השפעת מצבי "סוף חיים" של נורת מטלהלייד על ציוד ההפעלה

מאת: מהנדס נועם גונן – אלתם עין השופט

נורות מטלהלייד עדיין תופסות נתח לא קטן של שוק התאורה, לא רק ליישומיי תאורת חוץ הסטנדרטית, אלא גם בתחום יישומיי תאורת פנים (תחום המסחרי קמעוני).

השימוש הנרחב בנורות המטלהלייד מצריך תשומת לב לנושא מצבי "סוף חיים" (E.O.L) של הנורות ואופן השפעתם על ציוד ההפעלה. 

במאמר זה אסקור בקצרה את השפעות מצבי "סוף חיים" על ציוד ההפעלה ואת דרכי ההתמודדות המקובלות עימן.

מצבי "סוף חיים" נקראים כך משום שבד"כ הם מופיעים עם התבלות של מנגנונים מסוימים של הנורה, אך יש מקרים שבהם מצבים אלה מופיעים גם בנורות "צעירות". 

מצבי "סוף חיים" יכולים לגרום לעומס יתר על ציוד ההפעלה, אשר עלול לסכן את המשך פעולת הציוד ולהביא לכשל שלו ושל כלל גוף התאורה.

באופן כללי, מצבי "סוף חיים" בנורות HID נובעים מהתהליכים הבאים:

• בלאי של הקתודות
• "בריחה" של הגזים מהמבער
• כשלים מכאניים עקב בלאי חום
• כשלים מכאניים עקב עומסים מכאניים

מכיוון שמאמר זה עוסק בהשפעות מצבי "סוף חיים" על ציוד ההפעלה, לא אכנס לפירוט הסיבות לתהליכים אלה, אלא אתמקד בהשפעתם על ציוד ההפעלה ודרכי ההתמודדות עם מצבים אלה.

מצבי "סוף חיים" אשר עלולים להשפיע על ציוד ההפעלה הם:

1. סטייה משמעותית של הנורה מתחום העבודה שלה מבחינת הזרם והמתח – במיוחד כאשר הנורה "נתקעת" עם מתח קשת נמוך מאד.
2. הולכה לא סימטרית של הנורה ויצירת רכיב DC בזרם הנורה (אפקט יישור – Rectifying Effect).

תפקידו של ציוד ההפעלה הוא להפעיל את הנורה במהלך חייה ולכן עליו להתמודד עם מצבי "סוף חיים" אלה ללא כשל או סיכון גוף התאורה.

ציוד ההפעלה עבור נורות מטלהלייד מתחלק לשני תחומים:

• ציוד הפעלה אלקטרו-מגנטי (משנק, מצת, קבל).

• ציוד הפעלה אלקטרוני (משנק אלקטרוני).

ציוד ההפעלה האלקטרוני מכיל בקרבו "חוכמה" (לעיתים אפילו בדמות מיקרו-בקר) אשר אמורה לדעת להתמודד עם מצבי "סוף חיים" באמצעות הגנות שונות מובנות במוצר.

ציוד ההפעלה מגנטי, לעומת זאת, אינו יכול להתמודד עם חלק מצבי "סוף חיים" ללא תוספת הגנה.

1. סטייה של הנורה מתחום העבודה שלה:

   כאשר הנורה חורגת מתחום העבודה שלה בדמות מתח קשת גבוהה מאד או נמוך מאד משתנה חלוקת המתח בינה לבין המשנק. 

   כאשר מתח הנורה גבוה, מתח המשנק נמוך והזרם יורד, וכאשר מתח הנורה נמוך, מתח המשנק גבוה והזרם עולה. המצב השני מעלה את ההפסדים על המשנק ועלול לגרום להתחממות יתר. המצב הראשון מתבטא בדרך כלל משלב מסוים בהפחתה של תפוקת האור של הנורה ביחס למצופה ממנה, לשינויים בצבע שלה, ולעיתים אף לכיבויה. הוא בדרך כלל אינו מסוכן למשנק.

2. הולכה לא סימטרית של הנורה ויצירת רכיב DC בזרם הנורה (אפקט DC – Rectifying Effect):

   עם התבלות הקתודות של הנורה עלולה להופיע חוסר סימטרייה במוליכות הנורה בין שני כיווני פעולתה (מכיוון שהאספקה היא AC הנורה מחליפה את כיוון ההולכה פעמיים בכל מחזור).

   חוסר הסימטרייה יוצר רכיב DC בזרם הנורה (ניתן לדמות את זרם הנורה לזרם AC סימטרי "מוזז" ברכיב DC קבוע).

   המשנק המגנטי הטורי (המקובל ביותר בישראל ונקרא - ריאקטור) הוא בעצם משרן הנמצא בטור לנורה,

   ובהיותו משרן אינו מחולל אימפדנס כלשהו למתח DC. 

   כתוצאה מכך יכולים להתפתח בו זרמי DC כמעט ללא הגבלה ().

   מכאן שרכיב מתח DC שיתפתח על המשנק במעגל משנק-נורה עלול לעורר במעגל כולו זרם DC גדול. במצב הזה המשנק יתחמם מאוד ועלול לפגוע ברכיבים אחרים בגוף התאורה או לכשל של מערכת הבידוד שלו. 

   הערה: משנק מסוג אוטורגולטור (CWA) הוא חסין לתופעה זו מכיוון שהקבל הטורי חוסם את רכיב מתח ה- DC של הנורה.

ומה אומרים התקנים בנושא?

מכיוון שנושא מצבי "סוף חיים" משפיע על כלל גוף התאורה, הוחלט לעדכן את תקן גופי התאורה IEC 60598, אשר ת"י 20 מתבסס עליו, ובגרסתו משנת 2000 ואילך מופיעה בדיקה מיוחדת לעמידות ציוד ההפעלה וגוף התאורה בפני מצבי "סוף חיים".

כמו-כן, מספטמבר 2002 בוטלו כל אישורי הבדיקה של גופי התאורה אשר נבדקו עפ"י התקן הישן מכל הגופים הבודקים עפ"י תקן IEC 60598.

למרבה הצער, ת"י 20 מתבסס על גרסת 1999 של התקן הבינ"ל ולכן עדיין לא התעדכן בדרישה לבדיקה המיוחדת עבור מצבי "סוף חיים".

איזה הגנות ניתן להוסיף כנגד מצבי "סוף חיים"?

מצבי "סוף חיים" אשר עלולים לפגוע בציוד ההפעלה, הם מצבים של זרם יתר במעגל. 

ניתן להגן על ציוד ההפעלה ע"י הגנות זרם מתאימות. יש לזכור שבחירת הגנות זרם יש להתחשב בזרמי ההתנעה הגבוהים הקיימים במעגל התאורה לאחר הצתת הנורה ועד להתייצבותה (מקובל לבחור נתיכים מסוג Slow Acting או מאמת"ים מדירוג C ומעלה).

ההגנות המקובלות כיום הן הגנות תרמיות המיושמות בד"כ במשנק. מכיוון שזרם היתר יגרום למשנק להתחמם יתר על המידה ניתן להוסיף מפסק תרמי בתוך המשנק אשר מכוון לטמפרטורה המכסימאלית המותרת למערכת הבידוד של המשנק. במידה והטמפרטורה תעבור את מגבלת המפסק הוא יפתח ויפסיק את הזנת המתח לנורה. לאחר שהמשנק יתקרר ייסגר שוב המפסק התרמי ויאפשר חידוש ההזנה לנורה.

מקובל לסמן את הימצאותו של מפסק תרמי על המשנק, 

תוך ציון הטמפרטורה שבה מתנתק המפסק. לדוגמא:

קיימים גם מפסקים תרמיים עם "תפיסה עצמית" אשר מתנתקים פעם אחת, וכל עוד לא נותק מתח הרשת לא יתחברו מחדש.

כאשר נעשה שימוש במצת "עצמאי" (Superposed, Super-positioned) ניתן להוסיף את המפסק התרמי גם בסליל המצת שכן זרם נורה זורם במלואו דרך סליל המצת. לעיתים הגנה זו יותר טובה מההגנה התרמית על המשנק, שכן המצת עלול להתחמם יותר מהר מהמשנק עקב זרם היתר.

אילו נורות דורשות הגנות מפני מצבי "סוף חיים"?

בינואר 2002 פורסם מנשר מטעם יצרני הנורות המובילים בשוק אשר מציין שנורות המטלהלייד והנל"ג בהספקים נמוכים מ- 1000 וואט עלולות לפתח מצבי "סוף חיים", אלא אם ייצרן הנורות מפרט בפירוש אחרת.

בפועל כמעט כל נורות המטלהלייד הנמצאות בשוק דורשות ציוד הפעלה עם הגנה בפני מצבי "סוף חיים".

לסיכום:

• מצבי "סוף חיים" בנורות מטלהלייד פוגעים בציוד ההפעלה ומסכנים את כל גוף התאורה.
• תקן גופי תאורה הבינ"ל IEC 60598 דורש בדיקה מיוחדת של ציוד ההפעלה לעמידות במצבי "סוף חיים" של הנורה. ת"י 20 עדיין לא עודכן בהתאם.

• ההגנות המקובלות על משנקים אלקטרו-מגנטיים מפני מצבי "סוף חיים" הם הוספת מפסק תרמי במשנק.

  סימון הימצאות מפסק תרמי במשנק:

• אלא אם צוין אחרת ע"י היצרן, כל נורות המטלהלייד בהספקים עד 1000 וואט דורשות ציוד הפעלה חסין בפני מצבי "סוף חיים".

** למידע נוסף על משנקים לנורות פריקה לחץ כאן**

** למידע על גופי תאורת LED מתקדמים להחלפת גופי תאורת פריקה לחצו כאן**