Металлогалогенные лампы

Металлогалогенная лампа (МГЛ) — это газоразрядный источник света, в котором оптическое излучение возникает в результате электрического разряда в атмосфере смеси инертного газа, паров ртути и галогенидов металлов (обычно йодидов и бромидов натрия, скандия, таллия, индия, редкоземельных элементов). Относится к классу дуговых ртутных ламп высокого давления (ДРЛ) с улучшенными световыми характеристиками.

Принцип действия

В основе работы металлогалогенной лампы лежит дуговой разряд в колбе из кварцевого стекла или поликристаллического оксида алюминия (поликор). Внутренняя горелка заполнена аргоном или ксеноном при низком давлении и содержит дозированное количество ртути и галогенидов металлов. При подаче напряжения между электродами возникает электрическая дуга, разогревающая газ до температуры 3000–6000 °C. Под действием высокой температуры ртуть испаряется, создавая основное давление в колбе (до 10–30 атм), а галогениды металлов диссоциируют на атомы металлов и галогенов. Возбуждённые атомы металлов излучают свет в видимом спектре, причём спектр излучения определяется составом добавок: скандий и натрий дают белый свет, таллий — зелёный, индий — синий, литий — красный. После выключения лампы галогениды рекомбинируют, предотвращая осаждение металлов на стенках горелки.

История

Первые эксперименты по добавлению металлических галогенидов в ртутные лампы были проведены в 1910-х годах, но практическое применение стало возможным только после разработки устойчивых к коррозии материалов для горелок. В 1960-х годах компания General Electric представила первую коммерческую металлогалогенную лампу, предназначенную для освещения стадионов и промышленных объектов. В СССР серийное производство МГЛ началось в 1970-х годах на заводе «Светотехника» в Саранске. Основные типы — ДРИ (дуговая ртутная с йодидами) мощностью 125–2000 Вт. В 1990-х годах с развитием керамических горелок (на основе поликора) удалось повысить световую отдачу и стабильность цветовой температуры.

Классификация

Металлогалогенные лампы классифицируются по нескольким признакам:

По типу горелки

• Кварцевые (МГЛ с кварцевой горелкой) — наиболее распространённый тип, горелка из кварцевого стекла. Отличаются низкой стоимостью, но меньшей стабильностью цветовых характеристик и сроком службы (до 6000–8000 часов).
• Керамические (МГЛ с керамической горелкой) — горелка из поликристаллического оксида алюминия (поликор). Обеспечивают более высокую световую отдачу (до 100–120 лм/Вт), стабильную цветовую температуру и увеличенный срок службы (до 12000–15000 часов). Используются в профессиональном освещении (телевидение, кино, концерты).

По форме колбы

• Трубчатые (линейные) — колба в виде прямой трубки с цоколями с двух сторон. Применяются в прожекторах и светильниках для открытых площадок.
• Эллипсоидные (с внешней колбой) — колба каплевидной или эллиптической формы, часто с люминофорным покрытием для коррекции спектра. Используются в уличных и промышленных светильниках.
• Компактные (с цоколем G12, G8.5) — малогабаритные лампы для встраиваемых светильников, часто с керамической горелкой.

По мощности

• Малой мощности (20–150 Вт) — для декоративного и акцентного освещения.
• Средней мощности (250–400 Вт) — для освещения улиц, складов, спортивных объектов.
• Высокой мощности (700–2000 Вт) — для прожекторов, стадионов, аэродромов.

По цветовой температуре

• Тёплый белый (3000–3500 К) — для жилых и коммерческих интерьеров.
• Нейтральный белый (4000–4500 К) — для офисов, магазинов.
• Холодный белый (5500–6500 К) — для освещения, приближённого к дневному, используется в студиях, музеях, теплицах.

Устройство и характеристики

Конструкция

Основные элементы металлогалогенной лампы:

• Внутренняя горелка — герметичная трубка из кварцевого стекла или поликора, заполненная инертным газом, ртутью и галогенидами металлов. Внутри расположены два вольфрамовых электрода.
• Внешняя колба — защитная оболочка из стекла, часто с люминофорным покрытием, предохраняющая горелку от механических повреждений и поглощающая ультрафиолетовое излучение.
• Цоколь — резьбовой (E27, E40) или байонетный (G12, GX10) для подключения к патрону светильника.
• Стартовое устройство — для зажигания дуги требуется импульс высокого напряжения (до 5–10 кВ), который подаётся от внешнего импульсного зажигающего устройства (ИЗУ) или встроенного стартера.

Технические характеристики

• Световая отдача: 70–120 лм/Вт (у керамических — до 130 лм/Вт).
• Цветопередача (CRI): 65–95 (у керамических — 85–95).
• Срок службы: 6000–15000 часов (зависит от типа горелки и режима эксплуатации).
• Время выхода на рабочий режим: 3–10 минут (после включения требуется время для разогрева горелки до рабочей температуры).
• Потребляемая мощность: от 20 до 2000 Вт.
• Температура колбы: до 400–500 °C (внешняя колба может нагреваться до 300 °C).

Применение

Металлогалогенные лампы широко используются в различных областях благодаря высокой световой отдаче и хорошей цветопередаче:

• Уличное освещение — магистрали, площади, парки, архитектурная подсветка зданий.
• Промышленное освещение — цеха, склады, ангары, производственные линии.
• Спортивные объекты — стадионы, арены, бассейны, ледовые дворцы (требуется высокая освещённость и равномерность).
• Телевидение и кино — студийное освещение, концертные площадки, театры (используются керамические МГЛ с высокой цветопередачей).
• Сельское хозяйство — теплицы и оранжереи для досвечивания растений (спектр МГЛ близок к солнечному, что стимулирует фотосинтез).
• Декоративное освещение — витрины, выставочные залы, музеи, аквариумы.
• Автомобильные фары — в некоторых моделях автомобилей (например, ксеноновые фары с металлогалогенными лампами).

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая световая отдача (в 2–3 раза выше, чем у ламп накаливания).
• Хорошая цветопередача (особенно у керамических МГЛ).
• Компактные размеры при высокой мощности.
• Возможность выбора цветовой температуры.
• Длительный срок службы (до 15000 часов).

Недостатки

• Длительное время выхода на рабочий режим (3–10 минут).
• Необходимость в пускорегулирующей аппаратуре (ПРА) и импульсном зажигающем устройстве.
• Высокая температура колбы (требуется теплоотвод).
• Содержание ртути (требуется специальная утилизация).
• Чувствительность к напряжению в сети (отклонения более 5% снижают срок службы).
• Невозможность быстрого перезажигания после выключения (требуется охлаждение горелки в течение 5–15 минут).

Эксплуатация и утилизация

Металлогалогенные лампы относятся к категории ртутьсодержащих отходов. При повреждении внешней колбы возможно выделение паров ртути, поэтому вскрытие и утилизация должны проводиться в соответствии с санитарными нормами. В России утилизация МГЛ осуществляется через специализированные пункты приёма опасных отходов. Запрещается выбрасывать лампы в бытовой мусор.

Интересные факты

• Первые металлогалогенные лампы использовались в 1960-х годах для освещения Олимпийских игр в Токио.
• В керамических МГЛ горелка из поликора выдерживает температуру до 1200 °C, что позволяет использовать более агрессивные галогениды.
• Спектр излучения МГЛ близок к солнечному, поэтому они применяются в теплицах для выращивания рассады и цветов.
• В автомобильной промышленности МГЛ известны как «ксеноновые лампы» (хотя ксенон используется только для первичного зажигания).

Источники

• ГОСТ Р 52789-2007 «Лампы металлогалогенные. Технические условия».
• Кнорринг Г. М. «Светотехника». — М.: Энергоатомиздат, 1991.
• Справочник по светотехнике / под ред. Ю. Б. Айзенберга. — М.: Знак, 2006.
• Материалы Международной электротехнической комиссии (МЭК) по стандартам на газоразрядные лампы.