Charakterystyki B, C i D wyłączników nadprądowych: dlaczego eska wybija, a czasem nie wybija, choć powinna

Na każdym wyłączniku nadprądowym jest oznaczenie w rodzaju B16 albo C10. Liczba to prąd znamionowy w amperach. Litera to charakterystyka czasowo-prądowa i odpowiada na pytanie, którego większość ludzi nigdy nie zadaje: jak duży musi być prąd, żeby wyłącznik zadziałał natychmiast?

Dwa wyzwalacze, jeden styk

W wyłączniku nadprądowym (MCB, potocznie „eska”, od oznaczeń dawnych serii S) na ten sam styk działają dwa niezależne mechanizmy.

• Wyzwalacz termiczny to bimetal nagrzewany przez prąd. Wygina się powoli i wyłącza przy przeciążeniu: trochę za dużym prądzie przez dłuższy czas. Im większe przeciążenie, tym szybciej.
• Wyzwalacz elektromagnetyczny to cewka. Gdy prąd skacze do wielokrotności prądu znamionowego, jak przy zwarciu, cewka w kilka milisekund otwiera zamek.

Wyzwalacz termiczny chroni przewód przed powolnym przegrzewaniem. Elektromagnetyczny radzi sobie z prądami zwarciowymi, które zniszczyłyby go w kilka sekund.

Co obiecuje prąd znamionowy

Dla wyłączników według PN-EN 60898-1 (norma dla wyłączników instalacyjnych) część termiczną opisują trzy punkty. In to prąd znamionowy:

Prąd	Co wyłącznik musi zrobić
1,13 × In	Nie zadziałać przez co najmniej godzinę
1,45 × In	Zadziałać w ciągu godziny
2,55 × In	Zadziałać w czasie od 1 do 60 s (do 120 s powyżej 32 A)

Wyłącznik B16 musi więc wytrzymać 18 A przez co najmniej godzinę, a przy 23 A zadziałać w ciągu godziny. To celowo powolne: czajnik i grzejnik przez pięć minut w jednym obwodzie go nie wyłączą i nie powinny.

Liczba 1,45 nie jest przypadkowa. PN-HD 60364-4-43 wymaga, by prąd zadziałania zabezpieczenia był nie większy niż 1,45 obciążalności długotrwałej przewodu (Iz). Dla wyłącznika nadprądowego sprowadza się to do prostej reguły IB ≤ In ≤ Iz: prąd obciążenia nie większy niż prąd znamionowy wyłącznika, a ten nie większy niż obciążalność przewodu.

Charakterystyki: gdzie zaczyna się „natychmiast”

Litera mówi, w jakim zakresie na pewno zadziała wyzwalacz elektromagnetyczny:

Charakterystyka	Zadziałanie natychmiastowe między	Dla wyłącznika 16 A	Typowe zastosowanie
B	3 a 5 × In	48 a 80 A	Mieszkania, gniazda, oświetlenie, długie obwody
C	5 a 10 × In	80 a 160 A	Silniki, większe grupy opraw LED, prądy rozruchowe
D	10 a 20 × In	160 a 320 A	Transformatory, spawarki, duże silniki

Poniżej tego zakresu wyłącznik polega na bimetalu i może potrzebować sekund lub minut. Powyżej otwiera się w czasie dużo krótszym niż dziesiąta część sekundy, zwykle w kilka milisekund. W samym zakresie zależy to od konkretnego egzemplarza.

Dlaczego charakterystyka ma znaczenie: rozruch i prąd zwarcia

Wiele odbiorników pobiera przy włączeniu udar prądu: rozruch silnika, magnesowanie transformatora, ładowanie kondensatorów w zasilaczach LED. Wyłącznik B może uznać taki udar za zwarcie i wybijać przy każdym włączeniu. To główny powód, by wybrać C.

Wyższa charakterystyka ma jednak cenę. Żeby zadziałać natychmiast, wyłącznik potrzebuje większego prądu zwarcia, a ten ogranicza impedancja całej pętli: sieci zasilającej, przewodu do miejsca zwarcia i z powrotem. To impedancja pętli zwarcia Zs. PN-HD 60364-4-41 wymaga, by w układzie TN obwód odbiorczy do 32 A przy 230 V został samoczynnie wyłączony w ciągu 0,4 s. Najprościej zapewnia to wyzwalacz elektromagnetyczny, więc musi być spełniony warunek Zs × Ia ≤ U0, gdzie Ia to prąd pewnego zadziałania natychmiastowego:

Wyłącznik	Ia (pewne zadziałanie)	Największe Zs (230 V ÷ Ia)
B16	80 A	ok. 2,9 Ω
C16	160 A	ok. 1,4 Ω
B10	50 A	ok. 4,6 Ω
C10	100 A	ok. 2,3 Ω

W praktyce pomiarowej dolicza się jeszcze błąd miernika i nagrzanie przewodów, więc zmierzona wartość powinna mieć zapas. Idea się nie zmienia: długi i cienki przewód za wyłącznikiem C może nigdy nie dać prądu zwarcia wystarczającego do natychmiastowego wyłączenia. Dlatego w mieszkaniach domyślnie stosuje się B, a C wybiera się z konkretnego powodu.

W układzie TT prąd doziemienia jest zwykle zdecydowanie za mały dla jakiegokolwiek wyłącznika nadprądowego i wyłączenie zapewnia różnicówka. O układach sieci jest kolejny artykuł z tej serii.

To samo zwarcie doziemne na końcu 80 m przewodu 1,5 mm², około 90–100 A. To więcej niż próg wyzwalania natychmiastowego B16, więc wyłącza w milisekundach; C16 potrzebuje więcej i czeka na wyzwalacz termiczny, prawie sekundę.

Dlaczego wyłącznik wybija

• Przeciążenie: za dużo odbiorników w jednym obwodzie. Wybija po sekundach lub minutach, a sam wyłącznik bywa ciepły.
• Zwarcie: faza dotyka neutralnego albo uziemionej części metalowej. Wybija natychmiast, często z głośnym trzaskiem.
• Rozruch: wybija tylko w chwili włączenia, zwykle silnik albo duża grupa oświetlenia na charakterystyce B.
• Uszkodzony odbiornik: wybija za każdym razem, gdy włączysz jedno konkretne urządzenie.

Dlaczego wyłącznik nie wybija, choć powinien

To groźniejszy przypadek:

• Wyłącznik jest za duży dla przewodu. B20 na przewodzie 1,5 mm² pozwala mu przez godziny przewodzić więcej, niż powinien. Przewód się grzeje, izolacja się starzeje i w końcu zawodzi. Wyłącznik chroni przewód tylko wtedy, gdy jest do niego dobrany.
• Impedancja pętli zwarcia jest za duża dla danej charakterystyki. Obudowa urządzenia przy doziemieniu pozostaje wtedy pod napięciem przez sekundy zamiast milisekund.
• Wyłącznik stoi w przewodzie neutralnym zamiast fazowym. Wyłącza obwód, ale wszystko za nim zostaje pod napięciem.

Typowa polska para to B10 dla oświetlenia na przewodzie 1,5 mm² i B16 dla gniazd na 2,5 mm² miedzi. Ostateczny dobór zależy jednak od sposobu ułożenia przewodu (PN-HD 60364-5-52) i należy do projektanta, a pomiary odbiorcze to sprawdzają.

Sprawdź na schemacie

W WireWhy każdy wyłącznik nadprądowy ma ustawienie charakterystyki B, C albo D, a symulacja korzysta z zakresów PN-EN 60898-1 (przyjmuje środek każdego zakresu, więc prawdziwy wyłącznik może zadziałać w dowolnym jego miejscu). Postaw grzejnik na B16 i dołóż drugi, żeby zobaczyć zadziałanie przy przeciążeniu po odpowiednim czasie; zrób doziemienie na końcu długiego przewodu i porównaj B16 z C16; daj wyłącznik 32 A na przewód 1,5 mm² z dużym obciążeniem i zobacz, jak przewód się przegrzewa, a wyłącznik trzyma.

Otwórz WireWhy na wirewhy.com/pl i zobacz, który wyłącznik zadziała i kiedy. O urządzeniu, które chroni ludzi, a nie przewody, przeczytasz w artykule Dlaczego wybija różnicówka?