Jak reaguje standardní spínač na elektrickou chybu?

Funkce spínacího přerušovače pro ochranu před poruchami

Standardní spínací přerušovač je klíčové bezpečnostní zařízení navržené k přerušení elektrického proudu během poruch, jako jsou přetížení nebo krátké spojení, což zabrání poškození elektrického systému, přehřívání vodičů a riziku požáru. Jeho ochranná akce zajišťuje bezpečnost a spolehlivost obvodu.

Ochrana před krátkým spojením

• Co se stane: Krátké spojení nastane, když nízkoodporová cesta (např. přímý kontakt mezi fázovým a neutrálním vodičem) vytvoří náhlý příliv proudu, který daleko přesahuje kapacitu obvodu.

• Odpověď přerušovače: Přerušovač detekuje okamžitý špičkový prudký nárůst proudu a téměř okamžitě (během milisekund) vyhodí, čímž přeruší tok proudu, aby:

• Zabránil nadměrnému tepelnému zatížení, které by mohlo poškodit komponenty.

• Snížil riziko požáru nebo elektrických oblouků.

Ochrana před přetížením

• Co se stane: Přetížení nastane, když celkový proud spotřebovaný připojenými zařízeními (např. více spotřebičů nebo vysokovýkonového zařízení) po delší dobu přesáhne bezpečnou kapacitu obvodu.

• Odpověď přerušovače:

• Zabránit přehřívání vodičů a opotřebení izolace.

• Vyhnout se potenciálnímu riziku požáru způsobenému dlouhotrvajícím přetížením proudu.

• Vnitřní tepelný mechanismus přerušovače detekuje trvající nadbytečný proud.

• S pokračujícím proudem se ohřívací prvek přerušovače zahřeje, což způsobí postupné ohybnutí dvoudílné pásky.

• Jakmile se páska dostatečně ohne, přerušovač vyhodí, odpojí obvod, aby:

Jak funguje standardní spínací přerušovač během elektrických poruch?

Typický standardní spínací přerušovač nedokáže detekovat zemní poruchy nebo nepřítomnost neutrálního vodiče. Místo toho poskytuje pouze ochranu před krátkými spojeními a přetížením. Proto vyžaduje Národní elektrotechnický kodex (NEC) použití přerušovačů s ochranou proti zemním poruchám (GFCI), aby zajistil vhodnou ochranu jak zařízení, tak osob.

Níže jsou uvedeny příklady obvodů, které ilustrují, jak se standardní přerušovač chová za normálních a poruchových podmínek:

Normální stav

Na následujícím schématu je osvětlovací obvod řízen a chráněn 15ampérkovým přerušovačem, který je napájen 120 V ze 120V/240V hlavní desky.

Jelikož v obvodu není žádná porucha, všechny komponenty fungují normálně a světlo se rozsvěcuje podle očekávání.

Stav krátkého spojení / přetížení

Nyní zvažme scénář, kde dojde k krátkému spojení nebo přetížení – například, pokud fázový vodič přijde do kontaktu s kovovým obalem zařízení (jako je držák světla). V tomto případě se vytvoří poruchový proud, který putuje zpět k zdroji energie přes zemní vodič. Zemní vodič je na hlavní desce spojen s neutrálním vodičem, což vytváří nízkoodporovou cestu, která uzavírá obvod.

Díky extrémně nízkému odporu zemního vodiče proběhne během poruchy v obvodu významný proud (až 600 ampér), což vytváří vážné přetížení. Vnitřní mechanismus přerušovače okamžitě detekuje tento nadbytečný proud a aktivuje vyhození. 15ampérkový přerušovač pak rychle odpojí obvod od hlavního zdroje energie, chrání tak jak elektrické zařízení, tak i osoby před možnými riziky, jako jsou přehřátí, oblouky nebo elektrický šok.

Detekce poruch a vyhození

Jak je znázorněno na následujícím schématu, 15ampérkový přerušovač okamžitě vyhodí, jakmile detekuje poruchový proud, který překročí jeho nominální kapacitu. Tato akce odpojí obvod od hlavního zdroje energie a poskytuje robustní ochranu proti jak přetížením, tak i krátkým spojením.

Standardní přerušovače a zemní poruchy

Jak bylo již zmíněno, standardní spínací přerušovače nechrání před zemními poruchami – situacemi, kdy elektrický proud neúmyslně proudí k zemi – ani před přerušením neutrálního vodiče, obě situace představují významná bezpečnostní rizika. V těchto scénářích:

• Zemní porucha: Proud se odchyluje od zamýšlené cesty obvodu a proudí k zemi (např. přes osobu nebo vadné zařízení), což vytváří nebezpečné riziko šoku.

• Přerušený neutrální vodič: Odpojený neutrální vodič může způsobit nerovnováhu napětí, což nutí proud hledat alternativní cesty (např. přes obaly zařízení nebo zemní vodiče), což může vést k přehřívání nebo elektrickému šoku.

V obou případech může poruchový proud dokončit obvod prostřednictvím nezamýšlených cest, obejdouc ochranný mechanismus standardního přerušovače proti přetížení a krátkým spojením. Proto jsou pro tyto specifické rizika vyžadovány specializované zařízení, jako jsou přerušovače s ochranou proti zemním poruchám (GFCI) nebo přerušovače s ochranou proti obloukovým poruchám (AFCI).

To může vést k proudu proudícímu po nezamýšlených cestách, včetně neutrálních a zemních vodičů. Kromě toho mohou být jakékoli expozované kovové komponenty v obvodu energetizovány, což může nést nebezpečné napětí 72 V nebo 120 V – což vytváří vážné riziko elektrického šoku nebo požáru.

Pro řešení tohoto problému by měl být místo standardního přerušovače použit přerušovač s ochranou proti zemním poruchám (GFCI), aby byla zajištěna bezpečnost v případě zemních poruch.