Какой процент электроэнергии в люминесцентных лампах преобразуется в свет

Энергосберегающие лампы. Теоретическая часть

Волевым решением Партии и Правительства россияне получили кота в мешке по кличке «Энергосберегающие лампы». Отчасти можно понять первопричины этого шага – населения меньше не становится, а производственные мощности выработки и подачи энергии конечному пользователю получили жесткие ограничения.

Вначале запретили столь любимую лампочку 100 Вт с обещанием в дальнейшем извести все, кроме карманных фонариков. Энергосберегающие осветители, в качестве которых чаще всего выступают люминесцентные лампы, обеспечивают весьма солидную экономию энергии, но какой ценой? Кроме того, часто слышна мантра о выгодной дешевизне этих устройств освещения, мотивируемая большим сроком работы. «Восемь-десять-двадцать тысяч часов», чего только не увидишь на упаковке продуктов. Но рано или поздно даже у самых бережливых истощатся запасы ламп накаливания, не настало ли время разобраться с дареным «котом»?

Компактные люминесцентные лампы

Итак, «виновник торжества», знакомьтесь:

Устройство состоит из люминесцентной лампы, выполненной в виде свернутой трубки и электронного балласта, упакованного в корпусе между непосредственно лампой и цоколем E27. Свет возникает благодаря тлеющему разряду, который вызывает ионизацию и свечение паров ртути. Преобразователь обеспечивает необходимое напряжение для поддержания рабочего режима. Всё, этого пока достаточно, незачем заваливать себя излишней информацией.

Компактные люминесцентные лампы (далее в тексте — «КЛЛ») по сравнению с лампами накаливания («ЛН») обладают следующими достоинствами: они потребляют меньше электрической энергии и ярче светят. Проще говоря, меньше нагревают воздух в комнате. На этом заканчивается обширный список достоинств, и начинаются их недостатки.

Особенности люминесцентных ламп

реклама

У данного вида продукции, как и у любого другого, есть свои положительные и отрицательные свойства. В качестве первого можно упомянуть меньшую потребляемую мощность и более «спокойное» отношение к снижению напряжения питания. А вот недостатки …

Обсудим основные нюансы работы люминесцентных ламп. В данном разделе будет использовано много собственных наблюдений и размышлений над различной и подчас противоречивой информацией, поэтому рассуждения могут содержать ошибки.

Вредность для глаз

Медицинских исследований по данному вопросу я найти не смог, хотя ряд врачей высказывались о возможных негативных последствиях подобного вида освещения. Можно поискать и привести эти цитаты, но важнее то, что исследований не ведется. Или все же, кто-то занимается данным вопросом, но не собирается извещать широкие массы? Ладно, опустим этот нюанс, дабы не портить себе настроение.

При переходе на люминесцентные лампы некоторые люди стали жаловаться на головную боль, повышенную утомляемость и усложнение работы с мелкими предметами. Например, переход с CRT на LCD мониторы не у всех пользователей прошел гладко. В то время повышенная утомляемость списывалась на эфемерную «особенность технологии LCD мониторов»: повышенную четкость и несвойственную для CRT мониторов стабильность картинки. Мотивировка понятна – люди всё время проводят за мониторами и телевизорами, привыкают к их мерцанию, а тут ничего не «плавает», картинка стоит четко. Почему я об этом вспомнил? А вы не задумывались, что за подсветка используется в LCD дисплеях? Судя по их спектру, а он аналогичен КЛЛ, Ra на уровне 6х, и это на современных мониторах.

Второй нюанс. Усложнение восприятия мелких деталей – при использовании люминесцентных ламп и необходимости разглядеть что-то мелкое приходится сильно увеличивать освещенность рабочего места, по сравнению с лампами накаливания. Как мне кажется, проблема кроется в особенности работы мозга по управлению размерами зрачка – данная функция работает по «синей» составляющей. В любой люминесцентной лампе (не только КЛЛ) присутствуют пары ртути, которые дают пик в синей области спектра для длины волны 436 нм, что соответствует наибольшей чувствительности синих колбочек глаза. В результате использование КЛЛ означает излишне суженный зрачок.

Схожий дефект присутствует при фокусировке зрения, но для этого уже применяется желто-красная составляющая. Человеческий мозг за многие тысячелетия развития адаптировался под непрерывный и заранее известный спектр солнечного света. Искусственное освещение чаще всего используется в вечернее время суток со свойственной ему желто-зеленой гаммой и крайне низким уровнем синих составляющих. Спектр КЛЛ не соответствует этой характеристике, вот мозг и «ошибается».

Мерцание

Люминесцентные лампы бывают с электромагнитным балластом (дроссель + стартер) и с полностью электронной схемой без крупных электромагнитных элементов.

«Дроссельные» решения обладают повышенным уровнем пульсации светового потока. Фактически, от мерцания с частотой сети спасает только послесвечение люминофора, но для ламп небольшого диаметра (Т5 и меньше) надежда на люминофор несостоятельна, уровень мерцания доходит до 70%.

Подобный вид освещения чаще всего применяют в производственных помещениях и для борьбы с мерцанием используют фазосдвигающие элементы между группами светильников или более простой прием – лампы подключают на все три фазы. В результате, хотя конкретная лампа и пульсирует с частотой сети, но из-за взаимного наложения светового потока групп на различных фазах сети 220 вольт общая освещенность рабочего места характеризуется пониженным уровнем мерцания светового потока. Если бы это не было серьезной проблемой, никто бы не стал усложнять себе жизнь коммутацией трех фаз или установкой специальных схем.

Люминесцентные лампы с электронным балластом лишены столь высокого уровня мерцания, как у «дроссельного» варианта, но он все же присутствует. Причем величина пульсаций светового потока зависит, по большому счету, от номинала сглаживающего конденсатора в выпрямителе электронного балласта. А вы знаете, как в «китайской» продукции любят все «упрощать», особенно невидимое покупателю.

реклама

Думаю, и без аргументов ясно — мерцание приводит к повышенной утомляемости. Довольно часто в качестве контраргумента приводится кино с его частотой 24 кадра в секунду. Все не так просто, с мерцанием борются – почитайте, к примеру, «Википедию» по этому вопросу.

Кроме повышенной утомляемости мерцание приводит к эффекту стробоскопа, когда движущийся (вращающийся) предмет начинает выглядеть не так, как в действительности. Проблема усугубляется тем, что дефект свойственен восприятию и неподвижных объектов, поскольку сам глаз находится в постоянном движении. Кстати, отсюда же эффект объемного зрения, который получается при взгляде только одним глазом.

Система «глаз-мозг» работает по очень сложным алгоритмам и далеко не все особенности ее функционирования детально изучены, уместно будет вспомнить о «странной» особенности четче замечать изменение, движение объектов периферийной частью зрения. Поэтому изменение яркости сказывается самым причудливым способом – мозг может и не сообщать о мерцании источника света, но его обработка изображения идет иначе и сложнее, что приводит к повышенной утомляемости.

Довольно странно задаваться вопросом об уровне шума устройства, в котором нет крупных электромагнитных элементов. Но, увы, встречается и такое.

Например, в отзывах на КЛЛ «OSRAM Mini Twist E27 24W/827, Made in P.R.C.» упоминается, что она начала издавать едва различимый шум (возможно, «фон») через небольшое время работы. То есть, изначально проблемы не существовало, но затем лампа зашумела. Не хотел бы вешать ярлыки, но при переборе тестовых ламп на какой-то модели OSRAM услышал небольшой, совсем небольшой, акустический шум типа «фон» (с частотой, кратной сети 220 В). Уровень еле-еле заметный, который можно услышать только в тихой комнате при пристальном вслушивании.

С другой стороны, существуют отзывы, что величина шума может быть довольно большой, к сожалению, не могу привести точную марку лампы. Причем, заметность дефекта такая, что начинает мешать. Согласитесь, должна быть веская причина, чтобы пойти на обмен только что купленного товара. Наверное, такой дефект возможен, но я его не исследовал и что-то конкретное сообщить не смогу.

Кроме OSRAM мне попадались упоминания о лампах IKEA с электронным балластом, которые начинали шуметь (гудеть) в начале работы, но после их прогрева данный дефект пропадал.

Впрочем, есть еще один источник звука в КЛЛ – в новых лампах «без ртути» вместо паров ртути используется амальгама (соединение с ртутью), которое выполнено в виде небольшого шарика. В выключенном состоянии этот шарик может кататься в специальной зоне около нити накаливания и издавать шум.

Спираль или «U»

Обычно, КЛЛ бывают в двух вариантах исполнения светящейся трубки — свернутой в спираль или состоящей из нескольких элементов «U», чаще всего двух или трех.

Считается, что колба в «U» варианте более ажурна и менее перекрывает световой поток, чем «спиралевидная». Однако, по мере увеличения количества «U» секций степень перекрытия возрастает, а «спираль» может изготавливаться с довольно разряженной намоткой и превосходство «U» конструкции не является бесспорным.

С другой стороны, «U» исполнение выглядит неряшливо, особенно для тех, кто привык к округлым формам ламп накаливания. В этом отношении у «спиралевидных» КЛЛ больше шансов удовлетворить покупателя внешним видом.

Третий нюанс – КЛЛ с колбой из «U» секций, в основном светит в стороны, мощность светового потока через верхнюю часть довольно низка.

И, наконец, четвертая проблема – КЛЛ формата «U» банально длиннее «спиралевидного» исполнения и у них меньше шансов уместиться в существующий светильник.

КЛЛ и светильник

Пользователи отмечают случаи изменения цвета свечения ламп при установке их в закрытые или плохо продуваемые светильники. В ванную комнату ставить КЛЛ с ее электронным балластом без полностью закрытого светильника было бы слишком самонадеянно, потому работа КЛЛ в таких условиях должна считаться нормальным режимом и предусматриваться при проектировании конструкции лампы. На данный момент все лампы накаливания пока еще не запрещены, но это только «пока». Правительство обещало извести все лампы накаливания, за исключением тех, что используются в карманных фонариках. Что же остается, сидеть в ванной при лучине? … или ввернуть КЛЛ?

Фактически, современные КЛЛ нормально работают только в «тепличных» условиях, повышение температуры резко снижает их эксплуатационные свойства и продолжительность нормального функционирования. Лично мое мнение – в этом виноват сам производитель, попытки «чрезмерной», извините, «экономии» приводят к некачественным решениям. Например, микросхемы для КЛЛ разработаны и выпускаются уже очень давно, но «почему-то» в обычных лампах используется схема автогенератора на двух транзисторах, которая не обеспечивает стабилизации режимов и не способна нормально управлять колбой.

Стоит отметить, что разница в затратах при добавлении микросхемы меньше одного доллара, а при той серийности, с которой выпускают КЛЛ, расходы могут быть даже отрицательными (то есть, произойдет экономия средств) из-за отказа от насыщаемого трансформатора и схемы запуска. Просто все «лепят» автогенератор и считают это нормальным, вот и всё. Ну а то, что срок службы лампы снижается в несколько раз – это уже «не их» проблемы. Извините, отвлекся.

При выборе светильника обращайте внимание на его «продуваемость». Если конструкции не будет обеспечен хороший продув за счет естественного движения нагретого потока вверх, то лампы будут дополнительно подогреваться теплым воздухом, что снизит ресурс их работы. Особенно неприятна повышенная температура при размещении лампы цоколем вверх, как обычно и бывает с лампами формата Е27. В таком случае блок балласта (и так теплый) дополнительно подогревается нагретым воздухом от светящейся колбы. Повышенная температура меняет рабочие режимы электронного балласта, что влияет как на уровень света, так и на то, сколько времени эта КЛЛ вообще будет светить. Повторюсь – в большей степени в этом виноват сам производитель, «сэкономив» последний «чатл» явно в ущерб качеству.

Люминофор

В технологии люминесцентных ламп все довольно просто – тлеющий разряд ионизирует пары ртути и они светятся. Люминофор переводит УФ часть спектра в видимое излучение и несколько исправляет «полосатость» излучения ртути. Сами люминофоры бывают «галофосфатные», «трехполосные» и с большим количеством полос, только о последнем лучше забыть — поиски четырех-пятиполосного люминофора в «дешевых» КЛЛ будут слишком оптимистичными. По этому вопросу можно почитать довольно интересную и поучительную статью, к сожалению, на английском языке.

«Галофосфатные» люминофоры несущественно задерживают излучение ртути и выполняют лишь небольшую коррекцию цвета излучения, а потому обладают повышенной светоотдачей и низким качеством свечения. Для них типичное значение коэффициента цветопередачи Ra в районе 6х-7х, что ограничивает их область применения техническими помещениями. По требованиям постановления №602 КЛЛ с таким люминофором запрещено применять в жилых помещениях.

«Трехполосный» люминофор характеризуется несколькими областями свечения (судя по названию, их три) в сине-зеленой и красной частях спектра свечения лампы. Различные производители могут по-разному называть подобный вид люминофора, например «Tri-Phosphor», но он остается всё тем же «трехполосным» люминофором. В последующей части статьи приведены КЛЛ нескольких производителей и просмотр спектра покажет их «удивительное» однообразие. Будут и исключения, но и они не вызовут радостных эмоций.

Единообразие спектра свечения вызывается одинаковым люминофором. Разработка и изготовления уникальных сортов весьма наукоемкая деятельность, поэтому чаще всего производители ламп просто закупают готовую суспензию. Отчасти это хорошо, значит «хоть что-то» будет изначально спроектировано правильно или хотя бы «непровально». А от тех производителей, которые занимаются собственной подборкой состава, можно ждать всяких неожиданностей … и вряд ли они будут приятными.

Как правило, «трехполосный» люминофор означает индекс цветопередачи 8х.

Лично мое наблюдение и оно может быть неверным – при низкой цветовой температуре (2700К) интенсивность синего цвета небольшая, поэтому в «стандартном» люминофоре вообще не используются составляющие для выделения синего цвета, а уход в «красную» часть цветовой температуры компенсируют повышенным количеством «зеленой» полосы. Как следствие, такие лампы должны обладать слабо выраженным зеленым оттенком, что я и наблюдаю на большинстве ламп 2700К на своем стенде. Кроме «визуального», зеленый оттенок отмечается на диаграммах CIE 1931, приведенных в статье.

В данном тестировании участвуют не только КЛЛ со «стандартным» люминофором, но и лампы, в которые производитель внес какие-то коррективы. Как следствие, цветовая температура в них меньше отходит от нормальных значений, что заметно и «на глаз», по отсутствию зеленого оттенка.

Ртуть

На ряде упаковок люминесцентных ламп появился необычный значок.

Покупатели переводят эту маркировку как «лампа не содержит ртути». Характеристики КЛЛ будут приведены ниже, забегая вперед — ничего необычного в этих лампах не наблюдается, спектр ртути прослеживается на своих местах, с тем же характером и интенсивностью, что и в лампах без похожей маркировки. Что же именно означает эмблема? Лишь то, что вместо паров ртути в лампу помещена амальгама, химическое соединение ртути с рядом металлов (Bi, In, Pb, Sn и другие). Это все та же «ртуть» и при светящейся лампе она переходит в газообразное состояние.

Различие в свойствах проявляется только в выключенном (холодном) состоянии – обычная ртуть находится в жидком и газообразном виде, а амальгама представляет собой твердый шарик или застывшие капли небольшого размера. Разрушение выключенной лампы не приведет к загрязнению ртутью, но разбив включенную лампочку, вы получите равноценный вред.

Кстати, о вреде. В обычной КЛЛ находится примерно 5 мг ртути. Для сравнения, в медицинском ртутном градуснике ее около двух граммов. Кроме того, в колбе газ с разряжением, поэтому при небольшой трещине, без полного механического разрушения колбы, массовой утечки паров ртути не произойдет. Косвенно, это подтверждается одним случайным наблюдением. Конструкция КЛЛ «GamBiT», модель RF 049, крайне неудачная по механической прочности колбы. К сожалению, должен отметить, что не только у данной торговой марки есть подобное ущербное исполнение.

Прошу обратить внимание на тонкий соединительный перешеек между двумя «U» трубками и отсутствие крепежных элементов у верха трубок, что создает большую длину рычага и пропорциональное увеличение усилия на разрушение. Небольшой нажим между трубками и соединение дает трещину, что у меня и произошло. Понятно, что это уже проблема потребителя, не являющаяся гарантийным случаем, но забота производителя «умиряет». Из участвующих в тестировании ламп схожей конструкцией обладают устройства торговой марки «Экономка».

Однако посмотрите, верхушки секций соединены стеклянной перемычкой, да и соединительный перешеек шире и толще. Впрочем, я снова несколько отвлекся, извините.

При работе с лампами проявлялась повышенная осторожность, но стенд довольно компактный и начальное закручивание часто приходилось делать за колбу. В результате одна лампа дала трещину. Никаких «особенных» звуков не последовало, и о разгерметизации я догадался только при подаче напряжения питания через несколько минут. Лампа ярко горела нитями накала и пыталась светить одной «U» секцией, что означает проникновение внутрь колбы окружающего воздуха с сохранением компонентов газовой среды лампы.

Мне кажется, проблема «ртути» несколько преувеличена. Для получения хоть какого-то вреда пришлось бы разбить все купленные лампы, а это больше тридцати штук. Вредоносность ртути очевидна и крайне опасна, но не будем забывать о количестве ртути в объекте рассмотрения. Если нет механического разрушения колбы, то достаточно лишь завернуть КЛЛ в пластиковый пакет и тщательно проветрить комнату.

Лампы с амальгамой более безопасны, в них ртуть переходит в опасное состояние только при работающей лампе, но вряд ли стоит только на этом факте основывать свой выбор люминесцентной лампы. Хотя, при выборе двух одинаковых КЛЛ, одна из которых получила эмблему «без ртути», хочется взять именно ее – кому охота получить ненужные проблемы с ртутью, если их можно избежать.

Однако вынужден отметить недостаток тестирования в данной статье – не сравнивалась работа обычных и ламп с амальгамой при включении. Надеюсь, подобное сравнение будет добавлено во вторую часть, которая выйдет после стендового тестирования. По опыту работы с участниками исследования могу отметить, что существенной разницы замечено не было. В модельном ряду «Космос» есть модели «с» и «без» ртути с одинаковой цветовой температурой 4200 и 6500 К, никаких отличий в их работе не наблюдается.

Возможно, вы обращали внимание на значок с зелеными листьями и надписью «ECO» на коробке КЛЛ?

У разных производителей эмблема может немного отличаться, но, как правило, зеленые листочки присутствуют всегда. Какие ассоциации обычно возникают при взгляде на этот рисунок? Экологичный продукт, производитель заботится о природе? Эх, если бы так.

Увы, но этот знак сообщает о том, что его волнует лишь свой карман и «ECO» расшифровывается как «экономичный» — в данной КЛЛ использован минимум компонентов, а присутствующие выбирались из учета снижения производственных затрат. Обычно «под нож» в первую очередь идет фильтр помех по входу сети 220 вольт и другие несущественные мелочи, например, предварительный прогрев. Причем, иногда страдает от экономии не только электроника, но и сама колба. Это стоит запомнить и избегать покупки продукции с таким знаком. Впрочем, его отсутствие на «нефирменных» лампочках не значит ровным счетом ничего, просто поленились нарисовать.

Ультрафиолет

Люминесцентные лампы излучают часть мощности в УФ-части спектра, но эта энергия не велика, порядка 10-15 процентов. Причем, самая опасная часть УФ-спектра (жесткий, коротковолновый ультрафиолет) задерживается стеклом колбы и это происходит вовсе не от того, что производители заботятся о безопасности пользователей, просто обычное стекло стоит дешевле. Для УФ-светильников используют кварцевое стекло, которое не задерживает излучение в этой части спектра, но при этом тяжелее обрабатывается и значительно дороже обычного известкового стекла.

Поэтому даже в «самых дешевых» КЛЛ проблемы с ультрафиолетом не возникает, уровень и характер излучения не приводит к серьезным последствиям. По крайней мере, оно не вреднее простого загара под солнцем. Кстати, если посидеть часок под светом мощных КЛЛ на небольшом расстоянии, то можно неплохо поправить цвет лица. Как мне кажется, проблема ультрафиолета явно преувеличена.

Кроме всего перечисленного, УФ оказывает отрицательное влияние на саму лампу – под действием излучения меняется цвет и деградирует пластик корпуса КЛЛ, детали электронной схемы (конденсаторы, дроссель). В качественной продукции на это обращают внимание и предпринимают контрмеры, например, тщательно покрывают концы трубок светонепроницаемым покрытием. Что до продукции класса «и так купят», то зачастую на эти «глупости» никто не желает тратить усилия, что соответственно сказывается на сроке службы таких КЛЛ.

Посторонний запах

Довольно странно, но КЛЛ могут издавать неприятные и резкие запахи. Конечно, от фирменной продукции получить подобный «сюрприз» менее вероятно. Чаще всего источником раздражающего запаха является наполнитель вокруг выхода световой трубки из корпуса лампы. Причина – использование неправильного состава или нарушение технологического процесса изготовления герметизирующего материала. Решение обычное – открыть окно и ждать, пока запах не пройдет. Однако отмечаются случаи, когда вонь не проходит и через несколько дней.

Лично я ничего не могу сказать по этому поводу, среди тестируемых ламп подобной проблемы не выявилось.

Старение

Прожив многие годы под лампами накаливания, мы привыкли, что их яркость практически не меняется со временем, ну разве что из-за мух и пыли. С КЛЛ все иначе, они стареют от времени и особенно от повышенной температуры. Падает эффективность люминофора, меняются характеристики электронного балласта, что прямо сказывается на уровне освещенности. Например, если в начале работы КЛЛ была эквивалентна лампе накаливания 75 Вт, то через год эта цифра способна снизиться до 60 и меньше ватт.

Измерение степени старения свойств КЛЛ входит в состав тестирования, поэтому обсуждение данного вопроса будет очень коротким – посмотрим цифры.

Электрика

Довольно неожиданно, но КЛЛ оказались очень чувствительны к качеству соединительных элементов и патронов. Отчасти это понятно, контактирующие элементы разрабатывались под лампы накаливания с их большим током потребления, и переход на КЛЛ мог привести к неустойчивому соединению. Дело в том, что у любого элемента, обеспечивающего механическую коммутацию электрического сигнала, например, реле, есть две характеристики – «максимальный» и «минимальный» ток.

Первое понятно, оно определяется площадью и формой контакта, а второй параметр встречается реже и менее известен. Он закладывается при проектировании типа покрытия контактирующих поверхностей. Если ничего специально не предпринимать, то на поверхности контактов образуется окисная пленка, которая увеличивает сопротивление во включенном состоянии вплоть до «неустойчивого соединения». В дальнейшем на этом месте образуется «нагар», что приводит к усилению дефекта.

Некачественное соединение приводит к броскам тока заряда сглаживающего конденсатора электронного балласта КЛЛ, что снижает ресурс его работы, и скачкообразно изменяет режим работы всей КЛЛ, а это уже может привести к худшим последствиям – сгоранию электроники или разрушению цепей накала в колбе. И это не просто слова, я сам столкнулся с проявлением данного дефекта. У меня в одной комнате висит лампа с пятью рожками под лампы типа Е14 («миньон»). В одном из них сгорела люминесцентная лампа, отметил «бывает» и забыл. Но через месяц, в этом же патроне, пришла в негодность совсем новая лампа. Это показалось странным, но разбираться не было никакого желания, и лампа была просто заменена.

Увы, примерно через месяц история повторилась вновь, что было крайне странно, ведь в соседних рожках были установлены точно такие же лампы и к ним никаких претензий не предъявлялось. Единственно, что могло вызывать проблему – это патрон злосчастного рожка. Обычный карболитовый патрон, один из трёх, что были на лампе (оригинальные были уничтожены взорвавшимися лампами накаливания, что и подвигло к переходу на КЛЛ). Тщательный внешний осмотр не выявил никаких дефектов, соединение проводов надежное, контактирующие поверхности под лампу чистые и без каких-либо следов нагара. Однако в этом патроне сгорело столько ламп при непонятных причинах, от чего нельзя отмахнуться.

Что ж, обезжирил контактирующие поверхности, а потом еще и отшлифовал мелкой шкуркой. После профилактики дефект не проявлял себя, на данный момент лампа в этом рожке отработала уже больше года. Попробую предположить, что виною был тонкий слой жира на поверхности контакта, что приводило к неустойчивому соединению. Если бы на этом месте стояла лампа накаливания, то всё бы функционировало в нормальном режиме – довольно большой ток лампы пробил слой окисла и установилось надежное соединение.

Проблема выявилась именно с КЛЛ, в ней ток потребления значительно меньше, а сам ток непостоянен во времени. Отдельно хочется подчеркнуть – обращайте повышенное внимание на качество соединительных элементов и патронов при использовании ламп с низким током потребления, особенно при подозрительно низком сроке работы этих ламп. Не всё определяется качеством КЛЛ, источник проблемы может находиться и вне ее.

Выключатели с подсветкой

Данный вопрос тесно связан с предыдущим, хотя и происходит в иной области. В некоторых выключателях встроена подсветка, облегчающая его нахождение в темное время суток. Идея хорошая, только схемная реализация ориентирована на лампы накаливания – индикаторный элемент (с ограничителем тока) включается параллельно выключателю и зажигается при выключенном светильнике. С лампами накаливания все работает хорошо, а вот КЛЛ, да и трубчатые люминесцентные лампы с электронным балластом, от этого небольшого тока начинают заряжать накопительный конденсатор и периодически «вспыхивать». Частота мерцания около герца (раз в секунду), яркость незначительная … пока на улице день.

Кстати, не все КЛЛ производят этот дефект, помогает схема предварительного прогрева катодов, которая блокирует свечение в первую секунду горения. Если КЛЛ не «моргает» при работе от выключателя с подсветкой, то это не значит, что она не выполняет периодические включения – их просто не видно.

Насколько деструктивна подсветка в выключателе для самой КЛЛ? Я не могу сказать ничего конкретного про электронику, слишком много неопределенных параметров, а вот по поводу колбы все проще – периодический режим включения «вспыхивающей» лампы равносилен включению на непрогретый катод в обычном режиме. И там, и там «уносится» некоторое количество эмиссионного покрытия катода с нити накала. А теперь сопоставим энергию, которая приходит на лампу в режиме мерцания и при обычном включении. Дело, ведь, не столько в самом факте «включения», сколько в энергии, разрушающей покрытие. Лично мое мнение, колба от такого «вспыхивания» не стареет, электроника – вопрос темный. Короче говоря, это очередная «страшилка», чтобы скрыть низкое качество самих КЛЛ за надуманными причинами.

Бороться с мерцанием можно только одним способом – шунтировать КЛЛ элементом, снижающим напряжение на ней в выключенном состоянии. Это может быть или резистор 1-2 Вт номиналом 47-100 кОм или конденсатор, рассчитанный на напряжение сети 220 вольт (например, из входного фильтра блоков питания АТХ) номиналом 0.1-0.47 мкФ.

Применение конденсатора более эффективно – в отличие от резистора на нем не рассеивается тепло (активная мощность).

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы низкого давления явились первыми газоразрядными лампами, которые благодаря высокой световой отдаче, хорошему спектральному составу и большому сроку службы нашли применение для целей общего освещения, несмотря на некоторую сложность их включения в электрическую сеть. Высокая световая отдача люминесцентных ламп достигнута благодаря сочетанию дугового разряда в парах ртути низкого давления, отличающегося высокой эффективностью перехода электрической энергии в ультрафиолетовое излучение, с преобразованием последнего в видимое в слое люминофора.

Люминесцентные лампы представляют собой длинные стеклянные трубки, в торцы которых впаяны ножки, несущие электроды (рисунок 1). Электроды представляют собой вольфрамовую биспираль или триспираль с нанесенным на нее слоем активного вещества, обладающего низкой работой выхода при температуре нагрева около 1200 К (оксидные катоды), либо холодный оксидный катод с увеличенной поверхностью, исключающей превышение его температуры во время горения лампы.

Рисунок 1. Схема люминесцентной лампы:
1 – ножка; 2 – электрод; 3 – катод; 4 – слой люминофора; 5 – трубка колбы; 6 – цоколь; 7 – ртутные пары

Оксидный катод покрыт слоем эмитирующего вещества, состоящего из оксидов щелочноземельных металлов, получаемых при нагреве и разложении карбонидов (BaCO₃, CaCO₃, SrCO₃). Покрытие активировано малыми примесями щелочноземельных элементов. В результате наружная поверхность катода превращается в полупроводниковый слой с малой работой выхода. Оксидные катоды работают при 1250 – 1300 К, обеспечивая большой срок службы и малые катодные падения напряжения.

В трубку люминесцентной лампы введены небольшое количество ртути, создающее при 30 – 40 °С давление ее насыщающих паров, и инертный газ с парциальным давлением в несколько сотен паскалей. Давление паров ртути определяет снижение напряжения зажигания разряда, а также выход ультрафиолетового излучения резонансных линий ртути 253, 65 и 184,95 нм. В качестве инертного газа в люминесцентной лампе используют главным образом аргон при давлении 330 Па. В последнее время для наполнения ламп общего назначения применяют смесь, состоящую из 80 – 90 % Ar и 20 – 10 % Ne при давлении 200 – 400 Па. Добавка инертного газа к парам ртути облегчает зажигание разряда, снижает распыление оксидного покрытия катода, увеличивает градиент электрического потенциала столба разряда и повышает выход излучения резонансных линий ртути. В люминесцентных лампах 55% мощности приходится на долю линии 253,65 нм, 5,7% – линии 184,95 нм, 1,5 – 2% – линии 463,546 и 577 нм, на световое излучение других линий – 1,8%. Остальная мощность расходуется на нагрев колбы и электродов. На внутреннюю поверхность трубки равномерно по всей ее длине наносят тонкий слой люминофора. Благодаря этому световая отдача ртутного разряда, равная 5 – 7 лм/Вт, возрастает до 70 – 80 лм/Вт в современных люминесцентных лампах мощностью 40 Вт. При использовании люминофоров на основе редкоземельных элементов световая отдача люминесцентной лампы диаметром 26 мм повышается до 90 – 100 лм/Вт.

Используемое в люминесцентных лампах низкое давление паров ртути, получающееся при температуре колбы, мало отличающейся от температуры внешней среды, делает ее параметры зависящими от внешних условий. Эксплуатационные параметры ламп определяются параметрами пускорегулирующей аппаратуры.

Ввиду многообразия и сложности указанных выше зависимостей рассмотрим каждую из них отдельно. При этом будем иметь в виду, что в реальных условиях работы ламп они взаимосвязаны.

Основные свойства ртутного разряда низкого давления

Основная часть мощности излучения ртутного разряда низкого давления, используемого в люминесцентной лампе, сосредоточена в резонансных линиях ртути с длинами волн 253,65 и 184,95 нм. Это излучение возникает в столбе разряда при давлении паров ртути 1 Па и плотности тока около 10 А/мм². Давление насыщенных паров ртути определяется, как известно, температурой наиболее холодной части колбы лампы, содержащей ртуть в жидкой фазе.

Излучение резонансных линий зависит от давления паров ртути, рода и давления используемого в лампах инертного газа. Такая зависимость для чистой ртути и ртути с аргоном приведена на рисунке 2. Увеличение потока излучения в лампах, наполненных парами ртути (кривая 2 на рисунке 2) при давлениях до 5 Па, практически пропорционально давлению ртути, при больших давлениях наступает насыщение. Последнее связано с тем, что при увеличении давления возрастает концентрация атомов ртути, приводящая к росту числа соударений атомов ртути с электронами, увеличению числа возбужденных атомов и как следствие к росту числа испускаемых фотонов.

Введение добавки инертного газа (кривая 1 на рисунке 2) увеличивает выход резонансного излучения атомов ртути, так как наличие инертного газа даже в небольших концентрациях приводит к возрастанию давления в лампе. В ртутном разряде имеется также значительная концентрация нестабильных атомов, которые обычно оседают на стенках трубки, повышая ее температуру. При увеличении давления в лампе, наполненной инертным газом, вероятность достижения метастабильными атомами стенок без соударения с другими атомами газа или электронами резко снижается. В результате большая часть атомов ртути переходит в возбужденное состояние с последующим излучением энергии, что увеличивает световую отдачу.

На рисунке 3 показана зависимость выхода резонансного излучения для линии ртути 253,65 нм от плотности тока J. Так как основным источником резонансного излучения является столб разряда, занимающий лишь часть пространства между электродами, то очевидно, что световая отдача резонансного излучения будет зависеть от длины лампы, с увеличением которой влияние катодной области, не участвующей в создании резонансного излучения, будет уменьшаться. На рисунке 4 приведена зависимость световой отдачи люминесцентной лампы от ее длины l.

Падение напряжения на лампе убывает с ростом плотности тока. Это означает, что градиент потенциала на единице длины столба разряда также уменьшается с ростом плотности тока. Значение падения напряжения на единице длины столба в зависимости от тока необходимо для расчетов, связанных с определением параметров лампы. На рисунке 5 дана зависимость градиента потенциала E на единицу длины столба от тока для ламп различного диаметра, а на рисунке 6 – зависимость падения напряжения в катодной области разряда U_к от давления и рода наполняющего газа.
У люминесцентной лампы с самокалящимися оксидными катодами катодное падение напряжения, полученное путем экстраполяции зависимости напряжения на лампе от длины столба разряда составляет от 12 до 20 В. Поэтому для большинства типов люминесцентных ламп считают, что на катодное падение напряжения приходится 10 – 15 В, а на анодное 3 – 6 В.

В современных люминесцентных лампах применяют, как правило, оксидные катоды, работающие в режиме самоподогрева с катодным пятном и повышенной термоэлектронной эмиссией со всей поверхности. Конструкции оксидных катодов показаны на рисунке 7.

Рисунок 7. Конструкции катодов люминесцентных ламп:
а – холодный катод тлеющего разряда; б – самокалящийся оксидный катод; 1 – катод; 2 – анод; 3 – электроды

Количество активирующего вещества, содержащегося в оксидном слое, определяет фактический срок службы ламп, так как именно это вещество расходуется в процессе горения.

Концы вольфрамовой проволоки, составляющей основу самокалящегося оксидного катода, выводятся наружу лампы, что позволяет пропускать через него ток как для обработки и активирования катода, так и для его предварительного прогрева в целях снижения напряжения зажигания в условиях эксплуатации. В процессе образования оксидного слоя на поверхности раздела вольфрамовой проволоки и оксидной пасты возникает промежуточный слой благодаря диффузии ионов щелочноземельных металлов внутрь поверхностного слоя вольфрама. Это способствует переходу электронов из вольфрама в оксид. Их выход в газоразрядный промежуток обеспечивается за счет малой работы выхода нагретого бария. После образования дугового разряда выход электронов концентрируется на катодном пятне, расположенном у новой лампы вблизи того конца электрода, который непосредственно присоединен к источнику питания. По мере обеднения барием, испаряющимся внутрь лампы, катодное пятно перемещается по спирали электрода к противоположному концу, что приводит к постепенному незначительному повышению напряжения на лампе. В конце срока службы лампы, когда барий израсходован вдоль всего оксидного катода, значительно повышается напряжение зажигания лампы; лампа включаемая с обычной пускорегулирующей аппаратурой, перестает зажигаться.

В настоящее время отсутствует полный метод расчета катодов. Поэтому их разработка осуществляется на основе опытных данных и представляет собой один из наиболее трудоемких процессов создания люминесцентных лап.

Оптимальный выход резонансного излучения зависит от давления насыщающихся паров ртути, которое определяется температурой наиболее холодной части колбы. Температура концов колбы, в которых расположены катоды, довольно высокая, так как температура термоэлектронной эмиссии оксидного катода превышает 1200 К. Таким образом, при отсутствии каких-либо специальных устройств в обычных люминесцентных лампах наиболее холодной будет область столба разряда в середине колбы. Зависимость температуры колбы t_к от мощности P_1ст, выделяющейся в столбе разряда, приходящейся на единицу внешней поверхности и зависящей от внешнего диаметра трубки колбы, может быть получена из соотношения

где c – коэффициент, слабо зависящий от диаметра трубки d₂; t_в – температура окружающей среды (воздуха).

Ввиду того что на поточных линиях производства трудно измерять диаметр трубок, для изготовления ламп разной мощности выбран определенный ряд диаметров – 16, 25, 38 и 54 мм. Зависимость температуры внешней поверхности трубки ламп от тока и диаметра приведена на рисунке 8. Из рисунка видно, что с ростом тока, то есть мощности ламп для получения практически приемлемой длины и обеспечения температуры стенки, необходимо увеличивать диаметр трубки колбы. Лампы одинаковой мощности можно, в принципе создать в колбах различного диаметра, но при этом они будут иметь разную длину. Для унификации ламп и возможности их применения в различных светильниках длины люминесцентных ламп стандартизированы и составляют 440, 544, 900, 1505 и 1200 мм.

Цветность и состав излучения ламп

Излучение люминесцентных ламп создается в основном за счет люминофора, трансформирующего ультрафиолетовое излучение разряда в прах ртути. Эффективность преобразования ультрафиолетового излучения в видимое зависит не только от параметров исходного люминофора, но и от свойств его слоя. В люминесцентных лампах слой люминофора покрывает практически полностью замкнутую поверхность трубки, причем свечение возбуждается изнутри, а используется снаружи. Кроме потока люминесценции суммарный световой поток люминесцентных ламп содержит видимое излучение линий ртутного разряда, просвечивающее сквозь слой люминофора. Световой поток люминесцентных ламп зависит, таким образом, как от коэффициента поглощения люминофора, так и от коэффициента отражения. Цветность излучения люминесцентной лампы не точно соответствует цветности используемого люминофора. Поток излучения ртутного разряда как бы сдвигает цветность лампы в синюю область спектра. Это смещение незначительно, поэтому поправка на цветность находится в пределах допуска на цветность ламп.

Для люминесцентных ламп, используемых в установках общего освещения, из многочисленных оттенков, которые можно получить с помощью люминофора галофосфата кальция, выбраны четыре, определяющие типы люминесцентных ламп: ЛД – дневного света, цветовая температура 6500 К; ЛХБ – холодно-белого света с цветовой температурой 4800 К; ЛБ – белого света с цветовой температурой 4200 К; ЛТБ – тепло-белого света с цветовой температурой 2800 К. Среди ламп указанных цветностей различают также лампы с улучшенным спектральным составом излучения, обеспечивающим хорошую цветопередачу. К обозначению таких ламп после букв, характеризующих цвет излучения, добавляется буква Ц (например, ЛДЦ, ЛХБЦ, ЛБЦ, ЛТБЦ). Для изготовления ламп с улучшенной цветопередачей к галофосфату кальция добавляют другие люминофоры, излучающие главным образом в красной области спектра. Контроль соответствия ламп по излучению заданной цветности осуществляют путем проверки цветности излучения с помощью колориметров.

В люминесцентных лампах излучение охватывает практически весь видимый диапазон с максимум в желтой, зеленой или голубой его части. Оценить цвет такого сложного излучения только по длине волны не предоставляется возможным. В этих случаях цвет определяют по координатам цветности x и y, каждой паре значений которых соответствует определенный цвет (точка на цветовом графике).

Правильное восприятие цвета окружающих предметов зависит от спектрального состава излучения источника света. В этом случае принято говорить о цветопередаче источника света и оценивать ее по значению параметра R_а, называемого общим индексом цветопередачи. Значение R_а является показателем восприятия цветного предмета при его освещении данным источником искусственного света по сравнению с эталонным. Чем больше значение R_а (максимальное значение 100), тем выше качество цветопередачи лампы. Для люминесцентных ламп типа ЛДЦ R_а = 90, ЛХЕ – 93, ЛЕЦ – 85. Общий индекс цветопередачи является усредненным параметром источника света. В ряде специальных случаев дополнительно к R_а используют индексы цветопередачи, обозначаемые R_i, которые характеризуют восприятие цвета, например, при его сильной насыщенности, необходимости правильного восприятия цвета человеческой кожи и тому подобного.

Процессы в газе, люминофоре и на катоде ламп в процесс горения

Проследим процессы, происходящие во времени, в газе или парах металла при прохождении через них электрического тока, а также некоторые специфические процессы, свойственные люминесцентным лампам, в частности их люминофорному слою.

В первые часы горения происходит некоторое изменение электрических параметров, связанное с завершением активировки катода и с поглощением и выделением некоторых примесей из материалов внутренних деталей ламп в условиях повышенной химической активности, характерной для плазмы. В течение остального срока службы электрические параметры остаются неизменными до тех пор, пока не будет израсходован запас активирующего вещества в оксидном катоде, что приводит к значительному повышению напряжения зажигания, то есть практически к невозможности дальнейшей эксплуатации ламп.

Сокращение срока службы люминесцентных ламп может происходить и в результате уменьшения содержания ртути, определяющей давление ее насыщенных паров. При охлаждении лампы ртуть частично оседает на люминофоре, который при соответствующей структуре слоя может связывать ее так, что она больше не участвует в дальнейшем процессе испарения.

Необратимые процессы протекают во время срока службы в слое люминофора, что приводит к постепенному уменьшению светового потока люминесцентных ламп. Как видно из приведенных на рисунке 9 кривых изменения светового потока люминесцентных ламп в течение срока службы, это уменьшение происходит особенно интенсивно в течение первых 100 часов горения, затем замедляется, становясь после 1500 – 2000 часов примерно пропорциональным длительности горения. Такой характер изменения светового потока люминесцентных ламп в течение срока службы объясняется следующим. В течение 100 часов преобладают изменения состава люминофора, связанные с химическим реакциями с примесями в наполняющем газе; в течение всего процесса горения имеет место медленное разрушение люминофора под действием квантов, обладающих большой энергией, соответствующих резонансному излучению ртути. К последнему процессу добавляется образование на поверхности люминофора слоя адсорбированной ртути, непрозрачного для возбуждающего ультрафиолетового излучения. Кроме этих процессов, а также изменения в результате взаимодействия со стеклом на слое люминофора осаждаются продукты распада катодов, образующих около концов лампы характерные темные, иногда зеленоватые кольцевые зоны.

Опытами установлено, что стойкость люминофорного слоя зависит от удельной электрической нагрузки. Для люминесцентных ламп с повышенной электрической нагрузкой применяют люминофоры более стойкие, чем галофосфат кальция.

Основные параметры ламп

Люминесцентные лампы характеризуются следующими основными параметрами.

Световые параметры: 1) цвет и спектральный состав излучения; 2) световой поток; 3) яркость; 4) пульсация светового потока.

Электрические параметры: 1) мощность; 2) рабочее напряжение; 3) род питающего тока; 4) тип разряда и используемая область свечения.

Эксплуатационные параметры: 1) световая отдача; 2) срок службы; 3) зависимость световых и электрических параметров от напряжения питания и условий внешней среды; 4) размеры и форма ламп.

Основным признаком, выделяющим из всего многообразия люминесцентных ламп лампы массового применения для целей освещения, является их напряжение горения, связанное с видом используемого разряда. По этому признаку лампы делят на три основных типа.

1. Люминесцентные лампы дугового разряда с напряжением горения до 220 В. Эти лампы получили наибольшее распространение в нашей стране и европейских странах. Такие лампы имеют оксидный самокалящийся катод и зажигаются при его предварительном нагреве, что обуславливает основные особенности их конструкции.

2. Люминесцентные лампы дугового разряда с напряжение горения до 750 В. Такие лампы (типа Slim line) получили распространение в США, они работают без предварительного нагрева катодов, имеют мощность более 60 Вт.

3. Люминесцентные лампы тлеющего разряда с холодными катодами. Этот тип ламп используется для рекламного и сигнального освещения. Они работают при малых токах (от 20 до 200 мА) в установках высокого напряжения (до нескольких киловольт). Ввиду малого диаметра применяемых трубок им легко придается любая форма.

В особую группу выделяют высокоинтенсивные лампы повышенной мощности, имеющие размеры ламп первой группы. В таких лампах оказалось необходимым применять специальные способы поддержания давления насыщенных паров ртути.

Рассмотрим основные параметры люминесцентных ламп первой группы. Из перечисленных выше параметров, характеризующих люминесцентные лампы, нами уже рассмотрены цвет и спектральный состав излучения, световой поток, мощность, тип разряда и используемая область свечения. Значения других параметров люминесцентных ламп приведены в таблице 1. Средний срок службы ламп всех типов мощностью от 15 до 80 Вт в настоящее время превышает 12000 часов при минимальной продолжительности горения каждой лампы 4800 – 6000 часов. За время среднего срока службы стандартом допускается спад светового потока не более 40% начального, а за время, равное 70% среднего срока службы, – не более 30%.

Характеристики люминесцентных ламп общего назначения по ГОСТ 6825-74

Типы ламп	Мощность, Вт	Ток, А	Рабочее напряжение, В	Размеры, мм		Световой поток, лм		Срок службы, ч
				Длина со штырьками	Диаметр	средний	после минимальной продолжительности горения	средний	минимальный
ЛБ15 ЛТБ15 ЛХБ15 ЛД15 ЛДЦ15	15	0,33	54	451,6	27	820 820 800 700 600	600 540 525 450 410	15000	6000
ЛБ20 ЛТБ20 ЛХБ20 ЛД20 ЛДЦ20	20	0,37	57	604	40	1200 1100 1020 1000 850	940 760 735 730 630	12000	4800
ЛБ30 ЛТБ30 ЛХБ30 ЛД30 ЛДЦ30	30	0,36	104	908,8	27	2180 2020 1940 1800 1500	1680 1455 1395 1180 1080	15000	6000
ЛБ40 ЛТБ40 ЛХБ40 ЛД40 ЛДЦ40	40	0,43	103	1213,6	40	3200 3100 3000 2500 2200	2490 2250 2250 1900 1630	12000	4800
ЛБ65 ЛТБ65 ЛХБ65 ЛД65 ЛДЦ65	65	0,67	110	1514,2	40	4800 4650 4400 4000 3160	3720 3310 3165 2705 2500	13000	5200
ЛБ80 ЛТБ80 ЛХБ80 ЛД80 ЛДЦ80	80	0,865	102	1514,2	40	5400 5200 5040 4300 4800	4170 3745 3650 3100 2890	12000	4800

Яркость люминесцентных ламп различной цветности и мощности составляет от 4 × 10³ до 8 × 10³ кд/м². Яркость лампы связана с ее световым потоком Ф_л и геометрическим размерами соотношением

Электрические и световые параметры люминесцентных ламп определяются параметрами схемы включения и напряжением сети. При изменении напряжения сети электрические параметры ламп и те из световых и эксплуатационных параметров, которые непосредственно связаны с электрическими, также изменяются. При любых схемах включения параметры люминесцентных ламп значительно меньше зависят от напряжения питания, чем параметры ламп накаливания.

Зависимость параметров люминесцентных ламп от давления насыщенных паров ртути определяет их чувствительность к изменению температуры окружающей среды и условиям охлаждения. На рисунке 10 показана зависимость светового потока от температуры окружающего воздуха. Как известно, воздух в зависимости от скорости его движения существенно изменяет свое охлаждающее действие. Поэтому зависимость световой отдачи ламп, как это видно из рисунка 10, определяется не только температурой, но и скоростью движения воздуха.

Лампы с самокалящимися оксидными катодами

Основная масса люминесцентных ламп с самокалящимися оксидными катодами изготовляется в виде прямых трубок, отличающихся диаметром и длиной, то есть мощностью. Длина ламп жестко регламентируется стандартом. Это обеспечивает возможность установки ламп в светильники.

Для прямых люминесцентных ламп применяют несколько конструкций цоколей. Установленная ГОСТ 1710-79 конструкция с номинальными размерами показана на рисунке 11. Цоколь к лампе присоединяется с помощью цоколевочной мастики аналогично цоколеванию ламп накаливания.

Большая длина прямых люминесцентных ламп ограничивает в ряде случаев их применение, особенно в быту. Поэтому разработаны и выпускаются люминесцентные лампы различной формы: U и W-образные, кольцевые а в последние несколько лет компактные люминесцентные лампы конструкция которых приближена к лампе накаливания общего освещения, включая цоколь, что обеспечивает их успешное применение. Фигурные U и W-образные лампы обеспечивают возможность одностороннего крепления и присоединения к питающей сети. Фигурные лампы изготовляют сгибанием заваренных, но еще не откачанных прямых ламп требуемой мощности. Световая отдача изогнутых ламп меньше, чем прямых, из-за взаимного экранирования частей колбы. Кольцевые люминесцентные лампы сгибают в практически сплошное кольцо. Расстояние между концами согнутой лампы определяется возможностью присоединения согнутой лампы к вакуумной установке для откачки и вакуумной обработки. Этот небольшой промежуток заполняется в готовой лампе специальным цоколем с четырьмя штырьками. Параметры некоторых люминесцентных ламп приведены в таблице 2.

Параметры люминесцентных ламп специального назначения

Тип лампы	Мощность люминесцентных ламп, Вт	Ток, А	Рабочее напряжение, В	Размеры, мм		Световой поток, лм		Срок службы, ч
				Длина без штырьков	Диаметр	номинальный	После 40% средней продолжительности горения	средний	Каждой лампы
Малогабаритные
ЛБ4-1 ЛБ6-2 ЛБ8-3 ЛБ13-1	4 6 8 13	0,15 0,15 0,17 0,175	30 46 61 95	135,8 211,0 288,2 516,8	16 16 16 16	110 250 385 780	85 187 290 585	6000 6000 6000 6000	– – – –
Фигурные (U-, W-образные, кольцевые)
ЛБУ30-У4 ЛБ30-У4 ЛБК22 ЛБК32 ЛБК40	30 30 22 32 40	0,36 0,35 0,38 0,41 0,44	104 108 66 82 110	465 231 – – –	86 230 216 311 412	1920 1800 1050 1900 2600	1280 1280 790 1420 1950	15000 15000 7500 7500 7500	6000 6000 3000 3000 3000
Рефлекторные
ЛБР40 ЛБР80 ЛХБР40 ЛХБР80	40 80 40 80	0,43 0,865 0,43 0,865	103 102 103 102	1213,6 1514,2 1213,6 1514,2	40 40 40 40	2500 4350 2080 3460	390 * 600 * 300 * 500 *	10000 10000 10000 10000	4000 4000 4000 4000
Амальгамные
ЛБА15-1 ЛБА30-1 ЛБА40	15 30 40	0,33 0,36 0,43	54 104 103	451,6 908,8 1213,6	27 27 40	780 2040 3040	550 1450 2260	12000 12000 12000	4800 4800 4800
Цветные
ЛК40БП ЛЖ40БП ЛР40БП ЛЗ40БП ЛГ40БП	40 40 40 40 40	0,43 0,43 0,43 0,43 0,43	103 103 103 103 103	1213,6 1213,6 1213,6 1213,6 1213,6	40 40 40 40 40	330 1450 560 2100 1000	230 1020 390 1500 700	7500 7500 7500 7500 7500	4000 4000 4000 4000 4000

* Сила света в канделах

В целях использования цветовых преимуществ люминесцентных ламп и их низкой температуры в установках местного освещения разработана серия малогабаритных ламп в колбе диаметром 16 мм. Лампы этой серии, параметры которых приведены в таблице 2, отличаются от ламп основной серии меньшими световыми отдачами и сроками службы. Для присоединения к сети питания они снабжаются цилиндрическими штырьковыми цоколями типа G-5 по ГОСТ 17100-79 (рисунок 11).

Для работы при высоких окружающих температурах, например в закрытых светильниках, выпускаются специальные амальгамные люминесцентные лампы, в которых ртуть заменена амальгамой (таблица 2). Амальгамой называется сплав металла со ртутью. В зависимости от соотношения ртути и металла амальгамы при комнатной температуре могут быть в жидком, полужидком и твердом состоянии. При высоких температурах амальгама разлагается с выделением ртути, которая, испаряясь участвует в процессах создания газового разряда, как и в обычной люминесцентной лампе. Введение амальгамы увеличивает температуру, при которой достигается оптимальное давление паров ртути (до 60 – 90 °С), что позволило создать лампы с большой удельной мощностью на единицу длины, работающие при повышенных до 70 – 95 °С температурах окружающей среды. Однако введение ртути в виде амальгамы затрудняет зажигание ламп. Кроме того, постепенное испарение ртути приводит к постепенному повышению светового потока ламп – их разгоранию за определенное время. Время разгорания амальгамных ламп при указанных выше температурах окружающей среды составляет 10 – 15 минут. В качестве амальгамы в отечественных лампах используют состав, состоящий из 20 % ртути, 75 % свинца и 5 % бериллия в твердом состоянии.

Дальнейшее увеличение мощности люминесцентных ламп в приемлемых для их практического использования габаритных размерах потребовало разработки приемов и методов поддержания давления насыщенных паров ртути в необходимых пределах в условиях роста температуры средней части колбы. Сохранение давления паров ртути при высоких удельных нагрузках достигается созданием более холодного места на колбе лампы, чем ее средняя часть. Основными способами такого рода являются: приваривание в середине колбы цилиндрического отростка, как бы относящего часть внешней поверхности колбы на большее расстояние от оси разряда (рисунок 12, а); увеличение длины закатодной области с экранированием конца трубки от нагрева излучением катода (рисунок 12, б). Недостаток этих способов состоит в том, что при остывании лампы вся ртуть собирается в холодном месте, в результате чего замедляется разгорание лампы. Увеличение длины закатодной области приводит к уменьшению длины столба разряда. Поэтому световая отдача таких амальгамных ламп ниже, чем ламп с обычной конструкцией катода. Области их применения определяются параметрами окружающей среды. Из дополнительных недостатков ламп с отростком укажем на трудность их упаковки и транспортирования.

Рисунок 12. Способы получения холодных зон на колбе:
а – отросток на колбе; б – удлиненная и экранированная закатодная область; в – желобковая колба

Наилучшие результаты дает применение желобковых трубок (рисунок 12, в). Подобная форма колбы приводит к удлинению канала разряда, ось которого как бы изгибается вслед за перемежающимися желобками, при этом ряд участков поверхности трубки удаляется от оси разряда. Однако увеличение длины разрядного промежутка в таких конструкциях не приводит к ощутимому росту напряжения зажигания. Более длинный разрядный промежуток позволяет получить ту же мощность за счет несколько меньшего тока. Развитие таких люминесцентных ламп в последнее время приостановилось из-за успехов, достигнутых в производстве ламп высокого давления, прежде всего натриевых с улучшенной цветопередачей и высокими световыми отдачами.

Из специальных люминесцентных ламп следует упомянуть также так называемые облучательные лампы, излучение которых лежит за пределами видимой области. К таким лампам относят, в частности, бактерицидные лампы, которые не имеют люминофора. Бактерицидные лампы имеют значительный поток излучения в ультрафиолетовой области спектра (доминирующая длина волны 253,65 нм), отличающийся бактерицидным действием, то есть способностью обезвреживать бактерии. Для колб таких ламп применяют специальное увиолевое стекло, пропускающее более 50 % потока излучения с длиной волны 253,65 нм.

Бактерицидные лампы типа ДБ мощностью 8, 15, 30 и 60 Вт выпускают в колбах тех же размеров, что и люминесцентные лампы аналогичной мощности. Излучение бактерицидных ламп оценивают в специальных единицах бактерицидного потока – бактах (1бк – поток излучения мощностью 1 Вт с длиной волны 253,65 нм). Лампы типа ДБР8 (рефлекторные) имеют поток излучения 3 бк, ДБ15 – 2,5 бк, ДБ30-1 – 6,6 бк, ДБ60 – 8 бк.
Люминесцентные лампы с колбами из увиолевого стекла, но с худшим пропусканием излучения с длиной волны 253,65 нм из-за нанесения на внутреннюю стенку люминофора на основе фосфата кальция создают эритемный поток излучения, используемый в ряде установок загарного и лечебного действия. Излучение эритемных ламп оценивается в единицах эритемного потока – эрах (1 эр – поток излучения мощностью 1 Вт с длиной волны 297 нм). Эритемные лампы выпускаются типов ЛЭ, ЛЭР и ЛУФЩ мощностью от 4 до 40 Вт с эритемным потоком на расстоянии 1 м от 40 до 140 мэр/м².

Кроме рассмотренных выпускаются облучательные люминесцентные лампы специальной конструкции, рекламные, сигнальные и декоративные. Так, серия декоративных ламп включает в себя лампы различного цвета, что указывается в их маркировке (К – красные, Ж – желтые, Р – розовые, З – зеленые, Г – голубые).

Помимо рассмотренных люминесцентных ламп с оксидными самокалящимися катодами, используемыми в стартерных схемах включения, существуют лампы, предназначенные для работы в бесстартерных схемах и схемах мгновенного зажигания. Лампы для работы в бесстартерных схемах – лампы быстрого зажигания по конструкции не отличаются от стартерных, но имеют нормированные значения сопротивления катодов и токопроводящую полосу на колбе, облегчающую зажигание.

Особую группу люминесцентных ламп составляют рефлекторные лампы с направленным светораспределением. На внутреннюю поверхность трубки (до 2/3 ее окружности) наносят слой порошка металла, обладающего диффузным отражением, а затем слой люминофора. Отражающий слой концентрирует поток излучения. Такие лампы имеют меньшую световую отдачу из-за поглощения в отражающем слое, но обеспечивают большую эффективность светильников. Лампы с таким покрытием называют щелевыми. Щелевые лампы обладают большой концентрацией излучения, что позволяет применять их в электрических аппаратах (лампы типа ЛЩ47) и для облучения растений в теплицах (типа ЛФР150).

В связи с разработкой высокостабильных узкополосных люминофоров на основе редкоземельных элементов появилась возможность производства высокоэкономичных люминесцентных ламп в колбе диаметром 26 мм вместо 38 мм. Такие лампы имеют пониженную мощность – 18 вместо 20 Вт, 36 вместо 40 Вт, 58 вместо 65 Вт и высокую световую отдачу (до 100 лм/Вт), благодаря чему их световой поток оказывается выше, чем у стандартных ламп большей мощности.

Производство люминесцентных ламп связано с применением токсичной ртути. Поэтому разработка безртутных ламп давно привлекала внимание. Удалось создать лампы низкого давления в колбах диаметром 38, длиной 1200 мм, наполненные неоном, с люминофором на основе оксида иттрия, со световой отдачей 23 – 25 лм/Вт. Благодаря большему градиенту потенциала столба разряда в неоне (примерно в 2 раза выше, чем в ртутных люминесцентных лампах) можно создавать экономичные лампы, для определенных целей. Безртутные люминесцентные лампы из-за облегчения условий зажигания при пониженных температурах применяют, например, в установках освещения подводного лова рыбы.

Источник: Афанасьева Е. И., Скобелев В. М., «Источники света и пускорегулирующая аппаратура: Учебник для техникумов», 2-е издание переработанное – Москва: Энергоатомиздат, 1986 – 272 с.

Какие лампочки выбрать светодиодные или энергосберегающие

Перед тем, как сравнить два светильника, неплохо бы рассмотреть, какие теоретические основы процесса и конструктивные особенности есть у каждого. Но сначала придется ввести некоторое уточнение или пояснение. Дело в том, что под термином «энергосберегающие» с позиции простого обывателя скрывается не что иное, как компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Они действительно имеют более низкое потребление электричества, чем у ниточных, вольфрамовых аналогов при одинаковом уровне освещенности и лучше для дома. Но с точки зрения науки, технологии также справедлив термин «энергосберегающие светодиодные лампы». У них совершенно иной принцип и теория действия, но базовые цели те же. В этой статье мы не будем стараться поставить все на свои места в плане терминологии, поскольку в маркетинговом отношении она уже устоялась.

Итак, люминесцентной, компактной люминесцентной или энергосберегающей принято называть целую группу искусственных газоразрядных источников света. Принцип их действия базируется на создании и пропускании электрического разряда в замкнутом пространстве, заполненном, чаще всего, парами ртути. Это приводит к генерированию ультрафиолетового излучения, но для преобразования его в видимое, направленное потребуется дополнительная реакция.

Оказывается, если внутренние стенки условной колбы, в которой создается разряд, покрыть люминофором, то ультрафиолетовые лучи вызовут в нем химическую реакцию. При поглощении энергии происходит свечение или люминесценция. В качестве реагента обычно используют орто- или галофосфаты кальция, цинка в смеси с другими компонентами. Состав люминофора прямо влияет на оттенок и цветовую температуру, какими характеризуется лампа.

На концах колбы находятся электроды, пропускание тока через которые приводит к термоэлектронной эмиссии – высвобождению отдельных электронов с поверхности катода. Таким образом, поддерживается дуговой разряд в среде инертных газов и паров ртути.

Светодиодные лампочки имеют совершенной иной принцип действия. Он базируется на свойствах полупроводников, чем, собственно говоря, диоды и являются. В классическом варианте, когда граница или p-n-переход разделят кремниевый и германиевый элементы, происходит перераспределение дырок и электронов, то есть однонаправленный электрический ток. Но если, применить другие материалы, например, нитрид и арсенид галлия (GaN и GaAs), то рекомбинация элементарных частиц будет связана переходом между энергетическими уровнями и выделением фотонов, то есть свечением. Уже на основании одного этого факта, можно судить о том, что в сравнении с люминесцентными, такие лампы лучше для дома, более безопасны, ведь не используют в работе ртуть.

Чем отличаются светодиодные лампы от энергосберегающих

Светодиодные и энергосберегающие приборы отличаются технологией изготовления, а также принципами работы.

LED-источники производят свет прямым преобразованием из электрического тока. Полупроводниковые кристаллы излучают синий свет, поэтому их покрывают люминофором, формирующим желтый спектр световой волны. Пропорциональное смешивание желтого и синего спектра создает градации холодного, белого и теплого оттенков, соответствующих цветовой температуре — 5000К, 4000К и 3000К.

Принцип работы люминесцентных источников заключается в создании высоковольтных разрядов электрического тока в газовой среде колбы между электродами. Газ испускает ультрафиолетовое излучение, которое воздействует на люминофор, создавая эффект белого свечения. Корректную работу устройства обеспечивает электронная пускорегулирующая аппаратура, вмонтированная в корпус прибора.

Изготовители производят источники освещения, отличающиеся по мощности, светоотдаче, цветовой температуре, сроку службы, коэффициенту пульсации. Для адекватной оценки экономической выгоды и влияния на здоровье люминесцентных и светодиодных ламп нужно сравнить заводские технические характеристики, подтвержденные опытом эксплуатации.

Световой поток определяет количество света, излучаемого источником. Отношение светового потока к потребляемой мощности характеризует экономичность энергопотребления. Данные параметры указывают на упаковке изделия.

Светодиодная лампа при мощности 10 Вт производит световой поток 800 лм. Люминесцентная лампа с таким показателем светового потока потребляет 16 Вт электроэнергии. Экономия потребления электричества LED-ламп относительно энергосберегающих превышает 1,5 раза. Современные показатели светового потока светодиодных источников при мощности 10 Вт достигают 1000 лм, что удваивает экономичность относительно люминесцентных приборов.

КПД осветительного прибора показывает, какой процент электроэнергии преобразуется в видимый свет. В люминесцентном источнике электроэнергия проходит несколько этапов трансформации: питание ЭПРА, генерация разряда, образование УФ-излучения, нагрев газовой среды, облучение люминофора. Каждый этап преобразования влечет энергетические потери.

Люминесцентные устройства преобразуют в видимый свет 20-25% затраченной электроэнергии. До 80% энергии тратится на нагрев и излучения в невидимых диапазонах. Свет от источника рассеивается в пространстве. Отсутствие отражателя снижает коэффициент полезного действия до 15%.

Предлагаем ознакомиться Как утеплять стены дома — снаружи или изнутри ?

Светодиодные лампы производят свет из электричества напрямую, что исключает потери электроэнергии. LED-излучатели производят направленный поток света, что также увеличивает КПД. Коэффициент полезного действия LED-лампы с направленным пучком света достигает 99%, а рассеивающей конструкции — 90%.

Показатель мерцания

Питание осветительных приборов переменным током приводит к мерцанию света, невидимому для глаза. Медицина доказала, что световые пульсации частотой от 8 до 300 Гц негативно отражаются на зрении и головном мозге человека.

Люминесцентные источники с электромагнитной пускорегулирующей аппаратурой при подключении к одной фазе производят свет с частотой мерцания 100 Гц. Такими светильниками не рекомендуют оборудовать квартиры.

Применение электронных балластов в компактных люминесцентных лампах сглаживает пульсации, но нужно уточнять наличие в конструкции электронной, а не электромагнитной аппаратуры. Коэффициент пульсации света регламентирует документ СП52.13330.2011. В жилых домах недопустимо превышение коэффициента пульсации более 15%.

Светодиодные лампы комплектуют импульсными блоками питания либо драйверами с фильтрами. Импульсный источник дает пульсацию до 10%. Применение драйвера со сглаживающими фильтрами снижает коэффициент мерцания до 1%.

Поверхность осветительных приборов нагревается в процессе работы, что необходимо учитывать при планировании освещения.

Корпус энергосберегающей лампы нагревается до 75˚С, а цоколь до 50˚С. Замена КЛЛ требует осторожности, так как потеря герметичности колбы высвобождает пары ртути в атмосферу. Рабочая температура корпуса LED-ламп не превышает 65˚С, а цоколя — 40˚С. Показатели рабочих температур КЛЛ и LED не критичны для применения любых типов плафонов.

Источники освещения функционируют корректно при допустимой температуре окружающего воздуха. Для КЛЛ приемлемый диапазон от 5 до 35˚С. При эксплуатации люминесцентной лампы в холодных условиях увеличивается время запуска, а срок службы сокращается.

LED-приборы исправно функционируют при невысокой температуре окружающей среды, обеспечивающей отвод тепла от корпуса. Светодиодные устройства не устанавливают вплотную к нагревательным устройствам. Не рекомендуют закрывать элементы герметичными колпаками, которые затрудняют охлаждение прибора.

Тип цоколя

Производители выпускают светодиодные и люминесцентные электрические лампочки для дома с резьбовыми и штырьковыми цоколями. Резьбовые стандартные цоколи получили наибольшее распространение.

Типы резьбовых цоколей:

• Е27 — стандартный цоколь диаметром 27 мм под бытовой патрон;
• Е14 — цоколь с уменьшенным диаметром 14 мм;
• Е40 — вариант с увеличенным диаметром 40 мм для ламп большой мощности.

Штырьковые типы цоколей маркируют индексом G с цифрой, обозначающей расстояние между штырьками.

Люминесцентные источники света выпускают в виде прямых, кольцевых, компактно свернутых трубок. Размеры варьируются в широком диапазоне, но технология производства не позволяет изготавливать небольшие точечные источники. Трубки в КЛЛ имеют спиралевидную либо подковообразную форму.

Светодиодные источники производят в виде плоских панелей, длинных, объемных светильников, ленточной подсветки, прожекторов, ламп разнообразной формы и размеров. Популярны небольшие встраиваемые лампочки LED-JCDR с штырьковым цоколем GU5.3. Точечные источники встраивают в подвесные потолки.

Светодиодные приборы характеризуются небольшими габаритами и весом. LED-лампа со стандартным цоколем Е27 имеет форму и размеры лампы накаливания. КЛЛ с аналогичным световым потоком обладает большим весом и габаритами.

Срок службы

Срок службы осветительного элемента измеряют количеством часов безотказной эксплуатации без утраты технических характеристик. Производитель люминесцентных ламп тестирует данный параметр при 5-6 включениях в сутки. Заявленный ресурс КЛЛ — от 10 до 15 тыс.ч.

Многократные включения снижают эксплуатационный ресурс до 5 тыс.ч. Изнашивание электродов и люминофора приводит к снижению интенсивности свечения, что также является признаком потери эксплуатационных свойств.

Частота циклов включений не влияет на срок службы светодиодных устройств. Эксплуатационный ресурс достигает 60 тыс.ч. LED-лампы сетевого напряжения содержат в схеме питания сглаживающие устройства для плавного включения, предохранения от перепадов напряжения, перегрева. Это гарантирует соответствие эксплуатационного периода LED-прибора заявленному сроку службы.

Конструктивные особенности люминесцентных ламп

По аналогии с привычной лампой накаливания, энергосберегающая также состоит из двух макрокомпонентов – цоколя и колбы. При более детальном осмотре можно выделить следующие основные компоненты (см. на иллюстрации внизу):

1. Спиральная трубка/колба. Чем выше площадь внутренней поверхности, тем лучше распределяется газ и дуга внутри, и тем компактнее может быть лампа,
2. Люминофор. Специальное покрытие, обеспечивающее генерацию видимого света необходимой температуры,
3. Пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Узел, обеспечивающий правильное соотношение параметров работы (зажигание, разгорание, свечение). В его составе можно выделить такие компоненты, как конденсатор (3.1), электромагнитный контроллер (3.2), позистор (3.3), дроссель (3.4), транзистор силового типа (3.5), монтажная плата (3.6),
4. Защитный корпус. Предохраняет ЭПРА от механического воздействия и перегрева (содержит отверстия для вентиляции),
5. Цоколь. Монтажно-соединительный блок, с помощью которого лампа интегрируется в общую электросеть.

Экологичность и безопасности

Led лампы и здесь серьезно выигрывают, это связанно с тем, что они не содержат в себе ртути. А вот в обыкновенных экономках ртуть есть, она относится к первому классу опасности (самый опасный). Мы даже рассматривали статью: как утилизировать люминесцентные лампы, поэтому покупая их, вы должны четко понимать, что нужно еще правильно выбрасывать их после использования.

Статья по теме: Чем покрасить изделия из пенопласта внутри и снаружи дома

Вторая серьезная проблема люминесцентных ламп – они издают вредное инфракрасное излучение, оно может стать причиной многих заболеваний. Светодиоды не имеют таких недостатков, так что, в современных реалиях лучше покупать именно их.

Конструктивные особенности светодиодных ламп

По конструктивной схеме такие лампочки похожи на люминесцентные, о чем можно судить по иллюстрации внизу.

Ключевыми компонентами являются:

1. Колба диффузор. Используется для механической защиты светодиодов и равномерного распределения светового потока,
2. Светодиоды. Полупроводниковые, светогенерирующие элементы,
3. Плата. Печатная электросхема для включения диодов,
4. Корпус радиатора. Обеспечивает достаточный теплоотвод в процессе работы лампы,
5. Драйвер. Электронный блок, формирующий напряжение питания диодов,
6. Защитный корпус драйвера,
7. Цоколь.

Драйвер и радиатор необходимы для обеспечения нормальной работы прибора: первый – с точки зрения падения напряжения, а второй – перегрева. Оба этих условия негативно влияют на долговечность лампы.

Все же светодиодная или энергосберегающая?

Кто-то может сказать, что световые приборы с использованием нити накаливания имеют преимущество в цене, а с КЛЛ или LED можно еще и на низкокачественную подделку нарваться, но это в корне неверно. Сейчас вероятность приобретения подделки крайне мала, а ассортимент подобных ламп огромен.

Поспорить можно и о величине энергопотребления. И компактная люминесцентная, и светодиодная лампы потребляют минимум энергии, они обе очень экономичны, при этом не теряют силы светового потока. Да и остальные параметры оппонентов практически схожи.

Но все же специалистами в области электротехники рекомендуется вариант освещения на кристаллах, т. к. главное, чем отличаются светодиодные лампы – это долговечность, а также экологичность и безопасность. Есть и второстепенные преимущества, такие как компактность, немного большая экономичность и простота монтажа. А ведь по сути, для обычного обывателя очень важен вопрос, поможет ли осветительный прибор сберечь электроэнергию.

Но сравнивать в деле, что лучше для дома – светодиодные или энергосберегающие лампы – придется каждому самостоятельно, так же как и принимать окончательное решение.

Люминесцентное освещение: принцип работы, история появления и преимущества применения

Вот уже много лет подряд человечество использует для освещения домов, улиц, производств и прочих помещений люминесцентные лампы. Причина кроется в том, что, несмотря на дороговизну самих ламп, они облагают большей светоотдачей, чем лампы накаливания, имеющие аналогичную мощность.

Более дешевый свет, со временем вытекает в немалую экономию еще и потому, что средний срок службы таких изделий составляет около 5-ти лет при пределе циклов включений выключений до 2000. Давайте подробнее разберем, что такое люминесцентное освещение, какими преимуществами и недостатками оно обладает.

Сфера применения и особенности люминесцентных ламп

Люминесцентная лампа является газоразрядным источником света. В них электрический заряд, взаимодействуя с парами ртути, образует ультрафиолетовое излучение, которое при контакте с люминофором преобразуется в свет, видимый для глаза. В качестве люминофора выступают различные смеси, например, галофосфата кальция с прочими элементами.

Типы ламп и области применения

Существует два типа ламп: высокого и низкого давления. Первые применяются в установках освещения большой мощности, а также для уличного освещения. Вторые – используются для освещения производственных и жилых помещений.

ГРЛНД или газоразрядная ртутная лампа низкого давления – это стеклянная колба (трубка) с нанесенным на внутренние стенки слоем люминофора. Изнутри такие лампы заполняются аргоном и ртутью (или амальгамой) под давлением в 400 Па.

Интересно знать! Плазменные панели – это одна из разновидностей люминесцентных ламп!

Очень широкое распространение люминесцентные лампы получили в:

• Школах;
• Офисах;
• Больницах и поликлиниках;
• И прочих местах.

С появлением в середине 80-х годов 20-го века компактных цоколей типа Е14 и Е27 под данные лампы, они стали распространяться и в быту, год от года завоевывая все большую популярность.

Использовать люминесцентные лампы лучше всего для освещения помещений с большой площадью. Совместное использование ламп с системами DALI позволяет сократить энергопотребление от 50 до 80%, и увеличить срок их эксплуатации.

Широкое применение люминесцентные лампы получили и в световой рекламе, освещении персональных рабочих мест и подсветки фасадов зданий. Используются они и в растениеводстве при организации искусственного освещения в теплицах.

До массового распространения светодиодов, ЖК-панели всех типов подсвечивались только люминесцентными лампами.

Плюсы и минусы

Думаем, что ни для кого не секрет, что успехом люминесцентные лампы пользуются благодаря своим преимуществам перед конкурентами.

К ним относятся:

• Высокая светоотдача и КПД – к сведению, 20-ти ваттная люминесцентная лампа выдает света, как обычная лампа накаливания в 100Вт.
• Большое разнообразие цветовой палитры свечения – позволяет создавать яркие композиции любой сложности.
• Испускаемый свет является рассеянным.

• Большой срок службы – лампы премиум класса способны работать, вплоть до 20 000 часов, против 1000 у ламп накаливания. Но справедливости ради стоит отметить, что данный показатель может быть достигнут только при отличном качестве электропитания, и соблюдении максимально возможного количества включений.

Совет! Отсюда можно вывести правило, что люминесцентные лампы – это не лучшее решение для проходимых мест, оснащенных датчиками движения. Также нельзя подключать такое освещение через выключатели со световой диодной индикацией – это вызывает постоянное мерцание лампы (по сути, включение – выключение), приводящее к быстрому выходу из строя.

В последние десять лет люминесцентное освещения стало сдавать свои позиции, уступая более совершенному светодиодному освещению. Данная тенденция наметилась по причине недостатков таких ламп, которые необходимо было устранить.

Вот недостатки люминесцентного освещения:

• Лампы содержат ртуть, вплоть до 1 гр. Это означает высокую химическую опасность при разгерметизации колбы. Люди не всегда отдают себе отчет об опасности ртути, и могут, не задумываясь, разбить такую лампу. Между тем, 1 капля ртути способна отравить пространство вокруг себя в радиусе нескольких километров.
• Спектр их свечения неравномерный, линейчатый. Это означает, что он неприятен глазу человека и искажает цвета освещаемых им предметов. Существуют лампы и со сплошным освещением, но их свечение не бывает таким ярким, то есть, экономия на электричестве сокращается.
• Со временем КПД люминесцентной лампы падает, в связи с деградацией люминофора – изменяется цветовой спектр, падает светоотдача.
• Еще один недостаток люминесцентного освещения – это мерцание ламп, которое происходит в два раза чаще, чем у питающего его электричества, то есть, в наших сетях оно составит 100 Гц. Проблема решается применением ЭПРА (Электронный пускорегулирующий аппарат), при условии, что его конденсаторы имеют достаточную емкость.

• Необходимость наличия пускового механизма для лампы.
• Низкий коэффициент мощности ламп считается неудачной нагрузкой для электрической сети.
• Высокая цена по сравнению с лампами накаливания.

Размер ламп сегодня также играет важную роль. И если это не сильно важно для осветительных приборов в помещении, то для электроники — наоборот.

Переход на светодиоды позволил сделать ЖК-дисплеи очень компактными. У нас появились ультратонкие телевизоры, смартфоны и планшеты с качественными яркими дисплеями, и многое другое.

История появления люминесцентных ламп

Первопредками современных люминесцентных ламп являются газоразрядные лампы, использовавшиеся еще в 19 веке. Свечение газов под воздействием тока первым в мире наблюдал Михаил Ломоносов – он пропускал электричество через шар заполненный водородом.

• Первой действующей газоразрядной лампой считается изобретение немецкого физика Генриха Гейслера. В 1856 году он получил синее свечение трубки, заполненной газом.
• В 1891 году система освещения газоразрядными лампами была запатентована Николой Тесла. Его система включала в себя газоразрядные аргоновые трубки, которые он запатентовал незадолго до этого, и источник высокого напряжения с высокой частотой.

Аргоновые лампы Тесла применяются и сегодня.

• В 1893 году, в Чикаго, штат Иллинойс, на выставке достижений науки и техники было продемонстрировано люминесцентное свечение. Его представил всем известный Томас Эдисон.
• В 1894 году М.Ф. Мур продемонстрировал лампу на азоте и углекислом газе, которая испускала бледно-розовое свечение.
• В 1901 году Купер Хьюитт создал ртутную лампу, испускавшую сине-зеленый свет, вследствие чего она не нашла применения. Но она была намного эффективнее ламп Эдисона и Гейслера, и практически уже была аналогом современных приборов.
• В 1926 году было решено увеличить давление внутри колбы, а их внутренние стенки покрывать люминофором, изменяющим ультрафиолетовое излучение в нужный световой спектр. Идея принадлежала Эдмунду Гермеру, ученому, который фактически создал дневное освещение с помощью люминесцентных ламп.

Позже, патент на изобретение выкупила General Electric, основанная Эдисоном. Компания смогла довести лампы до коммерческого производства и использования.

В СССР над разработкой ламп под освещение дневное занимались такие видные деятели, как: В.А. Фабрикант, С.И. Вавилов, В.Л. Левшин, Ф.А. Бутаева, М.А. Константинова-Шлезингер, В.И. Долгополов. Все они были удостоены звания лауреата Сталинской премии второй степени.

Разновидности, принцип функционирования и использование люминесцентных ламп

С поверхностной информацией мы уже ознакомились, а теперь давайте посмотрим глубже на строение ламп. Определим основные их особенности, и озвучим много интересной информации, которая если и не пригодится на практике, но для общего развития будет очень полезна.

Принцип работы

Представим, что у нас есть лампа, она включена и работает. Благодаря чему возникает свечение? Дело в том, что на противоположных концах трубки есть электроды, между которыми горит дуговой разряд (физическое явление, открытое в 1802 году русским физиком В. Петровым).

Внутренний объем лампы заполнен парами ртути и инертным газом (одноатомные газы без запаха и цвета). При контакте с электричеством создается поток ультрафиолетового нетеплового излучения.

Как уже говорилось, изнутри колба покрыта слоем люминофора, который имеет свойство поглощать ультрафиолет, преобразуя его в видимый свет. Различный состав люминофора позволяет регулировать световой оттенок. В качестве напыления используются ортофосфаты кальция-цинка и галофосфаты кальция. Интенсивность излучения зависит от мощности лампы и качества люминофора.

Поддерживается дуговой разряд благодаря термоэлектронной эмиссии заряженных электронов с поверхности катода (выбивание электронов из металлов при воздействии высоких температур). Поэтому, чтобы лампа стартовала, катоды нужно разогреть.

Здесь типы ламп начинают различаться:

1. Первые – это модели с горячим запуском (лампы ЛД и ДРЛ). В них катоды прогреваются проходящим по ним током. Данные лампы имеют заметный глазу замедленный старт (0,5 – 1 сек), что раздражает многих пользователей. Но стоит отметить, что такие лампы служат намного дольше.
2. Вторые – лампы с «холодным» запуском. В них катоды разогреваются с помощью ионной бомбардировки, которая происходит в тлеющем разряде высокого напряжения. Такие лампы включаются практически мгновенно, но срок их службы от этого сокращается.

Для запусков ламп применяют пусковые устройства с электромагнитным и электронным балластом, но про них мы поговорим немного позднее.

Маркировка люминесцентных ламп

В зависимости от того насколько ярким является освещение, человеческое восприятие цвета сильно изменяется, Так, например, синий цвет заметен нами лучше при слабом освещении, а красный цвет становится при этом менее заметным. В результате дневной свет при низкой интенсивности кажется синеватым.

Из-за этих особенностей нашего зрения разработаны нормы для освещенности различных помещений: для дома достаточно 75 люкс (единица измерения силы света, согласно СИ) в пределах одной комнаты, а для производственных помещений это значение составляет 400 люкс.

1. В первом случае наиболее естественным выглядит освещение с цветовой температурой в 3000К.
2. Во втором – 4000-6000К, так как предыдущий вариант уже будет казаться желтым.

Чтобы не запутаться в этих параметрах производители маркируют совою продукцию. Маркировка может быть международной или внутригосударственной.

Международная система обозначений

Международная включает в себя трехчисловое значение, правильно расшифровав которое, можно определить параметры лампы.

1. Первая цифра в коде – это индекс цветопередачи. Данное число умножается на 10 Ra (своеобразный показатель уровня цветности). Чем выше получаемое значение, тем более точной считается цветопередача. Компактные лампы для дома обычно имеют данный показатель в 60-98 Ra.
2. Оставшиеся две цифры обозначают цветовую температуру испускаемого лампой свечения.

То есть, маркировка на упаковке 930 говорит о том, что лампа имеет индекс цветопередачи равный 90 Ra и цветовую температуру в 3000 Кельвин.

Помимо указанной маркировки, согласно DIN 5035 (Немецкий аналог ГОСТа), диапазон цветопередачи от20 до 100 Ra делится на 6 частей. Вдаваться в подробности не станем, но если кому-то хочется просветиться, то просим прогуляться по просторам интернета.

Отечественная маркировка

Внутренняя Российская маркировка сильно отличается от вышеописанной. Регламентируется она ГОСТ 6825-91 (МЭК 81-84) и прочими нормативными документами.

Согласно данной маркировке различают следующие типы ламп:

Маркировка	Описание	Температура в К	Международный аналог
ЛБ	Белый свет. Для них характерны высокая светоотдача и низкокачественная передача цвета. Используются, прежде всего, в административных и производственных помещениях.	3500	635
ЛД	Дневной свет. Имеет легкий голубоватый оттенок. Цветопередача приемлемая, в сочетании с высокой светоотдачей.	6500	765
ЛХБ	Холодный белый свет. Оттенок чем-то напоминает солнечный. Цветопередача находится на низком уровне. Как и предыдущие варианты подходит для производств с низкими требованиями к цветопередаче.	4000	640
ЛТБ	Теплый белый свет. Белое свечение имеет слегка розоватый оттенок. Применяется в местах общепита и продуктовых магазинах	3000	530 — 630
ЛЕ	Естественный свет. Белый свет не имеет оттенков. Для него характерна высокая светоотдача.	4000	740
ЛХЕ	Естественный холодный свет. Аналогичен предыдущему, но имеет более холодный оттенок.	6000	760

В таблице мы перечислили основные типы ламп и их маркировку. Помимо этого маркировка может дополняться буквой «Ц», что означает улучшенную цветопередачу, или «ЦЦ» — высококачественную цветопередачу.

То есть, маркировка ЛДЦЦ будет означать дневной свет с высокой передачей цветности. Такие лампы используют в музеях и на выставках, чтобы не искажать восприятие стараний художников.

Помимо названных вариантов, существует еще множество ламп, имеющих специфическое назначение. Данные модели тоже имеют свою маркировку.

• ЛЗ, ЛГ, ЛК, ЛР, ЛГР, ЛЖ – все это лампы цветного свечения (р — розовый, к – красный, ж – желтый, гр – лиловый, з –зеленый, г – голубой);
• ЛУФ – ультрафиолетовые лампы;
• ДБ – ультрафиолетовое свечение типа «С»;
• ЛСР – рефлекторные лампы синего света.

Для более подробного ознакомления с маркировкой обращайтесь к ГОСТу.

Подключение в электрическую сеть

Существенным недостатком люминесцентных ламп является то, что они не могут быть включены в сеть напрямую, и причины для этого две.

1. После возникновения в лампе разряда она приобретает отрицательное дифференциальное сопротивление, из-за чего может произойти короткое замыкание, если конечно в цепь не включить сопротивление.
2. В выключенном состоянии люминесцентная лампа обладает высоким сопротивлением, поэтому для образования электрической дуги ей требуется импульс высокого напряжения.

Для решения описанных проблем применяют пусковые устройства Наибольшее распространение получили вариации ЭмПРА и ЭПРА.

Электромагнитный балласт

Электромагнитный балласт или ЭмПРА – это дроссель, который обладает индуктивным сопротивлением нужной величины и подключается параллельно с лампой. Имеет стартер из конденсатора и неновой лампочки. Суть данного аппарата состоит в том, что при включении он формирует импульс до 1 кВ за счет самоиндукции, при этом он ограничивает протекающий через него ток благодаря своему сопротивлению.

К достоинствам схемы можно отнести надежность, долговечность и простоту исполнения. Недостатков у нее гораздо больше:

• Длительный старт – вплоть до 3-х секунд;
• Большое потребление дросселем энергии;
• Меньший коэффициент мощности;
• Наличие низкочастотного гудения при дросселях плохого качества;
• Удвоенное мерцание лампы;
• Большие габариты конструкции;
• Если температура воздуха вокруг лампы ниже нуля, то старта лампы может вовсе и не произойти.

Электронный балласт

Электронный балласт (ЭПРА) питает лампы током с высокочастотным напряжением от 25 до 133 кГц, благодаря чему мерцание таких ламп совершенно незаметно человеческому глазу. Различают множество моделей ЭПРА, которые могут использоваться как для горячего, так и для холодного запуска.

Разница с ЭмПРА заключается в том, что ЭПРА не имеет стартера (неоновой лампы с конденсатором), а нужные напряжения он способен формировать сам. Чаще, электронный балласт разогревает катоды до нужной температуры напряжением, чтобы лампа стартовала.

В зависимости от модели, ЭПРА могут разжигать лампу плавно, постепенно увеличивая свечение, или делать это мгновенно.

«Холодный» запуск осуществляется за счет того, что цепь, в которую подключена лампа, по сути, является колебательным контуром, параметры которого подобраны так, что при отсутствии разряда возникает явление электрического резонанса в контуре. Подобный метод очень популярен среди радиолюбителей, так как позволяет запускать даже лампы с прогоревшими катодами.

Лампа сломалась

Почему выходит из строя люминесцентная лампа? Если лампу вы не разбили, то причина, скорее всего, кроется в следующем. Зажигательные электроды конструкции сделаны из вольфрама, покрытого пастой из щелочноземельных металлов, которая во время работы понемногу осыпается с катодов.

Особенно интенсивно данный процесс происходит при запуске лампы из-за того, что разряд начинает гореть не по всей площади, а лишь на определенном участке поверхности, вызывая локальные перепады температур. Отсюда и образуется потемнение колбы по краям, которое становится более заметным к концу срока ее службы.

Вывод! Продолжительность эксплуатации лампы напрямую зависит от качества электродов, установленных в ней.

Лампы на ЭмПРА и ЭПРА перегорают по-разному:

• В первом случае, при выгорании одного из электродов, напряжение на лампе возрастает до величины разряда в стартере. Из-за этого он начинает постоянно срабатывать и возникает всем известное мигание изношенных ламп.
• При постоянном срабатывании стартера электроды начинают перегреваться, в результате один из них, спустя пару дней, перегорает. При этом очень часто сгорает и сам стартер, требуя замены вместе с лампой.
• Лампа может выходить из строя и по причине неисправности дросселя и стартера. В первом случае ток, протекающий через лампу, сильно возрастает, из-за чего электроды плавятся, а лампа моментально перегорает. Во втором – лампа шунтируется по цепи стартера, из-за чего начинают работать только нити накала лампы. В таком режиме работы они изнашиваются во много раз быстрее.
• В ЭПРА, после перегорания нитей накала и повышения напряжения — если отсутствует система защиты (балласты низкого качества) – возрастает ток, приводящий к перегоранию транзисторов балласта.
• Некачественные ЭПРА могут также стать причиной поломки, так как конденсатор на выходе, по мере старения лампы, может пробить, что также вызовет перегорание транзисторов.

Мигание в ЭПРА при выходе лампы из строя отсутствует – она просто гаснет. Установить причину поломки можно обычным мультиметром, проверив нити накала на сопротивление.

Разновидности вариантов исполнения

Всего различаю два вида люминесцентных ламп: линейные и компактные.

• Первый вариант представляет собой ртутную лампу низкого давления, U-образной или кольцевой формы. Согласно ГОСТ 6825-91 их еще называют трубчатыми, хотя данное определение сегодня считается устаревшим.
• По сути, это стеклянная трубка с двумя цоколями по краям, в которых вмонтированы ножки электродов. Сама трубка герметически запаяна, чтобы удерживать внутри инертный газ (Ne, Kr, Ar) и пары ртути.
• Данные лампы различаются по длине, форме и толщине трубки.

Второй вариант имеет изогнутую трубку, которая может дополнительно закрываться округлыми колбами. Основное различие между ними кроется в типе используемого цоколя: 2D, G23, G27, G24 (с модификациями …Q1, Q1, Q3), G53. Из-за этого может разниться инструкция по монтажу ламп – изучайте прилагаемые к устройству аннотации.

Также выпускаются и стандартные варианты цоколей, которые мы очень часто вкручивает своими руками:

• Е14 – самый маленький цоколь;

• Е27 – стандартный цоколь, как на большинстве ламп накаливания;

• Е40 – большой цоколь для уличных фонарей.

Такая универсальность способствовала быстрому распространению энергосберегающих люминесцентных ламп.

Утилизация люминесцентных ламп

Ну, и напоследок, давайте поговорим немного про безопасность использования героя нашего обзора. Как известно, ртуть является ядовитым веществом первого класса опасности. Применение в электротехнике и утилизацию таких веществ регламентирует RoHS – свод законов принятых на всей территории Европы.

Согласно этим документам, пользователи, утилизирующие отходы с содержанием ртути, обязаны сдавать их в специализированные пункты приема. В нашей стране утилизацией должны заниматься ЖЭКи и индивидуальные предприниматели, получившие на это соответствующее разрешение.

Если в подобной конторе отказываются принять лампу, то вы можете пожаловаться в управление или мэрию, а лампу отнести в пункт приема магазина «IKEA», которые принимают любые лампы, и не важно, каким производителем они сделаны.

В России с 3 сентября 2010 года действует Постановление Правительства РФ № 681, регламентирующее не только процедуру утилизации подобных изделий, но и содержащее перечень мер по очистке и дезинфекции помещений, зараженных парами ртути.

На этом закончим наш экскурс в мир, где царит освещение люминесцентное. Мы затронули большую часть вопросов связанных с данными источниками света, но если что-то осталось для вас не совсем понятным, то посмотрите предлагаемое нами видео, где можно увидеть много интересного.