Rodzaje urządzeń oświetleniowych 1. Lampy żarowe

W konwencjonalnej żarówce źródłem promieniowania jest żarnik wyko-nany z drutu wolframowego, który na skutek przepływającego prądu rozgrzewa się do temperatury 2100÷2800°C. Aby uniknąć reakcji gwałtownego utlenie-nia, z bańki żarówki usuwa się powietrze lub wypełnia gazem szlachetnym lub azotem.

Ponieważ przekrój poprzeczny drutu wolframowego nie jest stały na całej jego długości (drut zawsze posiada przewężenia i zgrubienia), najczęstszą przyczyną uszkodzenia żarówki jest jego przepalenie. Ponieważ miejscowo w przewężeniach rezystancja drutu będzie najwyższa, temperatura tych frag-mentów będzie najwyższa, a zatem degradacja będzie następować najszybciej. Wysoka temperatura powoduje bowiem „odrywanie” cząsteczek wolframu i ich osiadanie na bańce żarówki.

Wady:

a) niska skuteczność świetlna rzędu 8 – 20 lm/W, przez co większość pobranej z sieci energii oddawana jest do otoczenia w postaci ciepła (ok. 95%), b) wysoka temperatura bańki żarówki stanowi zagrożenie pożarowe,

Badanie elektrycznych urządzeń oświetleniowych w stanach awaryjnych

9.

d) wrażliwość na zmiany napięcia: przy niewielkim spadku – gwałtowny spa-dek strumienia świetlnego, przy niewielkim wzroście – gwałtowny spaspa-dek żywotności żarówki.

Zalety:

a) maksymalna wartość strumienia świetlnego osiągana tuż po włączeniu zasi-lania,

b) odporność na częste włączenia/wyłączenia,

c) emitują ciepłe, żółtawe światło dobrze odbierane przez zmysł wzroku, d) nie wymaga dodatkowego osprzętu (stateczników, zapłonników), co

powo-duje:

e) niski koszt produkcji.

Na mocy obowiązujących przepisów [36], od 2017 roku niedozwolona jest sprzedaż lamp żarowych do zastosowań domowych. Wynika to z polityki UE dotyczącej ochrony środowiska. Krok ten jednak nie jest jednoznacznie oceniany w środowiskach elektryków. Ekspertyzy zlecone przez Komisję Europejską zakładają, iż przeciętne gospodarstwo domowe zaoszczędzi na wprowadzonych przepisach. Co innego twierdzi Stowarzyszenie Elektryków Polskich (SEP), które w wydanym oświadczeniu prognozuje sytuację odwrotną. Wynika ona z tego, iż koszty zakupu świetlówek kompaktowych czy lamp diodowych (wskazanych przez KE zamienników żarówek) są nawet 20-krotnie wyższe, co obciąży budżety gospodarstw domowych. Ponadto SEP wskazuje szereg niekorzystnych zjawisk (np. nadmierne grzanie się transformatorów i silników asynchronicznych, błędne działanie zabezpieczeń), wynikających z wprowadzenia nieliniowych odbiorni-ków (pobierających z sieci odkształcony, niesinusoidalny prąd).

Żarówki halogenowe działają na zasadzie podobnej do żarówek tradycyj-nych, wykorzystują bowiem także drut wolframowy jako źródło promieniowania. Różnica polega na otoczeniu żarnika – bańkę wypełnia się halogenem, czyli pierwiastkiem z grupy chlorowców (np. brom, jod) lub (przy droższych rozwią-zaniach) gazem szlachetnym (krypton lub ksenon). Pierwiastek ten łączy się z cząsteczkami wolframu, odrywającymi się (sublimującymi) od żarnika, two-rząc halogenek wolframu. Jego część powraca w okolicę rozgrzanego drutu, gdzie na skutek oddziaływania wysokiej temperatury dochodzi o rozpadu związku i ponownego osiadania cząsteczek wolframu na żarniku. Pozostała część cząste-czek wolframu osiada na bańce żarówki, szczególnie podczas jej wystudzania po

9.4. Rodzaje urządzeń oświetleniowych rzędu 250°C, dzięki czemu może dojść do rozpadu halogenku wolframu. Właśnie z przyczyny konieczności utrzymania wysokiej temperatury bańka żarówki halo-genowej jest kilkakrotnie mniejsza od bańki żarówki tradycyjnej. Warto również zaznaczyć, iż konstrukcja żarówek halogenowych powoduje, iż najwięcej cie-pła będzie oddawane w stronę przeciwną do kierunku oświetlenia (naturalnie wpływ na to mają także prawa konwekcji). Ze względu na rozkład temperatury w bańce żarówki halogenowej, producenci często podają dozwolone i niedozwo-lone położenie żarówki.

Wady:

a) niska skuteczność świetlna rzędu 12 – 26 lm/W, b) trwałość rzędu 2000 – 3500 godzin,

c) wrażliwe na odchylenia napięcia, d) wysoka temperatura bańki.

Zalety:

a) emitują ciepłe światło, dobrze odbierane przez zmysł wzroku, b) odporność na wstrząsy,

c) maksymalna wartość strumienia świetlnego osiągana tuż po włączeniu zasi-lania.

9.4.2. Lampy fluorescencyjne

Lampy fluorescencyjne, do których zaliczamy świetlówki, są lampami rtę-ciowymi niskoprężnymi. Zazwyczaj mają kształt rury, na końcach której znajdują się elektrody. Wnętrze wypełnione jest rtęcią o ciśnieniu rzędu 1 Pa, z domieszką argonu, aby ułatwić uruchomienie lampy (argon emituje światło przy niższej energii uderzających w niego elektronów). Dzięki małej koncentracji cząsteczek rtęci, elektrony rozpędzone na stosunkowo długim odcinku zderzają się z czą-steczkami rtęci, co powoduje emisję promieniowania elektromagnetycznego. Leży ono w zakresie ultrafioletu, czyli fragmentu widma niewidocznego dla ludzkiego oka, a tym samym nieużytecznego w kontekście oświetlenia. Dlatego na wnętrze rury nanosi się luminofor. Na skutek oddziaływania promieniowania ultrafioletowego, emituje on promieniowanie o mniejszej mocy, ale o większej długości fali – światło widzialne.

wyła-Badanie elektrycznych urządzeń oświetleniowych w stanach awaryjnych

9.

aby poprawić właściwości obwodu). W przeciwnym razie mogłoby dojść do uszkodzenia lampy, rozerwania rury, a także do sytuacji pożarowo niebez-piecznej, spowodowanej nadto rozgrzewającym się obwodem elektrycznym świetlówki.

Zapoczątkowanie zjawiska wyładowczego w gazie realizuje obwód star-towy (3). Zapłonnik to mała lampa tląca, złożona z dwóch elektrod, z której jedna jest termobimetalem. W tym samym czasie prąd płynie przez żarniki (2), nagrze-wając elektrody oraz gaz wewnątrz rury (aby zmniejszyć jego rezystancję). Po jednej sekundzie termobimetal w zapłonniku zwiera się z drugą elektrodą, a gwałtowna zmiana prądu płynącego przez dławik wytwarza siłę elektromoto-ryczną samoindukcji rzędu kilkuset woltów. Napięcie to sumuje się z napięciem zasilania do wartości wystarczającej do zapoczątkowania wyładowania w rurze. Jeżeli tak się nie stanie, cały cykl jest powtarzany.

Należy zauważyć, iż przy każdym przejściu prądu przez 0, wyładowanie jest przerywane i ponownie rozpoczynane. Wywołuje to tzw. efekt stroboskopowy, czyli widzialne „migotanie” lampy.

Świetlówka kompaktowa jest tradycyjną świetlówką poddaną miniaturyza-cji, z wbudowanym statecznikiem i zapłonnikiem.

Wady:

a) strumień świetlny wyraźnie maleje wraz ze spadkiem temperatury otocze-nia11,

1 – dławik; 

2 – żarniki wewnątrz rury świetlówki;  3 – obwód startowy (zapłonnik).

Rys. 9.1. Schemat lampy fluorescencyjnej (świetlówki)

9.4. Rodzaje urządzeń oświetleniowych