Wyłącznik nadprądowy – jak działa, do czego służy i jak go dobrać?

Wyłącznik nadprądowy nie powinien być też utożsamiany z wyłącznikiem różnicowoprądowym. Wyłączniki nadprądowe stanowią zabezpieczenie, jednak wyłączniki różnicowoprądowe mają w szczególności chronić przed porażeniem prądem w wyniku dotknięcia odsłoniętych przewodów lub nieprawidłowo zrealizowanego uziemienia - odcinają niebezpieczne prądy w obwodach.

Czym jest wyłącznik nadprądowy i jak działa?

Wyłącznik nadprądowy to automatycznie obsługiwany przełącznik elektryczny. Jego główna funkcja polega na przerwaniu ciągłości obwodu elektrycznego w momencie, gdy prąd płynący w tym obwodzie przekroczy bezpieczną wartość. Działa on w celu zapobiegania uszkodzeniom obwodu, awariom sprzętu i potencjalnym pożarom wynikającym z nadmiernego prądu.

Mechanizm działania wyłącznika opiera się na dwóch wyzwalaczach:

• Wyzwalacz przeciążeniowy (termobimetalowy lub elektroniczny) - jego rolą jest ochrona przed przeciążeniami. Przeciążenie ma miejsce, gdy przez element przepływa prąd większy niż jego wartość znamionowa, co prowadzi do wydzielania ciepła. Długotrwale podwyższona temperatura przewodów może w skrajnym przypadku doprowadzić do stopienia izolacji i pożaru. Wyzwalacz przeciążeniowy jest ustawiony na zadziałanie przy prądzie wynoszącym od 1,13 do 1,45 krotności prądu znamionowego wyłącznika.
• Wyzwalacz zwarciowy (elektromagnetyczny lub elektroniczny) - służy do ochrony przed zwarciami. Zwarcie to połączenie przewodu fazowego i neutralnego, na przykład na skutek uszkodzenia izolacji, co powoduje pojawienie się w obwodzie prądu zwarciowego o bardzo dużym natężeniu. Taki prąd musi zostać jak najszybciej przerwany, by zapobiec uszkodzeniom przewodów i odbiorników bądź pożarowi. Wyzwalacz zwarciowy działa bezzwłocznie, a jego próg zadziałania zależy od charakterystyki wyłącznika, np. 3-5 krotność prądu znamionowego dla typu B, 5-10 dla typu C, 10-20 dla typu D.

Główne zalety wyłączników nadprądowych, w porównaniu do tradycyjnych bezpieczników topikowych, to ich wyższa czułość (rozłączanie prądu przy niższych natężeniach i w krótszym czasie) oraz możliwość wielokrotnego zadziałania, co eliminuje konieczność wymiany elementu po każdym wyłączeniu.

Rodzaje wyłączników nadprądowych – podział i oznaczenia

Wyłączniki nadprądowe dzielimy ze względu na kilka kryteriów:

1. Liczba biegunów (modułów)
   W instalacjach elektrycznych występują odmiany 1-, 2-, 3- i 4-biegunowe. Dostępne są również wersje z torem neutralnym (np. 1P+N) lub bez (np. 1P). Standardowa szerokość jednego bieguna wynosi 17,7 mm dla wykonań standardowych, a 27 mm (1,5 modułu) dla przemysłowych.
2. Charakterystyka czasowo-prądowa (charakterystyka wyłączenia)
   Ta klasyfikacja określa szybkość zadziałania wyłącznika w zależności od natężenia przepływającego prądu.
   ◦ Typ A: Wyłączniki charakteryzują się natychmiastowym zadziałaniem (bezzwłocznym) przy prądzie 2-3 razy przekraczającym prąd znamionowy. Są najbardziej wrażliwe i stosowane głównie do zabezpieczania urządzeń elektronicznych.
   ◦ Typ B: Najbardziej standardowa grupa, przeznaczona do rozwiązań mieszkaniowych. Stosowane są do zabezpieczania obwodów o małych prądach rozruchowych, takich jak obwody gniazdkowe i oświetleniowe. Zadziałają natychmiast, gdy prąd przekroczy 3-5 razy prąd znamionowy.
   ◦ Typ C: Stosowane do zabezpieczania urządzeń o zwiększonych prądach rozruchowych. Główne zastosowanie znajdują w przemyśle, np. do rozruchów silników indukcyjnych, wentylatorów, transformatorów i oświetlenia fluorescencyjnego. Wyzwalają się przy prądach od 5 do 10 razy przekraczających prąd znamionowy.
   ◦ Typ D: Przeznaczone dla urządzeń o dużym prądzie rozruchowym. Są to typowo przemysłowe zastosowania, takie jak zabezpieczenia zwarciowe silników energooszczędnych, transformatorów, zasilaczy bezprzerwowych (UPS), dużych silników, urządzeń rentgenowskich i sprzętu spawalniczego. Są najmniej czułe i zadziałają przy prądach od 10 do 20 razy przekraczających prąd znamionowy.
   ◦ Typ K: Często używane w silnikach, zaprojektowane do natychmiastowego wyzwalania, gdy prąd osiągnie 8 do 12-krotność prądu znamionowego. Są bardziej czułe niż typ D, gdy prąd jest nieco wyższy od znamionowego.
   ◦ Typ Z: Charakteryzują się podwyższoną czułością, przeznaczone do ochrony elektroniki i wrażliwych układów półprzewodnikowych. Zadziałają, gdy prąd osiągnie 2-3 razy prąd znamionowy.
3. Prąd znamionowy (In)
   Standardowe prądy znamionowe to szeroki szereg wartości, jak 6 A, 10 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 50 A, 63 A, 80 A, 100 A, 125 A. Rzadziej, choć dostępne u niektórych producentów, występują wartości 0,5 A, 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 8 A. W Polsce prąd 13 A jest rzadko stosowany.

Jak dobrać wyłącznik nadprądowy do instalacji?

Dla bezpieczeństwa i niezawodności instalacji elektrycznej prawidłowy dobór wyłączników nadprądowych jest podstawą. Przy wyborze należy wziąć pod uwagę cztery główne czynniki:

1. Obciążalność prądową (prąd znamionowy In), czyli podstawową wartość, na której oparta jest charakterystyka wyzwalania. Dla instalacji domowych i mieszkaniowych, zazwyczaj stosuje się zabezpieczenia 10 A dla obwodów oświetleniowych (położonych przewodem o przekroju 1,5 mm²) oraz 16 A dla obwodów gniazdowych i pozostałych (dla przewodów o przekroju 2,5 mm²).
2. Czasowo-prądową charakterystykę wyzwalania (A, B, C, D, K, Z) - wybór charakterystyki zależy od rodzaju odbiorników podłączonych do obwodu i ich prądów rozruchowych. Na przykład, dla standardowych gniazdek i oświetlenia wystarczy charakterystyka B, natomiast dla silników indukcyjnych lub transformatorów potrzebne są charakterystyki C lub D.
3. Znamionową zwarciową zdolność łączeniową określającą maksymalny prąd i napięcie, dla którego wyłącznik nadprądowy został zaprojektowany do bezpiecznego przerwania obwodu. Może wynosić do 25 kA, choć najbardziej rozpowszechnione są te do 10 kA.
4. Liczbę biegunów, co określa liczbę faz lub obwodów, które mogą być chronione za pomocą jednego urządzenia. Przeciążenie jednego bieguna w wyłączniku wielobiegunowym spowoduje wyłączenie całego urządzenia.

Dobór wyłączników powinien być zgodny z normami, takimi jak PN-HD 60364-4-43:2012, która mówi, że urządzenia zabezpieczające muszą działać zanim nastąpi nadmierny wzrost temperatury żył przewodów. Wymagania te są spełnione, jeśli zachowane są następujące warunki:

• Ib ≤ In ≤ Iz: Prąd obliczeniowy lub znamionowy odbiornika (Ib) musi być mniejszy lub równy prądowi znamionowemu urządzenia zabezpieczającego (In), który z kolei musi być mniejszy lub równy długotrwałej obciążalności prądowej przewodu (Iz);
• I2 ≤ 1,45 Iz: Prąd zadziałania urządzenia zabezpieczającego (I2) musi być mniejszy lub równy 1,45-krotności długotrwałej obciążalności prądowej przewodu (Iz).
• I2 = k × In, gdzie 'k' dla wyłączników nadprądowych o charakterystyce B, C i D wynosi 1,45.

Na przykład, dla obwodu kuchennego z piekarnikiem o mocy 2000 W (ok. 8,7 A) zasilanego przewodem YDYp 3×2,5 mm² (Iz=18,5 A), odpowiednie będzie zastosowanie wyłącznika nadprądowego o prądzie znamionowym 16 A i charakterystyce B.

Wyłącznik nadprądowy a bezpiecznik – czym się różnią?

Zarówno wyłączniki nadprądowe, jak i bezpieczniki elektryczne pełnią podobną funkcję ochronną, przerywając obwód w przypadku nadmiernego prądu. Istnieją jednak fundamentalne różnice.

Biorąc pod uwagę mechanizm działania, bezpieczniki topikowe są zaprojektowane tak, aby się topiły, trwale przerywając obwód. Po zadziałaniu wymagają wymiany. Wyłączniki nadprądowe to przełączniki automatyczne, które po zadziałaniu można ponownie załączyć, co umożliwia wielokrotne użycie.

Wyłączniki nadprądowe oferują wyższą czułość, rozłączając prąd przy niższych natężeniach i w krótszym czasie, co czyni je bardziej niezawodnymi, szczególnie przy niższych napięciach. W Polsce od lat dziewięćdziesiątych wyłączniki nadprądowe stały się powszechnym standardem, wyprzedzając bezpieczniki topikowe.

Gdzie stosuje się wyłączniki nadprądowe? Zastosowania w praktyce

Wyłączniki nadprądowe są kluczowym elementem bezpieczeństwa w szerokim zakresie zastosowań, chroniąc przed przeciążeniami i zwarciami. Ich uniwersalność sprawia, że znajdziemy je wszędzie tam, gdzie istnieje ryzyko wzrostu prądu.

W instalacjach domowych i mieszkaniowych są standardowym zabezpieczeniem obwodów oświetleniowych i gniazdkowych oraz służą do podłączenia urządzeń o małych prądach rozruchowych, gdzie najczęściej stosuje się wyłączniki typu B.
W środowiskach komercyjnych, w budownictwie i przemyśle, gdzie występują urządzenia o zwiększonych lub dużych prądach rozruchowych - np. silniki, transformatory, lampy wyładowcze czy wentylatory - stosuje się wyłączniki typu C lub D. Typ D jest idealny do układów wysoko obciążonych, w tym zasilaczy bezprzerwowych (UPS), dużych silników, urządzeń rentgenowskich czy sprzętu spawalniczego.
W przypadku maszyn i elektroniki, w silnikach często używane są wyłączniki typu K, natomiast typy A i Z, charakteryzujące się podwyższoną czułością, są przeznaczone do ochrony wrażliwych urządzeń elektronicznych i obwodów półprzewodnikowych.

Warto również zauważyć, że Polska Norma PN-EN 60364-4-41 definiuje wyłącznik nadprądowy jako element ochrony przed dotykiem pośrednim. Nie jest on jednak wystarczającym zabezpieczeniem przed dotykiem bezpośrednim - w tym celu konieczne jest stosowanie wyłączników różnicowoprądowych (RCD).

Trwałość i niezawodność wyłączników – na co zwracać uwagę przy zakupie?

Przy wyborze wyłącznika nadprądowego, poza jego parametrami technicznymi, warto zwrócić uwagę na aspekty związane z jego trwałością i niezawodnością:

• Trwałość łączeniowa (liczba cykli załączeń) - to parametr określający maksymalną liczbę operacji, jakie wyłącznik może wykonać. Wyłączniki nadprądowe są zaprojektowane do wielokrotnego zadziałania, co stanowi ich istotną przewagę nad bezpiecznikami topikowymi. Specyfikację dotyczącą trwałości można zazwyczaj sprawdzić w danych technicznych konkretnego modelu.
• Jakość wykonania i zgodność z normami - wybór produktów renomowanych producentów (np. Legrand, Eaton Electric) zapewnia zgodność z normami elektrycznymi i wysoką jakość wykonania, co jest kluczowe dla właściwego i selektywnego działania wyłączników w instalacji.
• Kompatybilność - choć teoretycznie można łączyć komponenty różnych marek, o ile spełniają specyfikacje, nie jest to zalecane w tej samej instalacji. Mieszanie marek może obniżyć wiarygodność testów i potencjalnie unieważnić gwarancje instalacyjne.

Pamiętając o tych zasadach, można optymalnie dobrać i zainstalować wyłączniki nadprądowe, zapewniając bezpieczeństwo i niezawodność całej instalacji elektrycznej. W przypadku wątpliwości, zawsze warto skonsultować się z doświadczonymi doradcami lub elektrykami.