Как работи AFDD

Проблемът, който AFDD решава

Европейските статистики показват, че около 30–40% от пожарите с електрическа причина се предизвикват от електрически дъги при разхлабени връзки или повредени изолации. Токът, който преминава през серийна дъга, обикновено е под номиналния ток на автоматичния прекъсвач — дъга от няколко ампера в верига с прекъсвач, настроен на 16A, не задейства нищо. Дефектнотоковата защита също не се задейства, защото токовете в L и N са равни. Дъгата гори безшумно с часове, прегрявайки околните горими материали.

Чести причини за дъгови повреди в жилищни инсталации:

• Проводници, притиснати под винт или от мебел (повреда на изолацията)
• Разхлабени връзки в кутии, табла или контакти (прекъсващ контакт)
• Кабели, повредени при ремонти (пробиване, механично триене)
• Износена изолация на стари кабели или на гъвкави участъци
• Гризачи, които прегризват изолацията на кабелите
• Влага, проникнала в кутии или контакти
• Контакти с дефектни или неправилно монтирани щепсели

Какво е дъгова повреда

Електрическата дъга е непрекъснат електрически разряд през газова среда — йонизираната плазма може да достигне над 6000°C в нисковолтови инсталации, достатъчно за незабавно възпламеняване на всеки близък горим материал. Дъговите повреди се срещат в три форми:

Фиг. 1 — Трите типа дъгова повреда, разпознавани от AFDD

Разликата спрямо „нормалната“ дъга (тази при отваряне на автоматичен прекъсвач или реле):

• Комутационната дъга (автоматичен прекъсвач, реле): трае няколко милисекунди, дъгогасителната камера я управлява целенасочено
• Дъговата повреда: трайна, прекъсваща, появява се на непредвидени места (кутии, контакти, зад уредите), невъзможно да се угаси без прекъсване на тока

Как AFDD разпознава дъгата

Основният принцип: електрическата дъга генерира високочестотен електромагнитен шум (100 kHz – 1 MHz), наложен върху синусоидата от 50 Hz. Този шум се появява особено при моментите на преминаване на синусоидата през нулата — моментът, в който дъгата може да се запали отново. AFDD улавя тока на веригата чрез токов трансформатор (CT или бобина на Роговски), филтрира съставката от 50Hz и анализира цифрово това, което остава.

Процесор DSP (цифров сигнален процесор) изпълнява алгоритми за съпоставяне на образци, които разпознават подписа на дъга и я отличават от шума на нормалните товари (димери, двигатели, импулсни захранвания). Ако подписът съответства на дъгова повреда, AFDD подава команда за незабавно изключване на веригата.

Вътрешната структура на AFDD

Компактен AFDD с комбинирана функция (AFDD + RCBO) интегрира няколко различни физически механизма:

Ключовите компоненти на съвременен AFDD:

• Бобината на Роговски — токов сензор с отговор в обхвата ВЧ (100kHz–1MHz); улавя подписа на дъгата, без да се насища от тока с промишлена честота
• Платката PCBA с микропроцесор DSP — извършва аналогово-цифровото преобразуване и изпълнява алгоритъма за разпознаване; съхранява профилите на нормалните товари за разграничаване
• Изключващото реле — управлявано от микропроцесора; разединява веригата за няколко десетки милисекунди
• Диференциалният тороид (във комбинираните варианти) — разпознава остатъчния ток 30mA, идентично както в RCCB/RCBO
• Биметалната пластина (във комбинираните варианти) — термично задействане при претоварвания, идентично както в автоматичен прекъсвач
• Дъгогасителната камера — гаси комутационната дъга при изключване, както във всеки автоматичен прекъсвач

Времена на изключване съгласно IEC 62606

Стандартът IEC 62606 (SR EN 62606 в Румъния) налага максимални времена на изключване в зависимост от тока на дъгата — колкото по-силна е дъгата, толкова по-бързо трябва да реагира AFDD:

Стандартът изчислява общата енергия на дъгата, за да оцени риска от пожар. AFDD не задейства при първото „подозрение“, а едва след като натрупаната енергия надхвърли прага на опасност — предотвратявайки фалшивите аларми при случайни искри.

Предизвикателството на фалшивите аларми

Ключовият проблем при проектирането на AFDD е избягването на фалшивите аларми. Някои нормални товари генерират ВЧ шум, подобен на дъгата:

• Димери (триак) — отрязват синусоидата при управляван ъгъл, генерирайки ВЧ
• Електродвигатели — искри при колектора (четка) или при контактите на пусковите релета
• Импулсни захранвания (SMPS) — работят целенасочено при десетки–стотици kHz
• Сешоари, прахосмукачки — универсален двигател с четки
• Инвертори и бързи зарядни — резки преходи на напрежението

AFDD, съответстващи на IEC 62606, разполагат с бази данни с профили на нормалните товари и ги изключват от анализа. Стандартът налага честота на фалшива аларма под 1 на 6 месеца при нормални условия на употреба.

Варианти на интеграция в таблото

IEC 62606 допуска три метода за интегриране на функцията AFDD в таблото:

Вариантът AFDD + RCBO е най-пълният: едно-единствено устройство от 2 модула осигурява защита срещу дъги (AFDD), токов удар (RCD 30mA) и свръхтокове (автоматичен прекъсвач). Замества три отделни апарата и спестява място в таблото.

Къде се препоръчва/е задължителен

Стандартът IEC 60364-4-42 препоръчва или изисква AFDD на крайните вериги (контакти ≤32A) в:

• Спални — кабели, скрити в стените, горими материали (матраци, килими, пердета)
• Хол и кабинет — висока плътност на уредите, интензивно натоварени контакти
• Сгради с горима конструкция — дървени къщи, подпокривни пространства, тавани
• Зони с висок риск от пожар — складове със запалими материали, колекции с незаменими ценности
• Жилища от тип HMO (Houses in Multiple Occupation) и студентски общежития
• Високи жилищни сгради (над 18m или 6 етажа) — регулация във Великобритания от 2022, модел за бъдещите европейски актуализации

Нормативна референция — актуализациите 2023

Международният стандарт за AFDD е IEC 62606 (SR EN 62606 в Румъния), който определя изискванията за работни характеристики, методите за изпитване и праговете на разпознаване.

Актуализациите 2023 към I7-2011 въвеждат AFDD като изискване за новите жилищни сгради. Съгласно промените, нанесени в норматива, монтирането на AFDD се препоръчва на веригите на спалните и холовете в нови сгради, с поетапно прилагане. Лицензираните електротехници трябва да се запознаят с пълния текст на актуализациите 2023, за да установят точното задължение към датата на проекта.

Препоръчителни приоритетни вериги: спални, хол, кабинет — зони, където кабелите минават в стените без видимост и където присъстват горими материали.