Sterowanie oświetleniem w domu

Nowoczesny dom w znacznym stopniu różni się od tych z poprzedniego wieku. Inna jest architektura, materiały i podejście do jego budowy. Niezmienne pozostają tylko potrzeby człowieka - ciepło, spokój i harmonia właściwie oświetlonych pomieszczeń. Remontując mieszkanie lub wymieniając instalację na nową, warto wiedzieć jak właściwie zorganizować sterowanie oświetleniem. Z jakich rozwiązań można skorzystać oraz o czym właściwie mówi elektryk realizujący instalację? Jak działa układ schodowy, krzyżowy oraz czym różni się od instalacji z przekaźnikiem bistabilnym?

Łącznik pojedynczy oraz łącznik świecznikowy

Najczęściej spotykanym układem sterowania oświetleniem jest schemat, w skład którego wchodzi pojedynczy łącznik. Zamyka on obwód żarówki podając potencjał fazy na żarówkę. Odbiornik na stałe połączony jest z przewodem neutralnym. Prezentuje to schemat 1:

W starych instalacjach do łącznika doprowadzany jest przewód fazowy, który to przewód trafiał do puszki łączeniowej, gdzie łączony był z lampą. Prezentuje to poniższy rysunek:

Po zdemontowaniu łącznika widzimy wówczas jedynie dwa przewody. Należy pamiętać, że w tym przypadku w puszce nie występuje przewód neutralny.

W nowszych instalacjach prowadzony jest przewód bezpośrednio do puszki pod łącznikiem, gdzie łączony jest z przewodem biegnącym do lampy. Wówczas po zdemontowaniu łącznika w puszce znajdziemy zarówno przewód fazowy jak i przewód neutralny i ochronny. Umożliwia to montaż automatyki, która wymaga stałego zasilania. Połączenie tego typu prezentuje rysunek 3:

Bardzo popularnym rozwiązaniem umożliwiającym sterowanie oświetleniem w domu jest zastosowanie łącznika świecznikowego. Pozwala on na niezależne sterowanie dwoma lampami lub też podzielenie pojedynczej lampy na dwie niezależnie sterowane części. W tym przypadku przewód neutralny i ochronny podłączany jest na stałe. Przewód fazowy rozłączany jest za pośrednictwem łącznika świecznikowego dla każdego z obwodów z osobna. Prezentuje to układ:

Najczęściej w przypadku takim prowadzi się przewód 4 żyłowy położony pomiędzy łącznikiem a sterowana lampą:

Łączniki pojedyncze oraz świecznikowe są najczęściej wykorzystywanym układem sterowania oświetleniem. Sprawdzają się idealnie w przypadku mniejszych pomieszczeń, gdzie występuje tylko jeden obwód światła, sterowany z jednego miejsca. Co jednak w przypadku, gdy w pomieszczeniu występuje więcej niż jedno miejsce, z którego  chcemy sterować oświetleniem? Wówczas warto skorzystać z łącznika schodowego lub połączyć oświetlenie w układzie krzyżowym. Jak działa taki łącznik? Jak zrealizować taki układ?

Łącznik schodowy i krzyżowy - zasada działania

W przypadku łączników schodowych ich konstrukcja wewnętrzna posiada styk przełączny, czyli taki który posiada wyprowadzenia normalnie zwarte i normalnie rozwarte. Co to oznacza w praktyce? Pokazuje to poniższy rysunek:

Zacisk oznaczony jako 1 stanowi wejście łącznika. Łącznik w stanie pierwszym pozostaje zwarty z zaciskiem oznaczonym jako 2. Napięcie podane na zacisk 1 jest zatem przenoszone na zacisk 2. Po przełączeniu napięcie przenoszone jest z zacisku 2 na zacisk 3:

Wyobraźmy sobie sytuację, w której połączymy ze sobą dwa takie łączniki:

Połączone zostały odpowiednio zaciski 2a oraz 2b i 3a oraz 3b. Jeżeli zacisk 1a potraktujemy jako wejście, a zacisk 1b jako wyjście, to taki układ przełączy sygnał z jednego zacisku na drugi (z 2a-2b na 3a-3b). Prezentuje to rysunek:

Oznacza to, że przełączając zasilanie na łączniku „a” włączamy i wyłączamy zasilanie wychodzące z łącznika „b”. Dodatkowo przełączając przełącznik „b” możemy przełączyć stan wyjścia na przeciwny. Innymi słowy, jakiekolwiek przełączenie spowoduje zmianę sygnału na wyjściu na przeciwną. Taki układ połączeń nazywany jest układem schodowym.

Poprawne okablowanie układu schodowego wymusza połączenie łączników przewodem 3 żyłowym. Należy także podłączyć oświetlenie na stałe przewodem neutralnym i ochronnym. Wykonuje się to w różnych konfiguracjach. Najczęściej jednak spotykamy się z okablowaniem, gdzie w pierwszej puszce pod łącznikiem schodowym spotykają się: przewód zasilający (L,N, PE), przewód z lampy oraz przewód łączący łącznik z drugim łącznikiem schodowym. Prezentuje to rysunek:

Układ schodowy wykorzystywany jest w przypadku sterowania oświetleniem klatki schodowej, korytarza lub też większego pomieszczenia. Umożliwia on sterowanie z 2 miejsc. Jeżeli zachodzi konieczność sterowania oświetleniem z 3 miejsc, dodatkowo wykorzystujemy łącznik krzyżowy umieszczany pomiędzy łącznikami schodowymi. Prezentuje to poniższy schemat:

Łączniki podświetlane a źródła LED
Czy wiesz, że…

Łączniki podświetlane mogą być przyczyną stałego świecenia źródeł LED. Jest to spory problem, ponieważ oświetlenia wyłączyć się nie da. Prąd przepływający przez podświetlenie łącznika zasila żarówkę LED, która to żarówka świeci. Zdarza się też, że świetlówki wyposażone w układ zapłonnika elektronicznego przy wyłączeniu charakterystycznie migotają.

Już na pierwszy rzut oka schematy połączeń układów schodowych i krzyżowych wydają się skomplikowane. Sprawa komplikuje się jeszcze bardziej gdy do podłączenia mamy większą ilość łączników sterujących oświetleniem (np. sterowanie oświetleniem z 4 miejsc niezależnie). Jak zatem ułatwić sobie życie? Można zastosować przekaźnik bistabilny.

 

Przekaźnik bistabilny

Elektronika w elektrotechnice jest coraz powszechniejsza. Pomaga ona uprościć instalację. Jest też źródłem komfortu. Jednym z podstawowych elektronicznych urządzeń wspomagających sterowanie oświetleniem jest przekaźnik bistabilny. Umożliwia on zastąpienie łączników schodowych i krzyżowych. Urządzenie wyzwalane jest podaniem impulsu na zaciski wejściowe. Źródłem impulsu są przyciski, np. przyciski dzwonkowe. Zaletą w takiej sytuacji jest pozostawanie osprzętu w jednej pozycji. Poprawia to estetykę instalacji. Korzystając z przekaźnika bistabilnego ograniczamy ilość niezbędnych do uruchomienia rozwiązania przewodów przyłączeniowych. Prezentuje to poniższy schemat:

Przekaźnik impulsowy jest na stałe zasilany napięciem sieciowym 230V (zaciski L i N). Oświetlenie podłączane jest pod wyjścia przekaźnika. Prezentowany model posiada dwa wyjścia przekaźnikowe. Oznacza to, że może sterować niezależnie dwoma kanałami. Przyciski dzwonkowe podłączane są do wejść IN1 i IN2. Podają one impuls w postaci potencjału fazy L. Urządzenie każdorazowo po przyciśnięciu przycisku zmienia swój stan na przeciwny, a oświetlenie jest załączane i wyłączane. Dużą zaletą przekaźników bistabilnych jest ograniczenie wymaganego okablowania do 2 żył. W przypadku okablowania 3-żyłowego zatem można sterować za pośrednictwem przekaźnika 2 kanałami niezależnie. Przekaźniki impulsowe występują w formie modułowej (montowane na szynie TH-35 DIN) oraz w wersji dopuszkowej. Rozwiązanie dopuszkowe warto umieścić w puszce kieszeniowej. Ułatwi to finalny montaż urządzenia.

Przekaźnik sekwencyjny

Ciekawostka!

Ciekawą odmianą przekaźnika bistabilnego jest przekaźnik sekwencyjny. Pozwala on na sterowanie dwoma obwodami za pomocą jednego przycisku. Przekaźnik sekwencyjny przełączy styki zgodnie z zaprogramowaną sekwencją. Stąd bierze się jego nazwa. Urządzenie idealnie odnajdzie się w sytuacji, gdy sterować będzie lampą podzieloną na dwie części (jak łącznik świecznikowy, ale z jednym przyciskiem) lub też podświetleniem LED sufitu podwieszanego. Umożliwi załączenie delikatnego światła lub też oświetlenia pełnego.

Innym ciekawym przekaźnikiem impulsowym jest przekaźnik z ograniczeniem czasowym. Pozwala on na załączenie oraz wyłączenie oświetlenia za pomocą przycisków, podobnie jak klasyczny przekaźnik bistabilny. Dodatkowo, w momencie uruchomienia oświetlenia, rozpoczyna się odliczanie czasu. Jeżeli użytkownik ręcznie nie wyłączy oświetlenia, to po odliczeniu nastawionego czasu aparat wygasi oświetlenie samoczynnie. Urządzenie idealnie sprawdzi się w przypadku sterowania oświetleniem wiatrołapu lub korytarza.

A co w sytuacji, gdy podczas montażu instalacji lub też jej remontu przygotowaliśmy zbyt małą ilość przewodów? Wówczas problem rozwiąże sterowanie bezprzewodowe.

Radiowe sterowanie oświetleniem

Rozwiązania radiowe stały się bardzo popularne. Potrafią one rozwiązać problem z brakującym okablowaniem. Mogą także poprawić komfort użytkowania klasycznej instalacji przewodowej doposażając ją w pilot radiowy. Zasada działania rozwiązań radiowych jest prosta. Występują dwa rodzaje elementów: radiowe nadajniki i radiowe odbiorniki. Radiowe nadajniki wysyłają sygnały sterujące drogą radiową do odbiorników. Odbiorniki, po otrzymaniu sygnału radiowego, podejmują działanie: włączają lub wyłączają oświetlenie.

Nadajniki mogą występować w formie:

- pilotów radiowego sterowania – zasilane są poprzez baterie, przystosowane są do przenoszenia

- klawiszy montowanych na ścianie – gotowe klawisze zasilane bateryjnie, montowane natynkowo, pozwalają na montaż bez puszki elektrycznej, na szkle lub drewnie

- nadajniki dopuszkowe 230 V – montowane są w puszce elektrycznej, zasilane są poprzez napięcie 230V AC, umożliwiają adaptację do osprzętu dowolnego producenta, nie wymagają wymiany baterii, ale wymagają okablowania: przewodu fazowego i neutralnego w puszce

- nadajniki dopuszkowe bateryjne – posiadają te same parametry co standardowe nadajniki dopuszkowe, mogą współpracować z dowolnym osprzętem różnych producentów, jednak ich wadą jest konieczność wymiany baterii. Jako zaletę należy podkreślić możliwość pracy nawet jeżeli w puszce nie znajdują się przewody zasilające (L i N)

- nadajniki modułowe – montowane są w rozdzielnicy na szynie DIN. Ich zastosowanie wraz z inną automatyką poszerza możliwości instalacji

- nadajniki specjalistyczne – występują w formie różnych urządzeń wysyłających powiadomienia o swoim stanie droga radiową. Przykładem takiego nadajnika może być radiowy czujnik ruchu lub też radiowy czujnik otwarcia drzwi i oka (kontaktronowy).

Odbiorniki radiowe występują w formie dedykowanych odbiorników:

- odbiorników monostabilnych – czyli takich, które pozostają załączone tylko na czas przytrzymania przycisku nadajnika;

- odbiorników bistabilnych – czyli takich które reagują włączeniem i wyłączeniem na sygnały radiowe.

Mogą także przyjąć formę znacznie praktyczniejszych odbiorników uniwersalnych, które mogą pracować w trybach:

- włącz/wyłącz – jednym klawiszem można załączyć, a innym wyłączyć oświetlenie

- bistabilnym – ten sam przycisk umożliwia załączenie i wyłączenie oświetlenia

- monostabilnym – przytrzymanie przycisku nadajnika powoduje podtrzymanie zasilania oświetlenia. Oświetlenie gaśnie w momencie puszczenia przycisku nadajnika

- czasowym – zasada działania jest identyczna jak w przypadku przekaźnika bistabilnego z ograniczeniem czasowym. Pierwszy sygnał z nadajnika powoduje uruchomienie odbiornika i rozpoczęcie odmierzania czasu. Po odmierzeniu czasu oświetlenie wygaszane jest automatycznie. Jeżeli przed upływem czasu odbiornik odnotuje kolejny sygnał sterujący, to wyłączenie oświetlenia nastąpi wcześniej.

https://youtu.be/y1pOWnlUrDM

Często komunikacja radiowa umożliwia podłączenie radiowych odbiorników dodatkowo do centralki zarządzającej oświetleniem domu. Taka centralka umożliwia także połączenie z internetem i stanowi niejako serce domowej instalacji oświetlenia. Za jej pośrednictwem możemy na przykład zdalnie załączyć i wyłączyć dany obwód, ustawić automatyczne uruchomienie i wygaszenie lamp o określnej godzinie lub też sprawdzić, które światła są załączone a które wyłączone. Takie rozwiązanie stanowi podstawy do systemu inteligentnego domu.

Automatyka sterująca oświetleniem w znacznym stopniu może podnieść komfort codziennego życia. Dobitnym przykładem może być czujnik ruchu. Gdzie jest stosowany i jaką formę może przyjmować?

Czujniki ruchu

Czujniki ruchu występują w dwóch różnych konstrukcjach. Czujniki ruchu PIR – ich zasada działania oparta jest na śledzeniu zmian temperatury. Obserwacja odbywa się w paśmie podczerwieni, stąd ich nazwa – Passive Infra Red. Ograniczeniem zastosowania tego typu urządzeń jest występowanie w monitorowanym obszarze źródeł ciepła takich jak kominek, duży grzejnik czy rozgrzany silnik. Może to powodować przypadkowe uruchomienia oświetlenia. Alternatywą do zastosowania czujnika ruchu PIR jest czujnik mikrofalowy. Jego zasada działania przypomina pracę sonaru. Urządzenie emituje falę radiową, która to fala odbija się od różnych powierzchni i wraca z powrotem do czujnika. Czujnik odnotowuje czas jaki potrzebny był fali na ponowny powrót do źródła. Jakakolwiek zmiana czasu przelotu fali interpretowana jest jako poruszający się obiekt i powoduje uruchomienie oświetlenia. Ograniczeniem zastosowania czujnika mikrofalowego jest występowanie w monitorowanym obszarze obiektów ruchomych takich jak rośliny poruszające się na wietrze, windy, wentylatory itp.

Pod względem montażu czujniki ruchu można podzielić na rozwiązania montowane natynkowo, dedykowane do sufitów podwieszanych lub też czujniki montowane w puszce elektroinstalacyjnej.

Czujniki ruchu idealnie sprawdzają się w przypadku sterowania oświetleniem korytarzy, pomieszczeń gospodarczych, łazienek i garaży. Czujniki ruchu popularne są także do sterowania oświetleniem elewacji, podjazdu do garażu lub bramy wjazdowej do posesji.  Zastosowanie czujek ruchu pozwala także na ograniczenie zużywanej energii, ponieważ urządzenie automatycznie uruchamia i wygasza oświetlenie zgodnie z praktycznym na nie zapotrzebowaniem.

Innym popularnym urządzeniem stosowanym do automatyzacji sterowania oświetleniem w domu jest programator czasowy.

Programator czasowy

Programatory czasowe umożliwiają automatyczne sterowanie oświetleniem w zależności od konkretnej godziny i dnia tygodnia. Wykonanie astronomiczne pozwala na automatyczne sterowanie oświetleniem w zależności od godziny zachodu i wschodu słońca. Programatory czasowe idealnie sprawdzą się w przypadku sterowania oświetleniem elewacyjnym. Będzie ono uruchamiane i wyłączane automatycznie. Urządzenia można także kontrolować ręcznie poprzez przyciski. Na rynku można spotkać także rozwiązania wyposażone dodatkowo w łączność WiFi. Ułatwia ona konfigurację oraz umożliwia ręczne sterowanie oświetleniem poprzez przeglądarkę internetową. Zegary czasowe to doskonałe uzupełnienie instalacji sterowania domowym oświetleniem.

Podsumowanie

1.    Sterowanie oświetleniem w domu realizowane jest najczęściej za pośrednictwem łączników jednobiegunowych lub świecznikowych. W przypadku łączników podświetlanych należy zachować szczególną uwagę, ponieważ podświetlenie klawisza może wywoływać ciągłe świecenie źródła LED.

2.    Sterowanie oświetleniem z kilku miejsc jest bardzo wygodnym rozwiązaniem. Realizowane może być za pośrednictwem łączników schodowych (sterowanie z 2 miejsc), krzyżowych (sterowanie z 3 i większej liczby miejsc) lub przekaźników bistabilnych.

3.    Zaletą łączników schodowych i krzyżowych dobrej jakości jest duża wytrzymałość na prądy udarowe pojawiające się podczas przełączania oświetlenia. Wada rozwiązania jest konieczność prowadzenia większej liczby przewodów oraz relatywnie duży poziom skomplikowania poprawnego podłączenia (dla niewprawionego montera może być to kłopotliwe). Łączniki tego typu ograniczają także estetykę instalacji, ponieważ pozostają w losowej pozycji.

4.    Zastosowanie przekaźników bistabilnych umożliwia sterowanie oświetleniem z wielu miejsc. Stosując przekaźnik impulsowy dopuszkowy mamy możliwość ograniczenia ilości stosowanych przewodów oraz niezależne sterowanie wieloma obwodami niezależnie.

5.    Istnieją szczególne wersje przekaźników bistabilnych, takie jak przekaźniki z ograniczeniem czasowym lub też sekwencyjne. Umożliwiają one realizację dodatkowych funkcji sterowania.

6.    W przypadku braku przewodów lub konieczności poszerzenia istniejącej już instalacji o dodatkowe przyciski można skorzystać z rozwiązań bezprzewodowych.

7.    Urządzenia radiowe dzielą się na dwie kategorie: radiowe nadajniki i radiowe odbiorniki. Nadajniki wysyłają sygnały sterujące do odbiorników, a odbiorniki przełączają oświetlenie.

8.    Dodając do instalacji moduł centralny możemy sterować radiowymi odbiornikami także za pośrednictwem aplikacji mobilnej. Może to stanowić podwaliny do inteligentnej instalacji.

9.    Alternatywą do inteligentnej instalacji jest zastosowanie prostej i skutecznej automatyki takiej jak np. czujniki ruchu.

10.    Instalację sterowania oświetleniem warto uzupełnić o programatory czasowe. Na rynku dostępne są programatory umożliwiające wygodną konfigurację poprzez WiFi.