Vysokotlaká a nízkotlaká sodíková výbojka – princip činnosti a použití

HPS – trubicová sodíková oblouková lampa. DNaS – oblouk sodíku v baňce s rozptylem světla. V současné době se již nevyrábí. Určeno jako náhrada DRL. Měly téměř podobnou strukturu jako DRL lampy, ale byly použity jiné materiály. DNaMT – obloukový sodík matovaný. Abych byl upřímný, nevím a nepřemýšlel jsem o tom, kdo by mohl potřebovat matný povlak na lampě (proto jsem to nikdy neviděl v prodeji), ale existují. DNaZ – zrcadlo. O nich již byla řeč výše. Jsou vzácné a jsou obecně vhodnější pro zemědělský průmysl.

Na závěr bych rád poznamenal zařazení těchto lamp. Bohužel výměna DRL lampy za HPS lampu pouhou výměnou lampy není možná. Mají různé technologie zapalování. Lampa HPS musí být zapálena vysokým napětím (asi 6000 voltů), na rozdíl od DRL, která vyžaduje běžné síťové napětí.

Proto se pro HPS používají speciální pulzní zapalovací zařízení (IZD).

Navíc je vhodné, aby měly předřadník označený, že jej lze použít pro sodíkové výbojky. Existují předřadníky pro rtuť, rtuť a sodík a pouze sodíkové výbojky. Poslední dva typy jsou vhodné pro sodíkové výbojky, první nikoliv

Opět u DRL výbojek to není moc důležité, pokud použijete výkonnější předřadník, např. 400 wattů pro DRL-250, tak u sodíkových výbojek to způsobí snížení životnosti. Pokud se rozhodnete sestavit obvod sami, mějte na paměti, že existuje možnost poškození vysokým napětím od IZU

Všechny vodiče (na rozdíl od DRL, kde mohou vodiče od předřadníku k lampě dosahovat 10 metrů a v některých případech i více), kromě toho, který napájí obvod, by neměly přesáhnout jeden metr. Sodíkové výbojky, stejně jako DRL, potřebují poměrně dlouho, než dosáhnou provozního režimu (až 10 minut), ačkoli proces spouštění „horké“ výbojky probíhá rychleji než DRL, ale také se nedoporučuje zapínat sodíkovou výbojku. a často vypnuto. Sodíková výbojka je citlivější na síťové napětí. Když je napětí nízké, může se vypnout (zhasnout), když je napětí vysoké, životnost se sníží. No, možná to stačí k seznámení s dalším vynálezem lidstva. Veselé výtvory!

Klíčové vlastnosti sodíkových výbojek

Předpokládá se, že nejvyšší světelný výkon mají sodíkové žárovky, což znamená působivou účinnost. Výrobky se vyznačují mimo jiné dlouhou životností. Během provozu se světelný výkon mírně snižuje. Provozní parametry (vysokotlakých výbojek) jsou málo závislé na okolní teplotě (přehřívání je eliminováno správně realizovanou konstrukcí). Sodíkové žárovky jsou žádané pro pouliční osvětlení. Existují vážné nevýhody:

1. Nepříliš spolehlivé barevné podání (hodnoty koeficientu – 25). To bylo dlouho považováno za hlavní omezení pro použití výbojek v každodenním životě. Lidská kůže vypadá v takovém osvětlení extrémně špatně.
2. Výboj v sodíkových parách je charakterizován hlubokou pulzací, která vede k rychlé zrakové únavě. Blikání je škodlivé pro nervový systém a několik aspektů lidského zdraví. Zmíněný jev je vysvětlen úplným obloukem bez setrvačnosti v sodíkových parách – záře opakuje zákon přiloženého napětí (v síti je obvykle sinusoida o frekvenci 50 Hz).
3. Jak se životní zdroj spotřebovává, spotřeba energie sodíkové výbojky se postupně zvyšuje a zvyšuje se o 40 % oproti původní.
4. Předřadník sodíkových výbojek je objemný (zabírá hodně místa) a vyznačuje se velkými ztrátami (až 60 % z celkové spotřebované energie).
5. Přítomnost startovací tlumivky určuje nízký koeficient přenosu výkonu (až 0,35). Což vyžaduje pevný blok kompenzačních kondenzátorů pro odstranění reaktivní části.

Výše uvedené vysvětluje použití sodíkových žárovek především pro noční osvětlení, zejména pro nebytové objekty: dílny, sklady, nádraží. Navíc – pro skladovací zařízení, dálnice, architektonické stavby. Žluté světlo nízkotlaké sodíkové výbojky umožňuje člověku rozlišit detaily při relativně nízké intenzitě záření a za špatných povětrnostních podmínek výborně proniká mlhou. Tato specifičnost umožňuje vytvářet různé signální instalace založené na popsaných zařízeních.

Některé z výše uvedených nevýhod lze odstranit použitím elektronických předřadníků invertorového typu. Tím se snižuje spotřeba energie díky absenci startovací tlumivky dosahuje účiník 0,95. Hmotnost elektronického předřadníku je samozřejmě malá. To ví člověk, který ví o výhodách LED a výbojek se závitem E27 Edison. Zde se do soklu vešla veškerá elektronika.

Životnost vysokotlakých sodíkových výbojek se pohybuje od 12 do 28 tisíc hodin. To jsou konkurenční hodnoty, v přepočtu na pracovní dny je to 4 – 9,5 roku. Postupně se úbytek napětí na lampách zvyšuje rychlostí 1 – 5 V ročně. Co způsobuje odmítnutí?

Baňka nízkotlakých výbojek je obvykle válcová. Pro vysokotlaké produkty – někdy hřibovité s vnitřním reflektorem nebo elipsoidní. V druhém případě jsou spektra záře odstupňována podle výkonu: pro jeho průměrné hodnoty je tlak v baňce maximální, což vysvětluje zmíněné rozdělení. Spektrální charakteristiky jsou ovlivněny síťovým napětím (pokud není použit elektronický předřadník). Životnost je také kritická pro amplitudu: zvýšení nebo snížení napětí pouze o 5 % vede k prudkému stárnutí produktu.

Pro běžné spotřebitele jsou zajímavé lampy s vylepšeným podáním barev. Odpovídající koeficient produktu dosahuje 83, což je považováno za vynikající ukazatel. Například pro LED žárovky jsou typické hodnoty 70 nebo více. Posledně jmenované jsou široce používány v každodenním životě, jen málo lidí je ochotných si stěžovat na takové parametry. A vzhledem k hospodárnosti sodíkových žárovek věříme, že se tato zařízení stanou důstojnou konkurencí pro ostatní rodiny osvětlovacích zařízení.

Vysokotlaké sodíkové výbojky

Kromě sodíku se do plynné směsi přidávají páry rtuti a páry xenonu, které snižují zápalné napětí (až 2-4 kV). Tlak v baňce se pohybuje od 4 do 14 kPa. Je snadné si všimnout, že podle obecné klasifikace výbojek se uvedený rozsah týká nízkého tlaku U sodíkových výbojek nad 14 kPa se uvedený parametr nezvyšuje. Rozsah 4 – 14 kPa je klasifikován jako vysokotlaký.

Maximální účinnost se pohybuje kolem 10 kPa. Parciální tlak par sodíku je desetina nebo dvacetina celkového tlaku. Zbytek pochází ze rtuti a xenonu. Tlak posledně jmenovaného (za studena) je 2,6 kPa. Pokud se pro snížení zapalovacího napětí použije směs neonu a argonu, sníží se světelná účinnost sodíkové výbojky na čtvrtinu.

Ve spektru vysokotlakých sodíkových výbojek je kromě čar D zaznamenána aktivita v modrozelené části spektra. Díky tomu není výsledný odstín žlutý, ale zlatobílý (teplota barvy v teplém rozsahu je 2000 K). Index podání barev (maximálně při 2500 K) lze zvýšit zvýšením parciálního tlaku par sodíku a průměru baňky. Současně se snižuje světelná účinnost téměř na polovinu a snižuje se životnost. Dochází ke zvýšení teploty barev. Vzhledem k výše popsaným negativním výsledkům jsou taková opatření přijímána jen zřídka.

Jako materiál baňky se používá hliníková keramika. Obyčejné silikátové sklo je nevhodné, pod vlivem vysokých teplot pak vstupuje do chemické reakce. Vytvořené sloučeniny jsou stabilní a baňka znatelně zčerná během několika minut poté, co produkt začne pracovat. Změny jsou nevratné pod vlivem silného tlaku existuje možnost úplného zničení skla.

Polykrystalická keramika a trubkový monokrystal s tloušťkou stěny od 0,5 do 1 mm jsou stejně odolné vůči agresivnímu prostředí až do teploty 1600 K s určitou rezervou vůči optimálnímu bodu. Keramika vykazuje slušnou propustnost ve viditelném rozsahu, což představuje 30 % energie spotřebované sodíkovou výbojkou.

Extrémní teploty vyžadují speciální provedení pouzder. Jsou vyrobeny z niobu s malou (1%) příměsí zirkonia, na vstupu do baňky jsou utěsněny speciálním skleněným cementem (schopným odolat těmto agresivním podmínkám). Taková sofistikovaná slitina ve složení byla vybrána z nějakého důvodu. Konstruktéři našli materiál, jehož koeficient tepelné roztažnosti se blíží keramice. Díky tomu je možné zabránit deformacím ve spojích a švech. Stejný nápad se používá u kovových okenních rámů. Je známo, že koeficient tepelné roztažnosti hliníku se blíží hodnotám skla.

Vysokotlaké sodíkové výbojky se vyznačují setrvačností. Při prvním zapnutí je světlo žluté a monochromatické. Postupně se produkt dostává do režimu se současným rozšiřováním vyzařovaného spektra. Pro opětovné zapálení oblouku se plyn ochladí, což trvá 2-3 minuty. Aby nedošlo k překročení provozních teplot, je nutné vyloučit odraz záření na baňku. Jinak sodíková výbojka selže z důvodu přehřátí.

Kde se setkat

Vzhledem k tomu, že technické vlastnosti sodíkových žárovek nejsou příliš vhodné pro práci v domácím prostředí, našly maximální uplatnění v systémech veřejného osvětlení. K jejich připojení se používá speciální obvod, který umožňuje použití takových světelných zdrojů ve venkovním osvětlení. Používají se pro osvětlení:

• městské ulice a místní oblasti;
• náměstí, parky a veřejné zahrady;
• dálnice, dopravní křižovatky, ale i přechody a zóny pro chodce;

Dálniční osvětlení HPS

• tunely, vlaková nádraží, letiště, sportovní zařízení;
• architektonické budovy a staveniště;
• skladové a výrobní prostory.

Pomocí sodíkových žárovek můžete vytvořit následující typy osvětlení:

• Všeobecné;
• pracovní;
• umělecký;
• zvýrazňující;
• další.

Navzdory některým nedostatkům ve své práci obsadily sodíkové světelné zdroje poměrně působivé místo v pouličním osvětlení a nehodlají se ho vzdát jiným žárovkám.

Konstrukční prvky

Sodíkové výbojky, často používané pro venkovní osvětlení, jsou moderním světelným zdrojem, který se objevil jako výsledek pokusu o modernizaci žárovek. Sodné páry jsou zde použity jako svítící těleso. Takové lampy mají také zkratku DNAT, což znamená „Arc Sodium Tubular Lamp“.

Vzhledem k tomu, že sodíkové výbojky využívají k vytvoření výboje sodíkové páry, svítí výbojky, do kterých jsou našroubovány, jasně oranžovým odstínem. Toto světlo vypadá skvěle jako venkovní typ osvětlení. Proto se takové výbojky stále častěji vkládají do venkovních svítidel pro ulice a dvory a nahrazují jimi zastaralé rtuťové výbojkové zdroje světla.
HPS je efektivní typ světelného zdroje, protože mezi jeho vlastnosti patří vysoká světelná účinnost. Mezi všemi modely s plynovou výbojkou se sodíkové výbojky vyznačují maximálním světelným výkonem, přičemž kvalita světelného toku časem mírně klesá.
Sodíkové výbojky fungují takto:

Uvnitř lamp je trubice – „hořák“. Je vyrobena z hliníkové keramiky. Tato trubice je naplněna zředěným plynem (sodná pára smíchaná se rtutí);

• tento obvod obsahuje rtuťové páry za účelem omezení proudu a používá se jako indukční předřadník (elektronický předřadník);
• Při průchodu elektrického proudu žárovkou se aktivuje její elektrický obvod a mezi oběma elektrodami je pozorován elektrický oblouk. Mezi těmito elektrodami je sodík v parním stavu.

Síťové napětí nebude stačit k zapálení studené HPS lampy. V tomto ohledu mají sodíkové žárovky určitý způsob připojení. K jejich připojení se dnes používá speciální pulzní zapalovací zařízení (IZU). Schéma zapojení bude diskutováno níže. IZU po připojení začne generovat napěťové impulsy. Tyto impulsy mohou dosáhnout několika tisíc voltů. Při tomto napětí zaručeně vznikne elektrický oblouk.

Protože hlavní tok světelného záření je generován sodíkovými ionty, budou sodíkové výbojky vytvářet světelný tok charakteristické žluté barvy. Toto světlo je považováno za nejpřijatelnější pro lidi, protože se blíží indikátorům přirozeného světla.
Bezprostředně poté, co se oblouk objeví a stabilizuje, budou takové lampy svítit slabě, protože energie bude vynaložena na ohřev hořáku. Z tohoto důvodu budou zapnuté lampy pouličního typu zpočátku produkovat slabé světlo, jehož jas se bude zvyšovat, jak se hořák zahřeje. Asi po 10 minutách od zahájení provozu osvětlovacího zařízení dosáhne jas sodíkové výbojky své normální úrovně.

Technické parametry

Dnes se sodíkové výbojky často používají k organizaci pouličního osvětlení. Navíc je lze našroubovat jak do běžných svítidel, tak do konzolových instalací nebo luceren. Nejširší uplatnění našly ve venkovních osvětlovacích systémech.
Mezi pozitivní aspekty používání DNAT patří:

• stabilní a jasná záře, která je pozorována po celou dobu životnosti žárovky;
• možnost instalace do různých svítidel (například konzolová svítidla, lucerny atd.);

Pouliční lampy s DNAT

• Barva záření může být buď žlutá, nebo neutrálně bílá. Pro změnu barvy záře se používají různé směsi plynů;
• snížení provozních nákladů;
• takové výrobky mají poměrně dlouhou životnost, zejména ve srovnání s žárovkami a halogenovými světelnými zdroji;
• UV ochrana;
• Kompaktní rozměry lampy, které jsou kombinovány se schopností vytvářet paprsky vysoké intenzity.

Navíc byste měli vědět, že sodíkové výbojky je nutné šroubovat do těch výbojek, které jsou opatřeny ochranným sklem, tzn. uzavřený typ.
Pro osvětlení domu a veřejných prostor se takové žárovky prakticky nepoužívají kvůli následujícím negativním aspektům, které existují v jejich práci:

• hluk vytvářený předřadníky;
• možnost efektu blikání;
• nedostatek schopnosti rychlého restartu. Aby se sodíková výbojka rozsvítila, musíte počkat, až úplně vychladne;
• nutnost použití při připojení zapalovacího zařízení a předřadníků. Také zde budete potřebovat proudové pojistky typu IEC1167.

Jak vidíte, takové vlastnosti nejsou přijatelné pro domácí osvětlovací systém, ale jsou docela vhodné pro pouliční osvětlení.