Urządzenia wykrywające zwarcia łukowe (AFDD) mają za zadanie ograniczać:

• skutki zwarć łukowych poprzez rozłączanie obwodów po wykryciu zwarcia łukowego,
• ryzyko pożaru elektrycznego w kolejnych urządzeniach w instalacji.

Urządzenia wykrywające zwarcia łukowe zgodnie z normą IEC 62606 są klasyfikowane wg ich konstrukcji.

Z jednej strony występują urządzenia wykrywające zwarcia łukowe, które stanowią jedną jednostkę z detektorem zwarcia łukowego oraz elementem otwierającym i są przeznaczone do połączenia szeregowego z odpowiednim zabezpieczeniem zwarciowym wskazywanym przez producenta. To zabezpieczenie musi być zgodne z jedną lub kilkoma powiązanymi normami. Taka budowa urządzenia wykrywającego zwarcia łukowe nie obejmuje żadnego zabezpieczenia.

Z drugiej strony istnieją urządzenia wykrywające zwarcia łukowe zbudowane jako jedno urządzenie obejmujące detektor zwarcia łukowego zabudowany w zabezpieczeniu zgodnym z jedną lub kilkoma odnośnymi normami. Obejmują one np. urządzenia wykrywające zwarcia łukowe, które są dostarczane przez producenta jako wyłączniki różnicowoprądowe z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym ze zintegrowanym zabezpieczeniem łukowym.

Ponadto występują również urządzenia wykrywające zwarcia łukowe, składające się z zabezpieczenia łukowego oraz wskazanego zabezpieczenia, przeznaczone do montażu na miejscu. Wyłączniki różnicowowprądowe, wyłączniki kombinowane lub wyłączniki nadprądowe mogą być stosowane jako zabezpieczenia.

W zależności od konstrukcji prąd jest rozłączany przez:

• rozłącznik,
• zabezpieczenia z wbudowanym zabezpieczeniem łukowym,
• zabezpieczenia zespolone z zabezpieczeniem łukowym.

Każde z powyższych rozwiązań musi dodatkowo posiadać zabezpieczenie zgodne z odpowiednią normą: EN 60898 w przypadku wyłączników nadprądowych, EN 61009-1 dla wyłączników różnicowoprądowych lub IEC 60269 dla wkładek bezpiecznikowych.

Od 2015 r. stosowanie urządzeń AFDD jest w Polsce zalecane, jak wskazuje załącznik B normy PN-HD 60364-4-42 (Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – ochrona przed skutkami oddziaływania termicznego). Każde urządzenie do wykrywania zwarć łukowych musi zostać poddane odpowiednim testom, które różnią się w zależności od wariantu budowy. 

Wybrane pomiary dotyczące urządzeń wykrywających zwarcia łukowe, zgodne z normą PN-HD 60364-6:2016-07E

1. Sprawdzenie warunków eksploatacyjnych

Urządzenia wykrywające zwarcia łukowe muszą być montowane zgodnie z instrukcjami producenta na początku obwodów odbiorczych, które mają zabezpieczać. Należy również spełnić określone w normach wymagania dotyczące eksploatacji urządzeń wykrywających zwarcia łukowe. Jeśli producent nie określił żadnych wymagań, stosuje się wymagania zgodnie z poniższą tabelą:

Opis:

1. Maksymalna wartość średniej temperatury dziennej wynosi 35^OC.
2. Wartości spoza zakresu są dopuszczalne, jeżeli panują bardziej surowe warunki klimatyczne, do uzgodnienia pomiędzy producentem a użytkownikiem.
3. W przypadku niższej temperatury dopuszczalne są wyższe wartości wilgotności względnej (np. 90% przy 20^OC).
4. Dodatkowe wymagania mogą się pojawić, jeśli urządzenie wykrywające zwarcie łukowe jest montowane w pobliżu silnego pola magnetycznego.
5. Podczas montażu urządzenia należy unikać wszelkich odkształceń, które mogłyby mieć wpływ na jego właściwe działanie.
6. Dopuszczalne są podane odstępstwa, chyba że producent określi inaczej.
7. Podczas przechowywania oraz transportu dopuszczalne graniczne wartości temperatury wynoszą −20^OC oraz +60^OC; producent musi wziąć je pod uwagę przy montażu urządzenia.

2. Testowanie wytrzymałości izolacji

Jeśli wykonywany jest pomiar powyżej 250V, urządzenie AFDD musi zostać odłączone. W innym wypadku może dojść do uszkodzenia elektroniki aparatu.

3. Ochrona uzupełniająca wyłącznika różnicowoprądowego

Istotne jest sprawdzenie skuteczności ochrony uzupełniającej urządzeń AFDD, które posiadają człon różnicowy. Wg normy PN-HD 60364-4-41 taka ochrona w układach AC może być zapewniona przez wyłącznik różnicowoprądowy (RCD) o prądzie znamionowym różnicowym I∆N ≤ 30mA. Skuteczność ochrony testuje się przez obserwację i próbę.

Wyłącznik różnicowoprądowy należy zbadać urządzeniem, które jest zgodne z normą EN 61557-6. Podczas pomiaru konieczne jest zwrócenie uwagi na prąd znamionowy różnicowy I_∆N oraz zwłokę członu (bezzwłoczny, zwłoczny).

4. Automatyczne wyłączenie zasilania

Jak wskazuje norma PN-HD 60364-4-41, aparat AFDD zabudowany lub zespolony z wyłącznikiem nadprądowym (lub różnicowoprądowym z członem nadprądowym) może samoczynnie wyłączyć zasilanie. Przebieg testu zależy od układu sieci, w którym działa urządzenie.

Układ TN

Zgodnie z normą PN-HD 60364-4-41 w układzie konieczne jest spełnienie warunku:  Z_s x I_a ≤ U₀,  gdzie:

• Z_s – impedancja pętli zwarcia
• I_a – prąd powodujący automatyczne wyłączenie zasilania (zgodnie z Tabelą 1)
• U₀ – znamionowe napięcie względem ziemi AC/DC

5 sekund to maksymalny czas wyłączania dopuszczalny dla obwodów rozdzielczych i obwodów zabezpieczonych wyłącznikami nadprądowymi o prądzie In ≤ 32A. Podczas badania sprawdzana jest impedancja pętli zwarcia (pomiar) oraz charakterystyka i/lub skuteczność współdziałającego urządzenia ochronnego.

W przypadku wyłączników nadprądowych wystarczy dokonać oględzin. Wyłączniki różnicowoprądowe wymagają dodatkowo pomiaru za pomocą urządzenia zgodnego z normami EN 61557-6 oraz PN-EN 60364-4-41. We wzorze Z_s x I_a ≤ U₀ zmienna I_a jest wtedy różnicowym prądem zadziałania (który zapewnia wyłączenie w czasie zgodnym z Tabelą 2).

Jeśli urządzenie AFDD posiada zintegrowany człon różnicowy, trzeba zwrócić uwagę na jego zwłokę. Jest to szczególnie ważne, ponieważ istnieją rozwiązania bezzwłoczne oraz krótkozwłoczne (o zwłoce 10ms lub większej). Trzeba to uwzględnić przy przeprowadzaniu pomiaru, gdyż wyzwolenie aparatu poniżej progu 10ms oznacza niepoprawne działanie członu różnicowego w urządzeniu.

Układ TT

Gdy wyłącznik różnicowoprądowy uruchamia funkcję samoczynnego wyłączenia zasilania, czas zadziałania powinien odpowiadać wartościom z Tabeli 2. Oprócz tego musi być spełniony warunek:

R_A X I_∆N ≤ 50V, gdzie:

• R_A – suma rezystancji uziemienia i przewodu ochronnego do części przewodzących dostępnych [Ω]
• I_∆N – znamionowy prąd różnicowy wyłącznika [A]

Gdy funkcję samoczynnego wyłączenia pełni wyłącznik nadprądowy, trzeba skorzystać z wspomnianego wcześniej wzoru Z_s x I_a ≤ U₀. W tym przypadku dopuszczalny jest czas zadziałania 1s dla obwodów poniżej 32A.

Układ IT

W układzie IT można wykorzystać zarówno wyłącznik nadprądowy, jak i różnicowoprądowy. Jeśli dostępne części przewodzące są połączone przewodem ochronnym i wspólnie uziemione przez ten sam układ, warunki są podobne jak dla układu TN oraz dla układu AC nie jest prowadzony przewód neutralny, to sprawdzany jest warunek:

2I_AZ_S ≤ U  lub (jeśli przewód neutralny jest prowadzony) 

2I_AZ_S^’ ≤ U₀, gdzie:

• U₀ – nominalne napięcie AC między przewodem liniowym a neutralnym
• U – nominalne napięcie AC między przewodami liniowymi
• Z_S – impedancja w [Ω] pętli zwarciowej obejmującej przewód liniowy i przewód ochronny
• Z_S^’ – impedancja w [Ω] pętli zwarciowej obejmującej przewód neutralny i przewód ochronny
• I_A – prąd w [A] powodujący zadziałanie zabezpieczenia

Dozwolone czasy zadziałania zabezpieczenia są takie same jak w Tabeli nr 2.

Dla uziemionych grupowo lub indywidualnie części przewodzących stosuje się warunek R_A x I_A ≤ 50V, gdzie:

• R_A – suma rezystancji w [Ω] uziomu i przewodu ochronnego do części przewodzących
• I_A – prąd w [A] powodujący samoczynne wyłączenie przez urządzenie zabezpieczające w czasie zgodnym z Tabelą nr 1

W przypadku, gdy testowana jest skuteczność samoczynnego wyłączenia realizowanego przez wyłącznik różnicowoprądowy, może być konieczne przeprowadzenie testu prądem równym (co najmniej 5I_∆N).

Kontrola członu AFD

Najnowsze wydanie normy PN-HD 60364-6 nie uwzględnia sprawdzenia samego członu AFD. Dlatego trzeba zastosować się do instrukcji montażowych producenta. Norma IEC 62606 wymaga, aby funkcjonalność urządzenia była monitorowana automatycznie przez sam aparat. Przeprowadzenie testu członu różnicowego oraz członu AFD umożliwia dodatkowo przycisk TEST, który znajduje się na czole aparatu. Dotyczy to wykonań zespolonych z wyłącznikiem różnicowoprądowym i z członem nadprądowym.

Warunki laboratoryjne do badania skuteczności urządzeń AFFD, których nie można odtworzyć podczas okresowych przeglądów instalacji elektrycznych, określa norma IEC 62606. Opisany jest w niej generator łuków elektrycznych pozwalający zasymulować sytuację awaryjną. Zdarza się, że producenci przygotowują specjalistyczne walizki testowe, aby zaprezentować zalety danego rozwiązania, jednak ta forma badania skuteczności nie jest sankcjonowana przez normy ani uznawana w świetle polskich i europejskich przepisów.

W Polsce nie ma wymogu korzystania z AFDD, jak w niektórych krajach Unii Europejskiej, jednak stosowanie tego typu urządzeń jest rekomendowane. Wraz z popularyzacją tych rozwiązań w naszym kraju pojawią się bardziej szczegółowe regulacje testu samego członu AFD oraz specjalne mierniki, które będą pełniły funkcję przenośnych generatorów łuków elektrycznych. Warto pamiętać, że metody testu urządzeń AFDD trzeba dopasować do konkretnego wariantu aparatu.

Autor: Bartłomiej Jaworski – Senior Product Manager, Eaton

>> Przejdź do produktów Eaton

Artykuł Symulator zwarcia łukowego. Jak testować przeciwpożarowe detektory iskrzenia AFDD firmy Eaton? pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Przeciwpożarowy detektor iskrzenia AFDD+ (Arc Fault Detection Device) zapewnia ochronę osób i mienia przed pożarami spowodowanymi przez powstawanie łuków elektrycznych i w konsekwencji iskrzenie przewodów. Urządzenie wykrywa wzorce o wysokiej częstotliwości w obwodzie elektrycznym, które wskazują na zbliżające się zwarcie łukowe, oraz aktywuje samoczynny wyłącznik, aby wyeliminować zagrożenie.

Oprócz funkcji wykrywania iskrzenia przewodów nowe urządzenie wyposażone zostało w wyłącznik różnicowoprądowy (residual current device, RCD) oraz zabezpieczenie przed zwarciami i przeciążeniami – daje to wszechstronne rozwiązanie, które cechuje opłacalność, zgodność z wymogami, solidne wykonanie, niezawodność i łatwość montażu.

AFDD+ powinno cieszyć się szczególnym zainteresowaniem w sektorze mieszkaniowym, w tym w budynkach współdzielonych przez wielu mieszkańców, takich jak domy opieki czy schroniska, gdzie wystąpienie zwarcia łukowego oraz iskrzenia może mieć katastrofalne skutki.

Zmniejszone ryzyko w zakresie bezpieczeństwa elektrycznego

– Skutki wystąpienia zwarcia łukowego mogą być poważne w przypadku każdego budynku, a szczególnie budynków mieszkalnych o dużej liczbie mieszkańców, gdzie w bardzo krótkim czasie może dojść do zagrożenia życia wielu ludzi. Wprowadzane przez nas urządzenie wykrywające zwarcia łukowe pozwala zminimalizować ryzyko, wykrywając nieprawidłowe sygnały i reagując na nie. Co więcej, czyni to z zachowaniem wysokiej precyzji w celu znacznego zmniejszenia liczby przypadków niepotrzebnego wyzwolenia – powiedział Alexander Jellenigg, kierownik ds. marketingu produktów w Eaton.

Iskrzenie przewodów, których typową przyczyną jest uszkodzenie izolacji przewodów, wtyczek lub przyłączy, stanowią bezpośrednie zagrożenie dla osób znajdujących się w pobliżu, ponieważ powodują uszkodzenie sieci elektrycznej i łatwo mogą wywołać pożar. Szacuje się, że przyczyną przynajmniej 25 procent pożarów jest awaria elektryczna, w wyniku której dochodzi do zwarcia łukowego i iskrzenia przewodów.

Bezpieczne i sprawne wykrywanie iskrzenia przewodów jest bardzo istotne, a tradycyjne wyłączniki różnicowoprądowe i wyłączniki nadprądowe (miniature circuit breakers, MCB) przeważnie nie są w stanie wykryć takich zjawisk.

Urządzenie wykrywające iskrzenie przewodów Eaton zapewnia szybkie wykrywanie zwarć łukowych z zachowaniem wysokiej precyzji, co ma duże znaczenie dla minimalizacji liczby przypadków niepotrzebnego wyzwolenia. Urządzenie zostało zaprojektowane w taki sposób, aby precyzyjnie rozróżniać prawdziwe zagrożenia od innych sygnałów o wysokiej częstotliwości, które często występują w środowisku domowym. Aby jeszcze bardziej poprawić jakość wykrywania, Eaton zaleca umiejscowienie urządzeń blisko potencjalnych źródeł łuków elektrycznych. Poza tym test zapewnia, że urządzenie zadziała, gdy wykryje istotny sygnał.

Globalne wymagania dotyczące urządzeń wykrywających zwarcia łukowe oraz iskrzenie przewodów określono po raz pierwszy w 2013 r., gdy Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna wprowadziła normę IEC 62606. Zgodnie z tą normą urządzenia wykrywające zwarcia łukowe powinny reagować w przypadku wykrycia łuku elektrycznego o energii wynoszącej 100 dżuli lub więcej, a w przypadku silnych prądów łukowych reakcja powinna nastąpić w ciągu 120 milisekund od momentu wykrycia.

Urządzenie wykrywające zwarcia łukowe stanowi najnowszy dodatek do katalogu produktów Eaton przeznaczonych do zmniejszania zagrożeń związanych z występowaniem zwarć łukowych oraz iskrzenia przewodów. Produkty te stanowią część z szerokiej gamy technologii zabezpieczających opracowanych przez Eaton z myślą o ochronie życia osób, mienia i reputacji przy minimalizacji zakłóceń w aktywności mieszkańców budynków.

Aby dowiedzieć się więcej na temat ryzyka związanego ze zwarciami łukowymi i ich potencjalnymi zagrożeniami pobierz bezpłatny egzemplarz białej księgi opracowany przez firmę Eaton: https://www.eaton.com/pl/pl-pl/markets/residential/safe-smart-energy-efficient-homes/arc-fault-protection/arc-fault-white-paper.html

Artykuł Jak działa przeciwpożarowy detektor iskrzenia AFDD+ firmy Eaton? pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Aby dowiedzieć się więcej na temat ryzyka związanego ze zwarciami łukowymi i ich potencjalnymi zagrożeniami pobierz bezpłatny egzemplarz białej księgi opracowany przez firmę Eaton: https://www.eaton.com/pl/pl-pl/markets/residential/safe-smart-energy-efficient-homes/arc-fault-protection/arc-fault-white-paper.html

Artykuł Jak zapobiegać zwarciom łukowym? pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.