Zabezpieczające wielokrotne uziemienie (PME) – TN-C-S – (MEN) i PNB
Co to jest system PME (Protective Multiple Earth)?
System PME (Protective Multiple Earth) to metoda zabezpieczenia przez uziemienie, w której przewód uziemiający ciągłości (przewód uziemiający) na terenie odbiorcy jest podłączony zarówno do lokalnego systemu uziemiającego, jak i do przewodu neutralnego źródła zasilania. W znanej również jako TN-C-S lub MEN (Multiple Earther Neutral), ta konfiguracja zapewnia, że w przypadku przerwania przewodu neutralnego, prądy awaryjne mogą bezpiecznie powrócić do źródła poprzez połączenie uziemiające, minimalizując ryzyko porażenia elektrycznego i innych zagrożeń.
W systemie uziemiającym PME (zilustrowano poniżej), przewód neutralny pełni podwójną rolę: zapewnia zabezpieczenie przez uziemienie i działa jako przewód neutralny. Ponadto, przewód neutralny jest uziemiony w wielu miejscach po stronie zasilania. Kolejna sekcja artykułu omawia implikacje otwartego obwodu przewodu PEN (przerwanie neutralnego przewodu źródłowego), w tym środki ochronne i potencjalne ryzyko związane z PME.
Co to jest TN-C-S PME?
TN-C-S PME (Protective Multiple Earthing) to specyficzna konfiguracja systemu dystrybucji energii elektrycznej, gdzie zewnętrzne źródło zasilania jest bezpośrednio uziemione w wielu punktach ("T" = Terre, francuskie słowo oznaczające "ziemia" lub "u ziemia"). Po stronie instalacji odbiorcy, przewodzące części sprzętu są podłączone poprzez kabli ochronnych obwodów (CPC) zarówno do neutralnego przewodu zasilania (N), jak i do systemu uziemiającego.
Oznaczenie "C-S" wskazuje, że przewody neutralny (N) i ochronnego uziemia (PE) są połączone (C) w sieci źródła zasilania i rozdzielone (S) w instalacji odbiorcy.
Kluczowe komponenty TN-C-S PME
T: Terre ("ziemia/u ziemia") — System ma bezpośredni, niezależny związek z ziemią, oddzielony od przewodów zasilających.
N: Neutralny — Przewód powrotowy dla prądu w obwodzie elektrycznym.
C: Połączone — W sieci zasilania upstream (np. od transformatora do głównego panelu odbiorcy), przewody neutralny (N) i ochronnego uziemia (PE) są połączone w jeden przewód zwany PEN (Protective Earth Neutral).
S: Rozdzielone — W głównym panelu odbiorcy lub punkcie dystrybucji, przewód PEN dzieli się na dwa niezależne przewody:
Neutralny (N): Prowadzi prąd powrotny.
Ochronne uziemia (PE): Łączy ramy sprzętu i zapewnia bezpieczeństwo w przypadku uszkodzeń.
Jak działa TN-C-S PME
Upstream (strona zasilania):
Przewód neutralny i ochronne uziemia są połączone jako przewód PEN, uziemiony w źródle (np. transformatorze) i być może w punktach pośrednich (wielokrotne uziemia).
Downstream (strona odbiorcy):
W głównym panelu odbiorcy, przewód PEN jest rozdzielony na oddzielny neutralny (N) i ochronne uziemia (PE).
Przewód PE łączy wszystkie odsłonięte przewodzące części sprzętu (np. metalowe obudowy) do bezpiecznego odprowadzenia prądów awaryjnych do ziemi.
Neutralny (N) pozostaje izolowany od ziemi w instalacji odbiorcy (poza pojedynczym punktem połączenia w głównym panelu, aby utrzymać stabilność potencjału).
Korzyści bezpieczeństwa
Ochrona przed uszkodzeniami: W przypadku uszkodzenia fazy do metalu, prąd płynie przez przewód PE do ziemi, szybko wyłączając przerywacz obwodowy lub bezpiecznik.
Bezpieczeństwo przy przerwaniu neutralnego: Jeśli przewód neutralny zostanie przerwany upstream, połączenie PEN/PE zapewnia, że odsłonięte części metalowe pozostają na potencjale ziemi, zmniejszając ryzyko porażenia elektrycznego.
Elastyczność: Łączy prostotę systemu połączonego neutralnego-u ziemia (TN-C) w sieci zasilania z bezpieczeństwem systemu rozdzielonego (TN-S) w instalacji odbiorcy, co sprawia, że jest odpowiedni zarówno dla sieci miejskich, jak i instalacji budynków.
Ta konfiguracja balansuje koszt efektywności w sieci zasilania z zwiększoną безопасностью в конечных пользовательских средах, широко используется в жилых, коммерческих и промышленных условиях.
Co to jest PNB?
PNB, skrót od Protective Neutral Bonding, to metoda uziemienia podobna do systemu PME (Protective Multiple Earthing), ale z kluczową różnicą: połączenie Neutral-to-Earth (TN) jest ustanowione po stronie odbiorcy (np. w głównym panelu lokalu), a nie w źródle zasilania lub transformatorze dystrybucyjnym.
W systemie TN-C-S, PNB (Protective Neutral Bonding) odnosi się do konfiguracji, w której przewody PEN (Protective Earth Neutral) lub CNE (Combined Neutral Earth) poszczególnych odbiorców są podłączone do źródła zasilania (np. transformatora) tylko w jednym punkcie. Ten pojedynczy punkt połączenia zapewnia, że funkcje neutralnego i ochronnego uziemia są połączone upstream (od transformatora do głównego panelu odbiorcy) i rozdzielone w instalacji odbiorcy (struktura TN-C-S).
Kluczowe zagadnienia dotyczące PNB
Wymagana odległość od ziemi: Zalecana odległość między elektrodą uziemiającą a głównym panelem odbiorcy (gdzie następuje połączenie neutralno-ziemne) wynosi mniej niż 40 metrów (~130 ft.). Aby zminimalizować ryzyko napięcia w przypadku przerwania przewodu neutralnego, ta odległość powinna być jak najkrótsza, preferowalnie w pobliżu zasobnika uziemiającego głównego panelu.
Mechanizm bezpieczeństwa: Poprzez połączenie neutralnego z ziemią w instalacji odbiorcy, PNB pomaga stabilizować potencjał neutralnego i zapewnia rezerwową ścieżkę dla prądów awaryjnych, jeśli przewód neutralny upstream ulegnie awarii. To zmniejsza ryzyko, że odsłonięte części metalowe staną się naładowane i spowodują porażenie elektryczne.
Różnice między PME a PNB
Chociaż zarówno PNB, jak i PME obejmują połączenie neutralno-ziemne, PME zwykle obejmuje wiele punktów uziemienia po stronie zasilania (np. w transformatorze i wzdłuż sieci dystrybucji), podczas gdy PNB koncentruje się na jednym punkcie połączenia w lokalizacji odbiorcy w ramach struktury TN-C-S.
PNB jest zaprojektowane, aby zrównoważyć bezpieczeństwo i prostotę w mniejszych instalacjach, zapewniając zgodność z normami elektrycznymi, jednocześnie minimalizując wpływ awarii przewodu neutralnego w środowiskach końcowych użytkowników.
Dlaczego i gdzie jest używany system uziemiający PME?
Na podstawie ESQCR (Electricity Safety, Quality and Continuity Regulations), odbiorcy są zakazani instalowania przewodów PEN w instalacjach HV/LV; ta odpowiedzialność leży po stronie niezależnego operatora sieci dystrybucyjnej (DNO). Jest to spowodowane tym, że systemy PME obejmują skomplikowane konfiguracje uziemiające, które wymagają profesjonalnego zarządzania, aby zapewnić bezpieczeństwo i zgodność.
Kluczowe korzyści systemu PME
Główną zaletą PME jest jego zdolność do ograniczenia ryzyka w przypadku przerwania przewodu neutralnego (otwartego obwodu przewodu PEN). Jeśli przewód neutralny ulegnie przerwaniu, prąd awaryjny może powrócić do źródła zasilania poprzez równoległą ścieżkę uziemiającą (utworzoną przez wiele punktów uziemienia). Ta ścieżka o niskim oporze uruchamia urządzenia ochronne (np. bezpieczniki, przerywacze obwodowe), które wyłączają się, ponieważ wysoki prąd spowodowany niskim oporem topi bezpiecznik lub aktywuje przerywacz. W rezultacie odsłonięte części metalowe pozostają na potencjale bliskim ziemi, eliminując ryzyko porażenia elektrycznego z powodu przerwania przewodu neutralnego. Bez systemu PME, przerwanie przewodu neutralnego pozostawiłoby brak ścieżki powrotnej, energetyzując przewód neutralny i tworząc poważne zagrożenie porażeniem.
Zastosowania systemu PME
Firmy dostarczające energię elektryczną i dystrybutorzy często stosują system PME w terenach wiejskich lub trudno dostępnych (np. obszarach górskich), gdzie:
Indywidualne uziemienia o niskim oporze dla każdego budynku są kosztowne lub niemożliwe do realizacji.
Uzyskanie odpowiedniego oporu pętli uziemiającej od transformatora do terminali odbiorców jest trudne.
Jednakże, stosowanie systemu PME wymaga pisemnej zgody odpowiednich władz ze względu na jego techniczne wymagania i potencjalne ryzyko.
Rozmiary przewodów i połączeń dla systemów PME/PNB
Dla uziemiań PME, rozmiary przewodów muszą przestrzegać regulaminu BS 7671:2018+A2:2022:
Potencjalne ryzyko uziemiań PME
Chociaż PME zwiększa bezpieczeństwo, wprowadza ono specyficzne zagrożenia:
Podwyższone napięcie neutralnego
Jeśli przewód neutralny ulegnie przerwaniu (co jest powszechne w liniach nadziemnych w terenach wiejskich), wszystkie części metalowe ochronne (np. obudowy sprzętu) połączone z przewodem neutralnym mogą zostać naładowane. Na przykład:
Ciche uszkodzenia
W przeciwieństwie do oczywistych uszkodzeń, przerwany przewód neutralny z systemem PME może nie wywołać natychmiastowej reakcji ochronnej. System może pozostać naładowany, dopóki ktoś nie dotknie elementów metalowych, prowadząc do nieoczekiwanych porażień.
Wymagania redukcyjne:
Wielokrotne uziemia: Przewód neutralny musi być uziemiony w wielu punktach systemu.
Niski opór uziemiający: Opór każdej elektrody uziemiającej nie może przekraczać 10 ohmów.
Oddzielne elektrody uziemiające: Zalecane dla każdej instalacji, aby zminimalizować wspólne prądy awaryjne.
Zgoda organu uprawnionego: Formalna zgoda jest obowiązkowa, aby zapewnić właściwe projektowanie i konserwację.
Podsumowanie
PME to kluczowy, ale uregulowany sposób uziemienia, idealny dla obszarów z trudnymi warunkami uziemiającymi. Jego skuteczność zależy od ścisłego przestrzegania standardów połączeń, rozmiarów i konserwacji, aby uniknąć ryzyka, takiego jak podwyższone napięcia neutralnego. Zawsze konsultuj się z kwalifikowanymi inżynierami i uzyskaj zgodę regulacyjną przed implementacją systemów PME.
