Устройство УЗДП — защита домов и тёмный рыцарь противопожарных технологий
— что такое дуговой пробой и искрение
— дуга опасная и дуга нормального человека
— секретный алгоритм УЗДП
УЗДП и УЗИc — две аббревиатуры одного и того же — устройство защиты от дугового пробоя, искрения. По ходу описания мы будем называть его то так, то так, чтобы и вы привыкли. УЗДП чувствует возникновение дуги в проводке и отключает цепь, при этом умеет различать аварийную дугу с нормальными искрами. Вот такая простая функция, но давайте посмотрим что под капотом и откуда ноги растут.
УЗДП способно обнаружить и остановить опасную дугу, которая может стать причиной пожара, т.е. это чисто антипожарное устройство безопасности. Пожары от искрения проводки в зданиях очень распространены, нагрузки появляется всё больше, время идёт, проводка стареет, а люди по-прежнему совершают свои человеческие ошибки. В борьбе со всем этим нам помогает умная автоматика, к классу которых и относится УЗДП.
Откуда дуга? Какая дуга?
Когда я собирал себе щит, то по многим устройствам даже не задумывался о том, как они мне оказывается нужны. Только изучив всё поглубже, понимаешь, какие сюрпризы порой бывают там, где их не ждёшь. Поэтому посмотрим откуда берётся дуга.
Если говорят про искрения, то часто представляют себе какую-то старую рухлядь, но не думайте, что это касается только старой проводки, отнюдь. Условий для возникновения дугового пробоя предостаточно везде:
- недокрученное резьбовое соединение
- не до конца вставленный разъём или разъём деформирован внешним усилием
- передавленный кабель, сильно изогнут, зажат, перекручен, растянут, заломан
- случайные мелкие повреждения и заводские дефекты
- естественное и ускоренное старение, длительный перегрев
- расшатанные, разболтанные, деформированные соединения розеток
- многопроволочные скруточки под гайкой без опрессовки или банально корявая скрутка меди и алюминия
- можно придумать ещё сто вариантов и всё равно найдётся 101-ый, как укус грызуна
И вот это всё — хорошие условия для появления пробоя, и это будет либо неисправность оборудования, либо электропроводки. Если оборудование у нас прямо перед глазами и можно просто его отключить, то проводка обычно хорошо скрыта от глаз и возгорание происходит в скрытых недоступных ни глазу, ни рукам местах. Дуга имеет температуру тысячи градусов, при том, что достаточно нагрузки простого электрочайника и ток пробоя уже будет пожароопасным. Несколько секунд и горючий сухой материал рядом с дугой быстро воспламеняется.
Даже когда зажглась микроскопическая дуга, то в точке горения из-за высокой температуры быстро горит и изоляция, которая превращается в углерод, прекрасно проводящий электричество. Так проблема усугубляется: появляются углеродные дорожки, по которым дугам легче найти свой путь и углерода становится всё больше, а дальше — натуральное воспламенение.
Исторический контекст для общего развития
Пожары. Данные о пожарах говорят, что очень часто причиной становится электричество, т.е. распределительные системы домов. С распространением электричества пожары в домах участились. За 80-е и 90-е годы мы накопили большую статистику пожаров и, зная о воспламенении от искр, технология обнаружения дугового пробоя была крайне важной и нужной.
И вот в те годы производители электрооборудования подключились к проблеме и начали разработку устройства от дугового пробоя. Решения было два — либо повышаем требования ВТХ автоматов, либо что-то ещё. Выбрали “что-то ещё” и это УЗДП, т.к. если сделать автоматы сверх нетерпимыми к повышению тока, то это приведёт к лавине так называемых ложных отключений. Ложных потому, что такие кратковременные всплески тока абсолютно нормальны в бытовых приборах, без них не обойтись и если мы будем отлавливать резкие скачки, то просто-напросто будем отключать вообще всё подряд.
Параллельный и последовательный дуговой пробой
Ещё один технический аспект — пробой может быть параллельный и последовательный.
Параллельный пробой — это замыкание фазы на другую фазу, фаза-ноль и фаза-земля. Ток дуги идёт параллельно нагрузке цепи.
Последовательный пробой — дуга в разрыве одного из проводников. Ток дуги идёт последовательно нагрузке. Этот тип более опасный, его не обнаруживает ничего кроме УЗДП.
Дуга нормального человека
Искрение ведь вообще-то нормальное явление и регулярное, например, в выключателе света всегда появляется однократная дуга и она не является пожароопасной. Дуга появляется и во многих других случаях — дрель с электродвигателем, например, где появление дуги не проблема, а техническая данность, так сказать, искрение нормальной нагрузки. Зная, что оказывается разных искр бывает много, мы подошли к очень интересному аспекту — совместимость УЗДП со всевозможными бытовыми приборами.
Ложные срабатывания и инженерный вызов
Разработчики УЗДП научились определять дугу - на экране осциллоскопа её нетрудно задетектить и если делать расчёты очень быстро, то можно даже предсказать её появление.
Но настоящая задача — отличить аварийную дугу от нормальных дуг в спектре множества включённых в цепи устройств.
Если смотреть на графики тока некоего здания на осциллографе, там куча плавных синусоид, ступенек и рывков графика. Да, есть знание о том, как интерпретировать информацию, предшествующую появлению дуги, но в реальности десятки приборов при одновременной работе создают такую смешанную общую картину, включая приборы, вырабатывающие искры в своих щёточных двигателях, разное специфическое оборудование, что когда всё это складывается в единый график, то на нём становится сложно что-то понять, а нужно быстро и точно отделять несущественную информацию от критической.
Чтобы научиться это делать, нужно сначала прогнать тысячи лабораторных сценариев, а потом исследовать большие данные и найти алгоритм просеивания и поиска информации.
Вот так может выглядеть один простой потребитель на экране осциллографа.
А это уже несколько разных устройств в одной сети.
Производители УЗДП провели более сотни тысяч тестов на совместимость устройства с различными приборами с десятками тысяч комбинированных нагрузок: всякие бытовые потребители и специализированное оборудование для разных учреждений. В испытаниях менялась температура, влажность воздуха и другие факторы, чтобы максимизировать кол-во вариантов тестирования и отладить алгоритм УЗДП. В конце концов мы получили качественный девайс, способный удивительным образом определять аварийную дугу.
Секретный принцип работы УЗДП
УЗДП - устройство электронное и его мозги с секретным запатентованным алгоритмом непрерывно анализируют форму волны электрического тока. А как понять форма нормальная или не очень? Искажение формы должно быть необычным и устойчивым.
УЗИс читает параметры сети: ток, напряжение, частота, помехи, амплитуда, временные характеристики. Ищет сигнатуры в этом спектре, т.е. предпосылки, подсказки к искрению. Если все признаки сходятся и виден чёткий паттерн развития пробоя, то УЗИс отключает цепь. Торопиться нельзя, можно напасть на ложный след, это будет досада для жильцов, но и долго думать тоже плохо, ведь на предотвращение дуги очень мало времени. После того, как дуга разгорелась работа УЗДП уже никому не интересна, там может появиться работа для пожарной сигнализации.
Так и точного времени на раздумья нет — чем выше ток, тем меньше времени до дуги и тем короче задержка перед отключением, какой же стресс для УЗИс. К примеру, для напряжения 230В при токе дуги 2,5А максимальное время отключения — секунда, для токов выше задержка короче.
Сумма анализируемых параметров даёт картину происходящего и вот этот самый алгоритм поиска сигнатур и паттернов является важнейшей частью УЗДП, может отличаться у разных производителей, хранится в секрете и постоянно совершенствуется по мере накопления данных и развития сетей.
И теперь понятно почему УЗДП относительно новый девайс и пока местами даже не регламентировано его применение. Для его работы требуется микроэлектроника, которая в нужном размере, скорости работы и цене появилась только в 80-90 годы, УЗДП стало технически и коммерчески возможно. И сразу в патентные бюро полетели заявки на технологии обнаружения дуги.
Чем лучше методика обнаружения, тем выше пожаробезопасность. Однако, ложные срабатывания УЗДП по-прежнему являются нормальным режимом работы устройства, т.к. существует очень много комбинаций всевозможных помех, от которых бывает трудно дифференцировать пробой.
Как выбрать УЗДП
В интернете есть куча обзоров и тестов. Конечно тесты далеки от настоящих лабораторных испытаний, но вполне дают представление о работе УЗИс. Можно сказать, что по этим публичным данным нет ни явного фаворита, ни проигрывающего, а сами устройства могут быть комбинированными с другими полезными функциями. УЗДП может быть частью комбинированного устройства в виде автомата и УЗДП, или УЗДП + реле напряжения, что очень удобно.
Все сертифицированные устройства укладываются в требования по скорости отключения, даже если одно устройство по ощущению быстрее или медленнее. Так что марка здесь не самый главный критерий. Ну некоторые люди конечно очень любят визуал щита, когда вся автоматика одного бренда — 36 логотипов БББ или ЕЕФ в одном ящике.
Главным параметром (помимо бренда), по которому вы можете выбирать УЗДП является номинальный ток, который оно способно непрерывно проводить. Линейка номиналов довольно стандартная, как у автоматов: от 6 до 63А. Устанавливаются на обычную DIN-рейку в распределительный щит.
Также у него есть значение номинального тока короткого замыкания. Тут важно, что это ожидаемый ток, который УЗДП способно выдержать, сохраняя свои суперспособности. Но так как УЗДП само не отключает сверхтоки, то оно должно быть защищено авматом. Как правило, перед УЗДП в щите у вас будет вводной автомат на такой случай.
Схема подключения УЗДП
Во-первых, важное требование по установке УЗДП - оно срабатывает только когда дуга появляется со стороны его выходных клемм, обращайте внимание на инструкцию по установке и маркировку на корпусе - где там IN, а где OUT, это очень важно не перепутать, чтобы всё работало.
Второе — УЗИс в щитке ставится последовательно, как и противопожарное УЗО или реле напряжения, для аварийного отключения всей сети. Хочется установить устройство поближе к вводу, чтобы увеличить охват защищаемой сети, устанавливать УЗДП лучше после защиты от перенапряжений и утечки, хотя бы ввиду того, что девайс дорогой и внутри работает электроника. Будь она на первом рубеже, так скорее всего сгорит.
А ещё отслеживание дугового пробоя работает на определённую длину проводки, в технических сведениях вы это найдёте, для больших площадей нужно устанавливать более одного устройства.
А что автоматы и УЗО думают о дуге?
Эти ребята делают свою работу хорошо, но они не почувствуют аварийный дуговой пробой. Если пробой параллельный и земля не участвует, то для УЗО это просто ещё одна штатная нагрузка и никаких подозрений на утечку, ведь её нет. Аналогично и если пробой последовательный — для ВДТ тут тоже работы нет. Автомат будет отключаться только при значительном превышении своего номинального тока, а с учётом время-токовых характеристик, так вообще можно сказать, что автомат не почувствует пробой никогда. Так что в плане пожароопасной дуги ничего кроме УЗДП на неё чётко не среагирует.
Штрафы за отсутствие УЗДП
На Западе уже больше 10 лет установка AFDD (аббревиатура УЗДП на международном) является обязательной. В большинстве западных стран давно введены стандарты и обязательные требования по установке УЗДП для жилого строительства и ремонта. Это существенно повлияло на пожаробезопасность зданий.
В РФ применение УЗДП совсем недавно стало хоть как-то регламентировано, но частных домохозяйств это пока не касается.
А российский рынок уже знает об устройстве и профессиональные электрики и ответственные въедливые самостройщики уже ставят их в свои проекты нараяду с УЗИП и пропагандируют ответственный подход к безопасности.
Если вы будете делать схему щита в сервисе MyFuseBox, то тоже можете добавить в проект УЗДП. Если есть местечко в щите, то обязательно поставьте этот девайс, ведь не зря же вы собрались сделать всё грамотно. Старые проводки от установки УЗДП только выигрывают, а новые будут оправдывать своё звание “новых”.
Всем удачи и безопасности!