Układy sieciowe - TN-C, TN-S, TN-C-S - wszystko co musisz wiedzieć

Energia elektryczna jest doprowadzana do odbiorcy końcowego za pośrednictwem sieci przesyłowej, jednak w zależności od specyfiki odbiorcy, instalacja elektryczna może przyjmować różne formy (układy sieciowe), różniące się od siebie pod względem zastosowanych rozwiązań w zakresie ochrony przeciwporażeniowej, uziemienia czy liczby przewodów czynnych, neutralnych i ochronnych. W tym artykule opisujemy układy sieciowe, które są powszechnie stosowane w przypadku instalacji elektrycznych niskiego napięcia, najczęściej spotykanych w indywidualnych gospodarstwach domowych i szeroko rozumianym budownictwie mieszkaniowym.

Układy sieciowe - podstawowe informacje

Ogólnie rzecz biorąc, w odniesieniu do sieci elektroenergetycznych układ sieci oznacza sposób, w jaki punkt neutralny transformatora jest połączony z ziemią i siecią przesyłową. Mówiąc w pewnym uproszczeniu, układ sieci to nic innego, jak określony sposób budowy instalacji elektrycznej, zgodny z obowiązującymi przepisami i normami regulującymi te kwestie. W Polsce są to przede wszystkim Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity: Dz. U. z 2022 r. poz. 1225) i powołana w nim norma PN-HD 60364-1:2010 Instalacje elektryczne niskiego napięcia - Część 1: Wymagania podstawowe, ustalanie ogólnych charakterystyk, definicje.

Zgodnie z regulacjami międzynarodowymi (IEC 60364) oraz szczegółowymi wytycznymi zawartymi we wspomnianych powyżej dokumentach, sieci rozdzielcze i instalacje elektryczne niskiego napięcia można wykonywać jako układy sieciowe TN, TT lub IT, przy czym w obrębie układu TN norma PN-HD 60364-1:2010 wyróżnia podukłady TN-C, TN-S oraz TN-C-S. Szerzej o układach głównych oraz podukładach TN piszemy w dalszej części artykułu.

W tym miejscu należy jeszcze objaśnić znaczenie poszczególnych liter w oznaczeniach układów sieciowych. W podziale podstawowym (TN, TT, IT) litery oznaczają:

PIERWSZA LITERA - sposób połączenia punktu neutralnego źródła zasilania z ziemią (źródłem zasilania może być w tym przypadku transformator bądź generator)

• T - punkt neutralny jest bezpośrednio połączony z ziemią
• I - punkt neutralny jest nie posiada żadnego połączenia z ziemią bądź jest podłączony do uziemienia pośredniego

DRUGA LITERA - sposób połączenia z ziemią odbiorników energii elektrycznej

• T - każdy odbiornik (urządzenie) jest oddzielnie połączone bezpośrednio z ziemią
• N - połączenie z ziemią jest realizowane przez sieć zasilającą

W podukładach sieci TN stosuje się jeszcze dodatkowo kolejne litery w oznaczeniach, są to:

TRZECIA I CZWARTA LITERA - wskazuje na zastosowany rodzaj układu ochronnego

• C - sieć z przewodem neutralno-ochronnym PEN
• S - sieć z przewodem ochronnym PE niezależnym od przewodu neutralnego N (przewód PE pełni wyłącznie funkcję ochronną)

Oznaczenia literowe zostały zapożyczone z języka francuskiego:

• T - terre (ziemia)
• N - neutre (neutralny)
• I - isolation (izolowane)
• C - combiné (wspólny)
• S - separé (rozłączny)

Układy sieciowe - podział

Główny podział układów sieci, zgodnie z normą PN-HD 60364-1:2010, jest następujący.

Układ sieci TT posiada punkt neutralny uziemiony w sposób bezpośredni, natomiast dostępne części przewodzące odbiorników przyłącza się za pomocą przewodów ochronnych do wspólnego uziomu ochronnego, który musi być całkowicie niezależny elektrycznie od uziomu roboczego. W przypadku, gdy części przewodzące dostępne są uziemione indywidualnie, każdy taki obwód powinien ze względów bezpieczeństwa posiadać własny wysokoczuły wyłącznik różnicowoprądowy.

Układ sieci IT charakteryzuje się tym, że wszystkie części, które są pod napięciem (części czynne), są izolowane od ziemi, zaś punkt neutralny albo nie posiada żadnego połączenia z ziemią, albo jest z nią połączony za pośrednictwem impedancji o bardzo dużej wartości bądź uziemiony przez ogranicznik przepięć. Dostępne części przewodzące w przypadku układu IT posiadają bezpośrednie połączenie z ziemią niezależnie od uziemienia punktu neutralnego.

Układ sieci TN posiada bezpośrednio uziemiony przewód neutralny, natomiast części odbiorników w obrębie sieci są z tym punktem połączone za pomocą przewodów ochronnych zależnie od podtypu układu. Więcej informacji na ten temat znajduje się w dalszej części artykułu, w sekcjach poświęconych poszczególnym podukładom układu TN.

Układy sieciowe TN - charakterystyka

Instalacje elektryczne w układzie TN to najpowszechniej stosowane w Polsce rozwiązanie w sieciach zasilających odbiorców indywidualnych. Zgodnie z obowiązującymi przepisami, instalacja elektryczna w układzie TN dla sieci niskiego napięcia musi spełniać określone warunki techniczne, czyli:

• posiadać punkt neutralny lub punkt środkowy układu zasilania uziemiony bezpośrednio przy źródle zasilania;
• posiadać części przewodzące dostępne połączone z uziemionym punktem przy pomocy przewodów ochronnych (PE lub PEN, zależnie od podtypu układu);
• posiadać uziemienie przewodów ochronnych w miejscu ich wprowadzenia do budynku bądź posesji, przy czym zalecane jest także uziemianie przewodów ochronnych w innych miejscach, w których jest to możliwe. Dzięki temu w przypadku uszkodzenia przewodu ochronnego jego potencjał będzie bardziej zbliżony do potencjału ziemi, co z kolei przekłada się na większe bezpieczeństwo instalacji;
• nie może posiadać żadnych urządzeń do odłączania izolacyjnego lub do łączenia w przewodzie ochronnym PE i przewodzie ochronno-neutralnym PEN;
• obejmować w ramach metalicznej pętli zwarciowej przewód ochronny, przewód liniowy oraz sieć uziomów;
• zapewniać możliwość wyłączenia samoczynnego przez zastosowane urządzenia ochronne już w przypadku pierwszego zwarcia do ziemi.

W zależności od tego, w jaki sposób punkt uziemienia przewodu neutralnego jest połączony z częściami dostępnymi odbiorników podłączonych do danej sieci, wyróżnia się trzy podtypy układu sieciowego TN.

Układ TN-C

Układ bardzo popularny w XX wieku, bardzo często wykorzystywany w sieciach dystrybucyjnych. Posiada pojedynczy przewód o funkcji ochronnej i roboczej (PEN). Uszkodzenie tego przewodu prowadzi do powstawania pełnego napięcia fazowego na metalowych obudowach wszystkich odbiorników pracujących w obrębie danej instalacji, co stanowi poważne zagrożenie dla życia oraz zdrowia użytkowników. Co bardzo ważne, w przypadku układu TN-C nie istnieje możliwość zastosowania zabezpieczeń w postaci wyłączników różnicowoprądowych!

Układ TN-S

W układzie tym przewód ochronny jest rozdzielony od przewodu roboczego (neutralnego), odpowiednio na PE (ochronny) i N (neutralny). Ma to miejsce na całej długości układu. Ochrona przeciwporażeniowa jest realizowana za pośrednictwem bezpośrednio uziemionego punktu układu sieci, z którym połączone są wszystkie części przewodzące dostępne (przy użyciu przewodu PE). Obecnie ten układ jest zalecany do wykonywania w nowopowstających budynkach mieszkalnych.

Układ TN-C-S

Ten układ sieciowy składa się z dwóch części: układu TN-C, w którym funkcje ochronną i neutralną pełni pojedynczy przewód PEN, oraz układu TN-S, gdzie przewód ochronny i neutralny zostały rozdzielone na PE i N. Co istotne, punkt rozdziału zazwyczaj jest usytuowany np. w rozdzielnicy głównej budynku bądź w innym adekwatnym miejscu w obrębie instalacji elektrycznej. Układ TN-C-S najczęściej powstaje w następstwie dostosowania (modernizacji) starych instalacji w układzie TN-C do współczesnych standardów.

Zabezpieczenia instalacji w układzie TN

W przypadku układu TN dostępność różnych zabezpieczeń jest bezpośrednio warunkowana konkretnym rodzajem podukładu. Jak już wspominaliśmy, układ sieciowy TN-C wyklucza możliwość zastosowania wyłącznika różnicowoprądowego z uwagi na swą specyfikę, jednak zarówno w układzie TN-S i TN-C-S mogą one być używane. Z kolei w każdym z podukładów możliwe jest użycie odpowiednich zabezpieczeń przetężeniowych, dobranych odpowiednio do danej instalacji i jej charakterystyki pracy.

Modernizacja układu sieci TN

Należy pamiętać, że choć układ TN-C w świetle obecnie obowiązujących przepisów jest przestarzały i nie zapewnia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa użytkownikom instalacji wykonanych w tym standardzie, to wciąż sieci TN-C stanowią niemały odsetek instalacji używanych w Polsce każdego dnia. Wynika to z faktu, że instalacje w układzie TN-C były powszechnie wykonywane w budownictwie mieszkaniowym aż do roku 1996, kiedy w życie weszły przepisy zakazujące stosowania tego rozwiązania.

W tym kontekście istotne jest, że zgodnie z obowiązującymi regulacjami prawnymi wprowadzenie jakichkolwiek zmian czy modernizacja istniejącej instalacji elektrycznej, która jest wykonana w standardzie innym niż wskazany przez obowiązujące normy i przez prawo budowlane, konieczne jest dokonanie zmian instalacji tak, żeby spełniała współczesne standardy i nie stanowiła zagrożenia dla osób z niej korzystających ani dla innych użytkowników danego budynku w przypadku budownictwa wielorodzinnego. Zmiana układu sieci z TN-C na TN-C-S zazwyczaj nie jest trudna, ale zawsze należy tego rodzaju prace powierzyć specjalistom posiadającym właściwe uprawnienia, wiedzę i kompetencje.