Люминесцентная лампа

Люминесцентная лампа

Люминесце́нтная ла́мпа — газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути создаёт ультрафиолетовое излучение, преобразуемое в видимый свет с помощью Люминофора — вещества, способного преобразовывать поглощаемую им энергию в световое излучение. Широко применяется для общего освещения жилых, общественных, промышленных помещений и наружных установок. Конструктивно представляет собой стеклянную колбу, заполненную инертным газом и парами ртути под низким давлением, с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора.

История создания и развития

Исследования явлений свечения и проводимости газов положили начало развитию люминесцентных ламп. В 1838 году английский учёный Майкл Фарадей, исследуя явление электромагнитной индукции, построил прообраз газоразрядной трубки, известный как «электрическое яйцо» Фарадея. Трубка представляла собой стеклянный сосуд, запаянный с обеих сторон вместе с металлическими электродами и наполненный газом. При подсоединении электродов к разным полюсам батареи внутри трубки возникал ток и наблюдалось свечение.

Важным этапом стало открытие в 1802 году российским физиком-экспериментатором Василием Петровым явления электрической дуги, которое он предложил применять для освещения помещений. Английский физик Гемфри Дэви в 1809 году опубликовал работу об электрической дуге, однако попытки внедрить электрическую лампу с двумя углеродными стержнями оказались безуспешными из-за сложности конструкции. Британский астроном Уоррен де ла Рю в 1840 году провёл эксперимент с применением платиновой проволоки в качестве элемента накаливания в стеклянном цилиндре, но высокая стоимость не позволила найти широкое применение его изобретению.

Современные люминесцентные лампы заполнены парами ртути под низким давлением. При пропускании электрического тока через пары ртути возникает дуговой разряд и излучение света в ультрафиолетовом диапазоне. Люминофор, нанесённый на внутреннюю поверхность колбы лампы, под действием ультрафиолета излучает видимый свет. В зависимости от типа люминофора, свет может быть как чисто белым, так и «холодным» (голубоватым) или «тёплым» (желтоватым).

Устройство и принцип работы

Конструкция люминесцентной лампы относится к газоразрядным источникам освещения и представляет собой стеклянную трубку, запаянную с двух сторон. Изнутри на поверхность лампы нанесён слой специального вещества — люминофора. Устройство излучает рассеивающий свет после подключения к источнику электропитания. Внутренний объём колбы заполнен инертным газом — аргоном — и парами ртути.

Люминесцентная лампа включает следующие основные элементы: катоды, защищённые эмиттерным слоем; выводные штыри; концевую панель; трубки для отвода инертного газа; ртуть; стеклянную штампованную ножку, дополненную электровводами. Принцип функционирования основывается на возникновении электроразряда между электродами после подсоединения к электросети. После взаимодействия разряда с инертными газами и испарениями ртути возникает ультрафиолетовое излучение, воздействующее на люминофор, преобразующий энергию в световое излучение.

Для корректировки оттенков ртутьсодержащих устройств применяются люминофоры с разными химическими компонентами. Дуговой разряд в колбе создаётся оксидным самокалящимся катодом, на который воздействует электричество. Для включения ламп катоды разогревают посредством пропускания разряда тока. Устройства с холодным катодом запускаются ионным воздействием в тлеющем разряде высокого напряжения.

Для функционирования люминесцентным приборам требуется дополнительный узел — балласт, обеспечивающий работу дросселем и стартером. Балласт регулирует силу разряда и выпускается двух видов: электромагнитный и электронный. Электромагнитный балласт является механическим устройством, относится к бюджетным вариантам, но в работе прибор может издавать шум. Электронные узлы дороже по стоимости, работают бесшумно, оперативно включают систему и отличаются компактными размерами.

Различаются оттенки светового излучения приборов, изменяющие цветовые характеристики предметов. Люминесцентные устройства имеют следующие типы оттенков излучения: дневной (Д); белоснежный (Б); естественный оттенок белого (Е); белый с тёплым тоном (ТБ); белый с холодным тоном (ХБ); ультрафиолетовый (УФ); холодное естественное свечение (ЛХЕ) и другие. Добавление знака Ц в указании цветности свидетельствует об использовании состава люминофора с усовершенствованной передачей цвета.

Классификация люминесцентных ламп

По показателю спектрального излучения приборы люминесцентного типа подразделяются на три категории: стандартные; с усовершенствованной передачей цвета; со специальными функциональными назначениями. Стандартные приборы снабжаются люминофорами однослойными, позволяющими излучать разные тона белого. Приборы оптимальны для освещения жилых помещений, административных и производственных блоков. Люминесцентные лампы с усовершенствованной передачей света оснащаются люминофором с тремя—пятью слоями. Такая структура позволяет качественно отражать оттенки за счёт усиленной световой отдачи, которая на двенадцать процентов больше, чем у типовых ламп. Модели подходят для витрин магазинов, выставочных залов и других объектов, где требуется точная цветопередача. Люминесцентные лампы специализированного назначения совершенствуются с помощью разных составов в трубке, позволяющих поддерживать заданную частоту спектра. Устройства применяют в медицинских учреждениях, концертных залах и других специализированных объектах.

Приборы разделяются на модели высокого и низкого давления. Конструкции с высоким давлением оптимальны для монтажа в уличных лампах и приборах, имеющих большую мощность. Лампы невысокого давления применяются в квартирах, административных комплексах, производственных помещениях. По внешнему виду люминесцентные лампы представлены линейным и компактным вариантами. Линейная конструкция колбы удлинённая, применяется для промышленных помещений, торговых центров, офисов, медицинских учреждений, спортивных организаций, заводских цехов и других объектов. Линейная модель представлена разными вариантами диаметров трубки и конфигураций цоколя. Устройства обозначаются кодами. Прибор с диаметром 1,59 сантиметра на упаковке отмечается знаком Т5, с размером 2,54 сантиметра — Т8 и так далее.

Компактные люминесцентные лампы представляют спиралевидную стеклянную трубку и предназначены для установки в квартирах, офисах и других помещениях с ограниченным пространством. Компактные люминесцентные лампы делятся на два типа по видам цоколей: стандартный и с основанием в форме штыря. Традиционный цоколь в форме резьбы отмечается знаком «Е» и кодом с размером диаметра. Штырьковый вид цоколя отмечается символом «G»; цифровые данные обозначают расстояние между штырями. Этот вид ламп оптимален для установки в настольных лампах, подвесных бра в небольших помещениях. Люминесцентные лампы различаются мощностью, которая может превышать показатель 80 Вт. Устройства с небольшой мощностью представлены изделиями до 15 Вт. По показателю распределения света устройства могут быть направленного действия либо ненаправленного. По типу разряда приборы подразделяются на дуговые, устройства свечения либо тлеющего разряда.

Различается сфера применения осветительных устройств: наружные, внутренние, взрывозащищённые, консольные. Наружные устройства подходят для оформления зданий с внешней стороны, для освещения беседок, оформления двора и других объектов. При выборе необходимо учитывать температурные режимы региона. Внутренние лампы подходят для офисных и жилых зданий. Устройства снабжаются защитой от влажности и воздействия пыли. Детали корпуса соединяются герметичным способом. Конструкция ламп может быть прямой, подвесной, предназначенной для крепления к поверхности потолка. Взрывозащищённые приборы разработаны для территорий с риском возникновения взрывов, таких как склады, цеха по производству красителей и другие опасные объекты. Приборы консольного типа монтируются с помощью специальных креплений и имеют индивидуальный корпус, что позволяет устанавливать их в различных условиях эксплуатации.

Маркировка

Маркировочное обозначение люминесцентных ламп указано на коробке и содержит данные о фирме-производителе, мощности, конструкции цоколя, периоде работы, оттенке свечения и других параметрах. Согласно расшифровке индекса первая буква маркировки приборов люминесцентного типа — Л. Последующие буквы указывают на цвет оттенка излучения прибора: дневной, белый, холодный тон белого, ультрафиолетовое излучение и другие. Кодовое значение будет включать символы Д, Б, УФ и другие. Особенности конструктивного исполнения обозначаются соответствующими буквами: U-образные люминесцентные лампы (У); изделия кольцевой формы (К); устройства рефлекторного типа (Р); лампы быстрого запуска (Б). В устройствах люминесцентного вида на маркировке отображаются и показатели свечения, единицей измерения служит Кельвин. Показатель температуры 2700 К по оттенку соответствует излучению лампы накаливания. Маркировка 6500 К обозначает холодный белоснежный тон.

Мощность приборов маркируется цифрой и единицей измерения — Вт. Стандартные показатели представлены устройствами от 18 до 80 Вт. На этикетке также представлено обозначение ламп в соответствии с такими характеристиками, как длина, диаметр и форма колбы. Диаметр колбы на лампе фиксируется буквой «Т» с кодовым обозначением. Прибор, обозначенный кодом Т8, имеет диаметр 26 мм, Т12 — 38 мм и так далее. Маркировки приборов по типу цоколя содержат буквы Е, G и цифровой код. Обозначение для миниатюрной формы резьбового цоколя — Е14. Средний резьбовой цоколь имеет код Е27. Цоколь втычного типа для декоративных конструкций и люстр маркируется символом G9. Приборы U-образные обозначаются символом G23, двойные U-образные приборы — G24 и так далее. Показатели цветовой температуры приборов варьируются в зависимости от модели в пределах от 2000 до 6500 К. Коэффициент полезного действия светильника составляет 45—75 %.

Преимущества и недостатки

Люминесцентные устройства имеют ряд преимуществ и недостатков. Лампы отличаются высоким показателем световой отдачи. Люминесцентные приборы мощностью 20 Вт обеспечивают освещение в комнате, которое создают устройства накаливания мощностью 100 Вт. Изделия характеризуются высоким коэффициентом полезного действия. Энергосберегающие лампы используются до 20 тысяч часов при обеспечении требований эксплуатации. Свет у люминесцентных конструкций не направленный, а рассеивающий. В северных регионах рекомендовано применение люминесцентных ламп дневного света в жилых и общественных зданиях. Преимущество люминесцентных устройств заключается в разнообразии конструктивных решений. Разные формы, цветовые оттенки устройств позволяют реализовывать оригинальные дизайнерские решения в архитектуре общественных и жилых комплексов.

К недостаткам люминесцентных приборов относится содержание в конструкции ртути, объём которой в зависимости от размера лампы варьируется от 2,3 мг до 1 г. Однако производители разрабатывают конструкции, которые в применении не опасны при соблюдении правил эксплуатации и утилизации. Другим недостатком является наличие стробоскопического эффекта мигания лампочки, который отрицательно действует на человеческое зрение. Такое освещение нельзя применять в производственных целях, потому что быстро движущиеся предметы могут казаться неподвижными.

Особенности эксплуатации

Исследования показали, что компактные люминесцентные лампы, оснащённые электронными пускорегулирующими аппаратами, создают в окружающем пространстве электромагнитные поля радиочастотного диапазона. У обследованных образцов ламп основная частота излучений составляла от 32 до 58 кГц. Напряжённость электрических полей, создаваемых такими лампами, может превышать допустимый уровень, установленный для товаров народного потребления.

При эксплуатации компактных люминесцентных ламп в осветительных установках с выключателями со встроенным световым индикатором, находящимися в выключенном состоянии, могут возникать периодические световые вспышки. Исследование электронных пускорегулирующих аппаратов показало, что некоторые производители на печатной плате предусматривают место для монтажа терморезистора, но сам он отсутствует. Наличие терморезистора в люминесцентных лампах необходимо для замедления роста напряжения, благодаря чему возрастает время подогрева электродов перед пуском лампы.

Нормативное регулирование

В Российской Федерации производство и эксплуатация люминесцентных ламп регулируется государственными стандартами. ГОСТ 6825-91 распространяется на трубчатые люминесцентные лампы низкого давления, предназначенные для освещения помещений, а также для наружных установок. Стандарт предусматривает следующие группы ламп: лампы с предварительным подогревом катодов стартерного зажигания; лампы с предварительным подогревом катодов бесстартерного зажигания; лампы с предварительным подогревом катодов стартерного или бесстартерного зажигания; лампы без предварительного подогрева катодов бесстартерного зажигания.

ГОСТ Р МЭК 60081-99 устанавливает эксплуатационные требования к двухцокольным люминесцентным лампам для общего освещения. Стандарт предусматривает следующие группы ламп и способы их работы: лампы с предварительным подогревом катодов, предназначенные для работы на сетевых частотах переменного тока со стартером, а также на высокой частоте; лампы с предварительным подогревом высокоомных катодов, предназначенные для работы на сетевых частотах переменного тока без стартера, а также на высокой частоте; лампы с предварительным подогревом низкоомных катодов, предназначенные для работы на сетевых частотах переменного тока без стартера, а также на высокой частоте; лампы с предварительным подогревом катодов, предназначенные для работы на высокой частоте; лампы без предварительного подогрева катодов, предназначенные для работы на сетевых частотах переменного тока; лампы без предварительного подогрева катодов, предназначенные для работы на высокой частоте.

Перспективы развития

В мире наблюдается тенденция к удалению с рынка неэффективных источников света, тогда как компактные люминесцентные лампы считаются энергоэффективной альтернативой лампам накаливания. Компактные люминесцентные лампы по светотехническим характеристикам — световая отдача, цветопередача — значительно превосходят лампы накаливания и создают более оптимальную среду. Кроме экономии электроэнергии есть ещё одно преимущество — энергосберегающие лампы производят меньше тепла, чем традиционные лампы. Это даёт возможность применять небольшие люминесцентные лампы высокой мощности в светильниках общего и местного освещения.

Однако электронные пускорегулирующие аппараты являются источниками электромагнитных полей высокочастотного диапазона. Исследования показали, что при определённых условиях компактные люминесцентные лампы, оснащённые электронными пускорегулирующими аппаратами, могут быть источниками электромагнитных полей, превышающих допустимые уровни, установленные для населения. При модернизации общего освещения в офисных помещениях для борьбы с коэффициентом пульсации электронные пускорегулирующие аппараты устанавливаются в светильниках с линейными люминесцентными лампами. В последние годы активно развиваются светодиодные технологии, которые считаются более перспективными по сравнению с люминесцентными лампами. Светодиодные лампы отличаются большей энергоэффективностью, длительным сроком службы и отсутствием ртути в составе. Однако люминесцентные лампы продолжают использоваться в различных сферах благодаря отработанной технологии производства и относительно невысокой стоимости.