В люминесцентных лампах видимый свет создают пары ртути. Но известна способность и других металлов, разогретых до высокой температуры, создавать излучение в видимой части спектра. В отличие от ртути, для этого их нужно нагреть до высокой температуры, которую не выдерживают ни силикатные, ни кварцевые стекла. К тому же, пары металлов, попадая на стекло, разрушают его структуру.
Проблема создания таких ламп решилась с изобретением материалов, способных не только выдержать требуемую температуру и давление паров внутри, но и пропускать наружу видимый свет. Это – керамика, названная за границей «лукалос», а в России – «поликор». Изготавливается она из порошковой окиси алюминия, сформированной и запеченной в виде трубки. Внутри нее находятся:
- пары натрия с давлением 4-14 кПа – металл, создающий свечение лампы;
- пары ртути, выполняющие роль буферного газа;
- инертный газ ксенон, участвующий в розжиге лампы и снижающий тепловые потери.
Натриевые лампы низкого и высокого давления
Если взглянуть на зависимость светоотдачи натриевого разряда от давления, при котором он происходит, то выделяются два максимума: при давлениях 0,1 и 10 кПа.
Лампы, работающие на этих максимумах, названы, соответственно, лампами низкого и высокого давлений. Первые попытки изготовить лампу связаны с низким давлением. Но из-за сложности конструкции они не получили распространения. К тому же эти источники света страдают низким уровнем цветопередачи.
Конструкция и принцип работы натриевых ламп высокого давления
Основной элемент лампы – трубка из поликора, называемая «горелкой». Она заполнена натрием, парами ксенона и ртути. Трубка помещается в центр стеклянной колбы. По краям в горелку вводятся электроды. Герметизация их вводов осуществляется колпачками из ниобия, приклеенными к трубке цементоподобной смесью или припаянными с помощью твердого припоя. Ниобий обладает тем же коэффициентом линейного расширения, что и материал трубки. Применение методов, которыми впаивают электроды в стеклянные колбы, невозможно, так как поликор имеет кристаллическую структуру и не поддается обработке пламенем.
Электроды соединяются с выводами цоколя лампы. Внутри колбы создан вакуум. Это обеспечивает снижение передачи тепла от горелки к колбе. Чем вакуум чище, тем больше коэффициент полезного действия лампы. Для поддержания высокой степени чистоты вакуума внутри колбы устанавливают поглотители газов.
Энергия, поступающая на горелку, расходуется на нагрев паров натрия, а видимое свечение паров, имеющее характерный желтовато-золотистый оттенок, распространяется сквозь стенки горелки и колбы.
После зажигания дуги в лампе ей требуется время на разогрев. Номинальной яркости свечения лампа достигает через 3 – 5 минут после включения. После отключения лампа должна полностью остыть, иначе включения ее не произойдет.
Запуск натриевой лампы высокого давления
Запуск натриевой лампы, как и люминесцентной, при номинальном напряжении сети невозможен. Ей требуется импульс высокого напряжения в несколько тысяч вольт. Применение стартера для запуска невозможно, поэтому применяются импульсные зажигающие устройства – ИЗУ.
Изготавливается много модификаций ИЗУ, отличающиеся внутренней конструкцией. А главное – схемой подключения. Они могут подключаться и последовательно с лампой, и параллельно ей, а также быть трехпроводными, сочетающими оба этих способа. Схема подключения указывается на корпусе устройства.
Последовательно с лампой и ИЗУ подключается дроссель, ограничивающий ток через лампу при ее горении и работающий при ее зажигании совместно с зажигающим устройством. Дроссели различаются по мощности – она соответствует мощности лампы. Дроссели, использующиеся для ламп ДРИ (натриевых низкого давления) и ДРЛ, для натриевых ламп высокого давление не пригодны.
Задача ИЗУ – создать высоковольтный импульс в момент подачи напряжения на схему, обеспечивающую запуск и работу лампы. Различают зажигающие устройства однократного и многократного действия. Однократные ИЗУ создают при включении только один импульс. Если включения не произошло, схема ИЗУ блокируется и не подает импульс в течение некоторого времени. ИЗУ многократного действия выполняют несколько попыток запуска, после чего блокируются, пока напряжение с них не будет снято и подано вновь.
Иногда в схему светильников с натриевыми лампами включают помехоподавляющий конденсатор, дополнительно компенсирующий реактивную мощность, потребляемую лампой.
Виды и маркировка натриевых ламп
Лампы общего применения, использующиеся для освещения улиц и дворов, имеют цоколь Е27 при мощности до 70 Вт, и Е40 – при большей мощности. В софитных лампах, имеющих два цоколя по краям, используются RX7s.
Расшифровка российской маркировки выглядит так.
| Буква | Значение |
| Д | Дуговая |
| На | Натриевая |
| Т | Трубчатая |
| М | С матовой колбой |
| З | Зеркальная |
За рубежом каждая фирма производитель ламп применяет собственную маркировку.
Неисправности натриевых ламп
Срок службы натриевых ламп ограничен, как и у любых других. Первым признаком, что лампу пора сменить, является ее мигание. Светильник внезапно гаснет, затем, после остывания, запускается вновь. И так происходит постоянно.
Следующий этап старения – лампа не разгорается. В некоторых случаях она даже светит ярко-белым светом, постоянно погасая и загораясь вновь.
Остальные неисправности связаны с выходом из строя пускорегулирующей аппаратуры: дросселя, ИЗУ, конденсатора фильтра, патрона или соединительных проводов. Порядок поиска неисправности следующий:
- замена лампы на заведомо исправную;
- если это не помогло – вскрытие светильника и осмотр его содержимого на предмет оплавленных элементов и соединительных проводов, проверка крепления проводов в контактах продергиванием, оценка состояния патрона;
- проверка наличия напряжения на входе ПРА и за дросселем. Проверяется не сразу после подачи напряжения, а с задержкой, необходимой для срабатывания ИЗУ (если оно работает), чтобы не спалить мультиметр;
- замена ИЗУ на исправное.
Достоинства и недостатки натриевых ламп
Натриевые лампы – экономичные источники света, обладающие высокой светоотдачей. Связано это с тем, что электроэнергия в горелке лампы используется эффективнее, большая часть ее преобразуется в световой поток. Потери на тепловыделение минимальны, так как вакуум в колбе изолируется горелку от окружающей среды.
Спектр свечения лампы узкий, и почти весь сосредоточен в области желтого света. Это не позволяет использовать ее в жилых помещениях. Еще один недостаток: длительное время, необходимое лампе на разогрев и повторное включение – также сужает область ее применения.
Применение натриевых ламп
Больше всего натриевые лампы применяются для уличного и паркового освещения, подсветки фасадов зданий, освещения автомагистралей. Из этой ниши их постепенно вытесняют светодиодные светильники, но процесс этот завершится еще не скоро.
Максимально пригодны натриевые лампы для работы в теплицах. Желтый свет – это то, что нужно растениям для эффективного роста.