2024-05-24
ElektrykaProjektowanieWyłączniki nadprądowe

Budowa i zasada działania wyłączników nadprądowych

Spis treści

Co to jest wyłącznik nadprądowy?

Wyłącznik nadprądowy definicja:  (w języku  angielskim  Miniature circuit breaker,  skrót MCB) to łącznik elektryczny mechanizmowy zdolny do załączania, przewodzenia i wyłączania prądów w normalnych warunkach pracy obwodu oraz prądu przeciążeniowego lub prądu zwarciowego.

Innymi słowy to jedno z podstawowych zabezpieczeń każdej instalacji elektrycznej chroniące przed skutkami przepływu prądu przeciążeniowego oraz prądu zwarciowego.

Wyłączniki nadprądowe są konstruowane zgodnie z normą IEC/EN 60898-1 i/lub normą IEC/EN 60947-2. Zwyczajowe, graniczne główne parametry konstrukcyjne wyłączników nadprądowych to:

  • Napięcie znamionowe Un międzyfazowe do 440V AC
  • Prąd znamionowy In do 125A
  • Zdolność wyłączeniowa Icn do 25 000A

 

Norma

Przeznaczenie

Zdolność wyłączeniowa

Opis na aparacie

Kto może obsługiwać

IEC/EN 60898-1

Budownictwo mieszkaniowe

Znamionowa zdolność wyłączeniowa Icn

Wartość Icn podana jako cyfra wewnątrz prostokąta

Osoby niewykwalifikowane

IEC/EN 60947-2

Przemysł

Znamionowa zdolność zwarciowa graniczna Icu

Wartość Icu podana w kA wraz z nazwą normy (60947-2)

Osoby wykwalifikowane i poinstruowane

Tabela nr 1 Główne różnice między normą EN 60898-1 a EN 60947-2

Czy wyłącznik nadprądowy jest wymagany?

Zgodnie z rozporządzeniem Ministra do spraw Infrastruktury w sprawie warunków technicznych jakim powinny podlegać budynki i ich usytuowanie,  § 183. Punkt 1.mówi: „W instalacjach elektrycznych należy stosować: (…):

4) wyłączniki nadprądowe w obwodach odbiorczych; (…)

Z powyższego rozporządzenia wynika wprost, że wyłączniki nadprądowe są wymagane prawnie w Polsce od wielu lat w instalacjach odbiorczych, czyli zdecydowanej większości instalacji elektrycznych.

Wyłącznik nadprądowy rodzaje

Wyłączniki nadprądowe może zaklasyfikować ze względu na:

  1. Normę wykonania. Wyłączniki zgodne z normą IEC/EN 60898-1 to najczęściej spotykane wykonanie. Ponadto dostępne są wyłączniki nadprądowe zgodne z normą IEC/EN 60947-2 oraz wykonania badane wg obu tych norm.
  2. Charakterystykę wyzwalania – dostępne są do kupienia wyłączniki nadprądowe o charakterstykach zwarciowych: B, C, D , Z(A), K ,S
  3. Zdolność wyłączeniową: 4,5kA, 6kA(standard w Polsce), 10kA, 15kA, 25kA
  4. Dedykowane na konkretny segment rynku wyłączniki nadprądowe do koleji albo na okręty i statki.
  5. Wykonanie – liczbę biegunów. Dostępne są wykonania 1, 1+N,2,3,3+N i 4-biegunowe (polowe). Wykonania 1+N oraz 3+N załączają tor N jako pierwszy i rozłączają go jako ostatni. Wykonania 2 i 4 biegunowe z podłączonym przewodem N załączają i rozłączają wszystkie tory (pola) jednocześnie.
  6. Dopuszczenia – wyłączniki mogą posiadać specjalne dopuszczenia np. na rynek USA z dopuszczeniem UL albo na Kanadę z dopuszczeniem CSA
  7. Napięcie pracy – wyłączniki zwykłe AC pracujące z napięciem zmiennym oraz wyłączniki dedykowane do pracy z napięciem stały DC. UWAGA – niektórzy producenci mają w ofercie wyłączniki nadprądowe mogące pracować z napięciem AC i DC
  8. Czas zadziałania – bezzwłoczne lub zwłoczne (selektywne)
Podstawowe pojęcia dotyczące zabezpieczeń elektrycznych
Rysunek 1 Podstawowe pojęcia dotyczące zabezpieczeń elektrycznych

Opis:

In – prąd roboczy, prąd znamionowy

Icc – spodziewany prąd zwarcia

Icn – zdolność wyłączania wyłącznika – parametr Icn, Icu, Ics – uzależnione od normy wykonania produktu

Wyłącznik nadmiarowoprądowy a nadprądowy

W fachowej literaturze oraz na forach internetowych spotykamy różne nazewnictwo tego samego urządzenia. Zarówno wyłacznik nadprądowy, jak też wyłącznik nadmiarowoprądowy są tym samym urządzeniem. Ponadto potocznie elektrycy nazywają te wyłączniki „eskami”. Skąd ta nietypowa nazwa? Nazwa eska pochodzi od nazwy własnej serii wyłączników „S” polskiej firmy FAEL (obecnie część koncernu Legrand). Innymi potocznymi określeniami na te aparaty są zwroty odnoszące się do ich parametrów np. B16 (czytaj: „be szesnastka”; oznacza najpopularniejszy wyłącznik nadprądowy, charakterstyka wyzwalania B, prąd ciągły 16 amperów).

Historia wyłącznika nadprądowego

Historia wyłącznika nadprądowego, zwanego także nadmiarowoprądowym, sięga prawie 100 lat. W momencie ujarzmienia prądu elektrycznego prędko zauważono, że odbiorniki elektryczne mogą dość łatwo ulec uszkodzeniu. Pierwszym stosowanym zavezpieczeniem były wkładki topikowe, wewnątrz których materiał (topik) topił się przy wzroście temperatury wywołanym przepływem prądu wyższego niż wartość znamionowa (normalna). Minusem tego rozwiązania jest przerwanie obwodu na stałe i wymagana wymiana wkładki topikowej. W świetle obecnych przepisów takiej wymiany może dokonać wyłącznie osoba wykwalifikowana – domyślnie elektryk z uprawnieniami. W roku 1923 Hugo Stotz zaproponował rozwiązanie – wyłącznik, który po wyłączeniu jest ponowne gotowy do pracy i nie trzeba go wymieniać.  Był to początek konstrukcji, które znamy obecnie z naszych domów.

Opis i oznakowanie wyłącznika nadprądowego

Minimum wymogów niezbędnych dla prawidłowego znakowania wyznacza norma, wg. której wyłącznik nadprądowy został skonstruowany. Poniżej prezentowane jest oznakowanie dla wyłącznika nadprądowego B16 firmy EATON, model 3-polowy HN-B16/3. Producent w karcie katalogowej oraz na aparacie przywołuje wyłącznie normę IEC/EN 60898-1.

Wyłącznik nadprądowy widok frontu aparatu
Rysunek nr 2 Wyłącznik nadprądowy widok frontu aparatu

Oznaczenia:

Sekcja nr 1 – górne zaciski wyłącznika nadprądowego i ich oznakowanie 1-3-5

Sekcja nr 2 – dźwignia wyłącznika nadprądowego. Dźwignia w górnej pozycji oznacza aparat załączony, a w pozycji dolnej wyłączony.

Sekcja nr 3:

  • ~400V – napięcie znamionowe międzyfazowe Un wyłącznika [V]
  • 6000 w ramce – zdolność wyłączeniowa Icn [A]
  • Liczba 3 w ramce – klasa ograniczania energii wyłącznika
  • Czerwony prostokąt – optyczna sygnalizacja ON/OFF wyłącznika. Kolor czerwony oznacza że aparat jest załączony. Zielony ramka oznacza że jest wyłączony.
  • Znak ogólny bezpiecznego rozłączenia
  • HN-B16/3 – nazwa (typ) modelu wyłącznika nadprądowego oraz jego charakterystyka wyzwalania (B), prąd ciągły In = 16A, liczba biegunów: 3, seria HN

Sekcja nr 4: dolne zaciski aparatu, oznakowanie 2-4-6

Wyłącznik nadprądowy widok boku aparatu
Rysunek nr 3 Wyłącznik nadprądowy widok boku aparatu

Oznaczenia:

Sekcja nr 1 – znak zgodności CE niezbędny do wprowadzenia produktu do obrotu na terenie UE

Sekcja nr 2 – dodatkowe oznaczenia: nazwa producenta, kraj pochodzenia, strona internetowa producenta, norma wykonania produktu IEC/EN 60898-1, częstotliwość znamionowa, symbol elektryczny wyłącznika

Sekcja nr 3 – kod EAN produktu pozwalający na identyfikację

Symbol elektryczny wyłacznika nadprądowego z opisem
Rysunek nr 4 Symbol elektryczny wyłącznika nadprądowego z opisem
Wyłącznik nadprądowy widok od góry
Rysunek nr 5 Wyłącznik nadprądowy widok od góry

Oznaczenie:

Sekcja nr 1 – zacisk windowy do podłączenia przewodu

Sekcja nr 2 – zacisk widełkowy do podłączenia szyny łączeniowej

Dodatkowo na plecach aparatu znajduje się czarny zatrzask służący do mocowania wyłącznika na szynie TH 35.

Warto w tym miejscu wspomnieć iż porządne wyłączniki nadprądowe posiadają karbowane zaciski windowe. Karby to po prostu lekkie wyżłobienia w stalowym zacisku, które zwiększają powierzchnię przylegania przewodu w zacisku oraz utrudniają jego wypadnięcie. Ma to znaczenie przy przepływie prądu zwarciowego, któremu towarzyszą potężne siły elektrodynamiczne mogące powyrywać przewody z zacisków i uniemożliwić prawidłowe wyłączenie prądu zwarciowego.

Karbowane zaciski wyłącznika nadprądowego
Rysunek nr 6 Karbowane zaciski wyłącznika nadprądowego

Podstawowe parametry wyłączników nadprądowych

Napiecie znamionowe Ue – napięcie pracy wyłącznika nadprądowego, zwyczajowo 230/400 VAC (fazowe/miedzyfazowe). Wyłacznik może również pracować z napięciem DC, wtedy widnieje dodatkowa informacja.

Częstotliwość znamionowa f – znamionowa częstotliwość pracy wyłącznika nadprądowego,  50/60Hz

Charakterystyka wyzwalania: B, C, D. Dla wyłączników zgodnych z IEC/EN 60947-2 występują jeszcze charaktersytyki  Z,K,S.

Znamionowa zdolność wyłączania Icn – informacja jak wysokiej wartości prądy zwarciowe może wyłącznik nadprądowy wyłączyć. Parametr właściwy dla wyłaczników zgodnych z IEC/EN 60898-1.

Klasa ograniczania energii – oznaczona cyfrą, zwykle cyfrą numer „3”. Oznacza wartość energii przepuszczanej wyrażonej  całką Joule’a I2t. Parametr wykorystywany przy badaniu selektywności wyłączników nadprądowych.

Odporność na udar Uimp – wytrzymałość wyłącznika nadprądowego na udar napięciowy. Sprawdzane impulsem o parametrze 1,2/50 us. Dla wyłączników nadprądowych zazwyczaj ten parametr wynosi 4kV.

Znamionowe napięcie izolacji Ui –wytrzymałośc dielektryczna wyłączników nadprądowych, określające czy spełniony jest warunek bezpiecznego odłączenia. Napięcie Ui powinno być większe od napięcia znamionowego Ue

Trwałość elektryczna i mechaniczna – liczba operacji łączeniowych które wyłącznik nadprądowy musi móc wykonać. Operacje elektryczne to te wykonywane przy podanym napięciu na zaciski aparatu

Wyłącznik nadprądowy budowa

Przekrój wyłącznika nadprądowego
Rysunek nr 7 Przekrój wyłącznika nadprądowego

Opis:

  1. Dźwignia napędowa
  2. Zamek
  3. Styk stały i styk ruchomy
  4. Zaciski przyłączeniowe
  5. Wyzwalacz termobimetalowy (przeciążeniowy)
  6. Korpus izolacyjny (obudowa)
  7. Wyzwalacz elektromagnetyczny (zwarciowy)
  8. Komora gaszeniowa

Wyłącznik nadprądowy jak działa?

W normalnych warunkach pracy wyłącznik nadprądowy przewodzi prąd i zasila odbiorniki elektryczne.  Przewody elektryczne wprowadza się do zacisków przyłączeniowych (pkt 4, rysunek nr 7).  Przepływ prądu powoduje powstanie pola magnetycznego oraz wydzielanie się ciepła. Przepływ zbyt wysokiego prądu (wyższego od prądu znamionowego In) powoduje nagrzanie sie wyzwalacza bimetalowego, który to pod wpływem temperatury wydłuża się uruchamiajac sprężynę zamka i powodując wyłączenie aparatu. Wyzwalacz bimetalowy działa w zakresie 1,13 do 1,45 x In i czas zadziałania wyznaczany jest w godzinach.

W przypadku przepływu prądu zwarciowego, (prąd kilkukrotnie wyższy od prądu znamionowego In) na cewce (pkt 7, rysunek nr 7) powstaje siła elektrodynamiczna, powodująca ruch tłoka wewnątrz cewki i napieranie na styk ruchomy. Powoduje to rozłączenie styków i zadziałanie wyłącznika nadprądowego. Podczas wyłączania może powstać łuk elektryczny, który poprzez prowadnicę łukową jest kierowany do komory gaszeniowej (pkt 8, rysunek nr 7).

Następnie łuk elektryczny jest dzielony na kilka części, co zwiększa jego napięcie i zmniejsza natężenie prądu. Prowadzi to do schłodzenia i wygaszenia łuku elektrycznego oraz dejonizacji gazów, które są wyprowadzane na zewnątrz aparatu.

UWAGA: Odłączenie styków wyłącznika nadprądowego przy przepływie prądu zwarciowego następuje bardzo szybko, ok. 0,5ms.  Sam łuk elektryczny jest gaszony w komorze gaszeniowej w ciągu kilku milisekund (ok. 4ms). To oznacza, że wyłącznik nadprądowy nigdy nie wyłącza pełnego potencjalnego prądu zwarciowego Icc, a jedynie jego początkową, mniejszą wartość. Mówi o tym m.in klasa ograniczania energii wyłącznika nadprądowego.

Wyłącznik nadprądowy do czego służy?

Wyłączniki nadprądowe to obecnie najpopularniejsze zabezpieczenia wypierające wkładki topikowe tzw. bezpieczniki lub korki. Wyłącznik nadprądowy przede wszystkim  ma za zadanie ochronić instalację elektryczną i podłączone do niej urządzenia przed skutkami przepływu prądu zwarciowego i przeciążeniowego. Dokonuje tego poprzez wyłączenie i przerwanie zasilania odbiorników elektrycznych, które chroni.

Co robi wyłącznik nadprądowy w instalacji elektrycznej?

  1. Wyłącznik nadprądowy chroni przed skutkami przepływu prądu zwarciowego wykorzystując do tego wyzwalacz magnetyczny (zwarciowy)
  2. Wyłącznik nadprądowy chroni przed skutkami przepływu prądu przętężeniowego wykorzystując do tego wyzwalacz bimetalowy (przeciążeniowy)
  3. Wyłącznik nadprądowy chroni przed powstaniem pożaru nie pozwalając na przeciążenie przewodów. Przeciążenie przewodów prowadzi do wzrostu ich temperatury, zwęglenia izolacji i jej zapłonu, a w konsekwencji pożaru instalacji elektrycznej i następnie całego obiektu.
  4. Wyłącznik nadprądowy chroni przed porażeniem prądem elektrycznym. Zgodnie z normą PN-HD 60364-4-41 pełni rolę samoczynnego wyłączenia zasilania (SWZ), tym samym pełniąc rolę ochrony przy dotyku pośrednim.

Co to jest wyłącznik nadprądowy selektywny?

Wyłącznik nadprądowy selektywny jest przeznaczony zasadniczo do stosowania jako zabezpieczenie przedlicznikowe w instalacjach domowych i podobnych. Wiele zakładów energetycznych montuje te urządzenia w złączach kablowych, w niektórych regionach Polski stało się to standardem. W przeciwieństwie do zwykłych wyłączników nadprądowych, wyłącznik selektywny posiada poza obwodem sterowniczym dodatkowo obwód pomocniczy oraz załączający.

Wyłącznik nadprądowy selektywny
Rysunek 8 Wyłącznik nadprądowy selektywny

Wyłącznik nadprądowy selektywny jak działa?

Przy opisie działania wyłącznika nadprądowego selektywnego wykorzystany zostanie rysunek nr 9.

Schemat układu selektywnego wyłącznika nadprądowego
Rysunek nr 9 Schemat układu selektywnego wyłącznika nadprądowego

Opis:

Obwód sterowniczy: B1 – wyzwalacz termiczny;   M1 –bezzwłoczny wyzwalacz zwarciowy;   K1 – styk główny;

Obwód pomocniczy: B2 – bimetal;  R – rezystor ograniczający;  K2 – styk

Obwód załączający:   M2 – elektromagnes (cewka);  K3 – styk sprzężony mechanicznie

Włączanie i wyłączanie ręczne

Procedura włączania

  1. Włączenie wyłącznika – pozycja ON
  2. Styki K2 i K3 są zamykane
  3. Napięcie elektryczne dociera do elektromagnesu M2
  4. elektromagnes M2 naciąga sprężynę
  5. Główny styk K1 zostaje zamknięty
  6. Styk K3 otwiera się bo jest sprzężony mechanicznie z K1
  7. Urządzenie jest włączone: obwód sterowniczy, pomocniczy i załączający są zamknięte

Procedura wyłączania

  1. Wyłącznik jest wyłączony – pozycja OFF
  2. Główny styk K1 i styk K2 zostają otwarte
  3. Urządzenie jest wyłączone: Wszystkie obwody są otwarte

Przeciążenie

Bimetal B1 przerywa dopływ prądu

Zwarcie

  1. Zwarcie bezpośrednio za wyłącznikiem – wyzwalacz bezzwłoczny M1 otwiera styk K1 i zamyka styk K3, który jest sprzężony mechanicznie. Prąd płynie przez obwód pomocniczy i napotyka na rezystor ograniczający R. Po ok 50ms bimetal B2 otwiera styki K1, K2 i K3.
  2. Zwarcie za kolejnym wyłącznikiem (wyłącznik selektywny) i zwykły połączone szeregowo – wyzwalacz bezzwłoczny M1 otwiera styk K1 i zamyka styk K3, który jest sprzężony mechanicznie. Kolejny wyłącznik nadprądowy rozłącza jednocześnie i przerywa zwarcie. Ograniczony prąd płynie przez obwód pomocniczy do momentu aż elektromagnes M2 zamknie ponownie zestyk K1. Dzięki temu pozostałe sekcje zasilane wyłącznikiem selektywnym nie tracą zasilania, zostaje zachowana selektywność.

Charakterystyka wyzwalania wyłączników nadprądowych wg IEC/EN 60898-1

Charakterystyka wyzwalania definiuje zakres prądu, w jakim wyzwalacz elektromagnetyczny przerwie obwód elektryczny. Wyzwalanie termiczne jest identyczne we wszystkich zakresach, bez względu jakiej charaktersytyki jest wyłącznik nadprądowy.  Ze względu na zmiany temperatury, krzywa pokazuje zakres, a nie konkretną wartość. Dlatego często nazywana jest, zresztą słusznie, charakterystyką pasmową.

Krzywa wyzwalania zgodnie z IEC/EN 60898-1, źródło: Poradnik Projektanta, EATON
Rysunek nr 10 Krzywa wyzwalania zgodnie z IEC/EN 60898-1, źródło: Poradnik Projektanta, EATON

Opis rysunku:

  1. Prad niezadziałania Int :       Int = 1.13 x In : t > 1 h
  1. Prad zadziałania: It = 1.45 x In : t < 1 h
  1. 2.55 x In : t = 1 – 60 s (In < 32 A),  t = 1 – 120 s (In > 32 A)
  1. 3 x In : t > 0.1 s
  2. 5 x In : t < 0.1 s
  3. 5 x In : t > 0.1 s
  4. 10 x In : t < 0.1 s
  5. 10 x In : t > 0.1 s
  6. 20 x In : t < 0.1 s

Objaśnienia szczegółowe:

 

  • Obszar nr 1: Prąd Int to prąd niezadziałania wyzwalacza zwłocznego przeciążeniowego. Prąd o krotności do 1,13 prądu znamionowego (1,13 x In) nie powinien być rozłączany przez czas umowny wynoszący 1 godzinę (wyłączniki do 63A) lub dwie godziny dla wyłączników powyżej 63A.
  • Obszar nr 2: Prąd It to umowny prąd zadziałania wyzwalacza zwłocznego przeciążeniowego. Prąd o krotności conajmniej 1,45 prądu znamionowego (1,45 x In) musi zostać rozłączony najpoźniej po upływie czasu mownaego (1 godzinę (wyłączniki do 63A) lub dwie godziny dla wyłączników powyżej 63A)
  • Obszar nr 3: Prąd 2,55 x In to krzywa ograniczenia tolerancji prądu testowego (niezdefiniowany zakres zadziałania).  Ten zakres prądowy nie jest brany pod uwagę przy projektowaniu.
  • Obszar 4,6,8 – umowny prąd niezadziałania wyzwalacza bezzwłocznego (zwarciowego). Wyzwalacz zwarciowy nie powinien reagować do wartości granicznej. Przykładowo dla wyłącznika typu B jest to wartość 3 x In.
  • Obszar 5,7,9 – umowny prąd zadziałania wyzwalacza bezzwłocznego (zwarciowego). Wyzwalacz zwarciowy musi reagować w ciągu 100ms (0,1s) od wystąpienia prądu o tej wartości. Przykładowo dla wyłącznika typu B jest to wartość 5 x In.

Charakterystyka wyzwalania wyłączników nadprądowych zgodnie z IEC 60947-2

Dla specjalnych zastosowań, gdzie znormalizowane charakterystyki B, C, D (zgodnie z IEC/EN 60898) nie są wystarczające, dostępne są inne wykonania: Z, K, S. Wymienione typy charakterystyk mają inne ustawienia wyłączania prądu zwarcia (prąd chwilowy Ii). Głównym celem zastosowania jest zapewnienie wystarczającej odporności wyłącznika nadprądowego na prąd rozruchowy stosowanego urządzenia. Prawidłowy dobór typu charakterystyki zależy również od wartości dostępnej impedancji pętli zwarcia (Zs) i obwodu zabezpieczanego.

Dla członu przeciążeniowego stosuje się następujące zasady:

  • umowny prąd niezadziałania (Int): 1,05xIn
  • umowny prąd zadziałania (It): 1,30xIn

Dla wyłączników do 63 A uzgodniony czas to 1 godzina lub 2 godziny dla wyłączników powyżej

63 A. Dalszy wygląd charakterystyki zadziałania zależy od definicji producenta.

Metoda oceny zdolności zadziałania zgodnie z normą IEC/EN 60947-2 różni się od wymagań normy

IEC/EN 60898-1 i dlatego nie jest możliwa prosta, bezpośrednia konwersja parametrów.

Ważne: Wybór różnych typów charakterystyki (np. D, K, S w stosunku do B) nie zapewnia selektywności pomiędzy wyłącznikami nadprądowymi, ponieważ wyłączniki mają porównywalne wartości energii przewodzenia (całka Joule’a I2t)

Krzywa wyzwalania zgodnie z IEC/EN 60947-2, źródło: Poradnik Projektanta, EATON
Rysunek nr 11 Krzywa wyzwalania zgodnie z IEC/EN 60947-2, źródło: Poradnik Projektanta, EATON

Krotności wyłączników nadpradowych

Charakterystyka

Wyzwalacz przeciążeniowy termobimetalowy

Umowny prąd niezadziałania wyzwalacza przeciążeniowego Int

Umowny prąd zadziałania wyzwalacza przeciążeniowego Int

Czas zadziałania

Z

1,13 · In

 

1,45 · In

³ 1 h

<1 h

B

1,13 · In

 

1,45 · In

³ 1 h

<1 h

C

1,13 · In

 

1,45 · In

³ 1 h

<1 h

K

1,13 · In

 

1,45 · In

³ 1 h

<1 h

D

1,13 · In

 

1,45 · In

³ 1 h

<1 h

S

1,13 · In

 

1,45 · In

³ 1 h

<1 h

Tabela nr 2 Krotności wyzwalania członu przeciążeniowego wyłączników nadprądowych

Charakterystyka

Wyzwalacz przeciążeniowy elektromagnetyczny

Umowny prąd niezadziałania wyzwalacza bezzwłocznego zwarciowego Irm1

Umowny prąd zadziałania wyzwalacza bezzwłocznego zwarciowego Irm2

Czas zadziałania

Z

2 · In

 

3 · In

³ 0,1 s

< 0,1 s

B

3 · In

 

5 · In

³ 0,1 s

< 0,1 s

C

5 · In

 

10 · In

³ 0,1 s

< 0,1 s

K

8 · In

 

12 · In

³ 0,1 s

< 0,1 s

D

10 · In

 

20 · In

³ 0,1 s

< 0,1 s

S

15 · In

 

18 · In

³ 0,1 s

< 0,1 s

Tabela nr 3 Krotności wyzwalania członu zwarciowego wyłączników nadprądowych

Wyłączniki nadprądowe klasa ograniczania energii

Klasa ograniczenia energii, jest parametrem dotyczącym wyłączników nadmiarowo-prądowych
przeznaczonych do stosowania w instalacjach elektrycznych domowych i podobnych, a parametr ten wynika z zapisów normy IEC/EN 60898-1. Ponieważ te wyłączniki nadprądowe są montowane w budownictwie mieszkaniowym, siłą rzeczy są obsługiwane przez osoby niewykwalifikowane – typowego Jana Kowalskiego. W związku z tym musimy liczyć się z tym, że takie osoby nie zachowają odpowiedniej ostrożności zwłaszcza w przypadku wystąpienia zwarcia lub przeciążenia.

Zadziałanie wyłącznika nadprądowego w momencie wystąpienia zwarcia w instalacji elektrycznej następuje automatycznie. Wyzwolenie zabezpieczenia powoduje zanik zasilania w obwodzie, który wyłączył. Naturalnym jest, że użytkownik będzie próbować samodzielnie ponownie załączyć aparat, aby przywrócić zasilanie, nie zastanawiając się wiele nad przyczyną zadziałania. Jeśli powód zadziałania wciąż występuje, nasz Jan Kowalski może załączyć aparat na zwarcie. W takiej sytuacji aparat znów wyzwoli, ale będzie przez niego chwilowo płynąć prąd zwarciowy i powstanie łuk elektryczny. Efektem ubocznym wygaszenia łuku elektrycznego są gazy zmieszane z cząsteczkami metalu, które są wydmuchiwane poza aparat przez jego szczeliny znajdujące się przy dźwigni aparatu oraz na górze i dole obudowy. Co istotne, gaz jest wydmuchiwany pod bardzo dużym ciśnieniem posiada temperaturę bliską 1000 st. C.  Łatwo sobie wyobrazić skutki poparzenia gazem o takiej temperaturze – a z całą pewnością Jan Kowalski nie bedzie posiadać odzieży chroniącej przed takim zjawiskiem. Wartość energii powstającej podczas wyłączania instalacji przez wyłącznik nadmiarowo-prądowy określa się parametrem nazwanym całką Joule’a (I2t).

Zasada ograniczania prądu zwarciowego przez wyłączniki nadprądowe
Rysunek nr 12 Zasada ograniczania prądu zwarciowego przez wyłączniki nadprądowe

Aby uchronić niewykwalifikowane osoby obsługujące wyłączniki przed poparzeniem, wprowadzono w normie PN-EN 60898-1 parametry i badania, których spełnienie nie powinno doprowadzić do poparzenia osób w sytuacjach opisanych wyżej. Przede wszystkim ograniczono wartość energii, która powstaje podczas wyłączania zwarcia. Wielkość energii wydzielanej w aparacie podczas wyłączania prądów zwarciowych świadczy o sprawności układu gaszenia łuku elektrycznego powstającego podczas wyłączania prądów zwarciowych o określonej wartości. Im mniejsza energia wydzielana w aparacie, tym aparat ma bardziej sprawny układ gaszenia łuku.

W zależności od wartości energii łuku (całki Joule’a), od zdolności do gaszenia łuku, znamionowej zwarciowej zdolności wyłączania i typu wyzwalacza zwarciowego ustalono trzy grupy wyłączników nadmiarowo-prądowych i odpowiadające im trzy klasy ograniczania energii. Przykładowo trzecia grupa wyrobów przy spodziewanym prądzie zwarciowym 6000 A dla aparatu zabezpieczającego typu B o prądzie znamionowym do 16 A nie może mieć energii wydzielanej podczas wyłączania zwarcia o podanej wartości większej niż 35 000 A2s. Druga grupa wyrobów dopuszcza wydzielanie się energii o znacznie większej wartości, a pierwsza o jeszcze większej. Dla użytkownika najbezpieczniejszy jest wyłącznik w najwyższej, trzeciej (3) klasie ograniczania energii, ponieważ najardziej ogranicza energię prądu zwarciowego.  Mniejsza energia wydzielana wewnątrz to również mniejszy wyrzut gazów z aparatu na zewnątrz, to bezpieczniejsza eksploatacja.

Znamionowa zwarciowa zdolność łączeniowa [A]

Klasy ograniczania energii

1

2

3

I2tmax w [A2s]

I2tmax w [A2s]

I2tmax w [A2s]

I2tmax w [A2s]

I2tmax w [A2s]

Typ B i C

Typ B

Typ C

Typ B

Typ C

3000

Nie określono

31 000

37 000

15 000

18 000

4000

60 000

75 000

25 000

30 000

6000

100 000

120 000

35 000

42 000

10000

240 000

290 000

70 000

84 000

Tabela 4 Dopuszczalne wartości I2t dla wyłączników nadprądowych do prądu In równego lub mniejszego 16A. Źródło: PN-EN 60898-1

Znamionowa zwarciowa zdolność łączeniowa [A]

Klasy ograniczania energii

1

2

3

I2tmax w [A2s]

I2tmax w [A2s]

I2tmax w [A2s]

I2tmax w [A2s]

I2tmax w [A2s]

Typ B i C

Typ B

Typ C

Typ B

Typ C

3000

Nie określono

40 000

50 000

18 000

22 000

4000

80 000

100 000

32 000

39 000

6000

130 000

160 000

45 000

55 000

10000

310 000

370 000

90 000

110 000

Tabela 5 Dopuszczalne wartości I2t dla wyłączników nadprądowych do prądu In powyżej 16A. Źródło: PN-EN 60898-1

Podsumowanie

Artykuł ten jest pierwszą częścią serii poświęconej wyłącznikom nadprądowym.  W kolejnych częściach zostanie omówiony dobór wyłączników nadprądowych oraz sprawdzanie ich selektywności.

Facebook
Twitter
LinkedIn
Email

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *