Lámparas de Vapor de sodio a Alta presión.

Debido a su gran rendimiento, muy superior a las demás fuentes de luz artificial disponibles comercialmente, las lámparas de descarga de alta intensidad de vapor de Sodio a alta presión (HPS) son utilizadas muy ampliamente en el alumbrado público. Sin embargo poseen una característica inherente a su construcción cual es que la tensión de arco en el tubo va incrementándose sobre su valor inicial hasta que llega un momento en el que la misma es poco menor que la tensión de red (70%) lo que hace que la lámpara entre en su fase de agotamiento. Dado lo anterior se define una zona de operación para las lámparas de sodio, lo que se conoce como Trapezoide ANSI que se representa en la figura. Para que el Balasto (El dispositivo encargado de regular la corriente a través de las lámpara) cumpla con los requisitos de las lámparas de vapor de sodio a alta presión, es necesario que su curva característica pase lo más cerca posible del punto óptimo de funcionamiento ( potencia nominal – tensión de arco nominal)  y que además, corte las líneas de tensión máxima y mínima, entre las que debe permanecer la curva característica durante toda la vida útil de la lámpara.

Trapezoide ANSI

Definición de la zona de operación para las lámparas HPS (Trapezoide ANSI)

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El balasto tipo reactor abierto (BRA)

Balasto tipo Reactor Abierto de alto factor de potencia (BRA)

Cuando la tensión de la red es suficiente para arrancar y mantener el arco en la lámpara, se suelen utilizar los reactores serie, o “chokes”, formados por una bobina simple con un núcleo magnético y que conectados eléctricamente en serie con la lámpara, limitan y regulan la corriente en la misma.

Balasto Alto factor de potencia

Es el más sencillo de construcción, menor tamaño y pérdidas más reducidas .Por el contrario, la regulación de potencia frente a las variaciones de la tensión de red no es muy buena, de tal forma que una variación del 10% ocasiona variaciones en la lámpara del 20 al 25%. Por ello, solo deben utilizarse en circuitos donde las fluctuaciones de la tensión de alimentación no sobrepasen el + 5%.

El factor de potencia se encuentra entre 0,4 y 0,6 inductivo cuando no se conecta el capacitor en paralelo.  La corriente de arranque es aproximadamente 50% mayor que la de funcionamiento.

Este circuito, consta de un reactor en serie con la lámpara y un capacitor, en paralelo con la línea. El capacitor no afecta las condiciones de lámpara, por consiguiente sus características de regulación son equivalentes a las del reactor. Pero sí modifica las condiciones de red, ya que eleva el factor de potencia a 0,9 reduciendo prácticamente en un 50% los valores de línea.

Balasto Autotransformador de Potencia Constante (CWA)balasto autotransformador potencia constante CWA

Está formado por un autotransformador de alta reactancia de dispersión, con un capacitor en serie con la lámpara. El uso del capacitor permite a la lámpara operar con mejor estabilidad frente a las variaciones de la línea. La tensión a circuito abierto es la mínima necesaria para encender la lámpara. El factor de potencia es de 0,9. Sus características de regulación son buenas, una fluctuación de 10% en la tensión de línea, ocasiona una variación de 5% en la potencia de la lámpara. Por lo tanto se pueden usar en líneas con variaciones del 10%. La  corriente de encendido de la lámpara es menor que la de funcionamiento. No hay corriente de irrupción, debido a la presencia del capacitor. Con este circuito la lámpara se apaga con valores mucho más bajos de tensión de línea.

Sin embargo, es más voluminoso y también tiene pérdidas propias más altas que un balasto serie. La principal característica constructiva es que el capacitor en serie tiene un un valor de impedancia similar al de la impedancia de balasto inductivo en serie. Esto crea un efecto de resonancia capaz de mantener la corriente constante ante variaciones de la tensión de entrada y de la lámpara

Balasto Autotransformdor de potencia constante

Balasto Autotransformador de potencia constante.

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Comparación entre los balastos BRA y el CWA

Para establecer la comparación entre ambos balastos se utilizaron los siguientes equipos:

  • Balasto BRA Marca TRANSMAGNECA Modelo 1000W Na 480V Codigo BAL-00034
  • Balasto CWA Marca TRANSMAGNECA Modelo 1000W Na 480V Codigo CWA-00005
  • Lámpara HPS Vialox 1000W Osram
  • Ignitor LCR-003
  • Capacitor 26uF 525V Marca Transmagneca

En el siguiente diagrama se muestra la conexión utilizada para la prueba:

CWA

Diagrama de conexión Balasto CWA-00005

En el caso del BRA se utilizó en siguiente circuito

BRA

Diagrama de conexión Balasto BAL-00034

Simulación del envejecimiento de una lámpara HPS

Al cubrir la lámpara con una capa reflectante (El papel de aluminio de uso común sirve perfectamente) el calor acumulado dentro de la lámpara ocasiona que la presión dentro del tubo de descarga se eleve, lo que produce un aumento de la tensión de arco lo cual emula en pocos minutos el proceso de envejecimiento de las lámparas HPS a lo largo de su vida útil.

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Elementos utilizados en la prueba

Resultados para el Balasto CWA a tensión nominal (480V)
Vl (V) Pl (W)
44 280
60 320
65 330
71 350
77 360
83 380
90 400
95 420
103 450
110 470
118 500
125 530
136 570
144 610
156 650
170 710
185 760
200 820
217 870
235 930
256 1000
272 1090
289 1110
313 1250

CWA 480Gráficas de Tensión de Lámpara Vs. Potencia de Lámpara para el Balasto CWA



Resultados de las pruebas con el Balasto BRA A tensión Nominal (480V)

Vl (V) Pl (W)
51 317
54 337
57 336
65 374
70 396
74 407
78 424
82 440
87 481
99 512
108 551
120 756
140 783
169 790
187 849
209 910
248 983
279 999
324 941
359 860
368 822

 

Gráfica de resultados:

BRA 480V

Conclusiones:

Observando las gráficas para ambas pruebas se puede notar que la función Pl Vs, Vl para el CWA es constante. No así para el BRA que tiene una forma de parábola invertida que decae para tensiones mayores al 120% de la tensión nominal. Puede concluirse que el balasto CWA permite un rendimiento lumínico mayor de las lámpara HPS cercano al 20% sobre todo al final de la vida útil de la lámpara.

Referencias:

http://www.transmagneca.com/wordpress/elementos-de-una-luminaria-hid/

http://www.transmagneca.com/wordpress/las-lamparas-de-descarga-de-alta-intensidad-hid/

Manual de instalación y operación de los balastos Transmagneca.

Pruebas realizadas por el Ing. Armando Alarcón Encargado del departamento técnico de Transmagneca. C.A.

 

 

 

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