Монтаж освещения и осветительных сетей - Источники света

Электрические источники света по способу преобразования электрической энергии в световое излучение разделяются на две основные группы: тепловые (лампы накаливания всех типов) и газоразрядные (люминесцентные, ртутные лампы и т. п.).
Тепловые источники света используют свойство тел излучать при нагреве лучистую энергию. При достаточно большой температуре это излучение переходит в область видимого излучения — тело начинает светиться. Световое излучение увеличивается с повышением температуры тела. При этом изменяется и цветовой состав излучения. Это наглядно видно при нагреве стали. Сначала она становится красной и далее раскаляется «до бела».
В современной лампе накаливания используется нить из вольфрама. Температура плавления вольфрама (около 3400° С) дает возможность длительно держать нить раскаленной до 2500—2700° С при условии предохранения ее от сгорания.

Таблица 3-2
Лампы накаливания общего назначения (ГОСТ 2239-70)

Защита от сгорания нити обеспечивается выкачкой воздуха из стеклянной колбы. Внутри колбы образуется вакуум, и в связи с отсутствием кислорода сгорания нити не происходит. Однако при температуре нагрева нити, близкой к температуре плавления, резко усиливается явление испарения вольфрама. Пары вольфрама оседают на внутренней поверхности стекла колбы и делают ее менее прозрачной. Такое потемнение хорошо видно на перегоревших лампах. От испарения вольфрама нить становится тоньше и перегорает. Процесс испарения можно уменьшить, наполнив колбу инертным газом, но при этом увеличивается значение тепловых потерь.  Применение в качестве инертного газа криптона позволяет повысить температуру нити, а следовательно, и значение излучаемого светового потока.
Для уменьшения тепловых потерь нить свертывают в плотную спираль. В отдельных видах ламп эту спираль свертывают еще раз в двойную спираль. Такие лампы называют биспиральными.
Лампы накаливания общего назначения (табл. 3-2) выпускаются на стандартные напряжения 127 и 220 В. Лампы 15 и 25 Вт изготовляются вакуумными, лампы 40—100 Вт — газополными с биспиральной нитью, при мощностях ламп более 100 Вт — газополными со спиральной нитью. Лампы 40—100 Вт изготовляются также с наполнением криптоном и имеют колбы уменьшенного размера.

Таблица 3-3
Лампы накаливания для местного освещения (1182-72)

Для местного освещения изготовляются лампы на напряжение 12 и 36 В (табл. 3-3).
Несмотря на появление более совершенных источников света, лампы накаливания остаются наиболее распространенными источниками света, выпускаемыми в различных исполнениях: с матированными и молочными колбами, с нанесенным на часть колбы отражающим слоем, в специальном железнодорожном, судовом, автомобильном и прожекторном исполнении, с баллонами свечеобразной и цилиндрической формы и др.
Основными характеристиками ламп накаливания, как и других источников света, являются рабочее напряжение лампы, мощность и излучаемый световой поток. Важное значение имеют срок службы ламп и цветовая характеристика излучения.

Экономичность лампы характеризует величина световой отдачилм/Вт.
С учетом того, что из подводимой электрической мощности только 2—4% переходит в видимое световое излучение, этот показатель, характеризующий величину светового потока, получаемого на 1 Вт затраченной электрической мощности, представляет наибольший интерес.
Согласно табл. 3-2 и 3-3 световая отдача лампа накаливания составляет 7—19,7 лм/Вт. Значение светоотдачи растет с мощностью ламп, а при одинаковой мощности несколько больше у ламп меньшего напряжения. Для наиболее распространенных ламп 100—200 Вт, 220 В светоотдача равна 13,2—14,0 лм/Вт. Светоотдача криптоновой лампы 40 Вт 220 В равна 14,0 лм/Вт, что примерно на 13% выше обычной лампы той же мощности.
Лучшую светоотдачу имеют галогенные лампы накаливания с вольфрамовой нитью, работающей в парах йода. Пары йода растворяют испаряющийся с нити вольфрам и способствуют его повторному осаждению на нить. Этот процесс может быть осуществлен лишь при высокой температуре стенок колбы, поэтому ее изготовляют из кварца. Йодные лампы имеют трубчатую форму и малые размеры.
В настоящее время галогенные лампы накаливания (с вольфрамово-йодным циклом) выпускаются мощностью 1000—2000 Вт, их световая отдача достигает 22 лм/Вт, а срок службы 2000 ч. Характеристика галогенных ламп накаливания напряжением 220 В приведена в табл. 3-4.

Таблица 3-4
Галогенные лампы накаливания 220 В

Более экономичными являются газоразрядные лампы, использующие явление свечения газов или паров металла при прохождении через них электрического тока (электрического разряда).

В условиях нормального состояния воздуха электрический разряд происходит при высоких напряжениях, как, например, при прохождении молнии. Если давление газа уменьшается, электрический разряд происходит при меньших напряжениях, при этом в зависимости от состава газа или паров металла получается световое излучение различных цветов.
Газоразрядные лампы цветового излучения — красного, синего, зеленого и других цветов широко применяются для светящихся надписей и всевозможных изображений. Использовать их для целей освещения не представляется возможным, так как при цветном освещении будут искажаться естественные цвета всех предметов и людей.
Получение светового потока необходимой цветности в современных лампах достигается применением люминофоров, наносимых на внутреннюю поверхность стеклянной трубки (баллона) лампы.
Люминофорами называются вещества, дающие световое излучение при воздействии на них ультрафиолетового (невидимого) излучения, которое появляется вместе с видимым излучением при электрическом разряде.
Основными типами газоразрядных ламп, применяемых для освещения, являются трубчатые люминесцентные лампы низкого давления и дуговые ртутные люминесцентные лампы высокого давления с исправленной цветностью (ДРЛ). Кроме того, в сравнительно небольшом количестве применяются ксеноновые и натриевые лампы.

Рис. 3-1. Люминесцентная лампа.

Таблица 3-5
Люминесцентные лампы (ГОСТ 6825-74)

* С пускорегулирующими аппаратами лампы 15—20 Вт включаются в сеть 127 В, лампы 20—80 Вт в сеть 220 В.
Люминесцентные лампы (рис. 3-1) низкого давления представляют собой цилиндрическую стеклянную трубку 1, запаянную с обоих концов, с нанесенным на нее с внутренней стороны слоем люминофора. С обоих концов трубки расположены электроды 2. Для предварительного подогрева электродов они выполнены в виде двойной или тройной спирали из вольфрамовой проволоки. В целях облегчения разряда спираль покрывают слоем окисла щелочноземельных металлов: бария, кальция и стронция. Из лампы тщательно откачивают воздух и заполняют минимальным количеством инертного газа (обычно аргона и дозированной капельной ртути). Давление газа внутри трубки устанавливают в пределах долей миллиметров ртутного столба. При подаче напряжения на предварительно подогретые электроды или импульсы повышенного напряжения в лампе происходит разряд в парах ртути. Напряжение к лампе подается через штыревые контакты, расположенные в цоколях 3.
Наиболее интенсивное световое излучение связано с температурой стенок трубки, поэтому при увеличении мощности лампы приходится увеличивать и ее длину.
Отечественной промышленностью выпускаются люминесцентные лампы различной мощности, напряжения, формы и цветности излучения.
По цвету излучения различают лампы: дневного света (ЛД), дневного света улучшенной светопередачи (ЛДЦ), холодно-белого света (ЛХБ), белого света (ЛБ) и теплобелого света (ЛТБ). Наибольшее распространение получили лампы прямолинейной формы из трубок круглого сечения (табл. 3-5). Выпускаются также кольцевые и U-образные трубки. Начат выпуск ламп желобкового типа, где круглое сечение трубки частично меняется, образуя как бы желоб.
Дуговые ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью типа ДРЛ конструктивно отличаются от люминесцентных ламп. В них газовый разряд происходит внутри прямой кварцевой трубки, наполненной аргоном с дозированным количеством ртути.
В трубку впаяны электроды, между которыми и происходит разряд в парах ртути при давлении 5— 10 кгс/см2. Кварцевая трубка помещена в стеклянный баллон, внутренние стенки которого покрыты тонким слоем люминофора. Световое излучение люминофора дополняет сине-зеленое излучение газового разряда и позволяет получить необходимую цветность лампы.
Лампа присоединяется к сети с помощью резьбового цоколя, аналогичного цоколям ламп накаливания. Характеристика ламп типа ДРЛ приведена в табл. 3-6.
Таблица 3-6
Ртутные лампы типа ДРЛ (ГОСТ 16354-70)

* Лампы с пускорегулирующими аппаратами включаются на напряжение 220 В.

Улучшение световой отдачи ртутных ламп достигается за счет добавок йодидов «атрия, таллия и индия,, которые, смешиваясь с парами ртути, дают дополнительное световое излучение. При этом световая отдача повышается в 1,5 — 2 раза и значительно улучшается цветность излучения. Такие лампы названы металлогалоидными. В нашей стране разработаны металлогалоидные лампы типа ДРН мощностью 250, 500, 700 и 2000 Вт со световой отдачей 75 — 90 лм/Вт.
Лампы 2000 Вт применяют для наружного освещения, где их использование наиболее эффективно.