Фотореле для уличного освещения: автоматизированное отключение и включение света на дачной территории

Области рационального применения фотореле

Типовые ситуации, в которых требуется присутствие данного устройства:

• Когда включение и выключение цепи производится при помощи сигнала малой мощности;
• Когда несколько цепей должны управляться одним сигналом.

Эффективность применения фотореле обуславливается также и их универсальностью (помимо стандартной аппаратуры контроля можно использовать компьютеры или ноутбуки). Это позволяет реализовывать также и логические управляющие команды типа «если…то…».

Рассмотрим использование фотореле для уличного освещения. Технология их применения основана на использовании триггерных FEТ-переключателей.

Блок-схема фотореле с FET-переключателем

В приведенной блок-схеме используется серия К МДП-транзисторов.  В отличие от твердотельных реле, схема управляет фотодиодами напрямую. Это обеспечивает гораздо более высокие скорости переключения, поскольку время отключения питания при включении светодиода некритично. Из-за отсутствия механических составляющих поддерживается высокая компактность устройства, однако физический изоляционный барьер здесь отсутствует, а потому необходимо использовать только низковольтный управляющий сигнал.

Поскольку фотореле является альтернативой уже существующей панели дистанционного управления освещением, то прежде всего стоит подумать — а так ли уж необходима подобная замена. Если существующая система полностью соответствует электрическим нормам, то перед нагрузкой достаточно просто добавить релейную панель, и полный контроль за осветительной цепью будет обеспечен. В небольшом корпусе может быть размещено до 64 фотореле вместе с источником низкого напряжения, а рядом можно расположить панель выключателя.  Чем меньше число цепей, тем более экономичным становится применение релейной панели.

Фотореле можно использовать для управления однополюсными цепями 127/220 В переменного тока и двухполюсными (208…240 В) цепями переменного тока. Релейные панели наиболее экономичны при управлении меньшими нагрузками, но имеют один недостаток — они рассчитаны на ограниченное количество циклов включения/ выключения: от 20000 до 50000 (при нормальных обстоятельствах этого хватит примерно на 5 лет).

Общий вид блочной компоновки фотореле для уличного освещения и монтажная схема приведены на следующих рисунках.

Некоторые нюансы имеются в использовании фотореле совместно с датчиками движения.  Как правило, уличные фонари включаются на всю ночь. Но в ночное время уличные фонари не нужны, если нет движения. Поэтому всё чаще используют схемы, которые включают уличные фонари только при перемещения транспортного средства и некоторое время после него. Используется микроконтроллер AVR 8051 и несколько пар (чем больше, тем лучше) инфракрасных (ИК) датчиков.

Подключение релейной панели управления освещением

Предлагаемая система состоит из микроконтроллера Atmega8, LDR, PIR-датчика и RTC. Эта система управляет уличным освещением, используя светозависимый резистор и ИК-датчик.

Уличные фонари включаются в зависимости от интенсивности светового потока, который воспринимается на LDR. Если такая интенсивность на фоторезисторах низкая, значение их сопротивления — высокое. С уменьшением общей освещённости это значение увеличивается, и, таким образом, определяет, когда уличные фонари должны включиться.

Ночью движение транспорта минимально. Это обстоятельство можно использовать для настройки контроллера. По наступлении пикового времени, когда трафика нет, фотореле отключит наружное освещение. При появлении единичного транспортного средства ИК-датчик подаст управляющий сигнал микроконтроллеру. Тот на 2…3 минуты включит освещение, после чего автоматически его выключит.

Блочная компоновка фотореле

Схема включения фотореле для управления наружным освещением

Установка датчиков движения

Монтажная схема управления движением на базе фотореле

Возможные неисправности механизма для уличного освещения

Если фотодатчик работает неправильно, причина чаще всего кроется в ошибках монтажа или настройки.

Для начала удостоверьтесь, что перед устройством день-ночь не появился уличный фонарь, высокий забор, может дерево со времени установки стало значительно выше, или начало больше затенять участок, когда на нём появились листья. Такие преграды необходимо устранить или перенести фотореле на более подходящее место.

Также возможно, что кто-то из жильцов дома случайно изменил настройки, или они стали неактуальными со сменой сезона. Проследите за установленной светочувствительностью и установите задержку срабатывания не менее 5 минут.

Если в систему недавно добавили датчик движения, ложное включение может объясняться передвижением домашних животных или прохожих на улице.

Часто неисправность фотореле определяется визуально

Когда простые методы не помогают, необходимо заглянуть внутрь прибора. Возможно, в корпус попала влага и контакты окислились либо в результате скачка напряжения в сети один из элементов платы сгорел. Если повреждения не слишком значительны, стоит отнести прибор в мастерскую и проконсультироваться насчёт ремонта. Но в случае когда плата заметно повреждена, придётся заменить устройство полностью (или только выносной датчик). В самостоятельно изготовленном приборе следует в первую очередь проверить качество пайки, а при необходимости — заменить вышедший из строя элемент.

Когда прибор полностью исправен и правильно настроен, причина может крыться в подключённых к нему проводах. Тщательно проверьте целостность изоляции на каждом участке и при необходимости замените повреждённый кабель.

В случае когда неисправность самостоятельно обнаружить не удаётся необходимо обратиться к продавцу (если прибор на гарантии) или представителю производителя.

Особенности устройства

Фотореле имеет вид датчика, который работает благодаря наличию у него фотоэлемента. Через него датчик оценивает уровень освещенности на улице и, при совпадении заданных параметров, активирует включение света в системе уличного типа освещения.

Регулятор на корпусе

Схема фотореле не очень сложна и умещается в небольшой компактный корпус, из которого выходят три проводника. Они необходимы для подключения прибора к сети питания. Они также могут использоваться для управления включением аппарата в зависимости от выставленного в настойках уровня освещенности. Такой датчик может использоваться в разных ситуациях. Но наиболее часто он применяется для создания уличного типа освещения. Сегодня очень распространены модели, которые имеют регулятор. Он используется для управления работой прибора и более точной его настройки. Благодаря регулятору можно добиться правильной работы устройства в каждой заданной ситуации.

Выставляя регулятор на «-», датчик будет включать освещение только ночью, а при установке на «+» — когда только начинает смеркаться. Многие производители рекомендуют устанавливать регулятор на срединное положение. Это обеспечит более стабильную работу устройства. Для более эффективного управления работой датчика нужно настроить несколько параметров:

• диапазон чувствительности света. Его надлежит выставлять в пределе от 5 до 50 Люкс;
• мощность — от 1 до 3 КВт;
• максимальная нагрузка сети – 10 А.

Также для правильного подключения важно знать, какие виды фотореле бывают. Самое главное отличие таких датчиков заключается в расположении фотоэлемента:

Датчик с выносным фотоэлементом

• датчик со встроенным фотоэлементом. Такие модели могут иметь встроенный регулятор и таймер. В данном случае подключение прибора происходит по обычной схеме. Для подключения подойдет стандартная электрическая схема для фотореле;
• датчик с выносным фотоэлементом. Здесь конструкция устройства состоит из двух частей: фотоэлемент, что выносится на улицу и переключатель, который стоит устанавливать отдельно. Для подключения их между собой нужно использовать кабель.

Для каждой модели характерна своя схема фотореле, которую следует учитывать для дальнейшего подключения прибора. Еще одним вариантом подключения является способ через таймер. С помощью такого устройства можно легко запрограммировать датчик на отключение или включение регулятора. В результате включение света будет происходить через определенные интервалы времени. Это позволяет значительно сэкономить на потреблении электроэнергии.

Схема подключения

После размещения устройства необходимо выполнить его подключение. Фотореле, по сути, является обычным прерывателем электрической цепи. Чтобы прервать эту цепь, достаточно разомкнуть фазный провод.

Как правило, на устройстве имеется четыре контакта, которые имеют соответствующее обозначение: А и N (датчик «День-ночь»). Два контакта являются входами, к которым подключаются питающие провода от щитка. Две другие клеммы предназначены для подключения уличного светильника. Каждый датчик в комплекте имеет схему подключения и паспорт устройства.

Рекомендуем Вам более подробно ознакомиться с принципом работы датчика движения.

Существуют также датчики, в которых провода запаяны и выведены наружу (фотореле модели ФР). Такая конструкция фотореле является неразборной и имеет три выходных провода (фаза вход, фаза выход и ноль).

Для подключения неразборного датчика освещенности потребуется следующий дополнительный материал:

• распределительная коробка, которая будет устанавливаться вблизи датчика. Она необходима для соединения контактных групп. Для разборных устройств коробка не требуется, так как провода соединяются непосредственно в самом блоке;
• клеммы или обжимные наконечники для проводов.

Итак, процесс подключения выполняется в таком порядке:

1. Размещается фотореле, или фотоэлемент для устройств с выносным элементом.
2. Устанавливается распределительная коробка (в случае необходимости).
3. В коробку заводятся все провода: питание 220 В, светильника и датчика. Питающие провода имеют две или иногда три жилы.Коричневый цвет – фаза.Синий – ноль.Желто-зеленый – защитный провод.
4. Провода обжимаются специальными клеммами или наконечниками.
5. Соединяются провода следующим образом.Питающий фазный провод подключается к входному проводу фотореле.Выходной фазный провод из устройства соединяется с кабелем светильника.Нулевой питающий провод (синий) соединяется с нулевым кабелем датчика и светильника.При наличии защитного проводника (заземления), необходимо его соединить с корпусом светильника.Для соединения проводников лучше всего воспользоваться специальными клеммами WAGO, которые гарантируют прочный и защищенный контакт.
6. Закрывается крышка коробки и проверяется работоспособность устройства. Для этого необходимо подать напряжение и затемнить черной материей датчик. В это время свет должен включиться. При необходимости регулируется чувствительность изделия.

Для наглядности представим несколько понятных схем подключения.

Схема прямого подключения фотореле

Схема подключения фотореле к уличному светильнику

Точная схема уличного освещения с фотореле и пускателем

Сумеречный выключатель для уличного освещения является незаменимым помощником для человека. С его установкой упрощается до минимума управление уличным освещением. Человеку остается только проводить замену перегорающих ламп.

Датчик движения: основные функции и принцип работы

Основное предназначение датчика движения — коммутация электрической сети. Может работать как с активной нагрузкой в цепи, так и с активно-индуктивной. Любое движение в подконтрольной зоне в первую очередь запускает процесс определения уровня освещенности (если таковая функция предусмотрена в устройстве).

Если показатель ниже установленного порога срабатывания, устройство замыкает контакты и включает лампу. Таким образом, детектор может работать и в ночное, и в дневное время суток. Устанавливают порог срабатывания с помощью регуляторов, он может составлять от 3 до 2 000 Лк.

В быту чаще всего устанавливают устройства, работа которых основана на улавливании электромагнитных колебаний волн в инфракрасном спектре. Время, через которое детектор срабатывает, в случае обнаружения движущегося объекта, также настраивается.

Поворачивая регулятор, устанавливается режим выдержки. У разных моделей время отсрочки может настраиваться от 10 с до 7—15 мин (допускается небольшая погрешность).

Ориентиры грамотного выбора

Разные модели могут иметь разное назначение. Некоторые предназначены только для управления внутренними осветительными приборами, другие более универсальны и могут использоваться для схем с электроприборами, с устройствами сигнализации, с системой уличного освещения.

Датчики могут быть с ограниченным и круговым обзором, иметь разные углы горизонтального и вертикального наблюдения. Устройства для подключения на стену контролируют зону под углом 110—120° или 180°по горизонтали и 15—20° по вертикали.

Модели с подвижным органом обзора существенно облегчают настройку, а вот стационарные не имеют такой возможности, поэтому для них нужно более тщательно выбирать место размещения.

Детекторы с круговым обзором могут охватывать контролируемую зону под углом в 360° по горизонтали. Их зона обзора имеет форму конуса, расширяющегося книзу. Несмотря на большую зону контроля, не просматриваемые участки (за пределами радиуса, в углах) в помещении все равно остаются.

Для установки датчика на улице или в помещениях с повышенной влажностью необходимо выбирать устройство с высокой степенью защиты от внешних факторов (пыли, влаги).

Например, устройства с защитной степенью IP20 допустимо использовать только во внутренних помещениях с нормальной влажностью, с IP33 возможна установка на улице — на террасе, крыльце, беседке. С IP44 можно монтировать на улице, но защищать козырьком от попадания капель воды во время атмосферных осадков.

Приобрести можно готовый комплекс из выключателя и датчика движения. С особенностями его выбора и установки ознакомит рекомендуемая нами статья.

Размещение и способ ориентации

Общие правила установки датчиков следующие:

• высота установки над наблюдаемой поверхностью может составлять от 2,5 до 4 м (параметр зависит от модели устройства);
• при выборе места для монтажа учитывают то, что детектор более чувствителен к движению, которое происходит поперек области наблюдения;
• Суммарная мощность нагрузки ламп ограничена и может составлять, к примеру, от 60 до 1200 Вт для лампочек накаливания и от 0 до 600 Вт для люминесцентных осветителей.

На чувствительность детектора оказывает влияние также и температура. Диапазон температурных значений, при которых прибор нормально выполняет свои функции — от -20 до 40 °C.

Запрещено устанавливать лампы:

• на вибрирующие поверхности;
• около вентиляторов, кондиционеров;
• на глянцевых белых поверхностях стен;
• вблизи источников тепла — электрических радиаторов, ламп;
• на поверхности, находящиеся под прямыми лучами солнца.

Чтобы избежать ложного срабатывания, избегают воздействия на инфракрасный детектор источников электромагнитных волн, ветровых и тепловых потоков.

Нельзя также чтобы в зону действия попадала лампа накаливания — постепенно остывающая нить приведет к срабатыванию детектора, поскольку он отреагирует включением на изменение ее температуры.

Так может продолжаться до бесконечности — свет будет включаться и выключаться. Ложное срабатывание может происходить также в ветреную погоду из-за колыхания ветвей.

Светочувствительные датчики высокой мощности: фотореле ФР-7 и ФР-7Е

Рассмотренные выше модели идеально подходят для обеспечения работы уличных светильников на территории дачного участка или во дворе частного дома. Для регулировки освещения на улицах городов и на дорогах используют более мощные модели. К таким относят ФР-7 и ФР-7е, которые могут работать в сети переменного тока 220 В с напряжением до 5 ампер. Настройку данных приборов должны осуществлять специалисты, так как требуется подключение диапазона, равного 10 лк.

Среди недостатков фотореле ФР-7Е, как и его предшественника ФР-7, следует отметить высокий уровень потребляемой мощности. Также у устройств отсутствует необходимый уровень защиты IP40, который предохраняет от негативных воздействий влаги. Кроме того, у моделей не защищен подстрочный резистор на наружной панели, контактные зажимы относятся к открытому типу.

Главным недостатком фотореле ФР-7 яввляется высокий уровень потребляемой мощности.

Рассматривая отдельные фотодатчики, нужно упомянуть популярную модель фотореле ФРЛ-11 с внешним фоточувствительным элементом. Прибор работает в большом диапазоне освещенности (2-100 лк). Фотодатчик оснащен защитой IP65, что предусматривает его установку на улице, причем на приличном расстоянии от реле. Устройства используют для регулировки освещения крупных объектов: дорог, стоянок, вокзалов, парков и т.д.

Фотореле ФР-16А относится к разряду наиболее мощных моделей со встроенным фотоэлементом. Датчик реагирования на свет можно настроить на работу в определенном уровне освещенности. Для функционирования прибора требуется коммутируемый ток, равный 16 А, а мощность нагрузки прибора составляет 2,5 кВт.

Установка фотореле в уличном освещении исключает вмешательство человека в процесс регулировки работы осветительных электроприборов, что позволяет значительно сэкономить на потреблении электроэнергии. Покупая оборудование, потребитель должен ориентироваться на параметры устройства, подбирая модель для конкретных целей с необходимой степенью нагрузки. Во время подключения требуется четко следовать инструкции и прилагаемой схеме, а в процессе эксплуатации – рекомендациям производителя.

Технические характеристики

Выбирая, какую марку датчика приобрести, нужно в первую очередь обращать внимание на технические характеристики приборов. При этом не нужно гнаться за максимальными значениями

Параметры должны подбираться в зависимости от цели и места использования.

Охват площади

У дешевых моделей этот параметр имеет значения:

• от 90º по горизонтали;
• от 15º по вертикали.

Дорогие модели могут обеспечивать угол обзора по вертикали до 180º и охватывать полный круг по горизонтали.

Угол обзора площади датчиков движения.

Дальность действия

Этот параметр определяется мощностью используемого в датчике сенсора. Приборы, предназначенные для квартир, характеризуются дальностью обнаружения движущегося объекта 5-7 м.

Мощность светильников

Этот параметр важен только для тех датчиков, которые включаются в схему управления лампами посредством электрических проводов. Одной из характеристик таких датчиков является максимальная нагрузка, которую они способны выдерживать. Если мощность светильников, питающихся от сети, в которую они установлены, превышает допустимое значение, устройство сгорит.

Умные датчики лишены этого недостатка. Они только передают сигнал по беспроводному протоколу связи и не имеют общих источников питания с лампами, поэтому могут управлять осветительными приборами любой мощности.

Сложность монтажа

Беспроводной датчик движения.

Беспроводные датчики, например гаджеты от производителя Aqara, крепятся к поверхности с помощью двустороннего скотча. Их монтаж не вызовет никаких затруднений при отсутствии шероховатостей.

Приборы, предназначенные для работы на улице, могут крепиться с помощью болтов. Единственная сложность, с которой может столкнуться владелец этих устройств, — сопряжение их с приложением, управляющим сценариями умного дома.

Если же речь идет о приборе, который включается непосредственно в цепь питания осветительного устройства, то, помимо фиксации корпуса, при установке потребуется обеспечить электрическое соединение.

Схема подключения такого датчика в электрическую цепь практически идентична правилам монтажа выключателя. Она наносится на корпус прибора либо приводится в прилагаемой к нему инструкции.

Наиболее простой способ — включение в схеме освещения датчика движения в разрыв фазы, непосредственно обеспечивающей питание лампы. Однако этот способ подходит только для помещений без окон, где свет необходимо включать круглосуточно.

В остальных случаях потребуется комбинация с фотореле. Установка этого устройства в разрыв фазы питания перед датчиком, реагирующим на движение, приводит к тому, что на него питание, необходимое для включения света, поступает только тогда, когда в комнате темно.

Приборы, предназначенные для работы в системе умного дома, не требуют установки фотореле.

Они имеют встроенный датчик освещенности, позволяющий им посылать на управляющее устройство 2 вида сигнала:

• обнаружение движения;
• фиксация перемещения в темноте.

Лампы включаются только при поступлении сигнала второго типа.

Если же датчик движения не оснащен светочувствительным элементом, то для таких сценариев настраивается ограничение по времени срабатывания.

Устройство датчика освещенности и рекомендации по их выбору

Устройство датчика освещенности

Прежде, чем приступать непосредственно к выбору, давайте ознакомимся с устройством и принципом действия датчиков данного типа. Они могут быть выполнены на фоторезисторе или фотодиоде, но принцип действия от этого не меняется.

На фото представлена схема датчика освещенности на фоторезисторе

Итак:

• Датчики света для уличного освещения для своей нормальной работы должны быть подключены к электрической сети. То есть, на выводы датчика должны быть подведены фаза и ноль. Кроме этого, там есть третий провод, который подает напряжение непосредственно на сеть освещения, но о нем мы поговорим, когда будем подключать наш датчик.
• Сразу к выводам датчика подключен диодный мост, который преобразует переменное напряжение в постоянное. Кроме того, там установлен конденсатор, который сглаживает постоянное напряжение.
• Параллельно схеме диодного моста подключается наш фоторезистор с добавочным сопротивлением. Именно на это добавочное сопротивление вы воздействуете, вращая ручку регулятора на корпусе датчика.
• Сопротивление фоторезистора изменяется в зависимости от уровня освещенности. Чем темнее, тем выше сопротивление нашего фоторезистора. Соответственно выше напряжение на его контактах.
• При определенном напряжении открывается транзистор, подключенный параллельно нашим сопротивлениям. Благодаря этому образуется цепь на катушку силового реле.
• Реле срабатывает и замыкает цепь. А благодаря тому, что к контактам этого реле подключены наши провода питания сети освещения, включается свет.
• При увеличении уровня освещенности датчик ночного освещения размыкает контакты нашего силового реле. Происходит это по причине снижения сопротивления нашего фоторезистора, которое влечет за собой соответственно снижение напряжения и закрытие транзистора. Следствием этого является размыкание цепи, которая питает катушку силового реле.

Выбор датчиков освещенности

Имея общее представление о работе датчика, можно приступать непосредственно к его выбору

Здесь мы советуем вам обратить внимание на некоторые аспекты

Как и любое коммутационное устройство, перед установкой фотодатчик для уличного освещения стоит проверить на соответствие коммутируемой нагрузки. На данный момент на рынке представлены модели с номинальным током в 6 и 10А. Чуть реже встречаются модели на 16 и 25А. Но, честно говоря, я бы не стал доверять этим цифрам и как минимум на один шаг занизил их.

Регулировка уровня освещенности, при которой происходит срабатывание датчика

Следующим параметром, на который стоит обратить внимание, является возможность регулирования датчика. Обычно минимальным значением является 2лк

А вот максимальное значение может колебаться. Наиболее распространенными являются значения в 50 и 2000лк. Насколько вам нужна регулировка в широком спектре — решать вам, но я бы напомнил, что возможности регулировки также отражает цена датчика. Поэтому выбор минимального регулирования, по-моему, вполне оправдан.
Нельзя забывать и то, что датчик освещенности предназначен для наружной установки. Поэтому защита от влаги и пыли как минимум не будет лишней. Данный параметр указывают цифры после аббревиатуры «IP». Обычно это IP44, но могут быть и более высокие значения.

Монтаж датчика освещения

Казалось бы, чего тут премудрого? Прикрутил (см.картинку в начале статьи), подключил, настроил, и всё! Но бывает, место установки выбрано неудачно, и начинаются проблемы.

У нас на улице одно время уличные светильники вечером включались замысловато. Включатся, потухнут, опять включатся, и так с периодом около 1 минуты. Потом, с наступлением хорошей темноты, включались окончательно.

Почему так? Просто датчик освещения ошибочно был установлен в зону освещения включаемого фонаря. Получается: стало темно – датчик сработал – фонарь загорелся – стало светло – датчик выключился – стало темно… И так далее, замкнутый круг.