Люминесцентные лампы — от расцвета до заката
Люминесцентному освещению в том виде, в каком мы имеем его сегодня, около 80 лет, хотя история становления технологии длилась приблизительно столько же, то есть в целом на путь технологии люминесцентных ламп приходится около 160 лет.
До того как в каждом доме появилась люминесцентная лампа, до появления люминесцентных ламп в уличном освещении, до появления ламп дневного света в офисах, инженерами и учеными был пройден длинный путь от изобретения вакуумной трубки, через эксперименты со свечением инертных газов под высоким напряжением, до разработки цельной технологии с надежным и качественным флуоресцентным покрытием светящихся трубок и подходящей схемой питания люминесцентных ламп.
Справедливости ради стоит начать с Михаила Васильевича Ломоносова, который еще в 18 веке наблюдал свечение заполненного водородом стеклянного шара под действием электрического тока. Ломоносов не ставил перед собой задачу создать источник электрического света, поэтому до изобретения люминесцентной лампы как таковой было еще далеко.
Первая газоразрядная лампа (в виде экспериментальной установки) увидит свет в 1856 году, и это будет трубка Гейслера. Немецкий стеклодув Генрих Гейслер отличался изобретательским талантом, и благодаря вакуумному насосу собственной разработки, Гейслер откачал воздух из стеклянной колбы.
При помощи высоковольтной катушки Гейслеру удалось возбудить в вакуумированной колбе зеленоватое свечение. Заполненная газом, колба меняла оттенок свечения под действием высоковольтных токов. Это изобретение получило название в честь ученого — трубка Гейслера.
Явление электролюминесценции разных веществ чуть позже отметит Александр Эдмон Беккерель. Экспериментируя в 1859 году с трубками Гейслера, он первым предложит покрыть внутреннюю поверхность трубок люминесцирующими веществами.
Благодаря обширному предварительному опыту исследований в области солнечного и искусственного света, именно Беккерель задаст направление по которому дальше пойдет развиваться технология люминесцентного освещения.
Интерес Беккереля был чисто научным, и создавать источники света он не собирался, поэтому на этапе экспериментов было получено не очень яркое свечение, и эксперименты не были продолжены ученым. Хотя идея применения люминофора стала важным технологическим шагом.
В мае 1891 года американский ученый, серб по происхождению, Никола Тесла, проведет в Колумбийском университете яркую демонстрацию с трубками Гейслера, где покажет свечение вакуумированных трубок в электрическом поле высокочастотной катушки.
Тесла отметит зависимость характера свечения от внутреннего покрытия трубок, например иттрий в качестве внутреннего фосфоресцирующего покрытия трубок давал яркий белый свет, интенсивности которого было достаточно для чтения. Тесла использовал электростатическое поле высокой напряженности, и мог разместить трубку без электродов в любом месте комнаты, и она светилась только благодаря индукции.
Позже, а именно 23 июня 1891 года, Тесла получит патент на систему искусственного освещения газоразрядными аргоновыми лампами, питаемыми токами высокого напряжения и высокой частоты (патент №454622). Аргон, кстати, по сей день используется в люминесцентных лампах.
В 1894 году американский инженер электрик и изобретатель Даниель МакФарлан Мур изобрел лампу дневного света, в которой использовались инертные газы диоксид углерода — для белого света, и азот для светло-розового света. Лампа отличалась сложной конструкцией, и лишь начиная с 1904 года, после усовершенствований, именно лампа Мура стала применяться в офисных помещениях и магазинах для искусственного освещения.
Томас Эдисон также предпринял попытку практически развить применяемость трубки Гейслера, и в 1896 году он разработал покрытие из вольфрамата кальция для рентгеновских трубок, позже, в 1907 году, изобретение будет запатентовано как люминесцентная лампа.
Однако для освещения такая лампа не годилась, в итоге Эдисон остановился на продвижении своих ламп накаливания, с которыми он уже тогда добился определенного коммерческого успеха. Хотя, еще в 1893 году сам Эдисон выступил на выставке в Чикаго, где показал люминесцентное свечение (вероятно, желая не отставать от Тесла и Мура).
Уже в 1901 году американский инженер электрик и изобретатель Питер Купер Хьюитт продемонстрировал первую ртутную лампу. Пары ртути давали мягкий сине-зеленый свет, а эффективность превосходила лампочку Эдисона. Тем не менее, сине-зеленый свет не подошел для повсеместного внедрения ламп Хьюитта для искусственного освещения. Хотя, позже именно лампы системы Хьюитта будут всюду на фонарных столбах (с 1930 года).
В 1926 году немецкий изобретатель Эдмунд Гермер вместе с коллегами, занимаясь поисками эффективного искусственного источника ультрафиолетового излучения, обнаружили, что увеличив давление внутри колбы покрытой флуоресцентным порошком, можно получить ровный белый свет, гораздо более яркий, и потому более пригодный для искусственного освещения, чем давали лампы накаливания.
Эдмунд Гермер позже будет по праву назван отцом современных флюоресцентных ламп, ведь именно лампы Гермера более близки к сегодняшним люминесцентным лампам по своему устройству.
В 1934 году компания General Electric выкупит патент Гермера, и исследовательская группа под руководством Джорджа Инмана и Ричарда Тайера начнет усердно доводить до совершенства изобретение Гермера.
Эффективность люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания поразит всех. Сообщения о 35 люменах на ватт, достигнутых лабораторией General Electric к августу 1934 года, перевернут мир искусственного освещения, и уже в декабре 1934 начнется производство ламп в США. К 1938 году 48 дюймовые трубчатые лампы дневного света на 40 ватт можно будет увидеть в каждом офисе.
На сегодняшний день люминесцентное освещение не спешит сдавать своих позиций, хотя наличие ртути в колбах играет отнюдь не в пользу люминесцентных ламп.
На пятки уже наступают сверхэффективные светодиоды, которые не содержат ртуть, при этом световая отдача достигает 150 люмен на ватт, что в 1,5 раза превосходит средние показатели для ламп люминесцентных, так что закат люминесцентного освещения, пожалуй, близок.
Когда появились люминесцентные лампы в ссср
Люминесцентные лампы.
Люминесцентная лампа — это устройство, в котором электрический разряд в проходя через пары ртути создаёт ультрафиолетовое излучение, которое преобразуется в видимый свет с помощью люминофора — например, смеси галофосфата кальция с другими элементами.
Световая отдача люминесцентной лампы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания аналогичной мощности.
Раньше люминесцентные лампы называли так же лампами дневного света. Но теперь есть уже и другие лампы которые по спектру свечения близки к дневному свету.
История.
История ламп дневного света (люминесцентных ламп) начиналась с газоразрядных ламп.
Впервые свечение газов под воздействием электрического тока наблюдал Михаил Ломоносов, пропуская ток через заполненный водородом стеклянный шар.
Считается, что первая газоразрядная лампа была изобретена в 1856 году Генрихом Гейслером. Гейслер получил синее свечение от заполненной газом трубки, газ в трубке возбуждался при помощи соленоида.
23 июня 1891 года Никола Тесла запатентовал систему электрического освещения газоразрядными лампами (патент № 454,622), которая состояла из источника высокого напряжения высокой частоты и газоразрядных аргоновых ламп, запатентованных им ранее (патент № 335,787 от 9 февраля 1886 года). Аргоновые лампы используются и в настоящее время.
В 1893 году на всемирной выставке в Чикаго, штат Иллинойс, Томас Эдисон продемонстрировал публике люминесцентное свечение.
В 1894 году М. Ф. Моор создал лампу, в которой использовал азот и углекислый газ, испускающий розово-белый свет.
В 1901 году Питер Купер Хьюитт продемонстрировал ртутную лампу, которая испускала свет сине-зелёного цвета, и таким образом была непригодна в практических целях. Однако, её конструкция была очень близка к современной, и имела намного более высокую эффективность, чем лампы Гейслера и Эдисона.
В 1926 году Эдмунд Гермер и его сотрудники предложили увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбуждённой плазмой, в более однородный бело-цветной свет, близкий по спектру к дневному.
Эдмунд Гермер считается изобретателем люминесцентной лампы дневного света.
Компания General Electric выкупила у Гермера патент и, к 1938 году, довела лампы дневного света до широкого массового использования.
В СССР после Великой Отечественной Войны тоже начали активные работы по разработке собственных люминесцентных ламп. В 1951 году за разработку люминесцентных ламп коллектив советских ученых В. А. Фабрикант, С. И. Вавилов, В. Л. Лёвшин, Ф. А. Бутаева, М. А. Константинова-Шлезингер, В. И. Долгополов. был удостоен званий лауреатов Сталинской премии второй степени.
Принцип работы люминесцентных ламп.
При работе люминесцентной лампы между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, горит дуговой разряд. Стеклянная колба лампы заполнена инертным газом и парами ртути, проходящий через газ электрический ток приводит к появлению УФ-излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки стеклянной колбы покрыты специальным веществом — люминофором, которое поглощает УФ-излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно менять оттенок свечения лампы. В качестве люминофора используют в основном галофосфаты кальция и ортофосфаты кальция-цинка.
Дуговой разряд в лампе поддерживается за счёт термоэлектронной эмиссии заряженных частиц (электронов) с поверхности катода. Для запуска лампы катоды разогреваются либо пропусканием через них тока, либо ионной бомбардировкой в тлеющем разряде высокого напряжения («лампы с холодным катодом»).
Светильники дневного света.
Любая газоразрядная лампа (в том числе газоразрядная люминесцентная лампа низкого давления), в отличие от лампы накаливания, не может быть включена напрямую в электрическую сеть. Причин для этого две:
— в «холодном» состоянии люминесцентная лампа обладает высоким сопротивлением и для зажигания в ней разряда требуется импульс высокого напряжения;
— люминесцентная лампа после возникновения в ней разряда имеет отрицательное дифференциальное сопротивление, поэтому, если в цепь не будет включено сопротивление, то возникнет короткое замыкание и лампа выйдет из строя, либо возникнут проблемы с источником электрического тока.
Для решения этих проблем в светильниках, использующих люминесцентные лампы, применяют специальные устройства — балласты и пуско-регулирующие устройства.
Механизм запуска люминесцентной лампы с электромагнитным балластом и стартером.
В классической схеме включения с электромагнитным балластом для автоматического регулирования процесса зажигания люминесцентной лампы применяется пускатель (стартер), представляющий собой небольшую неоновую лампу с подключённым параллельно ей конденсатором, заключённую в корпус. Один внутренний электрод неоновой лампы стартера неподвижный жёсткий, другой — биметаллический, изгибающийся при нагреве (есть также стартеры и с двумя гибкими электродами (симметричные)).
Рис. Схема включения люминесцентной лампы.
В исходном состоянии электроды стартера разомкнуты. Стартер подключается параллельно лампе так, чтобы при замыкании его электродов ток проходил через спирали лампы.
В момент включения к электродам люминесцентной лампы и стартера прикладывается полное напряжение сети, так как ток через лампу отсутствует и падение напряжения на дросселе равно нулю. Спирали лампы холодные. Разряд в люминесцентной лампе отсутствует и не возникает, так как напряжения сети недостаточно для её зажигания. Но в лампе стартера от приложенного напряжения возникает тлеющий разряд, и ток проходит через спирали лампы и электроды стартера. Ток разряда мал для разогрева спиралей люминесцентной лампы, но достаточен для разогрева электродов стартера, отчего биметаллический электрод изгибается и замыкается с жёстким электродом. Так как напряжение сети может изменяться относительно номинальной величины, напряжение зажигания в лампе стартера подбирается таким, чтобы разряд в нём зажигался при самом низком напряжении сети. Ток, ограничиваемый индуктивным сопротивлением дросселя, течёт через спирали лампы и разогревает их. Когда замкнутые электроды стартера остывают (в замкнутом состоянии теплота на них не выделяется из-за малого сопротивления), цепь размыкается, и благодаря самоиндукции происходит бросок напряжения на дросселе, достаточный для зажигания разряда в люминесцентной лампе.
Параллельно неоновой лампе в стартере подключён конденсатор небольшой ёмкости, служащий для формирования резонансного контура совместно с индуктивностью дросселя. Контур формирует импульс достаточно большой длительности чтобы зажечь люминесцентную лампу (при отсутствии конденсатора этот импульс будет слишком коротким, а амплитуда слишком большой, и энергия, накопленная в дросселе, израсходуется на разряд в стартере). К моменту размыкания стартера спирали люминесцентной лампы уже достаточно разогреты, и если бросок напряжения, возникающий за счёт самоиндукции дросселя достаточен для пробоя, то происходит зажигание разряда в лампе. Рабочее напряжение лампы ниже сетевого за счёт падения напряжения на дросселе, поэтому напряжение погасания разряда в лампе стартера задают несколько больше, чем напряжение на люминесцентной лампе, поэтому повторного срабатывания стартера не происходит. В процессе зажигания люминесцентной лампы стартер иногда срабатывает несколько раз подряд, если он размыкается в момент, когда мгновенное значение тока дросселя равно нулю, либо электроды лампы ещё недостаточно разогреты.
По мере работы люминесцентной лампы её рабочее напряжение незначительно возрастает, и в конце срока службы, когда на одной из спиралей лампы израсходуется активирующая паста, напряжение на ней возрастает до величины большей, чем напряжение погасания разряда в лампе стартера. Это вызывает знакомое многим характерное непрерывное мигание вышедшей из строя люминесцентной лампы.
Люминесцентные лампы с 1856 года до наших дней
История люминесцентной лампы началась в 1856 году, когда Генрих Гейслер с помощью соленоида заставил заполненную газом трубку вспыхнуть синим светом.
Позже корпорация General Electric купила патент у Гермера и в 1938 году довела лампы дневного света до широкого коммерческого использования. Свет первых ламп напоминал естественный уличный свет в пасмурный день (примерно 6400К): считается, что именно тогда и появилось название «лампа дневного света».
В Советском Союзе массовое производство люминесцентных ламп началось только в 1948 году. За это в 1951 году разработчики первой советской лампы дневного света стали лауреатами Сталинской премии второй степени. Советский ГОСТ 6825-64 определял только три типоразмера линейных люминесцентных ламп мощностью 20, 40 и 80 ватт (длиной 600, 1200 и 1500 мм соответственно). Колба имела большой диаметр 38 мм для более легкого зажигания при низких температурах. Люминесцентные линейные лампы дневного света выпускаются многих видов. Разной мощности, длины, с разными диаметрами колб, разными цоколями и разным светом в зависимости от назначения лампы. Более того, этот ассортимент будет еще больше, если учесть, что энергосберегающие лампы также представляют собой лампы дневного света со встроенными пусковыми устройствами.
Справка! Люминесценция – это нетепловое излучение, возникающее при спонтанном излучательном переходе ионов, молекул или атомов газов, растворов и твердых тел из высокоэнергетических состояний в состояния с более низкой энергией.
Устройство и принцип работы
С устройством люминесцентной лампы вы можете ознакомиться, рассмотрев рисунок ниже.
А вот так устроена компактная энергосберегающая лампа, которую можно вкрутить в обычный патрон:
Принцип работы люминесцентной лампы лишь частично зависит от того, линейный или компактный вариант исполнения вы видите перед собой. При замыкании контакта выключателя ток поступает в цепь и, минуя электроды, сопротивление которых выше, чем остальной цепи, достигает стартера. Из-за близкого расположения контактов возникает тлеющий разряд, разогревающий приваренную к одному из контактов биметаллическую пластину, которая изгибаясь, замыкает цепь. Напряжение становится достаточным, чтобы преодолеть сопротивление электродов и спровоцировать появление электрической дуги.
Поток свободно движущихся частиц, образовавшихся под воздействием высокого напряжения около вольфрамовых нитей, выбивает электроны с внешних орбит атомов заполняющего колбу инертного газа. Движущиеся свободные частицы, сталкиваясь с атомами ртути, переводят ее электроны на более высокую орбиту. Их возвращение сопровождается ультрафиолетовым излучением, которое, попадая на покрытые люминофором стенки колбы, преобразуется в видимое свечение. Повышение температуры заставляет биметаллическую пластину разомкнуть контакт. Цепь работает через электроды и дугу. Нужное напряжение обеспечивается ранее намагниченным дросселем.
Разновидности
Лампы дневного света бывают высокого давления и низкого. Для ламп высокого давления характерна мощность более 50 Вт. Они нуждаются в пусковых устройствах, создающих высоковольтный импульс. Применяют их для освещения больших производственных помещений и для наружного освещения. Лампы низкого давления, в том числе и компактные энергосберегающие, применяют в быту и на производстве для освещения небольших помещений.
Область применения
Область применения люминесцентных ламп определяется их мощностью, дизайном и габаритами. Линейными устройствами освещают производственные помещения, магазины, склады, школы и офисы. Компактные энергосберегающие с цоколями E27 и E14 применяются в быту наряду со светодиодными и лампами накаливания.
Технические характеристики
Чтобы выбрать оптимальный вариант освещения, нужно ориентироваться в технических параметрах осветительного оборудования. Мощность люминесцентной лампы может составлять от 10 до 80 Вт. 10 Вт люминесцентного светильника дадут столько же света, сколько 60-ваттная лампа накаливания. Номинальное напряжение показывает, на какую сеть рассчитано оборудование, и в условиях квартиры обычно составляет 220 В. По световой температуре можно определить, как будут чувствовать себя в помещении его пользователи. Ее значение обычно находится в пределах от 2700 до 6500 К. Светоотдача демонстрирует эффективность лампы и в среднем составляет от 40 до 60 Лм/Вт. Тип цоколя определяет, подойдет ли она к вашему светильнику и может иметь следующую маркировку: E27, E14, G10 или G13 и другие. Габариты определяются моделью светильника.
Цветность и состав излучения ламп
Цветность или четкость передачи цветов обозначается кодом от 1 до 100. Чем выше значение цветности, тем лучше цветопередача. Качественная цветопередача начинается с 80 Ra. Хорошую цветопередачу имеют лампы, три последних числа международной маркировки которых выглядят так: 840, 880, 940. О том, как расшифровать эти цифры, читайте ниже. Буквы Ц и ЦЦ в маркировке российских светильников дневного света означают, что перед вами устройство с усовершенствованной цветопередачей.
Цветовая температура определяет психологическое состояние человека, который находится в помещении. Чем ближе цветовая температура к теплому свету, тем комфортнее и расслабленнее будут чувствовать себя пользователи помещения, тем менее собранными и работоспособными они будут. Соответствие вариантов цветовой температуры международной маркировке вы можете посмотреть на рисунке ниже.
Химическая угроза здоровью
И линейные, и компактные люминесцентные лампы полностью безопасны для использования в неповрежденном состоянии, но они содержат ртуть, представляющую собой жидкий металл первого класса опасности, постоянно испаряющийся. Если разбить запаянную колбу, пары ртути окажутся в помещении. Даже того количества ядовитого металла, которое содержится в одном медицинском термометре, достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. Результатом вдыхания ртутных паров может стать нарушение работы иммунной, нервной и пищеварительной систем, кожи, глаз, легких, печени, почек.
Маркировка
Отечественная
Буквы маркировки люминесцентных ламп, выпущенных в России, обозначают не только цветовой оттенок их света, как показано на схеме ниже, но и указывают назначение, например, аббревиатура ЛУФ означает, что колба устройства, которое перед вами, не покрыта люминофором, и вы получите ультрафиолетовое освещение.
Д — Маркировка цвета. Варианты: Л — люминесцентная; Д — Дневной; ХБ — холодно-белый; Б — белый; ТБ — тепло-белый; Е — естественное белый; К — Красный; Ж — желтый; З — зеленый; Г — голубой; С — синий; УФ — ультрафиолетовый.
Ц — Качество передачи
К — Конструктивная особенность. Варианты: Р — рефлекторная; У — U образная; К — кольцевая; А — амальгамная; Б — быстрого пуска.
80 — Мощность в ваттах
Зарубежная
Если вы посмотрите на приведенный ниже рисунок, то увидите, что основные данные маркировки, независимо от бренда, располагаются в строго определенном порядке. После обозначения типа люминесцентной лампы указываются ее мощность и цветность. Первая из трех последних чисел кодирует индекс цветопередачи. На самом деле он варьируется в пределах от 1 до 100 и число 8 нужно умножить на 10. В приведенном примере индекс цветопередачи равен 80 Ra. Две последние цифры обозначают цветовую температуру. Чтобы получить действительное значение, число 40 из этого примера необходимо умножить на 100. В результате мы получим цветовую температуру 4000 К.
Особенности подключения к сети
Появление в арсенале электриков запатентованной в 1984 году компактной люминесцентной лампы, которую можно было просто вкрутить в патрон, сделало включение такого устройства в электрическую цепь простым и безопасным даже для людей, напрочь забывших о существовании закона Ома.
Электромагнитный балласт
При подключении через электромагнитный пускорегулирующий аппарат заряд, пройдя через дроссель, попадает на стартер, представляющий собой неоновую лампу с двумя близко расположенными контактами, к одному из которых подсоединена биметаллическая пластина. В результате ионизации неона через стартер начинает проходить большой ток, разогревая контакты. Разогретая биметаллическая пластина деформируется и замыкает цепь, вследствие чего электрический ток начинает разогревать катоды. Образовавшаяся электрическая дуга снимает нагрузку со стартера, он охлаждается и размыкается. Дроссель поддерживает напряжение на заданном уровне.
Электронный балласт
Подключение через электронный пускорегулирующий аппарат позволяет избавиться от мерцания, увеличить срок службы люминесцентной лампы, снизить потребление электроэнергии. С его помощью можно также регулировать режим пуска. Появившаяся возможность уменьшить габариты пускорегулирующего аппарата и изогнуть трубки дала право на существование компактной люминесцентной лампе, размеры которой стали соизмеримы с размерами лампы накаливания.
Две трубки и два дросселя
Если вы посмотрите на схему светильника, расположенную ниже, вы увидите, что две люминесцентных лампы, каждая из которых имеет собственный параллельно ей подключенный стартер, запитываются по параллельным ветвям цепи через два отдельных дросселя. Аналогичным образом относительно друг друга можно подключить и два отдельных люминесцентных одноламповых светильника.
Схема подключения двух ламп от одного дросселя
Вариант 1 на рисунке ниже представляет стандартную схему подключения люминесцентной лампы с одним дросселем и одним стартером. Две лампы, каждая из которых имеет параллельно ей подключенный стартер, соответственно варианту 2, подключаются в цепь с одним дросселем последовательно.
Проверка работоспособности системы
Прежде чем установить люминесцентную лампу в плафон, необходимо убедиться в отсутствии повреждений. Даже небольшие трещинки на корпусе колбы говорят о том, что герметичность нарушена и включать электрооборудование в сеть небезопасно. Потемнения со стороны электродов новой колбы говорят о неисправности дросселя, возникшей в результате скачка напряжения в сети. У старой колбы такой дефект показывает деградацию люминофора в результате разрушения защитного слоя вольфрамовой нити электрода. О том, что люминесцентную лампу, которая работает у вас уже не первый день, пора менять, могут говорить следующие неисправности:
- ее невозможно включить;
- прежде чем нормально заработать, светильник некоторое время мерцает;
- лампа постоянно мерцает;
- оранжевое свечение около электродов в сочетании с отсутствием освещения может свидетельствовать о том, что колба разгерметизирована;
- светильник гудит.
Проверить работоспособность лампы можно с помощью тестера. Допустимый уровень сопротивления на выходе катодов составляет 10 Ом.
Замена лампы
Для замены линейной лампы снимаем рассеивающее стекло с плафона и поворачиваем ее по оси в направлении, указанном стрелочкой на держателе. Как только контакты окажутся на уровне специальных отверстий, смещаем колбу вниз. В эти же отверстия вставляем контакты новой колбы и поворачиваем ее в обратном направлении до тех пор, пока она не станет на место. Чтобы заменить компактную люминесцентную лампу, нужно выкрутить ее из патрона и вкрутить новую.
Причины выхода из строя
Основной причиной, по которой срок службы люминесцентной лампы ограничен количеством включений-выключений, является постепенное разрушение специальной защитной пасты из щелочноземельных металлов, которая покрывает вольфрамовые нити электродов. Паста, обеспечивающая стабильность разряда, постепенно выгорает и осыпается. Концы колбы темнеют. Высокое напряжение, необходимое для запуска, не обеспечивается, и лампа выходит из строя. Причинами поломки могут стать также низкое качество светильника, механические повреждения, контакт с водой, неисправность дросселя, перегрев и разрушение электронного балласта в энергосберегающих компактных моделях.
Утилизация люминесцентных ламп
Утилизируют люминесцентные лампы в герметичные контейнеры, изготовленные из легированной стали и специального стекла. Расположенное на крышке или сбоку отверстие закрывается автоматической защелкой, которая сработает сразу же, как только вы протолкнете в бак вышедшее из строя оборудование. Сдать на утилизацию непригодную к использованию люминесцентную лампу можно и в отделе возврата покупок магазина IKEA
Срок службы компактной и линейной ламп
Линейная люминесцентная лампа может служить до 5 лет (1825 дней) и рассчитана на 2000 включений, то есть на 1–2 включения в день. Минимальный, указанный на упаковке, срок службы компактной (энергосберегающей) чаще всего составляет 8000 часов или чуть меньше года. Хотя, если следовать утверждению некоторых производителей, этих часов хватит на 8 лет при продолжительности работы в сутки не более 2,7 часа, получится, что рассчитана стандартная энергосберегающая лампа как минимум на 2920 включений (365 дней умножаем на 8 лет). Для сравнения: стандартная 150-ваттная лампа накаливания, срок службы которой составляет максимум 1000 часов, должна выдерживать 2–2,5 тысячи включений, но включать ее, судя по предполагаемому сроку эксплуатации, можно чаще.
Плюсы и минусы
Использование люминесцентных ламп в освещении жилого помещения или офиса дает такие преимущества, как:
- существенное уменьшение расхода электроэнергии;
- продолжительный срок службы;
- возможность без замены плафона менять цвет и спектр освещения;
- отличное равномерное рассеивание света;
- незначительный нагрев, что немаловажно, если плафон вмонтирован в натяжной потолок или вы применяете люминесцентную лампу для досвечивания растений в мини-оранжерее на подоконнике;
- спектр, максимально приближенный к естественному свету и идеальная цветоотдача, если вы купили качественный светильник.
К минусам использования в качестве осветительного оборудования люминесцентных светильников можно отнести мерцание и продолжительный запуск оборудования с электромагнитным балластом и стартером. Чтобы избавиться от мерцания, в СССР в плафон устанавливали две лампы, одна из которых подключалась через фазосдвигающий конденсатор. Аналогичный эффект можно получить, если подключить несколько ламп через разные фазы трехфазной проводки. Обе эти проблемы отсутствуют в случае установки энергосберегающих (тоже люминесцентных) ламп с электронным пускорегулирующим аппаратом. Некоторые модели нуждаются в подключении к электросети через адаптационные устройства ЭПРА.
Люминесцентная лампа
Люминесце́нтная лампа — газоразрядный источник света, в котором видимый свет излучается в основном люминофором, который, в свою очередь, светится под воздействием ультрафиолетового излучения разряда; сам разряд тоже излучает видимый свет, но в значительно меньшей степени.
Световая отдача люминесцентной лампы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания аналогичной мощности. Срок службы люминесцентных ламп может в 10 раз превышать срок службы ламп накаливания при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу включений и выключений.
Содержание
Разновидности
Наиболее распространены газоразрядные ртутные лампы высокого и низкого давления.
- лампы высокого давления применяют в основном в уличном освещении и в осветительных установках большой мощности;
- лампы низкого давления применяют для освещения жилых и производственных помещений.
Газоразрядная ртутная лампа низкого давления (ГРЛНД) — представляет собой стеклянную трубку с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора, заполненную аргоном под давлением 400 Па и ртутью (или амальгамой).
Плазменные дисплеи также являются разновидностью люминесцентной лампы.
Область применения
Люминесцентные лампы нашли широкое применение в освещении общественных зданий: школ, больниц, офисов и т. д. С появлением компактных люминесцентных ламп с электронными балластами, которые можно включать в патроны E27 и E14 вместо ламп накаливания, люминесцентные лампы завоёвывают популярность и в быту.
Люминесцентные лампы наиболее целесообразно применять для общего освещения, прежде всего помещений большой площади (в особенности совместно с системами DALI), позволяющими улучшить условия освещения и при этом снизить потребление энергии на 50-83 % и увеличить срок службы ламп. Люминесцентные лампы широко применяются также и в местном освещении рабочих мест, в световой рекламе, подсветке фасадов.
До начала применения светодиодов являлись единственным источником для подсветки жидкокристаллических экранов.
Преимущества и недостатки
Популярность люминесцентных ламп обусловлена их преимуществами (над лампами накаливания):
- значительно большая светоотдача (люминесцентная лампа 20 Вт даёт освещенность как лампа накаливания на 100 Вт) и более высокий КПД;
- приближенный к естественному спектр излучения лампы;
- разнообразие оттенков света;
- рассеянный свет;
- длительный срок службы (2000 [1] -20000 часов в отличие от 1000 у ламп накаливания), при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу включений и выключений.
К недостаткам относят:
- наличие дополнительного приспособления для пуска лампы — пускорегулирующего аппарата (громоздкий шумный дроссель с ненадёжным стартером или же ЭПРА);
- мерцание лампы с частотой питающей сети (нивелируется применением ЭПРА);
- вышедший из строя стартёр вызывает фальстарт лампы (визуально определяется несколько вспышек перед стабильным зажиганием), сокращая срок службы нитей накала;
- очень низкий коэффициент мощности ламп — такие лампы являются неудачной для электросети нагрузкой;
История
Первым предком лампы дневного света были газоразрядные лампы. Впервые свечение газов под воздействием электрического тока наблюдал Михаил Ломоносов, пропуская ток через заполненный водородом стеклянный шар. Считается что первая газоразрядная лампа изобретена в 1856 году. Генрих Гайсслер получил синее свечение от заполненной газом трубки, которая была возбуждена при помощи соленоида. 23 июня 1891 года Никола Тесла запатентовал систему электрического освещения газоразрядными лампами (патент № 454,622), которая состояла из источника высокого напряжения высокой частоты и газоразрядных аргоновых ламп запатентованных им ранее (патент № 335,787 от 9 февраля 1886 г. выдан United States Patent Office). Аргоновые лампы используются и в настоящее время. В 1893 году на всемирной выставке в Чикаго, штат Иллинойс, Томас Эдисон показал люминесцентное свечение. В 1894 году М. Ф. Моор создал лампу, в которой использовал азот и углекислый газ, испускающий розово-белый свет. Эта лампа имела умеренный успех. В 1901, Питер Купер Хьюитт демонстрировал ртутную лампу, которая испускала свет сине-зелёного цвета, и таким образом была непригодна в практических целях. Однако, её конструкция была очень близка к современной, и имела намного более высокую эффективность, чем лампы Гайсслера и Эдисона. В 1926 году Эдмунд Гермер (Edmund Germer) и его сотрудники предложили увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбуждённой плазмой в более однородно бело-цветной свет. Э.Гермер в настоящее время признан как изобретатель лампы дневного света. General Electric позже купила патент Гермера, и под руководством Джорджа Э. Инмана довела лампы дневного света до широкого коммерческого использования к 1938 году. В СССР первые люминесцентные лампы были разработаны под руководством академика С. И. Вавилова В. А. Фабрикантом, Ф. А. Бутаевой и др [3] .
Принцип работы
При работе люминесцентной лампы между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, возникает тлеющий разряд. Лампа заполнена инертным газом и парами ртути, проходящий ток приводит к появлению УФ излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом — люминофором, которое поглощает УФ излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно менять оттенок свечения лампы. В качестве люминофора используют в основном галофосфаты кальция и ортофосфаты кальция-цинка.
Маркировка
Трёхцифровой код на упаковке лампы содержит как правило информацию относительно качества света (индекс цветопередачи и цветовой температуры).
Первая цифра — индекс цветопередачи в 1х10 Ra (компактные люминесцентные лампы имеют 60-98 Ra, таким образом чем выше индекс, тем достоверней цветопередача)
Вторая и третья цифры — указывают на цветовую температуру лампы.
Таким образом маркировка «827» указывает на индекс цветопередачи в 80 Ra, и цветовую температуру в 2700 К (что соответствует цветовой температуре лампы накаливания)
Кроме того, индекс цветопередачи может обозначаться в соответствии с DIN 5035, где диапазон цветопередачи 20-100 Ra поделён на 6 частей— от 4 до 1А. [4] (нем.)
Особенности восприятия
Цветовосприятие человека сильно изменяется в зависимости от яркости. При небольшой яркости мы лучше видим синий и хуже красный. Поэтому цветовая температура дневного света (5000-6500K) в условия низкой освещённости будет казаться чрезмерно синей. Средняя освещённость жилых помещений — 75 люкс, в то время как в офисах и других рабочих помещениях — 400 люкс. При небольшой яркости (50-75 люкс) наиболее естественным выглядит свет с температурой 3000K. При яркости в 400 люкс такой свет уже кажется жёлтым, а наиболее естественным кажется свет с температурой 4000-6000K.
Международная маркировка по цветопередаче и цветовой температуре
Маркировка цветопередачи по ГОСТ 6825-91*
В соответствии с ГОСТ 6825-91* (МЭК 81-84) «Лампы люминесцентные трубчатые для общего освещения», действующий, лампы люминесцентные линейные общего назначения маркируются, как:
- ЛБ (белый свет)
- ЛД (дневной свет)
- ЛЕ (естественный свет)
- ЛХБ (холодный свет)
- ЛТБ (тёплый свет)
Добавление буквы Ц в конце означает применение люминофора «де-люкс» с улучшенной цветопередачей, а ЦЦ — люминофора «супер де-люкс» с высококачественной цветопередачей.
Лампы специального назначения маркируются, как:
- ЛГ, ЛК, ЛЗ, ЛЖ, ЛР, ЛГР (лампы цветного свечения)
- ЛУФ (лампы ультрафиолетового света)
- ДБ (лампа ультрафиолетового света типа С)
- ЛСР (синего света рефлекторные) [5]
Параметры выпускавшихся в СССР ламп по цветопередаче приведены в таблице:
| Аббревиатура | Расшифровка | Оттенок | Цветовая т-ра, К | Назначение | Цветопередача | Примерный эквивалент по международной маркировке |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Лампы дневного света | ||||||
| ЛДЦ, ЛДЦЦ | Лампы дневного света, с улучшенной цветопередачей; ЛДЦ — де-люкс, ЛДЦЦ — супер-де-люкс | Белый с лёгким голубоватым оттенком и относительно низкой светоотдачей | 6500 | Для музеев, выставок, в фотографии, в производственных и административных помещениях с повышенными требованиями к цветопередаче, образовательных учреждениях, жилых помещениях | Хорошая (ЛДЦ), отличная (ЛДЦЦ) | 865 (ЛДЦ), 965 (ЛДЦЦ) |
| ЛД | Лампы дневного света | Белый с лёгким голубоватым оттенком и высокой светоотдачей | 6500 | В производственных и административных помещениях без высоких требований к цветопередаче | Приемлемая | 765 |
| Лампы естественного света | ||||||
| ЛЕЦ, ЛЕЦЦ | Лампы естественного света, с улучшенной цветопередачей; ЛЕЦ — де-люкс, ЛЕЦЦ — супер-де-люкс | Солнечно-белый с относительно низкой светоотдачей | 4000 | Для музеев, выставок, в фотографии, в образовательных учреждениях, жилых помещениях | Приемлемая (ЛЕЦ), хорошая (ЛЕЦЦ) | 754 (ЛЕЦ), 854 (ЛЕЦЦ) |
| ЛЕ | Лампы естественного света | Белый без оттенка и высокой светоотдачей | 4000 | Неудовлетворительная | 640 | |
| Другие осветительные лампы | ||||||
| ЛБ | Лампы белого света | Белый с лиловатым оттенком, плохой цветопередачей и высокой светоотдачей | 3500 | В помещениях, где нужен яркий свет и не требуется цветопередача: производственных и административных помещениях, в метрополитене | Неудовлетворительная | 635 |
| ЛХБ | Лампы холодно-белого света | Белый с заметным голубым оттенком | 4850 | Неудовлетворительная | 685 | |
| ЛТБ | Лампы тёпло-белого света | Белый с «тёплым» розовым оттенком, для освещения помещений, богатых бело-розовыми тонами | 2700 | В продовольственных магазинах, предприятиях общественного питания | Относительно приемлемая для тёплых тонов, неудовлетворительная для холодных | 530, 630 |
| ЛТБЦ | Лампы тёпло-белого света с улучшенной цветопередачей | Белый с «тёплым» розовым оттенком | 2700 | Такое же, как и для ЛТБ, а также для жилых помещений. | Приемлемая для тёплых тонов, менее удовлетворительная для холодных | 730 |
| Лампы специального назначения | ||||||
| ЛГ, ЛК, ЛЗ, ЛЖ, ЛР, ЛГР | Лампы с цветным люминофором | ЛГ — голубой, ЛК — красный, ЛЗ — зелёный, ЛЖ — жёлтый, ЛР — розовый, ЛГР — лиловый | — | Для светового дизайна, художественной подсветки зданий, вывесок, витрин | — | ЛГ: 67, 18, BLUE ЛК: 60, 15, RED ЛЗ: 66, 17, GREEN ЛЖ: 62, 16, YELLOW [6] |
| ЛСР | Лампы синие рефлекторные | Лампы ярко-синего света | — | В электрофотографических копировально-множительных аппаратах | — | — |
| ЛУФ | Ультрафиолетовые лампы | Лампы тёмно-синего света с выраженной ультрафиолетовой компонентой | — | Для ночной подсветки и дезинфекции в медицинских учреждениях, казармах и т. д., а также в качестве «чёрного света» для светового дизайна в ночных клубах, на дискотеках и т. п. | — | 08 |
Особенности подключения
Люминесцентная лампа, в отличие от лампы накаливания, не может быть включена напрямую в электрическую сеть. Причин для этого две:
- Для зажигания дуги в люминесцентной лампе требуется импульс высокого напряжения.
- Люминесцентная лампа имеет отрицательное дифференциальное сопротивление, после зажигания лампы ток в ней многократно возрастает. Если его не ограничить, лампа выйдет из строя.
Для решения этих проблем применяют специальные устройства — балласты. Наиболее распространённые на сегодняшний день схемы: электромагнитный балласт с неоновым стартером и различные разновидности электронных балластов.
Электромагнитный балласт
Электромагнитный балласт представляет собой электромагнитный дроссель, подключаемый последовательно с лампой. Последовательно нитям лампы подключается стартер, представляющий собой неоновую лампу с биметаллическими электродами и конденсатор. Дроссель формирует за счёт самоиндукции запускающий импульс, а также ограничивает ток через лампу. В настоящее время преимуществами электромагнитного балласта являются простота конструкции, надёжность и низкая стоимость. Недостатков же такой схемы достаточно много:
- Долгий запуск (1-3 сек в зависимости от степени износа лампы);
- Большее потребление энергии, чем у электронной схемы — при напряжении 220 Вольт светильник 2 по 58 Ватт = 116 Ватт потребляет 130 Ватт;
- Малый cos φ=0.5 (без компенсирующих конденсаторов);
- Низкочастотный гул (100Гц), исходящий от дросселя, возрастающий со старением дросселя;
- Мерцание лампы с удвоенной частотой сети, которое может повредить зрение, а иногда бывает опасным (из-за стробоскопического эффекта вращающиеся синхронно с частотой сети предметы могут казаться неподвижными. Поэтому люминесцентные лампы с электромагнитным балластом не рекомендуется применять для освещения подвижных частей станков и механизмов);
- Большие габариты и масса;
- При температуре ниже 10 °C яркость лампы значительно снижается ввиду уменьшения давления газа в лампе;
- При отрицательных температурах лампы по классической схеме могут не зажигаться вообще, при этих условиях применяются автотрансформаторы.
Электронный балласт
Электронный балласт подаёт на электроды лампы напряжение не с частотой сети, а высокочастотное (25—133 кГц), в результате чего заметное для глаз мигание ламп исключено. Однако высокочастотные колебания, проходя через лампу, как антенну, создают электромагнитные помехи в широком спектре, поэтому радиодиапазон ДВ — длинные волны, начинающийся с 150 кГц, стал не пригоден для использования [источник не указан 31 день] , но аргументировали это тем, что невыгодно строить антенны большого размера и перешли на диапазон УКВ, волны которого распространяются только в пределах прямой видимости и нужны повторители-репитеры.
Может использоваться один из двух вариантов запуска ламп:
- Холодный запуск — при этом лампа зажигается сразу после включения. Такую схему лучше использовать в случае, если лампа включается и выключается редко, так как режим холодного пуска более вреден для электродов лампы.
- Горячий запуск — с предварительным прогревом электродов. Лампа зажигается не сразу, а спустя 0,5-1 сек, зато срок службы увеличивается, особенно при частых включениях и выключениях.
Потребление электроэнергии люминесцентными светильниками при использовании электронного балласта обычно на 20-25 % ниже. Материальные затраты (медь, железо) на изготовление и утилизацию меньше в несколько раз. Использование централизованных систем освещения с автоматической регулировкой позволяет сэкономить до 85 % электроэнергии. Существуют электронные балласты с возможностью диммирования (регулировки яркости) путём изменения скважности тока питания лампы.
Механизм запуска лампы с электромагнитным балластом
В классической схеме включения с электромагнитным балластом для автоматического регулирования процесса зажигания лампы применяется пускатель (стартер), представляющий собой миниатюрную газоразрядную лампу, обычно неоновую. Один электрод стартера неподвижный жёсткий, другой — биметаллический, изгибающийся при нагреве. Есть также стартеры и с двумя гибкими электродами (симметричные). В исходном состоянии электроды стартера разомкнуты. Стартер подключен параллельно лампе так, чтобы при замыкании его электродов ток проходил через спирали лампы.
В момент включения к электродам лампы и стартера прикладывается полное напряжение сети, так как ток через лампу отсутствует и падение напряжения на дросселе равно нулю. Электроды лампы холодные, разряд отсутствует, и напряжения сети недостаточно для её зажигания. Но в стартере от приложенного напряжения возникает тлеющий разряд, и ток проходит через электроды лампы и стартера. Ток разряда мал для разогрева электродов лампы, но достаточен для разогрева электродов стартера, отчего биметаллическая пластинка, изгибается и замыкается с жёстким электродом. Ток течет через электроды лампы и разогревает их. Когда электроды стартера остывают, цепь размыкается, и благодаря самоиндукции происходит бросок напряжения на дросселе, необходимый для зажигания разряда. Параллельно стартеру подключен миниатюрный конденсатор небольшой емкости, служащий для обеспечения условия возникновения резонанса тока совместно с индуктивностью дросселя и, вследствие, зажигания лампы. При отсутствии конденсатора этот импульс будет слишком коротким, а амплитуда слишком большой, и энергия, накопленная в дросселе, израсходуется на разряд в стартере. К моменту размыкания стартера электроды лампы уже достаточно разогреты, но в лампе ещё не вся ртуть испарилась и разряд проходит в атмосфере аргона, из-за чего разряд в лампе неустойчивый и процесс запуска может повториться неоднократно. Как только вся ртуть в колбе лампы испаряется в достаточном количестве, лампа выходит на рабочий режим.
Рабочее напряжение лампы ниже сетевого за счёт падения напряжения на дросселе, поэтому повторного срабатывания стартера не происходит. В процессе зажигания лампы стартер иногда срабатывает несколько раз подряд, если он размыкается в момент, когда мгновенное значение тока дросселя равно нулю, либо электроды лампы ещё недостаточно разогреты. По мере износа рабочее напряжение растёт, количество циклов срабатывания стартера увеличивается, и в конце концов лампа уже не может выйти на рабочий режим. Это вызывает характерное мигание вышедшей из строя лампы. Когда лампа гаснет, можно видеть свечение катодов, разогретых током, протекающим через стартер.
Механизм запуска лампы с электронным балластом
В отличие от электромагнитного балласта для работы электронного балласта обычно не требуется отдельный специальный стартер, так как такой балласт в общем случае способен сформировать необходимые последовательности напряжений сам. Существуют различные способы запуска люминесцентных ламп. Чаще всего электронный балласт подогревает катоды ламп и прикладывает к катодам напряжение, достаточное для зажигания лампы, обычно — переменное и более высокой частоты, чем сетевое (что заодно устраняет мерцание лампы, характерное для электромагнитных балластов). В зависимости от конструкции балласта и временных параметров последовательности запуска лампы такие балласты могут обеспечивать, например, плавный запуск лампы с постепенным нарастанием яркости до полной за несколько секунд или же мгновенное включение лампы. Часто встречаются комбинированные методы запуска, когда лампа запускается не только за счет факта подогрева катодов лампы, но и за счет того, что цепь, в которую включена лампа, является колебательным контуром. Параметры колебательного контура подбираются так, что при отсутствии разряда в лампе в контуре возникает явление электрического резонанса, ведущее к значительному повышению напряжения между катодами лампы. Как правило, это ведет и к росту тока подогрева катодов, поскольку при такой схеме запуска спирали накала катодов нередко соединены последовательно через конденсатор, являясь частью колебательного контура. В результате за счет подогрева катодов и относительно высокого напряжения между катодами лампа легко зажигается. После зажигания лампы параметры колебательного контура изменяются, добротность уменьшается и ток в контуре значительно падает, уменьшая нагрев катодов. Существуют вариации данной технологии. Например, в предельном случае балласт может вообще не подогревать катоды, вместо этого приложив достаточно высокое напряжение к катодам, что неизбежно приведет к почти мгновенному зажиганию лампы за счет пробоя газа между катодами. По сути этот метод аналогичен технологиям, применяемым для запуска ламп с холодным катодом (CCFL). Данный метод достаточно популярен у радиолюбителей, поскольку позволяет запускать даже лампы с перегоревшими нитями накала катодов, которые не могут быть запущены обычными методами из-за невозможности подогрева катодов. В частности, этот метод нередко используется радиолюбителями для ремонта компактных энергосберегающих ламп, которые являются обычными люминесцентными лампами со встроенным электронным балластом в компактном корпусе. После небольшой переделки балласта такая лампа может ещё долго служить невзирая на перегорание спиралей подогрева, и её срок службы будет ограничен только временем до полного распыления электродов.
Причины выхода из строя
Электроды люминесцентной лампы представляют собой вольфрамовые нити, покрытые пастой (активной массой) из щелочноземельных металлов. Эта паста и обеспечивает стабильный разряд и предохраняет вольфрамовые нити от перегрева. В процессе работы она постепенно осыпается с электродов, выгорает и испаряется. Особенно интенсивно она осыпается во время запуска, когда некоторое время разряд происходит не по всей площади электрода, а на небольшом участке его поверхности, что приводит к локальным перепадам температур. Поэтому люминесцентные лампы всё же имеют конечный срок службы (он зависит главным образом от качества изготовления электродов, скорости зажигания), хотя он и больший, чем у обычных ламп накаливания, у которых спираль с постоянной скоростью испаряется. Отсюда потемнение на концах лампы, которое усиливается ближе к окончанию срока службы. Когда паста выгорит полностью, ток лампы начинает падать, а напряжение, соответственно, возрастать.
Выход из строя ламп с электромагнитным балластом
Повышение напряжения на лампе в процессе её старения приводит к тому, что начинает постоянно срабатывать стартер — отсюда всем известное мигание вышедших из строя ламп. При этом электроды лампы постоянно разогреваются, и в конце концов (примерно через 2 — 3 дня мигания) одна из нитей перегорает. Затем минуту-две лампа горит без мерцания, разряд исходит от остатков перегоревшего электрода, на котором уже нет пасты из щелочноземельных металлов, остался только вольфрам. Эти остатки вольфрамовой нити очень сильно разогреваются, из-за чего частично испаряются, либо осыпаются, после этого разряд переходит на траверсу (проволоку, к которой крепится вольфрамовая нить с активной массой), она частично оплавляется и лампа вновь начинает мерцать. Если её выключить, она больше не загорится. При этом из-за длительной работы в непрерывном режиме часто выходит из строя и стартер, так что при замене лампы приходится менять и его тоже. При выходе из строя стартера из-за плохого качества (замыкание биметаллических контактов или пробой конденсатора) электроды лампы разогреваются и через несколько дней перегорают. При пробое дросселя лампа сгорает мгновенно.
Выход из строя ламп с электронным балластом
В процессе старения лампы постепенно выгорает активная масса электродов, после чего нити разогреваются и перегорают. В качественных балластах предусмотрена схема автоматического отключения перегоревшей лампы. В некачественных ЭПРА подобная защита отсутствует, и после повышения напряжения лампа погаснет, а в цепи наступит резонанс, приводящий к значительному возрастанию тока и перегоранию транзисторов балласта.
Также нередко в балласты низкого качества (обычно на компактных люминесцентных лампах со встроенным балластом) на выходе устанавливается конденсатор, рассчитанный на напряжение, близкое к рабочему напряжению новой лампы. По мере старения лампы напряжение повышается и в конденсаторе возникает пробой, также выводящий из строя транзисторы балласта [7] .
При выходе из строя лампы с электронным балластом мерцание, как в случае с электромагнитным балластом, отсутствует, лампа гаснет сразу. Установить причину выхода из строя можно, проверив целостность нитей лампы любым омметром, мультиметром или специализированным прибором для проверки ламп. Если нити лампы имеют низкое сопротивление (порядка 10 Ом, то есть не перегорели), то причина выхода из строя в низком качестве балласта, если одна либо обе из нитей имеют высокое (бесконечное) сопротивление, то лампа перегорела от старости либо от перенапряжения. В последнем случае имеет смысл попробовать заменить саму лампу, однако, если новая лампа также не светится и питание схемы балласта присутствует, то это также говорит о низком качестве балласта (при этом есть риск испортить и новую лампу).
Люминофоры и спектр излучаемого света
Многие люди считают свет, излучаемый люминесцентными лампами, грубым и неприятным. Цвет предметов, освещенных такими лампами, может быть несколько искажён. Отчасти это происходит из-за синих и зелёных линий в спектре излучения газового разряда в парах ртути, отчасти — из-за типа применяемого люминофора, отчасти от неправильно выбранной лампы, предназначенной для складов и нежилых помещений.
Во многих дешевых лампах применяется галофосфатный люминофор, который излучает в основном жёлтый и синий свет, в то время как красного и зелёного излучается меньше. Такая смесь цветов глазу кажется белым, но при отражении от предметов свет может содержать неполный спектр, что воспринимается как искажение цвета. Однако такие лампы, как правило, имеют очень высокую световую отдачу.
Если учесть, что в человеческом глазе три типа цветовых рецепторов, и восприятие сплошного спектра — лишь результат работы мозга, то стремиться воссоздавать сплошной солнечный спектр нет необходимости, достаточно воссоздать такое же воздействие на эти три рецептора. Этот принцип давно используется в цветном телевидении и цветной фотографии. Поэтому в более дорогих лампах используется «трёхполосный» и «пятиполосный» люминофор. Это позволяет добиться более равномерного распределения излучения по видимому спектру, что приводит к более натуральному воспроизведению света. Однако такие лампы, как правило, имеют меньшую световую отдачу.
Колбы специальных ламп изготавливаются из увиолевого стекла, пропускающего лучи в ультрафиолетовом диапазоне волн. [8]
В домашних условиях оценить спектр лампы можно с помощью компакт-диска. Для этого нужно посмотреть на отражение света лампы от рабочей поверхности диска — в дифракционной картине будут видны спектральные линии люминофора. Если лампа расположена близко, между лампой и диском лучше поместить экран с маленьким отверстием.
Специальные люминесцентные лампы
Также существуют специальные люминесцентные лампы с различными спектральными характеристиками:
- Лампы дневного света, отвечающие самым высоким требованиям к цветопередаче естественного цвета при дневном освещении 5400К, служат для устранения эффекта цветовой мимикрии. Она незаменима в случаях, когда нужна атмосфера живого дневного света, например, в типографиях, картинных галереях, музеях, зубоврачебных кабинетах, и лабораториях, при просмотре диапозитивов и в специализированных магазинах текстильных товаров.
- Лампы дневного света, которые излучают свет, который по своей спектральной характеристике схож с солнечным светом. Данные лампы рекомендуется для помещений с недостатком дневного света, например для офисов, банков и магазинов. Благодаря своей очень хорошей цветопередаче и высокой температуре цвета (6500К) она идеально подходит для сравнения красок и медицинской светотерапии.
- Лампы дневного света для растений и аквариумов с усиленным излучением в спектральном диапазоне синего и красного света. Идеально воздействует на фотобиологические процессы. Данные лампы с обозначениями излучают свет с минимальным содержанием ультрафиолетовой составляющей типа А (при абсолютном отсутствии ультрафиолетовых составляющих типа В и С). Обычно комбинируются с лампами дневного света (5400K — 6700K), для придания естественности фонового освещения.
- Лампы для морских обитателей аквариумов с излучением в диапазоне синего цвета и ультрафиолета. Служат для придания естественной окраски кораллов и обитателей коралловых рифов. Также, данные лампы позволяют некоторым видам коралловфлуоресцировать, что в свою очередь «оживляет» композицию. Обычно комбинируются с лампами дневного света (5400K — 6700K), для придания естественности фонового освещения.
- Декоративные лампы красного, жёлтого, зелёного, синего и малинового цветов. Цветные люминесцентные лампы особенно пригодны для декоративного освещения и создания специальных световых эффектов. Цвет лампы получают применением специального люминофора или окрашиванием колбы.Помимо прочего, люминесцентная лампа жёлтого цвета не содержит в своем спектреультрафиолетовую составляющую. Поэтому эта лампа рекомендована для стерильных производств, например, для цехов по изготовлению микросхем (в подобном производстве используют фоторезисты — вещества, реагирующие с УФ), а также для общего освещения без УФ-излучения.
- Люминесцентные лампы, предназначенные для освещения помещений, в которых содержатся птицы. Спектр этих ламп содержит ближний ультрафиолет, что позволяет создать более комфортное для них освещение, приблизив его к естественному, так как птицы, в отличие от людей, имеют четырёхкомпонентное зрение.
- Лампы, предназначенные для освещения мясных прилавков в супермаркетах. Свет этих ламп имеет розовый оттенок, в результате такого освещения, мясо приобретает более аппетитный вид, что привлекает покупателей [9] .
- Люминесцентные лампы для соляриев и косметических салонов бывают трех исполнений [10] :
- Лампы с практически чистым ультрафиолетовым излучением типа А выше 350 нм. При облучении в этом диапазоне для нормальной кожи опасности получения ожога практически не существует. При достаточно продолжительном облучении вследствие прямой пигментации кожи эффект загара появляется уже вскоре после первого сеанса облучения.
- Лампы с высокой мощностью ультрафиолетового излучения типа А для прямой пигментации и с небольшой составляющей ультрафиолетового излучения типа В для нового образования пигмента. Благодаря минимальному значению ультрафиолетовой составляющей типа В риск получения солнечного ожога минимален.
- Лампы с действием, аналогичным действию солнечного света благодаря значительной составляющей ультрафиолетового излучения типа А и гармоничной составляющей биологически эффективного излучения типа В. После регулярного принятия процедур облучения в результате длительной пигментации кожи образуется свежий и стойкий «отпускной» загар при высокой степени защиты кожи от облучения. Лампа позволяет проводить облучение с целью создания эффекта натурального загара в кратчайшие сроки и поэтому рекомендуется для профессионального применения.
- : Различные материалы обладают способностью преобразовывать невидимое ультрафиолетовое излучение в световое (создавать эффект флуоресценции). Такие лампы представляют собой облучатели с длинноволновым ультрафиолетовым излучением, создавая данный эффект. Поэтому они являются незаменимыми источниками излучения для любых видов исследований с применением люминесцентного анализа. Эти лампы представляют собой ртутный газоразрядный излучатель, окружённый светофильтром, и светят только в длинноволновом ультрафиолетовом диапазоне от 350 до 410 нм, которое не видно для глаза и совершенно безвредно (линии 365.0153 нм и 404.6563 нм, хорошо видимые в спектре, а также линии 398.3931 нм и 407.783 нм [11][12] ). Видимое излучение, а также более коротковолновый ультрафиолет почти полностью поглощаются стеклом светофильтра. Области применения:
- Материаловедение: Исследования материалов с помощью люминесценции, например, выявление тончайших трещин вала двигателя.
- Текстильная промышленность: Анализ материалов, например, химического состава и видов примесей в шерстяных материалах. Распознавание невидимых загрязнений и возможных пятен после чистки
- Пищевая промышленность: Обнаружение фальсификаций в продуктах питания, мест гниения во фруктах (особенно в апельсинах), мясе, рыбе и т. д.
- Криминалистика: Выявление фальшивок среди банкнот, чеков и документов, а также внесенных в них изменений, удаленных пятен крови, подделок картин и т. д.
- Почта: Рациональная обработка корреспонденции с помощью автоматических штемпельных машин для конвертов, проверка подлинности почтовых марок
- Создание световых эффектов на сценах драматических и музыкальных театров, в кабаре, варьете, дискотеках, барах, кафе…
- Прочие области применения: реклама и оформление витрин, сельское хозяйство (например, проверка посевного материала), минералогия, проверка драгоценных камней, искусствоведение…
- Облучатели для стерилизации и озонирования, типично с длиной волны 253,7 нм [12] . Данные облучатели имеют благодаря своему коротковолновому УФ-излучению типа С бактерицидное воздействие и поэтому применяются для стерилизации. Рациональное применение этих облучателей гарантируется только в специальных, предназначенных для них установках. Поэтому монтаж облучателей в установки должен проводиться только изготовителем установок. Области применения:
- воды: в аквариумах, питьевой воды, воды для плавательных бассейнов, сточных вод… и дезодорирование воздуха в кондиционерах, больницах, складских помещениях поверхностей в фармацевтической и упаковочной промышленностях
- стирание информации с современных микроэлектронных блоков памяти (ППЗУ)
- Лампы со специальными цветовыми характеристиками:
- для полимеризации пластмасс, клеев, лаков, красок на глубину не более 1 мм; лечение гипербилирубинемии.
- для полимеризации пластмасс, клеев, лаков, красок на глубину более 1 мм; лечение псориаза; привлечения насекомых в инсектоловушки; для распознавания подделок.
Варианты исполнения
Люминесцентные лампы — газоразрядные лампы низкого давления — разделяются на линейные и компактные.
Линейные лампы
Линейная люминесцентная лампа — ртутная лампа низкого давления прямой, кольцевой или U-образной формы, в которой большая часть света излучается люминесцентным покрытием, возбуждаемым ультрафиолетовым излучением разряда. Часто такие лампы совершенно неправильно называют — колбчатыми или трубчатыми, такое определение является устаревшим, хотя не противоречит ГОСТ 6825-91, в котором принято обозначение «трубчатые».
Двухцокольная прямолинейная люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, по концам которой вварены стеклянные ножки с укрепленными на них электродами (спиральными нитями подогрева). На внутреннюю поверхность трубки наносится тонкий слой кристаллического порошка — люминофора. Трубка заполнена инертным газом или смесью инертных газов (Ar, Ne, Kr) и герметически запаяна. Внутрь вводится дозированное количество ртути, которая при работе лампы переходит в парообразное состояние. На концах лампы имеются цоколи с контактными штырьками для подключения лампы в цепь.
Линейные лампы различаются по:
- Длине трубки (обычно длина трубки пропорциональна потребляемой мощности):
- Диаметру трубки и имеют следующие обозначения:
- Тип цоколя G13 — расстояние между штырьками 13 мм.
Лампы такого типа часто можно увидеть в производственных помещениях, офисах, магазинах, на транспорте и т. д.
В практике производителей светодиодных светильников и ламп часто также встречается обозначение ламп типа «Т8» или «Т10», а также цоколя «G13». Светодиодные лампы могут быть установлены в стандартный светильник (после его незначительной доработки) для люминесцентных ламп. Но принцип действия отличается и кроме внешнего сходства они ничего общего с люминесцентными лампами не имеют.
Компактные лампы
Представляют собой лампы с изогнутой трубкой. Различаются по типу цоколя на:
- 2D
- G23
- G27
- G24
- G24Q1
- G24Q2
- G24Q3
Выпускаются также лампы под стандартные патроны E27, E14 и Е40 что позволяет использовать их во многих светильниках вместо ламп накаливания.
Безопасность и утилизация
Все люминесцентные лампы содержат ртуть (в дозах от 1 до 70 мг), ядовитое вещество 1-го класса опасности. Эта доза может причинить вред здоровью, если лампа разбилась, и если постоянно подвергаться пагубному воздействию паров ртути, то они будут накапливаться в организме человека, нанося вред здоровью. По истечении срока службы лампу, как правило, выбрасывают куда попало. На проблемы утилизации этой продукции в России индивидуальные потребители не обращают внимания, а производители стремятся отстраниться от проблемы.
Законодательство по RoHS (сокращение с англ. Restriction of use of Hazardous Substances — Ограничение Использования Опасных Веществ) регламентирует применение ртути, а также других потенциально опасных элементов в электротехническом и электронном оборудовании. 1 июля 2006 года Директива RoHS, вступила в действие на всей территории Европейского Сообщества. Цель Директивы очевидна — ограничить применение шести основных опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании, тем самым обеспечивая требуемый уровень защиты здоровья людей и окружающей среды [13] . Прямой ссылки нет, поэтому для просмотра надо нажать на ссылку «Exemption List».
Существует несколько фирм по утилизации ламп, и юридические лица, а также индивидуальные предприниматели обязаны сдавать лампы на переработку и разрабатывать паспорт опасного отхода. Кроме того в ряде городов существуют полигоны по утилизации токсичных отходов, принимающие отходы от частных лиц бесплатно. В Москве перегоревшие люминесцентные лампы бесплатно принимаются для дальнейшей переработки в районных ЖЭКах, где установлены специальные контейнеры. [14] [15] Если лампы не принимают в ДЕЗ и РЭУ, необходимо жаловаться в управу или префектуру. [16] В магазинах IKEA в отделе «Обмен или возврат покупок» принимают на переработку любые энергосберегающие лампы любого производителя. [17]
В России 3 сентября 2010 г. Председатель Правительства Владимир Путин подписал Постановление № 681 «Об утверждении Правил обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств, электрических ламп, ненадлежащие сбор, накопление, использование, обезвреживание, транспортирование и размещение которых может повлечь причинение вреда жизни, здоровью граждан, вреда животным, растениям и окружающей среде».
Согласно этим правилам,
V. Правила ликвидации аварийных ситуаций при обращении с ртутьсодержащими отходами. 27. В случае боя ртутьсодержащей лампы (ламп) физическим лицом в бытовых условиях, либо в случае сложного ртутного загрязнения в организации, загрязненное помещение должно быть людьми покинуто и, одновременно, должен быть организован вызов соответствующих подразделений (специализированных организаций) через Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий. 28. После эвакуации людей должны быть приняты достаточные меры к исключению доступа на загрязненный участок посторонних лиц, а также возможные меры по локализации границ распространения ртути и её паров. 29. В случае единичного разрушения ртутьсодержащих ламп в организации устранение ртутного загрязнения может быть выполнено персоналом самостоятельно с помощью созданного для этих целей демеркуризационного комплекта (состав демеркуризационного комплекта утверждается Правительством Российской Федерации по представлению Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий совместно с Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору и Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека).