≡

Освещение растений видимым ультрафиолетом из люминесцентной лампы

Вот уже много лет подряд человечество использует для освещения домов, улиц, производств и прочих помещений люминесцентные лампы. Причина кроется в том, что, несмотря на дороговизну самих ламп, они облагают большей светоотдачей, чем лампы накаливания, имеющие аналогичную мощность.

Более дешевый свет, со временем вытекает в немалую экономию еще и потому, что средний срок службы таких изделий составляет около 5-ти лет при пределе циклов включений выключений до 2000. Давайте подробнее разберем, что такое люминесцентное освещение, какими преимуществами и недостатками оно обладает.

Содержание

Сфера применения и особенности люминесцентных ламп

Типы ламп и области применения

Плюсы и минусы

История появления люминесцентных ламп

Разновидности, принцип функционирования и использование люминесцентных ламп

Принцип работы

Маркировка люминесцентных ламп

Международная система обозначений

Отечественная маркировка

Подключение в электрическую сеть

Электромагнитный балласт

Электронный балласт

Лампа сломалась

Разновидности вариантов исполнения

Утилизация люминесцентных ламп

Сфера применения и особенности люминесцентных ламп

Компактная энергосберегающая лампа

Люминесцентная лампа является газоразрядным источником света. В них электрический заряд, взаимодействуя с парами ртути, образует ультрафиолетовое излучение, которое при контакте с люминофором преобразуется в свет, видимый для глаза. В качестве люминофора выступают различные смеси, например, галофосфата кальция с прочими элементами.

Типы ламп и области применения

Существует два типа ламп: высокого и низкого давления. Первые применяются в установках освещения большой мощности, а также для уличного освещения. Вторые – используются для освещения производственных и жилых помещений.

Газоразрядная ртутная лампа

ГРЛНД или газоразрядная ртутная лампа низкого давления – это стеклянная колба (трубка) с нанесенным на внутренние стенки слоем люминофора. Изнутри такие лампы заполняются аргоном и ртутью (или амальгамой) под давлением в 400 Па.

Интересно знать! Плазменные панели – это одна из разновидностей люминесцентных ламп!

Люминесцентные лампы в школьном классе

Очень широкое распространение люминесцентные лампы получили в:

Школах;

Офисах;

Больницах и поликлиниках;

И прочих местах.

С появлением в середине 80-х годов 20-го века компактных цоколей типа Е14 и Е27 под данные лампы, они стали распространяться и в быту, год от года завоевывая все большую популярность.

Интерфейс системы DALI

Использовать люминесцентные лампы лучше всего для освещения помещений с большой площадью. Совместное использование ламп с системами DALI позволяет сократить энергопотрeбление от 50 до 80%, и увеличить срок их эксплуатации.

Разнообразие цветов и тонов зависит от состава люминофора и газа

Широкое применение люминесцентные лампы получили и в световой рекламе, освещении персональных рабочих мест и подсветки фасадов зданий. Используются они и в растениеводстве при организации искусственного освещения в теплицах.

Жидкокристаллический телевизор на люминесцентной подсветке

До массового распространения светодиодов, ЖК-панели всех типов подсвечивались только люминесцентными лампами.

Плюсы и минусы

Думаем, что ни для кого не секрет, что успехом люминесцентные лампы пользуются благодаря своим преимуществам перед конкурентами.

К ним относятся:

Высокая светоотдача и КПД – к сведению, 20-ти ваттная люминесцентная лампа выдает света, как обычная лампа накаливания в 100Вт.

Большое разнообразие цветовой палитры свечения – позволяет создавать яркие композиции любой сложности.

Испускаемый свет является рассеянным.

Люминесцентная лампа работает намного дольше ламп накаливания

Большой срок службы – лампы премиум класса способны работать, вплоть до 20 000 часов, против 1000 у ламп накаливания. Но справедливости ради стоит отметить, что данный показатель может быть достигнут только при отличном качестве электропитания, и соблюдении максимально возможного количества включений.

Совет! Отсюда можно вывести правило, что люминесцентные лампы – это не лучшее решение для проходимых мест, оснащенных датчиками движения. Также нельзя подключать такое освещение через выключатели со световой диодной индикацией – это вызывает постоянное мерцание лампы (по сути, включение – выключение), приводящее к быстрому выходу из строя.

Пары ртути ядовиты для человека

В последние десять лет люминесцентное освещения стало сдавать свои позиции, уступая более совершенному светодиодному освещению. Данная тенденция наметилась по причине недостатков таких ламп, которые необходимо было устранить.

Вот недостатки люминесцентного освещения:

Лампы содержат ртуть, вплоть до 1 гр. Это означает высокую химическую опасность при разгерметизации колбы. Люди не всегда отдают себе отчет об опасности ртути, и могут, не задумываясь, разбить такую лампу. Между тем, 1 капля ртути способна отравить прострaнcтво вокруг себя в радиусе нескольких километров.

Спектр их свечения неравномерный, линейчатый. Это означает, что он неприятен глазу человека и искажает цвета освещаемых им предметов. Существуют лампы и со сплошным освещением, но их свечение не бывает таким ярким, то есть, экономия на электричестве сокращается.

Со временем КПД люминесцентной лампы падает, в связи с деградацией люминофора – изменяется цветовой спектр, падает светоотдача.

Еще один недостаток люминесцентного освещения – это мерцание ламп, которое происходит в два раза чаще, чем у питающего его электричества, то есть, в наших сетях оно составит 100 Гц. Проблема решается применением ЭПРА (Электронный пускорегулирующий аппарат), при условии, что его конденсаторы имеют достаточную емкость.

Большое мерцание ламп

Необходимость наличия пускового механизма для лампы.

Низкий коэффициент мощности ламп считается неудачной нагрузкой для электрической сети.

Высокая цена по сравнению с лампами накаливания.

Размер ламп сегодня также играет важную роль. И если это не сильно важно для осветительных приборов в помещении, то для электроники — наоборот.

Переход на светодиоды позволил сделать ЖК-дисплеи очень компактными. У нас появились ультратонкие телевизоры, смартфоны и планшеты с качественными яркими дисплеями, и многое другое.

История появления люминесцентных ламп

Современная люминесцентная лампа

Первопредками современных люминесцентных ламп являются газоразрядные лампы, использовавшиеся еще в 19 веке. Свечение газов под воздействием тока первым в мире наблюдал Михаил Ломоносов – он пропускал электричество через шар заполненный водородом.

Первой действующей газоразрядной лампой считается изобретение немецкого физика Генриха Гeйслера. В 1856 году он получил синее свечение трубки, заполненной газом.

В 1891 году система освещения газоразрядными лампами была запатентована Николой Тесла. Его система включала в себя газоразрядные аргоновые трубки, которые он запатентовал незадолго до этого, и источник высокого напряжения с высокой частотой.

Никола Тесла – самый загадочный ученый за всю историю человечества

Аргоновые лампы Тесла применяются и сегодня.

В 1893 году, в Чикаго, штат Иллинойс, на выставке достижений науки и техники было продемонстрировано люминесцентное свечение. Его представил всем известный Томас Эдисон.

В 1894 году М.Ф. Мур продемонстрировал лампу на азоте и углекислом газе, которая испускала бледно-розовое свечение.

В 1901 году Купер Хьюитт создал ртутную лампу, испускавшую сине-зеленый свет, вследствие чего она не нашла применения. Но она была намного эффективнее ламп Эдисона и Гeйслера, и пpaктически уже была аналогом современных приборов.

В 1926 году было решено увеличить давление внутри колбы, а их внутренние стенки покрывать люминофором, изменяющим ультрафиолетовое излучение в нужный световой спектр. Идея принадлежала Эдмунду Гермеру, ученому, который фактически создал дневное освещение с помощью люминесцентных ламп.

Позже, патент на изобретение выкупила General Electric, основанная Эдисоном. Компания смогла довести лампы до коммерческого производства и использования.

В СССР над разработкой ламп под освещение дневное занимались такие видные деятели, как: В.А. Фабрикант, С.И. Вавилов, В.Л. Левшин, Ф.А. Бутаева, М.А. Константинова-Шлезингер, В.И. Долгополов. Все они были удостоены звания лауреата Сталинской премии второй степени.

Разновидности, принцип функционирования и использование люминесцентных ламп

С поверхностной информацией мы уже ознакомились, а теперь давайте посмотрим глубже на строение ламп. Определим основные их особенности, и озвучим много интересной информации, которая если и не пригодится на пpaктике, но для общего развития будет очень полезна.

Принцип работы

Люминесцентная лампа в разрезе

Представим, что у нас есть лампа, она включена и работает. Благодаря чему возникает свечение? Дело в том, что на противоположных концах трубки есть электроды, между которыми горит дуговой разряд (физическое явление, открытое в 1802 году русским физиком В. Петровым).

Внутренний объем лампы заполнен парами ртути и инертным газом (одноатомные газы без запаха и цвета). При контакте с электричеством создается поток ультрафиолетового нетеплового излучения.

Как уже говорилось, изнутри колба покрыта слоем люминофора, который имеет свойство поглощать ультрафиолет, преобразуя его в видимый свет. Различный состав люминофора позволяет регулировать световой оттенок. В качестве напыления используются ортофосфаты кальция-цинка и галофосфаты кальция. Интенсивность излучения зависит от мощности лампы и качества люминофора.

Электрическая дуга Петрова, которая по ошибке приписывается к открытиям Николы Тесла

Поддерживается дуговой разряд благодаря термоэлектронной эмиссии заряженных электронов с поверхности катода (выбивание электронов из металлов при воздействии высоких температур). Поэтому, чтобы лампа стартовала, катоды нужно разогреть.

Здесь типы ламп начинают различаться:

1. Первые – это модели с горячим запуском (лампы ЛД и ДРЛ). В них катоды прогреваются проходящим по ним током. Данные лампы имеют заметный глазу замедленный старт (0,5 – 1 сек), что раздражает многих пользователей. Но стоит отметить, что такие лампы служат намного дольше.
2. Вторые – лампы с «холодным» запуском. В них катоды разогреваются с помощью ионной бомбардировки, которая происходит в тлеющем разряде высокого напряжения. Такие лампы включаются пpaктически мгновенно, но срок их службы от этого сокращается.

Для запусков ламп применяют пусковые устройства с электромагнитным и электронным балластом, но про них мы поговорим немного позднее.

Маркировка люминесцентных ламп

Цветовая температура освещения

В зависимости от того насколько ярким является освещение, человеческое восприятие цвета сильно изменяется, Так, например, синий цвет заметен нами лучше при слабом освещении, а красный цвет становится при этом менее заметным. В результате дневной свет при низкой интенсивности кажется синеватым.

Из-за этих особенностей нашего зрения разработаны нормы для освещенности различных помещений: для дома достаточно 75 люкс (единица измерения силы света, согласно СИ) в пределах одной комнаты, а для производственных помещений это значение составляет 400 люкс.

1. В первом случае наиболее естественным выглядит освещение с цветовой температурой в 3000К.
2. Во втором – 4000-6000К, так как предыдущий вариант уже будет казаться желтым.

Чтобы не запутаться в этих параметрах производители маркируют совою продукцию. Маркировка может быть международной или внутригосударственной.

Международная система обозначений

Международная включает в себя трехчисловое значение, правильно расшифровав которое, можно определить параметры лампы.

Пример применения международной маркировки на люминесцентных лампах

1. Первая цифра в коде – это индекс цветопередачи. Данное число умножается на 10 Ra (своеобразный показатель уровня цветности). Чем выше получаемое значение, тем более точной считается цветопередача. Компактные лампы для дома обычно имеют данный показатель в 60-98 Ra.
2. Оставшиеся две цифры обозначают цветовую температуру испускаемого лампой свечения.

То есть, маркировка на упаковке 930 говорит о том, что лампа имеет индекс цветопередачи равный 90 Ra и цветовую температуру в 3000 Кельвин.

Помимо указанной маркировки, согласно DIN 5035 (Немецкий аналог ГОСТа), диапазон цветопередачи от20 до 100 Ra делится на 6 частей. Вдаваться в подробности не станем, но если кому-то хочется просветиться, то просим прогуляться по просторам интернета.

Отечественная маркировка

Внутренняя Российская маркировка сильно отличается от вышеописанной. Регламентируется она ГОСТ 6825-91 (МЭК 81-84) и прочими нормативными документами.

Российская маркировка люминесцентных ламп

Согласно данной маркировке различают следующие типы ламп:

Маркировка Описание Температура в К Международный аналог ЛБ Белый свет. Для них хаpaктерны высокая светоотдача и низкокачественная передача цвета. Используются, прежде всего, в административных и производственных помещениях. 3500 635 ЛД Дневной свет. Имеет легкий гoлyбоватый оттенок. Цветопередача приемлемая, в сочетании с высокой светоотдачей. 6500 765 ЛХБ Холодный белый свет. Оттенок чем-то напоминает солнечный. Цветопередача находится на низком уровне. Как и предыдущие варианты подходит для производств с низкими требованиями к цветопередаче. 4000 640 ЛТБ Теплый белый свет. Белое свечение имеет слегка розоватый оттенок. Применяется в местах общепита и продуктовых магазинах 3000 530 — 630 ЛЕ Естественный свет. Белый свет не имеет оттенков. Для него хаpaктерна высокая светоотдача. 4000 740 ЛХЕ Естественный холодный свет. Аналогичен предыдущему, но имеет более холодный оттенок. 6000 760

В таблице мы перечислили основные типы ламп и их маркировку. Помимо этого маркировка может дополняться буквой «Ц», что означает улучшенную цветопередачу, или «ЦЦ» — высококачественную цветопередачу.

То есть, маркировка ЛДЦЦ будет означать дневной свет с высокой передачей цветности. Такие лампы используют в музеях и на выставках, чтобы не искажать восприятие стараний художников.

На фото — лампа специального назначения

Помимо названных вариантов, существует еще множество ламп, имеющих специфическое назначение. Данные модели тоже имеют свою маркировку.

ЛЗ, ЛГ, ЛК, ЛР, ЛГР, ЛЖ – все это лампы цветного свечения (р — розовый, к – красный, ж – желтый, гр – лиловый, з –зеленый, г – гoлyбой);

ЛУФ – ультрафиолетовые лампы;

ДБ – ультрафиолетовое свечение типа «С»;

ЛСР – рефлекторные лампы синего света.

Для более подробного ознакомления с маркировкой обращайтесь к ГОСТу.

Подключение в электрическую сеть

Пусковой регулирующий аппарат

Существенным недостатком люминесцентных ламп является то, что они не могут быть включены в сеть напрямую, и причины для этого две.

1. После возникновения в лампе разряда она приобретает отрицательное дифференциальное сопротивление, из-за чего может произойти короткое замыкание, если конечно в цепь не включить сопротивление.
2. В выключенном состоянии люминесцентная лампа обладает высоким сопротивлением, поэтому для образования электрической дуги ей требуется импульс высокого напряжения.

Для решения описанных проблем применяют пусковые устройства Наибольшее распространение получили вариации ЭмПРА и ЭПРА.

Электромагнитный балласт

Электромагнитный пусковой регулирующий аппарат

Электромагнитный балласт или ЭмПРА – это дроссель, который обладает индуктивным сопротивлением нужной величины и подключается параллельно с лампой. Имеет стартер из конденсатора и неновой лампочки. Суть данного аппарата состоит в том, что при включении он формирует импульс до 1 кВ за счет самоиндукции, при этом он ограничивает протекающий через него ток благодаря своему сопротивлению.

К достоинствам схемы можно отнести надежность, долговечность и простоту исполнения. Недостатков у нее гораздо больше:

Длительный старт – вплоть до 3-х секунд;

Большое потрeбление дросселем энергии;

Меньший коэффициент мощности;

Наличие низкочастотного гудения при дросселях плохого качества;

Удвоенное мерцание лампы;

Большие габариты конструкции;

Если температура воздуха вокруг лампы ниже нуля, то старта лампы может вовсе и не произойти.

Электронный балласт

Электронный пусковой регулирующий механизм

Электронный балласт (ЭПРА) питает лампы током с высокочастотным напряжением от 25 до 133 кГц, благодаря чему мерцание таких ламп совершенно незаметно человеческому глазу. Различают множество моделей ЭПРА, которые могут использоваться как для горячего, так и для холодного запуска.

Разница с ЭмПРА заключается в том, что ЭПРА не имеет стартера (неоновой лампы с конденсатором), а нужные напряжения он способен формировать сам. Чаще, электронный балласт разогревает катоды до нужной температуры напряжением, чтобы лампа стартовала.

В зависимости от модели, ЭПРА могут разжигать лампу плавно, постепенно увеличивая свечение, или делать это мгновенно.

«Холодный» запуск осуществляется за счет того, что цепь, в которую подключена лампа, по сути, является колебательным контуром, параметры которого подобраны так, что при отсутствии разряда возникает явление электрического резонанса в контуре. Подобный метод очень популярен среди радиолюбителей, так как позволяет запускать даже лампы с прогоревшими катодами.

Лампа сломалась

Лампа стала светить с пропусками или погасла вовсе

Почему выходит из строя люминесцентная лампа? Если лампу вы не разбили, то причина, скорее всего, кроется в следующем. Зажигательные электроды конструкции сделаны из вольфрама, покрытого пастой из щелочноземельных металлов, которая во время работы понемногу осыпается с катодов.

Особенно интенсивно данный процесс происходит при запуске лампы из-за того, что разряд начинает гореть не по всей площади, а лишь на определенном участке поверхности, вызывая локальные перепады температур. Отсюда и образуется потемнение колбы по краям, которое становится более заметным к концу срока ее службы.

Вывод! Продолжительность эксплуатации лампы напрямую зависит от качества электродов, установленных в ней.

Лампы на ЭмПРА и ЭПРА перегорают по-разному:

В первом случае, при выгорании одного из электродов, напряжение на лампе возрастает до величины разряда в стартере. Из-за этого он начинает постоянно сpaбатывать и возникает всем известное мигание изношенных ламп.

При постоянном сpaбатывании стартера электроды начинают перегреваться, в результате один из них, спустя пару дней, перегорает. При этом очень часто сгорает и сам стартер, требуя замены вместе с лампой.

Лампа может выходить из строя и по причине неисправности дросселя и стартера. В первом случае ток, протекающий через лампу, сильно возрастает, из-за чего электроды плавятся, а лампа моментально перегорает. Во втором – лампа шунтируется по цепи стартера, из-за чего начинают работать только нити накала лампы. В таком режиме работы они изнашиваются во много раз быстрее.

В ЭПРА, после перегорания нитей накала и повышения напряжения — если отсутствует система защиты (балласты низкого качества) – возрастает ток, приводящий к перегоранию транзисторов балласта.

Некачественные ЭПРА могут также стать причиной поломки, так как конденсатор на выходе, по мере старения лампы, может пробить, что также вызовет перегорание транзисторов.

Мигание в ЭПРА при выходе лампы из строя отсутствует – она просто гаснет. Установить причину поломки можно обычным мультиметром, проверив нити накала на сопротивление.

Разновидности вариантов исполнения

Разновидности люминесцентных ламп

Всего различаю два вида люминесцентных ламп: линейные и компактные.

Линейная люминесцентная лампа

Первый вариант представляет собой ртутную лампу низкого давления, U-образной или кольцевой формы. Согласно ГОСТ 6825-91 их еще называют трубчатыми, хотя данное определение сегодня считается устаревшим.

По сути, это стеклянная трубка с двумя цоколями по краям, в которых вмонтированы ножки электродов. Сама трубка герметически запаяна, чтобы удерживать внутри инертный газ (Ne, Kr, Ar) и пары ртути.

Данные лампы различаются по длине, форме и толщине трубки.

Компактные люминесцентные лампы

Второй вариант имеет изогнутую трубку, которая может дополнительно закрываться округлыми колбами. Основное различие между ними кроется в типе используемого цоколя: 2D, G23, G27, G24 (с модификациями …Q1, Q1, Q3), G53. Из-за этого может разниться инструкция по монтажу ламп – изучайте прилагаемые к устройству аннотации.

Также выпускаются и стандартные варианты цоколей, которые мы очень часто вкручивает своими руками:

Маленький цоколь

Е14 – самый маленький цоколь;

Цоколь Е27

Е27 – стандартный цоколь, как на большинстве ламп накаливания;

Цоколь Е40

Е40 – большой цоколь для уличных фонарей.

Такая универсальность способствовала быстрому распространению энергосберегающих люминесцентных ламп.

Утилизация люминесцентных ламп

Ну, и напоследок, давайте поговорим немного про безопасность использования героя нашего обзора. Как известно, ртуть является ядовитым веществом первого класса опасности. Применение в электротехнике и утилизацию таких веществ регламентирует RoHS – свод законов принятых на всей территории Европы.

Согласно этим документам, пользователи, утилизирующие отходы с содержанием ртути, обязаны сдавать их в специализированные пункты приема. В нашей стране утилизацией должны заниматься ЖЭКи и индивидуальные предприниматели, получившие на это соответствующее разрешение.

Если в подобной конторе отказываются принять лампу, то вы можете пожаловаться в управление или мэрию, а лампу отнести в пункт приема магазина «IKEA», которые принимают любые лампы, и не важно, каким производителем они сделаны.

В России с 3 сентября 2010 года действует Постановление Правительства РФ № 681, регламентирующее не только процедуру утилизации подобных изделий, но и содержащее перечень мер по очистке и дезинфекции помещений, зараженных парами ртути.

Постановление правительства РФ об обращении с опасными веществами

На этом закончим наш экскурс в мир, где царит освещение люминесцентное. Мы затронули большую часть вопросов связанных с данными источниками света, но если что-то осталось для вас не совсем понятным, то посмотрите предлагаемое нами видео, где можно увидеть много интересного.