Как работи AFDD

Проблемът, който AFDD решава

Електрическите дъги при разхлабени връзки или повредени изолации са един от механизмите, чрез които инсталацията подпалва околните материали. 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, който различава сигнатурата на дъгата от шума на обикновените товари
• 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. Пълната таблица на стандарта има още две стъпки: 16 A → 0,15 s и 63 A → 0,12 s. Всички стойности се отнасят за серийната дъга, чийто ток е ограничен от товара. Паралелната дъга (фаза–нула или фаза–PE) се изпитва отделно, при много по-големи очаквани токове, по критерий, основан на броя полупериоди с дъга в даден интервал.

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

IEC 62606 не определя статистическа честота на фалшивите аларми. Устойчивостта се проверява с изпитвания с типични товари — прахосмукачка, регулатори с триак, импулсни захранвания, инструменти с универсален двигател — и с изпитвания за маскиране, при които дъгата трябва да бъде открита дори при работещи такива товари. Как точно уредът различава дъгата от техния шум зависи от алгоритъма на всеки производител.

Варианти на интеграция в таблото

SR EN 62606, към която препращат актуализациите от 2023 г. (т. 4.1.5.8.3), описва три конструктивни варианта: а) самостоятелно устройство със система, която отваря защитаваната верига; б) самостоятелно устройство, което интегрира защитен апарат — автоматичен прекъсвач по SR EN 60898-1 или дефектнотокова защита по SR EN 61008-1, SR EN 61009-1, SR EN 62423; в) отделен модул, сглобен на място с деклариран защитен апарат. В таблото обикновено идват във вида на продуктите по-долу:

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 (точка 421.7) препоръчва AFDD на крайните вериги за променлив ток в:

• Спални — кабели, скрити в стените, горими материали (матраци, килими, пердета)
• Хол и кабинет — не са в списъка на стандарта, но си струва да се вземат предвид като проектантска препоръка: 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 — пример от британската наредба BS 7671 (A2:2022), не от IEC 60364-4-42
• 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 (Заповед на MDLPA № 959/2023, Monitorul Oficial № 512 от 12 юни 2023 г.) правят AFDD задължителен. Чл. 4.2.2.10 го изисква „като специална мярка“ на всички вериги за променлив ток с номинален ток не повече от 32 A в помещенията, обзаведени за спане в жилищни сгради — както за контактите, така и за осветлението. Същото задължение важи за местата за настаняване, яслите, детските градини, началното образование и сградите с дървена конструкция с ниво на пожароустойчивост III–V. Чл. 4.2.2.11 изключва веригите на консуматорите с функция по пожарна безопасност, а чл. 4.2.2.12 изисква AFDD да се монтира в началото на веригата, която защитава.

В едно обикновено жилище това означава AFDD на всяка верига, която захранва спалня, както за контактите, така и за осветлението. Холът и кабинетът не са в списъка; там AFDD остава избор на проектанта.