Hogyan működik az AFDD

A probléma, amelyet az AFDD megold

Az európai statisztikák szerint a villamos eredetű tüzek mintegy 30–40%-át laza csatlakozásoknál vagy sérült szigeteléseknél keletkező villamos ívek indítják el. A soros íven átfolyó áram általában a kismegszakító névleges árama alatt van — néhány amperes ív egy 16A-re méretezett kismegszakítóval védett áramkörön semmit sem old ki. Az áram-védőkapcsoló sem old ki, mivel az L és N áramai egyenlők. Az ív órákig csendben ég, túlhevítve a környező éghető anyagokat.

A lakossági installációkban előforduló ívhibák gyakori okai:

• Csavar alá vagy bútor által becsípett vezetők (szigetelés sérülése)
• Laza csatlakozások dobozokban, táblákban vagy aljzatokban (szakaszos érintkezés)
• Felújításkor sérült kábelek (fúrás, mechanikai dörzsölés)
• Elhasználódott szigetelés régi kábeleken vagy hajlékony szakaszokon
• Rágcsálók, amelyek átrágják a kábelek szigetelését
• Dobozokba vagy aljzatokba beszivárgott nedvesség
• Hibás vagy helytelenül felszerelt dugóval ellátott aljzatok

Mi az ívhiba

A villamos ív folyamatos villamos kisülés egy gáznemű közegen keresztül — az ionizált plazma kisfeszültségű installációkban meghaladhatja a 6.000°C-ot, ami elegendő bármely közeli éghető anyag azonnali meggyújtásához. Az ívhibák három formában jelennek meg:

1. ábra — Az AFDD által érzékelt háromféle ívhiba

A különbség a „normál” ívhez képest (a kismegszakító vagy relé nyitásakor keletkezőhöz):

• A kapcsolási ív (kismegszakító, relé): néhány ezredmásodpercig tart, az ívoltókamra szándékosan szabályozza
• Az ívhiba: tartós, szakaszos, váratlan helyeken jelenik meg (dobozok, aljzatok, készülékek mögött), az áram megszakítása nélkül nem olthatatlan

Hogyan érzékeli az AFDD az ívet

Az alapelv: a villamos ív nagyfrekvenciás elektromágneses zajt (100 kHz – 1 MHz) hoz létre, amely az 50 Hz-es szinuszgörbére rakódik. Ez a zaj különösen a szinuszgörbe nulla átmenetinél jelenik meg — abban a pillanatban, amikor az ív újragyulladhat. Az AFDD áramváltón (CT vagy Rogowski-tekercs) keresztül érzékeli az áramköri áramot, kiszűri az 50Hz-es összetevőt, és digitálisan elemzi, ami megmarad.

Egy DSP (digitális jelfeldolgozó processzor) mintaillesztő algoritmusokat futtat, amelyek felismerik az ív szignatúráját, és megkülönböztetik a normál terhelések (fényszabályzók, motorok, kapcsolóüzemű tápegységek) zajától. Ha a szignatúra ívhibának felel meg, az AFDD az áramkör azonnali lekapcsolását parancsolja.

Az AFDD belső felépítése

Egy kompakt, kombinált funkciójú AFDD (AFDD + RCBO) több különböző fizikai mechanizmust egyesít:

Egy modern AFDD kulcsfontosságú alkatrészei:

• A Rogowski-tekercs — áramérzékelő NF tartományú (100kHz–1MHz) válasszal; rögzíti az ív szignatúráját anélkül, hogy az ipari frekvenciájú áram telítené
• A PCBA panel DSP mikroprocesszorral — elvégzi az analóg-digitális átalakítást és futtatja az érzékelő algoritmust; megkülönböztetés céljából tárolja a normál terhelések profiljait
• A kioldó relé — a mikroprocesszor vezérli; néhány tíz ezredmásodperc alatt lekapcsolja az áramkört
• A differenciál toroid (a kombinált változatokban) — a 30mA-es hibaáramot érzékeli, az RCCB/RCBO-val azonosan
• A bimetál lemez (a kombinált változatokban) — hőkioldás túlterhelésnél, a kismegszakítóval azonosan
• Az ívoltókamra — lekapcsoláskor eloltja a kapcsolási ívet, mint bármely kismegszakítóban

Lekapcsolási idők az IEC 62606 szerint

Az IEC 62606 szabvány (Romániában SR EN 62606) az ívárammal arányosan írja elő a maximális lekapcsolási időket — minél erősebb az ív, annál gyorsabban kell reagálnia az AFDD-nek:

A szabvány kiszámítja az ív teljes energiáját a tűzkockázat értékeléséhez. Az AFDD nem az első „gyanúra” lép működésbe, hanem csak akkor, amikor a felhalmozott energia meghaladja a veszélyküszöböt — így elkerülve a véletlen szikrák miatti téves riasztásokat.

A téves riasztások kihívása

Az AFDD tervezésének kulcskérdése a téves riasztások elkerülése. Néhány normál terhelés az ívhez hasonló NF zajt hoz létre:

• Fényszabályzók (triak) — szabályozott szögnél vágják a szinuszgörbét, NF-et keltve
• Villamos motorok — szikrák a kommutátornál (kefe) vagy az indítórelék érintkezőinél
• Kapcsolóüzemű tápegységek (SMPS) — szándékosan tíz–száz kHz-en működnek
• Hajszárítók, porszívók — kefés univerzális motor
• Inverterek és gyorstöltők — hirtelen feszültségátmenetek

Az IEC 62606 szerinti AFDD-k adatbázisokkal rendelkeznek a normál terhelések profiljairól, és kizárják azokat az elemzésből. A szabvány 6 havonta 1 alatti téves riasztási arányt ír elő normál üzemi körülmények között.

Integrációs változatok a táblában

Az IEC 62606 három módszert tesz lehetővé az AFDD funkció táblába integrálására:

Az AFDD + RCBO változat a legteljesebb: egyetlen, 2 modulos készülék védelmet nyújt az ívek (AFDD), az áramütés (RCD 30mA) és a túláramok (kismegszakító) ellen. Három különálló készüléket vált ki és helyet takarít meg a táblában.

Hol ajánlott/kötelező

Az IEC 60364-4-42 szabvány AFDD-t ajánl vagy ír elő a végáramkörökön (aljzatok ≤32A) a következő helyeken:

• Hálószobák — falba rejtett kábelek, éghető anyagok (matracok, szőnyegek, függönyök)
• Nappali és iroda — nagy készüléksűrűség, intenzíven igénybe vett aljzatok
• Éghető szerkezetű épületek — faházak, tetőterek, padlások
• Magas tűzkockázatú területek — gyúlékony anyagokat tároló raktárak, pótolhatatlan javakat tartalmazó gyűjtemények
• HMO típusú lakások (Houses in Multiple Occupation) és diákszállók
• Magas lakóépületek (18m vagy 6 emelet felett) — 2022 óta hatályos UK-szabályozás, minta a jövőbeli európai módosításokhoz

Normatív hivatkozás — a 2023-as módosítások

Az AFDD nemzetközi szabványa az IEC 62606 (Romániában SR EN 62606), amely meghatározza a teljesítménykövetelményeket, a vizsgálati módszereket és az érzékelési küszöbértékeket.

Az I7-2011 2023-as módosításai az AFDD-t követelményként vezetik be az új lakóépületekben. A normatívban végrehajtott módosítások szerint az AFDD beszerelése ajánlott az új épületek hálószobáinak és nappalijainak áramkörein, fokozatos bevezetéssel. Az engedéllyel rendelkező villanyszerelőknek a 2023-as módosítások teljes szövegét kell tanulmányozniuk a projekt időpontjában érvényes pontos kötelezettség megállapításához.

Ajánlott elsőbbségi áramkörök: hálószobák, nappali, iroda — olyan területek, ahol a kábelek láthatatlanul futnak a falakban, és ahol éghető anyagok vannak jelen.