29.10.2023 - Ing. Aleš Smeták
V tomto článku se vás jednoduchou formou pokusíme seznámit s různými typy elektrických sítí, na které můžeme v rozvodech běžně narazit.
Než si ale začneme povídat o jednotlivých typech sítí, musíme udělat tzv. Cimrmanův krok stranou do šesté třídy a zopakovat si, jak vlastně elektřina a potažmo elektrický obvod funguje.
Obecně elektrická energie funguje tak, že se ve zdroji (generátor nebo baterie) vyrobí napětí, které se následně pomocí vodičů přenese ke spotřebiči, kde se naopak spotřebuje přeměnou na práci. Jenže samo napětí by na práci nestačilo a aby to celé fungovalo, potřebuje k tomu ještě proud elektronů čili elektrický proud.
Tyto elektrony se musí nejen dostat ze zdroje do spotřebiče, ale také zase zpátky do zdroje. To dobře ilustruje následující obrázek, kde je princip přenosu elektrické energie od zdroje ke spotřebiči ukázán jak ve formě skutečného stejnosměrného elektrického obvodu, tak i v takzvané "vodní analogii".
Na tomto obrázku si můžete elektrické napětí představit jako tlak vody, který dokáže čerpadlo připojené na motor vytvořit a elektrický proud jako průtok vody skrze trubky mezi čerpadlem a mlýnkem se soustruhem.
Určitě je vám jasné, že pokud byste trubku, která odvádí vodu od mlýnku zpátky k čerpadlu, někde zavřeli, tak se mlýnek zastaví a ani sebevětší tlak vody z čerpadla ho nemůže rozběhnout. Chybí mu totiž proud...
Tím jsme se dostali až ke vzorečku pro výpočet výkonu. Pokud totiž proud (tok) nebo napětí (tlak) jsou nulové, bude nulový i celkový výkon.
výkon = elektrický proud x elektrické napětí
P = I x U
Watty = Ampéry x Volty
Je mi jasné, že výše uvedené vysvětlení je velmi zjednodušené, místy až skoro zavádějící, ale pro zopakování fyziky šesté třídy základky to stačí. Ve skutečnosti totiž proud teče tímto způsobem jen ve stejnosměrném proudu, a navíc ještě naopak. Ve střídavých obvodech do toho navíc vstupuje ještě účiník a elektrony místo toku spíše vibrují na místě.
Rozdíl mezi jednotlivými sítěmi je především ve způsobu zajištění ochrany neživých částí - čili částí, které nemají být při správné funkci pod napětím. V předchozím odstavci jsme si zopakovali, že aby elektrický obvod byl funkční, musí být uzavřen - to je prostě fyzikální fakt. Doposud jsme však uvažovali s elektrickým obvodem bez poruchy, tedy že proud se vrací do zdroje zamýšlenou cestou.
Nyní si zkuste představit, že v mlýnku se soustruhem dojde k poruše a proud vody se nebude moci vracet do čerpadla pomocí trubek, ale bude si hledat jinou cestu. U vody je to těžko představitelné, protože ta se jen rozleje po podlaze, ale v případě elektrického proudu tomu tak není. Ten si najde cestu nejmenšího odporu.
A právě způsob, jakým se poruchový proud vrací zpátky do zdroje, je rozdílem mezi jednotlivými typy sítí:
1. písmeno značí, zda je uzel (zdroj, trafo) uzemněný nebo neuzemněný:
T z francouzského terré (zem) - uzel sítě je přímo uzemněný
I z francouzského isolé (izolovaný) - uzel sítě je izolovaný (nebo uzemněný přes velkou impedanci)
2. písmeno značí zda, neživé části spotřebičů jsou přímo uzemněné nebo připojené na ochranný vodič:
T z francouzského terré (zem) - neživé části spotřebičů jsou přímo uzemněné
N z francouzského neutré (nulový) - neživé části spotřebičů jsou se zdrojem spojené ochranným vodičem
doplňkové písmeno se týká jen sítí TN, kde se navíc rozlišuje, zda ochranný vodič je společný nebo oddělený od nulového vodiče:
C z francouzského combiné (společný) - ochranný vodič PE a nulový vodič N jsou sloučeny do jednoho vodiče PEN
S z francouzského separé (oddělený) - ochranný vodič PE a nulový vodič N jsou vedeny samostatně
Síť TN-C čili síť s uzemněným zdrojem (první písmeno T), ke kterému jsou neživé části spotřebičů připojeny vodičem (druhé písmeno N) a navíc funkce nulového vodiče N a ochranného vodiče PE jsou sloučeny do jednoho vodiče PEN (doplňkové písmeno C).
Síť TN-C bylo tradiční uspořádání sítě v České republice do roku 1995. V dnešní době jsou v síti TN-C prováděny už jen domovní přípojky, rozvody v bytových domech (HDV) a obecně distribuční část rozvodu nízkého napětí.
Elektrický proud v síti TN-C teče fázovým vodičem L do spotřebiče, kde se napětí přemění na práci a následně se proud vodičem PEN zase vrací zpátky do zdroje.
V případě poruchy spotřebiče, kdy se napětí dostane například na kovový kryt spotřebiče, odchází proud do zdroje opět vodičem PEN.
Síť TN-C lze také zřídit s přizemněním vodiče PEN. V takovém případě se něco málo proudu bude vracet do zdroje i zemí, čímž se zlepšuje celková impedance poruchové smyčky.
V případě poruchy spotřebiče, kdy se napětí dostane na kovový kryt spotřebiče, odchází proud do zdroje nejen vodičem PEN, ale také zemí, čímž se zlepšuje celková impedance poruchové smyčky.
Bezpečnost v síti TN-C je zajištěna pomocí nadproudové ochrany jako jsou jističe nebo pojistky. V případě poruchy spotřebiče má poruchový proud kudy téct přímo do zdroje a tudíž dojde ke zkratu, který spustí nadproudové ochrany. Citlivější proudové chrániče nejsou v síti TN-C možné, protože se nesmí spínat ochranný vodič PE ani PEN.
Velkým rizikem v síti TN-C je případné přerušení vodiče PEN, které může způsobit životu nebezpečnou závadu, protože vyřadí nadproudové ochrany.
Více o této poruše se dočtete v tomto článku o nutnosti přizemnění vodiče PEN.
Síť TN-S čili síť s uzemněným zdrojem (první písmeno T), ke kterému jsou neživé části spotřebičů připojeny vodičem (druhé písmeno N) a navíc funkce nulového vodiče N a ochranného vodiče PE jsou vedeny odděleně (doplňkové písmeno S).
Elektrický proud v síti TN-S teče fázovým vodičem L do spotřebiče, kde se napětí přemění na práci a následně se proud nulovým vodičem N zase vrací zpátky do zdroje.
V případě poruchy spotřebiče, kdy se napětí dostane například na kovový kryt spotřebiče, odchází proud do zdroje ochranným vodičem PE. Tím dojde ke zkratu, který spustí nadproudové ochrany.
V síti TN-S je také možné umístit proudové chrániče, které reagují na mnohem menší poruchové proudy. Princip doplňkové ochrany pomocí proudového chrániče je vysvětlen v tomto článku o padajících chráničích...
Síť TN-C-S čili síť s uzemněným zdrojem (první písmeno T), ke kterému jsou neživé části spotřebičů připojeny vodičem (druhé písmeno N) a navíc nulový vodič N a ochranný vodiče PE jsou nejprve sloučeny do vodiče PEN a následně rozděleny na samostatné vodiče N a PE (doplňková písmena C-S).
Sítě TN-C-S jsou dnes již všechny nové a rekonstruované elektroinstalace. V rodinných domech vybudovaných nebo zrekonstruovaných po roce 1995 byste se už prakticky s jinou síti ani setkat neměli. Zpravidla je to tak, že z distribučního trafa pro vaši oblast jde čtyřvodičové vedení TN-C skrze elektroměr do vašeho hlavního rozvaděče, kde se vodič PEN rozdělí na PE a N a dále pokračuje síť jako pětivodičové vedení TN-S. Ve skutečnosti se však nejedná o dvě sítě TN-C a TN-S, ale o jednu síť TN-C-S.
Hlavní výhodou sítě TN-C-S je, že poruchový proud je veden vlastním ochranným vodičem PE a pokud je bod rozdělení řádně přizemněn, nehrozí nebezpečí ani při přerušení vodiče PEN. V síti TN-C-S lze také navíc osazovat proudové chrániče.
Elektrický proud v síti TN-C-S teče fázovým vodičem L do spotřebiče, kde se napětí opět přemění na práci a následně se proud vrací vodičem N do bodu rozdělení a následně vodičem PEN a zemí zpátky do zdroje.
V případě poruchy spotřebiče, kdy se napětí dostane například na kovový kryt spotřebiče, odchází proud do zdroje nejprve ochranným vodičem PE do bodu rozdělení a potom pokračuje vodičem PEN a zemí. Tím dojde ke zkratu, který spustí nadproudové ochrany.
V případě sítě TN-C-S je nutné provést uzemnění bodu rozdělení, ale to je již pokročilejší téma, které rozebíráme v jiném článku.
Síť TT čili síť s uzemněným zdrojem (první písmeno T), ve které jsou neživé části spotřebičů také přímo uzemněny (druhé písmeno T).
Elektrický proud v síti TT teče fázovým vodičem L do spotřebiče, kde se napětí přemění na práci a následně se proud vrací vodičem N zpátky do zdroje.
V případě poruchy spotřebiče, kdy se napětí dostane na kovový kryt spotřebiče, odchází proud do zdroje nejprve ochranným vodičem PE uzemnění spotřebiče a následně zemí do zdroje.
Problémem však může být vysoký odpor uzemnění, který neumožní dostatečně vysoký průtok proudu k aktivaci nadproudové ochrany. Na základě Ohmova zákona by odpor uzemnění pro jistič B16A, který reaguje při zkratu 5x16A = 80A, musel být nanejvýš (230V / 80A) x 2/3 = 2Ω. To je poměrně nízká hodnota, které nejspíš ani nepůjde dosáhnout.
Proto do sítí TT dáváme proudové chrániče, o kterých je tento článek. Ty jsou mnohem citlivější než jističe nebo pojistky reagující jen na nadproudy a zkraty. K aktivaci takového chrániče s reziduálním proudem 30mA postačí odpor uzemnění ve výši (50V / 0,03A) = 1.666Ω a toho lze již snadno dosáhnout.
Síť IT čili síť s izolovaným zdrojem (první písmeno I), ve které jsou neživé části spotřebičů přímo uzemněny (druhé písmeno T).
Elektrický proud v síti IT teče fázovým vodičem L do spotřebiče, kde se napětí přemění na práci a následně se proud vrací vodičem N zpátky do zdroje.
V případě poruchy spotřebiče, kdy se napětí dostane na kovový kryt spotřebiče, se elektrický proud bude snažit cestou nejmenšího odporu dostat zpátky do zdroje. To se proudu v případě jedné poruchy nepodaří, protože zdroj není defacto uzemněn. On tedy ve skutečnosti uzemněn je, ale přes velkou impedanci, která omezí jeho možný průtok na naprosté minimum.
Prakticky to znamená, že v případě dotyku krytu spotřebiče, který je pod napětím, nedojde k úrazu elektrickým proudem, protože proud nemá v tomto případě skrze tělo kam dále unikat.
Z tohoto důvodu se sítí IT využívá především v nemocnicích, kde určitě není žádoucí, aby kvůli poruše jednoho přístroje došlo k vypnutí celého patra JIPky nebo zhasnutí operačního sálu.
Pokud jste v článku nalezli chybu, dejte nám, prosíme, o ní vědět na eas@eas-elektro.cz
Děkujeme, Eva a Aleš Smetákovi - návrat zpět na přehled článků