Wyłączniki nadmiarowoprądowe - zastosowanie

Co dają wyłączniki nadmiarowoprądowe?

Jest on bardzo pożądany ze względów bezpieczeństwa, bo umożliwia szybkie wyłączenie zasilania w całym domu, np. w razie pożaru. Wyłączniki zapobiegają skutkom zwarć i przeciążeń w obwodach elektrycznych. To podstawowe zabezpieczenie w każdej instalacji domowej. Zgodnie z fachową terminologią, obwód elektryczny to właśnie fragment instalacji zabezpieczony osobnym wyłącznikiem nadmiarowoprądowym.

W efekcie każdy obwód jest nie tylko chroniony, lecz w razie potrzeby można przerwać jego zasilanie, podczas gdy reszta instalacji pracuje normalnie. Ważne jest także to, że w razie awarii - wyłącznik odetnie zasilanie tylko jednego obwodu, a nie całego domu.

Wyłącznik nadprądowy składa się zawsze z dwóch modułów zamkniętych w jednej obudowie - przeciążeniowego i zwarciowego. Ale czym właściwie jest zwarcie i przeciążenie? Zwarcie, potocznie nazywane spięciem, następuje najczęściej, gdy żyła fazowa przewodu (oznaczana L) zetknie się z inną - neutralną (N) lub ochronną (PE). Pętla zwarcia może poza tym zamykać się poprzez ziemię - kiedy prąd płynie przez przewód uziemiający - lub, co gorsza, przez nasze ciało do podłoża.

W czasie zwarcia w obwodzie płynie prąd nawet kilkadziesiąt razy większy od normalnego (roboczego). Tak duże obciążenie może spowodować przepalenie przewodu, powstanie łuku elektrycznego i pożar.

Z kolei przeciążenie obwodu to po prostu efekt przyłączenia do niego urządzeń o zbyt dużej mocy, ewentualnie wielu urządzeń, których łączna moc przekracza dopuszczalny poziom obciążenia. Wraz ze wzrostem mocy przyłączonych urządzeń, rośnie natężenie płynącego w obwodzie prądu, to wywołuje zaś większe nagrzewanie się przewodów. Może to doprowadzić do uszkodzenia izolacji przewodu, a nawet pożaru.

Najwięcej ciepła wydziela się w miejscach łączenia przewodów, połączenia ich z zaciskami gniazd itp., czyli tam, gdzie styk elementów przewodzących nie jest pewny. Im gorsze połączenie, tym większy opór przepływu prądu i większa ilość wydzielanego ciepła. Dlatego nie należy lekceważyć obluzowanych styków i wadliwie wykonanych połączeń.

Kiedy zadziała wyłącznik naprądowy?

Każdy wyłącznik nadprądowy charakteryzuje tzw. prąd znamionowy, czyli największy (o największym natężeniu) prąd, którym można go długotrwale obciążyć. Typoszereg jest następujący: 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100 A. Najpopularniejsze są wyłączniki 10 A, stosowane jako zabezpieczenie obwodów oświetleniowych, oraz 16 A, chroniące gniazda. Wyłącznik dobiera się w zależności od tego, jaka będzie łączna moc urządzeń równocześnie działających w obwodzie oraz tego, jaki jest przekrój przewodów użytych do wykonania obwodu.

Typowe przekroje żył przewodów w obwodach gniazd to 2,5 mm², w obwodach oświetleniowych zaś 1,5 mm². Wyłącznik, mówiąc obrazowo, ma być najsłabszym (najbardziej czułym na przeciążenie) elementem obwodu. W razie potrzeby - ma zadziałać, przerywając dopływ prądu i w ten sposób chroniąc obwód przed uszkodzeniem, np. stopieniem się izolacji przewodów.

Żaden wyłącznik nie działa od razu przy minimalnym przekroczeniu znamionowego obciążenia prądem. W rzeczywistości, może wytrzymać bez zadziałania zabezpieczenia przeciążeniowego prąd nawet o 1,5 raza większym natężeniu. Jednak będzie się bardzo nagrzewał, szczególnie jeśli zostanie umieszczony w ciasnej rozdzielnicy.

Poza prądem znamionowym, każdy wyłącznik ma jeszcze określoną charakterystykę, oznaczaną literami B, C lud D. Typ charakterystyki określa, o ile, chociaż chwilowo, musi zostać przekroczony prąd znamionowy, by zadziałał moduł zwarciowy wyłącznika:

• 3-5 razy - wyłącznik o charakterystyce B;
• 5-10 razy - wyłącznik C;
• 10-20 - wyłącznik D.

Dlaczego aż tyle? Bo w momencie załączenia, urządzenia elektryczne pobierają z sieci znacznie większy prąd, niż w trakcie dalszej pracy:

• 4-7 razy - silniki;
• 8-11 razy - tradycyjnych żarówki (w tym halogenowe);
• ponad 15 razy - urządzenia elektroniczne z zasilaczami impulsowymi (telewizory, komputery, ale także świetlówki kompaktowe).

Typ charakterystyki wyłącznika musi być dostosowany do tego, ile i jakich urządzeń może być równocześnie uruchamiane. Zdarza się, że wyłącznik zadziała w momencie rozruchu silnika dużej mocy, np. w zestawie hydroforowym. W takiej sytuacji, o ile oczywiście obwód nie jest nadmiernie obciążony, należy wymienić wyłącznik na nowy o innej charakterystyce (zwykle B na C), a nie o wyższym prądzie znamionowym.

Problemem jest tu przecież duży prąd rozruchowy, potrzebny tylko chwilowo, zaś długotrwałego zwiększonego obciążenia, przy którym nie zadziała wyłącznik o większym prądzie znamionowym, mogą nie wytrzymać przewody.

Możliwości wyłączników nadprądowych, jako chroniących w razie zwarcia, są niestety ograniczone. Działają skutecznie, gdy dojdzie do zetknięcia się żył przewodu, np. fazowej (L) i neutralnej (N). Także ich zwarcie jakimś metalowym przedmiotem, np. wiertłem, gdy przypadkowo trafimy nim na przewód w ścianie spowoduje zadziałanie wyłącznika. Wówczas pętla zwarcia jest w całości metaliczna - tworzą ją przewody o niewielkim oporze przepływu prądu i prąd zwarciowy jest bardzo duży.

Znacznie gorzej jest, gdy na drodze przepływu prądu znajdzie się nasze ciało, ewentualnie pętla zwarcia zamyka się poprzez ziemię. Opór elektryczny na drodze przepływu jest duży. Prąd zwarciowy może być wówczas o wiele zbyt mały dla zadziałania wyłącznika, za to śmiertelnie niebezpieczny dla człowieka.

Autor: Jarosław Antkiewicz 
fot. Eaton Electric