Długotrwały przepływ prądu o nadmiernym natężeniu może spowodować stopienie się izolacji na przewodach. To z kolei zwiększa ryzyko wystąpienia pożaru. Oprócz tego może wówczas dojść do zwarcia przewodów. Głównymi zadaniami wyłączników nadmiarowo-prądowych w związku z tym są: chronienie przewodów przed uszkodzeniami termicznymi, ich zabezpieczanie przed skutkami zwarć oraz zapobieganie przyspieszonemu starzeniu się izolacji elektrycznej.
Najważniejsze elementy wyłącznika nadprądowego to: obudowa, która zapewnia izolację i chroni komponenty wewnątrz przed uszkodzeniami mechanicznymi, dźwignia napędowa, styk stały, styk ruchomy, zaciski przyłączeniowe, komora gaszenia łuku elektrycznego powstającego w momencie rozłączenia styków wyłącznika oraz wyzwalacze. Jeśli chodzi o te ostatnie, wyłączniki wyposaża się w dwa ich typy: przeciążeniowe oraz zwarciowe.
Pierwsze to wyzwalacze termiczne (termobimetalowe). Są zbudowane z dwóch złączonych ze sobą płaskich płytek metalowych, które różnią się współczynnikami rozszerzalności cieplnej. Wzrost temperatury bimetalu wywołany przepływem prądu powoduje jego stopniowe wyginanie się, gdyż każda z jego części ulega termicznemu odkształceniu w innym tempie. Ostatecznie odgina się on w stopniu, który powoduje mechaniczne przerwanie ciągłości obwodu elektrycznego.
Wyzwalacze
Termobimetalowy wyzwalacz nie reaguje więc na przekroczenie prądu znamionowego natychmiast. Aktywuje się dopiero w przypadku długotrwałego przeciążenia, zazwyczaj stosunkowo niewielkiego, wynoszącego w wyłącznikach nadprądowych standardowych typów 1,13‒1,45 prądu znamionowego. W przeciwnym razie obwód byłby zbyt często niepotrzebnie przerywany w sytuacji niestwarzającego zagrożenia chwilowego przeciążenia, np. podczas rozruchów maszyn. Czas reakcji zależy od wartości natężenia prądu, zazwyczaj mieszcząc się w przedziale od ułamków sekundy do 1 godziny.
Wyzwalacze elektromagnetyczne z kolei reagują na zwarcie. Są zbudowane z cewki z dwoma rdzeniami. Jeden z nich może się przemieszczać. W przypadku nagłego wzrostu natężenia prądu na skutek namagnesowania rdzeni ten ruchomy wysuwa się z cewki. To powoduje mechaniczne rozwarcie styków wyłącznika i przerwanie ciągłości obwodu elektrycznego. Ponieważ przy zwarciu natężenie prądu szybko wzrasta do bardzo dużej wartości, wyzwalacz elektromagnetyczny powinien działać natychmiast, w praktyce w czasie krótszym niż 30 ms.
Charakterystyki wyłączników
Najważniejsze parametry tego typu urządzeń to: liczba biegunów (liczba chronionych obwodów), prąd znamionowy i charakterystyka wyzwalania. Wyłączniki nadmiarowo-prądowe klasyfikuje się ze względu na charakterystykę wyzwalania w zależności od natężenia przepływającego przez nie prądu zwarciowego. Wyróżnia się ich cztery typy podstawowe: A, B, C i D.
Wyłączniki nadprądowe o charakterystyce czasowo-prądowej typu A, o działaniu bezzwłocznym, które są wyzwalane przy prądzie zwarciowym przekraczającym 2‒3 razy prąd znamionowy, są rzadko używane – przede wszystkim do zabezpieczania wrażliwych urządzeń elektronicznych.
Popularne w instalacjach domowych wyłączniki o charakterystyce typu B są wyzwalane przy prądzie zwarciowym stanowiącym 3‒5-krotność prądu znamionowego.
Te o charakterystyce wyzwalania typu C, przy prądach zwarciowych od 5 do 10 razy przekraczających prąd znamionowy, są z kolei najczęściej wykorzystywane w instalacjach w przemyśle. Zabezpieczają w nich maszyny o dużych prądach rozruchowych, np. silniki elektryczne.
Najmniej czułe są wyłączniki o charakterystyce typu D, wyzwalane przy prądach zwarciowych od 10 do 20 razy większych niż prąd znamionowy. Również są popularne w przemyśle, w ochronie transformatorów, generatorów i sprzętu spawalniczego.
Wyłączniki nadprądowe a różnicowoprądowe
Podsumowując, wyłączniki nadprądowe chronią instalację przed przepływem prądów o zbyt dużym natężeniu. Stanowią alternatywę dla bezpieczników topikowych. W przeciwieństwie do nich nie ulegają jednak przepaleniu, więc w przypadku załączenia nie trzeba ich wymieniać. Dzięki możliwości zresetowania wyłączników nadprądowych można używać wielokrotnie. Są także czulsze. Z kolei, inaczej niż różnicowoprądowe, nie chronią użytkowników przed porażeniem prądem.
Te drugie są bowiem przystosowane do długotrwałej pracy w stanie zamkniętym i przeznaczone do załączania, przewodzenia, wyłączania prądów w warunkach normalnej pracy – tzn. takich, w których suma geometryczna prądów w przewodach fazowych i neutralnym jest równa zeru. Wtedy prądy te wzajemnie się znoszą i przez przewód neutralny prąd nie płynie.
W razie zakłócenia stanu równowagi w przewodzie neutralnym pojawia się prąd różnicowy. Jeżeli przekroczy on wartość graniczną, zestyki wyłączników różnicowoprądowych otwierają się. W instalacjach elektrycznych niskiego napięcia wyłączniki tego typu zapewniają odłączenie zasilania w ramach ochrony przed porażeniem w przypadku zwarć doziemnych L-PE, uzupełniają ochronę podstawową albo są elementem ochrony przed pożarem na skutek przepływu prądu upływu w razie uszkodzenia izolacji kabli w instalacji. Nie zabezpieczają jednak przed przeciążeniem ani prądami zwarciowymi, ani uszkodzeniowymi w razie zwarcia międzyprzewodowego.
Monika Jaworowska
