Ртутная лампа среднего давления

Ртутная лампа среднего давления — это газоразрядный источник света, в котором излучение в видимом и ультрафиолетовом диапазонах создаётся электрическим разрядом в парах ртути при парциальном давлении от 10⁵ до 10⁶ Па (от 1 до 10 атмосфер). Относится к классу газоразрядных ламп высокой интенсивности (HID). Основные области применения — промышленное и уличное освещение, фотохимия, полиграфия, обеззараживание воды и воздуха, а также растениеводство.

История

Разработка ртутных ламп началась в конце XIX века. В 1901 году американский инженер Питер Купер Хьюитт создал первую ртутную лампу низкого давления, которая давала интенсивное ультрафиолетовое излучение, но имела слабый видимый свет с сине-зелёным оттенком. В 1930-х годах, с развитием технологии кварцевого стекла и улучшением конструкции электродов, были созданы лампы среднего давления. Они позволили значительно повысить световую отдачу и расширить спектр излучения. В СССР массовое производство ртутных ламп среднего давления (типа ДРЛ — дуговая ртутная люминесцентная) началось в 1950-х годах. Они стали основным источником света для уличного освещения, промышленных цехов и сельскохозяйственных объектов до появления натриевых и металлогалогенных ламп.

Устройство и принцип работы

Конструкция

Основные элементы ртутной лампы среднего давления:

Горелка — герметичная кварцевая трубка (колба), заполненная аргоном и дозированным количеством ртути. Внутри горелки расположены два основных электрода (вольфрамовые, активированные оксидами бария, стронция или кальция) и, в некоторых моделях, один или два вспомогательных (зажигающих) электрода.
Внешняя колба — стеклянный баллон, защищающий горелку от внешних воздействий и снижающий тепловые потери. Внутренняя поверхность колбы может быть покрыта люминофором (например, в лампах ДРЛ) для преобразования части ультрафиолетового излучения в видимый свет.
Цоколь — резьбовой (E27, E40) или байонетный, обеспечивающий электрическое соединение и механическое крепление.

Принцип действия

При подаче напряжения на электроды между ними возникает тлеющий разряд, который ионизирует аргон. По мере нагрева ртуть испаряется, и давление в горелке возрастает до рабочих значений (1–10 атм). Разряд переходит в дуговой режим. Плазма, состоящая из ионов и электронов, излучает свет в результате рекомбинации и возбуждения атомов ртути. Время выхода на рабочий режим составляет от 3 до 10 минут.

Характеристики

Спектр излучения

Спектр ртутной лампы среднего давления линейчатый, с ярко выраженными линиями в ультрафиолетовой (253,7 нм, 365 нм), синей (435,8 нм), зелёной (546,1 нм) и жёлтой (577–579 нм) областях. Красного излучения в спектре практически нет, что приводит к искажению цветопередачи (индекс цветопередачи CRI обычно 40–50). В лампах с люминофором (ДРЛ) часть УФ-излучения преобразуется в красный свет, улучшая цветопередачу до CRI 60–70.

Электрические параметры

Мощность: от 50 Вт до 2000 Вт (наиболее распространены 125, 250, 400, 700, 1000 Вт).
Световая отдача: 40–60 лм/Вт (для ламп ДРЛ — до 50–55 лм/Вт).
Срок службы: 6000–15000 часов, зависит от режима эксплуатации и качества изготовления.
Напряжение зажигания: 180–220 В (для ламп с зажигающими электродами) или 3–5 кВ (для ламп без них, требующих внешнего импульсного зажигающего устройства).

Эксплуатационные особенности

Требуют балласта (дросселя) для стабилизации тока.
Чувствительны к колебаниям напряжения сети: отклонение более 5% снижает срок службы.
После выключения требуют остывания (5–15 минут) перед повторным зажиганием, так как горячие пары ртути имеют низкое электрическое сопротивление.
Рабочая температура горелки достигает 600–800 °C.

Классификация

По конструкции

Лампы без люминофора — используются для ультрафиолетового облучения (УФ-лампы). Применяются в медицине, полиграфии, для обеззараживания.
Лампы с люминофором (ДРЛ) — предназначены для общего освещения. Люминофор (фосфат кальция-стронция или галофосфат) наносится на внутреннюю поверхность внешней колбы.
Лампы с внешним зажигающим устройством — не имеют вспомогательных электродов, требуют импульсного зажигателя.

По назначению

Осветительные — для уличного, промышленного, складского освещения.
Ультрафиолетовые — для фотохимических процессов, полимеризации, обеззараживания.
Специальные — для растениеводства (лампы ДРЛФ — с усиленным красным спектром), для аквариумистики, для копировальных аппаратов.

Применение

Освещение

До 1990-х годов ртутные лампы среднего давления были основным типом источников света для наружного и промышленного освещения в России и странах СНГ. Они устанавливались на столбах уличного освещения, в прожекторах, в светильниках для цехов заводов, ангаров, железнодорожных станций. В настоящее время они активно вытесняются натриевыми лампами высокого давления (более высокая световая отдача) и светодиодными светильниками (более высокий срок службы и лучшая цветопередача).

Ультрафиолетовое излучение

Лампы без люминофора применяются:

В медицине — для обеззараживания помещений, инструментов, воды (бактерицидные облучатели).
В полиграфии — для сушки красок и лаков (УФ-отверждение).
В фотохимии — для синтеза органических соединений, инициирования полимеризации.
В аналитической химии — в спектрофотометрах и флуориметрах.

Растениеводство

Лампы ДРЛФ (с люминофором, усиливающим красный спектр) используются для досвечивания растений в теплицах и оранжереях. Однако из-за низкой эффективности и высокого тепловыделения они уступают современным светодиодным фитолампам.

Экологические аспекты и утилизация

Ртутные лампы содержат токсичную ртуть (от 10 до 100 мг в зависимости от мощности). В соответствии с законодательством РФ, отработанные лампы относятся к отходам I класса опасности. Они подлежат обязательному сбору, транспортировке и утилизации на специализированных предприятиях. Запрещено выбрасывать их в мусорные контейнеры или на свалки. В России действует система сбора ртутьсодержащих ламп через управляющие компании, пункты приёма опасных отходов и мобильные эко-мобили.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Высокая световая отдача (для своего времени).
Длительный срок службы (до 15000 часов).
Устойчивость к низким температурам (работают при –30 °C и ниже).
Компактность горелки.

Недостатки

Низкая цветопередача (CRI 40–50).
Длительное время выхода на режим (3–10 минут).
Чувствительность к колебаниям напряжения.
Необходимость в балласте и, для некоторых типов, в импульсном зажигателе.
Содержание ртути, требующее специальной утилизации.
Постепенное снижение светового потока в течение срока службы.
Высокое тепловыделение.

Интересные факты

В СССР лампы ДРЛ использовались не только для освещения, но и в качестве источников ультрафиолета для загара в соляриях (лампы типа ДРТ).
Из-за отсутствия красного цвета в спектре, при освещении ртутными лампами человеческая кожа выглядит бледной, а зелёные и синие объекты — неестественно яркими.
В некоторых странах (например, в странах Евросоюза) с 2015 года поэтапно запрещается производство и продажа ртутных ламп общего назначения в рамках Директивы RoHS.

См. также

Источники

ГОСТ 6825-91 «Лампы ртутные дуговые высокого давления. Общие технические условия».
Справочник по светотехнике / Под ред. Ю. Б. Айзенберга. — М.: Энергоатомиздат, 1995.
Рохлин Г. Н. Газоразрядные источники света. — М.: Энергоатомиздат, 1991.
Фёдоров В. В. Светотехника и источники света. — М.: Форум, 2010.
Постановление Правительства РФ от 03.09.2010 № 681 «Об утверждении Правил обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств, электрических ламп, ненадлежащие сбор, накопление, использование, обезвреживание, транспортирование и размещение которых может повлечь причинение вреда жизни, здоровью граждан, вреда животным, растениям и окружающей среде».

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →