Освещение от 12 В: преимущества и недостатки
Сейчас многие люди, даже далёкие от сферы электрики, в курсе, как много вокруг нас низковольтной техники: современные лампочки, зарядные устройства от телефонов, радиоприёмники и пр. Потому, если вдуматься, ещё более парадоксальным будет выглядеть вопрос: как, имея повсеместный стандарт сетевого питания в 220 В, можно было прийти к идее запитывать часть техники от 12 В? Давайте попытаемся в этом разобраться.
Наиболее очевидный ответ на поставленный выше вопрос – низкий вольтаж более безопасен. Тем не менее, только лишь таким объяснением ограничиваться нельзя, да и его корректность многие могут поставить под сомнение. Вместе с тем, согласно ПУЭ оборудовать места с повышенной влажностью или потенциально высокой опасностью для здоровья рекомендуется именно светильниками, питающимися от 12 В. Сюда относится и ванная комната, и двор в частном секторе, и подвал, и даже вполне привычная нам кухня. Пониженный вольтаж во многих смыслах «удобнее» – с рассмотрения именно этого тезиса мы и начнём.
Почему питание 12 В популярно?
Двенадцативольтная проводка представляет меньшую опасность не только для человека, но также для техники и другого имущества. Если короткое замыкание в обычной сети 220 В довольно легко способно привести к возгоранию и пожару, то многие низковольтные системы могут вообще оказаться нечувствительны к подобному. Хотя часть из них категорически не любит переполюсовки, соприкосновение плюсового и минусового проводника часто ничем не угрожает, кроме невозможности использования подключённых устройств. Потому провода и кабели в низковольтных сетях не требуют от людей столь же трепетного отношения, как обычные, позволяют сэкономить на кабель-каналах, гофрах и других системах прокладки. Максимальный ущерб системе – поломка недорогого понижающего трансформатора (блока питания) или срабатывание устройства защиты. Согласно статистике, вероятность пожара, вызванного некорректной работой 12-тивольтной сети, составляет менее 0,5%.
Разумеется, не только этот фактор определил популярность низкого вольтажа. Особо широкое распространение он получил на фоне набирающих обороты тенденций по применению точечных светильников в начале века. Мало того, что эти приборы во многом вообще изменили взгляд на концепцию искусственного освещения интерьеров, так они ещё повлияли на форму, размеры и тип питания источников света всех будущих поколений. Привычная нам лампа накаливания могла работать только от 220 В, и притом она совершенно не вписывалась в желаемые габариты источника. Кроме того, суть точечных моделей в их направленном свечении с небольшим угловым рассеиванием, чего проблематично было достичь с лампами старого образца. В результате инженеры нашли способ заменить её на галогенку.
Компактные изделия нового формата содержали пары какого-нибудь галогена и инертный газ, помогавший осуществлять теплоотвод. Когда в полости лампы вольфрамовая нить раскаляется, вольфрам начинает испаряться и вступает во взаимодействие с атомами металла на микроскопическом уровне. В результате краткосрочно образуется новое вещество – галогенид вольфрама. Поскольку весь процесс происходит в небольшом закрытом объёме, галогенид вынужден повторно оседать на нити накаливания, распадаться на ней под воздействием высоких температур и таким образом «возвращать на место» чистый вольфрам. Этот циклический процесс, в сущности и представляет собой свечение лампочки.
Главное достоинство описанного механизма состоит в том, что за счёт самовосстановительных свойств материалов, износ нити накала у галогеновых моделей оказался крайне низким в сравнении с традиционными лампочками. Это означает, что открылась возможность нагревать нить до ещё более высоких температур без вреда для изделия и с пользой для результата: при меньших размерах источника его свечение оказалось ярче. Когда все эти явления были обнаружены учёными и поставлены на рельсы потокового производства, как раз и зародились галогеновые лампы (почти современного типа).
Единственной неожиданной проблемой оказалось то, что реальную надёжность работы и долговечность на лабораторных испытаниях показывали именно те лампочки, которые были запитаны от низкого вольтажа. Вполне закономерно, что их нить была толще, поскольку она рассчитывалась на большую силу тока. В результате было принято решение оптимизировать светоприборы в сторону низковольтного питания. Так лампочки стали комплектоваться небольшими трансформаторами, помогавшими снизить вольтаж до необходимого уровня. Подобная схема питания успела получить развитие и популярность, а также пережила несколько поколений светоприборов, прежде, чем на рынок вышли светодиодные лампы. Зато для них уже было подготовлено технологически сбалансированное решение, которым не преминули воспользоваться производители. В результате низковольтный стандарт закрепился без особых сложностей, основываясь на реальной потребности, а не на результатах маркетинговых исследований или иных капризах рынка.
Светоприборы на 12 В были удобны и пользователям: заменить лампочку такого типа на порядок безопаснее, чем обычную. Ток при отсутствии потребителя в системе не протекает, а напряжение настолько мало, что риска поражения для человека нет. Наконец, немалое значение для интерьерного дизайна имели и размеры – компактность ламп открыла новые возможности для осветительных решений, которые получили активное развитие в тот же период. В результате техника и дизайн постоянно стимулировали друг друга, провоцируя стремительный прогресс технологий.
Были обнаружены и другие плюсы низковольтных осветительных приборов. К примеру, на этапе ремонта – это закупка кабельно-проводниковой продукции с существенно меньшим сечением и отсутствие необходимости в дорогостоящем защитном оборудовании. Световые конструкции оказываются автоматически защищёнными за счёт своих устройств питания: им не страшна ни перегрузка по току, ни избыточное напряжение. Кроме того, вышедшие на рынок светодиодные светильники сумели быстро доказать не только свою эффективность с пользовательской точки зрения, но и крайне высокую экономичность. Потребление электроэнергии удалось сократить, а световой поток при этом не только не пострадал, но даже вырос.
Кроме того, стоит упомянуть ещё одну тенденцию, которая имела место в большей степени в западных странах на заре популярности низковольтного питания. Безопасность такого напряжения позволила изготавливать игрушки и образовательные модули, с которыми можно было бы контактировать детям. В силу того, что 12 В не боятся низкоквалифицированного обращения и не пожароопасны, во многих школах развитых стран появились обучающие стенды, на которых дети смогли практиковаться в изучении электрических явлений без дополнительного риска. К сожалению, в отечественных учебных заведениях такой подход не прижился и используется нечасто, зато родители вполне могут найти в продаже специальные развивающие игрушки, типа электроконструктора, которые запитываются не от батареек, а от сети через трансформатор.
Недостатки низковольтного освещения
К большому сожалению, любая прогрессивная технология имеет и свои уязвимые места. Даже сегодня, когда доказано, что преимущества низкого вольтажа во много раз превосходят его недостатки, многие продолжают напирать именно на последние. Рассмотрим их и мы.
Пожалуй, первый наиболее значительный аргумент против – наличие в системе электропитания дополнительного звена, трансформатора или блока питания. С одной стороны, это указывает на саму необходимость его подбора и приобретения, с другой – непосредственно на затраты, связанные с покупкой, с третьей – о снижении целостности цепи. С первыми двумя аспектами, думаем, всё понятно, а о последнем имеет смысл сказать подробнее. В технике существует принцип: «чем монолитнее система, тем она надёжнее». Дополнительные элементы в схеме означают разрыв, а это не что иное, как потенциальное место для поломки. В низковольтных сетях обилие соединений – это не редкость, а даже наоборот, повсеместное явление. При этом упор делается на базовый силовой прибор, трансформатор, без которого в схеме обойтись никак не получится, но его присутствие снижает общую надёжность.
С блоками питания связывают и другие, менее значимые трудности. Среди них – необходимость продумать место размещения устройства и обеспечить для него достаточный теплоотвод. Зачастую БП стараются спрятать в полости межпотолочного пространства, поскольку встраиваемые точечные светильники устанавливаются в натяжные и навесные потолки. Тем не менее, если нет возможности или желания оставить его там, придётся придумывать, каким образом скрыть устройство в интерьере. С обычной линией 220 В такой проблемы бы не возникло, поскольку она идёт напрямую к потребителям, скрываясь в штробе или внутри профиля потолков.
Вопросом подбора модели самого блока питания по мощности и степени защищённости обычно занимаются электромонтажники, так что с конечного пользователя эти задачи сняты. Тем не менее, важно именно то, что они вообще имеют место при низковольтном питании. Если же мощность устройства будет подобрана неправильно или с недостаточным резервом, оно может вообще не работать, перегореть при включении или быстро израсходовать свой ресурс. Как видим, рассмотрен только один элемент цепи – а уже довольно много сложностей.
Тем не менее, наиболее пристальное внимание люди уделяют тому, что в низковольтных системах протекают высокие токи. Для сравнения возьмём относительно маломощную лампу накаливания на 60 Вт. При питании от сети ток в подобной цепи составит всего 0,27 А. Если же попытаться запитать от 12 В светоприбор той же мощности, сила тока будет уже 5А! Как известно, для человека большую опасность представляет именно ток, а не напряжение, так что в этом смысле низкий вольтаж играет с нами злую шутку. Более того, для непосвящённых малые цифры всегда выглядят обманчиво.
В том же контексте дополнительное значение приобретает умение правильно подобрать провода. Чтобы обеспечить необходимую конечную мощность светоприбора, в двенадцативольтных сетях приходится разбивать потребители на несколько групп. Хотя более гибкое управление освещением в комнатах при помощи нескольких выключателей вместо одного можно рассматривать, как преимущество, наличие большого количества проводов и отдельных блоков питания практически нивелирует экономию на покупке кабелей уменьшенного сечения. Отдельно необходимо упомянуть, что при большой протяжённости проводников удалённые приборы будут давать меньшую яркость при работе, так что схема разводки должна учитывать и это, стремясь расставить все светильники на примерно равных радиусах от источника пониженного напряжения.
Немало людей по-прежнему убеждены, что пониженный вольтаж означает невозможность светоприборов полноценно освещать пространство. Но данный миф даже развенчивать нет нужды – достаточно посмотреть на упаковку любой светодиодной ленты и сравнить её световой поток со старой лампой накаливания. Результаты красноречиво будут говорить именно в пользу низковольтных полупроводниковых решений.
Подводя итоги, хочется сказать, что несмотря на все неоднозначности питания осветительных контуров от 12 В, будущее, несомненно за ними. Как можно понять из сказанного ранее, преимущественная доля недостатков приходится только на этап монтажа, но практически никоим образом не затрагивает стадию продолжительной эксплуатации. Если установкой приборов освещения в Вашем доме будут заниматься профессиональные электромонтажники, а спроектируют систему квалифицированные инженеры, никаких сложностей и опасностей быть не должно. Низковольтная подсветка вполне уместна в любом помещении жилища, а во влажных – вообще прямо рекомендуема нормативами, так что Вы можете смело выбирать именно такой путь при ремонте. Используя различные светодиодные решения, вполне оправданно рассчитывать на отличные эксплуатационные характеристики и существенную экономию электроэнергии.
