что называется люминесцентной лампой

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.

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):

К недостаткам относят:

История

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

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:

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:

Параметры выпускавшихся в СССР ламп по цветопередаче приведены в таблице:

Особенности подключения

Люминесцентная лампа, в отличие от лампы накаливания, не может быть включена напрямую в электрическую сеть. Причин для этого две:

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:

Электронный балласт

Может использоваться один из двух вариантов запуска ламп:

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.

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:

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:

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:

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.

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).

Источник