为什么幻腾PIXEL系列墙面开关采用火零接线?

如果你曾经关注过遥控墙面开关或智能墙面开关,那么第一个可能让你搞不清楚的概念就是“单火”和“火零”接法(为了和“单火”押韵,也常将后者称为“零火”)。我试着用简单的概念讲述两者的区别,以及为什么火零接法可以避免安全隐患。阅读本文,需要你回忆一下初中物理知识。

PIXEL Classic什么是火线和零线,灯为什么会亮?

两孔的电源插座里的两根线,就是火线和零线。左边是零线,不带电,人摸到也没有大问题;右边是火线,带电的,不小心摸到了就呵呵了。(不要尝试摸零线,因为有些喝醉了的电工有可能把你家电路火零完全接反了。)

当用电器同时接入火线和零线时,就会形成电流,用电器才能正常工作。图中是一个简单的开关、灯泡的电路。当开关断开时,灯泡实际只连接了一条线,没有电流,灯不会亮;当开关闭合时,电流流过灯泡,电灯发光。

普通开关

什么是智能开关的单火、火零接法?

正如上面的图所示,一个传统的开关,利用弹簧和机械结构控制火线的通断,一进一出两根线实际都是火线,这种接法就是“单火接法”。

对于遥控或智能开关,内部有一套精密的控制电路,取代了手动操作的机械结构,来控制线路的通断。但无论开关是通是断,这套控制电路本身都需要电源,以保证持续不断的工作。

如何给控制电路供电?最直接的方法:给它接上电源——火线和零线。既然火线已经接到开关里了,那么只要再接上零线,就万事大吉了。这种接法就是火零接法。

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火零电子开关共接3根线:火线进,火线出,零线。

但是问题来了。火零接法需要多接一根线,没法兼容传统的机械开关。为了兼容,人们设计出了一种“单火取电”的方式,使得只接进、出两根火线,还能保持控制电路持续工作。兼容性好了,但更多问题随之而来。

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单火电子开关和传统开关接法相同,只需2根线:火线进、火线出

 

为什么说单火接法的智能开关可能有安全隐患?

预备知识点1:电路消耗的电功率,是电路两端的电压和流过它的电流的乘积。

预备知识点2:串联电路中,各处的电流是相等的。(想象水流,一条河,只要没有枝杈,上下游各处单位时间流过的水量一定一样多。)

单火开关只接进、出火线,不接零线,怎么能保证控制电路持续工作呢?分两种情况:

开关闭合导通时,相同的电流同时流过开关和灯具,假设电流是0.1A。这时,开关“劫持”一部分电压,比如10V,留给灯具的电压剩下220-10=210V。对灯具来讲,电压并没有降低太多,仍然能正常工作;对开关来讲,这救命的10V带给它的电能就是10V×0.1A=1W,足够其控制电路工作。

开关断开时,理应没有电流通过灯具。这时,开关偷偷漏过微弱的电流流经灯具,例如0.0001A,即0.1mA. 如此微弱的电流,灯不能点亮,大部分的电压分在开关两端,接近220V。因此开关的耗能是220V×0.0001A=0.022W,虽然很小,也能勉强维持生计。

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单火开关导通时(左图),开关上分得部分电压,驱动控制电路;断开时(右图),灯具流过微小的漏电流

综上所述,单火开关求生的秘诀就是:通路时克扣小额电压“收买路钱”,断路时漏过微弱电流“收受贿赂”。那么单火开关的“问题”也就比较明确了:无论通断,都不彻底。

实际应用中,断路时漏电流带来的问题更加严重。举两个例子:

1. 节能灯关灯时闪烁:

假设连接的灯具是功率较小的节能灯或LED灯具。这类灯具的驱动电路初级通常带有一个大电容,用于将交流电转为平滑的直流电。关灯时,如果开关漏过微小电流,就会给这个电容充电。电容电压逐渐升高,一旦达到后续电路启动的电压,就会瞬间将储存的能量释放到后续电路,灯具就会闪一下,然后电容重新充电,准备下一次闪灯。

灯具功率越小,点亮后续电路需要的能量越少,灯闪的就越明显,越频繁。因此,单火开关通常要求灯具功率必须够大,闪烁才不明显,不会察觉。

2. 触电危险:

如果灯具坏了需要更换,这时老灯具卸下来,线路完全断了,漏电流没处漏,单火开关就不工作了。不过这时如果你装新灯时恰好碰到了电极,那么呵呵,你的身体就提供了漏电流的通道。你就可以体验麻酥酥的快感了。

更危险的是,单火开关里面也有个大电容,刚刚开始工作时需要比较大的漏电流,尽快给它充电。这时的电流远远大于了人体能承受的安全值。

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即使单火电子开关处于关闭状态,损坏或断路的灯具两端,仍有触电危险。

 

事实上,根据墙面开关的国家标准:GB 16915.1-2014中,表15对于断开时绝缘性的要求,在2000V或1250V电压下,仍应该保证至少2兆欧的绝缘电阻。市面上大多数单火智能开关,根本无法在断开时承受如此的高压,更无从完成这个测试。

电器强度截图
摘自墙面开关的通用国家标准GB 16915.1-2014,表15

火零接法解决了这些问题吗?

是的。虽然以技术的发展速度,我们不能说火零是唯一的解法,但它是目前最靠谱的一种解法。

当开关闭合时,灯具与控制电路并联,两者的供电是彼此独立互不影响的。当开关断开时,控制电路需要的微弱电流直接流经火线和零线,不流经灯具。灯具完全与火线断开。

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控制电路与灯具独立。闭合时,灯具完全供电;断开时,灯具完全断路,不管灯具是否安装,是否损坏。

只剩最后一个问题,控制部分一直工作,会不会太费电?如果你真的担心费电,建议你夏天把空调调高一度,冬天把暖气降低一度。因为空调少启动1小时,足够一个智能开关工作半年。

 

 

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