Układy sieci TN-C-S, TN-S i TT po ludzku: co się dzieje przy doziemieniu

Dwa domy mogą mieć taką samą rozdzielnicę, takie same wyłączniki i takie same przewody, a mimo to zachować się zupełnie inaczej, gdy w grzejniku dojdzie do zwarcia z obudową. W jednym wyłącznik nadprądowy zadziała w kilka milisekund. W drugim nie zadziała wcale, a metalowa obudowa grzejnika będzie miała około 200 V, dopóki nie wyłączy jej różnicówka. Różnica to układ sieci: sposób, w jaki przewód ochronny instalacji łączy się ze źródłem zasilania.

Co oznaczają litery

PN-HD 60364 (za IEC 60364) opisuje układy sieci dwiema lub trzema literami.

• Pierwsza litera, źródło: T (od francuskiego terre, ziemia) oznacza, że punkt neutralny transformatora jest bezpośrednio uziemiony. I oznacza, że jest izolowany od ziemi albo uziemiony przez dużą impedancję.
• Druga litera, części przewodzące dostępne instalacji: T oznacza, że są połączone z własnym, lokalnym uziomem. N oznacza, że są połączone przewodem z uziemionym punktem neutralnym źródła.
• Po myślniku, tylko w TN: S oznacza, że przewód neutralny N i ochronny PE są oddzielne; C oznacza, że są połączone w jeden przewód PEN.

TN-C-S czyta się więc tak: źródło uziemione, części dostępne połączone z punktem neutralnym źródła, a N i PE w jednej części sieci wspólne, w pozostałej rozdzielone.

TN-S: osobny przewód ochronny na całej drodze

Od transformatora do instalacji biegnie osobny przewód ochronny. N i PE są rozdzielone wszędzie.

Przy doziemieniu prąd płynie od fazy przez miejsce zwarcia i wraca do transformatora metalowym przewodem. Impedancja pętli zwarcia jest mała, prąd duży (często setki amperów), a wyzwalacz elektromagnetyczny wyłącznika działa niemal natychmiast.

TN-C-S: wspólny przewód na zewnątrz, rozdział w złączu

Dziś najczęstszy układ w nowych instalacjach. Sieć doprowadza wspólny przewód PEN, który w złączu albo w rozdzielnicy głównej rozdziela się na N i PE. Od tego miejsca nie wolno ich już nigdy ponownie połączyć. Przewód PEN w sieci jest uziemiany w wielu punktach.

Doziemienie przebiega jak w TN-S: metalowa pętla, duży prąd, szybkie wyłączenie.

Słabym punktem jest sam przewód PEN. Jeśli zostanie przerwany między transformatorem a instalacją, prąd neutralny nie ma innej drogi powrotu niż przez uziemienie instalacji. Odbiorniki „podciągają” cały system PE w stronę napięcia fazowego przez własną impedancję: lampy przygasają albo gasną, a każda uziemiona część metalowa w domu (i wszystko, co jest z nią połączone połączeniami wyrównawczymi) może stać się niebezpieczna w dotyku. Różnicówka nie musi tego wykryć, bo prądy fazy i neutralnego przez nią nadal są równe. Dlatego PEN uziemia się wielokrotnie, a przewód ten musi mieć odpowiednio duży przekrój.

TN-C-S: faza dotyka metalowej obudowy grzejnika. Prąd zwarcia wraca przez PE i PEN, setki amperów, i B16 wyłącza od razu.

TN-C: dawne „zerowanie”

W TN-C przewody N i PE są połączone aż do odbiornika. Spotkasz go w starszych blokach, gdzie przewód dwużyłowy zasila gniazdo, a bolec ochronny jest połączony mostkiem z neutralnym. To tak zwane zerowanie. W nowych obwodach odbiorczych jest niedopuszczalne: przewód PEN musi mieć co najmniej 10 mm² miedzi, a różnicówka na nim nie zadziała, bo prąd doziemienia wraca tym samym PEN, który przechodzi przez jej przekładnik. Modernizacja takiej instalacji to zadanie dla elektryka i często okazja do przejścia na TN-C-S.

TT: własny uziom

W układzie TT instalacja ma własny uziom (pręt lub bednarkę w ziemi) o rezystancji RA. Punkt neutralny transformatora jest uziemiony w stacji (rezystancja RB). Nie ma między nimi metalowej drogi: prąd doziemienia wraca przez grunt.

Grunt słabo przewodzi. Przy typowych wartościach, które WireWhy przyjmuje domyślnie, RA = 100 Ω i RB = 10 Ω:

• prąd doziemienia ≈ 230 V ÷ (100 Ω + 10 Ω) ≈ 2,1 A;
• napięcie na obudowie uszkodzonego urządzenia ≈ 2,1 A × 100 Ω ≈ 209 V.

Wyłącznik 16 A nigdy nie zadziała przy 2,1 A. Obudowa zostaje pod napięciem około 209 V bez końca. Dlatego instalacja TT opiera się na różnicówkach: wyłącznik 30 mA widzi 2,1 A prądu różnicowego i otwiera się w milisekundach. PN-HD 60364-4-41 stawia warunek RA × IΔn ≤ 50 V, więc uziom i różnicówkę dobiera się razem.

TT: to samo uszkodzenie. Prąd musi przepłynąć przez ziemię, jest za mały, by B16 zadziałał, a obudowa zostaje pod niebezpiecznym napięciem. W układzie TT takie uszkodzenie wyłącza wyłącznik różnicowoprądowy.

Zestawienie

	TN-S	TN-C-S	TT
Przewód ochronny pochodzi z	sieci, osobny przewód	sieci, z rozdziału PEN w złączu	własnego uziomu
Prąd doziemienia	duży	duży	mały (kilka amperów)
Co wyłącza	wyłącznik nadprądowy lub bezpiecznik (RCD jako ochrona uzupełniająca)	wyłącznik nadprądowy lub bezpiecznik (RCD jako ochrona uzupełniająca)	wyłącznik różnicowoprądowy
Główne ryzyko	długie obwody i za duże Zs	przerwa w PEN	rezystancja uziomu; brak lub uszkodzenie RCD
Czas wyłączenia obwodów odbiorczych do 32 A	0,4 s	0,4 s	0,2 s

(Układ IT, w którym źródło jest izolowane od ziemi, pracuje dalej po pierwszym zwarciu z ziemią i jest stosowany m.in. w salach operacyjnych i części przemysłu. Tutaj go pomijamy.)

Co spotkasz w Polsce

Nowe przyłącza to przeważnie TN-C-S. W starszych budynkach wciąż jest dużo instalacji TN-C z zerowaniem. Część operatorów na terenach wiejskich zasila w układzie TT. Który układ ma twoja instalacja, określają warunki przyłączenia i dokumentacja; jeśli nie wiesz, zapytaj elektryka, który przy okazji zmierzy impedancję pętli zwarcia albo rezystancję uziomu.

Sprawdź trzy układy na jednym obwodzie

W WireWhy układ sieci to ustawienie zasilania: TN-C-S (domyślnie), TN-S albo TT, z edytowalnymi Ze, RA i RB. Zbuduj obwód gniazda z wyłącznikiem nadprądowym, zrób doziemienie w gnieździe i przełączaj układy: w TN-C-S wyłącznik działa natychmiast, w TT nie, a WireWhy pokazuje napięcie dotykowe na częściach dostępnych. Dodaj różnicówkę 30 mA i wyłączenie wraca. Na koniec włącz w zasilaniu przerwę w PEN i zobacz, co się dzieje z lampami i z przewodem PE.

Otwórz WireWhy na wirewhy.com/pl. Stronę wyłączników opisuje artykuł Charakterystyki B, C i D wyłączników nadprądowych, a różnicówek Dlaczego wybija różnicówka?