Как устроена энергосберегающая лампочка

Энергосберегающими лампами сейчас называются люминесцентные, или газоразрядные лампы. В таких лампах световой поток создается свечением люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность стеклянной колбы при воздействии ультрафиолетового излучения электрического разряда в газе (собственно, от принципа работы лампа и получила свое название).

Применение люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы имеют широкое распространение и применяются, как правило, для общего освещения. Световая отдача таких ламп очень высокая, и при одинаковых превышает показатели ламп накаливания в несколько раз. При соблюдении некоторых условий, срок службы люминесцентных ламп, превосходит показатели ламп накаливания до 20 раз. Это позволяет сэкономить значительные средства, окупив более высокую начальную стоимость.

Люминесцентные лампы особенно эффективны при необходимости оставлять освещение на длительное время, а постоянное включение-выключение, напротив значительно снижают срок службы. На сегодняшний день эти ламы являются самым экономичным из распространенных источников света (светодиодные лампы пока еще не настолько распространены). Их используют для создания рассеянного освещения, преимущественно в помещениях общественных зданий, будь то школа, учебные институты, больницы, банки, магазины. Благодаря разработке компактных люминесцентных ламп, появилась возможность их использования и в бытовых условиях.

Принцип работы люминесцентной лампы.

Некоторые виды балластов.

Электромагнитный балласт – по существу является электромагнитным дросселем, который подключается последовательно с лампой. Дроссель необходим для формирования посредством самоиндукции запускающего импульса и ограничения интенсивности прохода тока через саму лампу. Однако у дросселя довольно много недостатков, таких как продолжительный запуск; шумовое загрязнение, возрастающее с износом и старением дросселя; большие размеры и масса; при температуре ниже 10 °C яркость лампы уменьшается, т.к. температура влияет на давление газа в лампе и т.д. Из достоинств можно назвать низкую стоимость дросселя, его надежность и простоту конструкции. 

Электронный балласт подает на электроды лампы высокочастотное напряжение, а не с частотой самой сети, что позволяет фактически свести к минимуму мигание ламп заметное глазу.

Конструкция лампы в общем случае представляет собой стеклянную трубку, в которой находятся пары ртути и инертного газа, чаще всего аргона. На концах трубки установлены электроды (по два с каждой стороны), а на внутреннюю поверхность колбы нанесен фосфорсодержащий люминофор.

Во время работы люминесцентной лампы, между электродами, которые располагаются в противоположных концах трубки, возникает электрический разряд тлеющего типа (разряд, который может возникать в разряженном газе при небольшом токе). Ток проходит прямо через газ, и электроны иногда сталкиваются с атомами ртути, передавая им энергию. Атомы тут же избавляются от излишек энергии, испуская их в виде ультрафиолетового излучения. Излучение неуловимо для человеческого глаза, поэтому, с помощью люминесценции, его преобразуют в видимый источник света. На внутренних стенках лампы применяется люминофор, поглощающий УФ излучение и, соответственно, излучающий видимый источник света. При изменении состава люминофора, можно добиться разных оттенков свечения лампы.

В отличие от привычной лампы накаливания, люминесцентную лампу нельзя подключать напрямую к электрической сети. На это имеются две причины:

  • Для того чтобы ток проходил сквозь газ, и возник тлеющий разряд, газ особым образом ионизируется. Это достигается подачей очень высокого напряжения между электродами (до 5000 вольт), которое в дальнейшем снижается. Для этого в электрической схеме лампы предусмотрен компонент, называемый стартером.
  • После начала работы сопротивление лампы сильно падает, что пропорционально увеличивает силу тока. Если силу тока не ограничить, то тлеющий разряд перейдет в дуговой разряд, который нагреет лампу до температуры более 5000°C. Во избежание подобной ситуации созданы специальные устройства, так называемые балласты, увеличивающие сопротивление после старта лампы.

Причины выхода ламп из строя.

Электродами в люминесцентных лампах, как и в классических лампах накаливания, являются нити вольфрамовой проволоки, покрытые специальным составом щелочноземельных металлов (бериллий, магний и т.д.). Данный состав наносится для обеспечения стабильного разряда и предохранения вольфрамовых нитей от перегрева. Со временем защитная оболочка из щелочноземельных металлов изнашивается и выгорает в процессе эксплуатации. Особенно интенсивно это происходит во время запуска лампы, когда образуется перепад температур из-за неравномерного распространения заряда по всей поверхности вольфрамовой нити. Именно по этой причине люминесцентные лампы имеют свой конечный срок годности, который, однако, выше чем у их предшественника ламп накаливания. Ближе к окончанию своего срока службы на концах люминесцентных ламп образуется потемнение и когда защитный слой выгорит, ток лампы начинает падать, а напряжение возрастать. В этот период лампу следует заменить на новую.

Маркировка лампы.

Упаковка лампы чаще всего несет на себе код, состоящий из трех цифр, в которых закодирована информация о ее характеристиках. К этим характеристикам относятся коэффициент цветопередачи и спектрофотометрическая температура. Коэффициент цветопередачи (индекс цветопередачи может принимать значение от 0 до 100, где 100 - это значение солнечного света) является параметром показывающим отклонение, которое претерпевает естественный цвет тела при освещении его различными источниками света, относительно видимого (кажущегося) цвета. В свою очередь спектрофотометрическая температура (цветовая температура) является характеристикой зависящей от температуры абсолютно черного тела и измеряется в кельвинах. Чем выше значение цветовой температуры, тем холоднее цвет в человеческом восприятии.

Таким образом, первая цифра кода на упаковке люминесцентной лампы показывает значение коэффициента цветопередачи, вторая и третья – ее спектрофотометрическую температуру.

Рассмотрим пример: маркировка на лампе имеет такой вид «880», тогда «8» - это коэффициент цветопередачи значением в 80Ra, «80» - это цветовая температура значением 8000К.

Выход из строя ламп с электромагнитным балластом начинается с повышения в ней напряжения из-за ее износа и старения, в результате чего стартер начинает срабатывать слишком часто и лампа начинает мигать. Начинается процесс перегрева электрода, вольфрамовая нить не выдерживает и перегорает. Однако лампа может еще некоторое время работать за счет остатков разрушенного электрода, на котором уже сгорел весь защитный состав, осталась одна чистая вольфрамовая нить. Процесс продолжается дальше, после полного испарения вольфрамовой нити, ток устремляется в траверсу. Траверса плавится, и лампа вновь начинает мигать. Если в этот момент обесточить лампу, то она больше не включится. При этом часто стартер так же выходит из строя и подлежит замене, из-за работы в непрерывном режиме. При всем этом, если стартер вышел из строя из-за производственного брака, то электроды сгорают через несколько дней после начала эксплуатации, а при пробое дросселя лампа перегорает мгновенно.

Люминесцентные лампы с электронным балластом в процессе износа так же теряют защитное покрытие электродов, затем вольфрамовые нити перегреваются и разрушаются. В балластах высокого качества имеется специальная система, которая отключает перегоревшую лампу. В остальных же лампах износ происходит по старой схеме: напряжение увеличивается и лампа гаснет, затем в цепи возникает резонанс, и транзисторы в балласте перегорают.

Безопасность утилизации и ситуации связанные с ртутью. Правила ликвидации.

В каждой люминесцентной лампе содержится ртуть, которая признана токсическим ядом первого класса опасности. Количество ртути в лампе порядка 1-70мг. – эта доза является опасной для человеческого организма. Одновременно с этим ртуть имеет свойство накапливаться в организме, что только усиливает ее опасность для здоровья.

Существуют предприятия по утилизации люминесцентных ламп, в которые индивидуальные предприниматели и юридические лица обязаны сдавать лампы на дальнейшую переработку. Одновременно с ними в крупных городах существуют специальные полигоны, на которых осуществляется захоронение опасных отходов, принимаемых от частных лиц бесплатно.

Если разбилась в бытовых условиях содержащая ртуть лампа, то подвергнутое загрязнению помещение должно быть немедленно покинуто людьми. Следующим шагом должен быть организован вызов специалистов по ликвидации подобных ситуаций.

После того, как будет проведена эвакуация людей из опасной зоны, нужно принять меры по защите данного участка от проникновения в него посторонних лиц, а так же меры по локализации распространения ртути и ее паров.

Так же в случае единичного случая нарушения целостности содержащих ртуть предметов, устранение последствий может быть выполнено самостоятельно при помощи специального демеркуризационного комплекта.