Come funziona un AFDD

Il problema che l’AFDD risolve

Gli archi elettrici a connessioni allentate o isolamenti deteriorati sono uno dei meccanismi con cui un impianto incendia i materiali circostanti. La corrente che attraversa un arco serie è di solito inferiore alla corrente nominale del magnetotermico — un arco di pochi ampere su un circuito con magnetotermico tarato a 16A non fa scattare nulla. Nemmeno il differenziale scatta, perché le correnti su L e N sono uguali. L’arco brucia in silenzio per ore, surriscaldando i materiali combustibili circostanti.

Le cause frequenti dei guasti d’arco negli impianti residenziali:

• Conduttori pizzicati sotto una vite o da un mobile (danno all’isolamento)
• Connessioni allentate in scatole, quadri o prese (contatto intermittente)
• Cavi danneggiati durante le ristrutturazioni (foratura, sfregamento meccanico)
• Isolamento usurato su cavi vecchi o su tratti flessibili
• Roditori che rosicchiano l’isolamento dei cavi
• Umidità infiltrata nelle scatole o nelle prese
• Prese con spine difettose o montate male

Che cos’è un guasto d’arco

Un arco elettrico è una scarica elettrica continua attraverso un mezzo gassoso — il plasma ionizzato può raggiungere oltre 6.000°C negli impianti in bassa tensione, sufficiente per incendiare immediatamente qualsiasi materiale combustibile vicino. I guasti d’arco si presentano in tre forme:

Fig. 1 — I tre tipi di guasto d’arco rilevati dall’AFDD

La differenza rispetto all’arco «normale» (quello dell’apertura di un magnetotermico o di un relè):

• L’arco di commutazione (magnetotermico, relè): dura pochi millisecondi, la camera d’arco lo controlla intenzionalmente
• Il guasto d’arco: persistente, intermittente, compare in punti imprevisti (scatole, prese, dietro gli apparecchi), impossibile da estinguere senza interrompere la corrente

Come l’AFDD rileva l’arco

Il principio fondamentale: un arco elettrico genera rumore elettromagnetico ad alta frequenza (100 kHz – 1 MHz) sovrapposto alla sinusoide a 50 Hz. Questo rumore compare soprattutto ai passaggi per lo zero della sinusoide — l’istante in cui l’arco può riaccendersi. L’AFDD capta la corrente del circuito tramite un trasformatore di corrente (CT o bobina di Rogowski), filtra la componente a 50Hz e analizza digitalmente ciò che rimane.

Un DSP (processore digitale di segnale) esegue algoritmi di pattern-matching che riconoscono la firma di un arco e la distinguono dal rumore dei carichi normali (dimmer, motori, alimentatori a commutazione). Se la firma corrisponde a un guasto d’arco, l’AFDD comanda lo sgancio immediato del circuito.

La struttura interna di un AFDD

Un AFDD compatto a funzione combinata (AFDD + RCBO) integra diversi meccanismi fisici distinti:

I componenti chiave di un AFDD moderno:

• La bobina di Rogowski — sensore di corrente con risposta nel campo AF (100kHz–1MHz); capta la firma dell’arco senza essere saturata dalla corrente a frequenza industriale
• La scheda PCBA con microprocessore DSP — esegue la conversione analogico-digitale e fa girare l’algoritmo di rilevamento, che distingue la firma dell’arco dal rumore dei carichi ordinari
• Il relè di sgancio — comandato dal microprocessore; disconnette il circuito in poche decine di millisecondi
• Il toroide differenziale (nelle versioni combinate) — rileva la corrente residua di 30mA, identico a quello di un RCCB/RCBO
• La lamina bimetallica (nelle versioni combinate) — sgancio termico in caso di sovraccarico, identico a quello di un magnetotermico
• La camera d’arco — estingue l’arco di commutazione allo sgancio, come in qualsiasi magnetotermico

Tempi di disconnessione secondo la IEC 62606

La norma IEC 62606 (SR EN 62606 in Romania) impone tempi di disconnessione massimi in funzione della corrente d’arco — più forte è l’arco, più rapidamente deve reagire l’AFDD:

La norma calcola l’energia totale dell’arco per valutare il rischio di incendio. L’AFDD non agisce al primo «sospetto», ma solo dopo che l’energia accumulata supera la soglia di pericolo — prevenendo i falsi allarmi dovuti a scintille accidentali. La tabella completa della norma ha altri due gradini: 16 A → 0,15 s e 63 A → 0,12 s. Tutti i valori riguardano l’arco serie, la cui corrente è limitata dal carico. L’arco parallelo (fase–neutro o fase–PE) si prova separatamente, a correnti presunte molto più elevate, con un criterio basato sul numero di semiperiodi d’arco in un intervallo dato.

La sfida dei falsi allarmi

Il problema chiave nella progettazione di un AFDD è evitare i falsi allarmi. Alcuni carichi normali generano rumore AF simile a quello di un arco:

• Dimmer (triac) — tagliano la sinusoide a un angolo controllato, generando AF
• Motori elettrici — scintille al collettore (spazzola) o ai contatti dei relè di avviamento
• Alimentatori a commutazione (SMPS) — funzionano intenzionalmente a decine–centinaia di kHz
• Asciugacapelli, aspirapolvere — motore universale a spazzole
• Inverter e caricabatterie rapidi — transizioni di tensione brusche

La IEC 62606 non fissa alcun tasso statistico di falsi allarmi. L’immunità si verifica con prove su carichi tipici — aspirapolvere, variatori a triac, alimentatori switching, utensili con motore universale — e con prove di mascheramento, in cui l’arco deve essere rilevato anche in presenza di questi carichi. Il modo in cui l’apparecchio distingue l’arco dal loro rumore dipende dall’algoritmo di ciascun costruttore.

Varianti di integrazione nel quadro

La SR EN 62606, richiamata dagli aggiornamenti 2023 (punto 4.1.5.8.3), descrive tre varianti costruttive: a) un dispositivo unico dotato di un sistema che apre il circuito protetto; b) un dispositivo unico che integra un dispositivo di protezione — un interruttore automatico secondo SR EN 60898-1 o un differenziale secondo SR EN 61008-1, SR EN 61009-1, SR EN 62423; c) un’unità distinta assemblata in opera con un dispositivo di protezione dichiarato. Nel quadro arrivano di solito sotto forma dei prodotti qui sotto:

La variante AFDD + RCBO è la più completa: un unico dispositivo da 2 moduli garantisce la protezione contro gli archi (AFDD), l’elettrocuzione (DDR 30mA) e le sovracorrenti (magnetotermico). Sostituisce tre apparecchi separati e fa risparmiare spazio nel quadro.

Dove è raccomandato/obbligatorio

La norma IEC 60364-4-42 (paragrafo 421.7) raccomanda un AFDD sui circuiti terminali in corrente alternata in:

• Camere da letto — cavi nascosti nelle pareti, materiali combustibili (materassi, tappeti, tende)
• Soggiorno e ufficio — non sono nell’elenco della norma, ma vanno considerati come raccomandazione progettuale: alta densità di apparecchi, prese fortemente sollecitate
• Edifici con ossatura combustibile — case in legno, sottotetti, soffitte
• Zone ad alto rischio di incendio — magazzini con materiali infiammabili, collezioni con beni insostituibili
• Abitazioni di tipo HMO (Houses in Multiple Occupation) e residenze studentesche — un esempio tratto dalla normativa britannica BS 7671 (A2:2022), non dalla IEC 60364-4-42
• Edifici residenziali alti (oltre 18m o 6 piani) — normativa UK dal 2022, modello per i futuri aggiornamenti europei

Riferimento normativo — gli aggiornamenti 2023

La norma internazionale per gli AFDD è la IEC 62606 (SR EN 62606 in Romania), che definisce i requisiti di prestazione, i metodi di prova e le soglie di rilevamento.

Gli aggiornamenti 2023 della I7-2011 (ordine MDLPA n. 959/2023, Monitorul Oficial n. 512 del 12 giugno 2023) rendono l’AFDD obbligatorio. L’art. 4.2.2.10 lo richiede, «come misura speciale», su tutti i circuiti in corrente alternata con corrente nominale non superiore a 32 A negli ambienti adibiti al riposo notturno degli edifici residenziali — prese e illuminazione allo stesso modo. Lo stesso obbligo vale per le strutture ricettive, gli asili nido, le scuole dell’infanzia, la scuola primaria e le costruzioni con struttura in legno con livello di stabilità al fuoco III–V. L’art. 4.2.2.11 esclude i circuiti degli utilizzatori con funzione di sicurezza antincendio, e l’art. 4.2.2.12 richiede che l’AFDD sia installato all’origine del circuito che protegge.

In una normale abitazione, questo significa un AFDD su ogni circuito che serve una camera da letto, prese e illuminazione allo stesso modo. Soggiorno e ufficio non sono nell’elenco; lì l’AFDD resta una scelta del progettista.