Nagynyomású nátriumlámpa

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A nagynyomású kisülőlámpák közül napjainkban a nátriumlámpa a legelterjedtebb fényforrás. A városok, közutak esti képéhez hozzátartoznak az élénksárgán világító fényforrások, melyek az utóbbi évtizedekben fokozatosan szorították ki a náluk gazdaságtalanabb higanylámpakat.

Nátriumlámpa

Működése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az agresszív fémgőzök elleni védekezés egyik módszere az, hogy elemi fémek helyett azok halogenidjeit alkalmazzák (fémhalogén lámpa). A másik módszer: kvarc helyett olyan anyagból készíteni a kisülőcsövet, amely jobban ellenáll a fémek(elsősorban nátrium) agresszivitásának, s ilyenkor a fém maradhat elemi állapotban. Ez a felismerés vezetett a nagynyomású nátriumlámpa konstrukciójának kialakításához.

A kisülőcső anyagával szemben támasztott követelmények:

  • ne lépjen kölcsönhatásba a fémgőzökkel még 1400-1500 K-en sem.
  • megfelelő szilárdságú legyen
  • fényáteresztő képessége minimálisan 90% legyen.
  • ne eressze át a gázokat

Mindezeknek a tulajdonságoknak az alumínium-oxid felel meg. Monokristályos változata (zafír) teljesen átlátszó, de használata igen költséges lenne. A polikristályos alumínium-oxid kerámiának is - habár csak áttetsző - 90% felett van a fényáteresztő képessége, így ezt alkalmazzák a nagynyomású nátriumlámpa kisülőcsövének készítéséhez. Ma már a fémhalogén lámpák egy részének kisülőcsövét is kerámiából gyártják.

Az ábrán látható, hogy amíg a kisnyomású nátriumlámpa spektrumát mindössze az 589 és az 589,6 nm-es vonal-duplett jelenti, mely egyetlen éles csúcsban jelentkezik, a nagynyomású lámpa spektrumában itt egy "völgy" látható, jeléül annak, hogy a rezonanciavonal a nagynyomású (15-20 kPa) gőzben elnyelődik - a színkép megfordul - ugyanakkor az elnyelt vonaltól jobbra és balra is vonalkiszélesedés látható. Ezenkívűl kisebb intenzitású csúcsok formájában egyéb vonalak is megjelennek. Ennek megfelelően a standard nagynyomású nátriumlámpa színvisszaadása jobb, mit a kisnyomásúé, de így is csak 4. kategoriájú (Ra=25).

A kerámia kisülőcső tere nátriumon kívűl higanyt és startergázként xenont is tartalmaz. A higany szerepe itt nem a fénykeltés, hanem az elektromos paraméterek beállítása. A nátrium sárga vonalának gerjesztési energiája 2,1 eV, tehát jóval kevesebb, mint a higany vonalaié. Ahhoz viszont, hogy magának a nátriumnak a nyomása állítsa be a villamos jellemzők értékét, igen nagy hőmérsékletre lenne szükség. Mindazonáltal folynak kutatások - főként környezetvédelmi célból - higanymentes nátriumlámpák előállítására. Önmagában a nátriumot alkalmazva - fényhasznosítás szempontjából megfelelő 15 kPa nyomáson a térerősség 0,75V/mm -, ha 100 kPa nyomású higanygőz is van a csőben, a térerősség megkétszereződik. A nátriumot és a higanyt rendszerint egyszerre, Na-amalgám formájában adagolják be. Működés közben mind a két anyagot olvadéka részben párolog el, tehát a folyadék és gőzfázis egyidejű jelenléte miatt gőznyomású rendszert képeznek. Az eredeti gőznyomást itt is a leghidegebb hely (hidegpont) hőmérséklete szabja meg. Ez a hidegpont általában az elektródok mögötti rész, azaz csővégek.

Felépítése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az ábrán látható, hogy a felépítési elv tekintetében megegyezik a higany-, és fémhalogén lámpával. A menetes fej (1), a külső bura (2), az állvány (3), a kisülőcső (4), a kitámasztó bordák (5), a getterkarikák (6), a kitámasztó gyűrű (7), és az áramvezetők (8) képzeik a fő alkatrészeket. Lényeges eltérés a kisülőcsőnél tapasztalható.

Nagynyomású nátriumlámpa felépítése

maguk a kisülőcsövek porkohászati eljárással készülnek. Az Al_2O_3 port a kívánt méretű csőalakra sajtolják, és zsugorítják. A zsugorítás eredménye polikristályos kerámiacső, amely még 1400-1500 K falhőmérsékletet is elvisel, fényáteresztő képessége legalább 90%-os, a nátriumgőz agresszív hatásának még az említett nagy hőmérsékleten is ellenáll, viszont a - kvarccal ellentétben - nem lapítható.

A kerámia kisülőcső felépítését és csőlezárási technológiát tekintve többféle eljárás ismeretes. Ez a többféleség részben a különböző lámpagyártó cégek egymástól eltérő eljárásait jelenti, részben ugyanazon cég is jelentős technológiai változtatásokat produkált a nátriumlámpa mintegy 40 éves története során.

Tulajdonságok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fénytechnikai tulajdonságok

A nagynyomású nátriumlámpa a Magyarorszgáon gyártott legnagyobb fényhasznosítású fényforrás. A fényhasznosítás értéke típustól függően 80-150 lm/W. A standard lámpa a bejuttatott elektromos energiának 30-32%-át hasznosítja fény formájában, a többi hővé alakul, melyből kb. 6% fordítódik az elektródok fűtésére.

A lámpa spektruma (így színvisszaadása és színhőmérséklete is) a plazmát alkotó három elem (nátrium-higany-xenon) parciális nyomásának függvénye. A nátriumgőz nyomásának növelésére a színvisszaadás javítható és a színhőmérséklet emelhető, ugyanakkor a fényhasznosítás csökken. A higanynak szintén van színmódosító hatása, a szükségesnél kevesebb higany a zöld felé, a több pedig a vörös felé tolja el a színességet. A xenontartalom növelése (~3kPa-ról 30kPa-ra) előnyösen befolyásolja a lámpa fényének spektrális eloszlását. A színkép olyan vonalakkal gazdagodik, amelyek közel vannak a szemérzékenységi görbe maximumához, mind a színhőmérséklet, mind a színvisszaadási index emelkedik.

Néhány lámpatípus fénytechnikai adatai:

Lámpa megnevezés Kezdeti fényáram [lm] Színvisszaadási index Korrelált színhőmérséklet [K]
világos csőburás 27500 25 2000
elliptikus diffúzburás 26000 25 2000
elliptikus diffúzburás (javított színvisszaadású) 22000 60 2200

Élettartam

Nagynyomású nátriumlámpa üzemeltetése

A nagynyomású nátriumlámpák élettartam szempontjából igeny előnyösek, típustól függően 12000-28500 óra az átlagos élettartamuk. Az élettartam alakulására is kedvezően hatott a xenon-nyomás emelése; kisebb lett az elektron-párolgás és a kisülőcső végeinek feketedése, valamint csökkent a hődisszipáció mértéke is. Így adott fényáramcsökkenés hosszabb üzemidő után következik be.

Üzemelési tulajdonságok

A nagynyomású nátriumlámpák bekapcsolásához általában szükség van gyújtókészülékre. A gyujtófeszültség nagysága típus-, és teljesítményfüggően 2,3-5,5 kV. bekapcsolás után 6-7 perc (1000W-osnál 8-9 perc) szükséges az üzemi fényáram eléréséhez és a kisülés stabilizálódásához. Kikapcsolás után az újragyújtásig tartó idő lámpa-, és a gyujtó típusátl függ (elektronikus gyújtás esetén ez az idő lerövidül). A hálózati feszültség változása a nátriulámpa elektromos és fénytechnikai jellemzőit a többi nagynyomású kisülőlámpához hasonlóan befolyásolja. A lámpa tényleges élettartamának a végét a gyújtáskészség megszűnése, illetve a periódikusan ismétlődő kialvás-, és újragyújtás jelenti.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Poppe Kornélné - Dr. Borsányi János: Világítástechnika I. BMF KVK 2024, Budapest 2005.