подключения таких ламп к электрической сети служат гибкие токовводы с наконечниками в виде крючка или кольца.

       Все МГЛ как отечественного, так и импортного производства включаются со специальными зажигающими устройствами, подающими на лампы высокочастотные импульсы с напряжением 3–5 кВ. После зажигания ламп или в случае неисправной лампы зажигающее устройство автоматически отключается.

        В обозначении МГЛ российского производства используются буквы ДРИ или ДРИШ (дуговая ртутная с йодидами, Ш – шаровая форма горелки), далее цифры, указывающие мощность лампы в ваттах, и через дефис – модификация или конструктивное исполнение лампы (1 – лампы для телекиносъемок с Тцв= 6000 К, без внешней колбы 5 – лампы с натрийскандиевым наполнением, Тцв= 4200 К, эллипсоидная внешняя колба; 6 – с таким же наполнением и с цилиндрической внешней колбой).

      В маркировке МГЛ зарубежного производства, как и для других типов ламп, каждая фирма использует свою систему обозначений: Philips – HPI для ламп с односторонней цоколевкой и MHW-TD для софитных ламп; Osram – HQI и HQI-TS; General Electric – ARC, ARC-D, ARC-TD; Sylvania – M, HIS, HIS-TD. Далее в обозначении указывается мощность лампы в ваттах.

      Лампы с керамическими горелками обозначаются буквами CDM и цифрами, показывающими мощность лампы.

       По международной системе обозначений ILCOS одноцокольные МГЛ с внешней эллипсоидной колбой маркируются буквами МЕ, с внешней цилиндрической колбой – МТ, двухцокольные (софитные) – MD.