Návrhy prvních osvětlovacích zařízení byly docela primitivní. Skládaly se ze dvou elektrod, mezi kterými hořel obloukový výboj. Tyto návrhy měly dvě významné nevýhody: kvůli vyhoření elektrody potřebovaly konstantní nastavení a spektrum záření zachycovalo významnou část ultrafialového záření. Proto žárovky a později sodíkové výbojky velmi rychle obsadily své niky ve vnitřním i venkovním osvětlení.
Abychom byli spravedliví, je třeba říci, že i dnes tato osvětlovací zařízení stále konkurují značkám úspornějších LED svítidel.
Jsou však oblasti, kde bude použití sodíkových výbojek na dlouhou dobu prioritou. Optimismus dodává vysoký tok záření u plynových výbojek, délka životnosti a vysoká účinnost těchto zařízení.
Konstrukce a princip činnosti
Působení sodíkové výbojky je založeno na vlastnosti sodíkových par, které jsou schopny vyzařovat monochromatické jasné světlo ve žlutooranžovém spektru. Tato plynná látka je obsažena ve speciální baňce (trubici) zvané hořák. Vzhledem k tomu, že sodíkové páry zahřáté na vysokou teplotu působí agresivně na skleněné povrchy, je trubice vyrobena ze stabilnějších látek – borosilikátového skla nebo polykrystalického oxidu hlinitého (podle typu lampy).
Na každé straně hořáku jsou elektrody určené k vytváření obloukových výbojů, které ohřívají sodíkové páry. Tento design je umístěn ve vakuové skleněné baňce zakončené závitovým dnem.
Zde je vhodné poznamenat, že existují dva typy takových osvětlovacích zařízení: NLND (nízký tlak) a NLHD (vysokotlaký). Výše popsaná konstrukce dává obecnou představu o konstrukci sodíkových výbojek obou typů. Tyto lampy se liší konstrukcí hořáků a provozním tlakem par uvnitř trubic.
U nízkotlakých sodíkových výbojek jeho hodnota nepřesahuje 0,2 Pa a u nízkotlakých sodíkových výbojek je to asi 10 kPa. V souladu s tím se liší provozní teploty sodíkových par: 270–300 °C pro NLND a 650–750 °C u vysokotlakých hořáků. Z toho je zřejmé, že hořáky NLVD mají poměrně vysoké úrovně světelného toku, to znamená, že svítí docela jasně.
Není divu, že vysokotlaké sodíkové výbojky postupně nahradily osvětlovací zařízení typu NLND z trhu. Světelné spektrum odpovídající nízkému tlaku je sice pro oko příjemnější, ale NLND hořáky jsou horší než výkonnější modely s dosti vysokým vyzařováním světla.
Vzhledem k této okolnosti se zaměříme na výbojky typu NLVD. Konstrukce takového světelného zdroje je znázorněna na obrázku 1. Zde je schéma trubicové HPS výbojky.
Rýže. 1. Zařízení HPS
Čísla udávají:
- 1 – vnější baňka;
- 2 – poniklovaná základna;
- 3 – kontaktní desky;
- 4 – trubka pro výboj plynu (hořák);
- 5 – molybdenové elektrody;
- 6 – páry sodíku s příměsí inertních plynů (argon nebo xenon);
- 7 – amalgám sodný;
- 8 – vstup zhutněného niobu;
- 9 – kovové vodiče;
- 10 – molybdenové desky;
- 11 – getry (getery).
Na Obr. Obrázek 2 ukazuje fotografii sodíkové výbojky tohoto typu.
Rýže. 2. Příklad fotografie vysokotlaké sodíkové výbojky (NLVD)
Baňky sodíkových výbojek jsou válcové (jako na obrázku 2), eliptické, zevnitř potažené tenkou vrstvou látky rozptylující světlo (DNaS). Mohou být matné (DNaMT) nebo obsahovat zrcadlový reflektor vedle hořáku (DNaZ).
Princip fungování.
Hořák sodíkové lampy je zapálen elektrickým obloukem, který vzniká mezi elektrodami. V elektrickém výbojovém kanálu se tvoří proud nabitých částic z par sodíku. Přísně vzato, uvnitř plynové výbojky není čistý sodík, ale směs plynů. Pro lepší zapálení oblouku se přidává argon nebo xenon nebo rtuťové páry.
Dnes již existují výbojky bez rtuti. Stále mají složitější design, ale vývoj pokračuje a pravděpodobně někdy nahradí klasické rtuťové výbojky.
Po přivedení vysokého pulzního napětí na katody dojde k zapálení NLVD. Chvíli lampa slabě svítí. Po cca 7 – 10 minutách, po zahřátí sodíkových par na provozní teplotu, se lampa přepne do režimu maximální světelné účinnosti.
Princip činnosti je podobný jako u rtuťových výbojek, ale pro rozsvícení výbojky naplněné sodíkovými parami je potřeba vyšší impulsní napětí než pro zapnutí DRL. Po zahřátí hořáku je třeba omezit impulsní proudy. Pro tento typ svítidel proto výrobci NLVD vyvinuli speciální předřadníky se zabudovanými pulzními zapalovači. Bez použití IZU není možné rozsvítit sodíkovou výbojku jejím přímým připojením k elektrické síti.
Klasifikace sodíkových výbojek
Jak je uvedeno výše, sodíkové výbojky jsou dvou typů: NLND a NLVD. Mohou být také klasifikovány podle typu žárovky, složení nečistot a síly záření. Vzhledem k tomu, že tlak sodíkových par přímo ovlivňuje světelný výkon výbojky, provedeme krátkou recenzi výbojek v tomto parametru.
Nízký tlak (LPND)
Jako první se objevil LLND (nízký tlak hořáku). Poskytují nízké barevné podání, ale mají pro člověka příjemné spektrum záření. Masivně se využívaly ve 30. letech minulého století. Nízkotlaké výbojky lze nalézt i dnes, ale nahrazují je pokročilejší sodíkové výbojky, kterým se budeme blíže věnovat.
Vysoký tlak (HPL)
Vysoká účinnost NLVD z nich udělala lídra mezi ostatními světelnými zdroji s plynovou výbojkou. Světelný výkon těchto lamp dosahuje 150 lumenů/watt. Mohou pracovat až 28500 XNUMX hodin. Pravda, na konci životnosti se jejich světelný výkon sníží a barva se posune na červenou stranu spektra.
V řadě parametrů jsou NLVD lepší než zářivky, které vyzařují studenou záři, a halogenidové výbojky, které spotřebují hodně elektřiny. Mezi moderními elektrickými světelnými zdroji je jen málo výbojek, které mohou sodíkové výbojce konkurovat.
Výhody a nevýhody
Výhody sodíkových výbojek jsou následující:
- účinnost trubicových žárovek;
- dlouhá životnost;
- stabilita elektrických parametrů téměř po celou dobu životnosti;
- teplé odstíny sodíkového záření (viz obr. 3);
- poměrně široký teplotní rozsah, při kterém sodíkové výbojky fungují stabilně – od -60 do +40 stupňů Celsia.
Bohužel existují nevýhody, které omezují rozsah použití NLVD:
- obtěžující frekvence blikání světla;
- setrvačnost při zapnutí;
- výbušnost NLVD;
- přítomnost rtuti ve většině modelů;
- rezonanční záření během provozu slábne;
- zvýšení spotřeby energie s blížícím se koncem životnosti;
- nutnost použití předřadníků pro připojení výbojek.
Předřadníky jsou někdy zdrojem hluku a spotřebují až 60 % spotřebované energie. Vyžadují také další údržbu.
I přes přítomnost těchto nevýhod je v některých oblastech, kde je barevné podání světelného zdroje nevýznamné, použití NLVD velmi přínosné a v některých případech prostě nenahraditelné.
Aplikace
Žlutooranžové světlo osvětlovacích zařízení lahodí oku, ale jeho jednobarevnost tlumí barvy interiérových nátěrů. Sodíkové výbojky se proto v obytných oblastech jako hlavní osvětlovací zařízení nepoužívají. Mohou sloužit pouze jako prvky dekorativního osvětlení.
Obrázek 3 ukazuje fotografii takového podsvícení.:
Obrázek 3. Světlo sodíkové lampy
Studie prokázaly, že žlutá záře má příznivý vliv na vývoj rostlin. Zároveň se zvyšuje jejich růst a zvyšuje se produktivita. V létě získává vegetace toto osvětlení ze slunečních paprsků. Ale ve sklenících, kde se zelenina pěstuje v zimě, zjevně není dostatek slunečního světla. NLVD jsou pro tyto účely ideální (viz obrázek 4).
Použití sodíkových výbojek pro osvětlení skleníků nejen zvyšuje výnosy, ale také šetří energii.
Obrázek 4. Osvětlení skleníku vysokotlakými sodíkovými výbojkami
Pozor na monochromatické světlo sodíkových výbojek. Tlumená barva rostlin naznačuje, že téměř všechno světlo z lamp se spotřebuje na produkci chlorofylu.
Monochromatičnost je velmi užitečná v pouličním osvětlení. Takové světlo se v mlze nerozptyluje. Použití pouličních lamp k osvětlení dálnic zvyšuje bezpečnost provozu. Parkové plochy a cesty s pouličním osvětlením na bázi NLVD, které mají žluté luminiscenční spektrum, zvyšují komfort rekreantů v noci.
Obrázek 5. Pouliční osvětlení pomocí NL
Méně často se takové lampy používají v průmyslových prostorách (obvykle ve skladech), stejně jako při navrhování reklamních nápisů a dekorací.
Připojení
Protože k zapálení hořáku je potřeba vysoké pulzní napětí (někdy až 1000 V), komplikuje to schémata zapojení sodíkových výbojek. Musíte použít další vybavení. Existují dva typy předřadníků pro NLVD: EMPRA (elektromagnetické) a elektronické předřadníky (elektronické).
IZU jsou zapojeny paralelně k obvodu lampy a tlumivky jsou zapojeny do série, někdy přes pulzní zapalovač.
Obrázek 6 ukazuje zapojení NLVD.
Obrázek 6. Schéma připojení NLVD
Věnujte pozornost tomu, jak je zapojena tlumivka (předřadník) a IZU.
Vezměte prosím na vědomí, že při vlastním připojení musíte splnit požadavek: délka vodiče od tlumivky k základně lampy by neměla přesáhnout 100 cm.
Někteří zahraniční výrobci dodávají na trh sodíková osvětlovací zařízení se zabudovanými startovacími zařízeními v žárovce lampy.
Otázky bezpečnosti a likvidace
Rizika při provozu sodíkových výbojek jsou spojena s vysokým tlakem a teplotou uvnitř hořáku. I povrch baňky se zahřeje až na 100 °C a při neopatrné manipulaci může způsobit popáleniny. Existuje možnost prasknutí baňky vlivem horkých plynů unikajících z hořáku.
Za účelem ochrany před následky zničení se vyrábějí lampy, ve kterých jsou lampy umístěny za silným sklem. Věnujte pozornost provedení lampy pouličního osvětlení (obr. 5).
Vzhledem k přítomnosti rtuti v sodíkových výbojkách platí zvláštní požadavky na likvidaci. Použité spotřebiče se nesmí vyhazovat do běžných odpadkových košů. Musí být odeslány do speciálních podniků k neutralizaci a zpracování.
Ideální typ výbojky neexistuje, jinak by nebylo mnoho typů, mezi které patří sodíkové výbojky. Každý typ má své klady a zápory, různé typy svítilen se nejlépe hodí pro různé provozní podmínky a úkoly. Proto jsou dnes v prodeji ještě typy, které byly vynalezeny na začátku minulého století. Výjimkou nejsou ani sodíkové výbojky, které mají také své výhody a nevýhody, kterým se budeme věnovat v našem článku.
Hned na začátek je třeba říci, že sodíkové výbojky jsou dvojího druhu. Jsou to NLVD – vysoký tlak a NLND – nízký. Jejich hlavním rysem je, že pracují v červené zóně světelného spektra, to znamená, že světlo je co nejblíže slunci a vypadá přirozeně. A to vše díky sodíkové páře.
Konstrukce a princip činnosti sodíkových výbojek
Konstrukčně se sodíková výbojka skládá z osmi částí: základny, obloukové výbojky, spojky výbojky, elektrody, izolační trubice, getru, válcové baňky a vakua, které je rovněž součástí výbojky. Hlavními prvky jsou baňka a hořák. První je vyroben z termoskla, načež se odplyní. Díky tomu udržuje stabilní teplotu spalování. Hořák je výbojková trubice s proudovými vývody, která je vyrobena z oxidu hlinitého, lze do ní přidat rtuť nebo xenon, což zlepšuje barevný rozsah výbojky.
Existují však možnosti, ale obecně se design a princip fungování nemění. To hlavní, na čem se dnes pracuje, je zlepšení reprodukce barev, tedy stále větší přiblížení přirozenému spektru. Moderní sodíkové výbojky v tomto ukazateli jsou mnohem lepší než ty, které byly vyrobeny před desítkami let nebo na samém začátku po jejich vynálezu. Základní principy se ale zároveň nezměnily, zdokonalují se pomocí přísad z různých materiálů.
Princip činnosti sodíkových výbojek, pokud je vysvětlen jednoduše, je založen na obloukových výbojích, pomocí kterých vzniká záření. V tomto případě je pro zapnutí lampy a regulaci proudu nutné použít předřadníky. Některé typy vyžadovaly i pulzní zapalovací zařízení, ale dnes s využitím elektronických předřadníků to již není potřeba.
Kde se používají sodíkové výbojky?
Sodíkové výbojky se používají pro architektonické osvětlení, pouliční osvětlení, nákupní centra. Používají se také k osvětlení skleníků, protože jejich světlo přispívá k růstu většiny rostlin. Je pravda, že se používají již ve fázi zrání plodin, a ne na samém začátku, protože jejich světlo nebude pro mladé rostliny příliš užitečné. Ve skutečnosti je jejich použití poněkud omezeno nepříliš dobrou reprodukcí barev, která zkresluje barvu předmětů, do kterých se zasáhne. V bytech a na jiných podobných místech se tedy nepoužívají, ale tam, kde je potřeba dobrý světelný výkon, se používají velmi ochotně.
Výhody a nevýhody sodíkových výbojek
Sodíkové výbojky se zkrátka hodí tam, kde potřebujete výkonný, ale ekonomický zdroj světla. To je usnadněno jejich výhodami:
Světelný výkon je velmi vysoký;
Účinnost je také vysoká, což znamená, že je ekonomická ve srovnání s mnoha jinými typy lamp;
Existují však i nevýhody:
Když životnost skončí, změní se barevný rozsah lampy a již nebude příliš pohodlný;
Některé lampy obsahují rtuť, o které víme, že není zdravá;
Přestože je rozsah provozních teplot široký, jejich účinnost v chladném počasí klesá;
Než se lampa úplně rozsvítí, mělo by to trvat 5 až 7 minut, což opět okamžitě naznačuje, že nemá smysl je používat v domech;
Je lepší je nepoužívat v energetických sítích, kde dochází k napěťovým rázům nebo se liší od jmenovitého o více než pět procent.
Sodíkové výbojky se vyrábí v různých provedeních, existují různé typy (DNaS, DNaMT, DNaT, DNaS), které se liší tvarem baňky a některými dalšími vlastnostmi. DNAZ se například nemusí čistit, takže je lze použít i na těžko přístupných místech. Jiné typy mají své vlastní vlastnosti, ale obecně se pro určité úkoly používají sodíkové výbojky, jejichž rozsah použití nelze nazvat příliš širokým. Z hlediska rozšíření jsou horší než klasické žárovky, LED diody atd., ale to neznamená, že sodíkové výbojky jsou zastaralým a nepoužitelným typem.
