Moderne Natriumdampf-Hochdrucklampen

Natriumhochdrucklampen (HPL) gehören zu den effizientesten Lichtquellen und haben bereits heute eine Lichtausbeute von bis zu 160 lm/W bei Leistungen von 30 – 1000 W, ihre Lebensdauer kann über 25.000 Stunden betragen. Die geringe Größe des Leuchtkörpers und die hohe Helligkeit von Natriumdampf-Hochdrucklampen erweitern die Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Beleuchtungsgeräten mit konzentrierter Lichtverteilung erheblich.

Typischerweise werden Natriumdampf-Hochdrucklampen mit einem induktiven oder elektronischen Vorschaltgerät betrieben. Die Zündung von Natriumdampf-Hochdrucklampen erfolgt über spezielle Zündgeräte, die Impulse bis zu 6 kV abgeben. Die Leuchtdauer der Lampen beträgt in der Regel 3 bis 5 Minuten.

Zu den Vorteilen moderner Natriumdampf-Hochdrucklampen gehört ein relativ geringer Lichtstromabfall während der Lebensdauer, der beispielsweise bei Lampen mit einer Leistung von 400 W bei 10-stündiger Brenndauer 10-20 % in 15.000 Stunden beträgt Zyklus. Bei Lampen mit häufigerem Betrieb nimmt der Lichtstromabfall mit jeder Zyklusverdoppelung um etwa 25 % zu.Der gleiche Zusammenhang gilt für die Berechnung der Lebensdauerverkürzung.

Es ist allgemein anerkannt, dass diese Lampen dort eingesetzt werden, wo Wirtschaftlichkeit wichtiger ist als eine genaue Farbwiedergabe. Ihr warmgelbes Licht eignet sich gut zur Beleuchtung von Parks, Einkaufszentren, Straßen und in manchen Fällen auch zur dekorativen Architekturbeleuchtung (Moskau ist ein hervorragendes Beispiel dafür). Die Entwicklung dieser Lichtquellen im letzten Jahrzehnt hat zu einer dramatischen Erweiterung ihrer Einsatzmöglichkeiten durch das Aufkommen neuer Leistungstypen sowie Lampen mit geringer Leistung und Lampen mit verbesserter Farbwiedergabe geführt.

1. Natriumhochdrucklampen mit verbesserter Farbwiedergabe

Natriumdampf-Hochdrucklampen sind derzeit die effizienteste Gruppe von Lichtquellen. Standard-Natriumdampf-Hochdrucklampen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen, von denen vor allem die deutlich verschlechterten Farbwiedergabeeigenschaften hervorzuheben sind, die durch einen niedrigen Farbwiedergabeindex (Ra = 25 – 28) und eine niedrige Farbe gekennzeichnet sind Temperatur (Ttsv = 2000 – 2200 K).

Die verbreiterten Natriumresonanzlinien verursachen eine goldgelbe Emission. Die Farbwiedergabe von Natriumdampf-Hochdrucklampen gilt für die Außenbeleuchtung als zufriedenstellend, für die Innenbeleuchtung jedoch als unzureichend.

Die Verbesserung der Farbleistung von Natriumdampf-Hochdrucklampen ist hauptsächlich auf einen Anstieg des Natriumdampfdrucks im Brenner zurückzuführen, wenn die Temperatur der Kaltzone oder der Natriumgehalt des Amalgams ansteigt.(Amalgam – flüssiges, halbflüssiges oder karbidisches Metall mit Quecksilber), Vergrößerung des Durchmessers des Auspuffrohrs, Einführung von Strahlungszusätzen, Aufbringen von Leuchtstoffen und Interferenzbeschichtungen auf den Außenkolben und Speisung der Lampen mit hochfrequentem Impulsstrom. Der Rückgang des Lichtstroms wird durch einen Anstieg des Xenondrucks (dh eine Abnahme der Plasmaleitfähigkeit) ausgeglichen.

Viele Spezialisten beschäftigen sich mit dem Problem der Verbesserung der spektralen Zusammensetzung der Strahlung von Natriumdampf-Hochdrucklampen, und eine Reihe ausländischer Unternehmen produzieren bereits hochwertige Lampen mit verbesserten Farbparametern. So in der Nomenklatur so führender Unternehmen wie General Electric, Osram, Philips gibt es eine große Gruppe von Natriumdampflampen mit verbesserten Farbwiedergabeeigenschaften.

Solche Lampen mit einem allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra = 50 – 70 haben eine um 25 % geringere Lichtausbeute und eine halbe Lebensdauer im Vergleich zu Standardversionen. Es ist zu beachten, dass die Hauptparameter von Natriumdampf-Hochdrucklampen für Änderungen der Versorgungsspannung von großer Bedeutung sind. Bei einer Abnahme der Versorgungsspannung um 5-10 % verlieren Leistung, Lichtstrom, Ra 5 bis 30 % ihrer Nennwerte und bei steigender Spannung sinkt die Lebensdauer stark.

Versuche, ein wirtschaftliches Analogon einer Glühlampe zu finden, führten zur Entwicklung einer neuen Generation von Natriumdampflampen. In jüngerer Zeit ist eine Familie von Natriumdampflampen mit geringer Leistung und verbesserter Farbwiedergabe auf den Markt gekommen. Philips hat eine Reihe von 35-100-W-SDW-Lampen mit Ra = 80 eingeführt, und die Emissionschromatografie kommt der von Glühlampen nahe. Die Lichtausbeute der Lampe beträgt 39 – 49 lm/W und die des Lampensystems – Vorschaltgerät 32 – 41 lm/W.Mit einer solchen Lampe lassen sich erfolgreich dekorative Lichtakzente an öffentlichen Orten setzen.

° Die OSRAM COLORSTAR DSX-Lampenreihe ist zusammen mit der elektronischen Steuereinheit POWERTRONIC PT DSX ein völlig neues Beleuchtungssystem, das es ermöglicht, mit derselben Lampe die Farbtemperatur zu ändern. Die Änderung der Farbtemperatur von 2600 auf 3000 K und zurück erfolgt über ein elektronisches Vorschaltgerät mit speziellem Schalter. So können Sie den in Vitrinen präsentierten Exponaten entsprechend der Tages- bzw. Jahreszeit einen hellen Innenraum schaffen. Die Lampen dieser Serie sind umweltfreundlich, da sie kein Quecksilber enthalten. Die Kosten einer Beleuchtungsanlage aus solchen Bausätzen sind 5-6 mal höher als die von Halogenglühlampen.

Für die Außenbeleuchtung wurde eine modifizierte Version des COLORSTAR DSX-Systems, COLORSTAR DSX2, entwickelt. Zusammen mit einem speziellen Vorschaltgerät kann der Lichtstrom der Anlage auf 50 % des Nennwertes reduziert werden. Diese Lampenserie enthält außerdem kein Quecksilber.

Natriumdampf-Hochdrucklampen mit geringer Leistung

Unter den derzeit produzierten Natriumdampf-Hochdrucklampen entfällt der größte Anteil auf Lampen mit einer Leistung von 250 und 400 Watt. Bei diesen Leistungen gilt die Effizienz der Lampen als maximal. In jüngster Zeit ist jedoch das Interesse an Natriumdampflampen mit niedriger Wattzahl deutlich gestiegen, da bei der Innenbeleuchtung der Wunsch besteht, Strom zu sparen, indem Glühlampen durch Entladungslampen mit niedriger Wattzahl ersetzt werden.

Die von ausländischen Unternehmen erreichte Mindestleistung von Natriumdampf-Hochdrucklampen beträgt 30 – 35 W.Das Gasentladungslampenwerk in Poltawa beherrscht die Produktion von Natriumdampflampen mit geringer Leistung und einer Leistung von 70, 100 und 150 W.

Schwierigkeiten bei der Herstellung von Natriumdampflampen mit geringer Leistung sind mit dem Übergang zu kleinen Strömen und Durchmessern von Entladungsrohren sowie mit einer Vergrößerung der relativen Länge der Elektrodenflächen im Vergleich zum Abstand zwischen den Elektroden verbunden, was zu einem sehr hohen Wert führt Empfindlichkeit der Lampe gegenüber der Art der Versorgung, gegenüber Abweichungen in den Konstruktionsabmessungen des Abgasrohrs und der Rohre sowie der Qualität der Materialien. Daher steigen bei der Herstellung von Natriumdampflampen geringer Leistung die Anforderungen an die Einhaltung der Toleranzen für die geometrischen Abmessungen der Abgasrohrbaugruppen, für die Reinheit der Materialien und die Genauigkeit der Dosierung der Füllelemente. Es gibt bereits grundlegende Technologien, um die Massenproduktion dieser sparsamen und langlebigen Lichtquellen zu beherrschen.

OSRAM bietet auch eine Reihe von Low-Power-Lampen an, die keinen Zünder benötigen (die Brenner enthalten eine Penning-Mischung). Allerdings ist ihre Lichtausbeute 14-15 % geringer als die von Standardlampen.

Einer der Vorteile von Lampen, die keinen Impulszünder benötigen, ist die Möglichkeit, sie (unter anderen notwendigen Bedingungen) in Quecksilberlampen einzubauen. Beispielsweise ist die Lampe NAV E 110 mit einem Lichtstrom von 8000 lm durchaus austauschbar mit einer Quecksilberlampe vom Typ DRL -125> mit einem Nennlichtstrom von 6000 – 6500 lm. Ähnliche interne Entwicklungen werden in unserem Land seit langem genutzt. Derzeit produziert LISMA OJSC beispielsweise DNaT 210- und DNaT 360-Lampen, die als direkter Ersatz für DRL 250 bzw. DRL 400 gedacht sind.

Quecksilberfreies NLVD

In den letzten Jahren wurden in vielen Ländern bemerkenswerte Anstrengungen im Bereich des Umweltschutzes unternommen. Ein Bereich dieser Bemühungen besteht darin, das Auftreten toxischer Verbindungen von Schwermetallen (z. B. Quecksilber) in industriellen Fertigprodukten zu reduzieren oder zu vermeiden. So werden quecksilberhaltige medizinische Thermometer nach und nach durch quecksilberfreie ersetzt.

Der gleiche Trend ist im Bereich der Technologien zur Herstellung von Lichtquellen weit verbreitet. Der Quecksilbergehalt in einer 40-Watt-Leuchtstofflampe ist von 30 mg auf 3 mg gesunken. Bei Natriumdampf-Hochdrucklampen schreitet dieser Prozess nicht so schnell voran, auch weil Quecksilber die Effizienz dieser Lichtquellen, die heute als die wirtschaftlichsten gelten, deutlich steigert.

Bestehende und sich entwickelnde quecksilberfreie Lampen scheinen eine glänzende Zukunft zu haben. Die bereits erwähnte Serie der Osram COLORSTAR DSX-Lampen enthält kein Quecksilber, was eine große Errungenschaft des Unternehmens darstellt. Bei diesen Lampen handelt es sich zusammen mit speziellen elektronischen Vorschaltgeräten um Spezialsysteme, bei denen Effizienz und Einfachheit nicht im Vordergrund stehen.

Die quecksilberfreien Lampen von Sylvania sind seit langem bekannt. Besonderes Augenmerk legt der Hersteller auf die verbesserten Farbwiedergabeeigenschaften und vergleicht sie mit Standardanaloga aus eigener Produktion.

Vor nicht allzu langer Zeit wurde die Entwicklung von Ingenieuren von Matsushita Electric (Japan) veröffentlicht, einem quecksilberfreien NLVD mit hoher Farbwiedergabe, der kein spezielles Impulsvorschaltgerät erfordert.

Am Ende der Lebensdauer einer herkömmlichen Lampe nimmt die Farbe der Strahlung aufgrund einer Änderung des Verhältnisses von Natrium zu Quecksilber im Amalgam einen rosafarbenen Farbton an.Dieser Farbton macht im Gegensatz zur gelblichen Farbe der Testlampe unter gleichen Bedingungen keinen besonders angenehmen Eindruck. Mit steigender Farbtemperatur steigt Ra zunächst auf einen Maximalwert (bei T = 2500 K) und fällt dann ab.

Um die Abweichung zu verringern, haben die Entwickler den Xenondruck und den Innendurchmesser des Brenners verändert. Daraus wurde geschlossen, dass die Abweichung von der Schwarzkörperlinie mit zunehmendem Xenondruck abnimmt, die Zündspannung jedoch zunimmt. Bei einem Druck von 40 kPa beträgt die Zündspannung etwa 2000 V, auch wenn ein Stromkreis zu ihrer Erleichterung vorhanden ist. Wenn sich der Innendurchmesser von 6 auf 6,8 mm ändert, verringert sich die Abweichung von der schwarzen Linie des Körpers, aber die Lichtausbeute nimmt ab, was für die vorliegende Aufgabe nicht akzeptabel ist.

Eine quecksilberfreie Natriumdampflampe mit hohem Ra-Wert hat fast die gleichen Eigenschaften wie ihr quecksilberhaltiges Gegenstück. Eine quecksilberfreie Lampe hat eine 1,3-fache Lebensdauer.

150-W-Hochdrucklampen mit hohem Farbwiedergabeindex: a – quecksilberfrei, b – die übliche Version.

Natriumdampf-Hochdrucklampen mit zwei Brennern

Das jüngste Erscheinen von Serienmustern von Natriumhochdrucklampen mit parallel geschalteten Brennern mehrerer führender Hersteller lässt darauf schließen, dass diese Richtung vielversprechend ist, da eine solche Lösung nicht nur zu einer deutlichen Verlängerung der Lampenlebensdauer beiträgt, sondern auch die Komplexität beseitigt der sofortigen Wiederzündung erweitert die Möglichkeiten zur Kombination von Brennern mit unterschiedlicher Leistung, spektraler Zusammensetzung usw.

Trotz der angegebenen soliden Lebensdauer ist die Frage der Haltbarkeit dieser Lampen mit Vorsicht zu genießen.Die Lebensdauer einer solchen Lampe wird nur dann wirklich verdoppelt, wenn die Brennerlampen über die gesamte Lebensdauer der Lampe kontinuierlich leuchten. Andernfalls beginnt der Arbeitsbrenner am Ende der Ressource häufig, die zweite teilweise zu umgehen (dieses Phänomen wird manchmal als elektrische „Leckage“ bezeichnet; in diesem Fall wird das verdünnte Gas im Außenkolben durch die Spannung der Zündimpulse gebrochen ), und daher kann es bei der Zündung zu Schwierigkeiten kommen.

Natriumdampf-Hochdrucklampen mit Hochspannungszünder

Japanische Ingenieure (Toshiba Lighting & Technology) bieten aus ihrer Sicht eine optimale Lösung, um die oben genannten Phänomene bei einer Lampe mit zwei Brennern zu beseitigen. Das Design der Lampe enthält zwei Zündsonden, die die Zündung eines bestimmten Brenners sicherstellen, wenn Es werden positive oder negative Impulse zugeführt. Vorschaltgeräte für solche Lampen enthalten zwei Wicklungen. Die Schaltung ist recht einfach und kostengünstig. Durch diese Bauweise leuchten die Lampen des Brenners abwechselnd. Die abwechselnde Zündung der Brenner sorgt für eine geringere „Alterung“ der Brenner Die Brenner und erhöht die Gesamtarbeit erheblich. Ingenieure derselben Firma bieten eine Lampe mit eingebautem Zünder an, die kein komplexes Steuerungsschema erfordert.

Einige Trends in der Entwicklung von Natriumdampf-Hochdrucklampen

In welche Richtung suchen Designer und Forscher nach effektiven Lösungen für Natriumdampf-Hochdrucklampen? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns zunächst mit den offensichtlichen Nachteilen dieser Lampen befassen, die sich auf den Sehkomfort, die Einfachheit und die notwendige elektrische Sicherheit der Konstruktion beziehen.Darunter lassen sich einige Hauptursachen unterscheiden: schlechte Farbwiedergabeeigenschaften, erhöhte Pulsation des Lichtstroms, hohe Zündspannung und noch mehr – Wiederzündung.

Gemessen an den Eigenschaften von Lampen mit hoher Farbwiedergabe ist es den Entwicklern gelungen, dem Optimum für diese Lichtquellengruppe nahe zu kommen. Der Kampf gegen die Strahlungswelligkeit, die bei Natriumdampf-Hochdrucklampen 70-80 % erreicht, erfolgt in der Regel mit gängigen Methoden, wie dem Schalten von Lampen in verschiedenen Phasen des Netzes (bei Installationen mit vielen Lampen) und der Zufuhr von Hochfrequenzstrom . Durch den Einsatz spezieller elektronischer Vorschaltgeräte wird dieses Problem praktisch beseitigt.

Die derzeit bei den meisten NLVD-PRA-Bausätzen verwendeten Impulszündvorrichtungen (IZU) erschweren den Betrieb der Lampen und erhöhen die Kosten des Lampen-PRA-Bausatzes. IZU-Zündimpulse wirken sich negativ auf das Vorschaltgerät und die Lampe aus, es kommt zu vorzeitigen Ausfällen dieser Geräte. Daher suchen Entwickler nach Möglichkeiten, die Zündspannung zu reduzieren, wodurch auf die IZU verzichtet werden kann.

Das Problem der Bereitstellung einer sofortigen Wiederzündung wird normalerweise auf zwei Arten gelöst. Es ist möglich, Zündgeräte zu verwenden, die Impulse mit erhöhter Amplitude aussenden, oder die erwähnte Zweibrennerlampe zu verwenden, die solche Geräte nicht erfordert.

Die Lebensdauer von Natriumlampen gilt als die längste unter den Lichtquellen mit hoher Intensität. Allerdings wollen Designer in diesem Bereich das Beste erreichen.Es ist bekannt, dass die Lebensdauer und der Lichtstromabfall im Betrieb von der Geschwindigkeit abhängt, mit der das Natrium den Brenner verlässt. Das Austreten von Natrium aus der Entladung führt zu einer Anreicherung der Zusammensetzung des Amalgams mit Quecksilber und einem Anstieg der Spannung der Lampe auf (150–160 V), bis sie erlischt. Diesem Problem wurde viel Forschung, Entwicklung und Patente gewidmet. Zu den erfolgreichsten Lösungen zählt der Amalgamspender von GE, der in Serienlampen zum Einsatz kommt. Die Konstruktion des Spenders gewährleistet einen streng begrenzten Natriumamalgamfluss in der Entladungsröhre während der gesamten Lebensdauer der Lampe. Dadurch wird die Lebensdauer erhöht, die Verdunkelung der Röhrenenden verringert und der Lichtstrom bleibt erhalten nahezu konstant (bis zu 90 % des ursprünglichen Wertes).

Natürlich ist die Forschung und Verbesserung von Natriumdampf-Hochdrucklampen noch nicht abgeschlossen, und daher können wir in einer großen Familie dieser vielversprechenden Lichtquellen neue, möglicherweise exklusive Lösungen erwarten.

Verwendete Materialien aus dem Buch „Energieeinsparung bei der Beleuchtung“. Ed. Prof. Y. B. Eisenberg.