Chráněné více mazaní (PME) – TN-C-S – (MEN) a PNB

Co je ochranné vícevrstvé zazemlení (PME)?

Ochranné vícevrstvé zazemlení (PME) je bezpečnostní metoda zazemlení, při níž vodič kontinuity zemně (zemný vodič) na ploše spotřebitele je připojen k místnímu zazemlovacímu systému a neutrálnímu vodiči zdroje elektrické energie. Tento systém, známý také jako TN-C-S nebo Multiple Earther Neutral (MEN), zajistí, že pokud se neutrální vodič poruší, chybové proudy stále mohou bezpečně vrátit ke zdroji prostřednictvím zemného spojení, čímž se minimalizuje riziko elektrického šoku a dalších rizik.

V systému PME (viz níže) neutrální vodič dodávky plní dvojitou roli: poskytuje ochranné zazemlení a funguje jako neutrální vodič. Kromě toho je neutrální vodič zazemlen v několika bodech na straně dodávky. Následující část tohoto článku diskutuje implikace otevřeného PEN vodiče (porucha v neutrálním vodiči zdroje), včetně ochranných opatření a potenciálních rizik spojených s PME.

Co je TN-C-S PME?

TN-C-S PME (Protective Multiple Earthing) je specifická konfigurace distribučního elektrického systému, kde externí zdroj dodávky je přímo zazemlen v několika bodech ("T" = Terre, francouzsky "zem"). Na straně instalace spotřebitele jsou vodičové části zařízení připojeny prostřednictvím ochranných vodičů okruhu (CPC) jak k neutrálnímu vodiči (N) dodávky, tak k zazemlovacímu systému.

Označení "C-S" naznačuje, že neutrální (N) a ochranný zemný (PE) vodiče jsou kombinovány (C) v síti zdroje dodávky a odděleny (S) v instalaci spotřebitele.

Klíčové komponenty TN-C-S PME

• T: Terre ("zem") — Systém má přímé, samostatné zemní spojení oddělené od vodičů dodávky.
  

• N: Neutrální — Vodič pro proud v elektrickém obvodu.
  

• C: Kombinovaný — V síti nadřazené dodávky (např. od transformátoru k hlavnímu rozvaděči spotřebitele) jsou neutrální (N) a ochranný zemný (PE) vodiče sloučeny do jednoho vodiče nazývaného PEN (Protective Earth Neutral) vodič.
  

• S: Oddělený — V hlavním rozvaděči nebo bodě distribuce spotřebitele se PEN vodič rozděluje na dva nezávislé vodiče:
  

• Neutrální (N): Přenáší návratný proud.
  

• Ochranný zem (PE): Připojuje se k rámu zařízení a zajišťuje bezpečnost při výpadcích.

Jak funguje TN-C-S PME

• Nadřazená strana (strana dodávky):

• Neutrální a ochranný zem jsou kombinovány jako PEN vodič, zazemlený na zdroji (např. transformátor) a možná i v mezilehlých bodech (vícevrstvé zazemlení).

• Podřazená strana (strana spotřebitele):

• V hlavním rozvaděči spotřebitele se PEN vodič rozděluje na samostatný neutrální (N) a ochranný zem (PE).

• PE vodič je připojen ke všem expozovaným vodičovým částem zařízení (např. kovové obaly) pro bezpečné odvody chybových proudů do země.

• Neutrální (N) zůstává izolován od země v instalaci spotřebitele (kromě jednoho spojovacího bodu v hlavním rozvaděči pro udržení potenciální stability).

Bezpečnostní výhody

• Ochrana před chybami: V případě fáze-kovové chyby proud teče PE vodičem do země, což rychle spustí spínací relé nebo pojistku.
  

• Bezpečnost při poruše neutrály: Pokud se neutrální vodič poruší nadřazeně, spojení PEN/PE zajišťuje, že expozované kovové části zůstanou na zemním potenciálu, což snižuje riziko elektrického šoku.
  

• Flexibilita: Kombinuje jednoduchost kombinovaného neutrálního-zemního systému (TN-C) v síti dodávky s bezpečností odděleného systému (TN-S) v areálu spotřebitele, což jej činí vhodným pro městské sítě i budovy.
  

Tato konfigurace vyváží ekonomickou efektivitu v síti dodávky s zvýšenou bezpečností v prostředí koncového uživatele a je široce používána v rezidenčních, komerčních a průmyslových zařízeních.

Co je PNB?

PNB, zkratka pro Protective Neutral Bonding, je metoda zazemlení podobná systému PME (Protective Multiple Earthing), ale s klíčovým rozdílem: spojení Neutral-to-Earth (TN) je vytvořeno na straně spotřebitele (např. v hlavním rozvaděči) místo u zdroje elektrické energie nebo distribučního transformátoru.

V systému TN-C-S se PNB (Protective Neutral Bonding) týká konfigurace, kdy PEN (Protective Earth Neutral) nebo CNE (Combined Neutral Earth) vodiče jednotlivých spotřebitelů jsou připojeny k zdroji elektrické energie (např. transformátor) jen v jednom bodě. Tento jediný spojovací bod zajišťuje, že funkce neutrálního a ochranného zemního vodiče jsou kombinovány nadřazeně (od transformátoru k hlavnímu rozvaděči spotřebitele) a odděleny v instalaci spotřebitele (struktura TN-C-S).

Klíčové záležitosti pro PNB

• Požadavek na vzdálenost země: Doporučená vzdálenost mezi zazemňovacím elektrodou a hlavním rozvaděčem spotřebitele (kde probíhá spojení neutral-zem) je méně než 40 metrů (≈130 ft.). Aby bylo minimalizováno riziko napětí v případě poruchy neutrály, byla by ideálně tato vzdálenost co nejkratší, preferovaně vedle linkového pruhu země hlavního rozvaděče.

• Bezpečnostní mechanismus: Spojením neutrály s zemí na straně spotřebitele PNB pomáhá stabilizovat potenciál neutrály a poskytuje záložní cestu pro chybové proudy v případě selhání neutrálního vodiče nadřazeně. To snižuje riziko, že expozované kovové části stanou živými a způsobí elektrický šok.

Rozdíl od PME

Zatímco jak PNB, tak PME zahrnují spojení neutral-zem, PME obvykle zahrnuje více zemních bodů na straně dodávky (např. u transformátoru a po distribuční síti), zatímco PNB se zaměřuje na jeden spojovací bod na straně spotřebitele v rámci struktury TN-C-S.

PNB je navržen k vyvážení bezpečnosti a jednoduchosti v menších instalacích, zajišťuje soulad s elektrickými normami a minimalizuje dopady poruch neutrálního vodiče v prostředí koncového uživatele.

Proč a kde se používá zazemlovací systém PME?

Podle ESQCR (Electricity Safety, Quality and Continuity Regulations) jsou spotřebitelé zakázáni instalovat PEN vodiče v HV/LV instalacích; tuto odpovědnost nese nezávislý distribuční síťový provozovatel (DNO). To proto, že systémy PME zahrnují složité zazemlovací konfigurace, které vyžadují profesionální správu pro zajištění bezpečnosti a souladu.

Klíčové výhody PME

Hlavní výhodou PME je jeho schopnost mitigovat rizika v případě poruchy neutrálního vodiče (otevřený PEN vodič). Pokud se neutrální vodič poruší, chybový proud může vrátit ke zdroji prostřednictvím paralelní zemní cesty (vytvořené vícevrstvým zazemlením). Tato cesta s nízkým odporom aktivuje ochranná zařízení (např. pojistky, spínací relé) k zapnutí, protože vysoký proud způsobený nízkým odporem roztaví pojistku nebo aktivuje spínací relé. Následně expozované kovové části zůstanou blízko zemního potenciálu, což eliminuje riziko elektrického šoku z poruchy neutrály. Bez PME by porucha neutrály nezanechala žádnou cestu návratu, což by způsobilo, že neutrální vodič by byl napájen a představoval vážné riziko šoku.

Aplikace PME

Elektrárny a distributoři často používají PME v venkovských nebo obtížných terénech (např. v horách), kde:

• Individuální zazemlení s nízkým odporem pro každou budovu je nákladné nebo prakticky nemožné.
  

• Je obtížné dosáhnout vhodného zemního smyčkového odporu od transformátoru k terminálům spotřebitele.
  

• Nicméně, použití PME vyžaduje písemné schválení příslušných orgánů kvůli technickým požadavkům a potenciálním rizikům.

Velikost vodičů a spojování pro PME/PNB

Pro zazemlení PME musí velikost vodičů splňovat předpisy BS 7671:2018+A2:2022:

• Plocha průřezu zemního vodiče: Podle 114.1 a 543.1.1.

• Výpočty: V souladu s Regulation 543.1.3 (chybový proud a doba trvání).

• Výběr ochranného vodiče: Použijte Regulation 543.1.4 pro určení velikosti.

Potenciální rizika zazemlení PME

I když PME zvyšuje bezpečnost, přináší specifická rizika:

Zvýšený potenciál neutrály

Pokud se neutrální vodič poruší (což je běžné na venkovských povrchových vedeních), všechny ochranné kovové části (např. obaly zařízení) spojené s neutrálním vodičem mohou být napájeny. Například:

• Zátěž 5 kW (odpor 12 Ω) na zdroji 240 V zaznamená poruchu neutrály.

• Proud se vrací paralelními zemními cestami (např. 12 Ω zemní elektrody).

• Napětí se rozděluje mezi zátěží a zemními cestami: ~80 V se objeví na zazemlených kovových částech, což představuje riziko šoku.

Neviditelné poruchy

Na rozdíl od viditelných poruch může porucha neutrály s PME neprovokovat okamžité ochranné akce. Systém může zůstat napájen, dokud někdo nedotkne kovových částí, což vede k neočekávaným šokům.

Požadavky na mitigaci:

• Vícevrstvé zazemlení: Neutrální vodič musí být zazemlen v několika bodech systému.

• Nízký zemní odpor: Odpornost každého zemního elektrodu nesmí přesáhnout 10 ohmů.

• Jednotlivé zemní tyče: Doporučují se pro každou instalaci, aby se minimalizovaly sdílené chybové proudy.

• Schválení orgánů: Formální schválení je povinné, aby bylo zajištěno správné návrh a údržba.

Závěr

PME je důležitá, ale regulovaná metoda zazemlení, ideální pro oblasti s obtížnými podmínkami zazemlení. Jeho efektivita závisí na striktním dodržování standardů spojování, určování velikosti a údržby, aby se zabránila rizikům, jako je zvýšený potenciál neutrály. Vždy konzultujte kvalifikované inženýry a získejte regulační schválení při implementaci systémů PME.