Ртутные лампы. Как работает ртутная лампа, её преимущества и недостатки

Что такое ртутные лампы

Ртутные лампы относят к одному из видов газоразрядных осветительных приборов, где видимый свет образуется за счет взаимодействия газовой смеси с парами ртути. Функционально их делят на лампы специального назначения и общего, где первые представлены ультрафиолетовыми источниками (кварцевые и бактерицидные), а вторые – ртутными лампами разного типа для внутреннего и наружного освещения.

Правда, в уличных системах они встречаются намного реже, поскольку их потеснили более эффективные аналоги – это натриевые или металлогалогенные светильники. Тем не менее ртутные лампы пользуются спросом и не торопятся покидать «рабочие ряды», ведь у них есть главный козырь – это сравнительно низкая себестоимость производства, обеспеченная столь же низким ценником ртути.

Содержание:
1) Что такое ртутные лампы
2) Принцип работы ртутных ламп
3) Где применяются ртутные лампы
4) Преимущества и недостатки ртутных ламп

Принцип работы ртутных ламп

Конструкция лампочек представлена тремя основными элементами, среди которых:

• Горелка. Изготовлена из кварцевого стекла или керамики, наполнена инертным газом и ртутью, а боковые стенки содержат 4 электрода (2 основных и 2 зажигающих).

• Колба из термостойкого стекла. Представлена эллипсоидной или цилиндрической формой. Внешне напоминает обычную лампу накаливания, но изнутри покрыта люминофорным слоем.

• Цоколь. Контактный элемент с классическим цоколем Е27 или Е40, подходящий для прямой замены бытовых лампочек.

Количество газа и ртути ограничено строгими пропорциями, а сами металлы (ртути) принимают вид компактных шариков либо оседают на стенки колбы или электродов, образуя своеобразный налет. Источник свечения в дуговой ртутной лампе (ДРЛ) – это дуговой электрический разряд, который образуется при взаимодействии химических элементов. На практике это выглядит так: зажигающие электроды, размещенные очень близко от основных, при подаче питания создают тлеющий разряд, который моментально передается другим электродам и образует разряд дуговой.

Стабилизация свечения занимает в среднем 10 минут после подключения лампы к сети. Постепенный выход на полную рабочую мощность объясняется напряжением тока, который обычно выше номинального и ограничивается сопротивлением ПРА. Время ожидания зависит также от температуры воздуха, поэтому в случае сильного понижения пуск лампочки станет чуть продолжительнее. Ртутные источники весьма чувствительны к сетевым перепадам, поэтому колебания в 10-15% могут отразиться на интенсивности излучения (минус 25% потока), а в случае пониженного до 80% напряжения, лампочка рискует вовсе не запуститься или погаснуть, если до этого уже работала.

Создание яркого света белых тонов лампочкам обеспечивает электрический разряд, который по мере разогрева приобретает голубые или фиолетовые оттенки, а также создает мощный поток ультрафиолета. Последний приводит в активное состояние люминофор, который образует красноватое свечение и с внутренней стороны покрывает колбу лампы. Такой эффект в сочетании с зеленовато-белым свечением самой горелки и производит яркий поток света, близкий к белому цвету.

Важная особенность РЛ – это высокий нагрев, который потребует использования термостойких проводов и надежного качества контактов, установленных в патроне. Высокая рабочая температура отражается и на повторном включении лампочки. Так, если прибор случайно отключили от питания, последующий запуск возможен только после полного охлаждения колбы. Нюанс напрямую связан с повышением давления внутри работающей лампы, которое соответственно увеличивает и номинальное напряжение в горелке: оно превышает показатели сетевого, а в период остывания опускается до стандартной величины, делая запуск возможным.

Какими бывают и где применяются ртутные лампы

Вначале отметим, что все ртутные источники подразделяют на три группы – это лампы низкого (РЛНД), высокого (РЛВД) и сверхвысокого давления (РЛСВД). Первую группу представляет самый распространенный в бытовой и профессиональной сфере тип – люминесцентные лампы. Среди них:

1. Линейные люминесцентные. Выполнены в U-образной форме, кольцевидной и прямолинейной (в виде обычной разрядной трубки). Оснащены штырьковым цоколем и обладают различными типоразмерами, а также широким диапазоном мощности (от 15 Вт до 80 Вт). Экономично расходуют электроэнергию, используется повсеместно – от квартир, офисов и учебных заведений, до магазинов и производственных помещений.

2. Компактные люминесцентные. Оснащены штырьковым и винтовым типом цоколей. Последние предназначены для прямой замены классической лампы с нитью накаливания, отличаются экономичностью энергопотребления. Выполнены в спиралевидной форме, в виде квадрата, сложенной вдвое и четверо трубки, а также повторяют внешнее исполнение предшественника: «груша», «шар», «свеча» и «свеча на ветру». Мощность варьируется от 5 Вт до 30 Вт, что соответствует 25 Вт и 100 Вт обычной лампочки «Ильича».

Ртутные лампы низкого давления применяют в основном для освещения жилых помещений и общественных зданий, монтируют в уличные системы (свет придомовой территории, подъездов). Экономично расходуя электроэнергию, они создают яркие потоки света различной цветовой температуры – от желтых нот, напоминающих освещение лампочкой накаливания, до дневного и холодного света.

Напротив, ртутные источники высокого давления нашли применение исключительно в уличном и промышленном освещении. Их используют в местах, где экономичность намного важнее цветопередачи: лампочки создают хорошую освещенность, но без четкой передачи цветов и контуров. Ввиду такой «размытости» применять лампы в помещении с постоянным нахождением людей не рекомендуют, поскольку это может спровоцировать проблемы со зрением. Идеальные помещения для РЛВД – это промышленные цеха, коридоры и т.д.

Ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления:

1. Дуговая ртутная лампа или ДРЛ. Принцип работы и внешнее исполнение лампочек очень похоже на ртутно-вольфрамовые лампы, с которыми их часто путают на практике, поэтому расскажем о ключевой разнице между ними. ДРЛ функционирует только с ПРА, который выступает ограничителем тока. Лампочки ДРВ спокойно обходятся без пускорегулирующего аппарата, поскольку в конструкции нет индуктивного балласта, а роль ограничителя выполняет сама вольфрамовая проволока.

Такая особенность на 30% снижает интенсивность ртутно-вольфрамовых источников, позволяя дуговым ртутным занять первое место в создании уличного освещения (цветность лампочек улучшает люминофор, которым с внутренней стороны покрыта колба). С помощью ДРЛ освещают магистрали, улицы, парки и площади, автостоянки и заправки, склады и объекты промышленности.

2. Дуговая ртутная лампа с излучающими добавками или ДРИ. Конструкция лампочки повторяет предыдущий вариант, но составные вещества для наполнения горелки отличаются. Тип лампочек относится к металлогалогенным, поэтому наряду с ртутью в горелку помещают галогениды металлов (натрий, индий и прочие элементы в строгих пропорциях). Наличие галогенидов позволяет увеличить светоотдачу источников (в среднем 70-90 Лм/Вт и выше), а также улучшить цветопередачу.

Усовершенствованные варианты ДРИ производят с керамической горелкой, как наиболее термоустойчивый и практичный вариант: в отличие от стекла, внутренняя колба из керамики в несколько раз меньше затемняется, поскольку очень стойко переносит реакцию химических веществ. Приборы оснащают софитным цоколем (Rx7S и прочие), а также классическим Е27 и Е40, которые идеально подходят для замены обычной лампы накаливания.

Дуговые источники с добавками используют в общих системах уличного освещения и в качестве цветной архитектурной подсветки (цветность свечения зависит от наполнителей горелки). А отдельные виды ДРИ с индексом цветопередачи 12 Ra, который образует зеленоватое свечение, используют рыболовецкие суда для привлечения планктона.

3. Дуговая ртутная лампа с зеркальным напылением или ДРИЗ, представляющая металлогалогенный источник света. Состав горелки повторяет формулу ДРИ, но колба лампочки содержит отражающее покрытие с внутренней стороны. Наличие зеркального слоя позволяет создать направленный поток света, а специальный дополнительный цоколь, которым оснащают лампочку, дает возможность регулировать направление излучения.

4. Ртутно-кварцевые шаровые источники или ДРШ. Это лампочки сверхвысокого давления, образующие мощный поток света. Горелка выполнена в форме шара и размещена во внешней колбе с цилиндрическими «ножками». Необычная конструкция обеспечивает прочность прибора в условиях высокого давления, частично отводит тепло от горелки и защищает детали от окисления.

Концентрация электрических разрядов в таких лампах приходится на узкий промежуток между электродами, поэтому яркость света очень высока. Особенности работы сделали шаровую лампу востребованным источником света в проекторах и прожекторах, нередко ее используют в киносъемках, создании кинопроекций и прочей деятельности, где крайне важно правильно передать цветность предметов и окружающего пространства.

5. Дуговая ртутная трубчатая лампа или ДРТ, выполненная в колбе из кварцевого стекла цилиндрической формы. Горелка наполнена инертным газом (аргон) и металлической ртутью, конструктивно повторяя формат ДРЛ. Требуют подключения ПРА для обеспечения полноценного запуска лампочки. Обладают очень широким диапазоном мощностей (от 100 Вт до 12000 Вт) и предназначены для специального применения: дезинфекция воздуха и поверхностей, обеззараживание продуктов питания и воды, сушка лаков, красок и прочие виды деятельности.

Подвиды трубчатых ламп:

• Кварцевые. Выполнены в форме обычной люминесцентной трубки, но отличаются отсутствием люминофора. Для изготовления колбы используют специальное кварцевое стекло, способное пропускать ультрафиолет. Такие приборы предназначены для обеззараживания поверхностей, помещений и предметов. Присутствие людей или животных во время кварцевания необходимо исключить, поскольку в воздухе концентрируется озон, а его большие концентрации наносят вред здоровью.

• Существуют специальные ультрафиолетовые лампы, известные под названием «эритемные». Их колба так же состоит из кварцевого стекла, но здесь, в отличие от обычной кварцевой лампы, стенки изнутри покрывают люминофором определенного состава, который пропускает ультрафиолет в строго заданном диапазоне. Как правило, это ближние и средние волны, которые используют для получения искусственного загара. Прием такой «солнечной ванны» ограничивается считанными минутами, а в большом количестве способен нанести вред организму.

• Бактерицидные. Для изготовления колбы используют специальное увиолевое стекло, которое тщательно отфильтровывает озон в процессе работы, не допуская его попадания в воздух. Лампы предназначены для обработки помещений, поверхностей или воды, обладают мощным обеззараживающим воздействием, но работают в щадящем для живых организмов режиме. Безозоновые лампы для кварцевания используют в квартирах, детских учреждениях, на производстве продуктов питания и в любых других сферах, где необходимо уничтожить бактериальный фон без вреда для здоровья.

Преимущества и недостатки ртутных ламп

Начнем с плюсов ртутного источника:

• широкий диапазон рабочих мощностей;

• достойный уровень цветопередачи (зависит от типа лампы);

• высокая светоотдача и экономичность энергопотребления;

• компактные размеры и разнообразные формы;

• долгая жизнь (12 тысяч часов в среднем).

Перечислим и главные минусы:

• высокие рабочие температуры (за исключением люминесцентных ламп);

• в источниках высокого давления, предназначенных для уличного и промышленного освещения, отмечается скудная цветопередача;

• необходимость охлаждения перед повторным включением прибора;

• все ртутные лампы токсичны и требуют специальных условий утилизации.

Конструкция ртуть содержащих ламп хороша наличием люминофорного покрытия, благодаря которому исходящий свет максимально близок белому тону. Нейтральных оттенков можно легко достичь за счет небольших изменений в составе газовой смеси, а также – получить свечение зеленых, синих, красных и прочих цветов, благодаря функции паров ртути.

При этом ртутные лампы выступают незаменимым источником ультрафиолета мягкой, средней и жесткой волны, без которых невозможно получить искусственный загар или сделать помещение полностью стерильным, не обращаясь к химическим препаратам для дезинфекции. В этом смысле ртутные лампы по-настоящему не имеют равных и находятся вне конкуренции, но здесь важно оговориться: роль незаменимых и ценных принадлежит скорее специальным лампочкам.

А вот источники общего и бытового назначения под знаком вопроса. Во-первых, сегодня их все чаще заменяет более современный источник – светодиодная лампа, которая светит ярче, работает дольше и не содержит в составе ртути, что делает ее совершенно безопасной и для человека, и для природы. Во-вторых, согласно «Минаматской конвенции по ртути» от 2014 года, производство ртутной лампы к 2020 году будет полностью запрещено. Ограничение коснется компактных люминесцентных и ламп высокого давления – ДРЛ и ДРИ.