Газоразрядные лампы как подключить

Искусственные источники освещения, использующие для выработки световых волн электрический разряд газовой среды в парах ртути, называют газоразрядными ртутными лампами. 

Газ, закачанный в баллон, может находиться под низким, средним или высоким давлением. Низкое давление применяется в конструкциях ламп: 

• линейных люминесцентных; 

• компактных энергосберегающих: 

• бактерицидных; 

• кварцевых. 

Высокое давление используется в лампах: 

• дуговой ртутной люминофорной (ДРЛ); 

• металлогенной ртутной с излучающими добавками (ДРИ) галогенидов металлов; 

• дуговой натриевой трубчатой (ДНаТ); 

• дуговой натриевой зеркальной (ДНаЗ). 

Их устанавливают в тех местах, где необходимо освещать большие территории с малыми затратами электроэнергии. 

Лампа ДРЛ 

Особенности конструкции 

Устройство лампы, использующей четыре электрода, схематично показано на картинке.

Ее цоколь, как и у обычных моделей, служит для подключения к контактам при вкручивании в патрон. Стеклянная колба герметично защищает все внутренние элементы от внешних воздействий. В ней закачан азот и размещены: 

• кварцевая горелка; 

• электрические проводники от контактов цоколя; 

• два токоограничивающих сопротивления, вмонтированные в цепь дополнительных электродов 

• слой люминофора. 

Горелка выполнена в форме герметичной трубки из кварцевого стекла с закачанным аргоном, в которую помещены: 

• две пары электродов — основной и дополнительный, расположенные на противоположных концах колбы; 

• небольшая капелька ртути. 

Аргон — химический элемент, который относится к инертным газам. Его получают в процессе разделения воздуха при глубоком охлаждении с последующей ректификацией. Аргон — одноатомный газ без цвета и запаха, плотность 1,78 кг/м3, tкип = –186 °С. Аргон применяют как инертную среду в металлургических и химических процессах, в сварочной технике (см. электродуговая сварка), а также в сигнальных, рекламных и др. лампах, дающих синеватый свет. 
Принцип действия ламп ДРЛ

Источником света ДРЛ является разряд электрической дуги в среде аргона, протекающий между электродами в кварцевой трубке. Он возникает под действием приложенного к лампе напряжения в два этапа: 

1. первоначально между близкорасположенными основным и зажигающим электродами начинается тлеющий разряд за счет движения свободных электронов и положительно заряженных ионов; 

2. образование внутри полости горелки большого количества носителей зарядов приводит к быстрому пробою среды азота и образованию дуги через основные электроды. 

Стабилизация пускового режима (электрического тока дуги и света) требует времени порядка 10-15 минут. В этот промежуток ДРЛ создает нагрузки, значительно превышающие токи номинального режима. Для их ограничения применяется пускорегулирующее устройство — дроссель. 

Излучение дуги в парах ртути имеет голубой и фиолетовый оттенок и сопровождается мощным ультрафиолетовым излучением. Оно проходит через люминофор, смешивается с образуемым им спектром и создает яркий свет, приближенный к белому оттенку. 

ДРЛ чувствительна к качеству питающего напряжения, а при его снижении до 180 вольт тухнет и не зажигается. 

Во время дугового разряда создается высокая температура, передающаяся всей конструкции. Она влияет на качество контактов в патроне и вызывает нагрев подключенных проводов, которые из-за этого используют только с термостойкой изоляцией. 

При работе лампы давление газов в горелке сильно увеличивается и осложняет условия для пробоя среды, что требует повышения приложенного напряжения. Если питание отключить и подать, то сразу лампа не запустится: ей надо остыть. 

Схема подключения лампы типа ДРЛ 

Четырехэлектродная ртутная лампа включается в работу через дроссель и предохранитель.

Плавкая вставка защищает схему от возможных коротких замыканий, а дроссель ограничивает ток, проходящий через среду кварцевой трубки. Индуктивное сопротивление дросселя подбирается по мощности светильника. Включение лампы под напряжение без дросселя приводит к ее быстрому перегоранию. 

Конденсатор, включенный в схему, компенсирует реактивную составляющую, вносимую индуктивностью. 

Лампа ДРИ 

Особенности конструкции 

Внутреннее устройство лампы ДРИ очень похоже на то, которое используется У ДРЛ.

Но в ее горелке введена определенная доза добавок из гапогенидов металлов индия, натрия, таллия или некоторых других. Они позволяют увеличить выделение света до 70-95 лм/Вт и более с хорошей цветностью. 

Колба выполняется в форме цилиндра или эллипса, показанного на рисунке ниже.

Материалом горелки может быть кварцевое стекло или керамика, которая обладает лучшими эксплуатационными свойствами: меньшее затемнение и больший срок службы. 

Форма горелки в виде шара, используемая в современных конструкциях, повышает светоотдачу и яркость источника. 

Принцип действия 

Основные процессы, происходящие при выработке света ламп ДРИ и ДРЛ совпадают. Отличие состоит в схеме зажигания. ДРИ не может запуститься в работу от приложенного напряжения сети. Ей этой величины недостаточно. 

Для создания дугового разряда внутри горелки необходимо к межэлектродному пространству приложить высоковольтный импульс. Его образование возложено на ИЗУ — импульсное зажигающее устройство. 

Как работает ИЗУ 

Принцип действия устройства создания высоковольтного импульса условно можно представить упрощенной принципиальной схемой.

Рабочее напряжения питания подводится на вход схемы. В цепочке диода D, резистора R и конденсатора C создается зарядный ток емкости. По окончании заряда через конденсатор выдается импульс тока сквозь открывшийся тиристорный ключ в обмотку подключенного трансформатора Т. 

В повышающей напряжение выходной обмотке трансформатора создается высоковольтный импульс величиной до 2-5 кВ. Он поступает на контакты лампы и создает дуговой разряд газовой среды, обеспечивающий свечение. 

Схемы подключения лампы типа ДРИ 

Устройства ИЗУ выпускаются для газоразрядных ламп двух модификаций: с двумя или тремя выводами. Для каждого из них создается своя схема подключения. Она приводится прямо на корпусе блока. 

При использовании двухконтактного устройства фаза сети через дроссель подключается к центральному контакту цоколя лампы и одновременно на соответствующий вывод ИЗУ.

Нулевой провод подводится на боковой контакт цоколя и свой вывод ИЗУ. 

У трехконтактного устройства схема подключения нуля остается такой же, а подвод фазы после дросселя изменяется. Она подключается через два оставшихся вывода на ИЗУ, как показано на картинке ниже: вход на устройство осуществляется через клемму «В», а вывод на центральный контакт цоколя через — «Lp».

Таким образом, в состав пускорегулирующей аппаратуры (ПРА) для ртутных ламп с излучающими добавками входят в обязательном порядке: 

• дроссель; 

• импульсное зарядное устройство. 

Компенсирующий величину реактивной мощности конденсатор может входить в состав ПРА. Его включение определяет общее снижение потребления энергии осветительным устройством и продление срока эксплуатации лампы при правильно подобранной величине емкости. 

Ориентировочно ее значение в 35 мкФ соответствует лампам с мощностью 250 Вт, а 45 — 400 Вт. При завышенной емкости возникает резонанс в схеме, который проявляется «миганием» света лампы. 

Наличие в работающей лампе импульсов высокого напряжения определяет использование в схеме подключения исключительно высоковольтных проводов минимальной длины между ПРА и лампой, не более 1-1,5 м. 

Лампа ДРИЗ 

Это разновидность описанной выше лампы ДРИ, внутри колбы которой частично нанесено зеркальное покрытие для отражения света, которое формирует направленный поток лучей. Он позволяет фокусировать излучение на освещаемый объект и снижать световые потери, возникающие из-за переотражений. 

Лампа ДНаТ 

Особенности конструкции 

Внутри колбы этой газоразрядной лампы вместо ртути используются пары натрия, расположенные в среде инертных газов: неона, ксенона или других, либо их смесей. По этой причине их называют «натриевыми». 

За счет такой модификации устройства конструкторам удалось придать им наибольшую эффективность работы, которая доходит до 150 лм/Вт. 

Принцип действия ДНаТ и ДРИ один и тот же. Поэтому схемы подключения их одинаковы и при соответствии характеристик ПРА параметрам ламп их можно использовать для зажигания дуги в обеих конструкциях. 

Однако производители металл галогенных и натриевых ламп выпускают пускорегулирующие устройства под конкретные виды своих изделий и поставляют их в едином корпусе. Эти ПРА полностью налажены и готовы к работе. 

Схемы подключения ламп типа ДНаТ 

В отдельных случаях конструкции ПРА для ДНаТ могут иметь отличия от представленных выше схем запуска ДРИ и выполняться по одной из трех нижеприведенных схем.

В первом случае ИЗУ включено параллельно контактам лампы. После зажигания дуги внутри горелки рабочий ток не течет через лампу (см принципиальную схему ИЗУ), что экономит потребление электричества. При этом дроссель испытывает воздействие высоковольтных импульсов. Поэтому он создается с усиленной изоляцией для защиты от зажигающих импульсов. 

Из-за этого схема параллельного включения используется с лампами маленькой мощности и импульсом зажигания до двух киловольт. 

Во второй схеме применяется ИЗУ, работающее без импульсного трансформатора, а высоковольтные импульсы вырабатывает дроссель специальной конструкции, имеющий отвод для подключения к контакту лампы. Изоляция обмоток этого дросселя также усиливается: она подвергается воздействию высоковольтного напряжения. 

В третьем случае используется метод последовательного подключения дросселя, ИЗУ и контакта лампы. Здесь высоковольтный импульс от ИЗУ не поступает на дроссель, а изоляция его обмоток не требует усиления. 

Недостаток этой схемы в том, что ИЗУ потребляет повышенный ток, за счет чего происходит его дополнительный нагрев. Это обуславливает необходимость увеличения габаритов конструкции, которые превышают размеры предшествующих схем. 

Этот третий вариант конструкции наиболее часто используется для работы ламп ДНаТ. 

Во всех схемах может быть использована компенсация реактивной мощности подключением конденсатора так, как показано в схемах подключения ламп ДРИ. 

Перечисленные схемы включения ламп высокого давления, использующих газовый разряд для свечения, обладают рядом недостатков: 

• заниженный ресурс свечения; 

• зависимость от качества питающего напряжения; 

• стробоскопический эффект; 

• шум работающего дросселя и ПРА; 

• повышенное потребление электричества. 

Большая часть этих недостатков устраняется применением электронных пусковых аппаратов (ЭПРА).

Они позволяют не только экономить до 30% электроэнергии, но и обладают возможностью плавного регулирования освещенности. Однако, стоимость таких устройств пока еще довольно высокая. 

Газоразрядная дуговая натриевая лампа ДНаТ используется для освещения больших площадей, улиц городов, теплиц.

Если исходить из ее мощности и освещаемой площади, то она до сих пор считается одной из экономически выгодных по энергосбережению ламп.

Некоторые любители “растений” активно ее применяют для гроубоксов.

Не стоит путать натриевые лампы низкого и высокого давления. У них разная конструкция и принцип действия.

В спектре свечения у обоих преобладает оранжевый свет. У изделий низкого давления, излучение практически монохромное, они светят ярким золотистым светом.

Если их применять для освещения в комнатах, то цвета будут практически не различимы.

В лампах высокого давления спектр более разнообразный.

В тех моделях, которые используются в теплицах для выращивания растений, в световой спектр специально добавлено немного синего света.

В комплект для подключения лампы высокого давления входит несколько компонентов, без которых вы ее попросту не запустите. То есть, элементарно подав на нее 220 вольт, она у вас не загорится.

Схема подключения и что нужно для запуска ДНаТ

Для этого нужно специальное устройство – дроссель или балласт, который в свою очередь подключается по определенной схеме.

Схема эта зачастую изображена непосредственно на корпусе.

Вот ее более развернутый рисунок.

На ней нарисованы:

• сам дроссель (баласт), на который подается фаза

• далее эта фаза поступает на импульсно зажигающее устройство – ИЗУ

Через него можно подключать экземпляры разной мощности, от 70 до 400Вт.

ИЗУ создает стартовый импульс для пробоя содержимого горелки в колбе и образования дуги. Напряжение при этом достигает нескольких тысяч вольт!

А сама горелка в процессе работы разогревается до 1300 градусов.

Только после ИЗУ, подключается сама газоразрядная лампа.

Эта же схема подключения может быть изображена на стенках зажигающего устройства.

Кроме того, в комплекте для подключения рекомендуется применять конденсатор. Хотя он присутствует далеко не во всех схемах.

Для чего он необходим? Как известно, цепи с использованием дросселей питания, потребляют как активную, так и реактивную мощность. От второй, никакого полезного эффекта вы не получите.

Лампа от этого ярче светить не станет, а вот потери увеличатся. Именно для того, чтобы убрать эту реактивную составляющую и используют фазокомпенсирующий конденсатор.

Для ламп разной мощности нужно подбирать соответствующую емкость. Вот рекомендуемые параметры емкости конденсаторов, в зависимости от мощности дросселей:

Наглядное сравнение тока потребления светильника ДНаТ с конденсатором и без него: 

Как видите, более чем двойная разница. В первом случае показан компенсированный ток (активный), а во втором случае полный (без конденсатора в цепи).

Некоторые думают, что тем самым они еще и уменьшают потребление эл.энергии, однако это не совсем так.

Счетчик у вас не рассчитан на подсчет реактивной или полной энергии, и фактическая экономия по затратам может составить максимум 3-4%.

Зато вы уберете лишние потери на нагрев проводов и железа.

Как подключить лампу ДНаТ

Вот собранный своими руками компактный щиток, согласно схемы подключения.

Можно конечно все это собрать и в габаритном корпусе светильника, если позволяют размеры.

Очень важно, перед тем как самому собирать такую схему и использовать какие-либо компоненты, обычным мультиметром в режиме замера максимального сопротивления, проверить изоляцию дросселя и конденсатора.

Нет ли пробоя на корпус.

Для подачи и отключения питания 220В используйте двухполюсный вводной автомат.

Для одного светильника мощность до 400Вт вполне сгодится автомат номиналом 5-6А. Кроме коммутационных операций вкл-выкл, он еще будет играть роль защитного аппарата.

Монтируется автоматический выключатель в самом начале схемы. Не забудьте также заземлить корпус всего щитка.

С автомата выходят два нулевых провода. Один из них согласно схемы, пускаете напрямую к лампе, а второй подключаете к соответствующему зажиму, подписанному «N» на пусковом устройстве.

Имейте в виду, что дроссель должен обязательно устанавливаться только в разрыв фазного провода идущего на лампу, а не нулевого.

Иначе можно случайно сжечь изделие, если при работе нулевой провод после балластного дросселя, случайно коротнет.

Далее расключаете фазу. Один провод с автомата монтируете на входящий контакт дросселя.

А провод с выходящего контакта подключаете на клемму “В” (Balast) пускорегулирующего изделия.

После чего, средний вывод Lp (Lampa) пускаете на патрон лампочки.

Разница подключения 2-х и 3-х контактных ИЗУ

Заметьте, есть ИЗУ двухконтактные и трехконтактные. Первые подключаются параллельно самой лампе.

То есть, строго после балласта, вы должны завести в ИЗУ фазу, а в другую его клемму подать ноль. Не важно, откуда вы его возьмете, хоть непосредственно с самого патрона.

Кстати, двухконтактные уже давно не рекомендуют к использованию и вот почему.

Процесс поджига связан с импульсом высокого напряжения (от 2-х до 5кВ). И этот импульс параллельно подается не только на лампу, но и на дроссель.

А это запросто может пробить изоляцию ПРА, если она на это не рассчитана.

Поэтому такое параллельное подключение чаще встречается в натриевых лампах низкого напряжения, либо в тех, где достаточно импульса зажигания не более 2кв.

Конденсатор подключается параллельно всей цепи. Просто один провод заводите на фазу автомата, другой на ноль.

Все что остается это протянуть кабель и расключить патрон.

От пускового устройства до самой лампы рекомендуемая длина кабеля – не более 1,5м.

Если вы прикасались к поверхности лампы руками, перед включением обязательно протрите ее чистой сухой тряпочкой.

Это связано с высокой температурой нагрева в процессе работы – до 350 градусов.

Любые жирные пятна от пальцев рук, под такими температурами превратятся в почерневшие кляксы.

Это в конечном итоге приведет к тому, что лампа рано или поздно лопнет или треснет.

Кстати, многие боятся при ее эксплуатации в теплицах, что если на разогретый корпус попадет капля воды, ДНаТ может взорваться. На самом деле это не так.

Изделие выполнено из термостойкого стекла и мелкие брызги ей не особо страшны.

Только если вы не начнете заливать ее из шланга, как показано в этом популярном ролике:

При первой подаче напряжения начинается поджиг лампы. Данный стартовый этап и выход на максимальную яркость может занимать от 5 до 10 минут.

Цвет свечения должен быть ярко желтым до 150Лм на ватт.

Если уличное освещение выполненное такими моделями имеет раздражаюший, грязно оранжевый оттенок, это означает только одно – плафоны давно никто не мыл, и на них пыль и грязь.

Качественные, хорошие лампы всегда дают приятный оранжевый спектр.

Лампы ДНаТ весьма устойчивы и не боятся различного рода вибраций и встрясок.

Недостатки в таких лампах, безусловно имеются.

• световой поток несколько падает после 15 000 часов непрерывной работы

• громоздкая схема управления

• в конце срока своей эксплуатации, начинает меняться цвет свечения

Изменение идет с желтого в сторону оранжевого с краснотой или даже полностью красного.

• многих также не устраивает долгий процесс запуска – до 10 минут

• сам дроссель после длительной работы издает постоянный гул

По поводу качества дросселей и почему они выходят из строя в новых светильниках.

Современные компактные балластные дросселя, в большинстве своем изготовлены намоткой одной катушки, в навал, без межслойных изоляционных прокладок. Плюс, пропитаны кое-как лаком, без защиты обмотки защитным компаундом.

Стоит попасть сырости в корпус со схемой и жди беды. Советские большие дросселя мотались только двухстержневой двухкатушечной конструкции, каждая из которых имела межслойную картонную изоляцию.

Отсюда и практически их вечность. Но современные маркетологи и производители в этом, к сожалению не заинтересованы.

Подключение лампы ДНаТ от дросселя ДРЛ

Многие задаются вопросом, а можно ли подключать такую лампочку от дросселя одинаковой мощности, рассчитанного на лампу ДРЛ? Теоретически это возможно, главное исключить из схемы ИЗУ.

Однако, хоть мощности могут быть и одинаковы, но из-за разного рабочего напряжения на лампах, баласт ДНаТ и ДРЛ будет выдавать разные рабочие токи выхода.

И это напрямую будет сокращать срок службы светильника (при превышении тока), либо наоборот не даст ему выйти на расчетный поток свечения (при меньшем токе).

Есть натриевые лампы со встроенными ИЗУ. Некоторые их ошибочно считают универсальными, и используют напрямую под замену, например в светильниках с ДРЛ 250Вт.

С одной стороны сплошная выгода. Получается, что при меньшей мощности 220Вт вместо 250Вт, можно легко получить гораздо больший световой поток.

• световой поток ДРЛ 250Вт – 13000Лм

• световой поток такой ДНаТ 220Вт – 18000Лм

Никаких переделок схем, просто меняете лампочки и получаете больше света на несколько тысяч люмен. Однако и такие модели нужно применять с балластами рассчитанными именно для натриевых ламп.

Иначе это будет сказываться на сроках службы светильника.

1

Неправильное подключение 4-х контактного дросселя.

Часто в продаже встречаются 4-х, пяти и даже шести контактные дросселя. Как их подключать?

Некоторые ошибочно полагают, что на одни контакты нужно заводить фазу-ноль 220В, а с других подключать лампу. Это далеко не так.

Всегда на таких моделях должна быть указана схема подключения.

Строго следуйте этой схеме. На разных видах и подключение может быть разным.

2

Вкручивание лампы в патрон голыми руками.

Как уже говорилось выше, нежелательно к такой лампочке прикасаться пальцами рук. А если такое все же произошло, всегда протирайте ее перед запуском.

3

Подключение лампы от дросселя большей мощности.

В этом случае через лампочку пойдет ток, рассчитанный именно на ту мощность, под которую и произведен дроссель. Нельзя в 400 ваттный балласт включать 250 ваттную ДНаТ. Технические параметры у ламп разные.

Достаточно всего нескольких минут свечения, чтобы внутренняя колба перегрелась от такой работы. Иногда она просто потухнет, затем остынет и снова потухнет. И так далее, с определенной периодичностью.

Вот яркий пример такого неправильного подключения и его последствия.

4

Включение ДНаТ от дросселя для ламп ДРЛ.

Светить такая лампа конечно будет, но продолжительность времени ее работы, никто гарантировать вам не сможет.

5

Применение схемы без конденсатора.

При данной ошибке ждите постоянного перегрева проводов. Вот известное видео, наглядно объясняющее, зачем же ДНаТу конденсатор.

Пускорегулирующая аппаратура для натриевых ламп (ДНАТ)

Для зажигания газоразрядных ламп, в том числе и натриевых, потребуется специализированное оборудование ПРА (пускорегулирующая аппаратура), ведь непосредственное подключение ламп ДНАТ в сеть исключено.

Пускорегулирующая аппаратура для натриевых ламп (ДНАТ) включает в себя:

1. ИЗУ (импульсное зажигающее устройство), обеспечивающее запуск газоразрядной лампы. В момент ее включения, ИЗУ пропускает мощные импульсы высокого напряжения на электроды, благодаря чему происходит пробой в газовой смеси колбы и зажигание дуги. После этого выдача ВВ импульсов прекращается, впрочем, как и влияние импульсного зажигающего устройства на работу лампы;
2. Дроссель. Хотя электронные пускорегулирующие аппараты считаются более продуктивными, их стоимость значительно дороже импульсных. Поэтому самым распространенным и востребованным для подключения лампы ДНАТ является именно индуктивный дроссель. Электрический дроссель представлен в виде небольшого блока, который должен отвечать потребляемой мощности лампы. Он ограничивает и стабилизирует подачу тока, оказывает сильное противодействие всяким его изменениям, поддерживает убывающий ток и препятствует его нарастанию, тем самым обеспечивая длительные эксплуатационные свойства лампы и высокие показатели светоотдачи.

Таким образом, балласт обеспечивает стандартный разогрев и эффективную работу натриевых ламп на весь период заявленного производителями срока.

ДНАТ подключение. Схема

Возможны разные методы соединения газоразрядных ламп, в данном случае ДНАТ: производители ИЗУ могут предложить конструкцию с двумя и даже тремя контактами, с параллельным, последовательным и даже полупараллельным типом, что значительно меняет схему ДНАТ подключения. Она изображается почти на всех устройствах такого типа, что исключает ошибочность монтажа.

Схема подключения лампы ДНАТ с трех контактным ИЗУ

Схема подключения лампы ДНАТ с двух контактным ИЗУ

Схема подключения лампы ДНАТ, что изображена на первом рисунке, рассчитана на наличие в ней компенсирующего конденсатора, подключающегося параллельно источнику питания. Это конденсатор сухого типа С, который предназначен для компенсации индуктивной составляющей системы – уменьшения потребляемой реактивной мощности, снижения общего потребления электроэнергии, а также для продления эксплуатационного срока готового продукта.

К примеру, чтобы выполнить подключение лампы ДНАТ мощностью 250 Вт (3А) предусмотрена емкость компенсирующего конденсатора (показатели рабочего напряжения — 250В) всего 35 мкФ. Эта емкость может быть сформирована с помощью нескольких параллельно соединенных между собой конденсаторов.

Иногда показатели емкости могут быть предусмотрены заводом-изготовителем, но крайне большое увеличение может привести к возникновению резонанса в цепи, а, следовательно – к неэффективной работе готового изделия.

Если ДНАТ подключение происходит самостоятельно, следует учесть допустимое значение расположения ИЗУ. Оно должно находиться как можно ближе к цоколю продукта, при этом длина соединительных проводов в этой зоне должна быть минимальной (допустимо-максимальная величина составляет 1.5м).

Чтобы обеспечить качественное и безопасное подключение применяют высоковольтные провода зажигания специального назначения.