В связи с большими техническими и экономическими преимуществами в последние годы значительно возросло производство газоразрядных ламп (люминесцентных и ртутных высокого давления — ДРЛ), имеющих примерно в 3 раза большую световую отдачу и в 7—10 раз больший срок службы по сравнению с лампами накаливания. Освещение люминесцентными лампами позволяет лучше различать цветовые оттенки. Благодаря высокой экономичности газоразрядных ламп при одинаковой мощности осветительных установок нормы освещенности приняты примерно в 3 раза выше, чем для ламп накаливания, что улучшает условия труда, повышает его производительность и снижает утомляемость работающих. На промышленных предприятиях около 80% мощности электроосвещения потребляется газоразрядными лампами.
Люминесцентные лампы
Для освещения помещений следует применять люминесцентные лампы, которые представляют собой стеклянную трубку, заполненную парами ртути и аргоном пли другим инертным газом при давлении 400 Па (3 мм рт. столба). В торцы трубок впаяны катоды из вольфрамовых спиралей. Внутренняя поверхность ламп покрыта тонким слоем люминофора.
При протекании электрического тока между разогретыми электродами лампы (разряд в парах ртути) возникает ультрафиолетовое излучение, которое действует на люминофор и вызывает его видимое свечение (фотолюминесценция)*. В зависимости от применяемого люминофора люминесцентные лампы имеют разную цветность. Выпускается 5 типов люминесцентных ламп, область их применения дана в табл. 3.8. Технические характеристики люминесцентных ламп даны в табл. 3.9.
Таблица 3.8
Наряду с положительными качествами люминесцентные лампы обладают и недостатками:
1. Сложность схемы включения.
- Зависимость от температуры окружающей среды. При отклонении температуры от 18—25°С световой поток снижается. При температуре ниже 5°С лампы могут гаснуть или не зажигаться при включении. Для их нормальной работы при низких температурах необходимы специальные мероприятия.
- Дополнительные потери энергии в пускорегулирующих аппаратах, достигающие 25—35% мощности ламп.
- Вредные для зрения и опасные для персонала пульсации светового потока.
- Низкий коэффициент мощности — cos φ = 0,5.
- Наличие радиопомех.
- Лампы содержат вредные для здоровья вещества, поэтому вышедшие из строя газоразрядные лампы необходимо вывозить в удаленные от жилья и водоемов места и закапывать в землю.
*Световая отдача люминесцентных ламп достигает 75 лм/Вт.
Таблица 3.9. Технические характеристики люминесцентных ламп
Примечания. 1. Выпускают U-образные лампы типа ЛБU мощностью 15; 20; 30; 40; 80 Вт с характеристиками близкими к лампам ЛБ соответствующих мощностей. 2. Выпускают W-образные лампы типа ЛБW30 и ЛДЦW30 мощностью 30 Вт с характеристиками, соответствующими лампам ЛБ30 и ЛДЦ30. 3. Выпускают кольцевые лампы ЛБК20, ЛБК.22, ЛБК32 и ЛБК40 с характеристиками, близкими лампам ЛБ соответствующей мощности. 4. Выпускают лампы ЛБР и ЛХБР мощностью 4; 40 и 80 Вт с рефлекторным отражающим слоем.
Схемы включения ламп (рис. 3.1)
Для зажигания и устойчивой работы люминесцентных ламп применяются пускорегулирующие аппараты (ПРА), состоящие из балластных дросселей, конденсаторов и стартеров.
Стартер тлеющего разряда представляет собой небольшую стеклянную колбочку, наполненную инертным газом (рис. 3.2), в которую впаяны выводы от расположенных внутри электродов. Стартер помещается в защитный металлический кожух.
Рис. 3.1. Схемы включения люминесцентных ламп: а — одноламповая; б — двухламповая: 1 — лампа; 2 — стартер; 3 — дроссель; 4 — конденсатор, подавляющий радиопомехи; 5 — конденсатор для повышения cos φ
Рис. 3.2. Стартер
Простая схема включения люминесцентных ламп показана на рис. 3.1, а. При включении лампы в сеть на стартер через балластный дроссель подается напряжение Uл=Uст, которого недостаточно для того, чтобы пробить промежуток между холодными катодами, но достаточно, чтобы возник тлеющий разряд в стартере. Ток разряда стартера (0,01—0,04 А) недостаточен, чтобы разогреть катоды лампы. Тепло, выделяющееся при разряде в стартере, заставляет выгибаться биметаллический электрод. Через несколько секунд электроды стартера замыкаются и по той же цепи начинает протекать пусковой ток, величина которого определяется сопротивлением дросселя и в 30—70 раз превышает ток разряда в стартере. Этот ток нагревает катоды ламп. В то же время биметаллическая пластинка охлаждается, так как хотя ток и возрос, но из-за малого сопротивления замкнувшегося контакта стартера количество выделившегося тепла меньше, чем при тлеющем разряде. Остывшая биметаллическая пластина распрямляется, и через 0,2—0,8 секунды цепь размыкается. При этом из-за индуктивности дросселя возникает так называемый высоковольтный импульс напряжения (около 1000 В), благодаря которому происходит пробой промежутка между разогретыми катодами лампы, и она зажигается. На лампе устанавливается номинальное напряжение горения. Такой процесс, повторяется несколько раз (мигание в течение 10—15 сек), до тех пор, пока не разогреются катоды и не установится режим устойчивого горения.
Бесстартерные схемы
Стартеры — наименее надежные элементы схем люминесцентного освещения, имеют большой разброс характеристик: напряжения начала тлеющего разряда и времени контактирования электродов. Разработаны и выпускаются бесстартерные схемы, обеспечивающие зажигание ламп повышенным напряжением при подогретых катодах. Для этих схем применяются специальные лампы.
Снижение пульсаций световою потока
Вследствие безинерционности люминесцентные лампы зажигаются и гаснут каждые полпериода (100 раз в секунду). Пульсации светового потока достигают 25—40%. Глаз перемен не замечает, но это отрицательно влияет на зрение и вызывает утомление. Кроме того, при освещении такими лампами вращающихся машин они, в зависимости от скорости вращения, кажутся неподвижными или медленно вращающимися (так называемый стробоскопический эффект). Стробоскопический эффект может быть причиной несчастного случая. Одним из способов, снижающих пульсации и уничтожающих стробоскопический эффект, является присоединение трех рядом расположенных ламп к разным фазам трехфазной сети. При отсутствии трехфазной сети применяются специальные схемы включения двух ламп в одном светильнике, обеспечивающие искусственный сдвиг фаз (рис. 3.1, б) и исключающие одновременное погасание или загорание обеих ламп.
Снижение радиопомех
При работе лампы в пусковом режиме из-за многократного срабатывания стартера и возникновения высоковольтных импульсов появляются интенсивные радиопомехи. В рабочем режиме люминесцентная лампа, зажигающаяся п гаснущая каждые полпериода, также генерирует радиопомехи, которые распространяются по осветительной сети. Для подавления помех и повышения надежности зажигания в стартеры встраивается помехоподавляющий конденсатор с емкостью 4000—10000 пФ.
Кроме того, в ПРА светильников, предназначенных для установки в жилых и общественных зданиях, устанавливается сетевой помехоподавляющий конденсатор емкостью 0,047 мкФ с рабочим напряжением 400 В (типа БМТ-1 —400—0,047 20% или аналогичный).
Повышение коэффициента мощности
Особенности работы и наличие дросселей в схеме люминесцентных ламп уменьшают коэффициент мощности установки до 0,5. Чтобы его повысить, нужно обязательно включат в цепь ламп компенсирующие конденсаторы Ск.
Для ламп 10—40 Вт при напряжении 220 В емкость конденсатора Ск принимают равной 4 мкФ. Для ламп 65—80 Вт Ск=6 мкФ.
Рабочее напряжение конденсаторов 400 В.
Светильники
Светильники с люминесцентными лампами необходимо устанавливать на высоте 2,5 м и более. Установка ниже 2,5 м допускается при условии недоступности контактных частей для случайного прикосновения.
Светильники изготовляются из стали, стеклопластика и снабжаются рассеивателями из оргстекла. Они выпускаются на 2 и 4 лампы, реже — 1 и 3 лампы.
Типы и технические характеристики светильников приведены в табл. 3.10 Эскизы наиболее распространенных светильников приведены на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Светильники для люминесцентных ламп: а - ЛСПО2, ЛСП; б - ПВЛП; в - ПВЛМ, ЛД, ОДР; г – НОДЛ
Таблица 3.10. Светильники с люминесцентными лампами для производственных помещений
Лампы ДРЛ и ДРИ
Для внутреннего освещения производственных помещений и для наружного освещения применяют ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью типа ДРЛ (дуговая ртутная, люминесцентная). Эти лампы представляют собой стеклянный баллон эллиптической формы, внутри которого находится трубчатая ртутно-кварцевая горелка высокого давления на внутренней поверхности баллона нанесен люминофор. Световая отдача ламп ДРЛ достигает 55 тм/Вт. Лампы включаются в сеть 220 В через специальные ПРА.
Параметры ламп приведены в табл. 3.11.
Недостатки ламп ДРЛ — неудовлетворительная цветопередача, длительность зажигания (около 7 минут) и низкий коэффициент мощности.
Промышленность выпускает также металлогалогенные лампы ДРИ (дуговая, ртутная, йодная) с еще более высокой светоотдачей (до 100 лм/Вт) и значительно лучшей цветностью. Недостаток их по сравнению с лампами ДРЛ — еще более сложная схема ПРА и в 2—3 раза меньший срок службы. Лампы ДРИ не имеют слоя люминофора и выпускаются мощностью 250, 400, 700 и 1000 Вт на напряжение 220 В и 2000 Вт на напряжение 380 В.
Таблица 3.11. Ртутные лампы высокого давления
