دستگاه ها و بریکرهای تشخیص آرک

آنچه در این مقاله می خوانید−

دستگاه ها و بریکرهای تشخیص آرک

AFDD چیست؟

تکنولوژی به کار رفته در تجهیزات تشخیص آرک یا AFDD، امکان شناسایی قوس های الکتریکی خطرناک در مدار و حفاظت از تاسیسات را فراهم کرده است. دستگاه های تشخیص آرک به صورت موفقیت آمیز در اوایل دهه 2000 میلادی در آمریکا توسعه داده و نصب آن ها طبق قوانین ملی این کشور الزامی شده است. استاندارد IEC62606 از سال 2013 مشخصات دستگاه های تشخیص آرک را بیان کرده است. دستگاه تشخیص آرک وجود قوس های الکتریکی خطرناک را شناسایی کرده و با قطع منبع تغذیه از ایجاد اولین شعله جلوگیری می کند.

روش کار دستگاه تشخیص آرک یا Arc Fault Detection Device: AFDD

سرعت عملکرد در تجهیزات تشخیص آرک بسیار مهم است. قوس الکتریکی به یکباره تخلیه شده و می تواند باعث شعله ور شدن مواد قابل اشتعال و شروع آتش سوزی گردد. دستگاه های تشخیص آرک طبق استاندارد IEC62606 باید در صورت رخ دادن آرک با سرعت بسیار زیاد عمل کرده و جداسازی را انجام دهد. جداسازی باید در زمان مجاز صورت بگیرد. تاکید می شود که قوس های الکتریکی خطرناک توسط بریکرها، فیوزها و دستگاه جریان باقی مانده قابل شناسایی نیستند.

در تصویر زیر منحنی عملکرد بریکر مینیاتوری 16 آمپر با تیپ های B، C و D طبق استاندارد IEC60898 به همراه منحنی دستگاه تشخیص آرک طبق استاندارد IEC62606 آورده شده است. منحنی های فوق بر اساس جریان-زمان بوده و زمان مجاز جداسازی از منبع در جریان های مختلف را تعیین می کنند. منحنی دستگاه تشخیص آرک دارای دو بخش مجزا برای آرک های سری و موازی است. در این مثال، منحنی آرک های سری از 2.5 آمپر با زمان جداسازی 1 ثانیه شروع شده و تا 63 آمپر با زمان جداسازی 0.1 ثانیه ادامه پیدا می کند. طبق تصویر، نقطه ی آغاز شناسایی قوس های موازی از 63 آمپر شروع شده که در این حالت مدار در زمان حدود 0.1 ثانیه قطع خواهد شد.

تصویر 1: منحنی تریپ بریکر مینیاتوری در مقیاسه با دستگاه تشخیص آرک

تجهیزات تشخیص آرک به صورت دائم در حال مانیتور کردن پارامترهای الکتریکی متنوعی از مدار تحت حفاظت خود هستند. در تصویر زیر روش کار تجهیزات تشخیص آرک ترسیم شده است. همانطور که مشاهده می کنید، قسمت جداکننده می تواند یک سوئیچ، بریکر یا ادوات مجزای دیگر باشد. بخش جداکننده دستور تریپ را از مرکز پردازش اطلاعات دریافت می کند.

خروجی جداکننده از یک سنسور جریان عبور کرده و به سمت بار می رود. خروجی سنسور جریان به همراه نمونه ی ولتاژ وارد بخش پردازش سیگنال خواهد شد. در این بخش اطلاعات برداشت شده از نمونه ی جریان و ولتاژ به صورت شکل موج، فرکانس های بالا و سطح ولتاژ به مرکز پردازش اطلاعات ارسال می شود. این مرکز در صورت رخ دادن خطای آرک، بلافاصله فرمان تریپ را به بخش جداکننده ارسال خواهد کرد.

تصویر 2: روش کار دستگاه های تشخیص آرک اشنایدر الکتریک

در تصویر بعدی اطلاعات و مشخصه های قوس الکتریکی خطرناک نمایش داده شده است. برخی از این اطلاعات عبارتنداز:

جریان قوس الکتریکی یا آرک: آرک سری با رسیدن جریان آن به 2.5 آمپر یا بیشتر خطرناک محسوب می شود.
مدت زمان ظاهر شدن یا رخ دادن آرک: به عنوان مثال مدت زمان های بسیار کوتاه مربوط به مشخصه ی عملکرد نرمال یک سوئیچ است.
نامنظمی آرک: به عنوان مثال قوس الکتریکی مربوط به موتورهای دارای جاروبک منظم بوده و نباید به عنوان آرک خطرناک تلقی شود.
خارج شدن شکل موج سینوسی جریان از حالت عادی هنگام عبور از نقطه ی صفر، بیان کننده ی وجود قوس الکتریکی است: طبق تصویر جریان فقط پس از ظاهر شدن آرک جاری شده که به حداقل ولتاژ برای رخ دادن آن نیاز دارد.
وجود اغتشاشات در سطوح مختلف از فرکانس های بالا و متفاوت، مشخصه ی عبور جریان از مواد ناهمگن مانند عایق کابل است.

تصویر 3: تغییرات غیر نرمال جریان که می تواند نشانه ی وجود آرک های خطرناک در مدار باشد.

تصویر 4: شکل موج معمول آرک های الکتریکی به صورت افزایش جریان و کاهش ولتاژ

جهت مطالعه ده ها مقاله ی تخصصی دیگر، بخش مقالات تاسیسات الکتریکی فشار ضعیف را مشاهده کنید.

انواع دستگاه تشخیص آرک

دستگاه های تشخیص آرک با یک سیستم قطع کننده ترکیب شده تا هنگام رخ دادن آرک مدار را قطع کرده و از آتش سوزی جلوگیری کنند. در استاندارد IEC62606 سه نوع مختلف دستگاه های تشخیص آرک معرفی شده است. در تصویر زیر مدل های شرح داده شده در این استاندارد را مشاهده می کنید.

تصویر 5: روش های شرح داده شده برای دستگاه های تشخیص آرک

دستگاه تشخیص آرک با جداکننده:

این دستگاه به عنوان یک المان مجزا شامل واحد تشخیص خطای آرک و جداکننده است. جداکننده و واحد حفاظتی این تجهیز توانایی شناسایی و قطع جریان اتصال کوتاه را ندارند. به عبارت دیگر این دستگاه باید به صورت سری با یک تجهیز حفاظتی اضافه جریان نصب شود. تجهیز حفاظتی بالادست AFDD می تواند یک بریکر مینیاتوری یا بریکر مینیاتوری ترکیبی باشد. منظور از بریکر مینیاتوری ترکیبی همان RCBO یا بریکر مینیاتوری به همراه واحد جریان باقی مانده است. دیاگرام این روش حفاظتی در تصویر زیر آورده شده است.

تصویر 6: واحد تشخیص آرک به همراه جداکننده که با یک RCBO به صورت سری نصب شده است.

دستگاه تشخیص آرک ترکیب شده با حفاظت اضافه جریان به صورت داخلی:

این AFDD به عنوان یک دستگاه مجزا شامل واحد تشخیص خطای آرک و حفاظت اضافه جریان مینیاتوری یا مینیاتوری ترکیبی است. این واحد توانایی شناسایی خطای ارک و اضافه جریان را داشته و می تواند هنگام رخ دادن خطاهای مختلف، مدار را قطع کند. واحد مجهز به RCBO می تواند مدار را در برابر خطای آرک، جریان باقی مانده و اضافه جریان حفاظت کند.

تصویر 7: واحد تشخیص خطای آرک ترکیب شده با مینیاتوری

دستگاه تشخیص آرک ترکیب شده با حفاظت اضافه جریان با لینک مکانیکی:

این واحد تشخیص آرک به صورت ماژول جداگانه تولید شده و باید در سایت مونتاژ شود. جهت مونتاژ واحد تشخیص آرک باید آن را کنار یک بریکر مینیاتوری یا مینیاتوری ترکیبی قرار داده و لینک مکانیکی آن ها را برقرار کرد. در صورت تشخیص خطای آرک، واحد فوق فرمان تریپ را به صورت مکانیکی به واحد اضافه جریان اعمال کرده و مدار را قطع می کند.

تصویر 8: واحد تشخیص خطای آرک اشنایدر الکتریک

نصب دستگاه تشخیص خطای آرک

دستگاه های تشخیص خطای آرک جهت محدود کردن ریسک آتش سوزی بعلت وجود قوس الکتریکی طراحی شده اند. ادوات تشخیص قوس الکتریکی یا AFDD در تابلو برق ها نصب شده تا مدارهای روشنایی و تغذیه کننده ی پریز ها را حفاظت کند. در نظر داشته باشید که محدوده ی عملکرد این دستگاه در مدارهای نهایی و تاسیسات نصب ثابت است. توصیه می شود در بازسازی و ویرایش مدارها از این تجهیز استفاده کنید.

از سال 2014، استاندارد بین المللی IEC60364 با عنوان تاسیسات الکتریکی ساختمان ها بخش 4-42 توصیه های زیر را ارائه کرده است. این موارد پیرامون نصب و کاربرد ادوات تشخیص آرک در ساختمان های مسکونی و تجاری می باشد. محل های پیشنهاد شده برای نصب AFDD طبق استاندارد IEC عبارتنداز:

در مکان های مجهز به محل خواب و استراحت مانند هتل ها، خانه های سالمندان، اتاق های خواب در منازل و غیره
در مکان هایی که به دلیل وجود حجم زیادی از مواد قابل اشتعال مانند انبارها، کارگاه های چوب، انبارهای مواد قابل احتراق و غیره دارای ریسک بالای آتش سوزی هستند.
در سازه های با امکان انتشار آتش سوزی مانند ساختمان های بلند مرتبه
در مکان هایی با کالاهای غیر قابل جایگزین مانند موزه ها

توصیه می شود دستگاه تشخیص خطای آرک در مبدا مدارهای نهایی فشار ضعیف مانند تابلو برق نصب شده تا از آن ها حفاظت کند. نصب AFDD برای حفاظت مدارهای با ریسک بسیار زیاد آتش سوزی باید به شکل ویژه ای پیگیری شود. برخی از مدارهای دارای ریسک بسیار بالا عبارتنداز:

کابل های بیرون زده و با ریسک برخورد ضربه
کابل های داخل محیط باز با خطر بالای از بین رفتن
کابل های محافظت نشده در محیط های خلوت مانند انبارها
سیم کشی های قدیمی و در خطر از بین رفتن یا سیم کشی هایی که جعبه های تقسیم و اتصالات آن ها غیر قابل دسترسی است.

تصویر 9: دستگاه تشخیص خطای آرک یا A.F.D.D اشنایدر الکتریک

نتیجه گیری

هنگام طراحی تاسیسات الکتریکی علاوه بر حفاظت در برابر شوک، حفاظت در برابر آتش سوزی نیز از اهداف اصلی محسوب می شود. جهت آشنایی بیشتر مقالات حفاظت در برابر آتش سوزی الکتریکی و حفاظت در برابر شوک الکتریکی را مطالعه کنید. حداقل نیازمندی در طراحی تاسیسات الکتریکی، هماهنگی مناسب بین تجهیزات حفاظتی اضافه جریان و توانایی تحمل دائمی و کوتاه مدت هادی ها است.

سایر اقدامات حفاظتی جهت کاهش خطرات آتش سوزی ناشی از تاسیسات الکتریکی توصیه شده اند. برای مدارهای اصلی و مدارهای توزیع، توصیه می شود که یک دستگاه تشخیص خطای زمین حساس تر از الزامات حفاظت شوک الکتریکی در نظر گرفته شود. در شرایط زیر علاوه بر RCD، نصب دستگاه تشخیص آرک نیز توصیه شده است:

برای مدارهای ترمینال که مقاومت مکانیکی هادی ها کمتر است.
در محل هایی که تعداد هادی ها زیاد است.
در محل هایی که تجهیزات قابل حمل استفاده می شوند.

در جدول زیر انواع مختلف حفاظت جریانی برای مدارهای فشار ضعیف بر اساس طرح ارتینگ توصیه شده است. جدول دارای سه بخش اصلی حفاظت در برابر شوک، حفاظت در برابر آتش سوزی و حفاظت در برابر اضافه جریان بر اساس استاندارد IEC می باشد.

جدول بررسی اجمالی حفاظت مبتنی بر جریان در مدارهای فشار ضعیف بر اساس سیستم ارتینگ

سیستم ارتینگ	حفاظت در برابر شوک الکتریکی IEC60364-4-41			حفاظت در برابر اثر حرارتی/ آتش سوزی IEC60364-4-42			حفاظت در برابر اضافه جریان IEC60364-4-43
	حفاظت پایه	جداسازی خودکار	حفاظت اضافی	مکان های BE2 [a]	مکان های دیگر
					مدار ترمینال	مدار توزیع
TNC	عایق کردن بخش های برقدار/ مانع گذاری و محفظه ها	OCPD	NA	NA	NA	RS GPF [c]	OCPD (اضافه بار و اتصال کوتاه)
TNS		OCPD/ RCD	RCD 30mA	RCD 300mA AFDD	AFDD[b]	RCD[b]
TT		RCD	RCD 30mA		AFDD[b]	RCD[b]
IT		OCPD/ RCD	RCD 30mA		AFDD[b]	RCD[b]