Фотореле для уличного освещения: виды, правила установки, схемы

Схема фотоэлемента своими руками

Устройство фотореле — фотопроводящая клетка является компонентом, используемым в электронике с Arduino для создания светового датчика своими силами.

Принцип работы такой схемы. Фоторезистор обладает переменным сопротивлением, которое меняется в зависимости от окружающего света. Чем больше света, тем интенсивнее уменьшается удельное сопротивление, и, наоборот, при большом количестве света его удельное сопротивление увеличивается. Таким образом, этот полупроводник позволяет электрическому току проходить в большей или меньшей степени.

Этот небольшой компонент недорогой, поэтому многие радиолюбители используют его во многих приложениях в качестве детектора яркости для включения света с заранее установленным временным порогом. При использовании платы Arduino возможности реализации и программирования таких схем безграничны.

Таким образом, домашний мастер сможет установить такой программируемый выключатель у входа в дом или в гараже, который будет учитывать величину естественной освещенности, в зависимости от времени суток или погодных условий.

Алгоритм подключения фоторезистора:

1. Чтобы оптимизировать измерения уровня света, необходимо добавить резистор и создать мост делителя напряжения
2. Здесь подключают фотоэлемент и сопротивления 10 кОм для того, чтобы добиться работы мостового делителя напряжения.
3. Напряжение питания составляет 5 В — обозначение красный провод.
4. Вольтметр должен быть откалиброван для постоянного напряжения (обозначение VDC). Когда освещенность равна нулю, измеренное напряжение будет близко к 0 В, потому что сопротивление фоторезистора очень велико.
5. Принцип работы: при ярком свете напряжение будет приближаться к значению источника питания, то есть 5 В, потому что сопротивление фоторезистора незначительно ,близко к 0 Ом.
6. В темноте сопротивление увеличивается примерно до 0.59 МОм, а при ярком свете сопротивление уменьшается до 222 Ом.
7. Используя плату Arduino, фоторезистор и реле 5 В/230 В, создают датчик сумерек, позволяющий управлять внешним освещением дома, предварительно настроив его по порогу яркости на включение или выключения источников света.
8. Arduino будет способствовать созданию переключателя автоматического сумеречного времени задержки.

Чтобы сделать сумеречный переключатель с помощью Arduino, потребуются следующие материалы :

1. Плата Arduino или версии Uno и Arduino Mega.
2. Доска для сборки электросхемы.
3. Фоторезистор.
4. Сопротивление 10 кОм.
5. Одностороннее реле 5 В/230 В.

Чтобы спроектировать фотореле для уличного освещения своими руками с платой Arduino, нужно будет использовать реле для управления лампой 230 В. Перед лампой должен быть установлен термомагнитный прерыватель цепи для защиты сильноточной части, в случае перегрузки по току или короткого замыкания. Работа фотодатчика обеспечивается фотоэлементом, пороги включения и выключения лампы устанавливаются в программе Arduino.

Программа Arduino автоматизирует включение и выключение сумеречного реле, питающего лампу напряжением 230 В. Две секунды задержки времени, а также два пороговых значения, позволяют убрать резкие колебания в яркости. Таким образом, реле не будет постоянно включаться/выключаться при резких изменениях яркости.

Ссылка на скетч: https://cloud.mail.ru/public/6CCG/FEVHHS75q

Возможное улучшение схемы — добавить датчик движения, который будет включать лампу ночью только при обнаружении движения.

Таким образом, использования фотореле в линиях уличного освещения создают эффективную энергосберегающую систему, которая способна надежно включать приборы освещения без участия человека. На любом радио рынке можно приобрести все необходимые компоненты, и собрать такую недорогую схему работы осветительных приборов на придомовом участке своими силами.

Пошаговая инструкция по монтажу

Сразу же хотелось бы немного отойти от темы и посоветовать Вам одновременно осуществлять подключение фотореле и датчика движения для освещения. В паре эти два устройства позволят включать светильник при наступлении темноты, только в том случае, если в зоне обнаружения появился человек. Если на участке никого не будет, то лампочки загораться не будут, что позволит значительно сэкономить электроэнергию.

Способ установки зависит от того, какой класс защиты и тип крепления сумеречного выключателя света Вы купили.

На сегодняшний день существуют различные варианты изготовления, а именно:

• с креплением на DIN-рейку, на стену либо на горизонтальную поверхность;
• уличный либо комнатный вариант использования (зависит от класса защиты IP);
• фотоэлемент встроенный либо внешний.

В инструкции мы предоставим для примера установку фотореле для уличного освещения с настенным креплением. Подключение осуществляется на стенде для удобства, тем более что это всего лишь пример.

Итак, для того, чтобы самому подключить фотореле к светильнику, Вы должны выполнить следующие пункты:

1. Отключаем электроэнергию на вводном щитке и проверяем наличие тока в распределительной коробке, от которой будем вести провод.
2. Протягиваем питающий провод к месту установки фотореле (рядом с осветительным прибором). Рекомендуем Вам для подключения сумеречного выключателя использовать трехжильный провод ПВС, который зарекомендовал себя как надежный и не слишком дорогой вариант проводника.
3. Зачищаем жилы от изоляции на 10-12 мм, чтобы подключить их в клеммы.
4. Создаем отверстия в корпусе под заведение жил для того, чтобы подключить фотореле к сети и светильнику.
5. Чтобы повысить герметичность корпуса, крепим в вырезанных отверстиях специальные резиновые уплотнители, защищающие от попадания пыли и влаги внутрь. Кстати, размещать сумеречный выключатель нужно таким образом, чтобы вводные отверстия были снизу, что предотвратит проникновение влаги под крышку.
6. Осуществляем подключение фотореле для уличного освещения согласно электрической схеме, которую мы предоставили выше. Как видно на фото, вводная фаза подключается к разъему L, а вводная нейтраль к N. Для заземления предназначена отдельная винтовая клемма с соответствующим обозначением.
7. Отрезаем нужную длину провода для подключения фотореле к лампочке (в реальности это может быть даже светодиодный прожектор). Зачищаем изоляцию также на 10-12 мм и подсоединяем к клеммам N’ и L’ соответственно. Второй конец проводника подводим к источнику света и присоединением к клеммам патрона. Если корпус светильника не проводит ток, заземление подключать не нужно.
8. Установка и подключение окончены, переходим к настройке фотореле своими руками. Тут ничего сложного нет, в комплекте присутствует специальный черный пакетик, который необходимо для того, чтобы сымитировать ночь. На корпусе датчика освещенности можно увидеть регулятор (подписан аббревиатурой LUX), который служит для выбора интенсивности освещения, при котором произойдет срабатывание реле. Если Вы желаете сэкономить электроэнергию, установите поворотный регулятор на минимум (отметка «-»). В этом случае сигнал о включении будет подаваться при полной темноте на улице. Обычно регулятор находится рядом с винтовыми клеммами, немного левее и выше (как показано на фото).
9. Последний шаг подключения фотореле – крепление защитной крышки и включение электроэнергии на щите. Как только Вы это сделаете, можно переходить к тестированию устройства.

Вот и все, что хотелось рассказать Вам о том, как установить и подключить фотореле своими руками. Также рекомендуем Вам просмотреть наглядный видео урок, в котором подробно показывается вся сущность электромонтажа.

Инструкция по подсоединению фотореле фирмы Feron

Напоследок следует сказать о том, какие производители сумеречных выключателей являются наиболее качественными. На сегодняшний день рекомендуется отдавать предпочтение продукции от таких компаний, как Legrand (легранд), ABB, Schneider electric и IEK. Кстати, у последней фирмы есть довольно надежная модель – ФР-601, которая имеет множество положительных отзывов на форумах.

Похожие материалы:

• Схема подключения прожектора к фотореле и датчику движения
• Способы соединения проводов в распределительной коробке
• Как заменить электропроводку в квартире

Нюансы монтажа датчика освещенности

Светоконтролирующий прибор обычно монтируется поблизости с подсоединяемым к нему светильником. Для каждой модели схема подключения выбирается в соответствии с инструкцией в техпаспорте. Ее перед началом работ следует изучить в обязательном порядке.

Особых навыков для выполнения монтаж не требуется. Надо лишь все рассчитать так, чтобы осветительные электроприборы не перегрузили линию. Фотореле нагрузки на сеть практически не дает. Однако УЗО в щитке и сам фотодатчик должны быть подобраны исходя из количества и мощности подключаемых лампочек.

Для самостоятельной установки фотореле достаточно обладать минимальными познаниями в области электромонтажа и соблюдать простейшие правила безопасности его выполнения

Существует несколько простых норм монтажа фоточувствительных реле:

1. Подключать сумеречный выключатель и всю линию осветительных устройств после него рекомендуется на отдельную линию от электрощитка со своим защитным автоматом.
2. Категорически запрещается устанавливать фотодатчик вверх ногами. С одной стороны он должен быть открыт солнечному свету, а с другой стороны на него должен падать свет от ламп искусственного освещения.
3. Нельзя этот электроприбор монтировать возле легковоспламеняющихся материалов, вблизи нагревательного оборудования и химически активных сред.
4. Если к фотореле подключается много лампочек , то в схеме необходимо предусмотреть магнитный пускатель.

Главное – свет от любых светильников не должен попадать на фотоэлемент. Иначе он постоянно будет работать не так, как положено. Фотодатчик реагирует на любой свет

Неважно, искусственное это освещение либо естественное от солнца

Схема подключения осветительных приборов к фотореле (прямая либо через пускатель) выбирается в зависимости от суммарной мощности подключаемых светильников

На корпусе фотореле есть план с цветовым обозначением всех проводов, исходящих из него. Как правило, коричневый идет на фазу со щитка («L»), синий на ноль («N»), а красный или черный – на светильник уличного освещения. Необходимо лишь зачистить концы этих жил и подключить все в соответствии с приложенной электросхемой.

Если у фотодатчика два контакта, то один из них подсоединяется к фазе со щитка, а второй идет на  светильник. Ноль в этом случае отсутствует.

В ситуации подключения уличного освещения через магнитный пускатель, он подсоединяется к фотореле так же, как лампочка. А сами осветительные приборы запитываются уже от него.

В этом случае реле замыкает не питающую лампы цепь, а только пускатель. Через выключатель в такой схеме проходит минимальный ток, поэтому подойдет более дешевый и маломощный прибор. Вся нагрузка здесь перекладывается на внешний контактор.

О том, как выбрать светильники для организации уличного освещения на солнечных батареях, подробно изложено в следующей статье, с которой мы советуем ознакомиться.

Распространенные схемы подключения датчика

Схема подключения сумеречного реле

Схема подключения фотореле зависит от количества выводов. Коммутация происходит в распределительной коробке. Провода устройства различаются по цветам:

• коричневый или черный – соединяется с фазой, обеспечивает подачу питания;
• синий – направляется к нулевой клемме, к ней же напрямую подключается провод светильника;
• красный – выходной провод подает фазу на осветительный прибор.

Если в цепь входит датчик движения, его подключают последовательно, за сумеречным реле. Выключатель, управляющий несколькими светильниками, коммутируется с пускателем. Для самостоятельного подключения прибора производитель дает схему в инструкции.

Что такое фотореле для уличного освещения и для чего оно нужно

Фотодатчики предназначены для автоматического освещения различных участков улицы при наступлении тёмного времени суток. Многие знают, что раньше фонари на столбах включались специальными службами. Теперь, благодаря датчикам света, этот процесс осуществляется без участия человека.

Наглядная схема подключения фотодатчика для уличного освещения

Обычный фотосенсор содержит в себе чувствительный датчик, который реагирует на дневной свет, и электрическая цепь устройства в этом случае изолирована. При наступлении темноты прибор, наоборот, работает в качестве проводника. По этой причине ночью он активен, обеспечивает включение лампы для освещения, а утром при попадании на него светового потока происходит выключение цепи.

Фотоэлемент с устройством крепления

Наружный уличный светильник с датчиком освещённости содержит в себе схему управления, которая помещена в корпусе прибора. Чтобы подключить устройство к электрической системе питания, от него выведены проводники. Обычно установка фотоэлемента осуществляется при помощи кронштейна в том месте, где на него будут попадать лучи солнца.

Микропроцессорное фотореле

Современные технологии коснулись и фотореле. Все чаще начинают применяться устройства на базе микроконтроллеров, которые позволяют не только производить определение наличия светового потока, но и совмещать множество других функций. Причем расширение не требует сильного изменения аппаратной составляющей, достаточно модифицировать внутреннюю программу.

Микроконтроллер — маленький компьютер, изначально ориентированный на управление устройствами в зависимости от внешних факторов и алгоритма. Кроме того, его возможностей вполне достаточно для присоединения к общей цифровой сети, объединяющей группы оборудования различного плана.

Также стоит упомянуть о промышленных образцах фотореле, оснащенных «умной» частью. Но их функциональность обычно ограничена производителем. Поэтому лучше рассмотреть другую систему. К примеру, Arduino. Его возможностей вполне достаточно для осуществления контроля света, отключения линии днем и ночью, отправки сообщений о текущем используемом режиме или сигнализации о нарушениях в работоспособности лампы.

На аппаратной стороне, все что непосредственно не касается функций контроля, возлагается на дополнительно подключаемые «шилды» к Arduino. В приведенной схеме последнее будет относиться к часам, датчику света и самому реле. Вопрос отправки статуса конечному владельцу решается за счет GSM модуля связи, который и будет отсылать SMS о текущем режиме работы системы.

Принципиальная схема конструкции достаточно проста:

Есть примечание, касающееся приведенной сборки

Обратите внимание, что релейный модуль имеет стороннее питание. Это сделано в целях избежания скачков тока, так как шилд берет много электричества из общей линии и может вызвать «просадку» напряжения при переключениях

Отдельное питание рекомендуется и SIM800L (на приведенной схеме он подключен напрямую к самому Arduino). Также модуль GSM-связи достаточно потребляющий элемент — ему нужно выработать определенную мощность для соединения с сотовой вышкой, а взять энергию с названой целью он может только из линии снабжения.

Что касается программной части, написать соответствующий алгоритм сможет любой, знакомый с программированием микроконтроллеров Arduino. Тем более, есть множество кодов в интернете.

Несмотря на функциональную простоту фотореле, ниш применения у него достаточно. Тем более, что малые возможности расширяются добавлением новых за счет небольшого усложнения схемы и использования микроконтроллеров.

Технические характеристики

Разные модели реле обладают различными характеристиками, поэтому следует выбирать соответствующее запроектированным функциям и возможностям устройство. Рассмотрим набор параметров на примере популярного сумеречного переключателя со встроенным фотодатчиком ФР модели 601:

• корпус — поликарбонат, не поддерживает горение;
• встроенное реле — электромеханическое;
• рабочие температуры фотореле ФР 601 — от −25 до +45 градусов Цельсия;
• класс защищенности — IP44;
• потребляемый ток — переменный, 50 Гц;
• напряжение — 230 В;
• максимальная мощность подключенных ламп накаливания — 1100 Вт;
• максимальная коммутационная мощность — 2200 Вт;
• потребляемая мощность активного датчика — 0.45 Вт;
• максимальный пусковой ток — 10 А;
• рабочие уровни освещенности — 5–50 люкс;
• сумеречный порог — регулируемый, 5–50 люкс;
• сечение подключаемых проводников — 1.5 кв. мм;
• габариты — 146×78 мм;
• диаметр наружной части — 63 мм;
• заявленный производителем срок службы — 7 лет, гарантийный — 3 года.

Внешний вид фотореле ФР 601:

Такое устройство подходит для уличного открытого монтажа в умеренном климате без экстремальных температур.

Принципы работы и устройство

Сумеречный выключатель служит для автоматического включения. Принцип его работы весьма прост: в случае снижения количества падающих на датчик световых лучей срабатывает реле, активируя цепь искусственного освещения. Эффект достигается за счет измерения подаваемого фотоэлементом напряжения: чем ниже освещенность, тем оно выше. За выполнение этой задачи отвечают компоненты прибора.

Устройство

Датчик освещенности конструктивно состоит из трех главных элементов:

• само реле;
• компаратор;
• фотоэлемент.

В качестве последнего обычно выступают фототранзисторы, фоторезисторы или фотодиоды. Все они играют роль анализатора интенсивности светового потока. Когда на улице темнеет или светлеет, фотоэлемент фиксирует изменение и отдает команду включающему свет реле. Днем цепь размыкается.

Компаратор — не менее важный элемент, позволяющий регулировать порог срабатывания. При увеличении напряжения от фотоэлемента выше установленного, компаратор активирует реле, а при падении — выключает.

Фотодатчики бывают двух видов:

• встроенные — смонтированные на щитке в едином корпусе с реле;
• выносные, с расположенным вне корпуса элементом.

В последнем случае датчик должен обладать повышенной прочностью, герметичностью то есть степенью защиты от неблагоприятных воздействий среды.

В качестве нагрузки на требующих мощного освещения объектах обычно используют дуговые ртутные люминесцентные лампы высокого давления (ДРЛ) с подключением через дроссель.

Возможно также использование иных источников света — диодных, ламп накаливания и прочее.

Коротко о главном

Фотореле не только помогает отрегулировать освещение на улице в разное время суток, но и экономит средства на электроэнергию. Работает устройство за счёт несложной схемы со встроенным фотоэлементом, который считывает информацию об освещении и включает, либо отключает прибор. В зависимости от сложности подключения, реле разделяются на несколько видов. Наиболее популярной считается модель со встроенным таймером. Алгоритм подключения у всех фотореле одинаковый, главное определиться с нулём и фазой. Следуя несложным советам и изучив схему устройства, его сможет подключить любой человек.

Астротаймер

Астрономический таймер (астротаймер) — это другой способ автоматизировать уличное освещение. Принцип его работы отличается от фотореле, но он тоже включает свет вечером и выключает его утром. Управление светом на улице происходит по времени. В данном устройстве заложены данные про то, в какое время темнеет/светает в каждом регионе в каждый сезон/день. При настройке астротаймера вводятся GPS координаты его установки, выставляется дата и текущее время. Согласно заложенной программе устройство и работает.

Астротаймер — второй способ автоматизировать свет на участке

Чем оно удобнее?

• Оно не зависит от погоды. В случае с установкой фотореле велика вероятность ложного срабатывания — в пасмурную погоду свет может включаться ранним вечером. При попадании на фотореле света он может гасить свет посреди ночи.
• Устанавливать астротаймер можно в доме, в щитке, в любом месте. Ему не нужен свет.
• Есть возможность сдвигать время включения/выключения на 120-240 минут (зависит от модели) относительно заданного времени. То есть, вы сами сможете выставить время так, как вам удобно.

Недостаток — высокая цена. Во всяком случае, модели, которые есть в торговой сети, стоят довольно солидных денег. Но можно купить в Китае намного дешевле, правда, как он будет работать — вопрос.