Ochrona przed przeciążeniem (§433) — zasada koordynacji Ib ≤ In ≤ Iz i I₂ ≤ 1,45 Iz

W przewodniku o przekroju przewodu i obciążalności prądowej omówiono, jak dobiera się przekrój przewodu na podstawie normalnego prądu roboczego (§523). W przewodniku §434 (ochrona zwarciowa) omówiono, jak ten sam przewód musi wytrzymać prąd zwarciowy przez czas wyłączenia. §433 omawia trzeci, odrębny temat, który znajduje się pomiędzy tymi dwoma: ochronę przed przeciążeniem — ochronę przewodu przed długotrwałym, umiarkowanym nadmiarem prądu, który nie jest zwarciem, ale z czasem może uszkodzić przewód.

Zasada koordynacji: dwa warunki

§433 (na podstawie IEC 60364-4-43) stanowi, że ochrona przed przeciążeniem musi jednocześnie spełniać dwa warunki:

$$I_b \le I_n \le I_z \qquad \text{oraz} \qquad I_2 \le 1{,}45 , I_z$$

Pierwszy warunek (Ib ≤ In ≤ Iz) jest najbardziej znany: zabezpieczenie musi przepuszczać normalny prąd roboczy bez zbędnych wyzwoleń, a jednocześnie być na tyle czułe, by zadziałać, zanim przewód ulegnie strukturalnemu uszkodzeniu wskutek przeciążenia.

Dlaczego drugi warunek nie jest zbędny

Na pierwszy rzut oka drugi warunek (I₂ ≤ 1,45 Iz) wydaje się automatycznie spełniony, gdy spełniony jest pierwszy — ale zależy to od typu zabezpieczenia:

• Wyłącznik nadprądowy (MCB, IEC 60898-1/60947-2): umowny prąd zadziałania I₂ jest z definicji ustalony na poziomie 1,45 × In. Gdy tylko In ≤ Iz (warunek 1), warunek 2 jest zatem automatycznie spełniony — osobne sprawdzanie w praktyce dla wyłącznika nie jest potrzebne.
• Bezpiecznik topikowy (IEC 60269): umowny prąd przetopienia jest wyższy i wynosi zazwyczaj około 1,6 × In. Dla bezpiecznika warunek 2 nie jest automatycznie spełniony przez sam warunek 1 — trzeba go sprawdzić osobno, co w praktyce może oznaczać konieczność zastosowania nieco większego przekroju przewodu, niż wynikałoby to wyłącznie z warunku 1.

Uwaga: to właśnie dlatego stwierdzenie "bezpiecznik pasuje do przewodu" nie oznacza automatycznie tego samego, co "wyłącznik pasuje do przewodu" — leżący u podstaw mechanizm koordynacji różni się między tymi dwoma typami zabezpieczeń.

Różnica względem §434 (ochrona zwarciowa)

§433 i §434 są do siebie podobne — oba dotyczą ochrony przewodu przez to samo zabezpieczenie — ale oceniają zasadniczo inny zakres czasowy i mechanizm uszkodzenia:

Jeden i ten sam wyłącznik nadprądowy w wielu obwodach końcowych pełni obie funkcje jednocześnie — ale wynika to z budowy wyłącznika (element cieplny dla przeciążenia, element elektromagnetyczny dla zwarcia), a nie z gwarancji, która automatycznie obowiązuje dla każdego typu zabezpieczenia i każdego obwodu.

Znaczenie praktyczne

Przy doborze obwodu końcowego nie wystarczy sprawdzić jedynie, czy wyłącznik lub bezpiecznik "pasuje" do przewidywanego obciążenia — należy wyraźnie sprawdzić oba warunki zasady koordynacji, zwłaszcza dla bezpieczników topikowych, gdzie warunek 2 nie wynika automatycznie z warunku 1. W razie wątpliwości co do konkretnych przypadków wyjątkowych (np. obwodów, dla których norma pod pewnymi warunkami nie wymaga osobnej ochrony przed przeciążeniem) należy odwołać się do pełnego tekstu normy.

Typowe błędy

1. Sprawdzanie tylko warunku 1 (Ib ≤ In ≤ Iz) i przyjmowanie warunku 2 (I₂ ≤ 1,45 Iz) za oczywisty — dla bezpieczników jest to błędne założenie.
2. Mylenie §433 z §434 — zasada koordynacji z §433 ocenia przeciążenie, a nie odporność cieplną na zwarcie z §434; potrzebne są obie kontrole, a nie tylko jedna.
3. Wyznaczanie obciążalności prądowej Iz bez właściwych współczynników korekcyjnych (temperatura otoczenia, grupowanie, sposób ułożenia) — zob. przewodnik o przekroju przewodu — przez co zasadę koordynacji sprawdza się względem zbyt optymistycznej wartości Iz.
4. Przyjmowanie, że większy wyłącznik jest zawsze "bezpieczniejszy" — zawyżony In względem Iz narusza właśnie warunek 1 i pozostawia przewód niezabezpieczony przed przeciążeniem.

Powiązane

• Przekrój przewodu i obciążalność prądowa
• §434 — Ochrona zwarciowa i równanie adiabatyczne
• Charakterystyki wyłączników B/C/D