Zářivka: zařízení, princip činnosti, typy, označení

Mezi obrovskou rozmanitostí umělých osvětlovacích zařízení zaujímají zářivky významné místo. Tento typ osvětlovacích zařízení byl poprvé představen v roce 1938 a konkuroval tehdejším jediným monopolistům, žárovkám. Od té doby jejich konstrukční prvky prošly významnými změnami a vylepšeními, díky nimž se zářivky staly energeticky úspornými. Abychom však pochopili všechny výhody a nevýhody a seznámili se s vlastnostmi jejich použití v každodenním životě a průmyslu, budeme tento typ osvětlovacích zařízení podrobně prostudovat.

Zařízení a princip činnosti

Konstrukčně jsou zářivky skleněnou baňkou, jejíž vnitřní povrch je potažen speciálním složením – fosforem. Skládá se z halofosforečnanu vápenatého a dalších nečistot, některé varianty obsahují prvky vzácných zemin – terbium, europium nebo cer, ale takové kombinace jsou poměrně drahé.

Během fáze výroby se z žárovky odčerpá veškerý vzduch a nádoba se naplní směsí inertních plynů, nejčastěji argonu, a rtuťových par. Chemické složení inertních plynů i fosforu se liší v závislosti na modelu lampy. Uvnitř plynné směsi se nachází wolframové vlákno, které je pokryto emisní vrstvou.

Princip fungování takové energeticky úsporné žárovky je založen na následující posloupnosti elektrochemických procesů:

• Na kontakty rtuťové výbojky je přivedeno napájecí napětí, což způsobuje tok elektrického proudu v obvodu vlákna.
• Když protéká elektrický proud, z povrchu nitě se začnou šířit tepelná energie a částice emitoru, které aktivují inertní plyn a způsobují uvolňování ultrafialového záření.
• Záře plynů má relativně nízké procento viditelného spektra, protože většina z něj spadá na ultrafialové vlny. Když však ultrafialové záření dosáhne skleněné baňky výbojky, aktivuje se fosfor a následně září.

Spektrum zářivek se může pohybovat v poměrně širokém rozmezí. Volba odstínů zářivek v osvětlovacích zařízeních se provádí změnou procentuálního poměru hořčíku a antimonu ve složení fosforu.

Důležitým bodem je také indikátor teploty, proto hodnota dodávaného napětí a protékajícího elektrického proudu musí mít pro každý průměr žárovky konstantní hodnotu. Právě přísné dodržování elektrických charakteristik ve vztahu k jejím geometrickým parametrům u zářivky umožňuje dosáhnout požadované barvy a jasu záře.

Odrůdy

Veškerá rozmanitost zářivek se vyznačuje poměrně širokým rozsahem parametrů. V rámci tohoto článku se však budeme zabývat těmi nejvýraznějšími z nich.

V praxi se v závislosti na tlaku plynu uvnitř baňky rozlišuje mezi vysokotlakými a nízkotlakými výbojkami:

• Vysoký tlak – takové zářivky produkují hustý světelný tok sytých barevných odstínů. Používají se v poměrně výkonných modelech s nominální hodnotou 50 až 2000 W a vyznačují se životností 6 tisíc až 15 tisíc hodin.
• Nízký tlak – vyznačuje se relativně nízkou hustotou plynu v nádobě a používá se k osvětlení místností v domácnostech nebo ve výrobě.

Podle tvaru baňky úsporné žárovky může mít žárovka klasický hruškovitý tvar se skleněnou spirálou uvnitř, podlouhlý protáhlý tvar, typ spirálové trubice stočené kolem osy, prstencový tvar a další tvary.

Podle provedení patice existují zářivky se standardní paticí E s číselným označením udávajícím průměr samotné patice zdroje výboje. G – pin, u kterého číslo za písmenným označením udává vzdálenost mezi kontakty a před ním počet párů kontaktů. Můžete také najít modely s paticí W a F, ale ty se používají poměrně zřídka.

Podle teploty chromatičnosti zářivek se rozlišují zářivky s teplým žlutým a studeným modrým spektrem. Existují také možnosti neutrální barvy zářivek. Teploty chromatičnosti se volí podle daných úkolů: teplé pro bydlení, studené pro průmyslové objekty.

značkování

Systém označování zářivek určuje jejich základní parametry. V závislosti na zemi výroby se však budou lišit i normy označování. Pro srovnání zvážíme obě možnosti označování na příkladu domácích i zahraničních výrobců.

Vlastenecký

Domácí značení zahrnuje alfanumerické označení, které obsahuje čtyři pozice pro písmena a jednu pro číslice. Například: LBCC-60.

První písmeno v označení L znamená lampu. Druhá pozice je složitější, může být vyjádřena jednou nebo dvěma kombinacemi písmen, označuje indexy podání barev, možné jsou následující možnosti:

• D – denní spektrum;
• HB – studená bílá záře;
• B – bílá;
• TB – teplá bílá;
• EB – přirozené spektrum bílé;
• UV – ultrafialové spektrum;
• G – modrá;
• C – modrý odstín;
• K – červené spektrum záření;
• Ž – žlutý odstín
• Z – zelená.

Třetí pozice určuje kvalitu podání barev, ale k dispozici jsou pouze dvě možnosti: C – vylepšená kvalita nebo CC – obzvláště vysoká kvalita, která se často používá v dekorativním osvětlení.

Čtvrtá pozice označuje konstrukci svítidla. Existuje pět hlavních pozic:

• A – typ amalgámu;
• B – s rychlým startem;
• K – typ kroužku;
• R – reflektorové lampy
• U – tvar U.

Zahraniční

Zářivky zahraničního designu mají identický princip značení. Na začátku je uveden výkon produktu ve wattech, snadno se pozná podle latinského písmene W.

Typ záře je určen digitálním kódem s písmenným vysvětlením v angličtině:

• 530 je teplý tón zářivek, ale s relativně špatným podáním barev;
• 640/740 – ne tak docela studené, ale blízko tomu s průměrnou úrovní podání barev;
• 765 – modrý odstín s průměrným podáním barev;
• 827 – blízká žárovce, ale s dobrým podáním barev;
• 830 – blízké halogenové žárovce, s dobrou úrovní podání barev;
• 840 – bílý odstín s dobrým podáním barev;
• 865 – spektrum denního světla s dobrým podáním barev;
• 880 – spektrum denního světla s vynikající propustností světla;
• 930 – teplý tón s vynikajícími barevnými parametry a nízkým světelným výkonem;
• 940 – studený tón s vynikajícím podáním barev a průměrným světelným výkonem.
• 954/965 – fluorescenční zařízení s kontinuálním spektrem.

Технические характеристики

Důležité technické vlastnosti zářivek jsou:

• Výkon lampy – pro klasické domácí potřeby se může pohybovat od 10 do 80 W, průmyslové modely mohou dosáhnout 2000 W;
• Jmenovité napětí – ve většině případů se používá napětí 220 V;
• Teplota barvy záře – pohybuje se od 2700 do 6500 °K;
• Světelná účinnost – množství emitovaného světelného toku na 1 W spotřebované elektřiny u zářivkových svítidel se pohybuje od 40 do 60 lm/W, existují však i účinnější modely;
• Rozměry – závisí na konkrétním modelu zářivky;
• Základní typ – E14 (minion), E27 (standardní velikost), typ s kolíkem G10 a G13 a další.

Vlastnosti připojení k síti

Vzhledem k obtížím spojeným s ionizací plynové mezery lze v zářivkách použít několik variant spínacího obvodu, což zjednodušuje zapálení výboje. Nejoblíbenější jsou elektrické obvody elektromagnetického a elektronického předřadníku, které budeme uvažovat níže.

Elektromagnetický předřadník

Je to nejstarší varianta používaná při spouštění zářivek se studenou katodou.

Jak vidíte, v tomto obvodu je lampa připojena přes elektromagnetickou tlumivku a startér. V okamžiku připojení napětí je startér, sestávající z bimetalické desky, obvodem s velmi nízkým odporem, takže proud v něm se výrazně zvyšuje, ale v důsledku tlumivky nedosahuje hodnoty zkratu. Tento proces spustí elektrický výboj v zářivce a při zahřátí se elektrody startéru rozpojí.

Elektronický předřadník

Tato metoda připojení zahrnuje použití speciálního autogenerátoru sestaveného na transformátoru a tranzistorového bloku schopného produkovat vysokofrekvenční napětí, což umožňuje světelný tok bez blikání.

Jak vidíte, hotová elektronická předřadníková jednotka pro napájení zářivek se používá v souladu se schématem zapojení, které je uvedeno přímo na těle výrobku.

Důvody selhání

Spotřebitelé, kteří se setkávají s problémem přerušení provozu zářivek nebo zhoršení jejich parametrů zářivky, si poměrně často kladou otázku, jak najít příčiny poruchy.

Nejčastější příčiny selhání zářivek jsou:

• vyhoření vlákna – charakterizované úplnou absencí záře;
• poškození integrity kontaktů také brání rozsvícení lampy;
• odtlakování baňky s následným uvolněním inertního plynu – charakterizované oranžovými záblesky;
• vyhoření startéru, porucha jeho kondenzátoru – blikání, nemožnost dlouhodobého startu, černá skvrna v blízkosti kontaktů;
• přerušení vinutí tlumivky nebo porucha na krytu – nezapíná se nebo se střídavě zapíná/vypíná během provozu zářivky;
• zkrat v objímce zářivky nebo jejích kontaktech – charakterizován blikáním, ale bez následného spuštění.

Výhody a nevýhody

Vzhledem k ostré konkurenci na trhu se zářivková svítidla obvykle porovnávají s provozními parametry lamp s jiným principem fungování.

Mezi výhody zářivkových zařízení patří:

• Docela vysoká účinnost, ve srovnání se stejnými žárovkami produkují o řád větší světelný tok na každý watt spotřebované elektřiny;
• Má několik možností barevného spektra, což umožňuje jeho použití k různým účelům;
• Životnost před poruchou je 10–15krát delší než u žárovek a halogenových žárovek;
• Docela široká škála designů – kompaktní, velké, protáhlé atd.

Zářivky však mají i mnoho nevýhod:

• Mnohem vyšší náklady;
• Přítomnost rtuti, která se při rozbití baňky dostane do okolního prostoru;
• I přeživší vyhořelé lampy vyžadují speciální likvidaci, což také s sebou nese dodatečné náklady;
• Stabilita provozu do značné míry závisí na teplotě a vlhkosti prostředí;
• Zářivky způsobují zvýšenou únavu očí při delším čtení nebo zrakovém namáhání;
• Ve srovnání s LED lampami se neobáváme mechanického poškození;
• Nereagují na klasické metody regulace jasu.

Aplikace

Seznam prostor, kam lze instalovat zářivky, je poměrně rozsáhlý. Nejčastěji je najdete v domácnostech nebo kancelářích jako hlavní osvětlení. V obchodech nebo nákupních centrech se instalují jako osvětlovací zařízení pro výlohy, stěny a další prvky interiéru a snadno nahradí neonové lampy. Často se s nimi setkáváme i při osvětlení chodeb a velkých prostor s protáhlými trubicovými zářivkami.

V průmyslovém sektoru se často používají jako lampy pro světlomety, které pokrývají velkou plochu. Zářivkové světlomety mají vynikající propustnost světla, a to i přes výškovou vzdálenost od osvětleného povrchu.

Mezi různými plynovými výbojkovými zdroji osvětlení zaujímají přední místo díky své široké oblibě nízkotlaké zářivky. Vyznačují se kvalitním spektrálním složením, vysokou světelnou účinností a dlouhou životností. Nejčastěji se používají lineární zářivky, které jsou svými rozměry vhodné pro použití v mnoha oblastech.

Design zářivky

Vysoká světelná účinnost je vytvářena obloukovým výbojem ve rtuťových parách v kombinaci s ultrafialovým zářením transformovaným ve fosforové vrstvě. Výsledkem je ve srovnání s běžnou žárovkou rovnoměrnější a stabilnější světlo, které je co nejblíže přirozenému světlu. Lineární zářivka je nízkotlaká plynová výbojka.

Hlavním konstrukčním prvkem je skleněná baňka o standardních průměrech 12, 16, 26 a 38 mm. V běžných lampách má rovný tvar, zatímco v kompaktních lampách se používá složitější konfigurace. Na koncích válce jsou skleněné nožky, hermeticky uzavřené do konců. Jsou navrženy pro umístění elektrod vyrobených z wolframového drátu. Elektrody jsou zase spojeny pájením s kolíky základny.

Ve vnitřním prostoru baňky se vytvoří vakuum, načež se vhání inertní plyn, nejčastěji argon. Do něj se přidává malé množství rtuti nebo slitiny rtuti. Povrch elektrod je potažen aktivními látkami obsahujícími oxidy barya, vápníku, stroncia a dalších prvků. Jejich provoz výrazně ovlivňuje pulzační koeficient.

Vlivem přiloženého napětí dochází v plynném médiu k výboji elektřiny, jehož hodnota je omezena součástmi předřadníku. Současně se z elektrod začne emitovat proud elektronů, které ionizují atomy rtuti. V důsledku toho se objeví viditelná záře a ultrafialové záření, neviditelné pro běžné vidění. Dále ultrafialové záření dopadá na fosforovou vrstvu pokrývající vnitřní povrch baňky. Pod jeho vlivem se ve viditelné části spektra objevuje světelné záření.

Viz také:
Kompaktní zářivky – přehled nejlepších výrobců

Lampa svítí díky elektrickému výboji (v menší míře) a luminiscenčnímu fosforovému povlaku, který vytváří většinu světelného toku. V závislosti na složení fosforu můžete získat jakoukoli barvu, od obyčejné bílé až po různé tóny a odstíny, jejichž počet se neustále zvyšuje.

Rozměry a účinnost

Aby se dosáhlo maximálního účinku elektrického výboje, musí být ve vnitřním prostoru baňky udržována určitá teplota. V tomto případě bude ultrafialové záření rtuťových par největší. Tento parametr přímo souvisí s průměrem baňky. Faktem je, že hustota proudu ve všech lampách by měla být přibližně stejná. Tento indikátor je určen vydělením aktuální hodnoty plochou průřezu skleněného válce.

V tomto ohledu jsou lampy s žárovkami stejného průměru, ale s různými příkony, schopny pracovat se stejným jmenovitým proudem. Mezi úbytkem napětí a délkou válce je přímá úměra, která určuje třídu energetické účinnosti. To znamená, že čím delší je lampa, tím vyšší je její výkon, což se jasně odráží na obrázku. Při průměru T5 a 13 tun bude délka 52 cm, 21 wattů – 85 cm, 28 wattů – 115 cm Průměr T8 a výkon 15 wattů odpovídá délce 44 cm.

Kvůli velkým rozměrům zářivek zpočátku nebyly příliš vhodné k použití, protože také vyžadovaly lampy s podobnými rozměry. Výrobci vždy chtěli tento poměr snížit pomocí různých metod. Pro dosažení instalovaného výkonu však nebylo možné jednoduše zkrátit délku žárovky a zvýšit vybíjecí proud. To by vedlo ke zvýšení teploty uvnitř baňky a zvýšení tlaku rtuťových par. S takovými parametry je světelná účinnost žárovek znatelně snížena.

Inženýrské myšlení se vydalo jinou cestou a velikosti produktů se zmenšily změnou jejich konfigurace. Dlouhé válce byly ohnuty napůl nebo spojeny do prstence, což umožnilo získat světelné zdroje ve tvaru U a prstence se zmenšenými rozměry bez ztráty výkonu. Současně bylo možné zvýšit účiník a snížit faktor zvlnění.

Problém byl nakonec vyřešen až s příchodem luminoforů odolných vůči vysokému elektrickému zatížení. V důsledku toho se průměr baněk výrazně zmenšil a dosáhl 12 mm. Celková délka lamp byla dále zkrácena opakovaným ohýbáním tenkých skleněných válců. Objevily se kompaktní produkty se stejnou vnitřní strukturou a principem činnosti jako konvenční lineární lampy.

Typy zářivek

Všechny standardní zářivky jsou rozděleny do dvou hlavních typů – vysokotlaké a nízkotlaké, které určují rozdíly a konstrukční vlastnosti každého z nich. Popis každého z nich je součástí návodu k obsluze.

První možnost představují lampy DRL, které jsou široce používány v pouličních lampách. Vyznačují se vysokým výkonem a nízkým podáním barev, proto se používají na velkých plochách, kde není vyžadována vysoká kvalita světla. Existují produkty se zvýšeným světelným výkonem a různými barvami. Používají se jako výkonné bodové světelné zdroje a dekorativní osvětlení, které zvýrazňují architektonické prvky budov.

Nejvíce ze všeho se ukázala být žádaná nízkotlaká zářivka, která se používá všude – v každodenním životě i ve výrobě. Většinou se jedná o výrobky válcového tvaru, které úspěšně nahrazují tradiční žárovky. V současné době je trh s elektronikou stále více naplněn kompaktními zářivkami. Bez ohledu na konstrukci všechny spolupracují s elektromagnetickými nebo elektronickými předřadníky, které snižují faktor zvlnění. Poslední možností je miniaturní elektronický obvod, který se vejde do patice lampy.

Startovací zařízení

Žádné typy plynových výbojek nelze přímo připojit k elektrické síti. Když jsou studené, mají vysokou úroveň odporu a vyžadují vysokonapěťový impuls k vytvoření výboje. Poté, co se v osvětlovacím zařízení objeví výboj, objeví se odpor se zápornou hodnotou. Chcete-li to kompenzovat, nemůžete to udělat pouhým zapnutím odporu v obvodu. To povede ke zkratu a poruše světelného zdroje.

K překonání energetické závislosti se společně se zářivkami používají předřadníky nebo předřadníky.

Od samého počátku až dosud se ve výbojkách používají zařízení elektromagnetického typu – EM předřadníky. Základem zařízení je tlumivka s indukční reaktancí. Je spojen společně se startérem, který zajišťuje zapínání a vypínání. Kondenzátor s vysokou kapacitou je zapojen paralelně. Vytváří rezonanční obvod, s jehož pomocí se tvoří dlouhý impuls, který rozsvítí lampu.

Významnou nevýhodou takového předřadníku je vysoká spotřeba energie induktoru. V některých případech je provoz přístroje doprovázen nepříjemným hučením, dochází k pulzaci zářivek, což negativně ovlivňuje vidění. Toto zařízení má velké rozměry a značnou hmotnost. Nemusí se spustit při teplotách pod nulou.

Všechny negativní projevy včetně pulzací zářivek byly překonány nástupem elektronického předřadníku – elektronických předřadníků. Místo objemných součástek jsou zde použity kompaktní mikroobvody na bázi diod a tranzistorů, což umožňuje výrazně snížit jejich hmotnost. Toto zařízení také dodává lampě elektrický proud, čímž její parametry nastavuje na požadované hodnoty a snižuje rozdíl ve spotřebě. Vytvoří se potřebné napětí, jehož frekvence se liší od síťového a je 50-60 Hz.

V některých oblastech dosahuje frekvence 25-130 kHz, což eliminuje mrkání, které negativně ovlivňuje vidění, a snižuje koeficient pulzace. Elektrody se zahřejí během krátké doby, poté se lampa okamžitě rozsvítí. Použití elektronických předřadníků výrazně zvyšuje životnost a běžný provoz zářivkových světelných zdrojů.

Parametry a značení lampy

Všechny typy zářivek mají své parametry a technické vlastnosti uvedené v označení výrobku. Jde především o ukazatele výkonu a barevného podání a také různé typy standardních velikostí.

V označení první písmeno L znamená svítilnu a následující písmena jsou charakteristikami a odpovídajícími parametry produktu:

• D – denní světlo.
• B – bílá.
• ХБ – studená bílá.
• TBC – teplá bílá.
• E – přírodní tóny.
• ON – studené přirozené světlo.
• G, K, Z, F, R – světlo různých barev a odstínů, které tabulka detailněji odráží.

Některé produkty mají písmeno Ts nebo TsTs, což odpovídá fosforu s vylepšeným podáním barev.

Digitální označení se používají podle mezinárodních standardů a obsahují tři číslice. První odpovídá kvalitě barevného podání, 2 a 3 značí barevnou teplotu zářivek. Čím vyšší je první číslo, tím lepší je kvalita podání barev. Zvýšením zbývajících čísel budou barevné odstíny chladnější.

Všechny zářivky mají následující rozměry a průměry odrazu: T5 – průměr 5/8 palce nebo 1,59 cm; T8 – 8/8 nebo celý palec 2,54 cm; T10 – 10/8 palce nebo 3.17 cm atd. Kolíkové patice jsou označeny jako G23, G24, G27, G53 nebo 2D a závitové patice – E14, E27, E40. V prvním případě čísla znamenají, jaká bude vzdálenost mezi kolíky, a ve druhém – průměr závitu základen. Pro přesnější výběr se používá speciální tabulka.

U každého produktu je uvedeno napájecí napětí a způsob jeho spuštění. Například označení zářivky RS nebo rychlého startu znamená, že není potřeba dalších prvků pro startování a veškeré vybavení je již umístěno uvnitř těla produktu.

Síťové napětí a výkon lampy

Pro běžný provoz světelných zdrojů je potřeba provozní napětí 220V s frekvencí 50 Hz. Jedná se o standardní parametry, jejichž odchylka negativně ovlivňuje technické vlastnosti zářivek, snižuje jejich funkčnost a kvalitu osvětlení.

Spotřeba energie téměř zcela závisí na napětí. Jeho dopad se projevuje následovně:

• Výrazné poklesy napětí vedou ke změně výkonu v zářivce, a to jak směrem nahoru, tak dolů. I velmi výkonné zařízení bude svítit slabě, pokud je napětí nedostatečné, a energetická účinnost lamp se sníží. Proto, než budete mluvit o poruše, měli byste změřit síťové napětí.
• Náhlé kolísání napětí výrazně snižuje kvalitu světelného výkonu. Pokud se frekvence změní, zvýší se koeficient pulzace a lampa začne blikat.
• Nestabilita síťového napětí vede k rychlému opotřebení a snížení výkonu světelného zdroje. Kolísání by nemělo přesáhnout 10% jmenovité hodnoty, jinak se sníží životnost zářivek a rychle selžou.

Při výběru lampy pro konkrétní místo uložení a instalace byste proto měli věnovat pozornost tomu, kolik energie spotřebuje. Pokud není žádné označení, musíte provést měření a teprve poté se rozhodnout o použití této lampy.

LED žárovky 220V – vlastnosti, označení, kritéria výběru a přehled nejlepších značek

LED žárovky s paticí e14 – srovnávací přehled nejlepších modelů na trhu

Typy patic lamp – standardní značení