Lámparas modernas de sodio de alta presión
Las lámparas de sodio de alta presión (HPL) son una de las fuentes de luz más eficientes y ya hoy en día tienen una eficiencia lumínica de hasta 160 lm/W a potencias de 30 — 1000 W, su vida útil puede superar las 25.000 horas. El pequeño tamaño del cuerpo de luz y el alto brillo de las lámparas de sodio de alta presión amplían significativamente las posibilidades de su aplicación en varios dispositivos de iluminación con distribución de luz concentrada.
Por lo general, las lámparas de sodio de alta presión funcionan con un balasto inductivo o electrónico. Las lámparas de sodio de alta presión se encienden con encendedores especiales que emiten pulsos de hasta 6 kV. El tiempo de encendido de las lámparas suele ser de 3 a 5 minutos.
Las ventajas de las lámparas de sodio de alta presión modernas incluyen una caída relativamente pequeña en el flujo luminoso durante la vida útil que, por ejemplo, para lámparas con una potencia de 400 W es del 10-20% en 15 mil horas con una duración de 10 horas. ciclo. Para las lámparas que funcionan con más frecuencia, la caída del flujo luminoso aumenta aproximadamente un 25 % por cada duplicación del ciclo.La misma relación se aplica al cálculo de la reducción de la vida útil.
En general, se acepta que estas lámparas se utilizan cuando la economía es más importante que la reproducción precisa del color. Su cálida luz amarilla es muy adecuada para la iluminación de parques, centros comerciales, carreteras y también, en algunos casos, para la iluminación arquitectónica decorativa (Moscú es un excelente ejemplo de ello). El desarrollo de estas fuentes de luz en la última década ha llevado a una expansión espectacular de las posibilidades de su uso debido a la aparición de nuevos tipos de salida, así como lámparas de bajo consumo y lámparas con reproducción cromática mejorada.
1. Lámparas de sodio de alta presión con reproducción cromática mejorada
Las lámparas de sodio de alta presión son actualmente el grupo de fuentes de luz más eficiente. Sin embargo, las lámparas de sodio de alta presión estándar tienen una serie de desventajas, de las cuales, en primer lugar, es necesario notar propiedades de reproducción cromática claramente deterioradas, caracterizadas por un índice de reproducción cromática bajo (Ra = 25 — 28) y un bajo índice de reproducción cromática. temperatura (Ttsv = 2000 — 2200 K).
Las líneas de resonancia de sodio ampliadas provocan una emisión de color amarillo dorado. La reproducción cromática de las lámparas de sodio de alta presión se considera satisfactoria para la iluminación exterior, pero insuficiente para la iluminación interior.
La mejora en el rendimiento del color de las lámparas de sodio de alta presión se debe principalmente a un aumento de la presión del vapor de sodio en el quemador a medida que aumenta la temperatura de la zona fría o el contenido de sodio de la amalgama.(amalgama — metal líquido, semilíquido o de carburo con mercurio), aumentando el diámetro del tubo de escape, introduciendo aditivos radiantes, aplicando fósforos y recubrimientos de interferencia al bulbo exterior y alimentando las lámparas con corriente pulsada de alta frecuencia. La disminución del flujo luminoso se compensa con un aumento de la presión de xenón (es decir, una disminución de la conductividad del plasma).
Muchos especialistas están trabajando en el problema de mejorar la composición espectral de la radiación de las lámparas de sodio de alta presión, y varias empresas extranjeras ya están produciendo lámparas de alta calidad con parámetros de color mejorados.Entonces, en la nomenclatura de empresas líderes como General Electric, Osram, Philips Existe un amplio grupo de lámparas de sodio con propiedades de reproducción cromática mejoradas.
Estas lámparas con un índice general de reproducción cromática Ra = 50 — 70 tienen un 25 % menos de eficiencia lumínica y la mitad de la vida útil en comparación con las versiones estándar. Vale la pena señalar que los parámetros principales de las lámparas de sodio de alta presión son bastante importantes para los cambios en el voltaje de suministro. Entonces, con una disminución en el voltaje de suministro del 5 al 10%, la potencia, el flujo luminoso, Ra pierden del 5 al 30% de sus valores nominales, y cuando el voltaje aumenta, la vida útil se reduce drásticamente.
Los intentos de encontrar un análogo económico de una lámpara incandescente llevaron a la creación de una nueva generación de lámparas de sodio. Más recientemente, ha aparecido una familia de lámparas de sodio de bajo consumo con reproducción cromática mejorada. Philips presentó una serie de lámparas SDW de 35-100 W con Ra = 80 y el croma de emisión es similar al de las lámparas incandescentes. La eficiencia luminosa de la lámpara es de 39 — 49 lm / W, y el sistema de lámpara — balasto de 32 — 41 lm / W.Una lámpara de este tipo se puede utilizar con éxito para crear acentos de luz decorativos en lugares públicos.
° La gama de lámparas OSRAM COLORSTAR DSX, junto con la unidad de control electrónico POWERTRONIC PT DSX, es un sistema de iluminación completamente nuevo que permite, utilizando la misma lámpara, cambiar la temperatura de color. El cambio de la temperatura de color de 2600 a 3000 K y viceversa se realiza mediante un balasto electrónico con un interruptor especial. Esto le permite crear un interior claro para las exhibiciones exhibidas en vitrinas correspondientes a la hora del día o la estación. Las lámparas de esta serie son respetuosas con el medio ambiente, ya que no contienen mercurio. El costo de una instalación de iluminación hecha con estos kits es de 5 a 6 veces mayor que el de las lámparas halógenas incandescentes.
Se ha desarrollado una versión modificada del sistema COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2, para iluminación exterior. Junto con un balasto especial, el flujo luminoso del sistema se puede reducir al 50% del valor nominal. Esta serie de lámparas tampoco contiene mercurio.
Lámparas de sodio de baja potencia y alta presión
Entre las lámparas de sodio de alta presión que se producen actualmente, la mayor parte corresponde a lámparas con una potencia de 250 y 400 vatios. A estas potencias, la eficiencia de las lámparas se considera máxima. Recientemente, sin embargo, ha habido un aumento significativo en el interés por las lámparas de sodio de bajo voltaje debido al deseo de ahorrar electricidad reemplazando las lámparas incandescentes con lámparas de descarga de bajo voltaje en la iluminación interior.
La potencia mínima de las lámparas de sodio de alta presión alcanzadas por empresas extranjeras es de 30 a 35 W.La planta de lámparas de descarga de gas en Poltava dominó la producción de lámparas de sodio de bajo consumo con una potencia de 70, 100 y 150 W.
Las dificultades para crear lámparas de sodio de baja potencia están asociadas con la transición a pequeñas corrientes y diámetros de las tuberías de descarga, así como con un aumento en la longitud relativa de las áreas de los electrodos en comparación con la distancia entre los electrodos, lo que conduce a un muy alto sensibilidad de la lámpara al modo de suministro, a las desviaciones en las dimensiones de diseño del tubo de escape y las tuberías y la calidad de los materiales. Por lo tanto, en la producción de lámparas de sodio de baja potencia, se incrementan los requisitos para el cumplimiento de las tolerancias para las dimensiones geométricas de los conjuntos de tubos de escape, para la pureza de los materiales y la precisión de dosificación de los elementos de relleno. Ya existen tecnologías básicas para dominar la producción en masa de estas fuentes de luz económicas y duraderas.
OSRAM también ofrece una serie de lámparas de bajo consumo que no requieren un encendedor (los quemadores contienen una mezcla Penning). Sin embargo, su eficiencia lumínica es un 14-15 % inferior a la de las lámparas estándar.
Una de las ventajas de las lámparas que no requieren un encendedor de pulsos es la posibilidad de instalarlas en lámparas de mercurio (bajo otras condiciones necesarias). Por ejemplo, la lámpara NAV E 110 con un flujo luminoso de 8000 lm es bastante intercambiable con una lámpara de mercurio del tipo DRL -125> con un flujo luminoso nominal de 6000 — 6500 lm. Desarrollos internos similares se han utilizado durante mucho tiempo en nuestro país. Actualmente, LISMA OJSC, por ejemplo, produce lámparas DNaT 210 y DNaT 360, destinadas a reemplazar directamente a DRL 250 y DRL 400, respectivamente.
NLVD sin mercurio
En los últimos años se han realizado notables esfuerzos en el campo de la protección del medio ambiente en muchos países. Un área de estos esfuerzos es reducir o evitar la aparición de compuestos tóxicos de metales pesados (p. ej., mercurio) en productos industriales terminados. Así, los termómetros médicos que contienen mercurio están siendo reemplazados gradualmente por otros que no contienen mercurio.
La misma tendencia está muy extendida en el campo de las tecnologías de fabricación de fuentes de luz. El contenido de mercurio en una lámpara fluorescente de 40 vatios se ha reducido de 30 mg a 3 mg. En el caso de las lámparas de sodio de alta presión, este proceso no avanza tan rápido, también porque el mercurio aumenta mucho la eficiencia de estas fuentes de luz, que hoy en día son reconocidas como las más económicas.
Las lámparas sin mercurio existentes y en desarrollo parecen tener un futuro brillante. La serie ya mencionada de lámparas Osram COLORSTAR DSX no contiene mercurio, lo cual es un gran logro de la empresa. Estas lámparas, junto con los balastros electrónicos especiales, son sistemas especiales donde la eficiencia y la simplicidad no son la máxima prioridad.
La línea de lámparas sin mercurio de Sylvania es famosa desde hace mucho tiempo. El fabricante presta especial atención a las propiedades mejoradas de reproducción cromática, comparándolas con los análogos estándar de su propia producción.
No hace mucho tiempo se publicó el desarrollo de ingenieros de Matsushita Electric (Japón) que es un NLVD libre de mercurio con alta reproducción cromática que no requiere de un lastre de pulsos especial.
Al final de la vida útil de una lámpara tradicional, el color de la radiación adquiere un tono rosado, debido a un cambio en la proporción de sodio y mercurio en la amalgama.Este tono no crea una impresión particularmente agradable, en contraste con el color amarillento de la lámpara de prueba en las mismas condiciones. A medida que aumenta la temperatura de color, Ra primero aumenta hasta un nivel máximo (a T = 2500 K) y luego cae.
Para reducir la desviación, los desarrolladores han cambiado la presión de xenón y el diámetro interno del quemador. Se concluyó que la desviación de la línea del cuerpo negro disminuye al aumentar la presión de xenón, pero aumenta el voltaje de encendido. A una presión de 40 kPa, la tensión de encendido es de unos 2000 V, incluso teniendo en cuenta la presencia de un circuito que lo facilite. Cuando el diámetro interior cambia de 6 a 6,8 mm, la desviación de la línea negra del cuerpo disminuye, pero la eficiencia luminosa disminuye, lo que es inaceptable para la tarea en cuestión.
Una lámpara de sodio de alto Ra sin mercurio tiene casi las mismas características que su contraparte que contiene mercurio. Una lámpara sin mercurio tiene 1,3 veces más vida.
Lámparas de iluminación de alta presión de 150 W con un alto índice de reproducción cromática: a — sin mercurio, b — la versión habitual.
Lámparas de sodio de alta presión con dos quemadores
La reciente aparición de muestras en serie de lámparas de sodio de alta presión con quemadores conectados en paralelo de varios fabricantes líderes sugiere que esta dirección es prometedora, ya que dicha solución no solo contribuye a un aumento significativo en la vida útil de la lámpara, sino que también elimina la complejidad. de reencendido inmediato, amplía la posibilidad de combinar quemadores de distinta potencia, composición espectral, etc.
A pesar de la sólida vida útil declarada, la cuestión de la durabilidad de estas lámparas debe abordarse con precaución.La vida útil de una lámpara de este tipo solo se duplica realmente si las lámparas de los quemadores se encienden continuamente durante toda la vida útil de la lámpara. De lo contrario, al final del recurso, el quemador en funcionamiento a menudo comienza a desviar parcialmente el segundo (este fenómeno a veces se denomina "fuga" eléctrica; en este caso, el gas enrarecido en el bulbo exterior se rompe por el voltaje de los pulsos de encendido ), y por lo tanto pueden surgir dificultades con su encendido.
Lámparas de sodio de alta presión con encendedor de alto voltaje
Los ingenieros japoneses (Toshiba Lighting & Technology) ofrecen una solución óptima, desde su punto de vista, para eliminar los fenómenos mencionados anteriormente en una lámpara con dos quemadores. El diseño de la lámpara contiene dos sondas de encendido que aseguran el encendido de un determinado quemador cuando se suministran pulsos positivos o negativos Los balastos para tales lámparas contienen dos devanados El circuito es bastante simple y económico Debido a este diseño, las lámparas del quemador se encienden alternativamente El encendido alterno de los quemadores asegura menos «envejecimiento» de los quemadores y aumenta significativamente el trabajo general Los ingenieros de la misma empresa ofrecen una lámpara con un encendedor incorporado que no requiere un esquema de control complejo.
Algunas tendencias en el desarrollo de lámparas de sodio de alta presión
¿En qué direcciones buscan los diseñadores e investigadores soluciones eficaces para las lámparas de sodio de alta presión? Para responder a esta pregunta, primero debemos abordar las evidentes desventajas de estas lámparas relacionadas con el confort visual, la sencillez y la necesaria seguridad eléctrica de la construcción.Entre ellos, se pueden distinguir varios principales: malas propiedades de reproducción cromática, mayor pulsación del flujo de luz, alto voltaje de encendido y aún más: reencendido.
A juzgar por las características de las lámparas con una alta reproducción cromática, los desarrolladores lograron acercarse al óptimo para este grupo de fuentes de luz. La lucha contra el rizado de la radiación, que alcanza el 70-80% en las lámparas de sodio de alta presión, se suele realizar con métodos habituales, como el encendido de lámparas en distintas fases de la red (en instalaciones con muchas lámparas) y el suministro de corriente de alta frecuencia. . El uso de balastos electrónicos especiales elimina prácticamente este problema.
Los dispositivos de encendido por pulsos (IZU) que se utilizan actualmente con la mayoría de los kits NLVD - PRA complican el funcionamiento de las lámparas y aumentan el costo del kit lámpara - PRA. Los pulsos de encendido IZU afectan negativamente el balasto y la lámpara, hay fallas prematuras de estos dispositivos. Por lo tanto, los desarrolladores están buscando formas de reducir el voltaje de encendido, lo que le permite abandonar el IZU.
El problema de proporcionar un reencendido inmediato generalmente se resuelve de dos maneras. Es posible usar encendedores que emitan pulsos de mayor amplitud, o usar la lámpara de dos quemadores mencionada, que no requiere tales dispositivos.
La vida útil de las lámparas de sodio se considera la más larga entre las fuentes de luz de alta intensidad. Sin embargo, en esta área los diseñadores quieren lograr lo mejor.Se sabe que la vida útil y la disminución del flujo luminoso durante el funcionamiento dependen de la velocidad de salida del sodio del quemador. La fuga de sodio de la descarga conduce al enriquecimiento de la composición de la amalgama con mercurio y al aumento del voltaje de la lámpara a (150 - 160 V) hasta que se apaga. Se ha dedicado mucha investigación, desarrollo y patentes a este problema. Entre las soluciones más exitosas, cabe destacar el dispensador de amalgama de GE, utilizado en lámparas de serie. El diseño del dispensador garantiza un flujo estrictamente limitado de amalgama de sodio en el tubo de descarga durante toda la vida útil de la lámpara. Como resultado, se aumenta la vida útil, se reduce el oscurecimiento de los extremos del tubo y se mantiene el flujo luminoso. casi constante (hasta el 90% del valor original) .
Por supuesto, la investigación y mejora de las lámparas de sodio de alta presión aún no ha terminado y, por lo tanto, debemos esperar nuevas soluciones, posiblemente exclusivas, en una gran familia de estas prometedoras fuentes de luz.
Materiales utilizados del libro "Ahorro energético en iluminación". ed. Prof. Y. B. Eisenberg.