Diagnostyka przeciwpożarowego detektora iskrzenia AFDD

Diagnostyka przeciwpożarowego detektora iskrzenia AFDD

Diagnostyka przeciwpożarowego detektora iskrzenia AFDD

Urządzenia wykrywające zwarcia łukowe są stosowane w celu ograniczenia ryzyka pożaru elektrycznego w kolejnych urządzeniach w instalacji. Budowa oraz badanie aparatu muszą być zgodne z normą IEC 62606.

Urządzenia wykrywające zwarcia łukowe (AFDD, z ang. arc fault detection device) są przeznaczone do ograniczania skutków zwarć łukowych przez rozłączanie obwodów po wykryciu zwarcia łukowego. Norma PN-EN 62606:2014-05Wymagania ogólne dla urządzeń do detekcji zwarć łukowych dopuszcza trzy wykonania takiego aparatu:

  • osobne urządzenie składające się z detektora iskrzeń oraz elementu otwierającego. Jest przeznaczone do połączenia szeregowego z zabezpieczeniem zwarciowym wskazanym przez producenta, zgodnym z odpowiednią normą: EN 60898-1, EN 61009-1, IEC 60269;

  • urządzenie zawierające detektor iskrzeń zabudowane razem z odpowiednim zabezpieczeniem zwarciowym zgodnym z właściwą normą: EN 60898-1, EN 61009-1, IEC 60269;

  • urządzenie posiadające detektor iskrzeń montowane na miejscu instalacji wspólnie ze wskazanym zabezpieczeniem zgodnym z odpowiednią normą: EN 60898-1, EN 61009-1, IEC 60269.

Norma EN 60898-1 dotyczy wyłączników nadprądowych, norma EN 61009-1 dotyczy wyłączników różnicowoprądowych z wbudowanym urządzeniem nadprądowym, a norma IEC 60269 dotyczy wkładek bezpiecznikowych.

Sposób przeprowadzania badań urządzenia do wykrywania zwarć łukowych zależy od jego budowy.

Norma PN-HD 60364-4-42 Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-42: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed skutkami oddziaływania cieplnego, w załączniku B dodanym w roku 2015, zaleca stosowanie urządzeń wykrywających zwarcia łukowe AFDD.

Rys. 1. Urządzenie AFDD+ podtyp 2 produkcji EATON – zespolone z wyłącznikiem różnicowym z członem nadprądowym

Wybrane pomiary zgodne z PN-HD 60364 mające związek z AFDD

Według PN-HD 60364-6:2016-07 – wersja angielska – Instalacje elektryczne niskiego napięcia − Część 6: Sprawdzanie mające związek z AFDD przeprowadza się w sposób następujący:

Test wytrzymałości izolacji

Przy pomiarze powyżej 250 V należy odłączyć urządzenie AFDD. Pomiar wyższym napięciem może skutkować uszkodzeniem elektroniki urządzenia.

Samoczynne wyłączenie zasilania

AFDD zabudowane/zespolone z wyłącznikiem nadprądowym lub wyłącznikiem różnicowoprądowym z członem nadprądowym będzie pełniło rolę samoczynnego wyłączenia zasilania zgodnie z PN-HD 60364-4-41. Samo badanie różnicujemy ze względu na układ sieci, w którym urządzenie pracuje.

Badanie w układzie TN

Zgodnie z PN-HD 60364-4-41 powinien być spełniony warunek:

Zs × Ia ≤ U0

gdzie:

Zs to impedancja pętli zwarcia,

Ia to prąd powodujący samoczynne wyłączenie zasilania zgodnie z tabelą 1,

U0 to znamionowe napięcie względem ziemi AC/DC.

Tabela 1. Maksymalne czasy wyłączenia

Układ

50 V ≤ U0 ≤ 120 V

120 V ≤ U0 ≤ 230 V

230 V ≤ U0 ≤ 400 V

U0 ≥ 400 V

 

AC

DC

AC

DC

AC

DC

AC

DC

TN

0,8 s

Uwaga 1

0,4 s

5 s

0,2 s

0,4 s

0,1 s

0,1 s

TT

0,3 s

Uwaga 1

0,2 s

0,4 s

0,07 s

0,2 s

0,04 s

0,1 s

Uwaga 1 mówi o tym, że wyłączenie może być wymagane z innego powodu niż realizacja ochrony przed porażeniem.

Dla obwodów rozdzielczych oraz zabezpieczonych wyłącznikami nadprądowymi o prądzie In ≥ 32A dopuszczalny maksymalny czas wyłączania wynosi 5 s. Badania dokonujemy przez sprawdzenie:

  • impedancji pętli zwarcia (pomiar),

  • charakterystyk i/lub skuteczności współdziałającego urządzenia ochronnego.

Weryfikacja wyłączników nadprądowych polega na oględzinach (nastawy, typ, prąd znamionowy). W przypadku wyłączników różnicowoprądowych poza oględzinami dokonuje się również pomiaru. Pomiar wyłącznika różnicowoprądowego należy przeprowadzić urządzeniem zgodnym z EN 61557-6, upewniając się, że spełnione są wymogi PN-EN 60364-4-41, tzn. wynikające ze wzoru:

Zs × Ia ≤ U0

gdzie prąd Ia jest różnicowym prądem zadziałania zapewniającym wyłączenie w czasie zgodnym z tabelą 1.

Należy zwrócić uwagę na zwłokę członu różnicowego w urządzeniach AFDD (jeśli tylko dane urządzenie ma zintegrowany człon różnicowy), ponieważ dostępne są wykonania bezzwłoczne, jak również krótkozwłoczne o zwłoce 10 ms lub więcej. Należy to uwzględnić przy pomiarze, ponieważ wyzwolenie aparatu poniżej tej zwłoki czasowej również oznacza niepoprawne działanie urządzenia (członu różnicowego).

W układzie TT

W przypadku realizacji funkcji samoczynnego wyłączenia zasilania przez wyłącznik różnicowoprądowy czas zadziałania powinien odpowiadać tabeli nr 1, a ponadto powinien być spełniony warunek:

RA × I∆N ≤ 50V

gdzie:

RA jest sumą rezystancji uziemienia i przewodu ochronnego do części przewodzących dostępnych [Ω],

I∆N to znamionowy prąd różnicowy wyłącznika [A].

Gdy tę funkcję pełni wyłącznik nadprądowy, to wracamy do wzoru Zs × Ia ≤ U0.

Uwaga: dopuszcza się czas zadziałania 1 s dla obwodów > 32A.

W układzie IT

Dopuszczone jest zarówno wykorzystanie wyłącznika nadprądowego, jak i wyłącznika różnicowoprądowego. Dla układu IT, jeśli dostępne części przewodzące są połączone przewodem ochronnym i wspólnie uziemione przez ten sam układ uziemiający, warunki okażą się podobne jak dla układu TN i nie jest prowadzony przewód neutralny (lub środkowy dla układu DC), sprawdza się warunek:

2IA × ZS ≤ U

a jeśli przewód neutralny jest prowadzony, to 2IA × ZS ≤ U0

gdzie:

U0 – nominalne napięcie AC między przewodem liniowym a neutralnym,

U – nominalne napięcie AC między przewodami liniowymi,

ZS – impedancja w [Ω] pętli zwarciowej obejmującej przewód liniowy i przewód ochronny,

ZS - impedancja w [Ω] pętli zwarciowej obejmującej przewód neutralny i przewód ochronny,

IA – prąd w [A] powodujący zadziałanie zabezpieczenia.

Dozwolone czasy zadziałania zabezpieczenia są takie jak wskazane w tabeli 1.

Jeżeli części dostępne przewodzące są uziemione grupowo lub indywidualnie, mają zastosowanie następujące warunki:

RA x IA ≤ 50 V

gdzie:

RA jest sumą rezystancji w [Ω] uziomu i przewodu ochronnego do części przewodzących dostępnych

IA – prąd w [A] powodujący samoczynne wyłączenie przez urządzenie zabezpieczające w czasie zgodnym z tabelą nr 1 w 2.1.1.

Jeśli badamy skuteczność samoczynnego wyłączenia w układzie IT realizowane przez wyłącznik różnicowoprądowy, to badanie może wymagać testu prądem równym co najmniej 5I∆N.

Ochrona uzupełniająca realizowana przez wyłącznik różnicowoprądowy

Urządzenia AFDD posiadające człon różnicowy, które realizują ochronę uzupełniającą zgodnie z PN-HD 60364-4-41, należy sprawdzić pod kątem skuteczności tej ochrony.

Zgodnie z PN-HD 60364-4-41 ochrona uzupełniająca w układach AC może być realizowana przez wyłącznik różnicowoprądowy (RCD) o prądzie znamionowym różnicowym I∆N ≤ 30 mA.

Zgodnie z PN-HD 60364-6 sprawdzanie skuteczności ochrony uzupełniającej dokonuje się przez oględziny i próbę. Wyłącznik różnicowoprądowy badamy urządzeniem zgodnym z EN 61557-6.

Dokonując pomiaru, należy wziąć pod uwagę:

  • prąd znamionowy różnicowy I∆N,

  • zwłokę członu (bezzwłoczny, zwłoczny).

Rys. 2. Charakterystyka wyzwalania wyłączników różnicowoprądowych

Sprawdzenie członu AFD

Sprawdzanie samego członu AFD nie jest uwzględnione przez najnowsze wydanie normy PN-HD 60364-6. Należy więc stosować się do instrukcji montażowych producenta aparatu.

Norma IEC 62606 wymaga, aby urządzenie samo monitorowało swoją funkcjonalność. Wykonania zespolone z wyłącznikiem różnicowoprądowym z członem nadprądowym mają przycisk TEST na czole aparatu pozwalający na test członu różnicowego i członu AFD.

Norma IEC 62606 określa warunki laboratoryjne do badania skuteczności urządzeń AFDD, które są nie do odtworzenia podczas okresowych przeglądów instalacji elektrycznych. W warunkach laboratoryjnych stosuje się szczegółowo opisany przez normę generator łuków elektrycznych, który odzwierciedla sytuację awaryjną. Co prawda, producenci na potrzeby prezentacji rozwiązania i ukazania jego zalet przygotowują specjalistyczne walizki testowe, ale nie są w żaden sposób sankcjonowane przez normy i nie mogą służyć jako dowód skuteczności lub jej braku w myśl przepisów prawa UE lub Rzeczypospolitej Polskiej.

Rys. 3. Przykładowa walizka testowa jednego z producentów AFDD

Podsumowanie

AFDD w Polsce jest urządzeniem zalecanym do stosowania, ale nie wymaganym. W innych krajach UE prawo nakazuje, a nie zaleca, stosowanie tego typu urządzeń. W miarę popularyzacji rozwiązania pojawią się szczegółowsze regulacje dotyczące testu samego członu AFD, jak również dedykowane mierniki będące przenośnymi generatorami łuków elektrycznych. Z racji występowania trzech różnych wykonań należy zawsze zwrócić uwagę na to, z jakim podtypem urządzenia mamy do czynienia, i zastosować odpowiednie metody sprawdzania.

Bibliografia:

  1. PN-HD 60364-6:2016 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 6: Sprawdzanie.

  2. PN-HD 60364-4-41:2017 Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed porażeniem elektrycznym.

  3. PN-HD 60363-4-42:2011/A1:2015 Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-42: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed skutkami oddziaływania cieplnego.

  4. EN 62606:2013 General Requirements for arc fault detection devices.

  5. PN-EN 61009-1:2013-06 Wyłączniki różnicowoprądowe z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym do użytku domowego i podobnego (RCBO).

  6. PN-EN 60898-1:2007 Sprzęt elektroinstalacyjny – Wyłączniki do zabezpieczeń przetężeniowych instalacji domowych i podobnych − Część 1: Wyłączniki do obwodów prądu przemiennego.

  7. PN-HD 60269-3:2010 Bezpieczniki topikowe niskonapięciowe – Część 3: Wymagania dodatkowe dotyczące bezpieczników przeznaczonych do wymiany przez osoby niewykwalifikowane (bezpieczniki głównie dla gospodarstw domowych i podobnych zastosowań) − Przykłady znormalizowanych systemów bezpiecznikowych od A do F.

  8. www.moeller.pl/afdd

  9. https://www.low-medium-voltage.siemens.pl

  10. https://new.abb.com

Autor: inż. Bartłomiej Jaworski absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiej, kierunku automatyka i robotyka, członek oddziału warszawskiego SEP oraz Komitetu Technicznego SPAE w Krajowej Izbie Gospodarczej Elektroniki i Telekomunikacji, menedżer produktu w firmie Eaton Electric, zajmujący się zabezpieczeniami niskiego napięcia.
Słowa kluczowe:
detektor iskrzenia AFDD