Апарати за откриване на дъгови къси съединения

Във всяка сграда електрическата инсталация трябва да бъде защитена срещу пожари, предизвикани от електрическия ток. Дори и най-малкото късо съединение може да има сериозни последици. Когато в някой електроуред или кабел се появи волтова дъга, става въпрос за дъгово късо съединение.

Предизвикано обикновено от разхлабени контакти и клеми, или от повреди в изолацията на кабели, дъговото късо съединение не винаги има сериозни последици, но може да предизвика пожар и така да нанесе значителни щети на хора, оборудване и сгради.

Електрическите вериги обикновено са защитени чрез миниатюрни прекъсвачи и автоматични прекъсвачи, задействани от остатъчен ток, но тези устройства не са конструирани да откриват къси съединения, при които се образува волтова дъга, поради което не осигуряват подходяща защита срещу нея. Тук на помощ идват апаратите за откриване на дъгови къси съединения. Те запълват доста голям пропуск в сигурността на електрическата мрежа, която съществуваше до скоро.

Дори потребителите да са достатъчно внимателни, кабелите да се държат на безопасно разстояние и да се използват само сертифицирани адаптери и съединители, може да възникнат условия за дъгово късо съединение. Във всички домакинства ползването на електроуредите не е равномерно. Има периоди на върхово натоварване, но и време, когато всички електроуреди са в режим на готовност и консумират много малко електроенергия.

Подобни режими подлагат на критично натоварване кабелите и съединенията, а това ги разхлабва и износва изолацията им. В резултат, в електроинсталацията се появяват слаби места, на които възникват волтови дъги.

Характеристики на апаратите за откриване на дъгови къси съединения
Апаратите за откриване на дъгови къси съединения (Arc Fault Detection Devices - AFDD) са конструирани специално за защита от такива. Те автоматично прекъсват електрическата верига, когато открият опасна волтова дъга. AFDD успешно различават работна волтова дъга (например при бормашините или прахосмукачките) от опасни къси съединения.

AFDD апаратите са компактни модулни устройства, които лесно се инсталират в електрическите табла наред с другото защитно оборудване. Всеки AFDD е конструиран за защита на електрическата мрежа и оборудване веднага след констатиране на опасна волтова дъга. Би трябвало AFDD да се инсталират на електрическите вериги, които са най-изложени на риск - например на външна електроинсталация, захранваща контакти.

AFDD постоянно анализират електрическия ток и следят за поява на вълнови модели, които са признак за потенциално опасна волтова дъга. Както вече бе споменато, апаратите за откриване на дъгови къси съединения са изключително чувствителни и са проектирани да откриват потенциално опасни дъги и да реагират само на тях.

Те използват специфичен алгоритъм за различаване на опасни от работни волтови дъги - например безопасните искри, които се появяват, когато се изважда щепселът от контакта. Това е важно, тъй като прекалено чувствителните AFDD могат погрешно да изключват вериги при поява на най-малката и на практика безопасна волтова дъга.

Когато открие потенциално опасен вълнови модел, AFDD прекъсва веригата и по този начини изолира повредата. AFDD може да работи съвместно с прекъсвач или автоматичен прекъсвач, задействан от остатъчен ток. AFDD може да има и свои собствени защитни функции.

Апаратите за откриване на дъгови къси съединения реагират много бързо при най-малката промяна на вълновите модели. В случая бързината е много важна, тъй като волтовата дъга може да се разрасне и да подпали намиращите се наблизо леснозапалими материали.

Стандарти за AFDD
Апаратите за откриване на дъгови къси съединения не навсякъде са задължително изискване. Те отдавна се използват в авиационната промишленост, но съвсем отскоро привлякоха вниманието като оборудване за защита на жилищни и обществени сгради.

От 2013 г. насам международният стандарт IEC 62606 дефинира Апаратите за откриване на дъгови къси съединения, които откриват наличието на опасни волтови дъги и прекъсват електрозахранването на веригата, за да предотвратят появата на пламъци. Самите AFDD трябва да са съвместими с продуктовите стандарти, а монтажът им се регулира от други правила.

В България стандарт “БДС EN 62606:2013 Общи изисквания за апарати за откриване на дъгово късо съединение” се отнася за апарати за откриване на повреда с волтова дъга за битови и подобни приложения в променливотокови вериги.

Препоръчва се на следните места да се вземат специални мерки за защита от ефектите на дъговите къси съединения в електрическите мрежи: в спални помещения; в помещения от категория BE2, в които има опасност от пожар поради естеството на обработваните или складираните в тях материали, например силози за зърно, цехове за дървообработка, хартиени фабрики; в сгради за съхранение на запалими строителни материали (от категория CA2 напр. дървени сгради); в конструкции, способстващи разпространението на пожари, напр. от категория CB2; в помещения, в които се съхраняват незаменими стоки.

В електрическите мрежи с променлив ток използването на AFDD в съответствие с БДС EN 62606:2013 е достатъчно за спазване на гореспоменатите препоръки.

Пожари, възникнали в резултат на електрическата инсталация
Европейската противопожарна академия е изчислила, че общият брой от 2 250 000 пожара, които се случват в Европа ежегодно, предизвикват над 4000 смъртни случая и 100 000 наранявания на хора. В над 80% от случаите засегнатите от тези пожари сгради са жилищни. Най-често основен причинител на тези пожари е електрическата мрежа.

Пожарите, причинени от електрически инсталации, се дължат на претоварвания, къси съединения, утечки към земя и блуждаещи токове, но също така и на волтови дъги в електрически кабели и съединения. Когато един кабел е локално повреден или някое електрическо съединение се разхлаби, съществуват две явления, които могат да предизвикат пожар вследствие на волтова дъга: карбонизация и резистивно късо съединение.

Карбонизация
Когато даден проводник се повреди или някое съединение не е подходящо затегнато, се появява локална “нажежена точка”, където проводникът прегрява, а изолацията му в съседство изгаря и се овъглява (карбонизира).

Въглеродът е електрически проводник и позволява протичането на електрически ток, който е прекалено силен на места. Тъй като въглеродът в случая не е равномерно разпределен, токовете, които преминават през него, създават волтови дъги, за да “й проправят път”.

След това всяка волтова дъга усилва карбонизацията на изолационния материал. Така възникналата реакция продължава, докато количеството въглерод стане достатъчно, за да може волтовата дъга спонтанно да го запали.

Резистивно късо съединение
Когато изолациите на два проводника под напрежение бъдат повредени, между тях може да възникне значителен електрически ток, който обаче е твърде слаб, за да бъде отчетен като късо съединение от прекъсвача.

Освен това този ток е неоткриваем от прекъсвачите, задействани от остатъчен ток, тъй като не се заземява. Когато преминава през двата изолационни материала, тази токова утечка оптимизира пътя си чрез генериране на волтова дъга, която постепенно овъглява изолационните материали. Карбонизираните по този начин изолации усилват токовата утечка между двата проводника.

Така се развива нова верижна реакция, която увеличава количеството на образуващия волтова дъга ток и повишава карбонизацията, докато накрая се появят пламъци. Общото на тези две явления е възникването на пожар вследствие на подпален от волтова дъга въглерод. Ето защо детекцията за наличие на волтови дъги е един от начините да се предотврати превръщането им в бедствие.

Тези явления могат да възникнат в следните случаи:
• При захранващ кабел, подложен на прекомерен опън (поради местоположението на контакта и захранваното оборудване или заради мебел).
• Дефектен захранващ кабел вследствие на неподходящи огъвания. Кабелите, прокарани през отворени прозорци или врати, при последващо затваряне могат да бъдат прищипани по такъв начин, че да се появи волтова дъга заради повредена изолация.
• Дефектна кабелна изолация, повредена от пирони или винтове. Твърде затегнатите клеми могат също да повредят изолацията на кабелите.
• Разхлабване на връзката на кабела; случайна повреда на кабел.
• Стенни контакти в лошо състояние. Опасни волтови дъги могат да се появят в лошо монтирани контакти при техните клеми и скоби за притягане. Волтови дъги могат да бъдат предизвикани и от повредени кабели и хлабави клеми след контакта, например в разклонител или двойни или тройни контакти, както и в друго оборудване, свързано към контакта.
• Остарели устройства за кабелна защита; хлабави съединения.
• Кабели, повредени вследствие на въздействие на околната среда. На открито повредите на изолацията най-често се дължат на ултравиолетовото излъчване на слънчевите лъчи или могат да бъдат предизвикани от гризачи.

Технология на детекторите на дъгови къси съединения
Технологията на детекция на дъгови къси съединения позволява откриването на опасни волтови дъги, което позволява да бъдат защитени електрическите инсталации.

Детекторът на дъгови къси съединения следи в реално време различни електрически параметри на веригата, която защитава, с цел да открие информация, характерна за наличието на опасни волтови дъги. Например нарушението на синусоидата на тока по време на пресичане на нулевата линия е характерен белег за наличие на волтова дъга: токът тече само след поява на волтовата дъга, която изисква минимално напрежение, за да бъде създадена.

Инсталация на детектори за откриване на дъгови къси съединения
Апаратите за откриване на дъгови къси съединения са конструирани с цел намаляване на рисковете от пожар, предизвикани от наличието на токове от дъгови къси съединения в електрическите мрежи. Те се монтират в електрическите табла, предимно на веригите, захранващи контактите в спални или всекидневни на жилищни сгради. AFDD са особено препоръчителни в случаи на реконструкция на жилищни сгради.

Препоръчва се и AFDD да се монтират в сгради, в които има опасност от разпространение на пожар (като например сгради с принудителна вентилация); в твърде плътно населените сгради (кина и театри); в сгради, в които евакуацията на обитателите е затруднена; в сгради за съхранение на запалими или потенциално експлозивни материали (като складове за дървен материал, хартиени фабрики и др.).