Натриевая лампа. Что такое натриевая лампа? Светильники с натриевыми лампами высокого давления монтаж

Одним из осветительных приборов, используемых в системе освещения и нашедших широкое применение, являются натриевые лампы. Пары натрия размещаются внутри стеклянной колбы под низким давлением. Под действием электрического разряда, создается свечение ярко-желтого цвета, длина волны которого составляет 590 нм. Благодаря этому, натриевые лампочки обладают очень высокой световой отдачей. Максимальный эффект удалось получить после изобретения натриевых ламп с высоким давлением. Их принцип действия напоминает , а натрий используется, как светоизлучающая добавка.

Действие натриевых ламп

Горелки для натриевых ламп изготавливаются не из кварца, а из поликристаллической окиси алюминия, представляющей собой тонкостенную трубку, диаметром 5-9 мм. Такая конструкция связана с высокой химической активностью натрия и высокой температурой в разряде.

Вводы для тока представляют собой колпачки или диски, которые герметично впаиваются внутрь тонкостенных трубок. Сами электроды изготавливаются из вольфрама, активированного торием. Вся конструкция горелки во внутреннем пространстве колбы, где создан сильный вакуум. В колбу закачивается инертный газ в виде аргона или ксенона, а также, в небольшом количестве вводится сплав натрия и ртути.

В процессе работы лампы, стенки ее горелки нагреваются из-за воздействия тока разряда. При этом, происходит испарение натрия и ртути, давление их паров начинает расти, в результате чего, возникает свечение яркого желтого света. Трубочка-горелка практически без потерь пропускает свет через стекло, из-за чего и получается высокая светоотдача.

Где применяются натриевые лампы

При очень высокой световой отдаче, качество цветовой передачи натриевых лампочек находится на низком уровне. Это обстоятельство и определило их применение для и прочих площадей открытого типа. Натриевые лампочки все шире используются для освещения отдельных видов производственных помещений, где отсутствуют жесткие требования к цветовой передаче.

Данные виды ламп дают хороший эффект в освещении дорожного полотна, поскольку желтый свет хорошо различается водителями. Они имеют высокую термическую и химическую стойкость, позволяющую увеличить срок эксплуатации до 28,5 тысяч часов.

Кроме низкой цветовой передачи, натриевые лампы имеют недостаток в световом потоке с большой глубиной пульсаций. В течение всего срока эксплуатации, напряжение в лампочке начинает возрастать через каждые 1000 часов, приблизительно на два вольта. В результате, лампы в конце своей работы, просто перестают зажигаться.

(401 votes, average: 4,86 out of 5)

Лампы ДНаТ: источник света, который слишком рано списали на пенсию.

Как мы и обещали, наконец созрела статья про лампы ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая высокого давления). Все, кто работал или работает в области светотехники, о лампе ДНаТ знают не понаслышке. Но если кто не знает, объясним на пальцах: лампы ДНаТ - это как автомат Калашникова для освещения улиц и досветки растений - проверенный временем и надежный, но не лишенный недостатков источник света.

Собственно, эта статья про лампы ДНаТ скорее для начинающих; материал, изложенный грамотно, но доступным языком: без принципиальных схем подключения и полной разблюдовки основ поддержания столба разряда в горелке лампы ДНаТ. Но и специалистам, мы уверены, набросок понравится.

Почти 100% автодорог мира (никто, конечно, не подсчитывал) до недавнего времени освещали лампы ДНаТ, пока их не начали выпиливать с опор в пользу светодиодных светильников. Однако, даже сейчас, бывалые проектировщики предпочитают от греха подальше впихнуть в проект натриевый светильник, ибо светодиодка 1. реально дороже, 2. не на столько уж энергоэффективней и 3. до сих пор непредсказуема, т.к. количество просто зашкаливает. Но об этом позже.

Лампы ДНаТ бывают разных мощностей - от 50 до 1000 Вт (редко, но встречаются мощностью 2000 и 4000 Вт), что как бы намекает на их «промышленное» применение, нежели «бытовое». В основном лампы ДНаТ используют в светильниках для освещения улиц и дорог, реже - на производствах в купе с источниками света белого света (например со светильниками на МГЛ для достижения более теплого света и большей энергоэффективности). В самых извращенных случаях их ставят на производство в чистом виде. И то - до первой травмы или звонка «куда следует».

Но самое незаменимое применение - освещение теплиц, или досветка растений (что, собственно, одно и то же, но второе - по-научному).

Терминология

Вот за что мы не любим Википедию, так за то, что там пишут либо поверхностно, и не понятно, либо занудно и со всеми подробностями - что для непосвященных тоже не понятно. Самое обидное, что суть названия лампы ДНаТ в ней дают лишь в качестве расшифровки аббревиатуры, однако тут все намного интереснее.

Лампы ДНаТ во всем мире (кроме России) называют так, как они и должны называться - HPS Lamp (High-Pressure Sodium Lamp), то есть натриевые лампы высокого давления (НЛВД). Они у нас тоже так называются, но этот термин никто не использует. В Советском Союзе, когда только появились НЛВД, их стали производить различные заводы. Модификации и мощности были разные и их нужно было как-то отличать.

Различий действительно было много: форма (эллипсоидные/трубчатые) и прозрачность (матовые/прозрачные) колбы, мощность лампы (75/150/250/400/600/1000), наличие или отсутствие зеркального напыления в одной из полусфер. Так что и названий у НЛВД советского производства было много. Самыми распространенными стали лампы ДНаТ с различными приставками в виде мощности (150, 250 и т.д.).

Это было что-то вроде брендирования. Например сейчас в России существуют лампы ДНаТ-250 (с припиской, «такого-то производства»), а в Германии (да и во всем мире благодаря экспорту, маркетингу и качеству) существует лампа, например, VIALOX NAV-T 250 W SUPER 4Y производства Osram.

Так что по большому счету, лампы ДНаТ- это всего лишь разновидности модели лампы, а не тип источника света . А вот тип источника света - НЛВД, к которому относятся и лампы ДНаТ, и ДНаЗ (с зеркальным напылением) и даже ДНаС (со светорассеивающей колбой, чтоб меньше слепила). И, кроме специалистов, это мало кто знает. Вот так-то.

Кстати, если кому интересно, можно заглянуть в музей ламп (сайт на английском, но с кучей картинок) - здесь собрано бесчисленное количество различных ламп, в т.ч. и натриевых , за всю историю эпохи электрического освещения. Очень познавательно.

Устройство лампы ДНаТ

В принципе, лампы ДНаТ устроены не сложнее, чем любая газоразрядная лампа. Снаружи колба из термостройкого стекла и цоколь, внутри держатель горелки и сама горелка. Все.

Подключение лампы ДНаТ

Подключение также примитивно до безобразия, как и устройство лампы. Так что мы не будем на этом долго останавливаться и лишь приведем одну из наиболее типовых схем подключения лампы ДНаТ.

Хотя тут стоит оговориться, что в действительности вариантов подключения лампы ДНаТ огромное множество. Обязательным компонентом подключения является также компенсирующий конденсатор. Как правило, схемы подключения указаны на блоках ИЗУ. Но на картинке выше приведен самый простой схематический вариант подключения.

Плюсы лампы ДНаТ

1. Энергоэффективность лампы ДНаТ

Этот источник света до сих пор считается одними из самых дешевых и энергоэффективных (2016 год). Да, да, не стоит делать такие глаза. Они вполне себе конкурируют со светодиодами, в т.ч. и по параметру лм/Вт. Так, с лучших представителей отрасли мощностью 250 Вт вполне можно снять до 130 лм/Вт (пруф). А со светильника - до 90…110 лм/Вт в зависимости от производителя, рассеивателя, отражателя, ПРА и качества питающей сети.

Интересно, что чем выше мощность и световой поток лампы ДНаТ, тем выше их светоотдача. К примеру, 50-ваттных ламп выше 80 лм/Вт почти не бывает. А вот с ДНаТ 1000 можно смело получить и 150 лм/Вт - жмяк . Еще раз - всего два года назад такие параметры светодиодам в массовом производстве и не снились.

Говорить просто о лампе без светильника не совсем корректно, т.к. только в нем можно увидеть все плюсы и минусы лампы ДНаТ. Энергоэффективность светильников с натриевыми лампами доходчиво иллюстрируют характеристики, заявленные производителями светильников на их же сайтах (редко когда врут). Но у нас есть и собственные, измеренные данные, полученные из лаборатории во время испытаний светильников для рейтинга:
– - 84 лм/Вт,
– с лампой GE - 81 лм/Вт,
– - 87 лм/Вт.
А вот теперь самое интересное. Если говорить о прямой замене, т.е. когда сняли старый натриевый светильник и на его место повесили новый светодиодный, - надо понимать, что светильник с лампой ДНаТ 150 Вт никогда не заменишь 50 или 70-ваттным светодиодным. То же самое касается 250 Вт натриевых светильников - их невозможно заменить светодиодкой 100 и даже 150 Вт (речь про рядовые светильники, а не про собранные на заказ с идеальными характеристикой и световой отдачей 150 лм/Вт со светового прибора) .

2. Цена лампы ДНаТ

Стоимость лампы ДНаТ варьируется от 300 до 10 000 рублей в зависимости от мощности, производителя, продавца и некоторых других переменных. Среднестатистическая лампочка мощностью 250 Вт стоит в районе 1000 рублей (±700). Но о цене абстрактной лампы ДНаТ тоже не совсем интересно говорить. Интересно говорить о стоимости лампы в составе светильника с ПРА (пуско-регулирующей аппаратурой), цоколем, защитным стеклом и т.д.

Вообще, лампа ДНаЗ, вместе с ее изобретателем, заслуживают отдельной статьи. И мы ее обязательно напишем. Нет. Серьезно. Кроме собственного сайта компании, об этой лампе почти не найдешь информации. Так что будем это исправлять.

Натриевая лампа (НЛ) – это источник света, в котором рабочим веществом, генерирующим свет, являются пары натрия (Na), щелочного металла, вещества с атомным номером 11 в таблице Д. И. Менделеева. Излучение возникает в результате газового разряда, который получают, применяя высокое напряжение к электродам. При достижении напряжения пробоя возникает поток электронов, передающих энергию атомам натрия. Полученная энергия генерирует переходы между спектральными уровнями атома, которые излучают кванты в видимой части спектра (оранжево-желтого цвета, D-линии с длинами волн 589 нм и 589,6 нм). Получаемое излучение можно считать почти монохроматическим.

Основное отличие этого класса газоразрядных ламп от люминесцентных, также использующих пары металла (ртути), состоит в том, что источником света являются непосредственно атомы металла, а не опосредованный механизм возбуждения переходов в атомах люминофора за счет люминесценции. Натриевые светильники имеют ряд неоспоримых достоинств, позволяющих им конкурировать на рынке светотехники.

Типы натриевых ламп

В зависимости от рабочего значения давления паров натрия, выпускаются лампы двух видов источников света: натриевые лампы низкого давления (НЛНД) и натриевые лампы высокого давления (НЛВД). Первоначально был освоен выпуск НЛНД. В 30-х годах прошлого столетия эти лампы стали широко применяться в Европе.

Излучение этой лампы считается самым комфортным по воздействию на зрение человека, поскольку свечение наиболее близко к натуральному освещению. Рабочее давление в НЛНД составляет 0,2 Па и достигается при температуре жидкой фазы натрия 270–300 °С. При этих значениях генерируется излучение с длиной волны 589 нм (первый максимум D-линии). Внутренняя колба лампы изготавливается из боросиликатного стекла, устойчивого к агрессивному воздействию паров натрия.

Максимальная светоотдача получается при давлении паров натрия порядка 10 кПа и температурах 650–750 °С. Такие значения обеспечивают работу лампы высокого давления (НЛВД). При этом основной вклад в световой поток дает D-линия с длиной волны 589,6 нм. Помимо натрия добавляются пары ртути (амальгама натрия) и инертный газ ксенон (Xe), что позволяет снизить напряжение розжига до 2–4 кВ. Производятся также НЛВД без добавления ртути, обеспечивающие требования экологической безопасности.

Несмотря на то, что принцип работы лампы был понятен, производство НЛВД началось гораздо позже, в 60-х годах 20-го века. Только после разработки технологии получения специального светопропускающего материала для газоразрядной трубки, способного сохранять работоспособность при воздействии паров натрия и 1 300–1 400 °С, удалось наладить широкомасштабный выпуск НЛВД. В качестве материала, имеющего вышеуказанные свойства, послужила поликристаллическая окись алюминия Al 2 O 3 .

• 1 – внешняя колба;
• 2 – цоколь;
• 3 – металлические контактные пластины;
• 4 – горелка;
• 5 – электроды;
• 6 – инертный газ (Ar, Xe);
• 7 – амальгама натрия;
• 8 – ниобиевый ввод;
• 9 – соединительные провода;
• 10 – пластины из молибдена;
• 11 – геттеры (газопоглотители).

Трубка из окиси алюминия с размещенными внутри нее токовводами располагается внутри дополнительной, защитной колбы из стекла с повышенной термостойкостью. Внутренность защитной колбы откачивается (вакуумируется) и подвергается отжигу (дегазируется) для удаления ненужных примесей. Эта процедура обеспечивает рабочий температурный режим лампы и защищает токовые вводы из ниобия от воздействия посторонних примесей. В горелке НЛВД находятся инертный газ или смесь (Ne, Ar) и амальгама натрия (сплав натрия и ртути). Лампы дают оранжевый или желтый свет. Цветопередача этих ламп лучше, чем у НЛНД при меньшей светоотдаче (до 150 лм/Вт).

Пускорегулирующая аппаратура (ПРА) для НЛВД

Для запуска натриевых ламп применяются специальные ПРА, позволяющие зажечь разряд (дугу) в лампе и ограничить лавинообразное нарастание тока, которое может привести к выходу работающей лампы из строя. По аналогии с люминесцентными лампами применяются ПРА двух видов: электромагнитные (ЭмПРА) и электронные (ЭПРА). Кроме этого иногда требуется применение импульсного зажигающего устройства (ИЗУ). Время запуска составляет 3–5 минут, а выход на полную мощность достигается в течение 10 минут. ПРА состоит из:

• индуктивного дросселя, который служит для ограничения тока электрической дуги;
• ИЗУ, необходимость которого обусловлена созданием в момент включения напряжения в несколько киловольт для поджига. Это устройство аналогично стартеру в люминесцентных лампах;
• фазокомпенсирующего конденсатора, позволяющего снизить нагрузку и уменьшить риски перегорания проводки.

Преимущества и недостатки натриевых газоразрядных ламп

Преимущества:

• высокая светоотдача: для НЛВД – 150 лм/Вт, для НЛНД – 200 лм/Вт. Такие значения позволяют этим лампам оставаться лидером по показателю эффективности среди электрических источников света;
• большой срок службы – до 28 000 часов;
• устойчивость параметров эффективности во время всего срока эксплуатации;
• комфортный для человеческих глаз цвет излучения;
• широкий диапазон рабочих температур – от –60 °С до +40 °С.

Недостатки:

• инерционность при включении может достигать 10 мин;
• наличие ртути;
• взрывоопасность, т. к. при контакте натрия с воздухом возможно возгорание;
• сложность подключения и обслуживания ПРА, который характеризуется большими габаритами и потерями (до 60% от потребляемой мощности);
• плохие цветопередающие свойства (коэффициент порядка 25);
• повышенная пульсация светового потока с частотой сети 50 Гц;
• большое напряжение зажигания и еще большее – при перезапуске;
• постепенный рост потребляемой мощности в течение эксплуатации – до 40% относительно первоначального значения.

Сферы применения

• внешняя подсветка больших открытых пространств, улиц, загородных магистралей;
• освещение туннелей, спортивных сооружений, строительных, контейнерных площадок;
• освещение вокзалов и аэропортов, где пребывание людей кратковременно;
• подсветка архитектурных сооружений;
• освещение складских и производственных помещений, для которых нет необходимости обеспечения высоких показателей по цветопередаче;
• использование в автомобильных фарах для улучшения видимости в тумане и при снегопаде;
• НЛВД применяются в растениеводстве для , что значительно повышает темпы роста и урожайность.

Применение натриевых ламп в растениеводстве. Для , цветниках и оранжереях чаще всего применяются натриевые лампы. Спектральный состав света, создаваемого газовым разрядом в парах натрия, оптимально подходит для выращивания плодоносящих растений. Лучшим выбором является версия натриевой лампы высокого давления марки ДНаТ (дуговая натриевая лампа). Многочисленные исследования показали, что для продуктивного роста растений необходима освещенность с длинами волн 470–670 нм. В спектральном составе НЛВД имеются такие пики.

Лампы ДНаТ имеют очень высокую светоотдачу: при мощности ламп 400–600 Вт светоотдача достигает значений в 140 лм/Вт.

В продаже имеются лампы мощностью от 75 до 1 000 Вт. Для растениеводства достаточно ламп от 75 до 400 Вт. При большей мощности будет происходить перегрев листьев. Конструкция светильников для ламп ДНаТ должна обеспечивать защиту от загрязнения и попадания воды. Для предотвращения перегрева лампы необходимо предусмотреть возможность свободной циркуляция воздуха для отвода тепла. Следует отметить, что на эффективность системы освещения влияет правильно подобранный рефлектор (отражатель). Наилучшие показатели КПД по отражению у светильников, отражающая поверхность которых имеет форму параболы.

Выпуску дуговых ламп для целей растениеводства уделяют серьезное внимание компании-гиганты светотехнического рынка: Osram, Sylvania, Philips. Их изделия адаптированы для растениеводческих целей, они обеспечивают оптимальные спектральные характеристики и повышенный (по сравнению с обычными ДНаТ) на 7–10% световой поток.

Применение НЛВД особенно эффективно при выращивании таких светолюбивых растений, как томаты и перцы. Достаточно просто подключить лампу ДНаТ, чтобы убедиться в быстром увеличении объема лиственной массы, активном цветении и образовании большого количества плодов и цветов.

Один из самых важных вопросов, возникающих перед каждым садоводом, решившим заняться разведением растений в – как обеспечить им полноценное . Да и не просто освещение, а освещение качественное, дающее растениям необходимую для полноценного развития часть спектра, безопасное и не требующее постоянных значительных материальных затрат. Всем этим требованиям отвечают светильники для растений с натриевыми лампами типа ДНаТ.

Натриевая лампа типа ДНаТ – расшифровка и принцип работы

Наш разговор об особенностях натриевых ламп типа ДНаТ начнем с того, как расшифровывается аббревиатура «ДНаТ». Итак, ДНаТ есть не что иное, как дуговая натриевая трубчатая лампа. И конструкция, и принцип работы такой лампы не отличаются особой сложностью. «Горелка» - цилиндрическая разрядная трубка выполнена из чистой окиси алюминия и заключена в прозрачный стеклянный баллон. Внутреннее пространство горелки наполнено смесью паров ртути и натрия, с небольшим содержанием зажигающего газа ксенона. Как и другие виды газоразрядных ламп, натриевые лампы типа ДНаТ требуют использования специального запускающего устройства - ИЗУ и балласта (дросселя). Вкратце, схема работы натриевой газоразрядной лампы выглядит таким образом: сразу же после включения, ИЗУ подает в лампу импульсы электрические импульсы напряжением несколько киловольт. Под действием этих импульсов происходит разряд в газоразрядной трубке и возникает дуга. Стабилизация напряжения и поддержание его на необходимом для нормальной работы лампы уровне происходит благодаря включенному в схему дросселю. Кроме ламп ДНаТ с отдельно подключаемым ИЗУ, в продаже можно найти и лампы, у которых ИЗУ сразу включено в конструкцию корпуса. Маркируются такие лампы ДНаС, а их производством занимаются компании Osram и Philips.

Натриевые лампы высокого давления (ДНаТ) имеют самую высокую светоотдачу среди всех известных газоразрядных ламп (100 - 130 лм/Вт), но плохую цветопередачу (Ra = 20-30), и характеризуются минимальным снижением светового потока при длительном сроке службы. У этих ламп внутри стеклянной цилиндрической колбы помещается разрядная трубка из поликристаллического алюминия, инертная к парам натрия и хорошо пропускающая его излучение. Давление в трубке порядка 200 кПа.

Для расчёта освещенности помещения вы можете воспользоваться калькулятором расчета освещенности помещения .

Устройство натриевой лампы:

1 - керамическая заглушка;

2 - керамическая светопропускающая трубка;

3 - внешняя колба из тугоплавкого стекла;

4 - электрод;

5 - ниобиевый штенгель;

6 - бариевый геттер (газопоглотитель);

7 - цоколь.

Маркировка натриевых ламп:

• Д - дуговая;
• На - натриевая;
• Т - трубчатая.

Классификация натриевых ламп по конструктивному исполнению:

• 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 с односторонней цоколевкой мощностью до 70 Вт имеют цоколь Е27, а лампы 100 Вт и более цоколь Е40. У (софитных) ламп с двухсторонней цоколевкой - RX7s.

Продолжительность работы натриевой лампы - 10 -15 тыс. часов. Однако чрезвычайно желтый свет и соответственно не высокий индекс цветопередачи (Ra=25) позволяют использовать их в помещениях, где находятся люди, лишь в комбинации с лампами других типов.

Газоразрядные натриевые лампы высокого давления используют для освещения промышленных помещений, улиц и площадей, спортивных сооружений, а так же используются в прожекторах. Высокая экономичность и золотисто-желтый свет этих ламп отлично подходят для этих целей.

Характеристики натриевых ламп.

• Мощность - W, Вт;
• Световой поток - Лм;
• Тип цоколя - E;
• Цветовая температура - K.

Натриевые ДНаТ (ГРЛ).

Натриевые лампы NAV-T фирмы Osram .

Схема подключения лампы ДНАТ с трех контактным ИЗУ.

Схема подключения лампы ДНАТ с двух контактным ИЗУ.

Лампы включаются в сеть через последовательно включенный дроссель, который рассчитан на рабочий ток и напряжение лампы. Зажигание ламп выполняется при помощи импульсного зажигающего устройства (ИЗУ), создающего импульсы высокого напряжения (2—3 кВ), которое подключается параллельно лампе либо через часть обмотки дросселя.