Układy sieci

Sieci napięcia zakresu II, w zależności od sposobu uziemienia, dzielą się na różnego rodzaju układy sieci.

Poszczególne układy sieci oznacza się za pomocą symboli literowych, przy czym:

pierwsza litera oznacza związek pomiędzy układem sieci a ziemią:
T:
bezpośrednie połączenie jednego punktu układu sieci z ziemią. Najczęściej jest łączony z ziemią punkt neutralny,
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 (chodzi tu o połączenie metaliczne) podlegających ochronie części przewodzących dostępnych, z uziemionym punktem układu sieci; zazwyczaj z uziemionym punktem neutralnym,
T:
bezpośrednie połączenie z ziemią (chodzi tu o uziemienie) podlegających ochronie części przewodzących dostępnych, niezależnie od uziemienia punktu układu sieci; zazwyczaj uziemienia punktu neutralnego,

następna litera (litery) oznacza związek pomiędzy przewodem (żyłą) neutralnym N i przewodem (żyłą) ochronnym PE:
C:
funkcję przewodu neutralnego i przewodu ochronnego spełnia jeden przewód, zwany przewodem ochronnoneutralnym PEN,
S:
funkcję przewodu neutralnego i przewodu ochronnego spełniają osobne przewody – przewód N i przewód PE,
CS:
w pierwszej części sieci, licząc od strony zasilania zastosowany jest przewód ochronnoneutralny PEN, a w drugiej osobny przewód neutralny N i przewód ochronny PE.

W tablicy nr 5.1 podano, zgodnie z IEC 60445:2006, oznaczenia zacisków urządzeń przeznaczonych do przyłączenia określonych żył przewodów oraz zakończeń tych żył.

Tablica 5.1. Oznaczenia zacisków urządzeń przeznaczonych do przyłączenia określonych żył przewodów

Schematy układów sieci zostały przedstawione na rys. 5.7.

Rys. 5.7 Schematy stosowanych układów sieci TN (TNC; TNS; TNCS), TT oraz IT
Oznaczenia: L1; L2; L3 – przewody fazowe prądu przemiennego; N – przewód neutralny; PE – przewód ochronny lub ochronny uziemiający; PEN – przewód ochronnoneutralny; FE – przewód uziemiający funkcjonalny; Z – impedancja

Układy sieci TN są najczęściej stosowanymi układami w Polsce. W sieciach elektroenergetycznych zasilających są z reguły stosowane układy TNC. W układzie sieci TNC występuje przewód ochronnoneutralny PEN.

Zgodnie z postanowieniami normy PNHD 60364554, w instalacjach elektrycznych ułożonych na stałe, przewód ochronnoneutralny PEN powinien mieć przekrój żyły nie mniejszy niż 10 mm2 Cu lub 16 mm2 Al.

W związku z powyższym, szczególnie w instalacjach odbiorczych budynków, w których dostosowanie przekroju przewodu PEN do postanowień określonych normą jest trudne lub wręcz niemożliwe oraz dążeniem do poprawy stanu bezpieczeństwa przeciwporażeniowego użytkowników, koniecznością staje się stosowanie układu sieci TNS lub TNCS. Układy te zapewniają rozdzielenie funkcji przewodu ochronnoneutralnego PEN na przewód ochronny PE i neutralny N oraz likwidują szereg niepożądanych zjawisk, takich jak:

• pojawienie się napięcia fazowego na obudowach metalowych odbiorników, wywołane przerwą ciągłości przewodu PEN,
• pojawienie się na przewodzie PEN napięcia niekorzystnego dla użytkowanych odbiorników, wywołanego przepływem przez ten przewód prądu wyrównawczego, spowodowanego zaistnieniem asymetrii prądowej w instalacji.

Rozdzielenie funkcji przewodu ochronnoneutralnego PEN na przewód ochronny PE i neutralny N, w przypadku układu sieci TNCS, powinno następować w złączu lub w rozdzielnicy głównej budynku, a punkt rozdziału powinien być uziemiony.

Zapewnia to utrzymanie potencjału ziemi na przewodzie ochronnym PE przyłączonym do części przewodzących dostępnych urządzeń elektrycznych w normalnych warunkach pracy instalacji elektrycznej. Możliwie licznie uziemiane powinny być również przewody ochronne PE i ochronnoneutralne PEN. Wielokrotne uziemianie przewodu ochronnego PE i ochronnoneutralnego PEN w układzie sieci TN, w którym stosowane jest samoczynne wyłączenie zasilania, jako ochrona przy uszkodzeniu, powoduje:

• obniżenie napięcia na nieuszkodzonym przewodzie ochronnym PE lub ochronnoneutralnym PEN, połączonym z miejscem zwarcia,
• utworzenie drogi zastępczej prądu zwarciowego w przypadku przerwania przewodu ochronnego PE lub ochronnoneutralnego PEN,
• obniżenie napięcia na przewodzie ochronnym PE lub ochronnoneutralnym PEN, który został przerwany (odłączony od punktu neutralnego sieci) i który jest jednocześnie połączony z miejscem zwarcia,
• obniżenie napięcia, które może pojawić się na przewodzie ochronnym PE lub ochronnoneutralnym PEN podczas zwarć doziemnych w stacji zasilającej po stronie wyższego napięcia, gdy w stacji wykonano wspólne uziemienie urządzeń wysokiego i niskiego napięcia,
• ograniczenie asymetrii napięć podczas zwarć doziemnych.

Instalacja elektryczna w budynkach powinna być realizowana w układzie sieci TNS (przewody L1; L2; L3; N; PE). Nie wyklucza to stosowania w szczególnie uzasadnionych przypadkach układu sieci TT lub IT.

Możliwe są dwa rozwiązania rozdzielnic (złącze, rozdzielnica główna) w układzie TNCS:

• z zastosowaniem czterech szyn zbiorczych,
• z zastosowaniem pięciu szyn zbiorczych.

Rozwiązania te przedstawiono na rysunku nr 5.8.

Rys. 5.8 Rozdzielnice w układzie TNCS
Źródło: Strojny J.: Podręcznik INPE dla elektryków, zeszyt 1. Warszawa, COSiW SEP 2004

Rozdzielnica przedstawiona na rysunku nr 5.8a może pracować w układzie TNC lub TNCS, natomiast rozdzielnica przedstawiona na rysunku nr 5.8b może pracować we wszystkich układach TN, a także w układach TT lub IT po odpowiednim, dla danego układu sieci, połączeniu lub rozłączeniu szyny PE z szyną N. 

Na rysunku nr 5.9 przedstawiono schemat zasilania pojedynczego budynku (indywidualnego odbiorcy) poprzez zestaw przyłączeniowopomiarowy, usytuowany w linii ogrodzenia zewnętrznego posesji. Zestaw ten mieści się w zamkniętej skrzynce zabezpieczonej przez wpływami atmosferycznymi i osobami niepowołanymi. Składa się z dwóch modułów, z których jeden pełni funkcję zakończenia przyłącza, drugi pełni funkcję złącza końcowego. Zestaw umożliwia zainstalowanie listwy zaciskowej do połączenia przewodów przyłącza sieci zasilającej i przewodów instalacji, zabezpieczenia
przedlicznikowego w postaci rozłącznika bezpiecznikowego lub wyłącznika nadprądowego selektywnego – zapewniających selektywność w działaniu urządzeń zabezpieczających, licznika energii elektrycznej oraz ochrony przed przepięciami pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych i łączeń w sieci zasilającej (ograniczniki przepięć stanowiące pierwszy stopień ochrony przeciwprzepięciowej).

Bardzo ważną rolę w ekwipotencjalizacji części przewodzących jednocześnie dostępnych w budynku, pełni uziemienie przewodu ochronnego PE instalacji elektrycznej. Określa ono potencjał strefy ekwipotencjalnej w budynku. Uziemienie to powinno być wykonane w budynku, a nie z dala od niego, z wykorzystaniem przede wszystkim uziomu fundamentowego. 

Właściwe jest w związku z tym rozwiązanie przedstawione na rysunku nr 5.7, na którym rozdzielenie przewodu PEN na przewody PE i N wykonano w zestawie przyłączeniowo pomiarowym ZPP, usytuowanym poza budynkiem, a przewód PE przyłączono do szyny PE w rozdzielnicy tablicowej odbiorcy TRO i uziemiono poprzez główną szynę uziemiającą budynku GSU.

Rys. 5.9 Schemat zasilania w energię elektryczną pojedynczego budynku (indywidualnego
odbiorcy)

Oznaczenia: SZ – sieć zasilająca niskiego napięcia; P – przyłącze; ZPP – zestaw przyłączeniowopomiarowy; LZ – listwa zaciskowa; RB – rozłącznik bezpiecznikowy lub wyłącznik nadprądowy selektywny; L – przewody fazowe; O – ogranicznik przepięć; SU – szyna uziemiająca; kWh – licznik energii elektrycznej; TRO – rozdzielnica tablicowa odbiorcy; wlz – wewnętrzna linia zasilająca; GSU – główny zacisk (szyna) uziemiający budynku; IK, IW, ICO, IG – instalacje odpowiednio w kolejności: kanalizacyjna, wodna, centralnego ogrzewania, gazowa; KB – konstrukcja metalowa (elementy metalowe konstrukcji budynku, związane na przykład z fundamentem, ścianami); N, PEN, PE – przewody odpowiednio: neutralny, ochronnoneutralny, ochronny

Opracowano na podstawie materiałów KOWEZIU.