о натриевых лампах популярно

[Al_Grower]

Привет, форумчане!

Решил скопировать статьейку. которая мне показалась любопытной.


ЛАМПЫ ДНАТ: ИСТОЧНИК СВЕТА, КОТОРЫЙ РАНО СПИСАЛИ НА ПЕНСИЮ


: http://www.lumen2b.ru/lampy-dnat/



Как мы и обещали, наконец созрела статья про лампы ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая высокого давления). Все, кто работал или работает в области светотехники, о лампе ДНаТ знают не понаслышке. Но если кто не знает, объясним на пальцах: лампы ДНаТ — это как автомат Калашникова для освещения улиц и досветки растений — проверенный временем и надежный, но не лишенный недостатков источник света.

Собственно, эта статья про лампы ДНаТ скорее для начинающих; материал, изложенный грамотно, но доступным языком: без принципиальных схем подключения и полной разблюдовки основ поддержания столба разряда в горелке лампы ДНаТ. Но и специалистам, мы уверены, набросок понравится.



Собственно, сабж: одна из инвариаций лампы ДНаТ

Почти 100% автодорог мира (никто, конечно, не подсчитывал) до недавнего времени освещали лампы ДНаТ, пока их не начали выпиливать с опор в пользу светодиодных светильников. Однако, даже сейчас, бывалые проектировщики предпочитают от греха подальше впихнуть в проект натриевый светильник, ибо светодиодка 1. реально дороже, 2. не на столько уж энергоэффективней и 3. до сих пор непредсказуема, т.к. количество новоявленных производителей светодиодки просто зашкаливает. Но об этом позже.



Еще один вариант лампы ДНаТ

Лампы ДНаТ бывают разных мощностей — от 50 до 1000 Вт (редко, но встречаются мощностью 2000 и 4000 Вт), что как бы намекает на их «промышленное» применение, нежели «бытовое». В основном лампы ДНаТ используют в светильниках для освещения улиц и дорог, реже — на производствах в купе с источниками света белого света (например со светильниками на МГЛ для достижения более теплого света и большей энергоэффективности). В самых извращенных случаях их ставят на производство в чистом виде. И то — до первой травмы или звонка «куда следует»



Тот редкий случай, когда лампы ДНаТ использованы не там, где надо

Но самое незаменимое применение — освещение теплиц, или досветка растений (что, собственно, одно и то же, но второе — по-научному).


Терминология


Вот за что мы не любим Википедию, так за то, что там пишут либо поверхностно, и не понятно, либо занудно и со всеми подробностями — что для непосвященных тоже не понятно. Самое обидное, что суть названия лампы ДНаТ в ней дают лишь в качестве расшифровки аббревиатуры, однако тут все намного интереснее.

Лампы ДНаТ во всем мире (кроме России) называют так, как они и должны называться — HPS Lamp (High-Pressure Sodium Lamp), то есть натриевые лампы высокого давления (НЛВД). Они у нас тоже так называются, но этот термин никто не использует. В Советском Союзе, когда только появились НЛВД, их стали производить различные заводы. Модификации и мощности были разные и их нужно было как-то отличать.



Экземпляр лампы ДНаТ 250 производства лампового завода Лисма

Различий действительно было много: форма (эллипсоидные/трубчатые) и прозрачность (матовые/прозрачные) колбы, мощность лампы (75/150/250/400/600/1000), наличие или отсутствие зеркального напыления в одной из полусфер. Так что и названий у НЛВД советского производства было много. Самыми распространенными стали лампы ДНаТ с различными приставками в виде мощности (150, 250 и т.д.).



Вариант лампы ДНаТ с двумя горелками для повышения срока службы и быстрого «горячего старта»

Это было что-то вроде брендирования. Например сейчас в России существуют лампы ДНаТ-250 (с припиской, «такого-то производства»), а в Германии (да и во всем мире благодаря экспорту,  маркетингу и качеству) существует лампа, например, VIALOX NAV-T 250 W SUPER 4Y производства Osram



Лампа Osram Vialox NAV T 250

Так что по большому счету, лампы ДНаТ— это всего лишь разновидности модели лампы, а не тип источника света. А вот тип источника света — НЛВД, к которому относятся и лампы ДНаТ, и ДНаЗ (с зеркальным напылением) и даже ДНаС (со светорассеивающей колбой, чтоб меньше слепила). И, кроме специалистов, это мало кто знает. Вот так-то



Хитровыкрученная буржуйская лампа ДНаТ с исправленным спектом — добавлена горелка МГЛ

Кстати, если кому интересно, можно заглянуть в музей ламп (сайт на английском, но с кучей картинок) — здесь собрано бесчисленное количество различных ламп, в т.ч. и натриевых, за всю историю эпохи электрического освещения. Очень познавательно.

 

[Al_Grower]

Устройство лампы ДНаТ


В принципе, лампы ДНаТ устроены не сложнее, чем любая газоразрядная лампа. Снаружи колба из термостройкого стекла и цоколь, внутри держатель горелки и сама горелка. Все.



Схематическое устройство типовой лампы ДНаТ


Подключение лампы ДНаТ


Подключение также примитивно до безобразия, как и устройство лампы. Так что мы не будем на этом долго останавливаться и лишь приведем одну из наиболее типовых схем подключения лампы ДНаТ



Типовая схема подключения лампы ДНаТ

Хотя тут стоит оговориться, что в действительности вариантов подключения лампы ДНаТ огромное множество. Обязательным компонентом подключения является также компенсирующий конденсатор. Как правило, схемы подключения указаны на блоках ИЗУ. Но на картинке выше приведен самый простой схематический вариант подключения.


Плюсы лампы ДНаТ



1. Энергоэффективность лампы ДНаТ


Этот источник света до сих пор считается одними из самых дешевых и энергоэффективных (2016 год). Да, да, не стоит делать такие глаза. Они вполне себе конкурируют со светодиодами, в т.ч. и по параметру лм/Вт. Так, с лучших представителей отрасли мощностью 250 Вт вполне можно снять до 130 лм/Вт (пруф). А со светильника — до 90…110 лм/Вт в зависимости от производителя, рассеивателя, отражателя, ПРА и качества питающей сети.



Экземпляр лампы ДНаТ 1000 в исполнении российской компании Reflux. 150 лм/Вт между прочим.

Интересно, что чем выше мощность и световой поток лампы ДНаТ, тем выше их светоотдача. К примеру, 50-ваттных ламп выше 80 лм/Вт почти не бывает. А вот с ДНаТ 1000 можно смело получить и 150 лм/Вт — жмяк. Еще раз — всего два года назад такие параметры светодиодам в массовом производстве и не снились



Зависимость световой отдачи лампы ДНаТ от ее мощности

 

[Al_Grower]

Говорить просто о лампе без светильника не совсем корректно, т.к. только в нем можно увидеть все плюсы и минусы лампы ДНаТ. Энергоэффективность светильников с натриевыми лампами доходчиво иллюстрируют характеристики, заявленные производителями светильников на их же сайтах (редко когда врут). Но у нас есть и собственные, измеренные данные, полученные из лаборатории во время испытаний светильников для рейтинга:
– SBP KYRO 2 250  — 84 лм/Вт,
– ЖКУ20-150-001 Орион ХО с лампой GE — 81 лм/Вт,
– ЖКУ15-150-101Б — 87 лм/Вт.
А вот теперь самое интересное. Если говорить о прямой замене, т.е. когда сняли старый натриевый светильник и на его место повесили новый светодиодный, — надо понимать, что светильник с лампой ДНаТ 150 Вт никогда не заменишь 50 или 70-ваттным светодиодным. То же самое касается 250 Вт натриевых светильников — их невозможно заменить светодиодкой 100 и даже 150 Вт (речь про рядовые светильники, а не про собранные на заказ с идеальными характеристикой и световой отдачей 150 лм/Вт со светового прибора).


2. Цена лампы ДНаТ


Стоимость лампы ДНаТ варьируется от 300 до 10 000 рублей в зависимости от мощности, производителя, продавца и некоторых других переменных. Среднестатистическая лампочка мощностью 250 Вт стоит в районе 1000 рублей (±700). Но о цене абстрактной лампы ДНаТ тоже не совсем интересно говорить. Интересно говорить о стоимости лампы в составе светильника с ПРА (пуско-регулирующей аппаратурой), цоколем, защитным стеклом и т.д.

Так, например, 250 Вт светильник с натриевой лампой (23,4 килолюмена, 275 Вт,  7 кг,  85 лм/Вт) стоит каких-то 5800 деревянных. Это, на секундочку, 250 рублей за 1000 люмен светового потока(5800/23,4=247). Для сравнения, его светодиодные аналоги стоят в среднем от 30 тысяч рублей, что составляет 1200 и более рублей за килолюмен. Т.е. светодиодный свет стоит в 5 и более раз дороже «натриевого». Согласитесь, не совсем честная конкуренция со светодиодкой, особенно на фоне не самой низкой стоимости евро-доллара в истории нашей необъятной.


3. Рабочие температуры лампы ДНаТ.


Лампы ДНаТ являются одним из источников света высокого давления (наряду с ДРЛ, МГЛ, LEP — light emitting plasma и другими). Это, в частности, и обуславливает высокие рабочие температуры горелки. Она может нагреваться до ~1300 °C. Но это горелка. Она спрятана в оболочку — прозрачную колбу из тугоплавкого стекла. В сою очередь последняя может нагревается до ~300…400 °C. Все это, в совокупности с достаточно простой схемотехникой поджига лампы, позволяет лампе запускаться и работать в очень широком диапазоне температур:  -60…+45°С (у разных производителей — разные диапазоны).



Наглядная демонстрация температуры лампы ДНаТ

Большинство ПРА для ламп ДНаТ имеют в своем составе дроссели, которые также могут работать при очень высоких температурах (до +130 °С на обмотке в нормальном режиме и до +200 °С в аварийном). Чего, например, не скажешь о большинстве драйверов светодиодных светильников. Это мы, опять же, к слову.


4. Отработанные технологии


Через 15 лет лампе ДНаТ (как технологии в широком смысле этого слова) исполнится 100 лет. Да, там был период, когда лампа не была «натриевой лампой высокого давления». Но поджечь пары натрия под низким давлением и получать свет видимого спектра впервые смогли в 30-е годы прошлого столетия. Это мы к чему? К тому, что за 100 лет (основные достижения были в последние 20 лет) лампы ДНаТ настолько доведены до идеала, на сколько это вообще возможно.

За эти годы источник света вылечился от всех возможных «детских болезней», ее научились диммировать, избавили от пульсаций электронными ПРА, выправили спектр (МГЛ является развитием технологии натриевых ламп высокого давления) а горелки довели до совершенства. Но самое важное, что практически в любой стране есть как минимум один производитель светильников для этих ламп. А в наиболее развитых — их десятки. Конструктивы светильников для лампы ДНаТ также доведены до идеала (наиболее выдающиеся имеют КПД 95%), снизив до минимума потери на отражателе, защитном стекле и ПРА.


5. Вес лампы ДНаТ (и светильников под нее при большой и сверхбольшой мощности)


Вес лампы ДНаТ не большой. Некоторые производители, что характерно, даже не указывают его в характеристиках. В зависимости от мощности он колеблется от 150 до 500 грамм. Но как и в случае с другими параметрами, нам больше интересен вес светильника со всеми приблудами (ПРА, защитный колпак или стекло, цоколь, крепеж).

Уличный светильник для лампы ДНаТ-400 весит 8 кг. Кстати, этим светильником (по приведенной ссылке) освещен весь МКАД. При учете его светового потока в 42000 люмен, ищем светодиодный аналог другого производителя (у Галада уличная светодиодка уж больно качественная и с закаленным стеклом — светильники уровнем выше). Вот, практически NoName китайский светильник, самый легкий из того, что мы смогли найти, с таким же световым потоком (43000 люмен) весит 11 кг. Подчеркиваем — самый легкий, с радиатором, претендующим на сомнение в качественном теплоотводе. Более-менее серьезные светильники с литьем и нормальным стеклом весят 20-40 кг. Нам возразят, что уже есть много светодиодных решений на тепловых трубках, но с ними тоже не все просто. Качественные тепловые трубки редко встречаются, а некачественные с удовольствием гниют под открытым небом в наших климатических условиях, — прим. ред.


Минусы ламп ДНаТ



1. Индекс цветопередачи лампы ДНаТ


Пожалуй, это самый жирный минус, зачастую сводящий  все его плюсы на нет. В измеренных нами образцах светильников значение общего индекса цветопередачи составило:
– SBP KYRO 2 250  — Ra = 27,
– ЖКУ20-150-001 Орион ХО с лампой GE —  Ra = 15,
– ЖКУ15-150-101Б — Ra = 19.
Но здесь стоит сделать поправку, что индекс цветопередачи светильника, как и цветовая температура, могут незначительно отличаться от этих же параметров лампы, так как свои коррективы вносит защитное стекло. Особенно, если оно сделано из некачественного материала и с течением времени мутнеет, желтеет или зеленеет. Самыми стойкими в этом смысле являются закаленные боросиликатные стекла (тот же SBP KYRO). Но это серьезно утяжеляет светильник, повышает требования к жесткости корпуса, да и в целом — удорожает. Так что все производители по-разному ищут компромисс в цене/качестве



Сравнение спектрального состава излучения типовой лампы ДНаТ 1000 и типового светодиода (зеленая линия)

«Кривость» индекса цветопередачи обусловлена газом, который поджигают внутри горелки. Не пускаясь во все тяжкие химического состава, скажем лишь, что это пары натрия (хотя состав там намного сложнее). Изначально (в натриевых лампах низкого давления) спектр был еще хуже, но в 60-х годах произошел прорыв в этой области. Сейчас мы имеем ярковыраженный пик в оранжевой области спектра. Почти полное отсутствие зеленой и синей составляющей в излучении лампы приведет к тому, что ночью на улице, освещенной натриевыми светильниками, мы с большой долей вероятности не отличим темно-синюю машину от темно-зеленой.

Если говорить только об энергоэффективности, стоимости и безопасности — по большому счету водителю и не надо различать ночью цвета (четкого мнения научного сообщества на данный вопрос до сих пор не существует). Косвенно об этом говорит и то, что в нормативных документах индекс цветопередачи (как и цветовая температура) на дорогах не нормируется. Хотя есть подозрение, что нормативка писалась под существующие технологии (под НЛВД, НЛНД). Ну вот прям как сейчас (под светодиоды). Но если говорить об уровне и качестве жизни, то низкий индекс цветопередачи лампы ДНаТ как ни крути — основная причина относительно быстрого вытеснения натрия светодиодкой с автомобильных дорог, парков, скверов и открытых паркингов.


2. Коэффициент пульсаций лампы ДНаТ


Пульсации светового потока у лампы ДНаТ — беспощадные. В зависимости от ПРА, коэффициент пульсаций (КП) светового потока может варьироваться от 15 до 40%. На электронных ПРА КП может быть и нулевым. Но в силу их дороговизны они редко применяются: так исторически сложилось, в уличном светильнике для массового применения кондовость, безотказность и ремонтопригодность зачастую гораздо важнее качества света.

Важно отметить, что КП в уличном освещении не нормируется. Однако эти пульсации стоит учитывать (и делать расчет коэффициента пульсации освещенности) в промышленном освещении, когда делается комбинированная осветительная установка МГЛ + ДНаТ.


3. Долгий старт и горячий поджиг


Один из очень существенных недостатков лампы ДНаТ — долгий розжиг горелки. В зависимости от температуры окружающей среды, типа блока розжига и производителя лампы, время выхода на рабочий режим у лампы ДНаТ составляет от 5 до 10 минут. Вы, наверное, не раз замечали, что в момент включения уличных натриевых фонарей они в первую минуту светят очень тускло и, кстати, белым светом. Потом яркость постепенно увеличивается, а спектр приобретает характерный янтарный оттенок



Розжиг лампы ДНаТ

Более того, если лампу ДНаТ резко выключить, а потом включить, она может не поджечься и не выйти на рабочий режим. Горелке надо остыть. Это и есть проблема «горячего старта». Для решения этой проблемы на объектах, где часто случаются кратковременные провалы напряжения, используют электронные ПРА и лампы с двумя горелками.


Применение лампы ДНаТ


Как уже говорилось, если отмести всевозможные извращения, лампы ДНаТ применяются в основном в светильниках для освещения автодорог и для досветки растений.


1. Дорожное освещение


Основная причина, по которой дорожники подсели на лампы ДНаТ — бешеная энергоэффективность и неприхотливость. Сейчас-то, конечно, параметром в 100…130 лм/Вт с лампы никого не удивишь, но в середине прошлого века это был прорыв.

Но самое смешное, что этот источник света на тот момент не был самым энергоэффективным. Лампы ДНаТ были  натриевыми лампами высокого давления (НЛВД). А их предшественник — натриевая лампа низкого давления (НЛНД) — делал новорожденного по световой отдаче вдвое. То есть выдавал до 200 лм/Вт (к слову, это и сейчас почти недостижимый результат, даже для светодиодов в массовом производстве и по приемлемой цене).



Собственно, прародитель лампы ДНаТ — натриевая лампа низкого давления

Но НЛНД обладали еще более узким спектром (ну совсем багряно-оранжевым), так что рынок просто закрыл глаза на такие незначительные потери и принял новую лампу с распростертыми объятиями, ибо цвета предметов в его лучах стали хоть как-то различимы.

Большинство автодорог, открытых парковок,  развязок, во всем мире сейчас освещаются лампами ДНаТ. Собственно, вот:



Неиллюзорное доказательство причастности лампы ДНаТ с освещению всего и вся

 

[Al_Grower]

и вот:

Лампы ДНаТ освещают почти 100% автодорог

Как, опять-таки, уже говорилось, светильники для ламп ДНаТ производятся во всем мире сотнями (а может и тысячами) компаниями. В России самыми распространенными стали ЖКУ. Это тоже терминология, идущая и советских времен, когда все, включая названия продукции было типизировано и гостировано. ЖКУ расшифровывается как «Ж» Консольный Уличный. «Ж» никак не расшифровывается, т.к. эта буква просто присвоена для обозначения натриевых ламп. Почему «Ж»? Наверное этому есть какое-то объяснение, но с обычной логикой это точно никак не вяжется.ГКУ — «Г», металоГалогенная лампа — понятно.РКУ — «Р», Ртутная лампа — понятно.ДКУ — «Д», светоДиоды — понятно.ЖКУ… не понятно. Будем это просто ассоциировать с близким ДНаТу цветом — с Желтым.



Весьма типичный светильник ЖКУ под лампу ДНаТ 150

Вариантов ЖКУ и их производителей в Росии — тьма. Но лидером в производстве российских светильников ЖКУ является Галад, Рефлакс и Световые Технологии. Ну как лидеры? Этого никто не считал, просто они у всех на слуху. Причем Рефлакс производит еще и лампы ДНаТ. Но об этом поговорим ниже. Также есть бесчисленное множество других производителей, которые привозят корпуса ЖКУ из азиатских стран и продают в России под своим брендом.


2. Лампы ДНаТ для досветки растений


Кстати, это огромная, необъятная тема для холиваров в этих наших интернетах. Чем лучше освещать петрушку или помидоры — натриевым светом или светодиодным? Пожалуй сейчас мы эту тему опустим. Но отметим: все без исключения теплицы мира, за исключением экспериментальных, а так же без учета рукоблудия домашних садоводов, — досвечивается натрием и только им.



Растениям — свет

Более того, тепличным светильникам, заточенным под лампы ДНаТ, как правило, не требуется какого-либо серьезного обвеса в виде закаленных стекол, айпишных корпусов и прочего нагромождения. Как результат, лампа с ПРА, цоколем и отражателем весит в 2 раза меньше их уличных аналогов.



Лампы ДНаТ на страже тепличного хозяйства

 

[Al_Grower]

Чтоб вы понимали, как выглядит светодиодный светильник, заменяющий лампы ДНаТ 1000, вот,компания CREE выпустила аналог 1кВт ДНаТ. Теперь на форумах много обсуждений — выдержит ли несущая конструкция теплицы такую нагрузку, и вообще, является ли это аналогом? Справедливости ради отметим, что это т.н. Reference design — попытка показать возможности светодиодов на конкретном примере с измерениями и расчетами, а не готовый продукт.



Экспериментальные фермы по досвечиванию рассады светодиодами


Лампы ДНаЗ


ДНаЗ, к слову, это один из тех отечественных продуктов, которым мы (вся наша редакция) искренне гордимся. Нет, серьезно. Более эротичного по своей простоте и лаконичности решения в светотехнике вы не найдете.



Лампа ДНаЗ 600 Вт с цоколем под патрон IP68

Инженеры годами бились над проблемой высокой температуры защитной колбы, над простыми способами формирования КСС, над минимализацией потерь в светильнике, над снижением веса светового прибора. И вуаля — советский инженер Владимир Пчелин делает лампу с внутренним зеркальным напылением, открывает компанию Рефлакс, патентует это дело и пускает в массовое производство. Профит.



Схематически, примерно так это и работает

Лампы ДНаЗ с легкостью двигают в секторе досветки растений таких мировых гигантов как Osram и Philips. А особой популярностью они пользуются у голландских растениеводов, что как бы намекает



Владимир Пчелин и его изобретение: лампа ДНаЗ в корпусе уличного светильника

Возвращаясь к предыдущему пункту, эти лампы завирусились не только среди агрономов, но и среди дорожников, причем популярность еще только начинает расти. Больше всего нам довелось видеть лампы ДНаЗ на просторах Республики Беларусь, правда больше в сельских районах. В Москве их очень любят ставить во дворы. А буквально несколько месяцев назад ими осветили одну из улиц Долгопрудного, при том, что на соседней улице монтировали светодиодные. Пилотное сравнение?



Уличный светильник с лампой ДНаЗ

В рамках рубрики Проверено-Люмен нам удалось испытать один уличный светильник на лампе ДНаЗ. Т.к. в лампе встроен отражатель для формирования КСС (широкой осевой), а его колба одновременно выполняет функцию защитного стекла, можно смело говорить, что измеренные характеристики светильника = измеренным характеристикам лампы (кроме мощности). И, на секундочку, мы получиличестных 114 лм/Вт при весе светильника в 2,5(!) кг, световом потоке в 30000(!) люмен и стоимости 7500 руб. Собственно вот.

Вообще, лампа ДНаЗ, вместе с ее изобретателем, заслуживают отдельной статьи. И мы ее обязательно напишем. Нет. Серьезно. Кроме собственного сайта компании, об этой лампе почти не найдешь информации. Так что будем это исправлять.


Резюме


Лампы ДНаТ — надежный, проверенный временем тип лампы, который применяется по всему миру для освещения улиц, автомобильных дорог и тепличных хозяйств. Основное его преимущество — высокая энергоэффективность и низкая цена. Благодаря этому данный тип лампы еще долго будет составлять конкуренцию всем инновационным источникам света, в том числе и светодиодам.

 

[hron228]