Wyłącznik instalacyjny nadmiarowo-prądowy. Zasada działania i cel stosowania

Cel stosowania zabezpieczenia nadmiarowo-prądowego

Funkcjonuje wiele mitów i półprawd na temat zadań, jakie stawiamy tym wyłącznikom, dlatego już na początku należy to jasno określić. Otóż podstawowym zadaniem wyłącznika nadprądowego jest zabezpieczenie instalacji elektrycznej przed skutkami przepływu prądu o natężeniu większym od dopuszczalnego, oraz przed skutkami zwarć. Powtórzę, zabezpieczenie instalacji domowej, a nie użytkowanych przez nas odbiorników energii! Stąd zresztą jego podstawowa nazwa - wyłącznik instalacyjny.

Przy okazji również, wyłącznik nadprądowy, zapobiega porażeniom prądem elektrycznym w przypadku uszkodzenia instalacji, poprzez samoczynne wyłączenie zasilania (SWZ). Niestety, zdarza się niekiedy, że ta jego ochrona może być nieskuteczna, dlatego w instalacjach stosujemy też inne, uzupełniające zabezpieczenia, na przykład wyłączniki różnicowoprądowe (RCD), co zostanie omówione w oddzielnym opracowaniu.

A wracając do odbiorników energii, o ich zabezpieczaniu decydują producenci, to oni decydują czy jest to konieczne, a jeśli tak, to jakie zabezpieczenia i gdzie musimy dodatkowo zastosować. Dlatego namawiam do dokładnego czytania wszelkich instrukcji eksploatacji i obsługi domowego sprzętu, w nich jest to zawsze dokładnie wyjaśniane.

Budowa wyłącznika nadmiarowo-prądowego

Warto poznać kilka podstawowych informacji, gdyż są ważne z pewnych powodów, o czym napiszę dalej.

Przekrój przez wyłącznik instalacyjny. (Fot. Wikipedia, autor: Ali@gwc.org.uk)

1. Dźwignia napędowa
2. Zamek
3. Styk stały i styk ruchomy
4. Zaciski przyłączowe
5. Wyzwalacz termobimetalowy (przeciążeniowy)
6. Wkręt regulacyjny
7. Wyzwalacz elektromagnetyczny (zwarciowy)
8. Komora gaszeniowa (do gaszenia łuku elektrycznego)

Elementami wyłącznika, które najbardziej nas interesują są dwa wyzwalacze:

• Przeciążeniowy albo termiczny (termobimetalowy). Odpowiada on za zadziałanie wyłącznika w przypadku długotrwałego chociaż stosunkowo niewielkiego (1.13-1,45 In) przekroczenia prądu znamionowego wyłącznika. Czas ten zależy od kilku czynników, ale nie może przekraczać 1 godziny.
  
  
• Zwarciowy albo elektromagnetyczny. Reaguje wtedy, kiedy wykryje zwarcie, a więc duży wzrost natężenia prądu w chronionym obwodzie elektrycznym. Jego zadaniem jest zadziałanie natychmiastowe.

Rodzaje wyłączników w instalacji elektrycznej

Producenci oferują nabywcom kilka rodzajów wykonań, przeznaczonych dla różnorakich zastosowań, ale w instalacjach domowych dominują dwa podstawowe. Wyłącznik 1 - torowy (inaczej 1 - biegunowy) oznaczany jako 1P, oraz 3 - torowy (3 - biegunowy) do stosowania w obwodach 3-fazowych (siłowych) z oznaczeniem 3P.

Uwaga! Stosowane są także wyłączniki o innych konfiguracjach, np. 1P, 1P+N, 2P, 3P, 3P+N, 4P. W takich przypadkach N oznacza tor neutralny obwodu, a skoro jest wyróżniony, jest to sprawa istotna! Czym zatem wyłącznik 3P+N różni się od wyłącznika 4P, skoro na zewnątrz są podobne, jeden jest cztero-torowy i drugi jest cztero-torowy?

Na pozór niczym, ale różnica jest zasadnicza. Otóż w wyłączniku 3P+N tor N zawsze jest wyłączany jako ostatni i załączany jako pierwszy! Jest to zapewnione konstrukcyjnie. Nie wolno więc przy takim oznaczeniu podłączać przewodu N w innym miejscu, niż to dla niego przeznaczone. Pomyłka grozi tutaj niebezpiecznymi konsekwencjami!

Natomiast w wyłączniku 4P miejsce podłączenia przewodu neutralnego jest dowolne.

Instalacja elektryczna: stosowane oznaczenia w wyłącznikach

Kiedy otworzymy drzwiczki domowej rozdzielnicy, ujrzymy widok podobny do tego. (fot. S. Liberski)

Na każdym wyłączniku znajdziemy różne symbole, litery i liczby, przy czym pierwsza grupa określa typ i rodzaj aparatu (tzw. kod produktu). Oznaczenie to bywa bardzo różne, każdy z producentów stosuje własne, jednak w Polsce, szczególnie w dokumentacji projektowej rodzaje wyłączników określa się najczęściej korzystając z dawnej symboliki firmy Fael (obecnie Legrand).

Oznaczenia dla czterech typów wyłączników:

• S301 - wyłącznik nadprądowy 1-torowy,
• S302 - wyłącznik nadprądowy 2-torowy,
• S303 - wyłącznik nadprądowy 3-torowy,
• S304 - wyłącznik nadprądowy 4-torowy.

Nas jednak interesuje następne, które na fotografii ma postać B10 dla pierwszego wyłącznika i B16 dla kolejnych. Co ono oznacza? Otóż pierwszy człon, a jest nim litera B lub C (rzadziej D) oznacza tak zwaną charakterystykę czasowo-prądową wyłącznika, zaś liczba jest wartością jego prądu znamionowego. To są najważniejsze wielkości, których znaczenie powinien znać każdy użytkownik domowej instalacji elektrycznej.

Wyłączniki w instalacji elektrycznej: charakterystyka czasowo-prądowa

Jest oczywistym, że w procesie produkcji nie jest możliwe uzyskanie dwóch egzemplarzy wyłączników o dokładnie identycznych charakterystykach, jednak różnica w parametrach nie może być zbyt duża. Dlatego też wielkości te zostały znormalizowane tak, że charakterystyka konkretnej sztuki musi mieścić się w ściśle określonym przedziale wartości. Omówimy to na przykładzie wyłącznika typu B.

źródło: www.elektroonline.pl

Charakterystyka czasowo-prądowa czyli t(I) każdego egzemplarza wyłącznika typu B musi mieścić się pomiędzy zielonymi liniami na pokazanym wykresie. Na osi poziomej mamy krotność prądu zwarciowego, czyli stosunek prądu zwarciowego do prądu znamionowego (I/In), na osi pionowej czas zadziałania w sekundach. Dla czytelności wykresu obydwie skale zamieszczono w postaci logarytmicznej.

Spójrzmy na część charakterystyki ograniczoną dwiema, niemal pionowymi liniami, na wykresie oznaczoną jako reakcja wyzwalacza elektromagnetycznego. Co z niej wynika? Otóż możemy mieć pewność, że trzykrotne i mniejsze (3xIn) przekroczenie prądu znamionowego wyłącznika nie spowoduje jego zadziałania w ciągu 5 sekund, natomiast pięciokrotne i większe (5xIn) takie zadziałanie wywoła natychmiast, w ciągu dwudziestu, dwudziestu kilku milisekund. A co z obszarem pomiędzy krotnościami 3 i 5? Ano, tutaj reakcja zależy od konkretnego egzemplarza i jest nieprzewidywalna. Jej znajomość nie jest nam jednak niezbędna, ważne są przede wszystkim wartości graniczne. Dlatego też mówimy, że dla charakterystyki czasowo-prądowej typu B wyłączników nadprądowych współczynnik k wynosi od 3 do 5.

Podobną sytuację mamy przy innych charakterystykach z tym, że dla charakterystyki typu C współczynnik k wynosi od 5 do 10 (dla charakterystyki D od 10 do 20). Co nam daje takie zróżnicowanie współczynnika k? Otóż wyłączniki nadprądowe typu C stosujemy przede wszystkim w obwodach silnikowych. Prąd rozruchowy silników indukcyjnych osiąga wartość nawet 7 razy większą niż ich prąd znamionowy, więc zastosowanie wyłączników typu B powodowałoby zbędne wyłączanie obwodu w momencie, kiedy próbujemy włączyć silnik.

źródło: www.elektroonline.pl

A co z charakterystyką w części działania wyzwalacza termicznego?

źródło: www.tech.co.bydgoszcz.pl

Jak widzimy, w tej części działania wyłącznika pola rożnych charakterystyk się pokrywają, czyli jego typ nie ma istotnego znaczenia.

Wyłączniki w instalacji elektrycznej: kilka informacji praktycznych

1. Podstawowym i bardzo częstym błędem popełnianym przez użytkowników instalacji elektrycznych jest bezmyślna zamiana wyłącznika nadprądowego o charakterystyce B na egzemplarz o charakterystyce C, oraz zamiana zabezpieczenia na egzemplarz o większym amperażu. Nie wolno tego robić samowolnie! Współczynnik k jest jednym z podstawowych parametrów służącym do wyznaczania wartości dopuszczalnej impedancji pętli zwarcia, a więc do określania, czy warunek samoczynnego wyłączenia zasilania SWZ, służący naszemu bezpieczeństwu, jest spełniony. Jeśli zmienimy jego wielkość, wprowadzając inną charakterystykę zabezpieczenia, możemy spowodować, że zastosowana ochrona od porażeń będzie nieskuteczna!!! A tego nikomu nie życzę.
   
   Podobnie jest ze zwiększeniem amperażu, chociaż tutaj dochodzi do tego możliwość wytopienia izolacji na przewodach w przypadku przekroczenia ich dopuszczalnej długotrwałej obciążalności. Dlatego też, przy komplikacjach z użytkowaniem instalacji, należy wezwać elektryka z odpowiednim sprzętem pomiarowym aby orzekł (i wystawił odpowiedni protokół) czy w danym przypadku jakiekolwiek zamiany zabezpieczeń są możliwe. Inaczej nie będzie można spać w domu spokojnie.
   
   
2. Kształt zacisków wyłącznika nadprądowego służących do podłączania przewodów pozwala na skuteczne i pewne zamocowanie w każdym z nich tylko jednego przewodu, niezależnie od jego średnicy. Przy pewnym doświadczeniu montera można też do jednego zacisku podłączyć dwa przewody o małych, jednakowych średnicach, ale należy przy tym bardzo dokładnie skontrolować pewność ich zamocowania. I to wszystko. Próby podłączenia trzech przewodów, albo dwóch o różnych średnicach są skazane na niepowodzenie i kończą się w najlepszym razie wypaleniem zacisku, w gorszym - pożarem rozdzielnicy.
   
   
3. Proszę spojrzeć na zmieszczoną poniżej fotografię.
   

   źródło: www.etipolam.com.pl
   Ten aparat nie ma litery oznaczających charakterystykę. Co wtedy zrobić? Nic! To nie jest wyłącznik nadmiarowo-prądowy, chociaż wygląda bardzo podobnie. Jest to tzw. ogranicznik mocy umownej, posiadający jedynie wyzwalacz termiczny. Wyzwalacza zwarciowego jest pozbawiony. Należy więc zwracać uwagę na oznaczenia, gdyż aparatów o podobnym wyglądzie nie będących wyłącznikami nadmiarowo-prądowymi jest zdecydowanie więcej.
   
   
4. Standardowe prądy znamionowe wyłączników nadprądowych to szereg: 6 A, 10 A, 13 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 50 A, 63 A, 80 A, 100 A, 125 A (13 A w Polsce jest rzadko używany).

Stanisław Liberski
fot. otwierająca: Eaton Electric