Лампы ДРЛ: конструкция и принцип работы газоразрядной лампочки

Электрическая лампа ДРЛ – представитель газоразрядных осветительных приборов, отличающийся насыщенным световым потоком и долговечностью. Ртутные светильники хорошо себя зарекомендовали при обустройстве искусственного освещения улиц и промышленных объектов.

Однако ряд технико-эксплуатационных нюансов не дают их применять в быту и ставят под сомнение их целесообразность использования в других сферах жизни.

Устройство ртутной лампы

Светильники ДРЛ относятся к газоразрядным приборам высокого давления. Приоритетная сфера использования – освещение улиц, предприятий, гаражей и цехов промышленного назначения. ДРЛ применяются там, где необходим мощный световой поток, а к качеству передачи цветов не предъявляются особые требования.

Основные функциональные части:

1. Колба. Внешняя оболочка прибора изготовлена из жаропрочного стекла. Внутри находится кварцевая горелка, к которой подведены проводники. Стыковка электродов с катодами происходит за счет соединения противоположных полярностей с угольным резистором. Из колбы выкачан воздух, а азот закачан, внутренняя поверхность покрыта люминофором.
2. Цоколь. Отвечает за прием электроэнергии из сети за счет соединения точечного и резьбового контакта с патроном, вмонтированного в светильник.
3. Кварцевая горелка. Главный функциональный элемент ртутной лампы. Конструктивно это кварцевая колба, в которой с двух сторон размещены электроды: два основных и два дополнительных зажигающих.

Пространство колбы под давлением заполнено инертным газом, обеспечивающим изоляцию теплообмена между внутренней средой и горелкой. Дополнительно туда добавляется буквально капля ртути. В холодном состоянии ртутное соединение выглядит как налет на колбе или имеет форму шарика.

Чтобы разобраться с принципом работы ртутно-дуговой лампочки, следует ознакомиться с ее устройством и ролью составных элементов

Принцип работы: суть переходных процессов

Действие дуговой ртутной лампы базируется на процессах электрического разряда в газообразной среде, протекающих в колбе под большим давлением. Это генерирует источник свечения по типу спирали в лампочке накаливания. Но им является не вольфрамовая раскаленная нить, а шнур светящихся ртутных паров, «натянутый» между электродами.

Стойкое свечение ДРЛ-лампы начинается через 8-10 минут после подачи энергии. За это время  ток, протекающий в осветительном приборе, выше номинального значения, а ограничивается сопротивлением пускорегулирующей аппаратуры.

Длительность пуска зависит от температуры внешней среды – чем холоднее, тем дольше «разогрев» лампы. После включения ртуть при нагреве медленно испаряется и постепенно усиливает разряд между рабочими электродами. Когда ртутная составляющая полностью перейдет в газообразную форму, а давление внутри увеличится, то лампочка выйдет на максимальную светоотдачу.

К лампе подается электроэнергия, между основным и зажигающим электродом создается тлеющий разряд. По мере накопления носителей заряда появляется пробой между двумя противоположными основными электродами – возникает дуговое излучение

Вольтовая дуга в ртутных парах создает свечение неприемлемой цветопередачи преимущественно сине-зеленых оттенков. Люминофор отвечает за преобразование УФ-излучения в красные тона света. Объединение цветов дает белое холодное свечение ДРЛ лампочки.

Специфика применения: плюсы и минусы ламп

Осветители типа ДРЛ преимущественно устанавливаются на столбах для освещения улиц, проезжих дорог, парковых зон, придомовых территорий и нежилых сооружений. Это обусловлено техническими и эксплуатационными особенностями ламп.

Главный плюс ртутно-дуговых приборов – высокая мощность, обеспечивающая качественное освещение просторных площадей и крупных объектов.

Стоит отметить, что паспортные данные ДРЛ по световому потоку актуальны для новых ламп. Спустя квартал яркость ухудшается на 15%, через год – на 30%

К числу дополнительных достоинств можно отнести:

1. Долговечность. Средний срок работы, заявляемый производителями, – 12 тысяч часов. При этом, чем мощнее лампа, тем она дольше прослужит.
2. Работа при низких температурах. Этот решающий параметр при выборе осветительного прибора для улицы. Газоразрядные лампы морозостойки и сохраняют свои рабочие характеристики при минусовых температурах.
3. Хорошая яркость и угол освещения. Светоотдача ДРЛ-приборов зависимо от их мощности колеблется в пределах 45-60 Лм/В. Благодаря работе кварцевой горелки и люминофорному покрытию колбы достигается равномерное распределение света с широким углом рассеивания.
4. Компактность. Лампы относительно небольшие, длина изделия на 125 Вт около 18 см, прибора на 145 Вт – 41 см. Диаметр – 76 и 167 мм соответственно.

Одна из особенностей использования осветителей ДРЛ – необходимость подключения к сети через дроссель. Роль посредника – ограничение тока, питающего лампочку. Если подсоединить осветительный прибор в обход дросселя, то из-за большого электротока он сгорит.

Схематично подключение представлено последовательным соединением ртутной люминофорной лампы через дроссель к сети питания. Во многие современные осветители ДРЛ уже встроен пускорегулирующий механизм – такие модели дороже обычных ламп

Ряд недостатков ограничивает применение ДРЛ-светильников в быту. Значимые минусы:

1. Длительность розжига. Выход на полную освещенность – до 15 минут. Для разогрева ртути требуется время, что в условиях дома очень неудобно.
2. Чувствительность к качеству электроснабжения. При понижении напряжения на 20% и более от номинального значения, включить ртутную лампу не получится, а светящийся прибор потухнет. При снижении показателя на 10-15% – ухудшается яркость света на 25-30%.
3. Шум при работе. ДРЛ-светильник издает жужжащий звук, не заметный на улице, но ощутимый в помещении.
4. Пульсация. Несмотря на применение стабилизатора, лампочки мерцают – выполнять длительную работу при таком освещении нежелательно.
5. Низкая цветопередача. Параметр характеризует реальность восприятия окружающих цветов. Рекомендованный индекс цветопередачи для жилых помещений – не менее 80, оптимально – 90-97. У ламп ДРЛ значение показателя не достигает 50-ти. При таком освещении невозможно четко различать оттенки и цвета.
6. Небезопасность применения. В процессе работы выделяется озон, поэтому при эксплуатации лампы внутри помещения требуется организация качественной вентсистемы.

Кроме того, наличие в колбе ртути само по себе представляет потенциальную опасность. Такие лампочки после использования нельзя просто выбросить. Чтобы не загрязнять окружающую среду, они утилизируются соответствующим образом.

Еще одно ограничение применения газоразрядных ламп в быту – необходимость их установки на значительной высоте. Модели мощностью 125 Вт – подвес в 4 м, 250 Вт – 6 м, 400 Вт и мощнее – 8 м

Существенный минус ДРЛ осветителей – невозможность повторного включения до полного остывания лампы. При работе прибора давление газа внутри стеклянной колбы сильно повышается (до 100 кПа). Пока лампа не остынет, пробить искровой промежуток напряжением запуска невозможно. Повторное включение происходит примерно через четверть часа.

Критерии выбора: оценка технических показателей

Определяя оптимальный вариант осветительного прибора, следует брать во внимание следующие характеристики:

• мощность;
• форму/размер цоколя;
• яркость светового потока;
• длительность работы.

Мощность. При выборе этого параметра стоит ориентироваться на назначение и расположение светильника. Если прибор покупается для освещения дороги, то надо учесть расстояние между фонарями – чем оно больше, тем производительней должны быть лампы.

Диапазон мощностных характеристик осветителей ДРЛ находится в пределах 80-1000 Вт. Это значение отображено в маркировке ламп, например, ДРЛ 250, ДРЛ 400 и т.д.

Световой поток. Главный показатель светового излучения, направленного в разные стороны. Параметр измеряется в люменах (Лм). Именно по этому критерию, а не по мощности, необходимо сравнивать производительность разных типов ламп.

Светильники с ДРЛ лампой для выдачи нужного светового потока расходуют больше электроэнергии, чем их светодиодные аналоги и осветители ДНаТ. Яркость LED-прибора в 100 Вт соответствует показателю освещенности ртутно-дугового собрата в 400 Вт

Значительная экономия на энергоресурсах – весомый аргумент в пользу светодиодов. Высокая стоимость LED-ламп окупается в первый год эксплуатации.

Цоколь. ДРЛ осветители выпускаются с двумя наиболее востребованными типами цоколей:

• Е27 – винтовая форма, диаметр – 27 мм. Таким цоколем оснащаются ртутно-дуговые приборы на 80 Вт и 125 Вт.
• Е40 – самый крупный размер категории «Е». Цоколь на 40 мм применяется в лампах на 250 Вт и выше, предназначенных для освещения просторных площадей.

Кроме типа «вкрутки» патрона, следует учесть и габариты плафона светильника.

Ширина и длина газоразрядной лампы зависит от мощности прибора. Чем выше производительность ДРЛ осветителя, тем он крупнее и тяжелее

Длительность службы. Этот параметр во многом определяется качеством изготовления, а именно ответственностью производителя. Лучше выбирать лампы с максимальным периодом службы. Как правило, у высокомощных приборов срок эксплуатации выше.

Для наглядности общие характеристики ламп разной мощности приведены в сводной таблице. Все электроприборы работают на переменном токе, частота стандартна – 50 Гц

Часть информации о характеристиках ламп заложена в маркировке. В отечественной практике буквенная аббревиатура обозначает название осветителя, цифровая – мощность. Производство ртутных ламп регламентировано ГОСТом 27682-88 и ГОСТом 53074-2008.

Зарубежные изделия типа ДРЛ согласно международной системе ILCOS маркируются QE. Некоторые производители придерживаются общеевропейского ZVEI и немецкого LBS порядка обозначений.

Маркеры ртутных ламп популярных компаний:

• HPL – Philips;
• HRL – Radium;
• MBF – General Electric;
• HQL – Osram;
• HSL и HSB – Sylvania.

Дополнительные обозначения согласно ILCOS: QB – модели со встроенным балластом, QG – сферическая колба, QR – лампы с отражающим внутренним слоем.

Какому производителю отдать предпочтение

Рекомендуется выбирать продукцию известных торговых марок, от покупки дешевых «безымянных» китайских лампочек лучше воздержаться. Доверие среди покупателей завоевали следующие производители ртутных осветителей:

• Osram (Германия);
• Philips (Нидерланды);
• General Electric (США/Венгрия);
• Next (Польша);
• Евросвет (Украина);
• Лисма (Россия);
• DeLux (Китай).

На европейском рынке лидерами по производству и реализации осветительной продукции считаются два бренда: Osram и Philips. Обе компании имеют многолетний опыт работы – более века, широкий ассортимент и развитую сеть продаж.

Рабочие параметры ДРЛ ламп ведущих производителей соответствуют заявленным характеристикам, приборы имеют высокий КПД – при мощности 250 Вт поток света достигает 12 500 Лм. Ориентировочная стоимость – 8-10 у.е.

Заводы американской компании General Electric размещены и в Европе. Качество товаров и продолжительность службы не уступает предыдущим брендам, а цена несколько ниже. За ДРЛ осветитель мощностью 250 Вт надо заплатить около 7 у.е.

E.Next – электротехнический холдинг, где основным производителем приборов выступает группа польских компаний Tarel. В линейке товаров представлены многочисленные серии разных ламп для домашнего, уличного и производственного освещения.

Осветители E.Next на 250 Вт по сравнению с лампами немецкого и голландского производства аналогичной мощности, уступают конкурентам в цветопередаче (Ra=40) и длительности службы (12000 часов). Ориентировочная цена – 5 у.е.

Ртутно-дуговые лампы российского, украинского и китайского фирменного производства находятся в одной ценовой политике, средняя стоимость изделий на 250 Вт – 3 у.е. Недостатком осветительных приборов является ограниченность их работы – согласно паспортных данных лампочки прослужат 5000 часов.

Перед покупкой надо проверить цоколь на качество и «точность» резьбы – некоторые пользователи отмечают сложности вкручивания ламп Лисма в патрон

Сравнение лампочек ДРЛ с аналогами

Разрядные лампы часто сопоставляют между собой и с более выгодными светодиодами. Ближайшие аналоги ДРЛ – осветители трех типов: ДРВ, ДРИ и ДНаТ. Попробуем выявить особенности и конкурентные преимущества разных лампочек.

ДРВ. Ртутно-вольфрамовая дуговая лампочка по конструкции и принципу действию очень схожа с ДРЛ. Конструктивно внутри колбы имеется ртутная разрядная горелка и вольфрамовая спираль. Последний элемент ограничивает силу тока для горелки, а значит, дополнительная пускорегулирующая аппаратура не нужна.

Основные отличия ртутно-вольфрамовых ламп от ДРЛ:

• больше расходуют электроэнергии – световой поток ДРВ 250 не более 5500 Лм;
• предположительное время работы – 3000 часов;
• загораются в течение 1-ой минуты.

ДРИ. Дуговые ртутные лампочки с излучающими добавками: галогенит индия, натрия, талия и пр. Металлические компоненты повышают светоотдачу приборов до 75-90 Лм/Вт.

Дополнительный плюс металлогалогеновых ртутных ламп – улучшенный показатель цветопередачи. Для работы ДРИ, как ДРЛ, требуют подключения через дроссель

ДНаТ. Натриевые дуговые лампы могут похвастаться максимальной светоотдачей и длительным эксплуатационным периодом среди разрядных осветителей. Производительность натриевых лампочек с течением времени сокращается не так заметно, как ДРЛ ламп.

Характеристики ДНаТ:

• максимальная светоотдача – 125 Лм/Вт;
• работоспособность – в пределах 20 тысяч часов;
• относительная стабильность параметров;
• широкий диапазон рабочих температур;
• выход на максимальную освещенность за 5-7 минут.

Минусы натриевых источников света: значительная пульсация и низкий коэффициент цветопередачи, Ra=25. В спектре излучения преобладают красные и желтые цвета.

Разрядные лампы уверенно уступают место светодиодным светильникам. LED-приборы по всем техническим и эксплуатационным параметрам превосходят своих предшественников.

Неоспоримые достоинства светодиодов: экологичность, минимальная пульсация, длительность службы, моментальное включение, отличная передача цветов и контрастность. Кроме того, такие приборы обладают температурной и механической стойкостью.

КПД LED-ламп вне конкуренции, эффективность работы достигает 95-98%. Главный фактор, несколько сдерживающий переоснащение светильников, – высокая цена на светодиодные лампы

Требования по утилизации ртутных приборов

Бездумно выбрасывать отработанные или бракованные ртутьсодержащие лампочки нельзя. Приборы с поврежденной колбой являются серьезной угрозой здоровью человека и экологии в целом.

Вопрос о порядке утилизации небезопасных отходов актуален как для владельцев предприятий, так и для обычных жителей. Переработкой ртутных ламп занимаются организации, получившие соответствующую лицензию.

Предприятие заключает с такой фирмой договор на обслуживание. По заявке, представитель утилизирующей компании выезжает на объект, производит сбор и вывоз ламп для последующего обеззараживания и переработки. Ориентировочная стоимость услуги – 0,5 у.е за один осветительный прибор.

Для сбора ртутьсодержащих лампочек у населения организованы точки приема. Люди, проживающие в небольших населенных пунктах, могут сдать опасные отходы на переработку через «экомобиль»

Если выброс ртутьсодержащих ламп предприятиями как-то контролируется органами надзора, то соблюдение правил утилизации населением – личная ответственность граждан. К сожалению, из-за низкой осведомленности далеко не каждый пользователь ртутных ламп осознает возможные последствия попадания ртутных паров в окружающую атмосферу.

Выводы и полезное видео по теме

В предложенном видео-обзоре описана конструкция ДРЛ осветителя, подробно изложен принцип действия и отмечены основные нюансы эксплуатации:

Газоразрядные лампы типа ДРЛ по-прежнему используются в уличном освещении. Основной аргумент в пользу ртутных приборов – мощный световой поток и доступная стоимость. Однако их постепенно вытесняют более совершенные лампы, которые наряду с высокой эффективностью могут похвастаться хорошим качеством свечения и безопасностью применения.