Urządzenia zabezpieczające

Poznaj różnice między ochroną przed przeciążeniem i zwarciem, prądem upływowym oraz przepięciem i rozpoznawaj te zabezpieczenia na schemacie elektrycznym.

Elektryczne urządzenia zabezpieczające wyłączają instalację lub ograniczają niebezpieczne zjawiska elektryczne. Warto rozróżniać:

1. zagrożenie, przed którym zapewnia się ochronę;
2. funkcję ochronną;
3. urządzenie, które realizuje tę funkcję.

Na przykład wyłącznik nadprądowy jest urządzeniem. Ochrona przed przeciążeniem i zwarciem to funkcja, którą pełni.

Trzy główne funkcje ochronne

Przetężenie

Przez przewód lub urządzenie płynie zbyt duży prąd.

• Obejmuje przeciążenie i zwarcie.
• Zwykle chroni przed nim wyłącznik nadprądowy lub bezpiecznik topikowy.

Prąd upływowy

Część prądu odpływa do ziemi niepożądaną drogą.

• Może zagrażać osobom i instalacji.
• Wykrywa go wyłącznik różnicowoprądowy lub wyłącznik różnicowoprądowy z zabezpieczeniem nadprądowym.

Przepięcie

Napięcie chwilowo znacznie przekracza zwykłe napięcie sieciowe.

• Może być skutkiem wyładowania atmosferycznego lub operacji łączeniowych.
• Ogranicza je ogranicznik przepięć.

Pojęcia a wymagania AREI

Ta strona wyjaśnia działanie poszczególnych funkcji ochronnych i urządzeń. Szczegółowe zastosowanie wymagań AREI, na przykład wartości zabezpieczeń, czułości wyłączników różnicowoprądowych, warunków uziemienia i doboru zabezpieczenia do przewodu, opisano na stronach Ochrona oraz Wyłączniki, bezpieczniki i ochrona przewodów.

Ochrona przed przeciążeniem i zwarciem

W oficjalnym tekście AREI funkcja ta nazywa się ochroną nadprądową. Mówiąc prościej, chroni przed zbyt dużym prądem.

Przetężenie to prąd przekraczający wartość dopuszczalną w danych warunkach.

Wyróżnia się dwie główne postacie przetężenia:

• Przeciążenie: zbyt duży prąd płynie przez pewien czas, na przykład gdy do jednego obwodu podłączono jednocześnie zbyt wiele urządzeń.
• Zwarcie: uszkodzenie o bardzo małej rezystancji elektrycznej, które może spowodować przepływ bardzo dużego prądu w krótkim czasie.

Zabezpieczenie zapobiega niedopuszczalnemu nagrzewaniu się przewodów i urządzeń elektrycznych oraz ich uszkodzeniu przez nadmierny prąd.

Do możliwych zabezpieczeń należą:

• wyłącznik nadprądowy lub wyłącznik automatyczny;
• wyłącznik mocy;
• bezpiecznik topikowy.

Na schemacie jednokreskowym podaje się między innymi typ urządzenia i jego znamionowy prąd w amperach.

Funkcja a urządzenie

Ochrona przed przeciążeniem i zwarciem jest funkcją. Wyłącznik nadprądowy i bezpiecznik topikowy to urządzenia, które mogą ją realizować.

Wyłącznik nadprądowy / wyłącznik automatyczny

Wyłącznik nadprądowy jest wielokrotnego użytku. W razie przetężenia automatycznie przerywa obwód.

Typowy wyłącznik instalacyjny chroni przed:

• długotrwałym przeciążeniem;
• zwarciem.

Ważne parametry to:

• znamionowy prąd, na przykład 16 A lub 20 A;
• charakterystyka wyzwalania, na przykład B, C lub D;
• liczba biegunów;
• znamionowa zdolność wyłączania zwarć.

Znamionowy prąd wyłącznika należy dobrać między innymi do przekroju przewodu, sposobu jego ułożenia i obciążalności przewodu.

Charakterystyka B, C lub D, nazywana też krzywą wyzwalania, opisuje przede wszystkim krotność prądu znamionowego, przy której następuje szybkie wyzwolenie elektromagnetyczne. Nie oznacza po prostu, że jeden wyłącznik w każdych warunkach reaguje szybciej od drugiego.

Co oznacza charakterystyka B, C lub D?

Litera określa, jaki krótkotrwały prąd szczytowy wyłącznik dopuszcza, zanim zadziała szybkie zabezpieczenie elektromagnetyczne:

Charakterystyka C nie jest powszechnie wymagana w budynkach mieszkalnych. Wyłącznik C16 nadal ma prąd znamionowy 16 A i musi chronić przewód przed przeciążeniem. Różnica polega na tym, że do szybkiego wyzwolenia elektromagnetycznego potrzebny jest większy prąd uszkodzeniowy. Przy tym samym prądzie zwarciowym wyłącznik C może więc zadziałać później niż wyłącznik B.

Wybór charakterystyki B, C lub D zależy od podłączonego obciążenia, przewodu i spodziewanego prądu zwarciowego. Samoczynne wyłączenie musi nastąpić w wymaganym czasie. Nie wybieraj więc charakterystyki C tylko dlatego, że wydaje się „mocniejsza”: sprawdź również impedancję pętli zwarcia, zdolność wyłączania zwarć i dane producenta. Charakterystyka C nie jest powszechnie wymagana w budynkach mieszkalnych.

Krótka odpowiedź

W zwykłych obwodach oświetleniowych i gniazdowych charakterystyka C nie jest automatycznie lepsza ani wymagana. Charakterystyka B często sprawdza się przy typowych obciążeniach; C stosuje się, gdy większy prąd rozruchowy mógłby powodować niepożądane wyłączenia.

Bezpiecznik topikowy

Bezpiecznik topikowy również chroni przed przeciążeniem i zwarciem.

Gdy prąd osiągnie dostatecznie dużą wartość, topi się element bezpiecznika i przerywa obwód. Po zadziałaniu bezpiecznik trzeba wymienić.

Bezpiecznik topikowy i wyłącznik nadprądowy chronią przed podobnymi rodzajami uszkodzeń, ale działają inaczej:

Wyłącznik różnicowoprądowy

Potocznie często mówimy o różnicówce. W pełnej terminologii AREI chodzi o wyłącznik różnicowoprądowy lub urządzenie ochronne różnicowoprądowe.

Wyłącznik różnicowoprądowy porównuje prąd płynący przewodami czynnymi do obwodu z prądem powracającym.

Gdy wartości się różnią, część prądu odpływa inną drogą, na przykład:

• przewodem ochronnym;
• przez metalową obudowę;
• do ziemi;
• w niebezpiecznej sytuacji przez człowieka.

Gdy zmierzony prąd różnicowy lub upływowy przekroczy ustawiony próg czułości, wyłącznik różnicowoprądowy odłącza zasilanie.

Typowe wartości czułości stosowane w instalacjach belgijskich to:

• 300 mA;
• 30 mA.

Szczegółowy dobór i rozmieszczenie opisano na stronie Ochrona.

Wyłącznik różnicowoprądowy z zabezpieczeniem nadprądowym

Wyłącznik różnicowoprądowy z zabezpieczeniem nadprądowym łączy w jednym urządzeniu dwie funkcje:

• ochronę przed przeciążeniem i zwarciem;
• ochronę różnicowoprądową przed prądem upływowym.

Może więc chronić pojedynczy obwód zarówno przed przeciążeniem i zwarciem, jak i przed prądem upływowym.

Ochrona przeciwprzepięciowa

Ogranicznik przepięć chroni przed krótkotrwałymi skokami napięcia.

Zwykłe napięcie sieciowe może gwałtownie wzrosnąć na bardzo krótko, na przykład wskutek:

• wyładowania atmosferycznego w sieć elektryczną lub w jej pobliżu;
• operacji łączeniowych w sieci dystrybucyjnej;
• załączania dużych obciążeń indukcyjnych.

Ogranicznik przepięć ogranicza napięcie, odprowadzając prąd szczytowy odpowiednią drogą. Zmniejsza w ten sposób napięcie docierające do wrażliwych urządzeń elektrycznych i elektronicznych.

Ogranicznik przepięć nie chroni przed przeciążeniem ani zwarciem. Nie zastępuje więc wyłącznika nadprądowego, bezpiecznika topikowego ani wyłącznika różnicowoprądowego.

Liczba biegunów

Liczba biegunów wskazuje, ile przewodów urządzenie zabezpieczające może odłączyć.

Przykłady:

• jednobiegunowe: odłącza jeden przewód;
• dwubiegunowe: odłącza dwa przewody;
• trójbiegunowe: odłącza trzy przewody;
• czterobiegunowe: odłącza cztery przewody.

To, które przewody należy odłączać, zależy między innymi od:

• układu sieci;
• dostępnych faz i ewentualnego przewodu neutralnego;
• typu urządzenia;
• zastosowania;
• obowiązujących przepisów.

Liczba biegunów sama w sobie nie określa, którą fazę należy podłączyć do danego bieguna. Należy przestrzegać kolejności przyłączenia i oznaczeń przewodu neutralnego podanych przez producenta.

Rozdział faz w rozdzielnicy

W instalacjach wielofazowych obwody jednofazowe rozdziela się między dostępne fazy, aby możliwie równomiernie rozłożyć obciążenie sieci.

Typowe układy:

Jedna faza z przewodem neutralnym

Obwód jest zwykle zasilany między fazą a przewodem neutralnym. Innego wariantu tu nie ma. Jeśli stosuje się urządzenie dwubiegunowe, odłącza ono jednocześnie fazę i przewód neutralny.

3 × 230 V bez przewodu neutralnego

Obwody jednofazowe są zasilane między dwiema fazami, na przykład:

• L1–L2;
• L2–L3;
• L3–L1.

Naprzemienne stosowanie par faz pozwala rozłożyć obciążenie między trzy fazy.

3 × 400 V z przewodem neutralnym

Obwody jednofazowe są zwykle zasilane między jedną fazą a przewodem neutralnym:

• L1–N;
• L2–N;
• L3–N.

Naprzemienny przydział faz do obwodów ułatwia zrównoważenie instalacji.

Brak jednej uniwersalnej kolejności

Układ taki jak L1–N, L2–N, L3–N może być przydatny, ale nie jest uniwersalną zasadą podłączania. Faktyczny rozdział faz zależy od projektu rozdzielnicy, szyny grzebieniowej, obciążeń i oznaczeń producenta.

Szyna grzebieniowa

Szyna grzebieniowa sama nie jest urządzeniem. Rozdziela zasilanie między kilka modułowych urządzeń w rozdzielnicy. Wsuwa się ją pod rząd zabezpieczeń, aby rozprowadzić prąd na całej długości rzędu.

Typowe rozwiązanie polega na umieszczeniu wyłącznika różnicowoprądowego na początku rzędu. Jest on zasilany od góry z głównego wyłącznika różnicowoprądowego, a następnie szyna grzebieniowa rozprowadza zasilanie od dołu do pozostałych urządzeń w rzędzie.

Szyny grzebieniowe występują w różnych wersjach, między innymi do:

• instalacji jednofazowych;
• instalacji trójfazowych;
• urządzeń z przewodem neutralnym lub bez niego;
• różnych rozstawów biegunów i konfiguracji przyłączy.

Wersja szyny często wpływa na rozdział faz opisany powyżej. W układzie dwufazowym można też zastosować jedną fazę w każdym rzędzie.