Wyłącznik nadprądowy

Wyłącznik nadprądowy to aparat, który samoczynnie odłącza obwód, gdy prąd przekroczy bezpieczną wartość. Chroni przewody i urządzenia przed skutkami przeciążenia oraz zwarcia. Oznaczenie na obudowie, na przykład B16, podaje charakterystykę wyzwalania i prąd znamionowy w amperach (A).

---

Do czego służy wyłącznik nadprądowy?

Wyłącznik nadprądowy pilnuje dwóch różnych zagrożeń: przeciążenia i zwarcia. Oba sprowadzają się do zbyt dużego prądu, ale przebiegają inaczej i wymagają innej reakcji aparatu.

Przeciążenie powstaje wtedy, gdy do jednego obwodu podłączysz odbiorniki o łącznej mocy większej, niż przewód jest w stanie przenieść. Prąd jest tylko trochę za duży, czasem o 20 czy 40 procent, ale płynie długo. Przewód grzeje się, izolacja twardnieje i pęka, a po latach takiej pracy obwód staje się źródłem pożaru.

Zwarcie wygląda odwrotnie: przewód fazowy styka się z neutralnym albo ochronnym i prąd rośnie do setek lub tysięcy amperów w ciągu milisekund. Tu liczy się czas odcięcia, bo taki prąd potrafi stopić żyłę przewodu i zapalić łuk elektryczny.

Ochrona człowieka przed porażeniem to zadanie innego aparatu – wyłącznika różnicowoprądowego (RCD); nadprądowy chroni instalację, a nie ludzi.

Jak działa wyłącznik nadprądowy?

W jednej obudowie pracują dwa niezależne mechanizmy wyzwalające, każdy przypisany do innego zagrożenia. W katalogach hurtowni ten aparat opisuje skrót MCB (z angielskiego miniature circuit breaker), czyli miniaturowy wyłącznik instalacyjny.

Człon termobimetalowy odpowiada za przeciążenie. Bimetal to dwie zgrzane taśmy z metali, które rozszerzają się w różnym tempie pod wpływem ciepła. Prąd nagrzewa taśmę, ta wygina się w jedną stronę i po pewnym czasie zwalnia zamek. Reakcja jest powolna i zależy od wielkości przeciążenia: przy niewielkim nadmiarze prądu mijają minuty, przy dużym sekundy.

Norma PN-EN 60898-1 wyznacza tu dwie granice. Prąd o wartości 1,13 · I_n nie może wyzwolić wyłącznika w ciągu godziny, a prąd 1,45 · I_n musi go wyzwolić przed upływem godziny.

Człon elektromagnetyczny odpowiada za zwarcie. Cewka nawinięta wokół ruchomego rdzenia wytwarza pole magnetyczne proporcjonalne do prądu. Gdy prąd skoczy do wielokrotności wartości znamionowej, pole wyrzuca rdzeń, a ten uderza w zamek i rozdziela styki w kilka milisekund.

Rozdzielane styki zapalają łuk elektryczny, dlatego nad nimi siedzi komora gaszeniowa – zestaw metalowych płytek, które dzielą łuk na krótsze odcinki i wygaszają go.

Co oznaczają litery B, C i D na wyłączniku?

Litera opisuje charakterystykę czasowo-prądową, czyli krotność prądu znamionowego, przy której zadziała człon elektromagnetyczny. Człon termobimetalowy jest we wszystkich trzech typach nastawiony identycznie, więc na samo przeciążenie B16 i C16 zareagują tak samo.

Charakterystyka	Wyzwolenie członu elektromagnetycznego	Prąd wyzwolenia dla In = 16 A	Typowe zastosowanie
B	3–5 · In	48–80 A	obwody oświetlenia i gniazd w mieszkaniach, odbiorniki bez udaru przy załączeniu
C	5–10 · In	80–160 A	silniki, pompy, klimatyzatory, zasilacze impulsowe, rozbudowane instalacje oświetlenia LED
D	10–20 · In	160–320 A	transformatory, spawarki, duże napędy o bardzo wysokim prądzie rozruchowym

Za tym podziałem stoi prąd rozruchowy. Silnik przy starcie pobiera kilkakrotność prądu pracy, a zasilacz impulsowy ładuje kondensatory krótkim, ostrym impulsem. Wyłącznik z charakterystyką B potraktowałby taki impuls jak zwarcie i odcinałby obwód przy każdym uruchomieniu, dlatego takie odbiorniki dostają charakterystykę C albo D.

W instalacjach przemysłowych spotkasz jeszcze charakterystyki K i Z, opisane w normie PN-EN 60947-2 dla aparatury o innym przeznaczeniu.

Co znaczy opis B16 i liczba 6000 na obudowie?

Litera to charakterystyka, liczba przy niej to prąd znamionowy I_n w amperach, a liczba w prostokątnej ramce to zdolność zwarciowa. Trzy oznaczenia, trzy zupełnie różne informacje.

Prąd znamionowy I_n to wartość, którą wyłącznik przenosi trwale bez wyzwolenia, przy temperaturze odniesienia 30 °C. Szereg jest znormalizowany: 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50 i 63 A. Wartości pośrednich po prostu nie ma w sprzedaży.

Zdolność zwarciowa (I_cn) mówi, jak duży prąd zwarciowy aparat potrafi przerwać i pozostać sprawnym. W ramce widzisz zwykle 6000, czyli 6 kA, i tyle wystarcza w typowej instalacji mieszkaniowej. Blisko stacji transformatorowej prąd zwarciowy bywa większy i wtedy potrzebujesz aparatu na 10 kA. Wyłącznik o zbyt małej zdolności zwarciowej może zostać zniszczony przy pierwszym poważnym zwarciu, zamiast je przerwać.

Szerokość obudowy również jest znormalizowana. Jeden moduł ma 17,5 mm na szynie TH35, więc aparat trójfazowy zajmuje w rozdzielnicy trzy moduły.

Jak dobrać wyłącznik nadprądowy do przekroju przewodu?

Dobór prowadzisz od przewodu do wyłącznika, nie odwrotnie. Zabezpieczenie ma chronić przewód, więc jego prąd znamionowy nie może przekraczać tego, co przewód wytrzyma. Norma PN-HD 60364-4-43 zapisuje to jako podwójny warunek.

I_B ≤ I_n ≤ I_Z

• I_B – prąd obliczeniowy obwodu, wynikający z mocy podłączonych odbiorników
• I_n – prąd znamionowy wyłącznika nadprądowego
• I_Z – dopuszczalna obciążalność prądowa długotrwała przewodu, odczytana z normy PN-HD 60364-5-52

Drugi warunek pilnuje przewodu w tym czasie, gdy człon termobimetalowy dopiero się rozgrzewa i jeszcze nie zwolnił zamka.

I₂ ≤ 1,45 · I_Z

• I₂ – prąd zapewniający zadziałanie zabezpieczenia w umownym czasie, dla wyłącznika nadprądowego równy 1,45 · I_n
• I_Z – dopuszczalna obciążalność prądowa długotrwała przewodu

Dla wyłączników zgodnych z PN-EN 60898-1 drugi warunek spełnia się sam, kiedy spełniony jest pierwszy. Sama obciążalność I_Z nie zależy jednak wyłącznie od przekroju żyły: ten sam przewód 2,5 mm² ułożony w rurce pod tynkiem przenosi mniej prądu niż w powietrzu, a kilka obwodów w jednej rurce obniża tę wartość jeszcze bardziej.

Obwód w instalacji mieszkaniowej	Typowy przekrój żyły miedzianej	Typowe zabezpieczenie
oświetlenie, 230 V	1,5 mm²	B10
gniazda wtyczkowe ogólne, 230 V	2,5 mm²	B16
pralka lub zmywarka na osobnym obwodzie, 230 V	2,5 mm²	B16
płyta indukcyjna zasilana trójfazowo, 400 V	2,5 mm²	B16 trójbiegunowy

Wymiana wyłącznika na większy, bo „ciągle wybija”, jest najgroźniejszym skrótem w tej dziedzinie. B25 na przewodzie 1,5 mm² pozwoli prądowi grzać żyłę bez ograniczenia – aparat nadal będzie się załączał, tylko przestanie czegokolwiek chronić. Zamiast tego rozdziel odbiorniki na dwa obwody albo ułóż grubszy przewód.

Warunek I_B ≤ I_n ≤ I_Z oraz krotności charakterystyk B, C i D wracają na egzaminie SEP grupy 1 regularnie, bo od nich zależy dobór zabezpieczeń w każdej instalacji niskiego napięcia.

Najczęściej zadawane pytania