Wyłączniki nadprądowe to automatycznie obsługiwane przełączniki elektryczne. Ich podstawowym celem jest ochrona instalacji elektrycznej przed skutkami zwarć i przeciążeń. Przeciążenie występuje wtedy, gdy w obwodzie przez dłuższy czas płynie prąd większy niż nominalny, co może prowadzić do przegrzania przewodów i uszkodzenia urządzeń. Z kolei zwarcie, czyli sytuacja, w której prąd przepływa przez obwód w sposób niekontrolowany (np. przez uszkodzoną izolację przewodów), może powodować poważne zagrożenie pożarowe. Wyłącznik nadprądowy wykrywa te nieprawidłowości i automatycznie odłącza zasilanie, zapobiegając dalszym uszkodzeniom.

Obecnie chyba każde gospodarstwo domowe jest wyposażone w wyłączniki nadprądowe. I choć od ich wynalezienia upłynęło już 100 lat i przez ten czas znacznie ewoluowały, ogólna zasada ich działania pozostaje taka sama, a zapewniają one skuteczną ochronę ludzi i sprzętu przed skutkami uszkodzenia instalacji elektrycznej. 

Początki bezpieczników

Wraz z pierwszymi urządzeniami elektrycznymi zaczęły występować problemy związane z nadmiernym prądem, które prowadziły do uszkodzenia instalacji elektrycznych i urządzeń, a w skrajnych sytuacjach nawet do pożarów. Pojawiła się więc potrzeba zastosowania odpowiednich urządzeń zabezpieczających, które odcinałyby dopływ prądu w sytuacjach zagrożenia. I tak pojawiły się pierwsze bezpieczniki. Początkowo, w latach 60. XIX w., były to proste urządzenia w postaci topliwego drutu, który topił się, gdy przepływający prąd przekroczył określony poziom.

W dniu 14 października 1890 r. Thomas Edison uzyskał patent na pierwsze zabezpieczenie nadprądowe (bezpiecznik), w którym wykorzystał ołowiany przewód. Rozwiązanie to stopniowo ewoluowały w coraz bardziej zaawansowane urządzenia. W 1907 r. w firmie Siemens-Schuckertwerke opracowano np. na bazie bezpiecznika Edisona system bezpieczników Diazed.

Cały czas jednak, mimo kolejnych udoskonaleń technicznych bezpieczników, urządzenia te wciąż miały jedną poważną wadę. Problem polegał na tym, że bezpiecznik musiał być wymieniany za każdym razem, gdy występowała usterka. W praktyce taka zasada projektowania bezpiecznika, w której cienki drut wewnątrz urządzenia topi się, gdy wartość prądu jest zbyt wysoka, wielokrotnie prowadziła do problemów. Żeby przywrócić przepływ prądu, każdorazowo trzeba było bowiem wymienić bezpiecznik na nowy. Było to drogie i uciążliwe rozwiązanie, do tego komplikowało pracę i do końca nie było w pełni bezpieczne. Jeżeli usterka, która spowodowała przepalenie się bezpiecznika, nie została wcześniej naprawiona, po wkręceniu nowego bezpiecznika mógł powstawać ponownie łuk elektryczny, który prowadził do jego uszkodzenia.

Wyłącznik nadprądowy rozwiązaniem problemu

Od początku wynalezienia pierwszych bezpieczników było wiadomo, że przyszłość będzie należała do urządzeń zabezpieczających, które będzie można używać wiele razy. Potencjał rynkowy drzemiący w zabezpieczeniach nadprądowych wielokrotnego użytku dostrzegł m.in. Hugo Stotz, niemiecki wynalazca i przedsiębiorca, który zaczął intensywnie pracować nad tym pomysłem w swojej firmie Stotz & Companie (później Stotz Kontakt) z siedzibą w Mannheim-Neckiarau. Wiedział on, że użytkownicy będą potrzebować rozwiązania prostego i bezpiecznego, a przy tym stosunkowo taniego.

Hugo Stotz i jego główny inżynier Heinrich Schachtner pracowali nad swoim przełomowym wynalazkiem od początku lat 20. ubiegłego wieku. Było to o tyle ważne, że gospodarstwa domowe coraz częściej były elektryfikowane. Pojawiało się też coraz więcej urządzeń elektrycznych. Rosnąca liczba odbiorców energii elektrycznej powodowała przeciążenia i zwarcia. Nierzadko skutkiem tego były pożary domów.

Wówczas to ze swoim wynalazkiem pojawili się Stotz i Schachtner. Dokładnie 9 listopada 1924 r. zarejestrowano patent (nr DRP 458392) wyłącznika automatycznego, który był też nazywany automatem Stotza lub po prostu 
automatem.

Niemieccy wynalazcy połączyli w kompaktowej obudowie swojego rozwiązania 2 różne systemy wyzwalania, które reagują szybko i precyzyjnie na zwarcia i przeciążenia. Jeżeli w wyniku zwarcia przez zintegrowaną cewkę magnetyczną popłynie duży prąd, wytworzone pole magnetyczne uruchomi przełącznik, który automatycznie i niemal natychmiast przerwie obwód. Jako dodatkową funkcję bezpieczeństwa inżynierowie zintegrowali bimetaliczny wyłącznik reagujący na temperaturę, który aktywuje się np. wówczas, gdy zbyt duża liczba urządzeń przeciąży instalację i nagrzeje ją do niebezpiecznego poziomu. Żeby prąd znów zaczął płynąć, wystarczyło nacisnąć przycisk i po usunięciu usterki ponownie włączyć wyłącznik obwodu. 

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Instalacje elektryczne

Jak dobrać wyłącznik nadprądowy do różnych aplikacji?

Wyłącznik nadprądowy jest kluczowym elementem ochrony instalacji elektrycznej przed skutkami przeciążeń i zwarć. Jego głównym zadaniem jest monitorowanie natężenia przepływającego prądu oraz szybkie przerwanie obwodu w przypadku wykrycia przekroczenia jego dopuszczalnego poziomu.

Rozpoczęcie produkcji i kolejne ewolucje

W momencie opatentowania wynalazku Stotza jego firma była już własnością Brown, Boveri & Cie (BBC), poprzednika firmy ABB, która przejęła Stotz Kontakt w 1918 r. Hugo Stotz pozostał w BBC, gdzie mógł intensywanie współpracować z Heinrichem Schachtnerem nad swoim wynalazkiem.

W 1928 r., a więc 4 lata po zarejestrowaniu patentu, rozpoczęto seryjną produkcję nowego wyłącznika. W tym samym roku Stotz i jego zespół zaczęli dalsze prace nad rozwojem technologii. Powstał m.in. specjalny wyłącznik obwodu, który radził sobie z obciążeniami o wyższym prądzie rozruchowym, w tym z zastosowaniami silnikowymi. Otworzyło to drzwi do wykorzystania automatu Stotza w zastosowaniach przemysłowych, gdzie miniaturowy wyłącznik obwodu jest dziś równie powszechny jak w gospodarstwach domowych. Pozwoliło to znacznie ograniczyć przerwy w produkcji, które były spowodowane wymianą bezpieczników, a tym samym zwiększyć dostępność maszyn produkcyjnych.

ABB

Przez lata ewoluowała nie tylko sama technologia zabezpieczenia nadprądowego, ale również wygląd tych wyłączników. Pierwsze wyłączniki automatyczne były bowiem przykręcane do podstawy bezpiecznika za pomocą gwintu Edisona. Miały więc kształt cylindryczny. W latach 60. XX w. okrągłe bezpieczniki wkręcane zastąpiono nowymi, prostokątnymi urządzeniami mocowanymi zatrzaskowo na standardowej szynie DIN, które standardowo służą do mocowania urządzeń elektrycznych w tablicach rozdzielczych czy szafach sterowniczych.
 
Nawet po upływie 100 lat od wynalezienia automatyczny wyłącznik nadprądowy wciąż pozostaje symbolem bezpieczeństwa, wydajności i innowacji. Od pierwszego sprzętu gospodarstwa domowego, przez zastosowania przemysłowe, po systemy zarządzania energią i automatyzacji budynków – automatyczne wyłączniki są niezbędnym komponentem instalacji elektrycznych, który zapewnia skuteczną ich ochronę.