Основні характеристики розрядних ламп

У розрядних лампах, які все більше витісняють лампи розжарювання, використовуються електричні розряди в інертних газах і сумішах інертних газів з парами таких металів, як ртуть, натрій, кадмій та ін. Більшість розрядів мають не суцільний, а лінійчастий спектр випромінювання, в них можуть бути відсутні різні ділянки спектра оптичного діапазону. Так, неон, який широко використовується в спеціальних (рекламних, оздоблювальних) лампах, випромінює червоне, а пари натрію – жовте світло. Лінійчастий спектр спотворює колір предметів – цей недолік усувається за допомогою люмінофорів.

Головними перевагами розрядних ламп є висока світлова віддача (40-150 лм/Вт) і великий термін служби (до 60 тис. годин). Підбираючи різні типи інертних газів, люмінофорів і парів металів, за допомогою розрядних ламп можна отримати випромінювання фактично в будь-якій частині спектра (наприклад, в ультрафіолетовій) при збереженні високої світловіддачі (від ламп розжарювання таке випромінювання можна отримати за допомогою фільтрів, що зменшує і без того низьку світловіддачу цих ламп).

Одним із головних недоліків цих ламп є те, що їх можна приєднувати до мережі лише через спеціальні прилади (апаратуру), окремі для кожної лампи, які здійснюють запалювання ламп і стабілізують їх роботу. Це, по-перше, зумовлене тим, що більшість розрядних ламп мають спадаючу вольт-амперну характеристику (сила струму зростає при зменшенні напруги), тому для стабілізації струму (запобігання його лавиноподібному збільшенню і виходу лампи з ладу) послідовно з лампою треба вмикати баластний опір. В якості баластного використовують індуктивний (дросель) або індуктивно-ємнісний (послідовно ввімкнені дросель і конденсатор) опір. Оскільки в першому випадку струм лампи відстає, а в другому – випереджає напругу, то дросельні схеми ще називають “відстаючим”, а дросельно-конденсаторні – “випереджаючим” баластним колом.

Активний опір (резистор) призводить до значних витрат енергії (50% і вище) й збільшення пульсацій світлового потоку, ємнісний (конденсатор) на частоті 50 Гц призводить до значних імпульсів струму кожні півперіоду коливання (100 разів на секунду) та великих темнових пауз. Обидва типи опорів зменшують термін служби ламп і тому в якості баластних, як правило, не використовуються.

Як відомо з електротехніки, в схемах із реактивними опорами споживана потужність визначається формулою

Р = U I cos φ, (2.12)

або P = U I K, (2.13)

де P – споживана (корисна) потужність; U, І – ефективні (діючі) значення напруги і сили струму; K = cos φ – коефіцієнт потужності, в якому φ – зсув фаз між струмом та напругою, якщо останні змінюються за гармонічними законами (sin або cos). Останнє для більшості розрядних ламп, узагалі кажучи, не виконується, тому К або cos φ слід розглядати як коефіцієнт, значення якого лежить у межах від 1 до 0 (чим ближче до одиниці, тим краще). Очевидно, що для активного опору К = 1.

Зменшення cos φ збільшує споживання струму при тій же активній потужності, що призводить до більшої витрати палива електростанціями в розрахунку на одиницю (1 кВт×год) виробленої електроенергії. Тому в деяких випадках на підприємствах установлюють поряд із лічильниками активної також лічильники реактивної електроенергії. При цьому при зменшенні cos φ збільшується плата за спожиту електроенергію (за часів командно-адміністративної системи у випадку зменшення cos φ нижче від нормованих значень підприємства сплачували штраф, а у випадку підвищення – колектив отримував премію).

По-друге, для запалювання газового розряду в багатьох лампах треба короткочасно подати імпульс високої напруги (від декількох сотень до тисяч вольт), а також здійснити прогрівання електродів. Ці елементи (баластний опір і пристрої для запалювання лампи) називають пускорегулюючим апаратом (ПРА). Втрати енергії в ПРА із дроселем становлять від 5% до 50% потужності лампи (чим більша потужність лампи, тим менші відносні втрати в дроселі). Оскільки параметри ламп залежать від типу ПРА, надалі, якщо це не буде окремо оговорено, будуть наводитися параметри ламп при живленні їх від мережі змінного струму частотою 50 Гц із індуктивним баластом, який найбільш поширений в Україні.

Іншим суттєвим недоліком розрядних ламп при живленні їх змінним струмом частотою 50 Гц є значний коефіцієнт пульсацій. Хоча людське око не помічає пульсацій частотою 100 Гц (частота пульсацій дорівнює подвійній частоті мережі), вони викликають швидку втомлюваність, погіршують зір, а у випадку рухомих об’єктів, деталей машин і механізмів можуть викликати небезпечний стробоскопічний ефект. Тому без ужиття спеціальних заходів для зниження коефіцієнта пульсації (які будуть розглянуті нижче) цей параметр розрядних ламп не задовольняє вимоги будівельних норм [75] для більшості виробничих, службових і громадських приміщень.

Термін служби розрядних ламп дуже залежить від частоти вмикань при 5-10-годинному циклі (“ввімкнено – вимкнуто”), знижується вдвічі і більше порівняно з безперервним горінням. Збільшення частоти вмикань прискорює падіння світлової віддачі, яка для більшості ламп зменшується в процесі експлуатації приблизно на 20-30%.

Параметри основних типів розрядних ламп наведені у таблиці 2.3.