Pleins feux sur l'expert : diagnostic des lampes SOX — Quand la lampe ne fonctionne pas correctement

Lumioo Studio SOX Club Expert Series

Épisode 4 : Quand la lampe tourne mal – Diagnostic des lampes SOX

Auteur : Matthew Eagles

Luminaires Eleco HW747 allumés en plein jour à Buckley, Flintshire, Royaume-Uni, en 2004.

Cette page explique comment un luminaire SOX peut cesser de fonctionner correctement et comment résoudre le problème.

Moins de 1 % des lampadaires ne fonctionnent pas à un moment donné dans un comté britannique typique. Généralement, lorsqu'un lampadaire ne fonctionne pas, le conseil municipal ou l'entrepreneur n'est pas immédiatement au courant, car il n'y a pas de salle de contrôle ; soit ils doivent découvrir le défaut par leur propre observation, soit ils comptent sur un membre du public pour le signaler. J'ai entendu parler d'un homme à Bristol qui se promenait à vélo la nuit et signalait tout lampadaire défectueux au conseil municipal local, qui lui était reconnaissant de son service ! (réf. : Mike Reid)

Les lampes SOX ont une durée de vie nominale typique de 12 000 à 16 000 heures, soit 3 à 4 ans de fonctionnement nocturne complet. Lorsque ces lampes sont défectueuses, cela peut se manifester de différentes manières :

1. Ne s'allume pas du tout

Parfois, une lampe peut ne pas s'amorcer simplement parce qu'elle est « paresseuse », c'est-à-dire qu'elle n'a pas atteint la tension d'amorçage requise. Le lendemain, elle sera OK. Cependant, cela peut aussi indiquer un problème plus grave. Cela pourrait être causé par un fusible défectueux ou un appareillage de commande défectueux. Alternativement, il pourrait s'agir d'une défaillance de la lampe (c'est-à-dire du tube de décharge) elle-même, causée par l'une des raisons suivantes :

Fin de vie de l'électrode. C'est la raison pour laquelle la plupart des lampes SOX atteignent la fin de leur vie. Les électrodes ont un « revêtement émissif » appliqué lors de la fabrication qui contient du potassium. Au début de la vie de la lampe, l'abondance de potassium sur les électrodes provoque une couleur violette d'une fraction de seconde lorsque la lampe s'allume, avant que la couleur ne se stabilise en rouge néon pendant deux ou trois minutes. Chaque fois que la lampe est allumée, ce revêtement est lentement pulvérisé, et avec le temps, il y aura moins de revêtement blanc pelucheux sur les électrodes. Lorsque tout le revêtement émissif sur la surface des électrodes a disparu, la tension requise par la décharge dépassera ce que l'appareillage de commande est capable de fournir, et la lampe ne s'allumera pas ou ne fera que clignoter en rouge. (réf. : Mike Docherty)

Fin de vie du gaz : Un inconvénient du verre boraté, qui doit être utilisé dans la fabrication des tubes de décharge SOX pour résister à l'attaque du sodium, est qu'il a tendance à attirer l'argon ionisé (c'est-à-dire l'argon chargé électriquement). La plupart des lampes SOX contiennent 1 à 1,5 % d'argon dans le gaz néon, afin de réduire la tension d'amorçage requise pour démarrer la décharge lorsque la lampe est allumée. Cependant, tout au long de la durée de vie de la lampe, le verre absorbe de petites quantités d'argon. Dans certaines lampes, en particulier les types à forte puissance et notamment la lampe de 180 W, il peut arriver que tout le gaz argon soit consommé avant que les électrodes n'atteignent leur fin de vie.

Réaction du getter avec le verre. Il s'agit d'un type de « défaillance prématurée de la lampe ». C'est peut-être le type de défaillance le plus problématique, car il ne peut pas être prédit et survient relativement tôt dans la vie de la lampe. Un getter est une substance utilisée pour éliminer les gaz résiduels d'un vide dans un tube, maintenant ainsi un meilleur vide dans l'enveloppe extérieure, empêchant les pertes de chaleur et garantissant que l'efficacité de la lampe reste élevée. Dans les lampes SOX, le baryum a traditionnellement été utilisé comme getter. Cependant, le film de baryum peut entrer en contact avec les fils conducteurs émergeant de la tige, et un champ électrique élevé est alors créé à travers le verre, ce qui peut alors provoquer la décomposition de la tige de verre. Alternativement, puisque le sodium à l'intérieur du tube de décharge est ionisé, il peut facilement être aspiré dans le verre et le fissurer si un champ électrique suffisamment fort est présent. (réf. : James Hooker)

2. Reste allumée toute la journée (dayburning)

Cela indique un défaut de la cellule photoélectrique : le lampadaire reste allumé toute la journée et toute la nuit en tant que mécanisme de sécurité.

3. Clignotement rouge

La lampe essaie de s'allumer toutes les quelques secondes, mais échoue. Cette condition peut être provoquée de plusieurs manières :

Tube de décharge qui fuit. L'amorçeur fonctionne correctement, mais il est incapable de provoquer une décharge dans un tube à arc qui a fui. (réf. : James Hooker)

L'amorceur est défectueux. Pour le tester, il faut retirer la lampe et allumer le luminaire. Si vous entendez un grincement aigu, l'amorceur est en état de marche ; le bruit diminuera après quelques secondes lorsqu'il se coupera. Si, par contre, il n'y a aucun bruit, l'amorceur est défectueux et un nouveau est nécessaire. (réf. : Colin Grimes)

Les électrodes sont à court de revêtement émissif (voir section 1 ci-dessus). (réf. : Mike Docherty)

4. Ne chauffe pas complètement jusqu'à la couleur finale — c'est-à-dire plus orange ou rouge que la normale

Si la lampe n'atteint pas sa température de fonctionnement optimale de 260 °C, le sodium à l'intérieur peut ne pas se vaporiser et la couleur rouge du néon dans le tube de la lampe en serait le résultat. Cela est normalement attribuable à une fuite dans l'enveloppe extérieure : lorsque le vide extérieur tombe en panne, l'isolation thermique du tube à arc se détériore et la lampe ne peut que partiellement chauffer. Cette condition peut également être causée par le fait que la lampe est sous-alimentée, de sorte que le courant électrique correct n'est pas atteint, par exemple si un ballast de 35 W ou 55 W est utilisé pour alimenter une lampe de 90 W. Ce sous-fonctionnement expliquerait également qu'une lampe ne chauffe que jusqu'à une nuance de rouge-orange, orange ou jaune-orange, ou qu'une lampe brille d'une couleur rouge constante sans jamais changer. (réf. : Colin Grimes, James Hooker, Mike Docherty)

5. Aspect jaune grumeleux

Cela peut aussi être causé de plusieurs manières :

Distribution inégale du sodium dans le tube. C'est la cause la plus courante. Cependant, elle n'a pas d'effet significatif. Après l'allumage d'une lampe, la vapeur de sodium se condense toujours sous forme liquide sur les parties les plus froides du tube de la lampe. Avec le temps, cela peut provoquer une accumulation de sodium dans certaines zones du tube et un manque de sodium dans d'autres zones (les zones les plus chaudes lorsque la lampe est en marche). Cela peut également être causé par la gravité, si le tube de la lampe n'est pas horizontal et que le sodium peut s'écouler vers une extrémité du tube. Cet effet de distribution inégale du sodium est appelé « migration du sodium ». Dans les zones où le sodium est manquant, le néon sera plutôt impliqué dans la décharge électrique, et certaines zones du tube peuvent donc apparaître plus rouges. Comme l'énergie d'ionisation requise pour le néon est plus élevée que pour le sodium, la lampe fonctionnera moins efficacement. Certains tubes SOX sont conçus avec des fossettes le long de leur longueur afin d'aider à prévenir cet effet. (réf. : J. W. Denneman)

Une distribution inégale du sodium peut se produire avec les lampes SOX dans les luminaires sur mât, par exemple le Thorn Gamma 6 (bien que les luminaires sur mât de 18W ou 35W fonctionnent normalement correctement).

Cette répartition inégale du sodium peut également affecter l'argon dans le mélange gazeux néon-argon (voir section 1 — paragraphe « Fin de vie du gaz » ci-dessus). Dans les régions où le sodium est appauvri, le remplissage gazeux néon-argon s'ionise davantage et le taux d'absorption d'argon par le verre s'accélère. (réf. : Colin Grimes/James Hooker)

Lampe pas assez chaude. L'effet de couleur inégale peut également se produire si la lampe n'atteint pas sa température de fonctionnement optimale de 260 °C. Dans les situations où la température n'est pas assez élevée, il se peut que seule une partie de la vapeur de sodium requise soit produite, et qu'il y ait donc un mélange de taches jaunes (du sodium) et rouges (du néon) – même si le sodium est uniformément réparti. Il s'agit d'un effet légèrement différent de la « distribution grumeleuse du sodium » mentionnée ci-dessus, où la température est suffisamment élevée mais le sodium est mal réparti. (réf. : Mike Docherty)

6. Fonctionnement normal pendant 10 à 15 minutes seulement (par exemple) puis extinction et maintien à l'arrêt

Il est fort probable que les composants surchauffent et que le disjoncteur thermique du luminaire s'est déclenché. Plus en détail, cela se produit généralement après l'une des situations suivantes :

Une des électrodes n'a plus d'émetteur avant l'autre électrode (voir section 1 — « Fin de vie des électrodes »)

Le sodium métallique entre en contact avec l'une des électrodes ou ses fils conducteurs — c'est une autre raison pour laquelle les fils conducteurs sont gainés de verre, afin de minimiser le risque de contact avec le sodium liquide.

Dans les deux cas, la lampe commence alors (incorrectement) à convertir le courant alternatif normal en un courant continu élevé (un processus appelé « redressement »). Une fois que le redressement commence, des courants beaucoup plus élevés que la normale circulent à la fois dans la lampe et dans les enroulements du ballast. Dans les conceptions antérieures de lampes, le redressement à courant élevé pouvait se poursuivre pendant de nombreuses heures. Au cours de ce processus, la température du ballast augmente en raison du courant élevé qu'il fait passer, ce qui peut entraîner la rupture de l'isolation entre les enroulements, permettant à un courant encore plus élevé de circuler. Cela provoque une surchauffe du ballast, de sorte que sa surcharge thermique se déclenchera, provoquant l'extinction de la lampe. Toutes les lampes SOX actuelles sont protégées par un fusible, et si le courant de redressement devient trop élevé, le fusible interne du culot de la lampe fondra, protégeant ainsi le ballast d'une surchauffe et d'une destruction supplémentaires. (réf. : James Hooker)

Cependant, tous les luminaires n'ont pas de coupure thermique, le problème peut donc être expliqué comme à la section 7 ci-dessous.

7. Fonctionnement normal pendant 30 à 60 minutes seulement (par exemple) puis extinction et maintien à l'arrêt

J'ai rencontré ce problème avec mes propres luminaires (tous deux sur le même poteau) et j'ai constaté que le problème était une rupture du câblage dans le poteau qui était d'abord surmontée par l'augmentation initiale de tension, mais qui entraînait ensuite l'extinction de la lampe à mesure que la tension se stabilisait progressivement. Alternativement, il se peut qu'un ou plusieurs composants électriques aient défailli – il peut être nécessaire d'essayer diverses combinaisons de composants anciens/nouveaux.

8. Fonctionnement normal pendant 10 à 15 minutes seulement (par exemple), puis s'éteint et se rallume périodiquement

Ceci est causé par la lumière parasite qui ré-entre dans la lampe via la tête de détection de la cellule photoélectrique. La lampe est prise dans un cycle où elle s'allume d'abord parce qu'il fait sombre, puis sa propre lumière ré-entre dans la cellule photoélectrique, ce qui fait "croire" à la lampe qu'il fait à nouveau clair et l'éteint. Lorsqu'elle est éteinte, elle ne produit aucune lumière pour ré-entrer dans la cellule photoélectrique — et donc la lampe se rallume parce qu'il fait sombre, redémarrant le cycle. (réf. : Colin Grimes)

9. Zones sombres ou noires le long du tube de la lampe

Exemple de noircissement dans un tube SOX

Le noircissement des tubes SOX est un phénomène récent. Il peut survenir après seulement 6 mois et a été causé par des changements dans les méthodes de fabrication. Le problème était presque inconnu jusqu'en 1994, lorsque GE (General Electric) a tenté de réduire les coûts en redessinant ses lampes, afin de répondre à un marché de plus en plus concurrentiel, et a éliminé le petit isolant céramique qui supportait auparavant le coude en U du tube de décharge. Un nouveau clip supérieur métallique a été introduit, créant un contact électrique direct entre le tube de décharge et le film d'indium (qui empêche les pertes de chaleur de la lampe).

Le problème qui en a résulté, cependant, est que, dans un faible pourcentage de lampes, lorsque le getter de baryum (qui, comme vous vous en souvenez peut-être, est là pour maintenir un bon vide) était activé, il formait un autre revêtement électriquement conducteur s'étendant entre le film d'indium et l'un des fils conducteurs. Cela créait un fort champ électrique autour de la zone de l'extrémité faible du tube de décharge, suffisamment puissant pour attirer le sodium dans l'ampoule extérieure, où il attaquait gravement le revêtement d'indium et le faisait noircir.

Les enveloppes extérieures des lampes au sodium noirciront également si le tube à décharge fuit et que la vapeur de sodium est libérée, car le verre de l'ampoule extérieure n'a aucune résistance à la corrosion du sodium. Même les plus petites fuites entraîneront ce phénomène, car le sodium est très agressif chimiquement envers le revêtement d'indium, et il n'est pas rare de voir des lampes totalement noires sur toute la longueur à la suite de la réaction sodium-indium.

Les fabricants ont maintenant résolu le problème en améliorant le getter. La lampe PSG élimine le getter de baryum traditionnel et utilise plutôt le getter à semi-conducteurs Philips. Il se compose d'une pastille de zirconium-cobalt montée sur une tige à côté du tube à arc. En conséquence, la grande majorité des défaillances prématurées sont évitées. (réf : James Hooker, Mike Barford)

10. La lampe s'allume complètement en jaune, mais refroidit ensuite en orange ou en rouge.

Ceci est très probablement dû à une lampe défectueuse qui devrait être remplacée.

Défaillance du ballast :

Un bon indicateur de la défaillance du ballast, si vous ouvrez un lampadaire, est de voir le ballast recouvert d'une "substance collante brun doré, éventuellement de la résine", accompagnée d'une odeur désagréable. (réf : Colin Grimes, Mike Barford)

Lorsqu'une lampe SOX est correctement fabriquée et fonctionne correctement, elle est un mélange impressionnant de technologie des matériaux, de physique, de chimie et d'ingénierie. Mais comme tout instrument finement réglé, toute légère déviation peut la rendre inutilisable.