Posvitime.cz - světla, osvětlení, svítidla a příslušenství.  

• Úvod
• O nás
• Světelné studio
• Jak nakupovat
• Články
• Kontakty

GE CMH ®ConstantColor Keramické metalhalogenidové výbojky s vysokým výkonem

V obchodní nabídce BRILUM se objevil široký sortiment profesionálních světelných zdrojů výrábě-ných firmou GE Lighting – lineární a kompaktní zářivky a vysokotlaké výbojky.Světelné zdroje tohoto renomovaného výrobce doporučujeme k používání se svítidly z nabídky ELGO a BRILUM.Stanovený systém slev pro obchodní partnery zůstává zachován.

Metalhalogenidové lampy se objevily již v 60. letech minulého století jako zásadní modernizace rtuťových lamp. Ve srovnání s nimi měly podstatně vyšší světelnou účinnost a rovněž nesrovnatelně lepší barvu světla.

Díky rozvoji materiálového inženýrství vznikly v té době rovněž první vysokotlaké sodíkové lampy s hořáky vyrobenými z keramického materiálu - polykrystalického oxidu hlinitého.

Vysokotlaké sodíkové lampy sice mají výbornou světelnou účinnost, která dosahuje až 150 lm/W a splňují požadavky na úsporu energie, např. u pouličního osvětlení, ovšem barva světla vydávaného těmito lampami ne vždy vyhovuje představám uživatelů. Součinitel podání barev těchto lamp činí Ra 25 a všechny barvy pozorované ve světle vysokotlakých sodíkových lamp jsou v podstatě odstínem bronzově hnědé barvy s různým stupněm sytosti.

V případě iluminačního osvětlení, jehož účelem je zdůraznění barev architektonických objektů v noci, nebo u osvětlení typu high bay v průmyslu nesplňují vysokotlaké sodíkové lampy požadavky návrhářů osvětlení nebo kritéria kvality světla potřebného např. při montáži drobných prvků v průmyslu.

Řešením je v těchto případech využití metalhalogenidových lamp s rovněž velmi vysokou světelnou účinností, která dosahuje hodnoty až 120 lm/W, jejichž světlo se zároveň vyznačuje dobrým součinitelem podání barev Ra od 80+ do 90+.

Tyto lampy však měly určitou vadu, konkrétně šlo o to, že barva světla těchto lamp byla nestabilní a v průběhu provozu se podstatně měnila.

Hořák (u tehdejších, současných a nadále vyráběných metalhalogenidových lamp), v němž probíhá vysokotlaký výboj generující viditelné světlo, je vyrobený z křemenného skla. Horní mez provozní teploty pro křemenné sklo v metalhalogenidových lampách činí cca 950° C. V této teplotě již halogenidy začínají reagovat s křemenným sklem a samotné křemenné sklo v této teplotě podléhá zakalení, nazývanému také devitrifikace. V důsledku tohoto procesu se mění chemické složení směsi halogenidů uvnitř hořáku. Druhým jevem, který má velký vliv na funkci metalhalogenidových lamp, je problém udržení termodynamické rovnováhy výboje v hořáku. Udržení stabilní koncentrace atomů kovů vzácných zemin (neboli hustoty par halogenidů kovů) ve výboji, zvláště v lampách s nízkým výkonem, je technicky velmi obtížný úkol. Páry halogenidů kovů v křemenném hořáku jsou s ohledem na teplotní omezení nasycenými parami a v tom případě je jejich hustota, a tedy parciální koncentrace jednotlivých halogenidů kovů, exponenciální funkcí teploty. To znamená, že nevelká změna teploty stěn hořáku vyvolává zásadní změnu koncentrace parciálních par halogenidů kovů, což má obrovský vliv na změnu spektra světla generovaného v důsledku výboje.

Používané způsoby tepelné izolace tzv. studených bodů hořáku za účelem udržení stabilní a pokud možno co nejvyšší teploty stěn hořáku vyrobených z křemenného skla nejsou natolik účinné, aby zastavily změny složení halogenidů uvnitř hořáku a probíhající změnu určeného bodu termodynamické rovnováhy výboje.

Po určité době provozu lamp se to nejčastěji projeví změnou barvy emitovaného světla a změnou součinitele podání barev.

Jde tedy o vadu, která u reklamního či iluminačního osvětlení není pro uživatele přijatelná.

Uvedený problém se vyřešil díky použití stejného keramického materiálu, který se využívá u vysokotlakých sodíkových lamp i v hořácích lamp metalhalogenidových.

Zásadní výhodou použití keramického materiálu v konstrukci hořáku metalhalogenidových lamp je možnost zvýšení teploty stěn hořáku na cca 1050° C. V této teplotě se halogenidy kovů zcela vypařují a páry halogenidů se ve výboji vyskytují v nenasycené podobě.

V takové situaci je závislost hustoty par halogenidů lineární funkcí teploty, což znamená, že relativně velké změny teploty mají malý vliv na změnu koncentrace atomů kovů vzácných zemin v oblasti výboje.

Výboj probíhající v hořáku s vyšší teplotou stěn při-náší rovněž lepší efekt energetické přeměny, a tedy vyšší světelnou účinnost. Umožňuje také dosažení vyššího součinitele podání barev, tzn. Ra 80-95 v závislosti na teplotě barvy. Keramika, z níž je hořák vyroben, reaguje s halogenidy v podstatně menší míře než křemenné sklo a jejich složení zůstává při provozu lampy prakticky neměnné. Na grafu 1 je uvedeno srovnání světelných parametrů lamp s křemenným a keramickým hořákem ve funkci teploty tzv. nejstudenějšího bodu hořáku.

Rovněž opakovatelnost rozměrů hořáků vyrobených z polykrystalického oxidu hlinitého je podstatně lepší než opakovatelnost rozměrů u hořáků vyrobených z křemenného skla. Proto je také rozptyl počátečních parametrů keramických lamp podstatně nižší. Na obr. 2 jsou znázorněná pole rozptylu trichromatických souřadnic pro křemenné lampy a keramické lampy a dále jejich změna po 4000 hod. provozu.

Zásadní vlastností keramických lamp je rovněž jejich provozní spolehlivost.Přestože keramika z polykrystalického oxidu hlinitého pouze v nepatrné míře reaguje s halogenidy kovů, můžeme pozorovat, že na provozní spolehlivost hořáku, který pracuje ve velmi vysoké teplotě a výjimečně agresivním chemickém prostředí, má hlavní vliv koroze keramického materiálu a všeobecně používaných těsnicích materiálů v podobě tzv. glazur.

Na obr. 1 je znázorněn keramický hořák, na kterém je výrazně vidět horní zkorodovanou část keramického hořáku keramické metalhalogenidové lampy (foto-grafie byla pořízena pomocí rentgenového přístroje).

Za účelem omezení tohoto jevu došlo ke změně technologie výroby nejcitlivějšího prvku hořáku, tj. vakuotěsného spojení prvků, které hořák uzavírají - tzv. keramických zátek s keramickou trubičkou.

 

Na obr. 2 je znázorněn výboj probíhající v oblasti keramického hořáku, uzavřeného dvěma prvky v podobě keramických tvarovek bez použití pomocného těsnicího materiálu v podobě glazury. Těsně zasunuté keramické prvky uzavírají trubičku hořáku a při procesu spékání ve vysoké teplotě se vzájemně spojují díky nárůstu zrn polykrystalického oxidu hlinitého na hranách. Výsledkem tohoto procesu je prakticky monolitická konstrukce keramického hořáku s vysokou odolností proti korozivnímu působení halogenidů kovů vzácných zemin ve vysoké teplotě. Tato konstrukce hořáku s opakovatelnými rozměry, stejně jako přesné dávkování halogenidů, umožnilo zvýšit životnost keramických lamp GE CMH ConstantColor na 20 000 hod.

Z dalších testů keramických lamp v laboratořích GE vyplývá, že pro některé typy lamp může být tato životnost ještě delší.

GE Consumer & Industrial vyrábí metalhalogenidové keramické lampy s názvem CMH ConstantColor®, které v oblasti keramických lamp běžně dostupných na trhu reprezentují nejširší výkonovou řadu od 20 W do 400 W. Různé výkony a tvary keramických lamp, které vyrábí GE, umožňují podstatné rozšíření oblasti jejich využití.

K silničnímu a průmyslovému osvětlení nabízí GE ucelenou řadu lamp na objímkách typu E s výkonem 70, 100, 150, 250 a jako jediná firma rovněž lampy s výkonem 400 W. Tyto lampy se vyrábějí ve válcových průhledných baňkách a elipsovitých rozptylujících baňkách.

Na obr. 3 jsou znázorněny lampy GE CMH ConstantColor s výkonem 70 W a 250 W s objímkami typu E.

Lampy na objímkách typu E se mohou používat ve svítidlech pro vysokotlaké sodíkové lampy bez jakékoliv záměny prvků napájecího systému.

Díky nahrazení lamp HPS keramickými lampami ve stávajících svítidlech lze jednoduše změnit tvář celého města nebo jeho vybrané části prostřednictvím změny žluté barvy světla sodíkových lamp na bílé světlo s vysokým součinitelem Ra.

Nárůst cen elektrické energie vyvolal velký zájem o tzv. systémy redukce výkonu v instalovaných pouličních svítidlech. Tyto systémy pracují na bázi změny parametrů napájení lampy ve svítidle v určené době. Nejčastěji jde o redukci parametrů napájení (proudu lampy) v době menší intenzity silničního provozu, např. po 1:00 hodině v noci až do svítání.

Lampy GE CMH ConstantColor lze provozovat s napájecími systémy, v nichž existuje možnost redukce výkonu lampy až na 50 % výkonu nominálního. V podobném případě je třeba samozřejmě počítat s určitým snížením teploty barvy lamp a součinitele podání barev Ra. Na grafu 3 je znázorněna změna teploty barvy a součinitele podání barev Ra pro lampy GE CMH ConstantColor s výkonem 150 W.

Při tak zásadní změně podmínek napájení vzniká otázka, v jaké míře má redukce výkonu v sekvenčním systému vliv na životnost a provozní spolehlivost keramických lamp a dále jaké podmínky musí splňovat napájecí systém, aby při změně výkonu lampy nedocházelo ke snížení životnosti keramických lamp.

Zkoušky životnosti keramických lamp prokázaly, že nejvhodnějším programem je zapínání lampy při plném nominálním výkonu. V nastaveném čase je třeba postupně snižovat výkon celého systému na zadanou hodnotu, následně po ukončení naprogramované doby provozu se sníženým výkonem zvýšit výkon systému opět na nominální hodnotu a po krátkém provozu (do 10 min) vypnout napájení. Průběh takového časového programu provozu keramické lampy je znázorněn na grafu 4.

Pro provozní systémy keramických lamp s funkcí sníženého výkonu jsou nejvhodnější elektronické předřadníky s volbou „dimming” (stmívání).

V současnosti je v naší zemi stále populárnější zkrášlování noční tváře města díky iluminaci architektonických objektů. Základním typem svítidel používaných pro iluminaci jsou širokoproudé projektory,v nichž se jako světelné zdroje používají převážně metalhalogenidové lampy s výkony 250 W a 400 W.

Použití keramických metalhalogenidových lamp je v těchto případech jedinou možností, jak stabilně udržet stejný odstín bílé barvy ve velké skupině projektorů, což má zásadní vliv na estetiku osvětlení architektonických objektů s velkými bílými plochami stěn.

Metalhalogenidové lampy se velmi často využívají ve velkých osvětlovacích instalacích typu „high bay”, a to především v průmyslu, a dále v osvětlovacích systémech velkých obchodních prostor. Obrovské skladové a montážní haly, v nichž se provádějí přípravné operace k expedici produktů nebo např. montáže součástek vyráběných zařízení a strojů, vyžadují osvětlení s vysoce kvalitním bílým světlem se stabilní barvou. A právě v takovém případě je nejlepším řešením použití keramických metalhalogenidových lamp.

Chtěl bych ještě upozornit na dost zásadní omezení, se kterým jsme se setkávali u tohoto typu osvětlení ještě nedávno. Svítidla typu „high bay” musela být uzavřená z důvodu rizika souvisejícího s možností prasknutí hořáku lampy, především v důsledku překročení doporučené doby provozu bez provedení výměny lampy za novou, ačkoliv se ta původní stále jevila jako dobrá a nadále funkční. V katastrofálním případě by mohlo dojít rovněž k poškození vnější baňky lampy, a pokud by svítidlo bylo otevřeného typu, padaly by úlomky skla a velmi horké součásti hořáku dolů, takže by mohlo dojít ke zranění osob, které se nacházejí poblíž, nebo ke vzniku požáru.

Takto extrémní ukončení provozu metalhalogenidové lampy souvisí s tzv. usměrňovacím efektem lampy.

Po překročení nominální životnosti, kterou určil výrobce, vystupuje v systému lampa - předřadník (magnetický) výrazná konstantní složka. Stejnosměrný proud, který prochází obvodem s magnetickým předřadníkem, vyvolává předmagnetování jádra předřadníku a velký, někdy i několikanásobný nárůst napájecího proudu lampy. Tak velký proud lampyzpůsobuje zvýšení napětí v oblasti elektrod a náhlé prasknutí hořáku lampy.

GE Lighting nedávno uvedlo na trh nový typ keramické lampy, jejíž hořák je vybaven krytem proti tříštění, s názvem CMH „Open Rated”, kterou lze použít v otevřených svítidlech. Lampa GE CMH „Open Rated” je znázorněná na obr. 4.

Zavedení nové technologie keramických hořáků od GE Lighting umožnilo rozšíření řady keramických metalhalogenidových lamp o lampy s vysokým výkonem.

Tyto lampy ideálně vyhovují požadavkům těch projektantů, pro které je bílé světlo se stabilní barvou a velká světelná účinnost nezbytná k realizaci venkovního osvětlení. Stále častěji se tyto lampy také využívají v pouličním osvětlení, které odhaluje a podtrhuje barvy, jež nás obklopují při noční procházce městem.

Zbigniew Skoczek

GE Power Controls Sp. z o.o.