Часть V: Все, что нужно знать о металлогалогенных лампах и балластах
Металлогалогенное (MH) освещение часто пугает как начинающих рифовых аквариумистов, так и энтузиастов DIY. В этой статье будет представлена основная справочная информация о системах освещения MH, а также понимание базовой лексики, используемой при разговоре о металлогалогенных лампах, и аппаратных компонентов, составляющих полную систему освещения.
В любой системе освещения MH есть четыре основных компонента (не считая монтажного оборудования и проводки):
лампа;
балласт;
цоколь и;
отражатель.
Металлогалогенные лампы
М еталлогалогенные лампы – это разновидность ламп HID (High Intensity Discharge); ртутно-паровые и натриевые лампы высокого давления также являются лампами HID. Однако ртутно-паровые и натриевые лампы обычно не используются в рифовом хобби, но широко применяются в садоводстве. Металлогалогенные лампы, используемые в аквариумистике, обычно характеризуются и продаются на основе различных признаков, таких как:
название производителя/лампы;
номинальная мощность лампы;
тип метода, используемого для установки лампы, а также количество концов в цоколях, используемых для установки ламп и;
цветовая температура лампы.
Металлогалогенные лампы имеют две основные конфигурации: с внешней оболочкой и без нее. В первом случае основная конструкция лампы (см. рис. 1) состоит из внутренней оболочки (называемой дуговой трубкой), которая содержит дугу, и внешней оболочки (называемой колбой), которая фильтрует ультрафиолетовое излучение (UVR) и экранирует внутреннюю дуговую трубку. Эти лампы обычно односторонние (SE) и используют резьбовое крепление для ввинчивания в цоколь. Вторая конфигурация лампы лишена внешней оболочки и обычно имеет два конца (двусторонняя, DE), которые необходимо вставлять в цоколь, о чем мы расскажем ниже.
Внутренняя дуговая трубка содержит электроды и различные галогениды металлов, а также ртуть и инертные газы, составляющие смесь. Обычно используются галогениды, представляющие собой комбинацию йодидов натрия, таллия, индия, скандия и диспрозия. Эти йодиды контролируют распределение спектральной мощности лампы и обеспечивают цветовой баланс, комбинируя спектры различных используемых йодидов.
Рисунок 1. Анатомия типичной металлогалогенной лампы на основе mogul (источник Venture Lighting™).
Свет генерируется путем создания дуги между двумя электродами, расположенными внутри внутренней дуговой трубки. Внутренняя дуговая трубка обычно изготавливается из кварца, а это очень суровая среда, с высокими температурами, приближающимися к 1000°C, и давлением в 3-4 атмосферы. Чтобы запустить металлогалогенную лампу, к электродам лампы прикладывается высокое стартовое напряжение, которое ионизирует газ, прежде чем ток сможет протекать и запустить лампу. Внешняя оболочка обычно изготавливается из боросиликатного стекла, чтобы уменьшить количество ультрафиолетового излучения, испускаемого лампой. Она также обеспечивает стабильную тепловую среду для дуговой трубки и содержит инертную атмосферу, которая предохраняет компоненты дуговой трубки от окисления при высоких температурах.
В последнее время в каталогах некоторых производителей стали появляться керамические металлогалогенные лампы. Это означает, что их внутренняя дуговая трубка изготовлена не из кварца, а из керамического материала. Керамические лампы могут выдерживать более высокие температуры дуги и якобы лучше сохраняют цветовую температуру в течение всего срока службы лампы. Насколько мне известно, в настоящее время не продаются аквариумные лампы с керамической оболочкой.
Особенностью ламп HID является то, что им требуется несколько (от трех до пяти) минут для прогрева, и в течение этого периода прогрева световой поток изменяется по интенсивности и цветовой температуре. После запуска цветовая температура лампы может стабилизироваться в течение 15-20 минут. После любого прерывания питания (1/20 секунды или более) горячая лампа не будет перезапускаться немедленно, а должна достаточно остыть перед перезапуском. Эта временная задержка называется временем перезапуска и может занимать от 10 до 20 минут для ламп MH.
Как аквариумистов нас волнуют характеристики, влияющие на выбор лампы и связанного с ней оборудования. Металлогалогенные лампы бывают самых разных конфигураций, различающихся по ряду факторов: мощность, цветовая температура, монтажный цоколь, форма колбы, электрические характеристики, рабочее положение и производитель. При работе с системой освещения MH лучше всего начать с выбора лампы, а затем подобрать другие компоненты в зависимости от выбранной лампы. Кроме того, следует подумать о том, какие типы ламп вы можете использовать в будущем. В последнее время это становится все более важным, поскольку многие производители систем освещения продают специальные балласты для конкретных ламп.
Первый выбор, который необходимо сделать, – это мощность используемой лампы MH. Типичные лампы MH выпускаются мощностью 70 Вт, 100 Вт, 150 Вт, 175 Вт, 250 Вт, 400 Вт и 1000 Вт. Для домашних аквариумов чаще всего используются 150-, 175-, 250- и 400-ваттные лампы, а 70-ваттные лампы становятся все более популярными для нано-рифов. Первый определяющий фактор при выборе мощности лампы диктуется типом содержащихся кораллов, их потребностями в свете и глубиной аквариума. Вообще говоря, для ламп с одинаковой цветовой температурой, чем выше мощность лампы, тем больше света она производит.
После определения подходящей мощности следующим шагом будет определение типа лампы в зависимости от того, как она будет установлена в светильнике, и ее требований к запуску. Классификации, которые часто встречаются в рифовом хобби, – односторонние (SE) и двусторонние (DE). Односторонние лампы обычно имеют винт на одном конце и предназначены для установки в один цоколь. Двухсторонние лампы, с другой стороны, предназначены для установки в пару цоколей, по одному на каждом конце. Кроме того, лампы DE не имеют большой внешней оболочки, обычно встречающейся у односторонних ламп, которая используется для ограничения УФ-излучения лампы. Двусторонние лампы требуют установки дополнительного защитного стекла в крепление лампы, чтобы они были безопасны для обитателей вашего аквариума.
Металлогалогенные лампы чувствительны к способу их установки из-за чувствительности формы дуги в дуговой трубке. Лампы разработаны таким образом, что лучше всего работают только в определенной ориентации. Однако лампы, обозначенные как “Универсальные лампы”, могут работать в любом положении, но срок службы лампы и ее светоотдача снижаются, если она используется в невертикальном положении. Для достижения наилучших результатов, если рабочее положение лампы известно заранее, лучше всего использовать лампы с позиционной ориентацией. Для обозначения рекомендуемого положения горения лампы используются различные коды (например, U = универсальная, BH = цоколь горизонтальный, BUD = цоколь вверх/вниз (вертикальный) и т.д.). Большинство современных аквариумных ламп, как правило, являются универсальными и обычно используются в горизонтальном положении горения. При использовании ламп в горизонтальном положении лучше всего ориентировать лампу так, чтобы ее выхлопной наконечник (ласково называемый ниппелем) на внутренней дуговой трубке был направлен вверх.
Запуск металлогалогенных ламп
Требования к запуску металлогалогенной лампы очень важны, поскольку они влияют на тип балласта, который требуется для лампы. Для запуска металлогалогенных ламп используются два метода: пробный запуск (стандартный запуск) и импульсный запуск. Зондовый запуск относится к методу, используемому для зажигания дуги в дуговой трубке. Металлогалогенная лампа с традиционным или зондовым стартом имеет три электрода – два для поддержания дуги и третий внутренний пусковой электрод, или зонд. Высокое напряжение разомкнутой цепи от балласта инициирует дугу между пусковым электродом и рабочим электродом на одном конце дуговой трубки. Как только лампа достигает полной мощности, биметаллический переключатель замыкается, замыкая зонд, тем самым прекращая пусковую дугу.
Лампы MH с импульсным стартом не имеют стартового электрода-зонда. Зажигающее устройство в системе импульсного запуска подает импульс высокого напряжения (обычно 3-5 киловольт) непосредственно на рабочие электроды лампы для запуска лампы, устраняя зонд и биметаллический выключатель, необходимые в лампах с зондовым запуском, как показано на рис. 2. Без электрода-зонда уменьшается площадь защемления (или уплотнения) на конце дуговой трубки, что позволяет увеличить давление заполнения и снизить потери тепла. Кроме того, использование зажигающего устройства с лампой снижает напыление вольфрама за счет более быстрого нагрева электродов во время запуска, что сокращает время разогрева лампы.
Рисунок 2. Две диаграммы, показывающие разницу между конструкцией лампы с зондовым и импульсным стартом (источник Venture Lighting™).
Обозначение лампы ANSI
Для обеспечения общей системы идентификации ламп, а также для того, чтобы лампы разных производителей можно было сопоставить для выбора подходящего балласта, для обозначения ламп используется система ANSI (Американский национальный институт стандартов). Обозначение ламп MH, соответствующих системе ANSI, начинается с буквы “M”, за которой следует номер (обозначение “H” означает лампы на парах ртути, а “S” – натриевые лампы), который определяет электрические характеристики лампы и, следовательно, соответствующий балласт. После номера лампы идут две буквы, которые определяют ее размер, форму, отделку и т.д., исключая цвет. После этого раздела отдельный производитель может по своему усмотрению добавить любые дополнительные цифры или буквы для обозначения информации, не входящей в стандартный раздел обозначения, например, мощность лампы или ее цвет. Для выбора балласта важна только буква “М” и следующая за ней цифра. Например, лампа с обозначением ANSI M59-PJ-400 будет работать с любым балластом, предназначенным для ламп M59. В хобби используется много европейских ламп, которые не совсем соответствуют стандарту ANSI, а вместо этого используют европейский стандарт, который в некоторых случаях может немного отличаться от стандарта ANSI.
Еще один термин, обычно встречающийся в индустрии аквариумного освещения, – HQI. HQI является торговой маркой компании OSRAM и обозначает конкретную марку ламп, производимых компанией OSRAM. В аквариумной индустрии этот термин используется довольно свободно и применяется к любой европейской металлогалогенной лампе, а теперь, еще более свободно, к любой лампе DE. Европейские лампы MH не соответствуют напрямую стандарту ANSI и имеют другие требования к рабочему току и напряжению. В большинстве случаев прямого соответствия американским балластам может не быть, поэтому аквариумная индустрия попыталась найти балласты, работающие с этими лампами, и обозначила их как балласты HQI. Например, балласты M80 и M81 называются “балластами HQI” в аквариумной промышленности, для 150- и 250-ваттных ламп соответственно.
В таблице 1 приведен список ламп, часто используемых в аквариумистике, а также их обозначения по ANSI.