Co niszczy styki wyłącznika nadprądowego? Czy ręczne wyłączanie skraca żywotność MCB?

Czy podczas ręcznego wyłączania wyłącznika nadprądowego powstaje łuk elektryczny?

Tak.

Jednym z najczęściej powtarzanych mitów jest przekonanie, że łuk elektryczny pojawia się wyłącznie podczas zwarć. W rzeczywistości łuk może wystąpić przy każdym rozłączeniu styków obciążonego obwodu. Nie ma jednej uniwersalnej wartości prądu, przy której łuk zaczyna się pojawiać. O jego powstaniu decyduje jednocześnie napięcie, prąd, materiał styków oraz warunki pracy aparatu.

W przypadku ręcznego wyłączania wyłącznika nadprądowego energia łuku jest jednak nieporównywalnie mniejsza niż podczas wyłączania zwarcia. Wynika to przede wszystkim z dużo niższej wartości rozłączanego prądu.

Dlaczego zwarcie niszczy styki bardziej niż normalna eksploatacja?

Podczas zwarcia przez wyłącznik mogą przepływać prądy liczone w setkach lub tysiącach amperów. W skrajnych przypadkach mogą one osiągać nawet kilka tysięcy amperów. Energia wydzielana w tak krótkim czasie jest wielokrotnie większa niż podczas normalnego wyłączania obciążenia roboczego.

Skutkiem jest:

• intensywne parowanie materiału styków,
• powstawanie plazmy,
• gwałtowny wzrost ciśnienia gazów w komorze,
• silne oddziaływanie łuku na komorę gaszeniową.

To właśnie dlatego zdolność wyłączania zwarć jest jednym z najważniejszych parametrów każdego wyłącznika nadprądowego.

Od czego zależy energia łuku elektrycznego?

Znaczenie ma nie tylko prąd

O skutkach działania łuku decyduje nie tylko wartość prądu, ale również czas jego oddziaływania. Nawet mniejszy prąd jeśli działa odpowiednio długo może dostarczyć znaczną ilość energii.

W praktyce oznacza to, że trwałość styków zależy zarówno od liczby operacji łączeniowych, jak i od warunków, w jakich były one wykonywane.

Minimalne warunki powstania łuku elektrycznego

Dla wielu materiałów stykowych łuk może pojawić się już przy napięciu kilkunastu woltów i prądzie rzędu ułamków ampera. Jednocześnie musimy pamiętać, że wartości te zależą od materiału pomiędzy którym pali się łuk, geometrii elektrod oraz środowiska pracy aparatu.

Dlatego nie da się wskazać jednej uniwersalnej granicy, przy której łuk zawsze wystąpi.

Jak wygląda zużycie styków po tysiącach przełączeń?

To trzeba zobaczyć. W materiale video pokazaliśmy wyłącznik eksploatowany przez długi czas głównie jako łącznik roboczy. Analiza jego wnętrza wykazała wyraźne zużycie samych styków, natomiast komora gaszeniowa pozostała stosunkowo mało obciążona.

To interesująca obserwacja, ponieważ pokazuje, że częste ręczne załączanie i wyłączanie obwodu może prowadzić do stopniowej erozji styków, nawet jeśli aparat nie uczestniczy regularnie w wyłączaniu przeciążeń i zwarć.

Jak rodzaj obciążenia wpływa na trwałość styków?

To jeden z najważniejszych wniosków płynących z dyskusji odcinaka 6A.

Obciążenia rezystancyjne

Odbiorniki takie jak klasyczne grzejniki są stosunkowo łatwe do rozłączania. Prąd i napięcie pozostają w przybliżeniu w tej samej fazie, dzięki czemu warunki gaszenia łuku są korzystniejsze.

Obciążenia indukcyjne

Znacznie większe wyzwanie stanowią transformatory, cewki, styczniki czy silniki.

W takich obwodach energia zgromadzona w polu magnetycznym nie zanika natychmiast po rozłączeniu. Powoduje to powstawanie zjawisk samoindukcji i dodatkowych przepięć, które mogą podtrzymywać łuk przez dłuższy czas.

Obciążenia mieszane

W praktyce większość instalacji nie jest ani czysto rezystancyjna, ani czysto indukcyjna. Każdy rzeczywisty obwód posiada pewną rezystancję, indukcyjność i pojemność. Nawet sam kabel wprowadza dodatkowe parametry wpływające na zachowanie obwodu podczas rozłączania. Oznacza to, że dwa obwody obciążone takim samym prądem mogą w praktyce w różnym stopniu obciążać styki wyłącznika podczas rozłączania.

Czym jest napięcie powrotne TRV i dlaczego ma znaczenie?

Napięcie może wrócić po zgaszeniu łuku

Zjawisko napięcia powrotnego, określanego skrótem TRV (Transient Recovery Voltage). Po rozłączeniu styków napięcie nie zawsze wraca w sposób łagodny. W zależności od charakteru obciążenia mogą pojawiać się krótkotrwałe przepięcia i oscylacje napięcia.

Jeżeli wytrzymałość izolacyjna przerwy międzystykowej okaże się niewystarczająca, może dojść do ponownego zapłonu łuku elektrycznego.

Dlaczego konstrukcja wyłącznika jest tak ważna?

Samo zgaszenie łuku nie wystarcza. Równie ważne jest szybkie odebranie ciepła z kanału łukowego i przywrócenie odpowiednich właściwości izolacyjnych przestrzeni pomiędzy stykami. Jeżeli proces dejonizacji będzie zbyt wolny, napięcie powrotne może ponownie zapalić łuk.

Czy wyłącznik nadprądowy może zastępować zwykły łącznik?

Normy stawiają aparaturze modułowej bardzo wysokie wymagania. Wyłącznik nadprądowy musi zachować bezpieczeństwo nawet w sytuacjach nieprzewidzianych, również podczas obsługi przez osoby niewykwalifikowane. Aparat wykonany spełniający wymagania normy „domowej” powinien wytrzymać nawet sytuację, gdy użytkownik operuje nim w niekorzystnych warunkach pracy.

Nie oznacza to jednak, że regularne wykorzystywanie wyłącznika nadprądowego jako codziennego łącznika jest najlepszym rozwiązaniem. Częste operacje łączeniowe przyspieszają zużycie styków i zwiększają erozję materiału stykowego.

Obejrzyj cały odcinek

Na kanale publikujemy materiały poświęcone fizyce aparatów elektrycznych, ochronie przeciwporażeniowej, zwarciom, normom oraz zagadnieniom, które w codziennej pracy elektryka mają ogromne znaczenie, ale rzadko są omawiane w tak szczegółowy sposób. Nie chcesz przegapić kolejnych odcinków?

Subskrybuj kanał YouTube i włącz powiadomienia o nowych materiałach. 🔔 Subskrybuj kanał YouTube

Wnioski

Na trwałość styków wyłącznika nadprądowego wpływa znacznie więcej czynników niż tylko prąd znamionowy aparatu. Znaczenie mają energia łuku, rodzaj obciążenia, czas trwania zjawiska, napięcie powrotne oraz konstrukcja samej komory gaszeniowej.

Każde rozłączenie obwodu może powodować powstawanie łuku elektrycznego, jednak jego skutki będą zupełnie inne podczas ręcznego wyłączenia odbiornika, a zupełnie inne podczas zwarcia.

To właśnie dlatego pozornie identyczne wyłączniki mogą różnić się trwałością, a prawdziwa jakość aparatu ujawnia się dopiero w trudnych warunkach eksploatacji.

Co to jest „Elektrotechnika bez cenzury”?
Elektrotechnika bez cenzury to projekt, w którym biorą udział uznani specjaliści ze świata nauki i praktyki inżynierskiej:

• dr hab. inż. Łukasz Kolimas, prof. uczelni,
• dr inż. Michał Szulborski,
• dr inż. Sebastian Łapczyński,
• mgr inż. Łukasz Kozarek,
• Piotr Bibik.

W ramach projektu omawiane są zagadnienia związane z fizyką aparatów elektrycznych, ochroną przeciwporażeniową, zwarciami, normami oraz praktycznymi problemami spotykanymi przez elektryków na budowach i w zakładach przemysłowych.