Порівняльні дослідження компактних люмінесцентних ламп різних торговельних марок в режимі частих циклів запалювання

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Одним із магістральних шляхів економії електроенергії (ЕЕ) в житловому секторі є використання компактних люмінесцентних ламп (КЛЛ) для прямої заміни ламп розжарювання (ЛР) [1]. Однак, як неодноразово відзначалося в різних літературних джерелах, КЛЛ іще не набули такого широкого використання для освітлення житлових приміщень, як очікувалось. Крім високої (в порівнянні з ЛР) їх вартості однією з найголовніших проблем залишається якість КЛЛ, зокрема їх надійність [2-5]. Значна частина ринку України (більше 30 %) наповнена лампами, які не в повній мірі відповідають вимогам нормативно-технічних документів і задекларованим в каталогах та індивідуальний упаковці характерникам. Перш за все викликає недовіру у споживачів саме надійність - при декларованих строках служби 5-8 років (10-15 тис. годин) значна частина ламп різних торговельних марок виходять з ладу за перший рік експлуатації. Це часто викликає так звану «зворотню розкрутку», коли ошуканий споживач викручує із світильника КЛЛ і вкручує звичну дешеву ЛР. Тому для довгострокової перспективи випровадження в житловому секторі КЛЛ необхідно створити бар'єр для проникнення на ринок низькоякісних КЛЛ і створити умови для підвищення їх якості як вітчизняними виробниками, так і імпортерами (які переважно і насичують ринок України часто не зовсім якісною продукцією із південно-східного регіону).

Метою даної роботи є дослідження надійності КЛЛ різних торговельних марок на надійність шляхом випробування їх на кількість запалювань та пошуки закономірностей для розробки методики прискорених ресурсних випробувань КЛЛ із приєднаними електронними пускорегулюючими апаратам (ЕПРА).

Ця комплексна робота передбачала дослідження і інших характеристик КЛЛ, результати яких частково опубліковані в роботах [4,5].

Досліджувалися лампи торговельних марок «Космос», «Elektrum», «Maxus», «Delux», «Visson» та «Люммакс» (вітчизняного виробника). Ресурсні параметри КЛЛ порівнювали в режимах частих вмикань на спеціально виготовленому стенді при напрузі живлення 220 В ± 2 В з циклом роботи 10 с - час горіння, 50 с - час охолодження. Стенд обладнаний лічильниками для фіксації кількості циклів кожної лампи. Всі 6 партій ламп, закуплених через торговельну мережу м. Полтави (по 5 ламп в кожній партії) випробовувалися та вимірювались одночасно при однакових умовах. В роботі використовувалися стандартні методи дослідження світлотехнічних, електричних та спектральних характеристик розрядних ламп [9, 10].

Відомо, що ресурсні характеристики КЛЛ залежать від багатьох факторів, в тому числі від довговічності катодів. В цих лампах використовуються катоди, принцип дії та конструкція яких описані в [6,7]. Причини деградації емісійної спроможності катодів різні в різні періоди роботи лампи. В пусковий період руйнування оксидного шару електродів в основному пов'язане з розпиленням активної речовини іонами, прискореними в області катодного падіння тліючого розряду. Стадія тліючого розряду завжди виникає в пусковому режимі, однак її тривалість буває різною і залежить вона, в основному, від часу нагрівання катодів до необхідної температури. Від температури катодів залежить їх електронна емісія і, відповідно, катодне падіння - при підвищенні температури емісійного покриття катодне падіння напруги знижується, що приводить до зниження енергії іонів, які бомбардують емітерне покриття катодів. Чим більше триває стадія тліючого розряду, тим більше катоди піддаються бомбардуванню іонами і руйнуються. В амальгамних лампах стадія тліючого розряду триває довше, ніж у звичайних ртутних. Це пов'язано з тим, що тиск парів ртуті у амальгамних ламп нижчий і підвищується значно повільніше, ніж у ртутних (ртуть виходить із амальгами в міру її нагрівання). Внаслідок цього в перший період тліючий розряд горить в суміші буферних інертних газів, потенціал іонізації яких значно вищий, ніж у ртуті, тому катодне падіння і, відповідно, енергія бомбардуючих іонів в «холодних» амальгамних лампах вища, ніж в лампах з чисто ртутним наповненням. Період тліючого розряду зростає і при так званому «холодному» запалюванні ламп - в режимі без попереднього підігрівання катодів. Для ламп з попереднім підігріванням катодів за даними [8] суттєва зміна струму підігрівання проходять в перші 0,5 с роботи ЕПРА, після чого він стабілізується. Оптимальний час підігрівання катодів КЛЛ за даними провідних виробників ламп знаходиться в інтервалі 0,5-2 с.

Так як ресурсні характеристики люмінесцентних ламп залежить від умов запалювання - з попереднім пігріванням катодів чи без нього - нами проведено дослідження всіх партій ламп на наявність попереднього підігрівання. Вимірювання часу підігрівання катодів здійснювали на установці, схема якої приведена на рис. 1

Рис. 1. Схема установки для вимірювання часу попереднього нагрівання катодів при запалюванні КЛЛ: ПК - комп'ютер; АПЦ - аналого-цифровий перетворювач; Р - реле; Л - лампа; ФП - фотоприймач; П - підсилювач

Час попереднього підігрівання катодів КЛЛ визначається наступним чином. Електричний сигнал від фотоприймача ФП на аналого-цифровий приймач АЦП подається одночасно з приєднанням випробної лампи (через реле Р) до мережі живлення. При відсутності в конструкції КЛЛ кола попереднього підігрівання катодів її запалювання відбувається за соті долі секунди і форма залежності світлового потоку від часу в пусковий період буде мати вигляд, показаний на рис. 2а. При наявності попереднього підігрівання катодів (в рекомендованих межах 0,5-2 с.) форма залежності матиме вигляд схожий на рис. 2б.

Рис. 2. Залежність світлового потоку КЛЛ від часу (в пусковий період): а - для КЛЛ без попереднього підігрівання катодів (лампа торговельної марки «Космос»), б - для КЛЛ з попереднім підігрівання катодів (лампа торговельної марки «Електрум»). Ціна поділки на осі абсцис - 0,022 с.

люмінесцентний лампа катод електроенергія

В таблиці 1 приведена характеристика схеми запалювання цих ламп та усереднені значення часу попереднього підігрівання катодів.

Таблиця 1. Середні значення часу попереднього підігрівання катодів КЛЛ різних торговельних марок

Світлові та електричні параметри ламп вимірювали після 10, 100 год. горіння, а також після 2000 та 5000 циклів запалювання. Результати вимірювання при номінальній напрузі живлення 220 В приведені в таблиці 2. Результати ресурсних випробувань КЛЛ на кількість запалювань приведені в табл. 3. Після виходу з ладу розрядні трубки від'єднувались від ЕПРА і досліджувались причини відмов лампи - руйнування катодів чи вихід з ладу ЕПРА Результати аналізу також приведені в табл. 3.

Таблиця 2. Середні значення світлових та електричних характеристик КЛЛ різних торговельних марок

Таблиця 3. Результати випробувань компактних люмінесцентних ламп різних торговельних марок на довговічність (за результатами циклів роботи)

Дослідження показали, що із шести досліджених партій запалювання проходить з попереднім підігріванням катодів у ламп торговельних марок «Visson», «Люммакс», «Electrum». У ламп «Люммакс» та «Electrum» час підігрівання катодів складає 0,5-2 с (в рекомендованих межах). Лампи торговельної марки «Visson» мають час підігрівання приблизно 0,3 с, а лампи торговельних марок «Космос», «Maxus» та «Delux» запалюються без попереднього підігрівання катодів («холодний» старт).

Розрядні трубки ламп з попереднім підігріванням катодів протягом часу більшого 0,5 с («Люммакс», «Electrum») показали більш високу надійність в порівнянні з розрядними трубками, які мають «холодний» старт. Трубки ламп «Люммакс» та «Electrum» зберегли працездатність після 20 тис. циклів. Що стосується ламп з «холодним» стартом, то вони всі вийшли з ладу до 10 тис. циклів. Крива виходу ламп з ладу торговельної марки «Visson», які мають нижчий рекомендованого час попереднього підігрівання катодів (0,3 с) близька до кривих для ламп з «холодним» стартом. Слід також відзначити, що в лампах торговельних марок «Космос» та «Electrum» мали місце відкази ЕПРА (відповідно 2 із 5 та 3 із 5ламп);

Електричні та світлові характеристики КЛЛ з попереднім нагріванням катодів та КЛЛ з «холодним» стартом до 5 тис. циклів відрізняються не суттєво. Для вивчення закономірностей змінення споживних властивостей КЛЛ різних конструкцій в процесі експлуатації потрібні дослідження на більшій кількості ламп при різних режимах запалювання та горіння;

Потрібні додаткові дослідження ЕПРА, які використовуються в КЛЛ різних торговельних марок. Той факт, що в 2-х досліджуваних партіях до 10 тис. циклів запалювань вийшли із ладу приблизно 50 % КЛЛ із-за відмов ЕПРА свідчать про існуючу проблему їх надійності;

При перевагах в стабільності світлового потоку амальгамні лампи в порівнянні з ртутними лампами більш чутливі до багаторазових вмикань так як мають більш жорсткий для катодів пусковий режим (через більш тривалий період тліючого розряду). Тому амальгамні лампи доцільно використовувати в офісах, промислових підприємствах, під'їздах житлових будинків та інш., де число вмикань протягом їх експлуатації буде меншою, ніж в житлових приміщеннях. Про переваги і особливості амальгамних ламп, а також рекомендаціях по ефективному їх використанню доцільно інформувати споживачів в інструкціях по експлуатації до цих ламп.

Висновки.

1. КЛЛ з попереднім нагріванням катодів при запалюванні більш надійні при експлуатації в режимах частих вмиканнях ламп в порівнянні з «холодним» запалюванням. Очевидно, що отримані результати із-за незначної кількості випробуваних ламп не можуть використовуватись для остаточного висновку про надійність та якість ламп цих торговельних марок. Дослідження будуть продовжуватись, але уже зараз можна зробити ряд попередніх пропозицій:

– для КЛЛ з приєднаними ЕПРА доцільно вказати на упаковці ресурс не тільки в годинах, але і в кількості циклів запалювання.

– в житлових приміщеннях (де лампи часто вмикаються і вимикаються) доцільно використовувати лампи з попереднім підігріванням катодів;

– лампи з «холодним» стартом можуть бути рекомендовані для використання тільки в таких сферах, де вони при тривалому часі горіння рідко вмикаються (1-2 рази на добу). Такі лампи (в порівнянні з КЛЛ з попереднім нагріванням) мають бути дешевшими.

2. Враховуючи актуальність проблеми якості КЛЛ потрібні розробки прискорених методик виявлення фальсифікації, оцінки надійності та якості КЛЛ.

3. Рекомендувати виробникам та імпортерам проводити добровільну сертифікацію енергоекономічних КЛЛ на відповідність споживчих характеристик задекларованим даним.

Література

1. Айзенберг Ю.Б. Энергоснабжение и техническая политика в области освещение // Светотехника. - 2005. - №6. - С. 4-9

2. Лебо Б., Цисис Г. Стратегия действий по повышению качества компактных люминесцентных ламп с целью вытеснения ламп накаливания // Светотехника. - 2007. - №4. - С.64-69

3. Кожушко Г.М., Басова Ю.О. Проблеми переходу на освітлення житлових приміщень енергоекономічними джерелами світла: вартість, якість, безпека // Світлолюкс. - 2008. - № 5-6. - С. 74-77; С. 76-78

4. Кожушко Г.М., Басова Ю.О., Іванов В.М. Дослідження ефективності та якості компактних люмінесцентних ламп побутового призначення // Мат. міжнар. наук.-практ. конф. “Товарознавство і торговельне підприємництво: фахова професіоналізація, дослідження, інновації. - К.: Київ. нац. торг.-екон. ун-т, 2009. - С. 213-215

5. Дослідження споживних властивостей компактних люмінесцентних ламп різних торговельних марок, присутніх на ринку України / Кожушко Г.М., Басова Ю.О., . Проценко В.М. Іванов В.М., Шпак С.В // Мат. ІІІ Міжн. наук.-техн. конф.„Сучасні проблеми світлотехніки” - Харків: СПС, 2009. - С. 34-36

6. Уеймоус Д. Газорозрядные лампы. - М.: Энергия, 1977. - 344 с.

7. Рохлин Н.Г. Розрядые источники света. - М.: Энергоиздат, 1991. - 720 с.

8. Васильев А.И., Василяк Л.М., Костюченко С.С., Кудрявцев Н.Н., Соколов Д.В., Старцев А.Ю. Влияние пускового режима на срок службы электродов мощных амальгамних ламп низького давления // Светодехника. - 2009. - № 4. - С. 4-9

9. ГОСТ 17616-82 Лампи электрические. Методы измерения электрических и световых параметров. - М.: Издательство стандартов, 1982. - 46 с.

10. ГОСТ 12198-94 Лампи электрические. Методы измерения спектральных и цветовых характеристик параметров.

Размещено на Allbest.ru