Люминесцентные лампы

Принцип работы и области применения
Люминесцентные лампы представляют собой газоразрядные источники света, принцип действия которых заключается в следующем: под воздействием электрического поля в парах ртути, закачанной в герметичную стеклянную трубку, возникает электрический разряд, сопровождающийся ультрафиолетовым излучением. Нанесенный на внутреннюю поверхность трубки люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый свет. Подбирая соответствующие виды люминофора, можно изменять цветовые характеристики ламп. Одной из таких характеристик является общий индекс цветопередачи (Ra), большее значение Ra соответствует лучшему воспроизведению цвета. Максимальное значение - 100. Люминесцентные лампы создают значительно более рассеянный свет, чем малоразмерные источники, такие как лампы накаливания, галогенные и газоразрядные лампы высокого давления. В силу этого свойства и благодаря высокой световой отдаче эти лампы идеально подходят для освещения больших помещений, где не требуется в течении суток часто включать и выключать освещение.

Колба имеет вид прямой или изогнутой стеклянной трубки, длина которой значительно превышает диаметр, стенки трубки покрыты белым порошком - люминофором. Колба заполнена парами ртути под давлением 5-10Па и инертным газом (аргон, аргоно-неоновая или аргоно-криптоновая смесь) под давлением 200-400Па; добавление инертных газов облегчает зажигание, уменьшает распыление катодов и существенно повышает выход излучения резонансных линий ртути. Иначе реализован дуговой разряд с подогретыми катодами. Используется излучение однородного положительного столба разряда с цилиндрической симметрией.

Кроме того лампы должны иметь в красной части спектра долю большую, чем обычная бытовая лампа, и уровень ртутных линий должен быть подавлен. Чтобы добиться таких характеристик, применяются так называемые редкоземельные люминофоры. Категории, к которым относятся подобные лампы, за рубежом называются DELUXE и SUPERDELUXE. Время работы люминесцентной лампы порядка десяти тысяч часов.

Достоинства и недостатки
ЛЛ явились естественным следствием попыток развить достоинства ламп накаливания и минимизировать их недостатки, в частности увеличить срок службы и энергоэкономичность лампы. Эти задачи были успешно решены. Принципиальное отличие способа излучения и конструктивных особенностей привели к тому, что технико-экономические характеристики ЛЛ оставляют далеко позади лампы накаливания. Срок службы ЛЛ равен 12-15 000 часов, т.е. в 12-15 (!) раз выше, чем у ламп накаливания. А их световая отдача составляет 75-90 лм/Вт, иными словами ЛЛ в пять раз энергоэффективней своих предшественников.
Следует отметить, что ЛЛ создавались специально для замены ламп накаливания в жилых помещениях. Поэтому их цветопередающие свойства благоприятны для восприятия интерьера, лица и рук человека (Ra=90).

Что касается недостатков ЛЛ, то в первую очередь, к ним относятся большие габариты: лампа мощностью 80 Вт имеет длину 1,5 метра.
Это приводит к необходимости использовать крупные, металлоемкие светильники, а значит, к удорожанию светового прибора в целом. Во времена разработки ЛЛ, когда даже садовые скамейки и урны лили из чугуна, металлоемкости изделий не придавали особого значения. Сейчас дело обстоит иначе. Кроме этого, ЛЛ нуждаются в тяжелых и энергоемких электромагнитных пускорегулирующих аппаратах (ЭМПРА) и стартерах, что серьезно снижает их энергоэффективность. Увеличена в ЛЛ и опасность поражения током (на конденсаторах в ЛЛ выделяется до 300-400 В, и эта энергия сохраняется определенное время после выключения светильника). К недостаткам ЛЛ относится также невозможность мгновенного их включения.

С точки зрения пожаро- и взрывобезопасности, ЛЛ на порядок эффективней ламп накаливания, но их экологические а, главное, гигиенические характеристики оставляют желать лучшего. Так, в силу принципа действия, внутри трубки ЛЛ находится достаточно большое количество ртути (30-40 мг), что при неосторожном обращении может быть опасным для человеческого здоровья. Еще более важным является их влияние на человеческое зрение. Эти лампы, подключаемые к сети с помощью ЭМПРА, создают свет не постоянный, а «микропульсирующий»: при имеющейся в сети частоте переменного тока 50 Гц перезажигание ЛЛ происходит 100 раз в секунду.

Хотя эта частота выше критической для человеческого глаза и им не улавливается, при невидимом воздействии пульсация освещения отрицательно влияет на человека, вызывая вполне видимые и фиксируемые последствия — утомляемость, снижение работоспособности, а часто, головокружение и тошноту. Кстати, на промышленных предприятиях, в цехах, где установлены станки и необходимо хорошо различать движущиеся части механизмов или стремительно вращающиеся детали, пульсация светового потока часто может вызывать так называемый стробоскопический эффект, вызывающий неточность обработки деталей, повышенный травматизм, а порою и угрозу для жизни. Именно поэтому ЛЛ рекомендуют использовать лишь в так называемых нерабочих зонах различных помещений.

Срок службы и коммутационная прочность
При использовании ЭМПРА и обычных стартеров тлеющего разряда срок службы при росте количества включений/выключений сильно снижается. То же явление наблюдается при так называемом включении ЭПРА из холодного состояния, которые имеют такое преимущество, как мгновенный запуск лампы. При этом, однако, в результате немедленного перехода от тлеющего разряда к температуре эмиссии сильно повреждаются электроды и при большим количестве повторных включений/выключений сокращается срок службы люминесцентных ламп.

При эксплуатации приборов запуска из горячего состояния происходит обратное: электроды нагреваются электрическим током перед зажиганием, вследствие чего повреждение электродов практически исключается. Связанные с этим задержки зажигания ок. 1 сек. (в зависимости от ЭПРА) вполне допустимы.

Температурные характеристики
Физические характеристики люминесцентных ламп зависят от температуры окружающей среды. Это обусловлено характерным температурным режимом давления паров ртути в лампе. При низких температурах давление низкое, из-за этого существуют слишком малое количество атомов, которые могут участвовать в процессе излучения. При слишком высокой температуре высокое давление паров ведет к всевозрастающему самопоглощению произведенного ультрафиолетового излучения. При температуре стенки колбы ок. 40°C лампы достигают максимального напряжения индуктивной составляющей искрового разряда и таким образом самой высокой световой отдачи. У ламп T5 с диаметром трубки 16 мм (FH, FQ) как и у всех люминесцентных ламп, номинальный световой поток устанавливается при температуре 25°C, а максимальный световой поток при температуре от 33 до 37°C. Это значит, что КПД светильника для ламп Т5 должен быть выше. По своему спектральному составу излучения все люминесцентные лампы можно условно разделить на три типа:
1. Стандартные люминесцентные лампы.
2. Люминесцентные лампы улучшенной цветопередачи.
3. Специальные люминесцентные лампы.

Стандартные люминесцентные лампы
В лампах этой серии применяются однослойные люминофоры, позволяющие получить различные оттенки белого света. Лампы этого типа широко используются в установках общего освещения (офисные и производственные помещения, магазины, торговые залы).

Люминесцентные лампы улучшенной цветопередачи
В этих лампах используется высокоэффективный трех- или пятислойный люминофор, который позволяет хорошо передавать цвет различных искусственных и естественных объектов. При этом световой поток у ламп улучшенной цветопередачи примерно на 12% выше чем у стандартных люминесцентных ламп. Наиболее полная передача цветовой палитры окружающей обстановки создает более комфортные условия для восприятия. Лампы улучшенной цветопередачи применяются в основном там, где при помощи общего освещения нужно наиболее четко передать цвета и оттенки окружающих предметов (мебельные салоны, магазины тканей, выставочные галереи, витрины и т.д.).

Специальные люминесцентные лампы
Могут иметь различные добавки или особый тип люминофора, позволяющие выделить из спектра определенные линии или полосы заданной частоты, в зависимости от назначения лампы. Они могут использоваться например в гастрономии для подсветки пищевых продуктов, в медицине (бактерицидные лампы), в рекламных установках, шоу-бизнесе и т.д. По запросу может быть предоставлена информация по U-образным или кольцевым лампам, а также по лампам с меньшим диаметром трубки.