Jak działa wyłącznik nadprądowy (MCB)

Elementy wewnętrzne

Standardowy MCB zawiera pięć układów funkcjonalnych, które współpracują ze sobą:

• Zaciski — śruby lub klemy mocujące przewody
• Płytka bimetalowa — dwa zgrzane metale (zwykle miedź i stal) o różnych współczynnikach rozszerzalności, która wygina się pod wpływem ciepła
• Cewka elektromagnetyczna — uzwojenie, przez które płynie prąd obwodu, z ruchomym rdzeniem
• Mechanizm wyzwalania — sprężynowa dźwignia, która utrzymuje lub zwalnia styki
• Komora gaszenia łuku — pakiet stalowych płytek, które rozdrabniają i chłodzą łuk elektryczny przy otwieraniu styków

1. Ochrona termiczna — przeciążenie

Gdy prąd przekroczy wartość znamionową In wpisaną na MCB, płytka bimetalowa zaczyna się nagrzewać. Ponieważ oba metale rozszerzają się różnie, płytka stopniowo się wygina. Przy wystarczającym ugięciu zwalnia dźwignię wyzwalającą i styki się otwierają.

Mechanizm termiczny ma charakterystykę czasową odwrotnie proporcjonalną do przeciążenia: przy 1,5×In może trwać kilka minut, przy 5×In kilka sekund. Norma IEC 60898-1 wymaga, aby MCB przy 1,13×In (prąd niezadziałania) nie zadziałał w czasie krótszym niż 1 godzina, ale przy 1,45×In musi zadziałać w czasie krótszym niż 1 godzina.

2. Ochrona magnetyczna — zwarcie

Przy zwarciu prąd gwałtownie rośnie do wartości dziesiątki lub setki razy większych od In. Cewka elektromagnetyczna natychmiast wytwarza silne pole magnetyczne, które przyciąga ruchomy rdzeń. Działa on bezpośrednio na mechanizm wyzwalania, otwierając styki w czasie krótszym niż 10 milisekund.

Próg prądu magnetycznego wyzwalania zależy od charakterystyki (charakterystyki wyzwalania) MCB:

3. Komora gaszenia łuku

Gdy styk pod napięciem się otwiera, między dwoma stykami powstaje łuk elektryczny — kolumna zjonizowanej plazmy o temperaturze tysięcy stopni Celsjusza. Jeśli łuk nie zostanie szybko ugaszony, styki się stapiają, a MCB staje się bezużyteczny lub wręcz niebezpieczny.

Komora gaszenia zawiera pakiet cienkich stalowych płytek, które:

• rozdrabniają długi łuk na serię krótkich łuków
• szybko chłodzą plazmę, zmniejszając jej przewodność
• wymuszają dejonizację gazu między stykami

Wszystko to dzieje się w ciągu kilku milisekund. Gorący gaz jest odprowadzany przez otwory wentylacyjne w obudowie MCB — dlatego rozdzielnice wymagają wentylacji i nie są całkowicie szczelne.

4. Zdolność wyłączania (Icu)

Zdolność wyłączania (Icu) to maksymalny prąd zwarciowy, który MCB może przerwać bez uszkodzenia. Wyraża się ją w kA i musi być większa od spodziewanego prądu zwarciowego w miejscu montażu.

Czego MCB NIE robi

MCB nie wykrywa prądów doziemnych (różnicowych). Jeśli osoba dotknie przewodu fazowego i prąd przepłynie przez ciało człowieka do ziemi, MCB nie zadziała (prąd w obwodzie jest niemal taki sam — różnica jest zbyt mała, aby uruchomić mechanizm termiczny lub magnetyczny przy śmiertelnych wartościach różnicowych kilku miliamperów). To jest zadaniem wyłącznika RCCB lub RCBO.

Norma odniesienia

Normą odniesienia dla wyłączników MCB do użytku domowego jest IEC 60898-1 (SR EN 60898-1 w Rumunii), która definiuje charakterystyki B/C/D, minimalną zdolność wyłączania (1,5 kA standardowo, 6 kA zwiększona) oraz czasy wyzwalania przy przeciążeniu i zwarciu.

Norma I7-2011 odnosi się do MCB w kontekście ochrony przed przetężeniami (rozdz. 4.3) oraz selektywności zabezpieczeń (art. 4.3.7.1): MCB połączone kaskadowo muszą być skoordynowane tak, aby przy zwarciu zadziałał ten najbliższy zwarcia, a nie ten na zasilaniu.