Najpierw jednak trzeba zadać nieco ważniejsze pytanie: czy aby na pewno z licznika wychodzi przewód PEN? W wielu miejscach w Polsce mamy do czynienia z siecią TT, a w takowej nie ma przewodu PEN, tylko N, który w żadnym razie nie może pełnić funkcji ochronnej, gdyż na nim jest – lub w każdej chwili może być – napięcie (mierząc między N a ziemią – np. poprzez rurę wodociągową) niebezpieczne, więc łączenie go z metalową obudową urządzenia (np. pralka lub lodówka) nie jest najlepszym pomysłem.

Wyspa TT w układzie TN-C

Jeszcze większą pułapką, może się okazać wyspa TT. Przykładowo elektryk udaje się do pobliskiego transformatora aby sprawdzić czy jest podany układ, albo do innego istniejącego od jakiegoś czasu budynku, aby spytać mieszkańców o układ sieci. Może się okazać, że na transformatorze napisane jest TN-C, a sąsiad mówi, iż ma TN-C (TN-C-S po podziale PEN), jednak w warunkach przyłączeniowych ZE jest podane TT, co może wprowadzić w zakłopotanie osoby nieposiadające dostatecznej wiedzy (a jakość edukacji w polskich szkołach obecnie jest poniżej krytyki i bardzo się przyczynia nie tyle do niewiedzy, co wręcz do wprowadzania w błąd i do powtarzania mitów lub – jak kto woli – bajek wymyślonych i powtarzanych po milion razy w internecie).

Wyspa TT w normalnej sytuacji jest spowodowana tym, że przewód PEN w sieci (należącej do ZE) nie ma dostatecznie niskiej impedancji i/lub jest słabo uziemiony lub wcale. To powoduje możliwość na tyle dużego spadku napięcia, że to napięcie odkłada się na przewodzie PEN/N, wobec czego napięcie zmierzone między nim a ziemią w każdej chwili może być wyższe niż napięcie dopuszczalne długotrwale (dawniej “napięcie bezpieczne”), więc naturalnie przestaje pełnić funkcję ochronną. To doskonale tłumaczy czemu ZE może nakazać wykonanie układu TT, mimo iż transformator (część wtórna) pracuje w układzie TN-C.

Zdarzają się sytuacje, iż ZE podaje w dokumentacji układ TN-C, więc należy wykonać instalację w układzie TN-C-S, a mimo tego elektromonter wykonuje instalację jako wyspę TT i na pytanie, jaki wykonał układ sieci, odpowiada że TN-S… Jak można się łatwo domyślić, wynika to z braku podstawowej wiedzy, w tym dotyczącej układów sieci. Układ TT w większości wypadków, nie jest rzeczą pożądaną, tylko koniecznością w niektórych rejonach, z braku możliwości technicznych czy nawet ekonomicznych. Na szczęście taki błąd montera jest stosunkowo bardzo łatwo naprawić, gdyż wystarczy połączyć PE instalacji z PEN sieci.

Raz w jednym wypadku spotkałem się z sytuacją, iż monter doprowadził PE obwodów do szyny w rozdzielnicy, ale szyna nie była dalej z niczym połączona – inwestor z niewiedzy poprosił o wykonanie uziemienia, które zostało wykonane oraz ww. listwa została połączona z listwą PEN obok – która uprzednio pełniła jedynie funkcję N. Na szczęście poprzednika, nikogo prąd nie zdążył uszkodzić – w przeciwnym razie instalację oceniałby prokurator oraz biegły, a nie ja.

Dość często zdarza się też, że od samego transformatora układ sieci to TT, a monter wykonuje instalację w układzie TN-C-S lub co gorsza jako TN-C. Nietrudno się domyślić, że w takim przypadku bardzo często będzie dochodzić do porażeń prądem, np. podczas prania, gdy ktoś dotknie obudowy pralki lub innego urządzenia wykonanego w pierwszej klasie ochronności (metalowa obudowa połączona z PE instalacji np. poprzez styk ochronny w gniazdku).

Pomijając powyższe przypadki, wśród osób znających układy sieci i nie popełniających powyższych błędów, pojawia się bardzo szkodliwy mit, wielokrotnie powtarzany w internecie. Jak podobno mawiał pewien polityk: kłamstwo powtórzone milion razy staje się prawdą. Wynika to z błędnej interpretacji normy PN 60364-5-54 dotyczącej przewodu PEN, który to fragment brzmi następująco:

Przewód PEN powinien mieć przekrój nie mniejszy niż 10 mm² dla żył miedzianych 16 mm² dla żył aluminiowych.

Wynika z niego jasno iż przewód PEN powinien mieć przekrój minimum tyle co powyżej. Jednak ktoś zinterpretował to, jako że przewód o mniejszym przekroju nie jest przewodem PEN – definitywnie ten zapis tak nie twierdzi – o ile przeczyta się go uważnie i ze zrozumieniem. Gdyby autor normy miał zamiar dokonać takiego przekazu, to definitywnie napisałby tak wprost w osobnym akapicie.

W takim razie przewód PEN w starej instalacji mający przekrój np. 6 mm² Cu wciąż jest przewodem PEN, tyle że nie spełniający obecnej normy i albo został położony zanim norma została wprowadzona (prawo nie działa wstecz), albo ktoś to dokonał nielegalnie – czy to celowo, czy to z niewiedzy.

W przypadku, gdy ktoś, wskutek tej błędnej interpretacji, nie dokona podziału PEN, czyli do gniazd i urządzeń odbiorczych, poprowadzi przewód PEN (zamiast PE i N) o jeszcze mniejszym przekroju, to przewód PEN najpewniej ulegnie przepaleniu pomiędzy rozdzielnicą o gniazdkiem lub odbiornikiem podłączonym bezpośrednio. W innych moich artykułach wyjaśniałem na jakiej zasadzie przerwa przewodu PEN (np. na wskutek przepalenia) powoduje zagrożenie porażenia prądem, oraz podawałem fragment rozporządzenia który ma wręcz większą moc prawną niż norma. Mianowicie:

Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 17 lipca 2015 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie – § 183. punkt 1, podpunkt 2:

W instalacjach elektrycznych należy stosować (…) oddzielny przewód ochronny i neutralny, w obwodach rozdzielczych i odbiorczych.

Wiemy już, że podział PEN należy wykonać zawsze, za wyjątkiem, gdy go po prostu nie ma, bo sieć nie pracuje w układzie TN-C (TN-C-S), tylko w jakimkolwiek innym. Przejdźmy więc do odpowiedzi na pytanie: jak podział PEN wykonać prawidłowo, aby był trwały i bezpieczny.

Prawidłowy podział przewodu PEN

Najważniejsza zasada brzmi: najpierw chronimy, następnie zasilamy. Dotyczy to również przewodu PEN. Mianowicie, prąd płynący przez odbiorniki, a w tym przez N, nie może uszkodzić punktu podziału na tyle aby doszło do przerwy PE. Osiąga się to w bardzo prosty sposób, nawet za pomocą jednej szyny śrubowej, a czasem to i złączki – przy częściowej modernizacji instalacji wykonuje się podział za główną rozdzielnicą (patrz: powyższe wyjaśnienie dot. interpretacji normy).

W przypadku jednej szyny/zuga/etc. PEN z sieci doprowadza się mniej więcej na jej środek, przewody PE odprowadza się z jednej strony, a N analogicznie z drugiej.

W przypadku braku miejsca na przewody wykorzystuje się osobną szynę, którą używa się jako N, ale nie jako PE, gdyż każde łączenie stwarza mniejsze lub większe ryzyko przerwy, a zgodnie z ww. zasadą PE ma być najbardziej trwałe.

Obecnie obowiązkowe są ograniczniki przepięć, skrótowo nazywane SPD (surge protecting device). Spora część z nich posiada wyprowadzone dwa (czasami więcej) złącza PE, które z jednej strony ułatwiają prowadzenie przewodów i połączeń w rozdzielnicy, a z drugiej strony poprawiają praktyczne ograniczanie przepięć ze względu na impedancję przewodów, która normalnie jest znikoma, jednak podczas krótkiego, lecz znacznego przepięcia, można się spodziewać nawet 1kV (1000V) na jeden metr przewodu. Według norm, przewody idące do ogranicznika powinny być jak najkrótsze oraz nie dłuższe niż 50cm.

Podłączenie SPD w układzie V, czyli doprowadzenie i odprowadzenie powoduje, że spadek napięcia podczas jego zadziałania jest wręcz pomijalny. Powracając do dwóch lub więcej złącz PE w obudowie/podstawie ogranicznika, z jednej strony można do niego bezpośrednio doprowadzić PEN z sieci i wyprowadzić na szynę z punktem podziału, lub z drugiej strony doprowadzić tam uziemienie z uziomu i następnie wprowadzić na tą samą szynę. W przeciwnym razie, ogranicznik będzie podłączony osobnym przewodem między szyną a jego złączem PE. Można też wykorzystać to dodatkowe złącze do podłączenia obudowy rozdzielnicy wykonanej w 1 klasie ochronności.

Inny, nieco powiązany z tematem błąd, wynikający z niewiedzy, to ogranicznik cztero- lub dwupolowy, gdzie jedno z pól rzekomo zabezpiecza N zaraz za punktem podziału. Zabezpieczanie N ma jedynie sens, gdy punkt podziału jest odległy, a nie gdy jest wykonany tuż obok, np. w odległości 10cm… W takim przypadku zdecydowanie lepiej zainwestować w lepszy ogranicznik z o jednym polem mniej.

Inny, bardzo niebezpieczny błąd, polega na znacznym zmniejszeniu przekroju przewodu pomiędzy punktem podziału a ogranicznikiem. SPD podczas przepięcia to nie żarówka, lecz niemalże zwora, która bierze na siebie znaczny prąd wyładowczy, czasami nawet przekraczający 100kA w szczycie. Ten krótki ułamek sekundy wystarczy żeby przewód 2.5mm² nie tyle się stopił, co wręcz nawet dosłownie wyparował, gdyż temperatura będzie aż tak duża. Bardziej zainteresowane osoby odsyłam do poszukiwania tematów związanych z całką Joula. W dużym skrócie: temperatura jest zależna od czasu przepływu prądu oraz kwadratu natężenia prądu.

Według norm, minimalny przekrój PE dla ogranicznika T2 to zaledwie 6mm². W praktyce nie zawsze jest to wystarczające i daje się 10 lub 16mm². Zwłaszcza że zwykle nie jest to długi odcinek przewodu. W przypadku T1 oraz norm, nie ma możliwości, aby zastosować mniej niż 16mm². Podobnie sprawa wygląda w przypadku przewodów fazowych do SPD. Przy T2 nie powinno być mniej niż 4-6mm², a przy T1 – 10-16mm².

Artykuł Podział przewodu PEN na PE i N. Jak go wykonać prawidłowo? pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Zacznijmy może od wyjaśnienia, co oznaczają poszczególne litery na poszczególnych miejscach. Układy sieci oznacza się z pomocą symboli literowych.

Pierwsza litera oznacza związek pomiędzy układem sieci a potencjałem ziemi:

T – bezpośrednie połączenie jednego punktu układu sieci z ziemią. Najczęściej jest łączony z ziemią punkt neutralny instalacji;

I – wszystkie części czynne, to znaczy mogące się znaleźć pod napięciem w warunkach normalnej pracy są izolowane od ziemi, lub jeden punkt układu sieci jest połączony z ziemią poprzez impedancję lub bezpiecznik iskiernikowy (uziemienie otwarte);

Druga litera oznacza związek pomiędzy częściami przewodzącymi dostępnymi a ziemią:

N – bezpośrednie połączenie (metaliczne) podlegających ochronie części przewodzących, z uziemionym punktem układu sieci, zazwyczaj z uziemionym punktem neutralnym;

T – bezpośrednie połączenie z ziemią (uziemienie) podlegających ochronie części przewodzących dostępnych, niezależnie od uziemienia punktu układu sieci, zazwyczaj uziemienia punktu neutralnego;

Następna litera oznacza związek pomiędzy przewodem neutralnym N i przewodem ochronnym PE:

C – funkcję przewodu neutralnego i przewodu ochronnego spełnia jeden przewód, zwany przewodem ochronno-neutralnym PEN,

S – funkcję przewodu neutralnego i przewodu ochronnego spełniają osobne przewody: przewód N i przewód PE,

C-S – w pierwszej części sieci, licząc od strony doprowadzenia zasilania (przyłącza) zastosowany jest przewód ochronno-neutralny PEN, a w drugiej osobny przewód neutralny N i przewód ochronny PE.

Spójrzmy zatem, jak wygląda to wizualnie:

Układ TN-C (Układ uziemiony, części normalnie nieprzewodzące połączone z punktem neutralnym transformatora, wspólny przewód PEN).

Układ sieci TN-C jest układem stosowanym powszechnie dotychczas, m.in. przez Zakłady Dystrybucyjne. W układzie tym funkcje ochronne oraz robocze instalacji są realizowane przez ten sam przewód zwany PEN. W układzie tym w wyniku powstania uszkodzenia przewodu PEN, na obudowach metalowych odbiorników pojawia się pełne napięcie fazowe. Jest to podstawowa wada tego układu sieciowego. Na przewodzie PEN może się także pojawiać napięcie względem ziemi spowodowane asymetrią obciążenia faz w instalacji, co powoduje przepływ prądu wyrównawczego np. poprzez ekran kabla sygnałowego sieci komputerowej. Przy dużych wartościach tego prądu urządzenia podłączone do sieci mogą ulec uszkodzeniu. Dodatkowo układ ten nie pozwala na stosowanie we właściwy sposób nowoczesnych urządzeń zabezpieczających przed porażeniem, jakimi są wyłączniki różnicowoprądowe.

Układ TN-S (Układ uziemiony, części normalnie nieprzewodzące połączone z punktem neutralnym transformatora, rozdział przewodu PE i N).

W powyższym układzie mamy rozdzielone przewody ochronny i neutralny, w związku z powyższym, istnieje możliwość zastosowania zabezpieczenia różnicowoprądowego. Jest to też układ stosowany najczęściej w domach i mieszkaniach.

Układ TN-C-S (Uziemiony, części normalnie nieprzewodzące połączone z punktem neutralnym transformatora, częściowo przewód PEN, później następuje rozdział na PE i N).

Stosując ten układ należy pamiętać, że rozdział przewodu PEN na PE i N można wykonać tylko i wyłącznie w sytuacji gdy przewód PEN posiada przekrój min. 10mm² Cu lub 16mm²Al. W innym przypadku nie możemy mówić o układzie TN-C-S. Rozdzielenie funkcji przewodu ochronno-neutralnego PEN na przewód ochronny PE i neutralny N, w przypadku układu sieci TN-C-S, powinno następować w złączu, w tablicy głównej lub rozdzielnicy głównej budynku, a punkt rozdziału można dodatkowo uziemić, jednak należy pamiętać o wykonywaniu połączeń wyrównawczych głównych budynku i połączeniu przewodu PE z GSU ( Główną Szyną Uziemiającą ).

Układ TT (Uziemiony, części normalnie nieprzewodzące- uziemione).

Układ TT był przez pewien okres stosowany, jako zapewniający większe bezpieczeństwo w przypadku instalacji występujących w obiektach (pomieszczeniach) o podwyższonym ryzyku porażenia. Jego zasadniczą wadą jest konieczność zapewnienia niskiej rezystancji uziemienia. Nie był to większy problem, gdy powszechnie stosowano metalowe rury instalacji wodociągowej, zapewniające dobre połączenie z ziemią. W chwili obecnej powszechnie zaczęto stosować rury PCV, zniknął więc dobry sposób uziemiania instalacji.

Układ IT (Izolowany, części normalnie nieprzewodzące- uziemione).

Układ sieci IT jest ciągle stosowany w specyficznych rozwiązaniach, gdzie konieczne jest zapewnienie wysokiego stopnia ochrony przed porażeniem. Najczęściej można się z nim spotkać w szpitalach, gdzie zasilane są w ten sposób sale operacyjne. Układ ten charakteryzuje się tym, że od strony zasilania nie ma bezpośredniego połączenia z potencjałem ziemi (połączenie jest zrealizowane przez wysoką impedancję), nie ma więc drogi dla prądu zwarciowego. Nawet w przypadku uszkodzenia izolacji urządzenia odbiorczego, nie ma możliwości porażenia prądem elektrycznym. Może to spowodować dopiero drugie zwarcie kolejnego urządzenia. Wadą tego rozwiązania jest konieczność ciągłego monitorowania impedancji układu.

Podsumowanie

Jak widać sprawa po wyjaśnieniu obrazuje się niezbyt skomplikowanie, jak wydawać się mogła na początku. Znajomość układów sieciowych jest absolutną podstawą, nim przystąpimy do jakichkolwiek prac z instalacjami. Mam nadzieję, że po wyjaśnieniu tego tematu komuś rozjaśni się nieco w głowie i będzie w stanie wyjaśnić czym są układy sieciowe obudzony o 3 w nocy. A jak jest z wami Państwo „nietykalni”? Również układy sieciowe były waszą zmorą, a może mieliście inne tematy w szkole, z którymi ciężko wam było się uporać? Zachęcam do komentowania i dzielenia się tym, co sprawiało wam największy problem.

Autor: Justyna Skrzetuska, korekta: Zbigniew Śliwiński

Artykuł Układy sieciowe TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.