28.12.2023 - Ing. Aleš Smeták
Všichni elektrikáři bezpečně vědí, že bod rozdělení čili místo, kde se vodič PEN rozděluje na nulový (pracovní) vodič N a ochranný vodič PE, je nezbytné přizemnit... ale proč tomu tak je?
Pojďme se na problematiku v první řadě podívat řečí norem. Bod rozdělení se týká jen sítí TN-C-S, protože v ostatních sítích k rozdělení vodiče PEN nedochází...
Více o rozdílech mezi sítěmi TN-C / TN-S a TN-C-S se dočtete zde.
Ačkoliv jsem v normách explicitní textový požadavek na povinnost uzemnění bodu rozdělení nenašel, tak v normě ČSN 33 2000-1 ed.2 se nachází obrázek A.31B2, který přizemnění bodu rozdělení v síti TN-C-S znázorňuje.
Uzemnění bodu rozdělení není ve schématech zmíněno jen tak pro nic za nic a má poměrně zásadní vliv na bezpečnost elektroinstalace při poruše v podobě upadlého vodiče PEN.
Pojďme se podrobněji podívat na různé situace s upadnutým vodičem PEN v síti s uzemněným bodem rozdělením a v síti s neuzemněným bodem rozdělení.
Abychom lépe pochopili, proč je vůbec nezbytné se touto problematikou zabývat, musíme si zopakovat, co se děje, pokud nám upadne nebo se uvolní vodič PEN v síti TN-C.
Při této závadě totiž hrozí bezprostřední ohrožení života,
protože v síti TN-C se totiž z podstaty nemohou vyskytovat chrániče, které by případnou oběť před úrazem zachránily.
Přerušení vodiče PEN tak s sebou nese dva hlavní druhy problémů...
Pokud dojde k přerušení vodiče PEN, tak elektrický proud se nemá kudy vracet do zdroje, a protože je v síti TN-C v zásuvce propojený pracovní vodič N a ochranný vodič PE, tak se napětí 230V objeví na kostře spotřebiče.
Napětí bohužel není vidět a ani cítit a trpělivě čeká až bude moci nějak dostat do země a pak zemním spojením zpět do zdroje. Bohužel takovou cestou se obvykle stane uživatel...
V takovém případě však uživatele chránič nezachrání, protože tam není a jističi je pár ampér, které protékají vaším tělem, úplně šumák a bude dál držet.
Stručně řečeno, přerušení vodiče PEN v síti TN-C je život ohrožující závada, která vyžaduje neprodlenou opravu kvalifikovanou osobou.
Zkusme si jednoduchý výpočet pro zjištění proudu, který poteče lidským tělem v případě uzemněného a neuzemněného vodiče PEN.
Představme si síť TN-C, ve které dojde k přerušení vodiče PEN, na který je připojení spotřebič s výkonem 2.600W. Spotřebičem tedy poteče proud 2.600W / 230V = 11,3A a jeho odpor bude 230V / 11,3A = 20Ω. Uzemnění zdroje předpokládejme ve výši 5Ω a odpor lidského těla ve výši 2kΩ.
V případě neuzemněného vodiče PEN poteče obvodem proud okolo 113mA, přičemž rozdíl napětí mezi krytem spotřebiče a zemí bude 227V. To už je s přehledem dost na solidní úraz elektrickým proudem, více o účincích elektrického proudu na lidský organismus najdete zde...
Nyní zkusme ten samý příklad s rozdílem, že vodič PEN bude přizemněn až někde za poruchou na přívodním vedení. Přizemnění vodiče PEN uvažujme ve výši 8Ω.
V případě přizemněného vodiče PEN poteče v případě poruchy obvodem proud 6,22A a na krytu spotřebiče se objeví napětí do 50V. Pokud se krytu dotkne člověk, část proudu ve výši 25mA se přesměruje skrze lidské tělo. Zbytek poruchového proudu poteče přizemněním, které má mnohem nižší odpor než člověk. I tohle bude pro uživatele pěkná šlupka, ale na rozdíl od prvního případu si ji bude pamatovat.
Přerušení vodiče PEN, kromě úrazu elektrickým proudem, může také způsobit přepětí a zničit připojené spotřebiče.
Aby takové přepětí při přerušení PENka bylo vůbec možné je nezbytné, aby v domě byla provozována 3fázová soustava.
Při nepřerušeném PENku a zapojením dvou různých spotřebičů na odlišné fáze, prochází proud z každé fáze jednotlivými spotřebiči a odchází vodičem PEN zpět do zdroje.
Zde si uděláme malou odbočku k vysvětlení vzniku možného přepětí.
Z elektrárny přicházejí tři fáze a každá z nich má proti zemi 230V. Napětí mezi jednotlivými fázemi se nazývá jako sdružené napětí a lze spočítat jako √3 x 230V = 400V. Ze zjednodušeného obrázku je patrné, že absolutní rozdíl napětí v bodě X je L1 + L3 = 400V.
V případě přerušení vodiče PEN přichází do spotřebiče A napětí z fáze L3 a do spotřebiče B napětí z fáze L1. Ačkoliv mezi fází L1 a PEN a L3 a PEN je "pouze" 230V, tak mezi jednotlivými fázemi je 400V.
Při sepnutí obou spotřebičů, vystavíme oba spotřebiče, navržené pro provoz při 230V, rozdílu napěti 400V a to se rozhodně citlivým spotřebičům nebude líbit. Nakonec to vždy odnese ten s nižším příkonem.
Zkusme takový jednoduchý výpočet přepětí na jednotlivých spotřebičích. Představme si, že spotřebič A je televize s příkonem 115W a spotřebič B je přímotop s příkonem 2.300W.
Oba spotřebiče konstruovány pro napětí 230V a impedanci (odpor) vedení pro jednoduchost zanedbáme.
Abychom zjistili jak se rozdělí napětí 400V na jednotlivé spotřebiče, musíme se nejprve dopočítat jejich impedancí (odporů).
Televize v zapnutém stavu odebírá 115W / 230V = 0,5A a přímotop 2.300W / 230 V = 10A. Impedance televize je potom 230V / 0,5A = 460Ω a přímotopu 230V / 10A = 23Ω. Celkový proud obvodu je pak 400V / (460Ω + 23Ω) = 0,83A.
Napětí na televizi pak bude 460Ω x 0,83A = 380V a na přímotopu 23Ω x 0,83A = 20V.
Přímotopu to bude jedno, ale televize to na sichr nepřežije...
V případě neuzemněného bodu rozdělení, dojde při přerušení vodiče PEN k výskytu nebezpečného napětí na krytech spotřebičů třídy ochrany I., protože elektrický proud se nemá kudy vracet do zdroje.
Tím dojde i k ohrožení uživatelů elektroinstalace, protože proud si najde cestu skrze lidské tělo do země a dále zemním spojením zpátky do zdroje.
V takovém případě oběti nepomůže ani jistič, kterému pár ampér procházejících lidským tělem nebude vadit, a ani proudový chránič, protože proud procházející chráničem do spotřebiče bude stejný jako proud z něj odcházející... chránič tak nebude mít důvod vybavit.
Naopak v případě uzemněného bodu rozdělení, nedojde při přerušení vodiče PEN k výskytu nebezpečného napětí na krytech spotřebičů, protože elektrický proud se místo vodičem PEN bude vracet do zdroje zemí skrze uzemnění bodu rozdělení a uzemnění zdroje.
Tím nedojde k ohrožení uživatelů elektroinstalace.
S touto problematikou souvisí i přerušení ochranného vodiče PE v síti TN-C-S při současné poruše spotřebiče, kdy se na kostru dostává část nebo celé napětí. Nebezpečnost této situace spočívá především v tom, že elektrická zařízení mohou fungovat i při přerušeném ochranném vodiči PE, a proto na přerušení vodič PE běžný uživatel jen tak sám nepřijde... proto není od věci jednou za čas provést celkovou revizi elektroinstalace.
Naštěstí v tomto případě zachrání situaci chránič, který prakticky okamžitě pozná, že část proudu utíká mimo jeho okruh a do pár milisekund celý okruh odpojí.
Je tedy zřejmé, že ani přerušený ochranný vodič ve správně provedené elektroinstalaci s chrániči, nemá předpoklad způsobit závažný úraz.
Pokud dojde k přerušení pracovního vodiče N v síti TN-C-S, nejsou důsledky, narozdíl od přerušení vodiče PEN v TN-C, tak závažné.
Spotřebiče v takovém případě přestanou fungovat, protože ačkoliv jsou pod napětím, tak proud jimi nemůže procházet zpět ke zdroji. Elektrický obvod totiž není uzavřen. Síťové napětí se při této poruše nemá jak objevit na kostře spotřebiče. Chrániče ani jističe při tomto typu poruchy nevybaví, protože proud nikde neutíká mimo vymezený okruh.
I kdyby se na kostře, díky další poruše, napětí přeci jen nějak objevilo, bude okamžitě odvedeno ochranným vodičem PE. V tomto případě zareaguje chránič podle a impedance patrně i jistič.
Může se však stát, že ačkoliv nehrozí úraz, tak to může kvůli přepětí odnést nějaký spotřebič, ale o tom jsme již mluvili.
Závěrem lze říci, že z výše uvedených příkladů je zřejmé, že při přerušení vodiče PEN, pracovního vodiče N nebo ochranného vodiče PE v síti TN-C-S s uzemněným bodem rozdělení, nehrozí uživateli elektroinstalace bezprostřední nebezpečí.
Správně provedená síť TN-C-S je za všech okolností bezpečnější než dříve realizované TN-C, a proto je také normami u novostaveb a rekonstrukcí vyžadována.
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