Selektywność wyłączników B20, B16, B10 – który zadziała pierwszy przy zwarciu i przeciążeniu?

Pytanie

Jeśli na jednej linii są zamontowane trzy bezpieczniki typu esy kolejno 20A, 16A i 10A typu B to w przypadku zwarcia lub przeciążenia który wybije pierwszy

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Przeciążenie: pierwszy zadziała wyłącznik nadprądowy B10 (10 A).
• Zwarcie: selektywność nie jest gwarantowana; statystycznie najczęściej zadziała B10, lecz może wyłączyć się równocześnie (lub wręcz szybciej) B16 i/lub B20.

Kluczowe punkty
• W przeciążeniu decyduje człon termiczny – najniższy prąd znamionowy nagrzewa się najszybciej.
• Przy zwarciu wszystkie wyzwalacze elektromagnetyczne osiągają próg w milisekundach; tolerancje produkcyjne powodują brak pewnej kolejności wyłączeń.
• Trzy MCB o tej samej charakterystyce B i zbliżonych wartościach prądowych nie spełniają wymagań selektywności zwarciowej.

Szczegółowa analiza problemu

1. Mechanizmy wyzwalania MCB typu B

1. Człon termiczny (bimetal) – ochrona przeciążeniowa
    • Zadziałanie przy 1,13 × In … 1,45 × In (czas: minuty–godziny).
2. Człon elektromagnetyczny – ochrona zwarciowa
    • Typ B: 3…5 × In, czas < 10 ms.

2. Przeciążenie

Wszystkie wyłączniki są połączone szeregowo – prąd jest identyczny we wszystkich punktach linii.
• Prąd 11–14 A: przeciążony jest wyłącznie B10 → zadziała najpóźniej po kilkudziesięciu sekundach.
• Prąd 18–22 A: B10 (1,8–2,2 × In) i B16 (1,1–1,4 × In) nagrzewają się; B10 osiągnie wymaganą energię Joule’a szybciej.
• Prąd > 22,6 A: wszystkie trzy są przeciążone, lecz relatywne przeciążenie jest największe dla B10 (2,3 × In), najmniejsze dla B20 (≈1,1 × In).
W efekcie selektywność termiczna jest zachowana: wyłączy się MCB o najmniejszym In.

3. Zwarcie

Prąd zwarciowy Ik może przekraczać kilkaset amperów (determinowany przez impedancję pętli zwarciowej Zs).
• Progi magnetyczne:
 B10 → 30–50 A,
 B16 → 48–80 A,
 B20 → 60–100 A.
• Przy Ik ≥ 100 A wszystkie człony elektromagnetyczne są „w obszarze natychmiastowym”. Tolerancje (~±15 %) oraz dynamika gaszenia łuku powodują, że:
 – czas wyzwolenia t ≈ 2–5 ms dla każdego z nich,
 – różnice czasowe ∆t są rzędu pojedynczych milisekund → brak gwarancji selektywności.
• Producentów MCB obowiązuje IEC/EN 60898-1; normy nie nakładają wymogu selektywności między urządzeniami o tym samym typie czasowo-prądowym.

4. Energetyka łuku i integralność toru

Wyłącznik o niższym In ma zwykle niższy prąd ograniczony I²t-let-through; mimo to, gdy zadziałają dwa aparaty, łączna energia odłączania wzrasta → większe naprężenia cieplne w torze prądowym, gorsza niezawodność instalacji.

Aktualne informacje i trendy

• Producenci (Schneider, Eaton, Hager 2023-2024 r.) publikują tabele selektywności. Dla kombinacji B10/B16/B20 selektywność zwarciowa nie jest zapewniona nawet przy Ik = 1 kA.
• Powszechnie zalecane jest łączenie różnych charakterystyk (B→C→D) lub stosowanie wyłączników S-(selective) o wydłużonym czasie wyzwalania, aby uzyskać pełny stacking.
• Coraz częściej używa się wyłączników kompaktowych MCCB z programowalną zwłoką czasową (Zone-Selective Interlocking, ZSI) w sieciach > 40 A.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Selektywność termiczna:
 \[ t \propto \frac{1}{(I/In)^2} \]
• Selektywność zwarciowa: nakłada się charakterystyki magnetyczne – obszary 3…5 × In zachodzą na siebie.
• Impedancja pętli zwarcia:
 \[ I_k = \frac{U_n}{Z_s} \]
 gdzie Uₙ = 230 V, Zₛ obejmuje Rez przewodów + Z_wypadkowa źródła.

Przykład: przewód 2,5 mm², długość 20 m → Zₛ ≈ 0,48 Ω → Ik ≈ 480 A → brak selektywności.

Aspekty etyczne i prawne

• Prawo budowlane i PN-HD 60364 wymagają, by urządzenia ochronne działały selektywnie, gdzie jest to „ekonomicznie uzasadnione”.
• Instalacja z nieosiągalną selektywnością może powodować wyłączenia większych obszarów – ryzyko przerw w zasilaniu urządzeń krytycznych.
• Ochrona przeciwprzepięciowa i RCD nie zastąpią selektywnych MCB.

Praktyczne wskazówki

1. Upstream (bliżej zasilania) stosować wyłącznik o wyższej charakterystyce (np. C20 lub D20) lub selektywny „S”.
2. Pozostawić jedną „esy” na danym odgałęzieniu, a w podrozdzielnicach zastosować podział na B16/B10.
3. Konsultować tabele selektywności konkretnego producenta – mieszanie różnych marek pogarsza wyniki.
4. Zmierz impedancję pętli zwarcia, aby ocenić spodziewany Ik i dobrać aparaty z odpowiednim Icu/Ics.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Samo „prawdopodobieństwo” zadziałania B10 przy zwarciu nie spełnia wymogu projektowego; należy zapewnić gwarantowaną selektywność, inaczej układ nie powinien być zatwierdzony.
• Wysokie Ik (> Icu wyłącznika) grozi spawaniem styków i brakiem otwarcia – należy zweryfikować zdolność zwarciową (B-seria zwykle 6 kA).

Sugestie dalszych badań

• Porównać wyniki rzeczywistych prób laboratoryjnych MCB różnych producentów – różnice czasów wyzwalania.
• Analiza koszt–korzyść między klasycznymi MCB a cyfrowymi wyłącznikami z nastawą zwłoki.
• Wpływ nowych sieci prosumenckich (PV, magazyny energii) na selektywność – występowanie dwukierunkowych prądów zwarciowych.

Krótkie podsumowanie

Przy przeciążeniach selektywność jest zachowana – pierwszy wyłączy się B10, chroniąc dalszą część instalacji. Przy zwarciu selektywność jest utracona, bo wszystkie trzy aparaty typu B są w tej samej strefie działania elektromagnetycznego. Aby instalacja spełniała dobre praktyki, należy zmienić charakterystykę upstream lub użyć aparatów selektywnych.