Přístroje k detekci chybového elektrického oblouku (AFDD)

Nevím, jestli k vám jako příslušníkům vyspělé elektrotechnické veřejnosti dospěla již v minulých letech informace o tom, že v Americe mají a používají přístroj – není to jistič, není to chránič – ale umí to vyčenichat začínající poruchu nejen v pevných elektrických instalacích, ale i v připojených elektrických spotřebičích, např. v pračkách, varných konvicích, ale i v televizorech, v poškozených pohyblivých a prodlužovacích přívodech apod. Samozřejmě tu poruchu to umí zjistit a odpojit dlouho předtím, než by na ni zareagovaly klasické jisticí a ochranné přístroje včetně citlivých proudových chráničů. Výhodou je tedy zjištění a včasné odpojení poruch, jinak hrozících vznícením požáru.

Přístroj na ochranu před poruchou doprovázenou vznikem oblouku, v jazyce odborníků AFDD (Arc Fault Detection Device – přístroj na detekci poruchy s obloukem) nebo v severoamerickém prostoru označované AFCI (Arc Fault Circuit Interrupter – přerušovač obvodu s obloukovou poruchou) je ochranný přístroj nasazovaný v elektroinstalaci a v budoucnu i v sítích nn. Zařízení chrání elektrické instalace automatickým odpojením před škodami způsobenými elektrickým obloukem a před tepelnými následky, jako je hoření kabelů (odkud se také někdy nazývají vypínač pro ochranu před požárem – z německého Brandschutzschalter).

Pro tyto přístroje je již v konečné fázi přípravy mezinárodní norma IEC 62606 a chystají se i požadavky na jejich uplatnění v elektrických instalacích (v IEC 60364-4-42). Vzhledem k naší příslušnosti k EU nemusíme mít obavy, že by nás tyto připravované změny minuly.

A nyní k samotnému přístroji:

Všeobecně
AFDD jsou montovány v podružných rozváděčích a mohou detekovat oblouky poruch v obvodu až ke spotřebiči nebo paralelně ke spotřebiči.

Sériové poruchy
Oblouky poruch v obvodu až ke spotřebiči (porucha je řazena v sérii ke spotřebiči – viz obr. 1) se vyznačují tím, že normální provozní proud není zpravidla překročen, protože je omezený impedancí spotřebiče. Proto také nadproudový ochranný přístroj, jako je např. pojistka nebo jistič, na tento proud nezareaguje. Oblouk poruchy se vytváří na místě poruchy přívodu, například v uvolněné svorce nebo v místě přerušení kabelu. Zvláště při vyšších provozních proudech a delší době trvání oblouku, může v místě s poruchou v důsledku hoření oblouku a vysoké proudové hustoty, a tím i vysoké teploty vzniknout nebezpečí požáru.

Paralelní poruchy
Rušivé oblouky, které se vyskytují paralelně ke spotřebiči mezi sousedními elektrickými vodiči (většinou vodiči elektrického obvodu, přívodními vodiči různého napětí do místa spotřeby apod.), např. v důsledku poruchy izolace kabelu, se vyznačují tím, že chybný, zpočátku nedokonalý elektrický kontakt, obvykle rychle přejde ve zkratový proud. Ten je pak okamžitě vypnut nadproudovými ochrannými přístroji. Ovšem i vznik poruchového proudu v důsledku takovéto poruchy může být pozvolný a přitom vzniká elektrický oblouk s nepravidelnostmi průběhu, které jsou s tím spojeny. I když tato porucha může do tvrdého zkratu přejít velmi rychle, může být tento přechod také natolik pozvolný, že přístroje AFDD reagují rychleji než klasické jisticí přístroje. Takže, než by došlo k vypnutí klasickými přístroji, mohl by vzniklý elektrický oblouk způsobit škody a dokonce se stát i příčinou požáru, pokud by v blízkosti byly snadno zápalné látky. V tomto případě je však proud obvykle značně vyšší než provozní proud, protože velikost proudu je omezena pouze obloukem a impedancí smyčky poruchového proudu. Proto obvykle s odpojením přístrojem AFDD dojde bezprostředně i k současnému vypnutí nadproudového ochranného přístroje. Někdy při poruše, např. zemním spojení doprovázeném vznikem oblouku paralelně ke spotřebiči, může vypnout i proudový chránič.

Je ovšem třeba si také uvědomit, že paralelní poruchu proudový chránič vypínat nemusí. U proudového chrániče, který je do obvodu zařazován z důvodu ochrany před požárem, se více méně spoléháme na to, že porucha mezi dvěma vodiči s různými napětími (např. mezi fázovým a nulovým vodičem) přerostl do poruchy mezi fázovým a ochranným vodičem, resp. mezi fází a neživou nebo cizí vodivou částí. Proudový chránič nevypíná zkrat ani přetížení.

Vypínač pro ochranu před požárem pro domovní instalace je v Evropě na 230 V a obvyklých 16 A. V severní Americe (kde se používají tzv. AFCI) jsou na trhu od konce devadesátých let a podle National Electrical Code (NEC-2008) budou předepsány pro ochranu veškerých obytných místností. Dalším možným využitím je pro napájení elektrických součástek v letadlech.

Způsob činnosti
Ke zjištění, zda došlo ke vzniku oblouku doprovázejícího poruchu, se během doby měření sleduje jak průběh napětí, tak i proudu (viz obr. 4), a vyhodnotí se pomocí digitálního zpracování signálu. Zvláště průběh proudu vykazuje při vzniklém oblouku charakteristické vysokofrekvenční složky. Přitom se musí při vyhodnocování dbát na to, aby ani pravidelné kolísání průběhu proudu, ani překmity a přechodné průběhy proudů při spínacích procesech ve spotřebičích, které mohou být průvodním jevem jejich normálního provozování, nemohly vést k nežádoucímu vypínání.

Při rušivém oblouku, který je v sérii se spotřebičem, probíhá charakteristika čas-proud v rozsazích od 1 sekundy do až do asi 100 ms a tím leží pod mezí vypnutí jističů vedení. Při paralelním oblouku se vychází z charakteristiky čas proud, která kombinaci nasazeného jističe vedení vypíná z důvodu velkých poruchových proudů již od detekce paralelního oblouku.

Obr. 3 Možná podoba přístroje AFDD

Obr. 4 Co se při vzniku poruchy sleduje a vyhodnocuje

Jak to bude dále s uplatněním přístrojů AFDD
Informace o technických normách připravovaných pro uplatnění uvedených přístrojů je v článku K návrhu změny, která se má promítnout do ČSN 33 2000-4-42.