Проходной выключатель на трехпроводной линии



В статье рассмотрены различные схемы подключения светильников с возможностью их управления из разных точек. Для управления освещением протяженных участков (тропинки между домами, в палаточных городках, на охраняемых объектах) предложена новая схема подключения, позволяющая существенно сэкономить на материалах и монтаже проводки за счет сокращения количества соединительных проводов с четырех до трех. Предложенная схема проверена в лабораторных условиях и применена на практике для освещения тропинки к летнему домику на дачном участке.

Разработанная схема может быть применена для ручного управления освещением протяженных пешеходных дорожек на приусадебных участках, в зонах отдыха, туристических базах, производственных площадках, а также в качестве осветительной и сигнальной системы на охраняемых объектах. Рассмотрены вопросы электробезопасности при реализации в сети 220В и на слаботочных линиях.

Ключевые слова : проходной выключатель, переключатель, трехпроводная линия, защита от короткого замыкания, защита по току, электробезопасность, УЗО, контур заземления, освещение периметра, слаботочная проводка, охраняемый периметр.

Введение.

Проходным выключателем (или переключателем) называют устройство, позволяющее независимо управлять одним светильником из двух разных мест, что очень удобно в различных ситуациях. Перечислим некоторые из них:

1) Освещение лестницы между этажами. Если спальня расположена на втором этаже, то поднимаясь вверх, свет нужно включить внизу, а выключить на втором этаже. Спускаясь вниз, нужно наоборот включить свет, находясь вверху, а выключить уже на первом этаже.

2) В одноэтажном доме спальни обычно размещают вдали от основного входа в дом. Здесь тоже удобно иметь возможность управления светильником со входа в дом и с места установки кровати.

3) Передвигаться ночью по длинному коридору тоже не очень удобно, если нет возможности включать и выключать свет с разных сторон коридора.

4) На приусадебных или дачных участках для управления освещением дорожки от дома до вспомогательных помещений.

5) На туристических базах и в зонах отдыха, где домики для отдыха или палатки размещены на значительных расстояниях от освещенных дорожек.

Обратим внимание, что в первых трех случаях все элементы устройства размещаются внутри помещений. Расстояния между переключателями и светильником невелико, а значит экономия на суммарной длине проводов за счет перехода от четырехпроводной схемы на трехпроводную тоже не столь существенна. К тому же в этих случаях вместо управления с помощью переключателей иногда проще применить выносные пульты или датчики движения.

Иное дело управление освещением вне помещений. Датчики движения неудобны из-за возможных ложных срабатываний, выносные пульты не всегда оказываются под рукой. Здесь трехпроводная схема может оказаться значительно дешевле и удобнее.

Актуальность работы связана с ожидаемой экономией материалов при наружном освещении и усугубляется тем, что описания работы проходного выключателя на уличных линиях встречаются значительно реже, а предлагаемые схемы имеют существенные недостатки.

Целью работы является конструирования и лабораторная проверка работоспособности схемы проходного выключателя на трехпроводной линии с возможностью подключения электроприборов в удаленной точке.

Для достижения цели необходимо последовательное решение следующих задач:

1) Анализ схем проходных выключателей по общедоступным публикациям.

2) Лабораторная проверка работоспособности схем.

3) Разработка предложений по практической реализации, включая меры обеспечения электробезопасности.

Основная гипотеза , подлежащая проверке, состоит в том, что необходимым и достаточным условием решения данной задачи является наличие трехпроводной линии и двух переключателей. Экспериментальное исследование данного вопроса составляет новизну настоящей работы.

1. Обзор преимуществ и недостатков типовых схем.

Понятие «проходной выключатель» не означает какое-то конкретное устройство. Проходной выключатель — это способ управления каким-либо электроприбором из разных мест. То есть когда электроприбор, например светильник, можно включить в одном месте, а выключить в другом. Затем снова включить или выключить из любого места, независимо от того, с какого места было сделано предыдущее выключение или включение. Принцип работы переключателя хорошо проиллюстрирован на видео [1].

Включение и выключение осуществляется с помощью переключателя, который в отличие от обычного выключателя не просто разрывает контакт, а переключает контакт с одной клеммы на другую. Отсюда нашло и хождение другого термина — «проходной переключатель». Отметим, что схема проходного выключателя может быть реализована и на других устройствах, например на импульсных реле, дистанционных выключателях и т. д. [2].

Далее остановимся на схемах, построенных с помощью механических переключателей [3]. По условиям эксплуатации схемы можно разделить на две группы: предназначенные для использования внутри помещений и на улице. Как было сказано ранее, нас интересует вторая группа, т. к. именно на протяженных линиях эффект от экономии проводов является наиболее существенным. Принципиальные схемы проходного выключателя для уличного освещения показаны на рис.1. На одних схемах [3] предусматривается подача электропитания в удаленную точку (рис.1а), на других [4, стр. 67–68] — только установка переключателя (рис.1б).

Рис. 1. Проходной выключатель. Основные схемы: а) с подачей напряжения в удаленную точку; б) с установкой в удаленной точке только переключателя

Схемы, найденные в других источниках, принципиально не отличаются от показанных на рис.1. Недостатком схемы, показанной на рис.1а, является повышенный расход проводов (4 провода). Схема, показанная на рис. 1б, хоть и построена на трех проводах, но не позволяет подключать в удаленной точке дополнительные электроприборы.

2. Проходной выключатель на трехпроводной линии питания.

Гипотеза о возможности построения схемы проходного выключателя на трехпроводной линии с возможностью подключения электроприборов в удаленной точке вытекает из следующих логических рассуждений:

1) Из условия подачи электропитания в удаленную точку следует, что схема должна быть симметричной и иметь два провода для подачи в удаленную точку электропитания.

2) Для работы светильника посередине к нему надо подвести два провода. Из условия симметричности схемы, провода, суммарной длиной примерно равной общей длине линии, должны подходить с разных концов.

3) В начале и в конце линии должны стоять переключатели на два положения, обеспечивающие четыре комбинации (2 ² = 4) состояния светильника согласно таблице 1.

Таблица 1

Таблица комбинаций положения переключателей

Комбинация	Переключатель А	Переключатель Б	Состояние светильника
1	Положение 1	Положение 1	Выключен
2	Положение 1	Положение 2	Включен
3	Положение 2	Положение 2	Выключен
4	Положение 2	Положение 1	Включен

Построим принципиальную схему, соответствующую логическим рассуждениям: изобразим два проводника для подачи электропитания из точки А в точку Б; изобразим третий проводник со светильником посередине; разместим в точках А и Б переключатели и соединим их в соответствии с таблицей 1. Схема соединений показана на рис.2.

Рис. 2. Принципиальная схема проходного выключателя на трехпроводной линии.

Для проверки работоспособности схемы, построенной на основании теоретических рассуждений, в условиях школьной лаборатории собран специальный стенд. Источником питания служила солевая батарейка Perfeo на 4,5 В. Кроме лампочки, показанной на рис.2, в лабораторном стенде к зажимам 1 и 2 переключателя Б была дополнительно подключена контрольная лампочка для слежения за напряжением в точке Б. Работоспособность схемы проверена и подтверждена всех положениях переключателей, указанных в табл.1. Контрольная лампочка не гасла в ходе всего испытания.

Эксперимент, проведенный на этом стенде, полностью подтвердил работоспособность схемы и справедливость ранее высказанной гипотезы.

3. Практическое применение.

Разработанная схема применена на практике для управления освещением тропинки на одном из дачных участков в Липецкой области, где ранее была проброшена воздушная линия из трехжильного провода (фаза, ноль, заземление). Линия подключалась к сети переменного тока через двухполюсный выключатель, установленный на стене дома.

Чтобы не монтировать отдельную проводку, провод заземления был разрезан примерно посередине линии, и его концы подведены к светильнику, собранному из подручных материалов, см.рис.3.

Рис. 3. Общий вид светильника с управлением из двух точек

Корпус двухполюсного выключателя ВК (рис.4а) был вскрыт. Бывший провод заземления отключен от линии заземления и вместе с питанием (фаза и ноль) подведен к переключателю А, который установили чуть ниже (рис.4б).

Рис. 4. Установка переключателей: а) подключение к сети 220В через двухполюсный выключатель ВК; б) положение переключателя А; б) положение переключателя Б с розетками электропитания и заземлением

Аналогичную работу проделали с розеткой, установленной в летнем домике, удаленном от основного примерно на 60 метров. К клеммам розетки питания подключили переключатель Б (рис.4в). Линия заземления была восстановлена путем подключения к отдельному контуру заземления (рис.4в). Таким образом, благодаря новой схеме, управляемый из двух мест светильник удалось установить на старой трехпроводной линии без монтажа дополнительных проводов.

При подключении линии к сети 220В применены следующие элементы обеспечения электробезопасности: автоматический выключатель (С16 на 16А) — для защиты от перегрева проводов и от короткого замыкания; устройство защиты от поражения электрическим током (УЗО, с номинальным током 25А и током срабатывания 30 mA); механический двухполюсный выключатель ВК, размещенный в зоне прямой видимости; оснащение удаленной точки отдельным контуром заземления.

Развитие современных энергосберегающих технологий открывает более широкие перспективы применение данной схемы в качестве управляемого освещения на линиях большой протяженности. На рис.5 показан способ использования данной схемы в качестве осветительно-сигнальной линии охраняемого периметра, например, для охраны строительной площадки. Площадка охраняется тремя постами, которые не находятся в зоне прямой видимости друг друга. Посты соединены трехпроводной линией с проходными переключателями на концах. Линии питания подключены к передвижному источнику питания по закольцованной схеме. Нормальное состояние светильников — режим «Выключено». При внешнем сигнале типа «шорох» [5] охранник поста включает нужный осветитель, видимый со стороны соответствующего поста, что снижает риск несанкционированного проникновения на охраняемый объект.

Рис. 5. Принципиальная схема осветительно-сигнальной линии охраняемого периметра на проходных выключателях

В качестве источника питания здесь достаточно использование постоянного тока напряжением 24В от аккумуляторов спецтехники, всегда присутствующей на строительных объектах. Светодиодные лампы мощностью около 8 Вт будут достаточны при расстояниях между постами порядка 400 м. Для такого освещения вполне подойдет линия из трехжильного сигнального кабеля с разным сечением проводов (например, 0,75 мм ² для цепи питания и 0,35 мм ² для освещения) со светодиодной лампой посередине и переключателями на концах. Линия быстро разматывается и подключается к источнику питания в нужное время, а также быстро убирается при перемещении на другой объект. Такие линии могут существенно повысить эффективность применяемых систем охраны периметра [5] и недороги в эксплуатации.

Заключение.

В результате выполненной работы реализована новая схема проходного выключателя на трехпроводной линии с подачей в удаленную точку электропитания для подключения электроприборов, что подтверждает справедливость ранее высказанной гипотезы. Работоспособность схемы проверена в лабораторных условиях и применена на практике в Липецкой области для управления освещением тропинки от выхода из дома до вспомогательных строений.

В целом результаты работы позволяют сделать следующие выводы:

1. Реализация предложенной схемы проходного выключателя позволяет снизить стоимость освещения за счет исключения четвертого провода.
2. При реализации данной схемы в сети переменного тока напряжением 220В следует применить дополнительные меры электробезопасности, а именно: устройство защиты от поражения электрическим током (УЗО или дифавтомат), внешний контур заземления, двухполюсный выключатель внешнего питания в зоне прямой видимости для отключения сети на период монтажа или ремонта.
3. Эффект от применения предложенной схема наиболее ощутим на протяженных слаботочных линиях, построенных по энергосберегающим технологиям.

Приведен пример вспомогательного освещения периметра охраняемых объектов по схеме проходного выключателя с применением энергосберегающих технологий. Надеемся, что материал статьи будет полезен читателям, интересующимся вопросами проектирования и монтажа электрических цепей.

Литература:

1. Просто о сложном. Как устроен проходной выключатель. URL: https://www.youtube.com/shorts/EfQ6PnNH2vE (дата обращения: 14.04.2024).
2. Все о проходных выключателях — схемы подключения, сравнение, видео. //Домашняя автоматика. — URL: https://domavtomatica.ru/blogs/blog/vse-o-prohodnyh-vyklyuchatelyah-shemy-podklyucheniya-sravnenie-video#: (дата обращения: 14.04.2024).
3. Чем проходной выключатель отличается от обычного и можно ли их заменить? //Электрик в доме — URL: https://dzen.ru/a/YpXuvjA_KkKvBVto/ (дата обращения: 14.04.2024).
4. 20 уроков по электромонтажу. Иллюстрированное практическое руководство для начинающих электромонтажников //Компания «ЭлектроАС». — 73 cтр. — URL: http://electrolibrary.info/20lessons.pdf (дата обращения: 24.04.2024).
5. Абдрахманов С. И. Системы охраны периметра. Общие требования к периметральным системам / С. И. Абдрахманов. // Молодой ученый. — 2023. — № 52 (499). — с. 4–6. — URL: https://moluch.ru/archive/499/109072/ (дата обращения: 25.04.2024).