Устройство защиты при дуговом пробое (УЗДП) - назначение, изготовители

[samsony1]

Устройство защиты при дуговом пробое (УЗДП), в документации производителей также устройство защиты от искрения (УЗИс), AFCI, AFDD — электронное устройство, предназначенное для снижения эффектов дугового пробоя путём разъединения цепи при обнаружении дугового пробоя.
Основная сфера применения УЗДП — бытовые низковольтные сети, основная задача УЗДП — предотвращение пожара, вызванного дуговым пробоем (искрением) неисправной проводки. В отличие от промышленных систем дуговой защиты, наблюдающих за точечными источниками дугового пробоя с помощью оптоэлектронных датчиков, бытовое УЗДП отслеживает и анализирует высокочастотные составляющие тока, протекающего в контролируемой цепи. УЗДП — сложный прибор на базе микроконтроллера, реализующего проприетарные алгоритмы цифровой селекции и обработки сигналов.

Внедрение УЗДП на рынок США началось в 1999 году, на рынок Западной Европы в 2012 году. Важнейшая, не решённая полностью проблема конструирования и эксплуатации УЗДП — ложные срабатывания защиты из-за высокочастотных помех, не связанных с аварийным дуговым пробоем.

Дуговой пробой в бытовых сетях
Дуговой пробой — непреднамеренная последовательная или параллельная электрическая дуга между проводниками — вызывает опасный локальный перегрев проводников и воспламенение их изоляции и примыкающих строительных конструкций; это одна из основных причин бытовых пожаров из-за неисправностей электрической проводки. Дуговой пробой зачастую невозможно обнаружить и пресечь с помощью традиционных предохранителей, автоматических выключателей (АВ, «автоматов») и устройств дифференциального тока (УЗО) или их комбинаций (автоматические выключатели, управляемые дифференциальными током — АВДТ, или «дифференциальные автоматы»).

Параллельный пробой между фазным проводом (L) и проводом заземления (PE) может и должен быть обнаружен устройством дифференциального тока; параллельный пробой между фазным проводом и нейтралью (N) УЗО не детектируется. При катастрофических пробоях, сопровождающих короткое замыкание фазы на нейтраль или землю, должен оперативно сработать электромагнитный расцепитель автоматического выключателя, но на практике это происходит не всегда. Фактические величины сверхтоков короткого замыкания в бытовой проводке составляют, по данным Siemens, от 150 до 500 А. На нижней границе этого диапазона гарантированно быстро сработает лишь «автомат» на номинальный ток не более 16 А с время-токовой характеристикой B. Быстрое срабатывание автоматов на большие токи, или с характеристикой С в этих условиях не гарантируется[5].

Последовательный дуговой пробой (искрение) в цепи нагрузки не детектируется ни автоматическими выключателями, ни УЗО, ни АВДТ: ток, протекающий в цепи при последовательном пробое, меньше, чем ток в исправной цепи. Типичные причины последовательных дуговых пробоев — длительный перегрев проводов недостаточного сечения, старение изоляционных материалов, локальные повреждения проводов, ослабленные контакты розеток, выключателей и патронов для электроламп. Воспламенение наиболее вероятно в диапазоне токов дуги 3—10 А; необходимая для воспламенения длительность дуги не превышает 20 с. Этот тип пробоя наименее заметен, и потому наиболее опасен.

Характерная особенность тока дугового пробоя — широкий спектр с частотным распределением, близким к розовому шуму, и простирающийся до примерно 1 ГГц. Этот широкополосный сигнал естественным образом модулируется удвоенной сетевой частотой (100 либо 120 Гц): в окрестности перехода напряжения сети через ноль дуга прерывается, генерация высокочастотной помехи прекращается; с ростом мгновенного значения напряжения дуга загорается вновь. Устройства защиты при дуговом пробое детектируют оба эти признака — спектральную сигнатуру и амплитудную модуляцию — и приводят в действие защитный расцепитель тогда, и только тогда, когда оба признака наблюдаются в течение достаточно долгого, но не слишком долгого времени. Слишком быстрая реакция приводит к ложным срабатываниям, слишком медленная — к пожарам. Чем больше ток дугового пробоя в контролируемой цепи, тем меньшим временем принятия решения располагает устройство защиты.

источник - здесь
Wikipedia may be blocked in Russia because of an article about the invasion of Ukraine.

[samsony1]

Конструктивная основа типичного УЗДП европейского стандарта — силовой разъединитель с обязательным механизмом свободного расцепления, аналогичный применяемым в автоматических выключателях и УЗО. УЗДП, разъединяющий только фазный провод, обычно строится в стандартном двухмодульном корпусе:
 - в одном модуле размещается блок обнаружения дугового пробоя (БОДП),
 - в другом — механизм автоматического выключателя с штатными тепловым и электромагнитным расцепителями. Третий расцепитель, управляемый тиристорным ключом, отключает нагрузку по команде БОДП. Выпускаются также одномодульные БОДП, предназначенные для управления внешним автоматическим выключателем и трёхмодульные комбинированные УЗДП с функцией АВДТ.

Алгоритм работы УЗДП
Как правило, производители не разглашают алгоритмы обработки сигнала и принятия решения. Один из фактически применяемых алгоритмов, разработанный компанией Siemens, был оглашён в 2007 году и реализован в линейке УЗДП семейства Siemens 5SM6, вышедшей на рынок в 2012 году. УЗДП 5SM6 анализируют величину и скорость изменения огибающей на выходе высокочастотного канала в увязке с фазой низкочастотного сигнала. В течение примерно 80 % времени микроконтроллер обрабатывает признаки последовательного пробоя; оставшееся время занимает менее сложная обработка признаков параллельного пробоя.

Если и амплитуда, и скорость изменения огибающей высокочастотного сигнала превосходят заданные производителем пороги, то при ближайшем переходе низкочастотного сигнала через ноль программа увеличивает счётчик аварийного состояния. Если при этом программа распознаёт признаки нормального, не аварийного, искрения (свойственного, например, универсальным коллекторным электродвигателям), счётчик сбрасывается; в противном случае интегрирование ошибки продолжается, и по достижению заданного порога микроконтроллер выдаёт тиристорному ключу команду на отключение нагрузки. Повторное автоматическое подключение нагрузки после срабатывания защиты запрещено: так же, как и в случае обычного автоматического выключателя, это может сделать только человек.

Главная сложность конструирования УЗДП — выбор и настройка алгоритма, способного надёжно детектировать аварийные, пожарооопасные пробои и одновременно не склонного к ложным срабатываниям от неопасных помех.
По утверждению Siemens, дифференциальная диагностика дугового пробоя предполагает одновременное выполнение пяти условий:
 1. Мощность помехи, регистрируемой высокочастотным каналом БОДП, должна превосходить фоновый уровень как минимум на 15 дБ;
 2. Длительность регистрируемой помехи должна составлять не менее 60 % от предельного времени отключения, установленного МЭК 62606;
 3. В течение как минимум 95 % этой длительности должна наблюдаться модуляция помехи удвоенной сетевой частотой;
 4. В течение как минимум 80 % этой длительности мощность помехи должна быть стабильной;
 5. Ток в контролируемой цепи должен составлять не менее 1,5 А.

источник - здесь

[samsony1]

УЗДП-63-1-40А от ИЭК

подробнее - здесь

подробнее - здесь

[img width=300][/img]

[samsony1]

УЗДП от ЭКФ

подробнее - здесь
брошюра - здесь

[samsony1]

УЗДП от МЕАНДР

УЗМ-50МД подробнее - здесь              УЗМ-51МД подробнее - здесь

[samsony1]

устройство защиты от дугового пробоя от schneider electric

Описание
УЗДП используется в трех случаях, которые могут привести к пожару:
 - Обнаружение параллельных дуговых пробоев: проблемы изоляции между двумя проводниками под напряжением, которые вызывают резистивное короткое замыкание, не достаточное для обнаружения автоматическим выключателем, а также устройством защитного отключения при отсутствии утечки на землю;
 - Обнаружение последовательных дуговых пробоев: поврежденный проводник или соединение, в которых часть тока протекает по обгоревшей изоляции из-за местного нагрева;
 - Перегрев электронных компонентов нагрузки под воздействием перенапряжения в течение нескольких секунд.

Преимущества
УЗДП iDPN N Arc сочетает в себе сразу несколько функций:
 - Защита цепей от перегрузки и токов короткого замыкания (функция автоматического выключателя);
 - Защита от пожара посредством обнаружения искрения в цепи;
 - Защита от пожара под нагрузкой при перенапряжениях (сетевом перенапряжении);
 - Индикация отключения по пожароопасности с помощью индикатора на передней панели;
 - Самодиагностика устройства с помощью кнопки ТЕСТ;
 - Индикация положения контакта (зеленая полоса).

марка iDPN N Arc - подробнее - здесь
руководство - здесь

[samsony1]

УЗДП от Siemens

устройство механически стыкуется к автомату.

5SV6 - подробнее - здесь
брошюра - здесь

[samsony1]

УЗДП УЗИс-С1-40 от Эко-лайт (ecolight)

«ЭКОЛАЙТ» является ведущим поставщиком светодиодных светильников и ламп российского производства под торговой маркой ECOLIGHT.

Искрение — это непредсказуемое скачкообразное изменение тока и напряжения с питающей линии. При этом ток и напряжение за счет реактивной составляющей в линии могут принимать значения, во много раз превышающие номинальные.

Если по научному, то искрение называют также дуговым пробоем. Дуговой пробой может быть двух видов:

- Последовательный дуговой пробой. Это пробой в результате плохого контакта в одном из проводников питающей сети. При этом ни одно из перечисленных устройств не способно выявить эту проблему, кроме УЗИс.

- Параллельный дуговой пробой. Это пробой между двумя полюсами электрической сети. В нашем случае — между фазой и нулем, или фазой и землей. И если при последовательном пробое усредненный ток в сети понижается, то при параллельном — повышается. Казалось бы, тут нам может помочь обычный автомат? Но не так всё просто. Защитный автомат имеет время-токовую характеристику, и ему нужно определенное время, чтобы отключиться при данном токе. Время до возгорания при таком пробое может быть очень коротким, а ток — недостаточным для моментального отключения, и произойдёт пожар. Это происходит в достаточно частых в практике случаях, когда от автомата с большим номинальным током отходят длинные тонкие провода, а пробой случается в них где-то ближе к нагрузке.

В обоих видах пробоя он сопровождается световыми, звуковыми и тепловыми эффектами. А это при определенных условиях легко приводит к возгоранию.

Кроме этого, возникает электромагнитная помеха, которая распространяется по электросетям и по электромагнитному полю, и дает сбои в работе различного слаботочного оборудования.

Как заранее защититься от таких неопределенных и неприятных ситуаций и вовремя предпринять меры?

Как раз об этом и идет речь в статье, это УЗИС (Устройство защиты от искрения).

рассмотрим принцип действия.

Как и в случае с реле напряжения, в УЗИС происходит непрерывный контроль (отслеживание) параметров синусоиды, которая через него проходит. Но в реальных условиях, особенно при искрении, напряжение далеко от синусоиды. Поэтому используется метод измерения True RMS, учитывающий все гармоники (частоты) сигнала, а не только первую, 50 Гц.

Для этого используется контроллер. Как только изменяются некоторые параметры (а это в первую очередь относится к мгновенному значению напряжения и тока), контроллер принимает решение от расцеплении цепи.

Принимается во внимание также полярность и форма напряжения, о длительности и периодичности повторения скачков напряжения. Такая сложная обработка сигнала нужна для того, чтобы исключить ложные срабатывания, и в то же время отключить потребителя при действительно серьезных проблемах.

Время выключения от тока нагрузки не зависит. То есть, нужен ток 2,5 А в дополнение к току нагрузки без искрения.
Повторное включение возможно только вручную, это требование противопожарного стандарта ГОСТ IEC 62606-2016 (можно будет скачать в конце статьи).

подробнее - здесь

[samsony1]

УЗДП марки AFDD+ от Eaton

Компания поставляет решения в области управления энергией клиентам более чем в 175 странах и насчитывает более 97 000 сотрудников. Энергосберегающие решения и услуги помогают клиентам управлять электрической, гидравлической и механической энергией более надежными, рациональными, эффективными, безопасными и экологичными способами. Для этого компания предоставляет людям инструменты для более эффективного энергопотребления.

подробнее - здесь
описание - здесь

[starinfonic]

Есть на российском рынке УЗДП марки ЭЛТА серии УЗО-ЭЛТА-2Д от ЭЛТА, Чувашская республика, г. Алатырь
Они отличаются широкой номенклатурой модификаций.



Функциональные возможности УЗО-ЭЛТА-2Д:
- Защита от перегрузки и короткого замыкания.
- Защита от поражения электрическим током при прикосновении к токоведущим частям, находящимся под напряжением.
- Защита электроустановок при появлении повышенного напряжения в питающей сети.
- Защита от импульсных перенапряжений.
- Обнаружение дугового пробоя и отключение сети во избежание аварийной ситуации.
- Оперативное включение и отключение электрических сетей зданий и электроустановок в однофазной электрической сети.
- Дистанционное отключение нагрузки.
- Отключение нагрузки по управляющему сигналу (например, системы пожарной безопасности).
   Соответствует ГОСТ IEC 62606-2016.

Более подробно об этой серии можно прочитать - здесь

[samsony1]

Устройства защиты от дугового пробоя S-ARC, DS-ARC от ABB


каталог - здесь
руководство - здесь

[samsony1]

Для проверки работоспособности в комплект входит средство контроля зоны функционирования (имитатор искрения).

Устройство УЗИс-С1-40 от «Эколайт». В комплекте — специальная вилка-эмулятор искрения для проверки работоспособности прибора, инструкция, наклейка с таблицей индикации состояния.

[samsony1]

Что такое автоматический самоконтроль?
Производитель написал следующее: «Устройство производит автоматический самоконтроль работоспособности после каждого включения и далее не реже, чем через каждые 12 часов».

Ну почему бы не написать попроще «...затем каждые 12 часов» или «...2 раза в сутки», вот по недомыслию это «не реже» понял так что «в любое время, но не более 12 часов» и начал отслеживать периодичность и интервал отключений с 27.06.2018 г.

В общем, время срабатывания не поддается никакой логике: ни по времени с момента включения, ни по интервалу между сработками. И уже сомневаюсь что это имеет отношения к самотестированию (хотя и мигает красно-зеленый индикатор). Также не понятно, что тестируется — либо электромеханическая часть, либо электронная (в самом МК заложено тестирование). Затем еще выяснилось, что влияет нагрузка с импульсными БП и в основном при пониженном напряжении, но об этом будет позже.

источник - здесь

[samsony1]

Разборка и исследование схемы УЗИс



В первую очередь проверил питание устройства — были предпосылки думать на влияние сетевого напряжения (при пониженном чаще отключалось). Заявлено, что у УЗИс рабочий диапазон напряжений 150-290 В. Питание МК 2,2-3,6 В, макс 120 мА, через гасящий конденсатор Х2 0,15 мФ и резистор 1к, диодный мост B10S (1000 В 0,5 А) и линейный стабилизатор L562 («даташит» не нашел). Кстати, конденсаторы Х2 и должны использоваться как гасящие, а не простые и тем более не китайские!

Дальше замеры напряжения при разном входном через ЛАТР. Напряжение перед диодным мостом ~16 В, после +15 В. После стабилизатора +3.3 В при входном от ~180 до ~240 В. В общем сетевое напряжение никак не влияет на питание!

Далее была попытка понять, по какой цепи проходит сигнал самотестирования, чтобы отключить его (тестировать на работоспособность можно тест-вилкой). Пробовал прервать цепь R48, R51 от J3. Оказалось, что эта цепь определяет включение нагрузки через контакт S1. При отключении этой цепи, МК не видит подключения нагрузки и перестает тестировать и отключать по искрению (не реагирует на тест-вилку). Все восстановил обратно.

Потом отключил цепь от зеленого провода — вот это оказалось цепью тестирования и при включении S1, через 3 секунды УЗИс отключается по самотестированию.

И, так как все между собой связано, ничего не получилось, поэтому пришлось отказаться от этой затеи. Собрал все как было. В итоге выяснилось, что сетевое напряжение не влияет на питание и самотестирование не отключить!

источник - здесь

[samsony1]

Попытки выявить ложное срабатывание
В начале проводка была общая на весь дом, так было подключено и УЗИс. Начал замечать, что оно отключается по самотестированию в основном при включенном ПК. Затем иногда и с другими нагрузками с импульсными БП. Из этого сделал вывод, что влияет импульсная помеха. Для более точного определения «виновника» пришлось проводку частично переделать и разделить на четыре линии: двор, комната, зал/гостиная, кухня, а затем подключать через УЗИс по отдельности. Кстати, так быстрее определить место искрения.

До 2020 года пришлось много переподключать линии к УЗИс в разных комбинациях (подробности в дневнике, ссылка в конце статьи). Возможно, так и не докопался бы до истины, только случай помог определить, от чего УЗИс отключается по самотестированию. И ещё, когда напряжение сети стало в норме, такие отключения в какой-то момент почти прекратились. От индукционной плиты УЗИс тоже отключалось несколько раз по самотестированию, а в конце отключилось три раза подряд по искрению. Оказалось, подплавились контакты выключателя в вилке.

источник - здесь