A fény forrása XII. Fémhalogénlámpák
2007/10. lapszám | Nagy János | 6942 |
Figylem! Ez a cikk 18 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A ´60-as években kifejlesztett fényforrás megalkotását a higanylámpa gyenge színvisszaadása indokolta. A fejlesztés alapja a nagynyomású higanylámpa volt, amelynek kisülőcsövébe különféle adalékfémek hozzáadásával igyekeztek javítani a színvisszaadás...
Napjaink világítástechnikájában egyre nagyobb teret hódít, úgy belsőtéren, mint kültéren, alkalmazására az üzletvilágítástól a stúdióvilágításig található példa. Az utóbbi időben kísérletek folynak a közvilágításban való elterjesztése céljából. Fehér fény, jó színvisszaadás, a működés során tanúsított színstabilitás, viszonylag hosszú élettartam: ezek azok a tulajdonságok, amelyek széleskörű alkalmazását lehetővé teszik. Teljesítményválasztékuk 20 W-tól többezer W-ig terjed.
Működési elvük
A nagynyomású gázkisülő lámpák családjába tartózó fényforrás működési elve közel azonos a higany- és a nátriumlámpáéval. Különbség a parciális nyomásviszonyokban és a kisülőcsőbe adagolt fém-halogenid vegyületekben (sók) van. A burába szerelt kisülőcső anyaga kvarc vagy kerámia (alumínium-oxid). A töltet: argongáz, higany-amalgám, és az adalékfémek (tallium, diszprózium, európium, holmium, indium, szkandium) jodidjai. Természetesen egy fémhalogénlámpa nem tartalmazza valamennyi felsorolt vegyületet, hanem mindig csak egy részüket.
A töltet összetétele befolyásolja a fényforrás színvisszaadását és színhőmérsékletét. Az argongáz ebben az esetben is a startergáz szerepét tölti be: mivel gyorsan ionizálódik, ebben jön létre a kisülés. Az ív melegének hatására a higany párolgás útján gőzzé alakul. Ebben az esetben a higanynak nincs fénykibocsátó szerepe, hanem a nagy nyomású higanykisülés szolgáltatja a szükséges hőt a fémjodidok párolgásához. Amint az egyes fémjodidatomok bekapcsolódnak az ívkisülésbe, úgy változik a fémhalogénlámpa színe.
Ezért van az, hogy bekapcsolást követően fehéren bevillan (létrejön az ívkisülés az argongázban), majd zöldes-fehéren világít (a higanygőz is részt vesz az ívkisülés fenntartásában), aztán kezd zölden, majd kékesen, picit sárgásan világítani (fokozatosan, ahogy párolognak el a fémhalogenidek, úgy kapcsolódnak be az ívkisülésbe a fémek atomjai), végül fehéren, a kívánt színhőmérsékleten világít.
Miért van az, hogy a fémhalogénlámpa az élettartama vége felé kékesen vagy zöldesen, illetve megváltozott színhőmérsékleten világít?
Ennek a jelenségnek a magyarázata egyszerű: egyrészt azért, mert az elektródaanyag elpárolog, részben a cső falára rakódik, másrészt pedig azért, mert a töltőanyagok egy része a kisülés folyamán vagy megszökik a kisülőcsőből, vagy diffundál, azaz beépül ennek falába. Tehát változik a kisülésben résztvevő összetevők aránya, azaz az adott fém atomjai már nem, vagy csak kis mennyiségben vesznek részt a kisülésben, ezért megváltozik a lámpa színe.
A gyakorlott villanyszerelő nem várja meg az élettartam végét, hanem igyekszik az ilyen fényforrást mielőbb kicserélni, hiszen már fölöslegesen fogyaszt villamos energiát, mivel fényárama is kevés ilyenkor. A kvarcüveg kisülőcsöves fémhalogénlámpáknál ez a jelenség gyorsabban bekövetkezik, mint a kerámiacsövesek esetében. Ez azért van, mert a kvarcüvegbe a nyomás és a magas hőmérséklet hatására könnyebben be tudnak épülni az adalékanyagok, mint a kerámiacsőbe (alumínium-oxid).
A fémhalogénlámpák áramköri elrendezése azonos a nagynyomású nátriumlámpákéval. Az íváram korlátozásához szükség van egy előtétre, és az ívkisülés indításához egy gyújtóra. A gyújtási folyamat sorozatunk 11. részében ismertetettel azonos módon zajlik (Villanyszerelők Lapja 2007/7-8. szám). Amire viszont érdemes odafigyelni, az az áramköri szerelvények megfelelősége: úgy az előtét, mint a gyújtó a fényforráshoz illesztett kell, hogy legyen.
Vannak olyan típusai a fémhalogénlámpáknak, amelyek nátriumlámpa előtéttel is működnek, erről a fényforrás- katalógusok pontos tájékoztatást adnak. Amennyiben nem megfelelő áramköri szerelvényekkel akarjuk működtetni a fényforrást, nem biztos, hogy begyújt, illetve megtörténhet az is, hogy néhány üzemóra elteltével jelentkeznek csak a gyújtási problémák.
A fémhalogénlámpák gyújtási készsége gyengébb a többi nagynyomású gázkisülő lámpáénál. Létezik olyan fémhalogén-lámpatípus, amely nem helyettesíthető más gyártmánnyal, annak ellenére, hogy a teljesítmény, fényáram, feszültség stb., tehát valamenynyi műszaki paraméter azonos, csak a gyújtási feszültsége magasabb a másikénál. Megtalálhatók beépített gyújtóelektródos típusú fémhalogénlámpák is.
A bekapcsolástól 4-6 percnek kell eltelnie a névleges fényáram eléréséig, azaz a kisülés stabilizálódásáig. Bizonyára tapasztalták már az olvasók, hogy kikapcsolás vagy áramszünet után a még meleg lámpa nem gyújt be azonnal újra. A lehűlés és újragyújtás néhány percet vesz igénybe. Ebből adódóan e fényforrás használata nem ajánlott azokon a helyeken, ahol pánikhangulat keletkezhet egy áramszünet idején, ilyen például a metró aluljáró tere.
A stadionvilágításoknál is nagy teljesítményű fémhalogénlámpát használnak a színes tv-közvetítések lehetővé tétele miatt. A stadionoknál amellett, hogy kétoldalú energiaellátást alkalmaznak, gondoskodnak a lámpák azonnali újragyújtásáról is, amihez 60 kV gyújtófeszültséget szolgáltató készülék szükséges. A nagyfeszültség okozta esetleges átütés kivédése miatt az árambevezetőket a bura két végén helyezik el.
A környezeti hőmérséklet befolyással van a lámpa égési feszültségére. Úgy a villamos, mint a fénytechnikai paraméterekre hatással van a lámpa működési helyzete. Különösen a függőleges helyzetben történő működtetés nem szerencsés bizonyos típusoknál. A gyártók katalógusukban közlik a fényforrás ajánlott égetési helyzetét. Erre érdemes odafigyelni!
A fémhalogémlámpák élettartama hosszú, esetenként eléri a 20 ezer órát is. Az élettartamot csökkenti a gyakori ki-bekapcsolás, valamint az 5%-ot meghaladó hálózati feszültség-növekedés. Élettartam és ívstabilitás szempontjából szerencsés az elektronikus előtéttel történő működtetés!
Kiváló színvisszaadásuk mellett nagyon jó a fényhasznosításuk, eléri a 95 lm/ W-ot. Színhőmérsékletük a 3 000 K-től a 20 000 K-ig terjed. Előbbieket elsősorban belsőterek világítására, míg az utóbbiakat speciális esetekben használjuk, például tropikáriumban az akváriumvilágításra.
Fémhalogén-lámpatípusok
A standard típusok kvarcüveg kisülőcsővel készülnek. A burájuk lehet elipszoid vagy cső alakú. Megkülönböztetünk víztiszta és diffúz kivitelt. A víztiszta burájúnak jobban irányítható a fénye, míg a diffúz a szórt fény biztosítására alkalmas. Gyártanak irányított fényű fémhalogénlámpákat, a PAR lámpák burájához hasonló kivitelben. A kvarc kisülőcsöves típus hátránya a színhőmérséklet megváltozása a működés során, valamint a rövidebb élettartam. Fénytechnikailag előnytelen a gyártási technológiából adódóan kisülőcső méretének pontatlansága, amely a kvarcüveg lapításakor következhet be.
A kerámia kisülőcsöves fémhalogénlámpa az utóbbi évtized fényforrás-fejlesztései közé tartozik. A kerámiacső azonos a nátriumlámpáknál használttal, azaz alumínium-oxid. Méretre vágásuk sokkal precízebb, mint a kvarc kisülőcső esetében. Ez fénytechnikailag (színhőmérséklet és fénypont-nagyság) és elektromos szempontból (égési feszültség) is mindenképpen előnyös, mert lényegesen kisebb a szórás azonos típuson belül. Vágással rövidebb kisülőcső készíthető, ezáltal kisebb teljesítmények gyártása is lehetséges.
A kerámiacső nagyobb hőmérsékleti terhelést bír, ami nagyobb fényhasznosítást eredményez, ez elérheti akár a 105 lm/ W-ot is. A kisülőcső lezárási technológiája bonyolult. Található gyártó, amely mindkét oldaláról ledugózza, és a dugókba kerül beépítésre a nióbium árambevezető. Más gyártó nem hengeres kisülőcsőben, hanem kisülőgömbben oldja meg a fénykeltést. Az utóbbinak számtalan előnye van a még stabilabb színtartás mellett, élettartama is hosszabb, és a lámpa fényhasznosítása is kedvezőbb.
Kialakításukat illetően készülnek egy végén és két végén fejelt típusok is, úgy a kvarcüveg, mint a kerámia kisülőcsövesekből. Fejelésük lehet E 27, E 40, RX 7s, Fc2, G 8,5, G 12, kábelbekötésű.
Belsőtéri alkalmazásokra gyártanak UV-védett kivitelű típusokat is. Ennek elsősorban a kereskedelmi egységek világításánál van jelentősége, mivel az ultraibolya sugárzás károsíthatja az árut.
Belsőtéri alkalmazásoknál érdemes figyelembe venni azt a hőkibocsátást, amely a fémhalogénlámpák működésével együtt jár. Ezzel elsődlegesen a klímaberendezés méretezésénél kell számolni. Amennyiben álmennyezetbe süllyesztett lámpatestben használjuk a fémhalogénlámpát, a keletkezett hő elvezetéséről gondoskodni kell.
A cikksorozat nem tér ki a gépjárműizzók ismertetésére, de érdekességként megemlítendő, hogy az ún. xenonlámpák szintén a fémhalogénlámpák egy típusát alkotják. Ugyanúgy fémjodidok alkotják a töltetet, az argon helyett xenont használnak startergázként, innen az elnevezése is. Ugyancsak a fémhalogénlámpák típusai közé sorolandók a stúdió-, színpad- és diszkóvilágításban, azaz a szórakoztatóiparban használatos speciális konstruk- ciójú gázkisülő lámpák. Ezek felépítése, alkalmazástechnikája nem képezi cikksorozatunk tárgyát.
A kiváló színvisszaadásuk és a fehér fényük által biztosított jó alakfelismerés következtében előnyösen alkalmazhatók a közvilágítás területén is, mivel kisebb teljesítménnyel azonos észlelhetőség érhető el, mint a nátriumlámpás közvilágítás esetén. Egyedüli gátja a nagyszámú használatuknak a viszonylag magas árfekvésük. Megtalálhatók az épületek díszvilágítási berendezéseiben, a parkolók, terek kivilágításánál, a sportvilágításban stb. Széleskörű alkalmazhatóságuk az utóbbi években felgyorsította elterjedésüket a világítástechnika valamennyi területén.
