Натриевые лампы

       Электрический разряд в парах натрия при низком давлении создает яркое желтое свечение с длиной волны 590 нм. Так как эта длина волны лежит близко к максимуму спектральной чувствительности глаза (555 нм), то световая отдача излучения натриевого разряда может быть очень высокой (теоретически более 250 лм/Вт). Первые натриевые лампы были созданы еще в начале 30-х годов 20-го века. Они действительно имели очень высокую световую отдачу, но очень плохую цветопередачу, большие габариты и малый срок службы, и практического применения в те годы не нашли.

       В начале 60-х годов фирма General Electric на базе военно-промышленных технологий создала первые натриевые лампы высокого давления (НЛВД). По существу НЛВД – это одна из разновидностей МГЛ, в которой в качестве светоизлучающей добавки используется натрий. Однако из-за очень высокой химической активности натрия и более высокой температуры в разряде для изготовления горелки применяется не кварц, а поликристаллическая окись алюминия в виде тонкостенной трубки диаметром от 5 до 9 мм и длиной от 45 до 150 мм в зависимости от мощности. На рисунке показано устройство НЛВД и внешний вид натриевых ламп высокого и низкого давления. (Цифрами обозначены: 1 – горелка; 2 – внешняя колба; 3 – вводы; 4 – матировка внешней колбы; 5 – геттер (газопоглотитель); 6 – цоколь).

     Керамика не позволяет создавать герметичные токовводы методом заштамповки фольги или проволоки, как это делается у всех других источников света. Поэтому для токовводов используются специальные конструкции (в виде дисков или колпачков из редкого металла ниобия), герметично впаянные в трубочки из поликристаллической окиси алюминия стеклоцементом (смесь окисей алюминия Al2O3 и кальция CaO). Для самих электродов используется вольфрам, активированный торием. Горелка помещается внутри внешней колбы, откачанной до высокого вакуума. Она наполняется инертным газом (аргоном или ксеноном) и в нее вводится небольшое количество амальгамы натрия – сплава натрия и ртути.

   При работе НЛВД температура стенок горелки-трубочки повышается за счет тока разряда, ртуть и натрий испаряются, повышается давление их паров, и разряд начинает светиться ярким желтым светом. Поликристаллическая окись алюминия внешне похожа на матовое стекло, но ее коэффициент пропускания для света разряда очень высок примерно 92%, поэтому свет выходит наружу почти без потерь. Время разогрева горелки до установившейся температуры (время разгорания лампы) меньше, чем у ДРЛ или МГЛ за счет меньшего диаметра трубки, и равно 5–7 минут.

      Для включения НЛВД, как и МГЛ, используются специальные зажигающие устройства, дающие на лампу импульсы с напряжением 2–5 кВ.

     Натриевые лампы высокого давления – это один из самых экономичных источников света: световая отдача ламп мощностью 600 Вт достигает 150 лм/Вт, то есть в 2,5 раза больше чем у ДРЛ и в 10 раз больше чем у ламп накаливания. Качество цветопередачи – плохое (Ra около 20).

       Низкое качество цветопередачи предопределило основную область применения НЛВД – освещение улиц и других открытых пространств. В последние годы эти лампы стали достаточно широко использоваться и при освещении некоторых производственных помещений, где нет жестких требований к различению цветов, например, высоких металлургических и металлообрабатывающих цехов, складов, локомотивных и вагонных депо.

         Исследования врачей-гигиенистов показали, что контрастная чувствительность и острота различения у человеческого глаза при желтом свете имеют наибольшие значения. Поэтому замена других источников света на НЛВД при освещении дорог, в принципе дает не только экономию электроэнергии, но и обеспечивает более четкое различение препятствий водителями транспорта. Однако прямая замена ДРЛ на НЛВД в старых светильниках долгое время была невозможной, так как для работы НЛВД нужны зажигающие устройства. В последние годы были созданы НЛВД, у которых за счет различных конструкторско-технологических усовершенствований напряжение зажигания снижено. Такие лампы могут просто устанавливаться в старые светильники вместо ДРЛ. При этом ДРЛ мощностью 400 Вт заменяются НЛВД мощностью 210 Вт, которые создают даже большую освещенность при значительной экономии электроэнергии.

     За счет исключительно высокой химической и термической стойкости поликристаллической окиси алюминия НЛВД имеют очень большие сроки службы – до 32 000 часов. Фирмы General Electric, Sylvania, «Рефлакс» производят двухгорелочные НЛВД, в которых в одной внешней колбе параллельно друг другу расположены две одинаковых горелки, работающих поочередно. Срок службы таких двухгорелочных ламп – 55 000 часов (15 лет с ежесуточной наработкой по 10 часов). Спад светового потока к концу срока службы у НЛВД меньше, чем у МГЛ и ДРЛ, и составляет 20%. В последние годы за рубежом широко рекламируются НЛВД «с улучшенной цветопередачей» (Ra= 60, Тцв= 2200 К) и «белого света» (Ra до 85, Тцв= 2500–2800 К). Однако эти лампы имеют значительно меньший срок службы (до 8000 часов) и меньшую световую отдачу (у ламп «белого света» – всего 50 лм/Вт), и никаких преимуществ перед МГЛ у них нет.

    К недостаткам НЛВД, кроме плохой цветопередачи и большого времени разгорания, относится и большая глубина пульсаций светового потока (80%, а иногда и больше). Еще одним недостатком НЛВД является рост напряжения на лампе в течение срока службы (примерно на 2 вольта за каждые 1000 часов). Это приводит к тому, что лампы к концу срока службы перестают зажигаться.

      Основное применение НЛВД, как уже было сказано, - освещение улиц, площадей, автостоянок, туннелей, высоких производственных помещений. За рубежом, особенно в Голландии, НЛВД очень широко используются и в сельском хозяйстве – в теплицах, оранжереях, селекционных камерах.

    Фирма Philips разработала для этих целей специальные модификации ламп SON-T Agro мощностью 400 и 600 Вт, отличающиеся несколько увеличенной долей излучения в синей области спектра, что способствует более гармоничному росту и развитию растений.

       Классификация и обозначение натриевых ламп высокого давления

     Сейчас в мире выпускаются НЛВД четырех конструктивных исполнений: в прозрачной цилиндрической внешней колбе с резьбовым цоколем; в эллипсоидной (прозрачной или матированной) внешней колбе с резьбовым цоколем; в цилиндрической стеклянной или кварцевой колбе с двухсторонней цоколевкой; в колбе специальной формы с внутренним отражателем. Лампы классифицируются по мощности и конструктивному исполнению.

   У ламп с односторонней цоколевкой мощностью до 70 Вт – цоколь Е27, у ламп 100 Вт и более – Е40. У ламп с двухсторонней цоколевкой (софитных) – RX7s.

    В России НЛВД обозначаются буквами ДНаТ (дуговая натриевая трубчатая) или ДНаМТ (в матированной колбе); далее указывается мощность в ваттах и конструктивное исполнение (5 – эллипсоидная колба). Лампы с внутренним отражателем фирмы «Рефлакс» обозначаются ДНаЗ (дуговая натриевая зеркальная); лампы с полушироким светораспределением – ДНаЗ-1. За рубежом единства в обозначении НЛВД, как и других ламп, нет: General Electric обозначает их Lucalox-T (E, TD), Osram – NAV-T (E, TS), Philips – SON, SDW-T, Sylvania – SHP, SHP-TS (T – цилиндрическая одноцокольная; Е – эллипсоидная одноцокольная; TD и TS – софитная двухцокольная). По международной системе обозначений ILCOS одноцокольные НЛВД в цилиндрической колбе маркируются ST, в эллипсоидной колбе – SE, двухцокольные (софитные) – SD. В таблице даны усредненные параметры НЛВД.

     Несколько слов необходимо сказать о натриевых лампах низкого давления. Эти лампы – самый старый газоразрядный источник света. Первые лампы такого типа были созданы фирмой Philips в Голландии еще в 1932 году и использовались там для уличного освещения (в 1937 году – в Москве), но из-за очень плохой цветопередачи быстро сошли со сцены. После многолетнего забвения в 70-е годы прошлого века фирма Philips, а за ней General Electric и Osram, на новой технологической базе возобновили производство этих ламп. Сейчас натриевые лампы низкого давления (НЛНД) используются для освещения загородных автострад, погрузочно-разгрузочных площадок морских портов, железнодорожных станций и в других местах, где нет никаких требований к качеству цветопередачи. Лампы выпускаются шести типономиналов мощностью от 18 до 180 Вт.

       Натриевые лампы низкого давления – самые экономичные из существующих сегодня источников света: их световая отдача достигает 200 лм/Вт. В таблице 25 приведены параметры НЛНД фирмы Philips. В России НЛНД в настоящее время производятся только одного номинала мощности – 140 Вт. Фирмы Philips, Osram и General Electric обозначают НЛНД одинаково – SOX.