Lampes Sodium Haute Pression 10/04/2010  Patrick ABATI 
Liste des cours

Ces lampes appartiennent à la famille des lampes à décharge. La lumière est générée par luminescence : un rayonnement électromagnétique apparait, suite à l'excitation d'atomes de gaz. Le spectre lumineux est un spectre de raies

famille

Les premières lampes au sodium
fonctionnaient en basse pression
Leur lumière quasiment jaune pur
avait un très mauvais rendu des couleurs
Afin d'enrichir le spectre lumineux émis
et donc de mieux rendre les couleurs
on eut l'idée d'augmenter la pression dans la lampe
SBP
SHP
Spectre d'une lampe Sodium Basse Pression - SOX - OSRAM
Spectre d'une lampe Sodium Haute Pression - NAV® - OSRAM

 Constitution d'une lampe Sodium Haute Pression (SHP) 
HPS (High Pressure Sodium)

lampes lampe lampe

L'ampoule est revêtue d'une poudre fluorescente sur sa partie interne
Le tube à arc contient du sodium sous haute pression additionné de mercure et de xénon
Le getter (piège à gaz) absorbe les gaz résiduels (impuretés)


 Caractéristiques 

L'efficacité et la durée de vie des lampes SHP sont supérieures à celles des lampes aux halogénures, mais leur couleur est moins froide et moins blanche et leur qualité de rendu des couleurs est moins bonne
Leur efficacité lumineuse est supérieure à celle des lampes à vapeur de mercure à haute pression
Si on les compare aux lampes à vapeur de sodium à basse pression, elles ont une meilleure qualité de rendu des couleurs, mais une efficacité lumineuse inférieure

Puissance 50 - 1000 W
Indice de Rendu des Couleurs IRC 20 - 65
Température de couleur 1700 - 2200 K
Éfficacité lumineuse 65 - 150 lm/W
Durée de vie 10 000 - 24 000 h
Durées de vie indicatives des lampes Sodium Haute Pression standard
Puissance (W) 70 100 150 250 400
Durée de vie (h) 12 000 20 000 24 000 24 000 20 000

 Comportement des lampes SHP en fin de vie 

Durant la fin de vie des lampes SHP, le courant lampe et la tension d'arc ne sont plus symétriques
Le courant continu ainsi généré va endommager les composants inductifs comme les ballasts et les amorceurs série
Le ballast monte en température, jusqu'à dépasser la température maximum admissible pour les enroulements

Tension et courant d'une lampe SHP neuve
Tension et courant d'une lampe SHP en fin de vie
courbes
courbes
thermoswitch

Un dispositif de protection thermique
appelé thermo-switch
peut être utilisé pour protéger le ballastschéma


 Amorceurs

L'amorceur produit une haute tension (tension de claquage) pour provoquer la décharge

Les 3 principaux types d'amorceurs sont les suivants :

Parallèle
Semi-parallèle
Série
parallèle
semi-parallèle
série

impulsions plus énergétiques
tolère des distances longues entre amorceur et lampe
moins coûteux que l'amorceur série
moins de pertes après l'amorçage
ballast plus coûteux

impulsions moins énergétiques
limitation de la distance amorceur-lampe
plus coûteux que l'amorceur parallèle
pertes permanentes
ballast moins coûteux
compatible avec tous les ballasts

halogénures métalliques
sodium basse pression SOX
sodium haute pression SON

iodures métalliques compactes

 Schéma d'une platine 

Pour que le gaz soit ionisé
la tension appliquée aux bornes du tube à décharge
doit atteindre une tension suffisamment élevée
dite tension d'amorçage -> amorceur

Lorsque l'amorçage est obtenu
le courant augmente rapidement et il faut réduire la tension
pour stabiliser la décharge -> ballast ou self

Le condensateur permet d'améliorer le facteur de puissance

La platine dispose aussi d'une protection
par fusibles ou disjoncteur

platine
platine
Platine
self
Self
condensateur
Condensateur
amorceur
Amorceur

 Caractéristiques tension-courant 

courbes


 Courbe de température d'un ballast 

température


 Ballast électronique 

Le remplacement des platines traditionnelles
par des ballasts électroniques
permet d'augmenter progressivement la puissance absorbée
et d'améliorer le bilan énergétique
courbe
Bilan énergétique annuel
Lampe
Ballast conventionnel
Ballast électronique
Économie
Consommation
Rendement
Consommation
Rendement
150 W 575 kWh 80% 460 kWh 95% 115 kWh
250 W 1385 kWh 83% 1152 kWh 95% 233 kWh
400 W 2115 kWh 87% 1843 kWh 95% 272 kWh

 Evolution de l'efficacité lumineuse des différents types de lampes 

évolution


 Essais d'une lampe SHP 

Un essai a été effectué avec :
- une lampe sodium haute pression
  Philips Pro SON-T 150 W
- un ballast électromagnétique L
  ETI VSHM T150
- un condensateur de compensation C
  Icar Ecofill 20uF
- un amorceur
  Fournitec SON2 50 A 1 kW temporisé

Les lampes à haute pression exigent, pour leur allumage
des impulsions à haute tension
envoyées dans le respect de paramètres stricts
fournis par le fabricant des lampes

L'amorceur permet de générer des impulsions conformes
afin d'obtenir des allumages à froid et à chaud
sans endommager ou détériorer la lampe de façon prématurée

schéma


Photo de la platine d'essai de lampe

Oscillogrammes tension (A) et courant (B) réseau Oscillogrammes tension (A) et courant (B) lampe
Oscillogramme
Oscillogramme
Ueff = 232 V
Ieff = 0,81 A
P = 165 W
S = Ueff x Ieff = 188 VA
fp = P / S = 0,88
Ueff = 107 V
Ieff = 1,7 A
P = 145 W
S = Ueff x Ieff = 182 VA
fp = P / S = 0,80

On remarque que la tension aux bornes de la lampe présente un pic (surtension générée par l'amorceur)
Elle se stabilise ensuite autour de 100 V (voir notice technique de la lampe)
Le facteur de puissance est acceptable côté réseau (grâce au condensateur de compensation)


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