Modernas lâmpadas de sódio de alta pressão

As lâmpadas de sódio de alta pressão (HPL) são uma das fontes de luz mais eficientes e já hoje têm uma eficiência luminosa de até 160 lm / W em potências de 30 a 1000 W, sua vida útil pode exceder 25.000 horas. O pequeno tamanho do corpo de luz e o alto brilho das lâmpadas de sódio de alta pressão expandem significativamente as possibilidades de sua aplicação em vários dispositivos de iluminação com distribuição de luz concentrada.

Normalmente, as lâmpadas de sódio de alta pressão operam com um reator indutivo ou eletrônico. As lâmpadas de sódio de alta pressão são acesas usando dispositivos de ignição especiais que emitem pulsos de até 6 kV. O tempo de acendimento das lâmpadas costuma ser de 3 a 5 minutos.

As vantagens das modernas lâmpadas de sódio de alta pressão incluem uma queda relativamente pequena no fluxo luminoso durante a vida útil, que, por exemplo, para lâmpadas com potência de 400 W é de 10 a 20% em 15 mil horas com queima de 10 horas ciclo. Para lâmpadas que operam com mais frequência, a queda no fluxo luminoso aumenta em aproximadamente 25% para cada duplicação do ciclo.A mesma relação se aplica ao cálculo da redução da vida útil.

É geralmente aceito que essas lâmpadas são usadas onde a economia é mais importante do que a reprodução precisa das cores. Sua luz amarela quente é bastante adequada para iluminar parques, shopping centers, estradas e também, em alguns casos, para iluminação arquitetônica decorativa (Moscou é um excelente exemplo disso). O desenvolvimento dessas fontes de luz na última década levou a uma expansão dramática das possibilidades de seu uso devido ao surgimento de novos tipos de saída, bem como lâmpadas de baixa potência e lâmpadas com melhor reprodução de cores.

1. Lâmpadas de sódio de alta pressão com reprodução de cor melhorada

As lâmpadas de sódio de alta pressão são atualmente o grupo mais eficiente de fontes de luz. No entanto, as lâmpadas de sódio de alta pressão padrão apresentam várias desvantagens, das quais, antes de tudo, é necessário observar propriedades de reprodução de cores claramente deterioradas, caracterizadas por um baixo índice de reprodução de cores (Ra = 25 - 28) e baixa temperatura (Ttsv = 2000 — 2200 K).

As linhas de ressonância de sódio alargadas causam uma emissão amarela dourada. A reprodução de cores das lâmpadas de sódio de alta pressão é considerada satisfatória para iluminação externa, mas insuficiente para iluminação interna.

A melhoria no desempenho da cor das lâmpadas de sódio de alta pressão deve-se principalmente a um aumento na pressão do vapor de sódio no queimador à medida que a temperatura da zona fria ou o teor de sódio do amálgama aumentam.(amálgama - líquido, semi-líquido ou metal duro com mercúrio), aumentando o diâmetro do tubo de escape, introduzindo aditivos radiantes, aplicando fósforos e revestimentos de interferência no bulbo externo e alimentando as lâmpadas com corrente pulsada de alta frequência. A diminuição do fluxo luminoso é compensada por um aumento na pressão do xenônio (ou seja, uma diminuição na condutividade do plasma).

Muitos especialistas estão trabalhando no problema de melhorar a composição espectral da radiação de lâmpadas de sódio de alta pressão, e várias empresas estrangeiras já estão produzindo lâmpadas de alta qualidade com parâmetros de cor aprimorados. Portanto, na nomenclatura de empresas líderes como General Electric, Osram, Philips, existe um amplo grupo de lâmpadas de sódio com propriedades de renderização de cores aprimoradas.

Essas lâmpadas com um índice geral de renderização de cores Ra = 50 — 70 têm eficiência de luz 25% menor e metade da vida útil em comparação com as versões padrão. Vale ressaltar que os principais parâmetros das lâmpadas de sódio de alta pressão são bastante importantes para mudanças na tensão de alimentação. Assim, com uma diminuição da tensão de alimentação de 5 a 10%, a potência, o fluxo luminoso, Ra perdem de 5 a 30% de seus valores nominais e, quando a tensão aumenta, a vida útil cai drasticamente.

As tentativas de encontrar um análogo econômico de uma lâmpada incandescente levaram à criação de uma nova geração de lâmpadas de sódio. Mais recentemente, surgiu uma família de lâmpadas de sódio de baixa potência com reprodução de cores aprimorada. A Philips introduziu uma série de lâmpadas SDW de 35-100 W com Ra = 80 e o croma de emissão é próximo ao das lâmpadas incandescentes. A eficiência luminosa da lâmpada é 39 — 49 lm / W, e o sistema da lâmpada — lastro 32 — 41 lm / W.Essa lâmpada pode ser usada com sucesso para criar detalhes decorativos de luz em locais públicos.

° A gama de lâmpadas OSRAM COLORSTAR DSX, juntamente com a unidade de controlo eletrónica POWERTRONIC PT DSX, é um sistema de iluminação completamente novo que permite, utilizando a mesma lâmpada, alterar a temperatura da cor. A alteração da temperatura da cor de 2600 para 3000 K e vice-versa é feita por meio de um reator eletrônico com um interruptor especial. Isso permite criar um interior leve para as exposições exibidas nas vitrines correspondentes à hora do dia ou à estação. As lâmpadas desta série são ecológicas, pois não contêm mercúrio. O custo de uma instalação de iluminação feita com esses kits é 5 a 6 vezes maior que o das lâmpadas halógenas incandescentes.

Uma versão modificada do sistema COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2, foi desenvolvida para iluminação externa. Juntamente com um balastro especial, o fluxo luminoso do sistema pode ser reduzido a 50% do valor nominal. Esta série de lâmpadas também não contém mercúrio.

Lâmpadas de sódio de alta pressão de baixa potência

Entre as lâmpadas de sódio de alta pressão produzidas atualmente, a maior parte recai sobre lâmpadas com potência de 250 e 400 watts. Nessas potências, a eficiência das lâmpadas é considerada máxima. Recentemente, no entanto, houve um aumento significativo no interesse por lâmpadas de sódio de baixa voltagem devido ao desejo de economizar eletricidade com a substituição de lâmpadas incandescentes por lâmpadas de descarga de baixa voltagem na iluminação interna.

A potência mínima das lâmpadas de sódio de alta pressão alcançadas por empresas estrangeiras é de 30 a 35 W.A fábrica de lâmpadas de descarga de gás em Poltava dominou a produção de lâmpadas de sódio de baixa potência com potência de 70, 100 e 150 W.

As dificuldades na criação de lâmpadas de sódio de baixa potência estão associadas à transição para pequenas correntes e diâmetros dos tubos de descarga, bem como ao aumento do comprimento relativo das áreas dos eletrodos em comparação com a distância entre os eletrodos, o que leva a uma alta sensibilidade da lâmpada ao modo de alimentação, a desvios nas dimensões de projeto do tubo de escape e tubos e à qualidade dos materiais. Portanto, na produção de lâmpadas de sódio de baixa potência, aumentam os requisitos de conformidade com as tolerâncias para as dimensões geométricas dos conjuntos de tubos de escape, para a pureza dos materiais e para a precisão da dosagem dos elementos de enchimento. Já existem tecnologias básicas para dominar a produção em massa dessas fontes de luz econômicas e duradouras.

A OSRAM também oferece uma série de lâmpadas de baixa potência que não requerem um ignitor (os queimadores contêm uma mistura Penning). No entanto, sua eficiência luminosa é 14-15% menor que a das lâmpadas padrão.

Uma das vantagens das lâmpadas que não requerem ignitor de pulso é a possibilidade de instalá-las em lâmpadas de mercúrio (sob outras condições necessárias). Por exemplo, a lâmpada NAV E 110 com um fluxo luminoso de 8000 lm é bastante intercambiável com uma lâmpada de mercúrio do tipo DRL -125> com um fluxo luminoso nominal de 6000 — 6500 lm. Desenvolvimentos internos semelhantes são usados ​​​​há muito tempo em nosso país. Atualmente, a LISMA OJSC, por exemplo, produz lâmpadas DNaT 210 e DNaT 360, destinadas a substituir diretamente DRL 250 e DRL 400, respectivamente.

NLVD livre de mercúrio

Nos últimos anos, esforços notáveis ​​foram feitos no campo da proteção ambiental em muitos países. Uma área desses esforços é reduzir ou evitar a ocorrência de compostos tóxicos de metais pesados ​​(por exemplo, mercúrio) em produtos industriais acabados. Assim, os termômetros médicos contendo mercúrio estão sendo gradualmente substituídos por outros sem mercúrio.

A mesma tendência é difundida no campo das tecnologias de fabricação de fontes de luz. O teor de mercúrio em uma lâmpada fluorescente de 40 watts caiu de 30 mg para 3 mg. No caso das lâmpadas de sódio de alta pressão, esse processo não avança tão rapidamente, até porque o mercúrio aumenta muito a eficiência dessas fontes de luz, hoje reconhecidas como as mais econômicas.

Lâmpadas sem mercúrio existentes e em desenvolvimento parecem ter um futuro brilhante. A já mencionada série de lâmpadas Osram COLORSTAR DSX não contém mercúrio, o que é uma grande conquista da empresa. Estas lâmpadas, juntamente com balastros eletrónicos especiais, são sistemas para fins especiais onde a eficiência e a simplicidade não são a prioridade máxima.

A linha de lâmpadas sem mercúrio da Sylvania é famosa há muito tempo. O fabricante presta atenção especial às propriedades aprimoradas de renderização de cores, comparando-as com análogos padrão de sua própria produção.

Não faz muito tempo, foi publicado o desenvolvimento de engenheiros da Matsushita Electric (Japão), que é um NLVD sem mercúrio com alta reprodução de cores que não requer um reator de pulso especial.

No final da vida útil de uma lâmpada tradicional, a cor da radiação assume um tom rosado, devido a uma mudança na proporção de sódio para mercúrio no amálgama.Esta tonalidade não cria uma impressão particularmente agradável, em contraste com a cor amarelada da lâmpada de teste nas mesmas condições. À medida que a temperatura da cor aumenta, Ra primeiro aumenta até um nível máximo (em T = 2500 K) e depois cai.

Para reduzir o desvio, os desenvolvedores alteraram a pressão do xenônio e o diâmetro interno do queimador. Concluiu-se que o desvio da linha do corpo negro diminui com o aumento da pressão do xenônio, mas a tensão de ignição aumenta. A uma pressão de 40 kPa, a tensão de ignição é de cerca de 2000 V, mesmo levando em consideração a presença de um circuito para facilitá-la. Quando o diâmetro interno muda de 6 para 6,8 mm, o desvio da linha preta do corpo diminui, mas a eficiência luminosa diminui, o que é inaceitável para a tarefa em questão.

Uma lâmpada de sódio de alto Ra sem mercúrio tem quase as mesmas características que sua contraparte contendo mercúrio. Uma lâmpada sem mercúrio tem 1,3 vezes mais vida útil.

Lâmpadas de iluminação de alta pressão de 150 W com alto índice de reprodução de cores: a — sem mercúrio, b — a versão usual.

Lâmpadas de sódio de alta pressão com dois queimadores

O recente aparecimento de amostras em série de lâmpadas de sódio de alta pressão com queimadores conectados em paralelo de vários fabricantes líderes sugere que essa direção é promissora, pois tal solução não apenas contribui para um aumento significativo na vida útil da lâmpada, mas também remove a complexidade de reacendimento imediato, amplia o potencial de combinação de queimadores com diferentes potências, composição espectral, etc.

Apesar da vida útil declarada sólida, a questão da durabilidade dessas lâmpadas deve ser abordada com cautela.A vida útil de tal lâmpada só é realmente duplicada se as lâmpadas do queimador acenderem continuamente durante toda a vida útil da lâmpada. Caso contrário, no final do recurso, o queimador de trabalho geralmente começa a contornar parcialmente o segundo (esse fenômeno às vezes é chamado de "vazamento" elétrico; nesse caso, o gás rarefeito no bulbo externo é quebrado pela tensão dos pulsos de ignição ), pelo que podem surgir dificuldades no seu acendimento.

Lâmpadas de sódio de alta pressão com ignitor de alta tensão

Engenheiros japoneses (a Toshiba Lighting & Technology oferece uma solução ideal, do ponto de vista deles, para eliminar os fenômenos mencionados acima em uma lâmpada com dois queimadores. O design da lâmpada contém duas sondas de ignição que garantem a ignição de um determinado queimador quando são fornecidos impulsos positivos ou negativos . Os reatores para tais lâmpadas contêm dois enrolamentos O circuito é bastante simples e barato. Devido a este design, as lâmpadas do queimador acendem alternadamente. A ignição alternada dos queimadores garante um menor «envelhecimento» do os queimadores e aumenta significativamente o trabalho geral Os engenheiros da mesma empresa oferecem uma lâmpada com ignitor embutido que não requer um esquema de controle complexo.

Algumas tendências no desenvolvimento de lâmpadas de sódio de alta pressão

Em que direções os designers e pesquisadores estão procurando soluções eficazes para lâmpadas de sódio de alta pressão? Para responder a esta questão, devemos primeiro abordar as óbvias desvantagens destas lâmpadas relacionadas com o conforto visual, a simplicidade e a necessária segurança elétrica da construção.Entre eles, vários principais podem ser distinguidos: propriedades de renderização de cores ruins, aumento da pulsação do fluxo de luz, alta tensão de ignição e ainda mais - re-ignição.

A julgar pelas características das lâmpadas com alta reprodução de cores, os desenvolvedores conseguiram se aproximar do ideal para esse grupo de fontes de luz. O combate à ondulação da radiação, que chega a 70-80% nas lâmpadas de sódio de alta pressão, costuma ser feito por meio de métodos comuns, como a troca de lâmpadas em diferentes fases da rede (em instalações com muitas lâmpadas) e o fornecimento de corrente de alta frequência . O uso de reatores eletrônicos especiais praticamente elimina esse problema.

Os dispositivos de ignição por pulso (IZU) usados ​​atualmente com a maioria dos kits NLVD - PRA complicam o funcionamento das lâmpadas e aumentam o custo da lâmpada - kit PRA. Os pulsos de ignição IZU afetam negativamente o reator e a lâmpada, há falhas prematuras desses dispositivos. Portanto, os desenvolvedores estão procurando maneiras de reduzir a tensão de ignição, o que permite abandonar o IZU.

O problema de fornecer a ignição imediata geralmente é resolvido de duas maneiras. É possível usar ignitores que emitem pulsos de amplitude aumentada, ou usar a lâmpada de dois queimadores mencionada, que não requer tais dispositivos.

A vida útil das lâmpadas de sódio é considerada a mais longa entre as fontes de luz de alta intensidade. No entanto, nesta área, os designers querem alcançar o melhor.Sabe-se que a vida útil e a queda do fluxo luminoso durante o funcionamento dependem da velocidade com que o sódio sai do queimador. O vazamento de sódio da descarga leva ao enriquecimento da composição do amálgama com mercúrio e ao aumento da voltagem da lâmpada para (150 — 160 V) até que se apague. Muita pesquisa, desenvolvimento e patentes foram dedicados a este problema. Dentre as soluções de maior sucesso, destaca-se o dispensador de amálgama da GE, utilizado em lâmpadas seriais. O design do dispensador garante um fluxo estritamente limitado de amálgama de sódio no tubo de descarga durante toda a vida útil da lâmpada. Como resultado, a vida útil é aumentada, o escurecimento das extremidades do tubo é reduzido e o fluxo luminoso permanece quase constante (até 90% do valor original).

Obviamente, a pesquisa e o aprimoramento das lâmpadas de sódio de alta pressão ainda não terminaram e, portanto, devemos esperar soluções novas e possivelmente exclusivas em uma grande família dessas fontes de luz promissoras.

Materiais usados ​​do livro "Economia de energia na iluminação". Ed. Prof. Y. B. Eisenberg.