Udladningslamper

El-tekniske forhold

De forskellige typer udladningslamper har varierende følsomhed over for variationer i strøm og spænding.

Bortset fra lavtryksnatriumlampen er alle typer udladningslamper følsomme overfor spændingsvariationer, som bl.a. påvirker lyskildens lysstrøm.

De fleste typer udladningslamper, kan ikke tændes straks efter slukning, hvilket skyldes det høje damptryk i udladningsrøret. Først efter et fald i temperatur og tryk kan lyskilden gentændes. Eneste undtagelse er igen lavtryksnatrium.

Metalhalogenlamper
Metalhalogenlamper er følsomme over for spændingsvariationer og spændingsvariationer omkring 10 % giver anledning til tydelige farveforandringer i lyskilden. Spændingsstigninger medfører tillige en reduceret levetid, f.eks. vil en spændingsstigning på 10 % vil forkorte levetiden med ca. 10 %.

Metalhalogenlamperne starter ikke uden en høj tændspænding, mest almindeligt 4-5 kV. Hvis en metalhalogenlampe er forsynet med en eller anden hjælpeforanstaltning, enten i form af specielle elektroder eller en speciel gas, kan den tænde ved lavere tændspænding. 

 

kl-50-50-10-osram-hqi-metalhalogen-med-kvartsbrænder-high.jpg kl-50-50-20-osram-hci-metalhalogen-med-keramisk-brænder-high.jpg

Spændingsafhængighed af metalhalogenlamper med hhv. kvartsbrænder (tv) og keramisk brænder (th).

 

Metalhalogenlamper er følsomme over for ændringer i lampestrømmen. Således vil en spændingsstigning på 10 % resultere i en lampestrømsstigning på ca. 15 %. Som beskrevet tidligere medfører dette en reduceret levetid som følge af et større slid på lyskildens elektroder. Forkobles metalhalogenlampen induktivt, er startstrømmen mellem 40 og 90 % højere end driftsstrømmen. Efter start normaliseres strømmen i lyskilden efter 2-3 minutter.

Metalhalogenlamper kan ikke gentændes umiddelbart efter slukning, og der må normalt regnes med 15-20 minutter, før gentænding er mulig. Stavformede typer med dobbeltsokkel kan forsynes med et specielt tændaggregat, der gør øjeblikkelig gentænding mulig ved tændspændinger op imod 60 kV. Dette kræver specielle kontakter og isolering.

En høj strømtopfaktor er også med til at forkorte lampens levetid. Derfor kan der ikke anvendes en forkobling udelukkende med kapacitiv modstand.

For metalhalogenlamper ligger faseforskydningen, cosφ, for induktive forkoblinger mellem 0,5 og 0,7, hvorfor fasekompensering er nødvendig. Hertil anvendes en kondensator med en værdi angivet af lampefabrikanten.

De mange forskellige typer af induktivt forkoblede typer betyder, at der forekommer flere forskellige værdier af overharmoniske strømme. Den totale overharmoniske strøm varierer således mellem 2 % og 25 % af strømmen ved netfrekvensen 50 Hz.

Effektforhold i en metalhalogenlampe inkl. forkoblingsudstyr. Al tilført elektrisk effekt omsættes i metalhalogenlampen/forkoblingen, og omsætningen sker forskellige steder, som vist i figuren for metalhalogenlamper med mange spektrallinjer (gruppe b). Den resulterende lysstrøm er ikke imponerende, da strålingen udsendes i de områder af det synlige spektrum, hvor øjets spektrale følsomhed er mindst

 

kl-50-50-30-effektforhold-metalhalogen-low.jpg

Effektfordeling i metalhalogenlampe.

 

Flimmer fra metalhalogenlamper afhjælpes bedst ved at anvende elektroniske HF-forkoblinger. Alternativt kan lyskilderne fordeles jævnt på anlæggets 3 faser.

Tilsluttes metalhalogenlamper af de større typer en sinusformet højfrekvent spænding, opstår et antal resonansfrekvenser. Disse kan forekomme fra 4 kHz og er ikke ens for de forskellige wattager. Resonansfrekvenserne afhænger af brænderens dimensioner og elektrodeplaceringen. Anvendes i stedet en firkantet forsyningsspænding kan resonanserne undgås. Lyskildens elektriske data ændrer sig i så fald kun minimalt, hvorimod de lystekniske egenskaber forbedres (reduceret lysstrømsnedgang, mere stabil lysfarve og længere levetid). Der er fremkommet en række konstruktionstekniske forbedringer af metalhalogenlamperne i de senere år. Dette gælder især for små wattager og fortrinsvis typer med stiftsokkel eller to sokler. Denne nye type er udviklet således, at resonans forhindres ved at anvende elektroniske forkoblinger, der er fremstillet netop til den pågældende lyskilde.

Højtryksnatriumlamper
Højtryksnatriumlamper påvirkes af netspændingsvariationer, idet disse påvirker både lampespændingen og -effekten. Da der er amalgam i udladningsrøret, påvirkes lampespændingen let af både for høje temperaturer og for høj netspænding. Lampespændingen stiger imod lyskildens levetidsophør. Ved lampespændinger over 160% af nominel værdi slukker lyskilden helt. Tændspændingen afhænger af lyskildens wattage og temperaturen i udladningsrøret, og ligger typisk mellem 1,5 og 5 kV (ved en omgivelsestemperatur på ca. 250 °C). Laveste tændspænding fås ved en temperatur på 280 °C i gassen. 

 

kl-50-50-50-osram-spændingsafhængihed-na-lampe-høj-effekt-high.jpg

Spændingsafhængighed af højtryksnatriumlamper med effekter på 100-1000W.

 

Er lampestrømmen for høj, vil det reducere levetiden. Anvendes induktiv forkobling bliver startstrømmen omtrent 25 % højere end den tilsvarende driftsstrøm. 

Højtryksnatriumlampen kan normalt gentændes inden for omkring et minut afhængig af type og tryk i brænderen. Typer med indbygget starter med bimetalkontakt kræver dog op imod 15 minutters afkøling, før nedkølingen er tilstrækkelig til gentænding. For de 2-soklede, typer findes en højspændingsstarter (tændspænding over 20 kV), som gør øjeblikkelig gentænding mulig. Endvidere findes specielle typer, der er udstyret med to ens udladningsrør, hvor det "kolde" rør straks går i gang, hvis der indtræffer et kort strømsvigt. 

For højtryksnatriumlamper er faseforskydningen, cosφ, ved induktive forkoblinger mellem 0,4 og 0,5, hvilket i normale installationer kræver fasekompensation. 

For induktivt forkoblede højtryksnatriumlamper vil de overharmoniske strømme udgøre mellem 15 % og 30 % af den samlede strøm. 

 

kl-50-50-60-effektforhold-højtryksnatriumlampe-low.jpg

Eksempel på effektforhold i en højtryks-natriumlampe inkl. forkoblingsudstyr. Al tilført elektrisk effekt omsættes i højtryks-natriumlampen/ forkoblingen, og omsætningen sker forskellige steder

 

Flimmer forekommer kun sjældent i højtryksdamplamper, fordi natriumudladningen har en efterglød, der begrænser de mørke perioder ved 50 Hz. 

Tilsluttes en almindelig højtryksnatriumlampe en sinusformet højfrekvent spænding, kan der opstå resonanspunkter i lyskilden fra 2 til 20 kHz. De mange og forskellige resonanspunkter skyldes det lange og tynde udladningsrør. Anvendes derimod en firkantspænding, forsvinder samtlige resonanspunkter. Det betyder både en levetidsforlængelse og en mindre lysstrømsnedgang end ellers. Der findes højtryks-natriumlamper med små wattager, som fremstilles til samhørende elektroniske forkoblinger. En firkantspænding med frekvensen 400 Hz kan ved hjælp af kraftige og kortvarige impulser få en lampe (meget lig type a) til at opnå kraftigt forbedrede egenskaber, såsom et Ra-indeks over 80 og øget farvetemperatur. Lysudbyttet daler til godt 50 lm/W 

Lavtryksnatriumlampen
I lavtryksnatriumlamper har netspændingsvariationer kun ringe indvirkning på udladningsrørets elektrodespænding og -strøm. Det betyder, at såvel lysstrøm som lampeeffekt nærmest forbliver konstant. Ved faldende netspænding stiger lampespændingen. Det gælder også, når lyskildens levetid nærmer sig sin afslutning.

Tændspændingen afhænger af lyskildens wattage og ligger typisk mellem 500 og 1.500 V. Lyskilder tænder selv ved lave temperaturer og ofte ned til -40 °C.

 

kl-50-50-70-lavtryksnat-spændingsafhængighed-high.jpg

Lavtryks-natriumlampers spændingsafhængighed beskrevet med netspændingens indflydelse på lampestrømmen (Ila), lampespændingen (Vla.), effekten (P) og lysstrømmen (Φ).

 

Lavtryksnatriumlampen kan startes umiddelbart efter, den er slukket, hvis den er tilsluttet et kredsløb med starter. I modsat fald varer gentænding et par sekunder.

Faseforskydning afhænger af den anvendte forkoblingstype. For små wattager anvendes simpelt opbyggede induktive forkoblinger. Til større wattager benyttes mere kompleks opbyggede induktive forkoblinger. Typisk ligger faseforskydningen for de simpelt opbyggede typer, cosφ, mellem 0,3 og 0,5, for komplekse typer omkring 0,9.

De forskellige forkoblingestyper medfører en bred variation af indholdet af overharmoniske strømme, typisk mellem 15 % og 70 %. I et almindeligt 3-faset belysningsanlæg skal der derfor tages hensyn til strøm i nul-lederen.

Flimmer kan reduceres eksempelvis ved at fordele et belysningsanlægs lyskilder på de forskellige faser i et tre-faset system.

Ved højfrekvens drift af lavtryksnatriumlampen har det vist sig, at lysudbyttet stiger med ca. 15 % ved 500 kHz.

Kviksølvlamper
Spændingsvariationer fra el-nettet påvirker spændingen over udladningsrøret og dermed lysudsendelsen og lampestrømmen. Men modsat andre udladningslamper kan kviksølvlampen tåle store udsving og stadigvæk fungere acceptabelt. Tændspændingen afhænger af temperaturen i udladningsrøret. Den mindste tændspænding på ca. 110 V fås ved en rørtemperatur på henved 70 °C. Ved temperaturer over/under 70 °C stiger tændspændingen langsomt, således at tændspændingen er 250 V ved henholdsvis -40 °C og +210 °C.

Kviksølvlampers spændingsafhængighed er beskrevet ved spændingens indflydelse på lampestrømmen (Ila), effekten (P) og lysstrømmen (Φ).

Kviksølvlampens effektforbrug, og dermed også lysstrømmen, ændrer sig som følge af ændringer i lampestrømmen.De heraf følgende temperaturændringer i udladningsrøret har ingen indflydelse på lyskildens levetid.

Forløbet af kviksølvlampers startstrøm(Ila) og startspænding (Vla) i minutterne efter start. Startstrøm og startspænding måles her i procent af den resulterende lampestrøm og lampespænding.

Kviksølvlampen kan ikke tændes straks efter slukning, hvilket skyldes det høje kviksølvdamptryk i udladningsrøret. Først efter et fald (varighed 5-6 minutter) i såvel temperatur som tryk kan lyskilden gentændes.

Kviksølvlamper har en forskydning af strøm- og spændingskurven ved induktiv forkobling. Typisk vil denne faseforskydning have en cosφ mellem 0,5 og 0,7. Det er derfor nødvendigt med fasekompensation, hvorved cosφ forbedres til en værdi større end 0,85. Blandingslyslampen giver ikke anledning til nogen faseforskydning.

Lampespændingens form resulterer i harmoniske strømme (især 3. og 5. overharmoniske). Disse overharmoniske strømme betyder, at der kan forekomme strøm i et 3-faset systems nulleder. Ved forsyningsfrekvensen 50 Hz kan de overharmoniske strømme udgøre op imod 25 % af den totale strøm.

 

kl-50-50-100-effektforhold-kviksølvlampe-low.jpg

Effektforhold i en kviksølvlampe med fosforbelægning ink. forkoblingsudstyr. Al tilført elektrisk effekt omsættes i kviksølvlampen og forkoblingen, og omsætningen sker forskellige steder, som vist i figuren.

 

Tilsluttes kviksølvlamper forsyningsnettet med netfrekvensen 50 Hz, kan flimmer opstå som følge af strømmens 100 nulgennemgange pr. sekund. Flimmer kan reduceres f.eks. ved en fordeling af et belysningsanlægs lyskilder på de forskellige faser i et tre-faset system. Dertil kommer et andet flimmerfænomen, der er specielt for kviksølvlamperne. Der kan opstå ukontrollerede variationer i lysbuen og hermed i lysudsendelsen. Dette flimmer kan være generende og kræver en ombygning af belysningsanlægget, evt. jævnstrømsdrift.

Tilsluttes kviksølvlampen en højfrekvent, sinusformet spænding, kan der forekomme akustisk resonans. Resonansfrekvenserne opstår fra 3 kHz og opefter og bestemmes af flere faktorer, heriblandt udladningsrørets opbygning og længde. Forsynes lyskilden med en firkantformet højfrekvent spænding, kan resonansfænomener helt undgås. Lyskildens elektriske data forringes ikke nævneværdigt herved.

 

Relaterede emner: