Przeciążenie, zwarcie i przepięcie - definicje, skutki i ochrona

Wśród wszystkich błędnie stosowanych pojęć w świecie elektryki, zwarcie, przeciążenie i przepięcie są zdecydowanie jednymi z najważniejszych i najniebezpieczniejszych. Wszystkie te terminy cechuje bowiem inna natura zagrożenia, jej poziom i sposoby ochrony, które będą determinować nasze bezpieczeństwo. Gdzie tkwi więc różnica? Wszystkiego dowiesz się z poniższego artykułu.

Zagrożenia dla instalacji i domowników

Tytułowy podział na zwarcie, przeciążenie i przepięcie stanowi grupę zjawisk, które przezornie zawsze należy brać pod uwagę przy projektowaniu, montażu i serwisowaniu instalacji elektrycznych. Duży stopień niebezpieczeństwa, związany z wystąpieniem któregokolwiek z tych zjawisk, nakłada na nas obowiązek – zarówno ze strony norm, jak i zdrowego rozsądku – stosowania odpowiednich środków ochronnych, pomagających zdecydowanie ograniczyć (nawet do zera) ich negatywne skutki. Nasz krótki poradnik rozpoczniemy od “najmniejszego” z zagrożeń, czyli przeciążenia.

Czym jest przeciążenie instalacji elektrycznej?

Przeciążenie instalacji elektrycznej definiuje się jako zjawisko, w którym natężenie prądu płynącego w obwodzie jest wyższe niż napięcie znamionowe (czyli napięcie w normalnych warunkach pracy). W efekcie dochodzi do wydzielania się ciepła, będącego kwadratem rezystancji obwodu elektrycznego, prądu i czasu jego przepływu. Wzór ten możemy doskonale pamiętać z zajęć z fizyki w szkole średniej jako Prawo Joule’a:

Q = RI²t

Do najczęstszych przyczyn przeciążenia należy podłączenie zbyt wielu odbiorników do obwodów lub urządzenia o zbyt dużej mocy, zastosowanie zbyt małego przekroju przewodu w stosunku do prądu pobieranego w sieci, źle dobrane zabezpieczenia i brud, gromadzący się na stykach.

Skutki przeciążenia instalacji elektrycznej

Do najczęstszych skutków przeciążenia obwodu elektrycznego zaliczamy:

• zniszczenie izolacji przewodów,
• utlenianie się styku w starych instalacjach aluminiowych, skutkujące ukruszeniem przewodu,
• uszkodzenie urządzenia,
• uszkodzenie zwojów w transformatorach i zasilaczach (np. taśm LED-owych),
• zapieczenie lub stopienie styków w wyłącznikach oświetleniowych,
• iskrzenie i w konsekwencji pożar,
• wyższe rachunki za energię w przypadku długotrwałych i/lub częstych przeciążeń.

Zwarcie w instalacji elektrycznej

Chcąc zdefiniować zwarcie w najprostszy sposób, powinniśmy powiedzieć, że jest to połączenie dwóch lub więcej punktów obwodu elektrycznego (np. przewodów), które w normalnych warunkach pracy posiadają różne potencjały elektryczne (napięcie). Połączenie takie cechuje bardzo niska impedancja (rezystancja całkowita), która skutkuje przepływem prądu o bardzo dużym natężeniu, wielokrotnie przekraczającym prąd znamionowy. Do zwarć dochodzi najczęściej w wyniku połączenia przewodu fazowego (L) z innym przewodem fazowym, neutralnym (N) bądź ochronnym (PE). Najczęstszą przyczynę takiego zjawiska zastanowi zaś uszkodzenie izolacji przewodów, zbyt słabe dokręcenie styków lub wykonanie błędnego połączenia.

Skutki zwarcia w obwodzie elektrycznym

Wysoka wartość natężenia prądu zwarciowego może skutkować już o wiele poważniejszymi konsekwencjami, niż w przypadku przeciążenia – choć wiele z nich będzie się powtarzać. Pamiętajmy, że będą one zależne od czynników, takich jak m.in. napięcie zasilania, temperatura otoczenia, właściwości przewodu i urządzeń oraz wielu innych aspektów, które brane są przez uwagę przez specjalistów na etapie projektowania instalacji.

Do skutków zwarcia zaliczamy:

• uszkodzenie izolacji i żyły przewodu,
• spalenie lub “zespawanie” styków,
• uszkodzenie urządzeń,
• możliwość wybuchu pożaru w wyniku wysokiej temperatury i/lub pojawienia się łuku elektrycznego,
• porażenie prądem.

Zabezpieczenia przed przeciążeniem i zwarciem

Podstawowy środek ochrony przed przeciążeniem i zwarciem stanowią wyłączniki nadprądowe (instalacyjne), które zastąpiły klasyczne bezpieczniki topikowe. Aparaty te posiadają w swojej obudowie dwa rodzaje wyzwalaczy – bimetalowy, rozłączający obwód w przypadku wykrycia przeciążenia, oraz elektromagnetyczny, zabezpieczający przed zwarciem, a także komorę gaszeniową, służącą do gaszenia łuku elektrycznego.

Wyzwalacz przeciążeniowy w wyłącznikach nadprądowych ustawiony jest zazwyczaj na 1,13-1,45 krotność prądu znamionowego. Oznacza to, że wyłącznik instalacyjny B10 rozłączy obwód w przypadku przepływu prądu o wartości minimum 11,3 A (dolna granica zadziałania). Przy prądzie przekraczającym 14,5 A mamy zaś pewność co do wyłączenia zasilania. W przypadku zwarcia, o prądzie zadziałania powie nam literka “B”, informująca, że do zadziałania wyzwalacza zwarciowego dojdzie w przypadku, gdy wartość prądu zwarciowego przekroczy 30-50 A.

Czym jest przepięcie elektryczne?

Przepięciem nazywamy znaczny wzrost napięcia ponad maksymalną wartość instalacji elektrycznej. Pod względem pochodzenia dzielimy je na zewnętrzne – np. pochodzące od uderzenia pioruna, oddziaływania pobliskich obwodów elektrycznych, impulsów elektromagnetycznych i nagłych spadków obciążenia sieci oraz wewnętrzne, powstające m.in. w wyniku zwarć, doziemień i iskrzenia na stykach.

O ile większość urządzeń dostępnych w sprzedaży posiada wytrzymałość udarową izolacji na poziomie 1,5 kV, tak zdecydowanie mamy się o co martwić. Przepięcie w instalacji elektrycznej może bowiem wciąż skutkować jej uszkodzeniem, zniszczeniem przewodów, spaleniem rozdzielnicy, a nawet wybuchem pożaru.

Jak zabezpieczyć instalację przed przepięciami?

Odpowiedź jest jedna – ograniczniki przepięć. Zabezpieczenia te dzielimy na cztery klasy – od A do D – i stosujemy kaskadowo, stopniowo zmniejszając napięcie. W rozdzielnicach domowych spotykamy każde z nich z wyłączeniem typu A.

Samodzielny dobór zabezpieczeń? Odradzamy

Z uwagi na ilość czynników i obliczeń, niezbędnych do zapewnienia bezpieczeństwa instalacji i urządzeń, zdecydowanie odradzamy próby samodzielnego doboru zabezpieczeń. Zaufajcie nam – w tej kwestii lepiej będzie zwrócić się do projektanta bądź wykwalifikowanego instalatora.

Pamiętajmy, że błędny dobór bądź pominięcie któregoś ze stopni ochrony może również skutkować brakiem możliwości uzyskania pełnego odszkodowania od ubezpieczyciela w przypadku porażenia, bądź pożaru. Samodzielne majstrowanie przy prądzie zdecydowanie ma więc swoje granice dla użytkownika nieposiadającego specjalistycznej wiedzy. I dla dobra siebie oraz innych zdecydowanie nie warto ich przekraczać.