Uziemienia w liniach nn pracujących w układzie TN

Zgodnie z normą N-SEP-E-001 dotyczącą ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym w sieciach pracujących w układzie TN-S należy dodatkowo uziemiać przewód PE wzdłuż linii. Oporność takiego uziomu nie może przekroczyć 30 ?. Mam wątpliwości, czy to jest słuszne. Jaką funkcję ma pełnić to uziemienie? Nie jest to uziemienie robocze (uziemienie robocze ma łączyć przewód neutralny z ziemią w celu utrzymania różnicy potencjałów w stosunku do ziemi w dopuszczalnych granicach). Nie jest to także uziemienie ochronne (uziom o oporności 30 ? w razie przebicia izolacji nie spowoduje przepalenia nawet bezpiecznika 10 A). A więc po co  to uziemienie?

W stanie pracy normalnej w żyle PE nie płynie żaden prąd (jedynie niewielki wynikający z upływności izolacji). A więc potencjał względem ziemi na końcu linii żyły PE jest taki sam jak w stacji transformatorowej. Jedynie w razie awarii będzie inny, ale wtedy (przy prawidłowo zastosowanym zabezpieczeniu linii) nastąpi szybkie wyłączenie.

W liniach zasilających obiekty przewód PE jest uziemiany na końcu linii, wynika to  z obowiązku stosowania w tych obiektach połączeń wyrównawczych. Natomiast w obwodach zewnętrznego oświetlenia stosowanie dodatkowych uziemień latarń wydaje się nieuzasadnione.

Na początku należałoby sprostować nieścisłości zawarte w liście. Nie jest prawdą, że uziemienie sieci pracującej w układzie TN nie jest uziemieniem roboczym ani uziemieniem ochronnym. Wręcz przeciwnie. Jest to uziemienie ochronno-funkcjonalne (nazywane w poprzednim wydaniu normy – N SEP-E-001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przed porażeniem elektrycznym – uziemieniem ochronno-roboczym). Celem uziemienia funkcjonalnego jest zapewnienie prawidłowej pracy w warunkach normalnych i zakłóceniowych, a celem uziemienia ochronnego jest ochrona przed porażeniem elektrycznym. Powyższe odnosi się zarówno do układu TN-C, jak i TN-S. Wprawdzie czytelnik pyta tylko o ten drugi układ, ale ponieważ norma N SEP-E-001 zaleca projektowanie i budowę sieci w układzie TN-C, odpowiedź dotyczy obu układów.

Także zawarte w liście czytelnika stwierdzenie, że rezystancja dodatkowego uziomu przewodu PEN (PE) nie może przekraczać 30 ?, nie jest do końca prawdziwe. Zgodnie z normą N SEP-E-001 wymóg ten dotyczy tylko uziemienia głównej szyny (zacisku) uziemiającego MET budynku, uziemienia na końcu każdej linii i na końcu każdego odgałęzienia o długości większej niż 200 m (dla linii kablowych oraz napowietrznych), i to tylko w sytuacji kiedy rezystywność zastępcza gruntu nie jest większa od 500 ?m.

W sieciach pracujących w układzie TN wszędzie tam, gdzie jest to możliwe, norma zaleca łączyć istniejące uziomy naturalne i sztuczne wzdłuż trasy linii, niezależnie od ich rezystancji, z przewodami PEN (PE).W efekcie uzyskuje się uziemienie o stosunkowo małej rezystancji wypadkowej.

Rezystancja uziemienia zarówno punktów neutralnych źródeł zasilania (transformatora lub prądnicy), jak i wypadkowa nie mają znaczenia dla środka ochrony, jakim jest samoczynne wyłączenie. W układzie sieci TN to przewód PEN (PE), a nie ziemia zamyka obwód zwarcia doziemnego L-PEN (L-PE). Dzieje się tak, pod warunkiem że nie jest on przerwany albo nie wystąpiło zwarcie doziemne L-E z pominięciem przewodu PEN (PE). Wówczas, ale też i w innych przypadkach, niewielka wartość rezystancji wypadkowej uziemienia jako środka ochrony przy uszkodzeniu (przy dotyku pośrednim) jest bardzo istotna, gdyż: 

– pozwala na ograniczenie napięć przenoszonych z urządzeń wysokiego napięcia do obwodów niskiego napięcia w przypadku zwarcia doziemnego w tych pierwszych;

– ma wpływ na ograniczenie napięcia na przewodach PEN (PE) wywołanego zwarciami doziemnymi, co ma znaczenie szczególnie w sytuacjach, kiedy dopuszczalny jest stosunkowo długi czas samoczynnego wyłączenia zasilania;

– w przypadku zwarcia doziemnego L-E, bezpośrednio do ziemi z pominięciem przewodu PEN (PE), występującego najczęściej w sieciach napowietrznych, pozwala na wyłączenie zasilania i ogranicza czas trwania asymetrii napięć, a w efekcie przepięć wywołanych tymi zwarciami.

W większości przypadków części przewodzące dostępne podczas pracy normalnej w układzie sieci TN mają taki sam potencjał względem ziemi jak przewód PEN (PE), dlatego że są połączone z nim i między sobą przewodami wyrównawczymi. Potencjał ten może stanowić zagrożenie porażeniowe, szczególnie gdy części przewodzące obce połączone są w naturalny sposób z ziemią. Częste uziemianie przewodu PEN (PE) pozwala na zmniejszenie jego napięcia względem ziemi i obniżenie wartości napięć dotykowych.

Przy przerwanym przewodzie PEN (PE) w przypadku zwarcia doziemnego za miejscem jego przerwania wielokrotne uziemienie tego przewodu umożliwia wyłączenie zasilania oraz ogranicza wartości napięcia na nim i na przyłączonych do niego częściach przewodzących. Przerwane połączenie zostaje zmostkowane przez ziemię. Przy braku tego uziemienia za miejscem przerwania na przewodzie ochronnym PEN (PE) i przyłączonych do niego częściach przewodzących dostępnych może długotrwale utrzymywać się pełne napięcie fazowe, stanowiąc zagrożenie porażeniem elektrycznym.

Z wymienionych wyżej powodów obowiązek dodatkowego uziemiania przewodu PEN (PE) jest całkowicie uzasadniony.

Na zakończenie listu czytelnik podnosi sprawę uziemiania latarń. Jest to forma ochrony przed porażeniem przy uszkodzeniu i nie ma wiele wspólnego z zagadnieniami uziemienia ochronno-funkcjonalnego sieci, których dotyczy wcześniejsza część tej odpowiedzi.

Latarnia to urządzenie elektryczne, które składa się ze słupa, czasami z wysięgnikiem, tabliczki bezpiecznikowej, oprawy lub opraw oświetleniowych połączonych z tabliczką przewodami.

W przypadku kiedy słup jest nieprzewodzący, np. wykonany z kompozytów, nie ma potrzeby jego łączenia z zaciskiem PEN (PE). Jeżeli słup latarni jest wykonany z materiałów przewodzących, a tabliczka bezpiecznikowa oraz oprawa mają II klasę ochronności i połączone są przewodami o podwójnej izolacji, np. układami w osłonie lub rurze izolacyjnej, to należy uznać, że cała latarnia jest wykonana w II klasie ochronności i wtedy słupa nie wolno przyłączać do zacisku PEN (PE) ani też do połączonego z nim uziomu.W tym przypadku środkiem ochrony przy uszkodzeniu (a także ochrony podstawowej) jest podwójna lub wzmocniona izolacja, a nie samoczynne wyłączenie. Przyłączenie przewodzącego słupa do przewodu ochronnego spowoduje zmianę klasy ochronności z II na I, czyli środka ochrony mniej zawodnego na bardziej zawodny. Wykonujący takie połączenie zwykle nie mają świadomości dokonywania tej niczym nieuzasadnionej zmiany.

Tylko w przypadku gdy przynajmniej jeden z wymienionych wcześ­niej warunków wymaganych dla tabliczki bezpiecznikowej, oprawy lub przewodów nie jest spełniony, można uznać, że latarnia jest wykonana w I klasie ochronności i wówczas słup, jako część przewodząca dostępna, powinien być połączony z zaciskiem PEN (PE).