Czy instalatorzy instalacji elektrycznych mogą sobie pozwolić na pominięcie ochrony obwodu „wszystko w jednym”?

W artykule wyjaśniono, w jaki sposób projektanci i instalatorzy instalacji elektrycznych mogą się zabezpieczyć przed wszelkimi ich awariami, w tym spięciami, przeciążeniami, prądami upływu i ukrytymi błędami łuku elektrycznego – przy zachowaniu najnowszego ustawodawstwa europejskiego – dzięki wprowadzeniu ochrony typu „wszystko w jednym”.

Zwarcia łukowe są jedną z głównych przyczyn powstawania pożarów elektrycznych. Dzieje się tak dlatego, że w przeciwieństwie do przeciążeń, spięć czy prądów upływu tego typu usterek nie można wykryć tradycyjnymi urządzeniami wyłączającymi, takimi jak MCB, RCCB lub RCBO. Norma międzynarodowa IEC 60364 (część 4–42) zaleca instalowanie urządzeń służących do wykrywania zwarć łukowych (AFDD – Arc Fault Detection Devices), które mogą znacząco zmniejszyć ryzyko pożaru elektrycznego w budynkach.

Ewolucja urządzeń ochronnych

W niedługim czasie po pojawieniu się elektryczności zdano sobie sprawę również z zagrożeń z nią związanych. Eksperci uznali potrzebę wykrywania dużych prądów zwarciowych i odłączenia zasilania przy wystąpieniu awarii, co doprowadziło do powstania wyłączników instalacyjnych. Wyrafinowanie tych urządzeń nastąpiło szybko, ponieważ kilku pionierów bezpieczeństwa elektrycznego uznało, że oprócz przetężeń niebezpieczne napięcia również powinny być odłączane, aby zmniejszyć ryzyko migotania komór.

W 1950 roku nastąpił znaczny przełom wraz z wynalezieniem detektorów różnicowoprądowych. Gottfried Biegelmeier, austriacki pionier, wynalazł w 1957 roku tak zwane zabezpieczenie różnicowoprądowe zwłoczne. Wraz ze stałym przekaźnikiem magnetycznym, zdolnym do wykrywania nawet bardzo małych prądów upływu, kluczowe było, aby uczynić RCCB popularnym i najważniejszym urządzeniem zabezpieczającym przed porażeniem prądem elektrycznym.

Rozpoznawalne ulepszenia urządzeń MCB rozpoczęły się w latach sześćdziesiątych, na skutek których w latach osiemdziesiątych wprowadzono urządzenie RCBO. Jednak dopiero na początku XXI wieku technologia cyfrowa została zastosowana w urządzeniach zabezpieczających wraz z wprowadzeniem urządzeń RCCBs z dodatkowymi funkcjami cyfrowymi, tak zwanych cyfrowych RCCBs. Teraz pojawienie się ochrony „trzy w jednym”, łączącej RCCB, MCB i AFDD w jednym urządzeniu, stanowi kolejny ważny krok naprzód, zapewniając instalatorom prostotę pojedynczego urządzenia przy kompleksowej ochronie i zmniejszonym ryzyku pożarów wywołanych zapłonem w instalacji elektrycznej. W czasach, gdy dobry wizerunek firmy jest ważniejszy niż kiedykolwiek w pozyskiwaniu i utrzymaniu klientów, instalatorzy mogą w znacznym stopniu nalegać na jak najwyższy poziom ochrony u swoich zleceniodawców.

 

Rys. 1. Równoległe i szeregowe zwarcia łukowe w obwodzie końcowym. Źródło: Eaton

 

Wykrywanie zwarć łukowych

W przeciwieństwie do zwarć i upływu błędy łuku elektrycznego są znacznie trudniejsze do wykrycia, ponieważ nie towarzyszy im narastanie prądu. Natomiast 90% zwarć łukowych występuje w pojedynczym przewodzie. Reszta zdarzeń występuje między przewodami fazowymi i neutralnymi lub między fazą a uziemieniem ochronnym. Szeregowe zwarcie łukowe nie musi być bezpośrednim zagrożeniem; może jednak wzniecić ogień przez zapalenie łatwopalnego materiału.

Urządzenia MCB reagują jedynie na narastanie prądu, więc nie mogą wykrywać szeregowych i równoległych zwarć łukowych. RCCB działają przez wykrywanie dysproporcji między fazą a przewodem neutralnym, która powstaje, gdy prąd różnicowy zaczyna płynąć do ziemi. Mogą więc zostać wyzwolone prądami upływu między fazą a ziemią, natomiast mniej niż 10% zwarć łukowych występuje między fazą a ziemią. Na szczęście jednak nadchodzące zwarcie łukowe jest poprzedzone sygnałem wysokiej częstotliwości nałożonym na przewód zasilający, odpowiadającej przebiegowi tego zjawiska; te cechy mogą zostać wykryte przez AFDD za pomocą jego mechanizmu wykrywania cyfrowego, który reaguje, odłączając wadliwy obwód w celu zminimalizowania lub powstrzymania uszkodzenia.

Ustawodawstwo

Ogólnoświatowe wymagania zostały formalnie ustanowione po raz pierwszy w 2012 roku, kiedy to Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna wprowadziła normę IEC 62606, dotyczącą urządzeń wykrywania zwarć łukowych (AFDD). Podczas gdy IEC jest międzynarodowym standardem i organem oceny zgodności we wszystkich dziedzinach elektrotechniki, wprowadzenie do użytku urządzeń AFDD zdefiniowało nowy poziom ochrony, który pozwolił na radzenie sobie ze znacznymi problemami w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia w zastosowaniach mieszkaniowych, handlowych i przemysłowych.

Poprzez uzupełnienie części 4–42, ochrony przed skutkami termicznymi, w normie IEC 60364 dotyczącej niskonapięciowych instalacji elektrycznych, pojawiło się tam silne zalecenie ochrony tychże instalacji przed zagrożeniami termicznymi i zagrożeniami pożarem elektrycznym. Ponieważ większość zagrożeń pożarami powstałymi z instalacji elektrycznych pochodzi z szeregowych lub równoległych zwarć łukowych, powyższe uzupełnienie do normy w 2014 roku było ważnym krokiem w celu wykorzystania nowoczesnej techniki, aby lepiej chronić życie ludzkie, instalacje i towary. IEC zdecydowanie podkreśliła znaczenie tego zalecenia, rekomendując ustawodawstwu w poszczególnych krajach przyjęcie instalacji AFDD jako obowiązkowej, np. w Niemczech.

Oprócz Niemiec wiele krajów wdrożyło już nowe wymogi dla AFDD do swoich lokalnych standardów, w tym Holandia, Czechy, Hiszpania, Dania, Łotwa, Słowacja, Rumunia, Węgry i Szwajcaria. W Finlandii, Szwecji, Islandii i Włoszech prowadzone są kampanie informujące obywateli o ważności instalacji AFDD.

Instalatorzy powinni zawsze stosować najnowocześniejsze zabezpieczenia i respektować ich krajowe przepisy oparte na normie IEC 60364 lub HD 60364, aby zapewnić zgodność z nimi i upewnić się, że właściwa instalacja urządzeń ochronnych minimalizuje zagrożenie pożarem elektrycznym.

 

Rys. 2. Obecnie na rynku dostępne są produkty łączące w sobie funkcje trzech urządzeń: wyłącznika nadprądowego, wyłącznika różnicowoprądowego oraz detektora iskrzenia. Źródło: Eaton

 

Strategie ochrony zasilania

Podczas gdy bezpieczeństwo ludzi, ochrona sprzętu i pomieszczeń mają zasadnicze znaczenie, biorąc pod uwagę dzisiejszą zależność od urządzeń elektrycznych i elektronicznych, niezawodność dostaw energii ma również znaczenie krytyczne. Dobre jakościowo AFDD zapewniają wysoki poziom ochrony przy minimalnym stopniu niepożądanego zadziałania, możliwej dzięki krzyżowej komunikacji z innymi obwodami lub wykrywaniem wysokich częstotliwości generowanych raczej przez obciążenie urządzeń, a nie nadchodzące zwarcia łukowe.

Aby zachować zgodność z obowiązującymi przepisami przy zapewnieniu kompleksowej strategii ochrony, wykonawcy powinni zainstalować urządzenia ochronne obejmujące MCB, RCCB lub RCBO i AFDD; razem zabezpieczające przed przeciążeniem, spięciami, prądami różnicowymi i zwarciami łukowymi w obwodach końcowych. Obecnie na rynku dostępne są również produkty łączące w sobie funkcje MCB, RCCB i AFDD. Urządzenia te są ekonomiczne, kompatybilne, niezawodne i łatwe do zainstalowania, co znacznie ułatwia projektowanie i instalację sieci elektrycznej.

Urządzenia tego typu zapewniają szybkie wykrywanie z dużą dokładnością, co ma zasadnicze znaczenie przy minimalizacji niepożądanego zadziałania wyłącznika, a jednocześnie charakteryzują się dużą czułością przy wykrywaniu. Produkty te są zaprojektowane tak, aby dokładnie odróżniać rzeczywiste ryzyko od innych sygnałów wysokiej częstotliwości.

Ponadto zdolność komunikacji krzyżowej z innymi obwodami gwarantuje, że urządzenia te zadziałają tylko wtedy, gdy odpowiedni sygnał zostanie wykryty w ich własnym obwodzie końcowym.


Alfred Mörx, niezależny specjalista w dziedzinie bezpieczeństwa elektrycznego w Europie.