Принцип действия натриевых ламп
В герметичной колбе создаются условия для испарения натрия. Для получения света используют D-линии на волнах 589 и 589,6 нм. Натриевые лампы бывают высокого и низкого давления. Согласно общепринятой классификации это, соответственно, от 30000 до 1 млн. Па и от 0,1 до 10000 Па. Такое положение дело возникло на основе долгих исследований специфики разряда.
Установлено, что максимум светоотдачи отмечается при давлениях 0,2 и 10000 Па. Первые натриевые лампы, созданные в 1931 году Марселло Пирани, функционируют на первом экстремуме функции в пределах указанного интервала при плотности тока 0,1 – 0,5 А на квадратный сантиметр. Наиболее благоприятные условия для излучения света достигаются при температурах жидкой фазы в интервале 270 – 300 градусов Цельсия (температура цоколя, по крайней мере, вдвое ниже). Лампы, работающие при давлении 0,2 Па, эффективнее.
Второй экстремум достигается при дальнейшем нагреве паров. При температурах 650 – 750 градусов Цельсия. Натриевые лампы повышенного давления долго не удавалось создать. Сложность заключалась в отсутствии подходящего материала для колбы. Лишь алюминиевая керамика сумела выдержать натиск агрессивной среды при температурах выше 1000 градусов (1300 – 1400 градусов Цельсия). Искусственные материалы дали человечеству немало, о чем косвенно упоминалось в обзоре по теме Электрических цепей.
Как запустить лампу ДНаТ
Как правильно подключить натриевую лампу ДНаТ к сети? Как видно из вышесказанного, на прибор недостаточно подать питающее напряжение: холодная горелка имеет большое сопротивление и просто не запустится. Для создания пускового высоковольтного импульса служит специальный узел – импульсное зажигающее устройство (ИЗУ).
После пуска лампочки ток через нее необходимо ограничивать. Этим занимается балласт: электромагнитный или электронный. Первый (ЭмПРА – электромагнитный пускорегулирующий аппарат) представляет собой дроссель – катушку с незамкнутым магнитопроводом. Второй (ЭПРА – электронный пускорегулирующий аппарат) является электронной схемой – ограничителем тока.
Дроссель включается последовательно с лампочкой, ИЗУ – параллельно. Существует 2 типа ИЗУ – двухвыводной и трехвыводной. Первый более прост в подключении и меньше стоит, второй делает работу схемы более корректной. При использовании трехвыводного ИЗУ в момент пуска высоковольтный разряд подается только на лампу, а не на лампу + балласт, как в случае с двухвыводным устройством. Схема подключения осветителя с использованием обоих типов ИЗУ приведена ниже.
Схемы подключения лампы ДНаТ с использованием двух- и трехвыводного ИЗУ
Обрати внимание, что на схемах обозначены ноль и фаза. Балласт всегда включается в разрыв фазного провода. На ИЗУ тоже есть соответствующие обозначения, не забывай их соблюдать
На ИЗУ тоже есть соответствующие обозначения, не забывай их соблюдать.
Теперь по поводу конденсатора С, который обозначен на схеме штрихпунктиром. Он не является обязательным, но не будет лишним его поставить. Служит этот конденсатор для компенсации реактивной мощности и некоторого увеличения КПД схемы. Конденсатор должен быть неполярным бумажным и рассчитанным на напряжение не ниже 400 В. Его электрическая емкость зависит от мощности осветительного прибора. Для ДНаТ 250 Вт хватит 35 мкФ, для ДНаТ 400 Вт емкость нужно увеличить до 45 мкФ.
И еще один совет. Устанавливай лампочку ДНаТ только в хлопчатобумажных перчатках или при помощи чистой тканевой салфетки. Дело в том, что колба прибора нагревается до 300 градусов. Оставленные тобой на колбе отпечатки пальцев сгорят, и образуется плохо проводящий тепло слой нагара. В результате произойдет локальный перегрев, и стекло лопнет. Если же ты или кто-то другой уже «захватали» лампочку, то протри ее салфеткой, смоченной спиртом.
Прибор можно выбросить из-за трещины, появившейся в результате локального перегрева грязного стекла
От чего взрывается ДНаТ
Если вы прикасались к поверхности лампы руками, перед включением обязательно протрите ее чистой сухой тряпочкой.
Это связано с высокой температурой нагрева в процессе работы – до 350 градусов.
Любые жирные пятна от пальцев рук, под такими температурами превратятся в почерневшие кляксы.
Это в конечном итоге приведет к тому, что лампа рано или поздно лопнет или треснет.
Кстати, многие боятся при ее эксплуатации в теплицах, что если на разогретый корпус попадет капля воды, ДНаТ может взорваться. На самом деле это не так.
Изделие выполнено из термостойкого стекла и мелкие брызги ей не особо страшны.
Только если вы не начнете заливать ее из шланга, как показано в этом популярном ролике:
Технические характеристики и сравнение с аналогами
Я уже говорил, что лампочки типа ДНаТ упорно держат свои позиции и все еще широко используются, несмотря на появление новых типов источников освещения. Чем же они завоевали такую популярность? Сравним их основные характеристики со светодиодными и дуговыми ртутными лампами ДРЛ, которые ты наверняка видел в уличных фонарях.
Основные характеристики осветительных приборов ДНаТ, ДРЛ и светодиодных аналогов
| Тип | Паспортная мощность, Вт | Создаваемый световой поток, лм | Средний срок службы, ч |
| ДНаТ-100 | 100 | 9 400 | 6 000 |
| ДНаТ-150 | 150 | 14 000 | 10 000 |
| ДНаТ-250 | 250 | 24 000 | 15 000 |
| ДНаТ-400 | 400 | 47 500 | 15 000 |
| ДРЛ-125 | 125 | 6 000 | 12 000 |
| ДРЛ-250 | 250 | 13 000 | 12 000 |
| ДРЛ-400 | 400 | 24 000 | 15 000 |
| Светодиодный аналог ДРЛ-125 | 40 | 2 500 | 10 000 |
| Светодиодный аналог ДРЛ-250 | 80 | 5 000 | 10 000 |
Из таблички хорошо видно, что, потребляя 150 Вт, натриевая лампочка обеспечивает такой же световой поток, что и ДРЛ мощностью 250 Вт. Единственным серьезным конкурентом натриевой лампы по экономичности является светодиодный светильник.
Но, во-первых, мощные светодиоды стоят в десятки раз дороже упомянутой лампы. А, во-вторых, технология сверхъярких диодов не так отработана, как технология изготовления ДНаТ, насчитывающая почти сотню лет.
Если добавить сюда огромное количество производителей светодиодной продукции, то окажется, что поиск гарантированно качественного полупроводникового оборудования становится весьма проблематичным. Что касается хваленой долговечности светодиодов, то при такой большой мощности кристаллы быстро деградируют (теряют яркость). При этом ресурс диодного фонаря нередко становится даже меньше, чем ресурс фонаря с лампой ДНаТ.
Область применения
Обычно, этот тип газоразрядных ламп используется в случаях, когда более важны именно экономические показатели, а не точная цветопередача. Это является общепринятым мнением. По этой причине ДНаТ не подходят для освещения жилых помещений и производственных цехов. Такое освещение является опасным, так как существенно растет риск травматизма.
Довольно часто эти источники света находят применение не только для уличного и тепличного освещения, но и для подсветки архитектурных комплексов и памятников. В Москве их применение – традиционно. Обратите, на желтовато-оранжевую подсветку в центре мегаполиса. Сейчас некоторые производители совершенствуют эти лампы, уже удалось достичь приемлемых показателей цветопередачи (индекс Ra). Максимальный спрос приходится на мощности в 250 и 400 Вт.
Не так давно появилось новое поколение маломощных натриевых ламп с Ra=80. Это весьма близко к спектру ламп накаливания, т.е. ее вполне можно использовать для световой декорации в местах общественного пользования.
Многие садоводы рекомендую применять НЛВД именно на последних фазах роста саженцев. В модификациях, предназначенных под тепличное использования в спектре свечения, появились добавки для синей части спектрального состава света. На ранних сроках такое освещение способствует тому, что побеги начинают усиленно расти, стебли быстро и удлиняются. При применении ДНаТ-ламп в аграрном хозяйстве следует обращаться с ними чрезвычайно бережно, так как разбитая либо взорвавшаяся колба поставит крест на урожае.
Применяются они и при ландшафтном дизайне. Их свечением можно имитировать открытый огонь или цвет солнца во время заката.
Дроссель
По поводу качества дросселей и почему они выходят из строя в новых светильниках.
Современные компактные балластные дросселя, в большинстве своем изготовлены намоткой одной катушки, в навал, без межслойных изоляционных прокладок. Плюс, пропитаны кое-как лаком, без защиты обмотки защитным компаундом.
Стоит попасть сырости в корпус со схемой и жди беды. Советские большие дросселя мотались только двухстержневой двухкатушечной конструкции, каждая из которых имела межслойную картонную изоляцию.
Отсюда и практически их вечность. Но современные маркетологи и производители в этом, к сожалению не заинтересованы.
Конструкция
Строение газоразрядных лампочек пpaктически не отличается. На вид это трубка цилиндрической формы с алюминиевым разъемным соединителем. Корпус изготовлен из ударопрочного термостойкого стекла. В колбу заключена горелка из оксида алюминия. Это материал устойчив к парам натрия, пропускает мощный световой поток и при этом не разрушается под воздействием высоких температур.
Полость разрядной трубки заполнена газовой смесью. Именно здесь образуется электронный заряд.
Снизу лампа ДНаТ 250 оснащена резьбовым цоколем из алюминия. Именно через держатель проходит ток на источник света.
Горелка
Разрядная трубка – это важнейший элемент осветительного устройства натриевого типа. Это тонкая колба цилиндрической формы, которая устойчива к высоким температурам и химическим веществам. По обоим краям горелки размещены электроды из вольфрама.
В трубку закачиваются пары ртути и натрия, которые образуют амальгаму натрия. Кроме того, состав горелки дополняется ксеноном, который отвечает за пуск лампочки и улучшает цветовой спектр.
На внутренней поверхности корпуса лампы размещены специальные прокладки, которые защищают разрядную трубку от проникновения кислорода. Эти детали очень важны, так как во время работы горелка разогревается до 1300°, и если в нее попадет воздух, то она может треснуть или взорваться
Именно поэтому важно сохранять вакуум в колбе устройства
Цоколь
Подключить осветительный элемент к сети поможет цоколь. ДНаТ 250 оснащена резьбовым разъемным соединением типа Е (Эдисон). Для устройства с такой мощностью применяют держатель с маркировкой Е40. Цифра обозначает диаметр цоколя (мм)
Важно правильно подобрать разъемный соединитель для патрона осветительной аппаратуры. Для этого нужно изучить техническую документацию. Для лампочек ДНаТ на 50, 70, 100Вт применяется держатель Е27, а для источников света 150, 250, 400Вт – Е40
Для лампочек ДНаТ на 50, 70, 100Вт применяется держатель Е27, а для источников света 150, 250, 400Вт – Е40.
Условия утилизации
Горелки натриевых ламп высокого давления содержат амальгаму натрия – сплав натрия и ртути. Категорически нельзя выбрасывать ДНаТ в контейнеры с обычным бытовым мусором или закапывать их на ближайшем пустыре. Утилизация приборов проводится по тем же правилам, которые приняты для ламп ДРЛ и других устройств, содержащих ртуть.
Дуговые натриевые лампы высокого давления имеют очень хорошие технические характеристики. По энергоэффективности и ресурсу работы они конкурируют со светодиодными источниками света, поэтому люди еще долго будут использовать их в разных сферах жизнедеятельности.
Газоразрядная дуговая натриевая лампа ДНаТ используется для освещения больших площадей, улиц городов, теплиц.
Не стоит путать натриевые лампы низкого и высокого давления. У них разная конструкция и принцип действия.
В спектре свечения у обоих преобладает оранжевый свет. У изделий низкого давления, излучение практически монохромное, они светят ярким золотистым светом.
Если их применять для освещения в комнатах, то цвета будут практически не различимы.
В лампах высокого давления спектр более разнообразный.
В тех моделях, которые используются в теплицах для выращивания растений, в световой спектр специально добавлено немного синего света.
В комплект для подключения лампы высокого давления входит несколько компонентов, без которых вы ее попросту не запустите. То есть, элементарно подав на нее 220 вольт, она у вас не загорится.
Для этого нужно специальное устройство – дроссель или балласт, который в свою очередь подключается по определенной схеме.
Схема эта зачастую изображена непосредственно на корпусе.
Вот ее более развернутый рисунок.
На ней нарисованы:
сам дроссель (баласт), на который подается фаза
далее эта фаза поступает на импульсно зажигающее устройство – ИЗУ
Через него можно подключать экземпляры разной мощности, от 70 до 400Вт.
ИЗУ создает стартовый импульс для пробоя содержимого горелки в колбе и образования дуги. Напряжение при этом достигает нескольких тысяч вольт!
А сама горелка в процессе работы разогревается до 1300 градусов.
Только после ИЗУ, подключается сама газоразрядная лампа.
Эта же схема подключения может быть изображена на стенках зажигающего устройства.
Кроме того, в комплекте для подключения рекомендуется применять конденсатор. Хотя он присутствует далеко не во всех схемах.
Для чего он необходим? Как известно, цепи с использованием дросселей питания, потребляют как активную, так и реактивную мощность. От второй, никакого полезного эффекта вы не получите.
Лампа от этого ярче светить не станет, а вот потери увеличатся. Именно для того, чтобы убрать эту реактивную составляющую и используют фазокомпенсирующий конденсатор.
Наглядное сравнение тока потребления светильника ДНаТ с конденсатором и без него: 
Как видите, более чем двойная разница. В первом случае показан компенсированный ток (активный), а во втором случае полный (без конденсатора в цепи).
Некоторые думают, что тем самым они еще и уменьшают потребление эл.энергии, однако это не совсем так.
Счетчик у вас не рассчитан на подсчет реактивной или полной энергии, и фактическая экономия по затратам может составить максимум 3-4%.
Зато вы уберете лишние потери на нагрев проводов и железа.
Вот собранный своими руками компактный щиток, согласно схемы подключения.
Можно конечно все это собрать и в габаритном корпусе светильника, если позволяют размеры.
Очень важно, перед тем как самому собирать такую схему и использовать какие-либо компоненты, обычным мультиметром в режиме замера максимального сопротивления, проверить изоляцию дросселя и конденсатора. Нет ли пробоя на корпус. Нет ли пробоя на корпус
Нет ли пробоя на корпус.
Для подачи и отключения питания 220В используйте двухполюсный вводной автомат.
Для одного светильника мощность до 400Вт вполне сгодится автомат номиналом 5-6А. Кроме коммутационных операций вкл-выкл, он еще будет играть роль защитного аппарата.
Монтируется автоматический выключатель в самом начале схемы. Не забудьте также заземлить корпус всего щитка.
С автомата выходят два нулевых провода. Один из них согласно схемы, пускаете напрямую к лампе, а второй подключаете к соответствующему зажиму, подписанному “N” на пусковом устройстве.
Иначе можно случайно сжечь изделие, если при работе нулевой провод после балластного дросселя, случайно коротнет.
А провод с выходящего контакта подключаете на клемму “В” (Balast) пускорегулирующего изделия.
После чего, средний вывод Lp (Lampa) пускаете на патрон лампочки.
Заметьте, есть ИЗУ двухконтактные и трехконтактные. Первые подключаются параллельно самой лампе.
Плюсы и минусы
Лампы ДНаТ имеют большое количество плюсов, благодаря которым они остаются востребованными и в наши дни. Среди ее достоинств:
- Высокий уровень светоотдачи по сравнению с другими моделями лампочек. Светильники высокого давления дают до 150-160 лм/Вт, низкого давления — до 200 лм/Вт;
- КПД достигает 30%;
Вам это будет интересно Особенности подключения ИЗУ для ДНАТ
Светильник дает сильный желтый свет
- Широкий спектр температур, при которых лампочки работают: от −60 до +40 градусов. При этом светильник зажигается даже при низких температурах;
- Длительный период эксплуатации: минимальный срок — 10-12 тысяч часов, максимальный — до 30-32 тысяч;
- Экономичность: ДНаТ расходуют в 1,5-2 раза меньше электричества. Производство светильников также недорого: оно давно отлажено и хорошо работает, дорогостоящие материалы не требуются;
- Противотуманный эффект: желтый и оранжевый цвета плохо поглощаются водой, а потому лампы с таким освещением лучше видны в дождь и туман.
Однако недостатки ДНаТ не менее существенны:
- Слабая цветопередача: все лампы имеют ярко выраженный желтый или оранжевый цвет. Использовать светильники в жилых помещениях нельзя;
- Долгое разгорание: первые 5-10 минут лампа горит слабо, пока прогревается;
В лампочке есть ртуть, что делает ее опасной
- Определенные требования к электросети. Применять лампы можно только в сетях с достаточно стабильным напряжением;
Важно! Второй вариант — использовать качественные дроссели
- Наличие ртути: для утилизации светильники необходимо отнести в специальный пункт приема. Разбитая лампа может быть опасна, если неправильно или недостаточно тщательно убрать все;
- Температура: несмотря на то, что светильники ДНаТ могут работать при −60 градусах, оптимальная температура для них от −20 до +30 градусов. При более высоких или низких температурах светоотдача будет ниже, а срок службы уменьшится;
- Наличие довольно сильных пульсаций, они могут достигать 50 Гц. Это выражается в постоянном мерцании, утомительном для глаз.
Преимущества и недостатки
Достоинства и недостатки ДНаТ обуславливаются физическим принципом формирования светового потока. Но более верно считать их особенностями конструкции. Учитывая их, можно сделать вывод о целесообразности применения этого типа источников света в конкретном случае.
Плюсы
- Стабильность светового потока и большой охват площади
- Эффективность в туман.
- Достаточно высокий КПД.
- Длительный период полезной эксплуатации.
- Хорошие показатели светоотдачи. Показатель незначительно падает только в конце срока службы.
- Отличный вариант для досветки плодоносящих растений.
- Широкий диапазон температуры окружающей среды, при котором сохраняется работоспособность.
Минусы
- Недостаточно качественную цветопередачу, что ограничивает сферу применения. Субъективно зеленый цвет может казаться темно-синими или черным.
- Высокий уровень пульсаций.
- Длительное время выхода на рабочий режим.
- Сложности с утилизацией из-за наличия ртути (справедливо для большинства моделей).
- Дополнительные элементы для работы (справедливо для устаревающих моделей, в новые уже встроены ЭПРА).
- Не подходит для неплодоносящих растений.
- Взрывоопасность.
- Критичны к качеству электропитания. Не рекомендовано использовать при отклонениях напряжения свыше десяти процентов.
- Сложности утилизации (так как используется амальгама – соединение ртути с другими металлами).
Учитывая высокий уровень пульсации и недостаточную цветопередачу, не рекомендуется применять лампы типа ДНаТ для освещения производственных помещений. Их использование на промышленных объектах существенно повышает риск получения производственной травмы.
Как заменить старые лампы на светодиодные
Непосредственно заменить газоразрядную лампу на светодиодную не получится – из-за особенностей работы ДРЛ она подключается через пуско-регулирующую арматуру, основным элементом которой служит дроссель, ограничивающий ток. Этот дроссель в цепи переменного тока создает значительное сопротивление. Поэтому если ввернуть светодиодную лампу непосредственно вместо газоразрядной, яркость свечения значительно снизится. Также в схеме имеется конденсатор для улучшения компенсации бросков напряжения и предохранитель, который защищает питающую сеть от возможных коротких замыканий в лампе.
Схема подключения ртутного осветительного прибора.
Эту проблему можно обойти модернизацией драйвера LED-светильника или разработкой нового, который принципиальных технических решений содержать не будет. Просто адаптация к новым условиям работы. Но с экономической точки зрения в этом смысла нет, потому что переделать схему гораздо проще.
ДРЛ
Чтобы адаптировать светильник под светодиодную лампу, следует выполнить шаги:
Удалить дроссель и замкнуть контакты, к которым он был подключен, перемычкой. Можно не удалять, а просто замкнуть – работать все равно будет. Но лучше демонтировать.
Конденсатор на работу не влияет, можно оставить. Но лучше тоже демонтировать, потому что через него будет протекать ток. Это потребует увеличения сечения проводов, незаметного в случае одного светильника. Но когда ламп много, эффект будет заметен
Да и лишний элемент ненадежности, в котором может возникнуть короткое замыкание, пробой изоляции и т.п., лучше удалить.
Предохранитель – плавкая вставка – важного значения не имеет. Защиту от нештатных режимов в современных сетях выполняют автоматические выключатели. Свои функции они выполняют эффективно, и в подстраховке плавким предохранителем не нуждаются
В случае возникновения перегрузки в защищаемой линии автомат можно просто взвести (после устранения неисправности), а предохранитель придется заменять. Для этого надо иметь запас плавких вставок. Резонов продолжать использовать этот элемент нет. Его также лучше демонтировать, а контакты замкнуть
Свои функции они выполняют эффективно, и в подстраховке плавким предохранителем не нуждаются. В случае возникновения перегрузки в защищаемой линии автомат можно просто взвести (после устранения неисправности), а предохранитель придется заменять. Для этого надо иметь запас плавких вставок. Резонов продолжать использовать этот элемент нет. Его также лучше демонтировать, а контакты замкнуть.
Существуют лампы ДРЛ, не требующие дросселя. Для розжига у них внутри установлена специальная спираль. Это самый простой вариант – замена ДРЛ 250 на светодиодную лампу с цоколем Е40 в таком случае производится простым выкручиванием старого осветительного прибора и установкой современного на то же место. Надо лишь проконтролировать наличие конденсатора и предохранителя – они могут быть установлены «на всякий случай».
Также возможны ситуации, когда различные умельцы подключали лампы ДРЛ без дросселя, используя в качестве балластов конденсаторы, лампы накаливания и т.д. Конечно, это все надо отключить и демонтировать.
ДнаТ
Натриевый осветительный прибор ДНаТ-250.
Наряду с лампами серии ДРЛ для наружного освещения применяются газоразрядные лампы серии ДНаТ, действие которых основано на свечении паров натрия при достаточной степени ионизации газов внутри колбы. Эти лампы не попадают под действие соглашения о прекращении выпуска ртутных приборов, у них нет слоя люминофора, их экологичность гораздо выше, чем у ртутных. По электрическим параметрам они также выигрывают у ДРЛ.
| Тип лампы | Номинальная мощность, Вт | Средний ресурс, часов | Начальный световой поток, лм | Снижение светового потока через год |
| ДРЛ-250 | 250 | 12 000 | 13 200 | 40% |
| ДНаТ-250 | 250 | 15 000 | 26 000 | 20% |
Многие специалисты ставят под сомнение необходимость замены натриевых ламп на светодиодные, потому что лампа ДНаТ:
- дешевле, чем LED;
- имеет сравнимую со светодиодами энергоэффективность;
- производится по отработанным технологиям, что ведет к высокому качеству изготовления и сроку эксплуатации, примерно равному фактическому (не заявленному!) периоду службы LED-ламп от малоизвестных производителей.
Подключение ДНаТ к сети 220 В требует специального прибора – импульсного зажигающего устройства (ИЗУ), так как для розжига требуются высоковольтные импульсы, и дросселя. Если решение о замене натриевых ламп на светодиодные все же принято, потребуется демонтировать ИЗУ. Схему подключения можно найти прямо на корпусе. При замене на LED все лишние элементы надо удалить.
Схему обычно рисуют на корпусе устройства.
Схема подключения натриевого источника света.
Основные выводы
Импульсное защитное устройство – необходимый элемент подключения газоразрядных источников света. Оно подбирается исходя их типа лампы и ее мощности.
Соблюдайте схему подключения указанную на корпусе.
Двухконтактные приборы дешевле, но менее безопасны. При их использовании необходимо подключать балласт с изоляцией, которая выдерживает высокие напряжения, иначе велика вероятность пробоя. При включении схемы с неработающими лампами дополнительное оборудование выйдет из строя.
Трехконтактные приборы лишены перечисленных недостатков. Однако, при выработке ресурса лампы они могут начать беспрерывно работать и выйти из строя. Для предотвращения этого стоит выбирать защитные устройства с таймером отключения.
