AFDD là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Hồ quang điện được coi là “kẻ thù tiềm ẩn” của mọi hệ thống điện khi chỉ từ một vài tia lửa điện âm ỉ cũng có thể phát triển thành đám cháy nếu không được phát hiện và xử lý kịp thời. Trong trường hợp này, việc lắp đặt AFDD sẽ giúp ngăn chặn được mọi rủi ro liên quan đến lỗi hồ quang. Vậy AFDD là gì? Thiết bị này có cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Mời bạn theo dõi bài viết sau của chúng tôi để tìm hiểu. 

Hồ quang điện là gì? 

Hồ quang điện (arc fault) là hiện tượng phóng điện nguy hiểm xảy ra tại các điểm tiếp xúc hở giữa 2 hoặc nhiều phần tử dẫn điện khác nhau. Sự cố này có thể sản sinh nhiệt lượng lớn lên đến 6.000°C tại vị trí bùng phát hồ quang, đủ để làm nóng chảy lớp vỏ cách điện và phá hủy mạch điện, nếu không được phát hiện kịp thời có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng như chập mạch, cháy nổ.

Có rất nhiều nguyên nhân gây ra sự cố hồ quang, phần lớn do dòng điện đánh thủng lớp cách điện giữa 2 phần tử dẫn điện trong các trường hợp như: 

• Cáp đứt ngầm, gập gãy
• Cáp bị mài mòn, lão hóa
• Cáp bị hỏng do khoan, đục, chuột cắn
• Tước vỏ dây gây đứt lõi cáp
• Mối nối lỏng lẻo
• Mất kết nối ở đầu phích cắm…

Đáng nói, hồ quang điện thường xảy ra ở dòng điện rất nhỏ (khoảng 2-10A), đồng thời không tạo ra dòng ngắn mạch, rò điện hay hiện tượng mất điện rõ ràng nên các thiết bị bảo vệ thông thường như MCB, MCCB, RCBO… rất khó để phát hiện. Do đó, các tia lửa điện sinh ra từ hồ quang có thể cháy âm ỉ nhiều giờ trước khi bùng phát thành cháy nổ điện. 

AFDD là gì? Cấu tạo của AFDD

AFDD (Arc Fault Detection Device) là thiết bị chuyên dụng có nhiệm vụ phát hiện mọi dạng hồ quang và tự động ngắt mạch để bảo vệ hệ thống trước nguy cơ cháy nổ. Ứng dụng công nghệ phân tích sóng điện tần số cao, AFDD có khả năng phát hiện chính xác sự cố hồ quang ngay cả khi chưa vượt ngưỡng quy định, cung cấp sự bảo vệ toàn diện so với các thiết bị đóng cắt thông thường. 

AFDD có thiết kế nhỏ gọn nên để phù hợp với khả năng phát hiện và xử lý hồ quang điện một cách hiệu quả, thiết bị được tích hợp nhiều thành phần điện tử và cơ học thông minh. Dưới đây là các bộ phận điển hình cấu thành nên AFDD.

• Mạch cảm biến dòng điện (Current Sensor): Bộ phận nhận diện tín hiệu đầu vào quan trọng của AFDD, chịu trách nhiệm giám sát liên tục dòng điện đi qua mạch để phát hiện kịp thời các dao động bất thường về biên độ, tần số của dòng điện có khả năng liên quan đến hồ quang. 
• Bộ vi xử lý (Microcontroller/MCU): Được coi là “bộ não” của AFDD với khả năng phân tích tín hiệu dòng điện theo thời gian thực thu thập từ cảm biến. MCU sử dụng các thuật toán tiên tiến để xác định mẫu sóng đặc trưng của hồ quang và loại bỏ các tín hiệu nhiễu thông thường (từ bật tắt công tắc, khởi động thiết bị công suất lớn).  
• Bộ lọc tín hiệu số (Digital Signal Processing – DSP): Dạng module xử lý tín hiệu chuyên biệt, có khả năng lọc tín hiệu nhiễu thông thường và chỉ để lại các dạng sóng đặc trưng của hồ quang. DSP đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chính xác hồ quang điện, tránh ngắt mạch không cần thiết. 
• Cơ cấu đóng ngắt (Tripping Mechanism): Khi xác định được sự cố hồ quang nguy hiểm, bộ phận này sẽ ngắt mạch ngay lập tức trong vài mili-giây, đảm bảo tia lửa điện chưa đủ điều kiện để phát triển thành đám cháy. 
• Vỏ bảo vệ: Thường sử dụng vật liệu chống cháy, chịu nhiệt cao, chịu được tác động cơ học và các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. 

Ngoài ra, một số dòng AFDD thông minh còn được trang bị thêm màn hình LCD để hiển thị các thông tin quan trọng như trạng thái thiết bị, nhật ký lỗi hệ thống và cảnh báo người dùng hay bộ nhớ lưu trữ cho phép các kỹ sư ghi nhớ lịch sử thời điểm xảy ra hồ quang, số lần ngắt mạch… từ đó có kế hoạch cải tạo, nâng cấp hệ thống điện. 

Việc tích hợp công nghệ tiên tiến như trên giúp AFDD tối ưu được kích thước, tiết kiệm không gian tủ điện và phù hợp lắp đặt ở nhiều không gian khác nhau. 

Nguyên lý hoạt động của AFDD

AFDD dựa vào công nghệ điện tử và bộ vi xử lý để giám sát, phân tích tín hiệu dòng điện (dạng sóng) theo thời gian thực, từ đó phân biệt có chọn lọc giữa hồ quang vô hại và hồ quang nguy hiểm. Quy trình này bao gồm các bước như sau:

• Giám sát dòng điện: Ngay khi được cấp điện, cảm biến dòng trong AFDD sẽ bắt đầu giám sát dòng điện liên tục và toàn diện ở nhiều khía cạnh như cường độ, tần số dao động, biên độ xung điện, dạng sóng, nhiễu điện từ…
• Phân tích lỗi hồ quang: Khi có dấu hiệu bất thường trong dòng điện gồm mẫu sóng bất thường (dạng sóng răng cưa không ổn định), tần số cao và nhiễu cao tần ngắt quãng, bộ xử lý trung tâm của AFDD sẽ tiến hành đối chiếu với xung nhiễu từ thiết bị bình thường để xác định đó là lỗi hồ quang hay dao động thông thường. 
• Ngắt mạch tức thì: Nếu nhận diện được hồ quang nguy hiểm, cơ chế ngắt mạch của AFDD sẽ hoạt động chỉ trong vài mili-giây, giúp ngăn chặn hồ quang ngay từ giai đoạn khởi phát. 
• Ghi nhớ và cảnh báo: Một số dòng AFDD thông minh, sau khi tiến hành ngắt mạch sẽ ghi lại thông tin vào bộ nhớ lưu trữ để phục vụ cho quá trình truy soát, bảo trì, nâng cấp của các kỹ sư. 

Vai trò của Thiết bị phát hiện hồ quang điện

Theo báo cáo của Cục cảnh sát PCCC và CNCH, phải có đến 70% các vụ cháy nổ trên toàn quốc mỗi năm bắt nguồn từ sự cố hệ thống và thiết bị điện. Trong đó, không phải ngắn mạch hay quá tải mà lỗi hồ quang mới là nguyên nhân chính gây ra các vụ cháy điện. Do đó, lắp đặt AFDD là giải pháp toàn diện để:

• Ngăn ngừa hỏa hoạn: AFDD có khả năng phát hiện và xử lý các lỗi hồ quang ngay từ giai đoạn khởi phát, hạn chế nguy cơ cháy lan. 
• Bảo vệ toàn diện: Thiết bị cung cấp nhiều lớp bảo vệ cho hệ thống điện như chống hồ quang, quá tải, ngắn mạch và rò rỉ điện, đồng thời phát hiện được các lỗi mà thiết bị bảo vệ thông thường khó nhận diện như dây dẫn đứt ngầm, mối nối lỏng lẻo… 
• Tăng tuổi thọ hệ thống: Phát hiện sớm lỗi hồ quang giúp giảm thiệt hại đáng kể về người và tài sản, tiết kiệm chi phí bảo trì, thay thế. 
• Tuân thủ tiêu chuẩn an toàn: AFDD cần đáp ứng được các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 62606 và IEC 60947 nên đảm bảo an toàn tuyệt đối cho hệ thống và con người, tránh được các rủi ro liên quan đến pháp lý.

Ứng dụng của AFDD

Bộ luật điện Quốc gia Hoa Kỳ (NEC) và Bộ luật Điện Canada (CE) yêu cầu, AFDD phải được lắp đặt trong tất cả các mạch cấp điện cho ổ cắm trong phòng ngủ tại các căn hộ. Quy tắc đấu dây (AS/NZS 3000:2018) cũng khuyến nghị, tất cả các mạch phụ cuối cùng có dòng điện định mức lên đến 20A đặt tại phòng ngủ của trường học, nhà dưỡng lão; nơi tập trung đông người như rạp chiếu phim, ga tàu điện ngầm, trung tâm mua sắm, địa điểm đặc thù như bảo tàng, khu di tích hoặc một số khu vực có nguy cơ cháy nổ, chứa vật liệu dễ cháy cần được bảo vệ bằng AFDD - áp dụng tại New Zealand. 

Ngoài AS, tiêu chuẩn BS EN 62606 quy định, AFDD cần được đặt tại các mạch cuối của dòng điện AC 1 pha cho ổ cắm có dòng định mức không quá 32A trong các tòa dân cư, nhà ở cho sinh viên, nhà dưỡng lão… 

Ở Việt Nam, tuy AFDD không phải thiết bị bắt buộc cần trang bị cho các hệ thống nhưng theo Bộ luật Điện quốc gia Hoa Kỳ, nên lắp đặt thiết bị chống hồ quang tại các vị trí quan trọng trong nhà ở như sau: 

• Nhà bếp
• Phòng ngủ
• Phòng ăn
• Phòng khách
• Thư viện
• Hành lang
• Khu vực giặt là…

Bên cạnh đó, AFDD còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều công trình từ dân dụng đến thương mại, công nghiệp. 

• Chung cư cao tầng, căn hộ cao cấp: Việc lắp đặt AFDD tại khu vực sử dụng nhiều thiết bị công suất lớn như nhà bếp, khu giặt là hoặc khu vực có ổ cắm, thiết bị cũ giúp ngăn chặn sự cố cháy nổ, có thể ảnh hưởng đến các hộ lân cận. 
• Nhà máy, xưởng công nghiệp: AFDD thường được lắp tại khu vực có dây dẫn chịu rung lắc, va chạm hoặc kho chứa vật liệu dễ cháy nhằm phát hiện kịp thời các sự cố hồ quang khó kiểm soát bằng mắt thường. 
• Khách sạn, trung tâm thương mại: Vị trí phù hợp để lắp AFDD là các bảng điện phân phối của hệ thống điều hòa, chiếu sáng để giảm thiểu nguy cơ tia lửa điện âm ỉ phát triển thành đám cháy. 
• Bệnh viện, trường học, thư viện: Những môi trường cần thiết phải được trang bị AFDD để đảm bảo an toàn tuyệt đối do đặc thù tập trung đông người và sở hữu nhiều trang thiết bị điện tử nhạy cảm hoặc dễ gây cháy lan. 
• Công trình đặc thù: Như di tích lịch sử, bảo tàng, trung tâm R&D là nơi chứa các tư liệu không thể hoặc rất khó phục hồi sau cháy nên yêu cầu phải được bảo vệ toàn diện trước sự cố cháy nổ. 
• Hệ thống điện mặt trời: Hệ thống này rất dễ phát sinh hồ quang tại tủ điện, dây DC, inverter nếu sử dụng dây dẫn kém chất lượng hoặc đấu nối sai cách. AFDD sẽ phát hiện các loại hồ quang, đảm bảo hệ thống điện mặt trời vận hành ổn định. 

Phân biệt AFDD với MCB, MCCB, RCBO và RCCB

Sự khác biệt rõ rệt nhất giữa AFDD và các thiết bị đóng cắt thông thường nằm ở khả năng phát hiện và phân biệt các lỗi hồ quang nguy hiểm. Do sự cố hồ quang thường xảy ra ở cường độ dòng điện rất nhỏ và không vượt quá ngưỡng bảo vệ của CB nên các thiết bị đóng cắt như MCB, MCCB, RCBO và RCCB rất khó nhận diện. Trong khi đó, AFDD được thiết kế để phát hiện mọi dạng hồ quang như song song, nối tiếp hoặc chạm đất, cung cấp sự bảo vệ toàn diện hơn cho hệ thống điện. 

Sự khác biệt giữa AFDD và các thiết bị đóng ngắt thông thường có trong bảng sau: 

Thiết bị	Chức năng	Phát hiện hồ quang	Bảo vệ quá dòng	Ghi chú
MCB/ MCCB	Ngắt mạch khi quá tải, ngắn mạch	❌	✅	Khó phát hiện lỗi hồ quang nhỏ
RCBO	Ngắt mạch khi có dòng rò, quá tải và ngắn mạch	❌	✅	Chỉ có tính năng dập hồ quang phát sinh trong quá trình đóng ngắt, không có khả năng phát hiện lỗi hồ quang tiềm ẩn
RCCB	Ngắt mạch khi có dòng rò	❌	❌	Không có khả năng phát hiện hồ quang
AFDD	Phát hiện sớm và ngắt mạch nhanh chóng khi có hồ quang, ngắn mạch, quá tải	✅	✅ (nếu tích hợp)	Cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện

Giải pháp bảo vệ toàn diện từ AFDD của BTB Electric

AFDD của BTB Electric được thiết kế để xác định các dạng hồ quang bất thường (gồm song song và nối tiếp) ở mọi hệ thống, ngay cả khi dòng điện vẫn trong ngưỡng bình thường, đồng thời có khả năng ngắt mạch chỉ sau vài mili-giây khi phát hiện hồ quang, đủ điều kiện để dập tắt sự cố khi mới ở giai đoạn khởi phát. 

Với dải dòng định mức từ 6~40A, dòng cắt ngắn mạch 6~10kA, mức ngắt dòng rò 10~100mA, cùng 2 mã sản phẩm là MD63E và MD63S, Thiết bị phát hiện hồ quang của chúng tôi là lựa chọn tối ưu để ngăn ngừa cháy nổ, hỏa hoạn trong nhiều hệ thống từ dân dụng đến công nghiệp, thương mại, nhất là các ứng dụng yêu cầu cao về an toàn phòng cháy chữa cháy. 

Đặc biệt, AFDD của BTB Electric là sản phẩm tích hợp chức năng của MCB, MCCB, RCBO và RCCB trong một thiết bị duy nhất gồm: chống hồ quang, chống quá tải, chống ngắn mạch, chống dòng rò và chống quá áp, cho khả năng bảo vệ toàn diện trước mọi sự cố trong mọi điều kiện vận hành. Thiết bị đáp ứng nghiêm ngặt tiêu chuẩn quốc tế IEC/BS 62606 và IEC/EN 61009-1, góp phần đảm bảo tính pháp lý và nâng cao độ tin cậy của hệ thống. 

Một số câu hỏi về AFDD là gì?

Câu hỏi 1: Có cần thiết lắp đặt AFDD trên mỗi mạch không?

Trả lời: Quy định hiện hành không có yêu cầu bắt buộc liên quan đến việc lắp đặt AFDD trên từng mạch điện. Ngay cả tiêu chuẩn IEC 62606 và IEC 60364 cũng chỉ khuyến nghị, AFDD nên được thiết kế để bảo vệ mạch điện cuối cùng với vị trí phù hợp là điểm gốc trên mạch cuối. Tuy nhiên, nếu khu vực của bạn có tính chất dễ cháy lan như nhà xưởng gỗ, kho hóa chất, vật liệu cháy nổ, nên trang bị AFDD tại từng mạch để tăng khả năng bảo vệ. 

Câu hỏi 2: AFDD có thể bảo vệ nhiều mạch cùng lúc không?

Trả lời: Không. AFDD chỉ có khả năng bảo vệ từng mạch riêng lẻ nên nếu hệ thống điện của bạn yêu cầu tính an toàn cao, nên lắp đặt riêng thiết bị này cho từng mạch điện đơn. 

Câu hỏi 3: Tại sao không được lắp đặt AFDD cho các mạch đa năng?

Trả lời: Mạch đa năng thường tập hợp nhiều thiết bị điện tử với dao động dòng điện không giống nhau, đi kèm là nhiều loại nhiễu tín hiệu khiến AFDD có thể nhận diện sai lỗi hồ quang và ngắt mạch không cần thiết. 

Câu hỏi 4: Nên chọn AFDD hay RCBO?

Trả lời: Việc lựa chọn AFDD hay RCBO phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhu cầu bảo vệ, yêu cầu an toàn của hệ thống, kinh phí… Trong đó: 

• RCBO là lựa chọn tối ưu khi cần bảo vệ chống giật, quá dòng. 
• AFDD nên được ưu tiên lắp đặt tại các công trình có nguy cơ cháy nổ do hồ quang điện.

Riêng AFDD của BTB Electric là thiết bị tích hợp khả năng bảo vệ “5 trong 1” nên được coi là giải pháp thay thế tối ưu cho RCBO.