Samoczynne wyłączenie zasilania (SWZ)

Samoczynne wyłączenie zasilania (SWZ) to środek ochrony przy uszkodzeniu, w którym urządzenie zabezpieczające samo odcina obwód, gdy prąd uszkodzeniowy popłynie przez przewód ochronny. Wyłączenie musi nastąpić w czasie określonym normą PN-HD 60364-4-41, zanim napięcie dotykowe zdąży zaszkodzić człowiekowi.

---

Na czym polega samoczynne wyłączenie zasilania?

Ten środek ochrony budzi się dopiero wtedy, gdy coś się zepsuje. Dopóki izolacja przewodów jest cała, pilnuje Cię ochrona podstawowa – izolacja, osłony i przegrody. Norma PN-HD 60364-4-41 stawia obok niej ochronę przy uszkodzeniu, a najczęściej stosowaną jej odmianą jest właśnie SWZ.

Mechanizm to łańcuch czterech zdarzeń. Izolacja przewodu fazowego przeciera się i faza dotyka metalowej obudowy pralki. Obudowa jest połączona z przewodem ochronnym PE, więc prąd nie czeka na człowieka – zamyka się pętlą zwarciową i wraca do źródła.

Ten prąd liczy się w setkach amperów, a nie w miliamperach, więc dla zabezpieczenia jest czytelnym sygnałem. Aparat odcina obwód, a napięcie dotykowe, które przez ułamek sekundy pojawiło się na obudowie, znika. Ochrona nie polega na tym, żeby to napięcie nigdy nie wystąpiło, tylko na tym, żeby nie utrzymywało się długotrwale. Wartości uznane za nieszkodliwe znajdziesz w haśle napięcie bezpieczne.

Jaki warunek musi spełnić obwód, żeby ochrona była skuteczna?

Cała skuteczność SWZ mieści się w jednym iloczynie. Impedancja pętli zwarciowej pomnożona przez prąd wyłączający zabezpieczenia nie może przekroczyć napięcia przewodu liniowego względem ziemi.

Z_s · I_a ≤ U₀

Z_s ≤ U₀ / I_a

• Z_s – impedancja pętli zwarciowej w omach (Ω): źródło zasilania, przewód liniowy do miejsca uszkodzenia i przewód ochronny wracający do źródła
• I_a – prąd powodujący samoczynne zadziałanie zabezpieczenia w wymaganym czasie, w amperach (A)
• U₀ – napięcie znamionowe przewodu liniowego względem ziemi, w polskiej instalacji jednofazowej 230 V

Druga postać wzoru mówi wprost, ile impedancji wolno Ci mieć w obwodzie. Im dłuższa i cieńsza linia, tym większa Z_s i tym słabszy prąd zwarciowy – a słaby prąd zabezpieczenie potraktuje jak zwykłe obciążenie. Wartość Z_s ustala się przyrządowo, a procedurę opisuje hasło pomiar impedancji pętli zwarcia.

Co to jest prąd zapewniający samoczynne wyłączenie?

I_a to najmniejszy prąd, przy którym aparat zadziała w czasie wymaganym przez normę – a nie prąd znamionowy wypisany na jego obudowie. Wyłącznik B16 przepuszcza 16 A godzinami; żeby otworzył obwód w ułamku sekundy, potrzebuje wielokrotnie więcej.

Dla wyłączników nadprądowych krotność odczytuje się z charakterystyki czasowo-prądowej i przyjmuje jej górną granicę: 5 · I_n dla charakterystyki B, 10 · I_n dla C i 20 · I_n dla D. Dla wkładek topikowych klasy gG korzysta się z pasm czasowo-prądowych podanych w normie wyrobu.

Zabezpieczenie	Krotność In	Ia	Największa dopuszczalna Zs przy 230 V
B10	5 ·	50 A	4,60 Ω
B16	5 ·	80 A	2,88 Ω
B20	5 ·	100 A	2,30 Ω
C16	10 ·	160 A	1,44 Ω
D16	20 ·	320 A	0,72 Ω

Zamiana B16 na C16 – kuszący pomysł, gdy zabezpieczenie odcina obwód przy rozruchu silnika – podwaja wymagany prąd wyłączający i o połowę obniża dopuszczalną impedancję pętli. Obwód, który wcześniej spełniał warunek z zapasem, po takiej wymianie potrafi go nie spełniać wcale.

Jaki jest maksymalny czas wyłączenia zasilania?

Czas zależy od układu sieci i od napięcia względem ziemi, a wartości zbiera Tablica 41.1 normy PN-HD 60364-4-41. Poniższe czasy dotyczą prądu przemiennego i obwodów odbiorczych o prądzie znamionowym nie większym niż 32 A.

Układ sieci	50 V < U0 ≤ 120 V	120 V < U0 ≤ 230 V	Obwody rozdzielcze oraz In > 32 A
TN	0,8 s	0,4 s	5 s
TT	0,3 s	0,2 s	1 s

Dla polskiej instalacji mieszkalnej liczy się środkowa kolumna. Napięcie fazowe wynosi 230 V, układ jest odmianą układu TN, więc obwód gniazd czy oświetlenia musi zostać odcięty w 0,4 s. W instalacjach przemysłowych o wyższym napięciu wobec ziemi norma zaostrza wymaganie: przy 230 V < U₀ ≤ 400 V układ TN ma 0,2 s, a powyżej 400 V – 0,1 s.

Obwody rozdzielcze traktuje się łagodniej, bo nikt nie trzyma za nie ręki: 5 s w układzie TN i 1 s w TT. Obwody prądu stałego mają własną kolumnę – w układzie TN przy 120 V < U₀ ≤ 230 V dopuszczalne jest aż 5 s, ponieważ prąd stały o tej samej wartości jest dla serca mniej groźny niż przemienny.

Kiedy zabezpieczenie nadprądowe nie wystarcza?

Wtedy, gdy pętla zwarciowa jest za długa, żeby wypuścić dość duży prąd. Warsztat na końcu stumetrowego kabla, przybudówka w gospodarstwie, oświetlenie alei w parku – w takich obwodach zmierzona Z_s bywa dwukrotnie większa od wartości z tabeli, a wyłącznik nadprądowy zwyczajnie nie widzi zwarcia.

Rozwiązaniem jest wyłącznik różnicowoprądowy RCD, który reaguje nie na wartość prądu, lecz na jego ucieczkę z obwodu. Przy braku danych producenta norma pozwala przyjąć I_a = 5 · I_Δn, czyli dla popularnej różnicówki 30 mA zaledwie 0,15 A. Podstaw tę liczbę do warunku skuteczności, a dopuszczalna impedancja pętli urośnie do ponad 1500 Ω – wartości nieosiągalnej dla żadnego realnego obwodu.

RCD nie zwalnia jednak z zabezpieczenia nadprądowego, bo sam nie chroni przewodów przed przeciążeniem i zwarciem. W typowej rozdzielnicy mieszkaniowej 230/400 V oba aparaty pracują razem: nadprądowy pilnuje kabla, różnicowoprądowy domyka ochronę tam, gdzie impedancja jest zbyt duża. Gdy żadne z nich nie zdąży w wymaganym czasie, norma nakazuje wykonać dodatkowe połączenia wyrównawcze ochronne, które utrzymają napięcie dotykowe na bezpiecznym poziomie.

Warunek Z_s · I_a ≤ U₀ i czas 0,4 s dla 230 V to zestaw, z którym zetkniesz się na egzaminie SEP grupy 1 – zarówno w pytaniach testowych, jak i w rozmowie o protokole z pomiarów. Elektryk oddający instalację do użytku podpisuje się pod tym, że każdy obwód warunek spełnia, a każdy obwód ma ułożony przewód ochronny. Bez PE samoczynne wyłączenie zasilania nie ma czym zadziałać.

Najczęściej zadawane pytania