Układ Sieci – TN-C-S

1. Czym jest układ sieci TN-C-S?

Układ sieci TN-C-S to system uziemienia stosowany w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia, który łączy cechy układów TN-C i TN-S. Początkowy odcinek sieci działa w konfiguracji TN-C, gdzie funkcję przewodu neutralnego (N) i ochronnego (PE) pełni wspólny przewód PEN. Następnie, w określonym punkcie instalacji, następuje rozdział przewodu PEN na osobne przewody PE i N, co przekształca układ w TN-S.

Zastosowanie układu TN-C-S wynika z konieczności zwiększenia bezpieczeństwa i poprawy ochrony przeciwporażeniowej. W literaturze technicznej wskazuje się, że taki system pozwala na stosowanie wyłączników różnicowoprądowych (RCD), które są skutecznym środkiem ochrony uzupełniającej​.

2. Definicja podziału wspólnego przewodu PEN na PE i N w określonym punkcie instalacji

W układzie TN-C-S kluczowym elementem jest rozdział przewodu PEN na oddzielne przewody PE i N. Proces ten odbywa się zazwyczaj w złączu energetycznym, rozdzielnicy głównej budynku lub innym strategicznym miejscu instalacji. Po rozdzieleniu, przewód PE pełni wyłącznie funkcję ochronną, a przewód N służy do przesyłu prądu roboczego.

Według normy PN-HD 60364-4-41 przewód PEN powinien mieć przekrój co najmniej 10 mm² Cu (miedź) lub 16 mm² Al (aluminium) przed miejscem rozdziału​

Po podziale konieczne jest również odpowiednie uziemienie punktu rozdziału, aby zapewnić stabilność potencjału i uniknąć zakłóceń w działaniu zabezpieczeń różnicowoprądowych​

Zapisz się na uprawnienia elektryczne – Do pracy przy urządzeniach elektrycznych wymagane są uprawnienia

3. Układ sieci TN-C-S – Dlaczego stosuje się rozdział przewodu PEN?

Podział przewodu PEN na PE i N jest kluczowym elementem projektowania instalacji w układzie TN-C-S, ponieważ wpływa na bezpieczeństwo użytkowników oraz prawidłowe działanie urządzeń ochronnych. Według publikacji Fryderyka Łasaka, rozdzielenie przewodu pozwala na eliminację niepożądanych napięć na przewodach ochronnych, co znacząco redukuje ryzyko porażenia prądem elektrycznym.

Korzyści wynikające z podziału PEN na PE i N:

• Poprawa skuteczności ochrony przeciwporażeniowej – wyeliminowanie potencjalnej różnicy napięć na obudowach urządzeń elektrycznych.
• Możliwość zastosowania wyłączników różnicowoprądowych (RCD), które nie działają prawidłowo w układzie TN-C.
• Lepsza separacja funkcji przewodu ochronnego i neutralnego, co zmniejsza ryzyko prądów błądzących i korozji elektrochemicznej w instalacjach metalowych.
• Spełnienie wymagań normy PN-HD 60364, która zaleca stosowanie układu TN-S w nowych instalacjach budowlanych.

schemat przedstawiający proces rozdziału przewodu PEN na PE i N w układzie TN-C-S. rysunek 1.3 z publikacji Fryderyka Łasaka.

4. Schemat ideowy i charakterystyka układu sieci TN-C-S

Układ TN-C-S łączy cechy systemów TN-C i TN-S, co oznacza, że na początkowym odcinku przewód PEN pełni jednocześnie funkcję ochronną i neutralną, a w dalszej części instalacji zostaje rozdzielony na PE i N. Według publikacji Edwarda Musiała, taki system jest szeroko stosowany w budownictwie mieszkaniowym i przemysłowym ze względu na ekonomiczną budowę i wysoką skuteczność ochrony przeciwporażeniowej.

układ sieci TN-C-S Kluczowe elementy układu

• Źródło zasilania – najczęściej stacja transformatorowa SN/nn, w której punkt neutralny jest uziemiony.
• Przewód PEN – biegnący od stacji transformatorowej do złącza energetycznego lub rozdzielnicy głównej.
• Miejsce rozdziału przewodu PEN – często zlokalizowane w rozdzielnicy głównej budynku.
• Przewody PE i N – po rozdziale PE odpowiada wyłącznie za ochronę, a N za funkcję roboczą.

5. Układ Sieci TN-C-S Miejsce rozdziału PEN na PE i N

Rozdzielenie przewodu PEN jest kluczowym etapem wdrażania układu TN-C-S, który wpływa na bezpieczeństwo i stabilność instalacji elektrycznej. Według publikacji Edwarda Musiała, miejsce podziału powinno być starannie dobrane, aby zapewnić prawidłowe działanie systemu ochrony przeciwporażeniowej oraz uniknąć zakłóceń w pracy urządzeń.

Gdzie najczęściej dokonuje się rozdziału PEN?

1. W złączu energetycznym – rozwiązanie stosowane w nowych instalacjach, zapewniające szybki dostęp do punktu podziału.
2. W rozdzielnicy głównej budynku – najbardziej popularne miejsce rozdziału, pozwalające na skuteczne uziemienie PE.
3. W podrozdzielniach elektrycznych – opcja wykorzystywana w większych budynkach i instalacjach przemysłowych.

Kluczowe zasady rozdziału przewodu PEN:

• Przewód PEN przed podziałem musi mieć odpowiedni przekrój – minimum 10 mm² Cu lub 16 mm² Al.
• Obowiązkowe uziemienie w miejscu rozdziału – zapewnia stabilność potencjału i minimalizuje ryzyko porażeń.
• Zakaz ponownego łączenia PE i N po rozdziale – ich funkcje muszą pozostać odrębne w dalszej części instalacji.

6. Wpływ układu sieci zasilającej na układ sieci TN-C-S

Układ TN-C-S jest silnie uzależniony od typu sieci zasilającej, ponieważ sposób doprowadzenia energii oraz miejsce uziemienia wpływają na ochronę przeciwporażeniową i stabilność napięć w instalacji. Według publikacji Edwarda Musiała, szczególne znaczenie ma przejście z układu TN-C (przed złączem) do TN-S (w budynku), które musi spełniać konkretne wymagania normatywne.

Typowe scenariusze zasilania dla TN-C-S:

1. Zasilanie z sieci TN-C – w starszych instalacjach przewód PEN dochodzi do złącza budynku, gdzie następuje jego rozdział na PE i N.
2. Zasilanie z sieci TN-S – w nowoczesnych systemach dystrybucyjnych sieć niskiego napięcia dostarczana jest od razu w układzie TN-S, co eliminuje konieczność rozdzielania przewodu PEN.
3. Zasilanie mieszane (TN-C przed złączem, TN-S w budynku) – najczęściej spotykane rozwiązanie, stosowane przy modernizacjach i nowych instalacjach.

Konsekwencje wyboru układu sieci:

• W układzie TN-C przed złączem przewód PEN pełni podwójną funkcję, co wymaga szczególnej uwagi przy projektowaniu zabezpieczeń.
• TN-S w budynku pozwala na skuteczniejsze stosowanie wyłączników różnicowoprądowych (RCD), co poprawia poziom bezpieczeństwa.
• Nieprawidłowy podział PEN lub brak uziemienia w punkcie rozdziału może prowadzić do prądów błądzących, zwiększając ryzyko porażeń oraz zakłóceń w instalacji.

Zobacz także: Protokół odbioru instalacji elektrycznej – Dowiedz się jak wypełnić taki protokół.

7. Ochrona przeciwporażeniowa w układzie sieci TN-C-S

Jednym z głównych powodów stosowania układu TN-C-S jest zapewnienie wysokiego poziomu ochrony przeciwporażeniowej, który spełnia współczesne normy bezpieczeństwa. Dzięki oddzieleniu przewodu PE i N możliwe jest skuteczne wykrywanie i eliminowanie zagrożeń związanych z przepływem prądów zwarciowych oraz minimalizacja napięć dotykowych na obudowach urządzeń elektrycznych.

Mechanizm szybkiego wyłączenia przy zwarciu doziemnym

W przypadku uszkodzenia izolacji i powstania zwarcia doziemnego układ TN-C-S umożliwia samoczynne wyłączenie zasilania. Dzieje się to dzięki współpracy przewodu ochronnego PE z systemem zabezpieczeń nadprądowych lub różnicowoprądowych (RCD). Gdy nastąpi zwarcie do ziemi, przewód PE kieruje prąd zwarciowy do uziemienia, co powoduje natychmiastową reakcję wyłącznika.

Zalety rozdzielenia funkcji ochronnej i neutralnej

Gdy przewody PE i N działają niezależnie, nie dochodzi do przypadkowego przenoszenia napięcia na części metalowe urządzeń. Oznacza to, że:

• Można skutecznie stosować wyłączniki różnicowoprądowe (RCD), które wymagają odrębnego przewodu neutralnego,
• Eliminowane są prądy błądzące, które w systemie TN-C mogły powodować korozję elementów metalowych (np. rur wodociągowych),
• Spada ryzyko przepięć i asymetrii napięć, co pozytywnie wpływa na żywotność urządzeń elektrycznych.

Wymagane przekroje i sposób podłączenia przewodów PE i N

Aby układ działał zgodnie z przepisami, należy stosować następujące zasady:

• Przewód PEN przed rozdziałem musi mieć przekrój minimum 10 mm² Cu lub 16 mm² Al,
• Po rozdziale przewód PE i N muszą być prowadzone osobno i nie mogą się ponownie łączyć w dalszej części instalacji,
• Uziemienie przewodu PE powinno znajdować się w punkcie podziału PEN, a jego rezystancja powinna być dostatecznie niska, aby zapewnić skuteczność ochrony przeciwporażeniowej.

8. Wymagania norm i przepisów dla układu sieci TN-C-S

Układ TN-C-S musi spełniać określone normy i przepisy, które zapewniają bezpieczeństwo użytkowników oraz niezawodność działania instalacji elektrycznych. W Polsce regulacje dotyczące ochrony przeciwporażeniowej oraz budowy instalacji są zawarte w normie PN-HD 60364, a także w przepisach Prawa budowlanego.

Kiedy zaleca się stosowanie układu TN-C-S?

Normy zalecają stosowanie układu TN-C-S przede wszystkim w:

• Nowym budownictwie – jako standardowy układ zapewniający wysoki poziom bezpieczeństwa,
• Modernizacjach starych instalacji TN-C – pozwala na stopniowe przejście na TN-S bez konieczności wymiany całej instalacji,
• Obiektach użyteczności publicznej i budynkach wielorodzinnych – zapewnia zgodność z nowoczesnymi wymogami dotyczącymi ochrony przed porażeniem.

Minimalne przekroje przewodów i wymagania dotyczące uziemienia

Zgodnie z aktualnymi normami:

• Minimalny przekrój przewodu PEN przed rozdziałem wynosi 10 mm² Cu lub 16 mm² Al,
• Uziemienie w punkcie rozdziału jest obowiązkowe i powinno mieć jak najniższą rezystancję, najlepiej poniżej 10 Ω,
• Przewody PE i N po rozdziale nie mogą być ponownie łączone, co zapobiega błędnemu działaniu wyłączników RCD.

Implementacja wyłączników różnicowoprądowych (RCD)

Jednym z najważniejszych wymogów w nowoczesnych instalacjach TN-C-S jest stosowanie wyłączników różnicowoprądowych. Są one wymagane w:

• Obwodach gniazd wtyczkowych ≤ 32 A,
• Instalacjach w łazienkach, kuchniach i pomieszczeniach o podwyższonym ryzyku,
• Nowoczesnych systemach ochrony przeciwporażeniowej, gdzie zapewniają dodatkowy poziom bezpieczeństwa.

9. Układ Sieci TN-C-S Projektowanie i budowa instalacji w układzie

Projektowanie instalacji elektrycznej w układzie TN-C-S wymaga uwzględnienia zarówno bezpieczeństwa użytkowników, jak i zgodności z normami technicznymi. Każdy element systemu musi być odpowiednio dobrany i rozmieszczony, aby zapewnić niezawodność działania oraz skuteczną ochronę przeciwporażeniową.

Lokalizacja szyny PE i N w rozdzielnicy głównej

Jednym z kluczowych elementów budowy instalacji TN-C-S jest poprawne rozmieszczenie szyn PE i N w głównej rozdzielnicy budynku. Według zaleceń projektowych:

• Przewód PEN powinien być doprowadzony do głównej listwy zaciskowej w rozdzielnicy, gdzie następuje jego rozdział na PE i N,
• Szyna PE powinna być połączona z uziemieniem budynku, aby zapewnić stabilny potencjał ochronny,
• Szyna N musi być oddzielona od PE i połączona tylko z przewodami neutralnymi obwodów odbiorczych.

Konieczność odpowiedniego uziemienia punktu rozdziału PEN

W praktyce układ TN-C-S wymaga, aby w miejscu podziału przewodu PEN zapewnić skuteczne uziemienie, co:

• Minimalizuje ryzyko pojawienia się napięć pasożytniczych na przewodach ochronnych,
• Zapewnia prawidłową pracę wyłączników różnicowoprądowych,
• Eliminuje możliwość pojawienia się napięć niebezpiecznych na metalowych obudowach urządzeń elektrycznych.

Główne i miejscowe połączenia wyrównawcze

Aby dodatkowo zwiększyć bezpieczeństwo w instalacjach TN-C-S, stosuje się połączenia wyrównawcze, które niwelują różnice potencjałów między elementami metalowymi w budynku.

• Połączenia główne – obejmują szynę uziemiającą, rury wodociągowe, przewody gazowe oraz inne przewodzące instalacje,
• Połączenia miejscowe – stosowane w pomieszczeniach o podwyższonym ryzyku, takich jak łazienki, kuchnie, kotłownie, gdzie wymagane jest dodatkowe wyrównanie potencjałów.

10. Układ Sieci TN-C-S Eksploatacja i kontrola w układzie

Aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność działania instalacji w układzie TN-C-S, konieczne jest jej regularne kontrolowanie oraz przeprowadzanie przeglądów technicznych. Właściwa eksploatacja pozwala na wykrycie ewentualnych usterek, które mogą prowadzić do porażeń elektrycznych lub zakłóceń w pracy urządzeń.

Przeglądy okresowe i testy ochrony przeciwporażeniowej

Zgodnie z przepisami Prawa budowlanego, instalacja elektryczna powinna być kontrolowana co najmniej raz na 5 lat lub częściej w przypadku obiektów o podwyższonym ryzyku.
W ramach przeglądu wykonuje się:

• Sprawdzenie ciągłości przewodów PE i N oraz poprawności rozdziału PEN,
• Testy wyłączników różnicowoprądowych (RCD) – ich prawidłowe działanie jest kluczowe dla ochrony przeciwporażeniowej,
• Pomiar impedancji pętli zwarcia, aby upewnić się, że zabezpieczenia nadprądowe wyłączą obwód w odpowiednim czasie,
• Kontrolę uziemienia punktu rozdziału PEN i ocenę jego skuteczności.

Typowe usterki w układzie TN-C-S

Nieprawidłowości w eksploatacji układu TN-C-S mogą prowadzić do zagrożeń porażeniowych oraz awarii urządzeń. Według publikacji Fryderyka Łasaka, najczęstsze błędy to:

• Niewłaściwe uziemienie przewodu PE lub jego całkowity brak,
• Nieprawidłowe podłączenie przewodów PE i N, co może powodować przenoszenie napięć na elementy metalowe,
• Korozja uziomu prowadząca do wzrostu jego rezystancji i zmniejszenia skuteczności ochrony,
• Brak testów RCD, co może skutkować ich niesprawnością w momencie awarii.

Rozbudowa instalacji i dodawanie nowych odbiorników

Podczas modernizacji instalacji w układzie TN-C-S należy pamiętać, że:

• Nowe obwody powinny być prowadzone już w układzie TN-S,
• Nie wolno łączyć przewodów PE i N po rozdziale PEN,
• Dodatkowe uziemienia mogą poprawić stabilność instalacji, ale muszą być odpowiednio połączone z systemem ochrony.

Zobacz także: Pomiar Rezystancji Izolacji – kompleksowy przewodnik

11. Układ Sieci TN-C-S Zastosowania praktyczne układu

Układ TN-C-S jest powszechnie stosowany w nowoczesnych instalacjach elektrycznych, ponieważ łączy w sobie zalety ekonomicznego prowadzenia przewodów w układzie TN-C oraz wysokiego poziomu bezpieczeństwa, charakterystycznego dla TN-S. W praktyce wykorzystywany jest zarówno w budownictwie mieszkaniowym, jak i w obiektach przemysłowych czy użyteczności publicznej.

Budownictwo jedno- i wielorodzinne

W nowych budynkach mieszkalnych stosowanie układu TN-C-S jest standardem, ponieważ zapewnia:

• Możliwość stosowania wyłączników różnicowoprądowych (RCD) w instalacji odbiorczej,
• Lepszą ochronę przed porażeniem, dzięki wyraźnemu oddzieleniu funkcji przewodu neutralnego (N) i ochronnego (PE),
• Eliminację prądów błądzących, które w starszych instalacjach TN-C mogły powodować korozję metalowych elementów, takich jak rury wodociągowe.

Obiekty użyteczności publicznej i przemysłowe

W przypadku budynków takich jak szkoły, biura, szpitale czy hale produkcyjne, układ TN-C-S zapewnia:

• Wysoką niezawodność działania, co jest kluczowe dla miejsc o dużym zapotrzebowaniu na energię,
• Zgodność z normami bezpieczeństwa, w tym z wymogami dotyczącymi ochrony przeciwporażeniowej i stosowania RCD,
• Możliwość stopniowej modernizacji instalacji TN-C do TN-S, bez konieczności wymiany całego okablowania w budynku.

Porównanie układu TN-C-S z innymi wariantami (TN-C, TN-S)

Układ TN-C-S jest często traktowany jako kompromisowe rozwiązanie między

12. Podsumowanie

Układ TN-C-S jest jednym z najczęściej stosowanych systemów zasilania i ochrony przeciwporażeniowej w nowoczesnych instalacjach elektrycznych. Łączy on zalety układu TN-C oraz TN-S, zapewniając ekonomiczne prowadzenie przewodów przy jednoczesnym spełnieniu współczesnych norm bezpieczeństwa. Kluczowym elementem jego budowy jest poprawne rozdzielenie przewodu PEN na PE i N, które powinno nastąpić w odpowiednio zaprojektowanym punkcie z zapewnionym uziemieniem.

Najważniejsze wnioski dotyczące skuteczności ochrony w TN-C-S:

• Poprawnie wykonany układ eliminuje zagrożenie porażeniowe, minimalizując ryzyko napięć na częściach przewodzących.
• Możliwość stosowania wyłączników różnicowoprądowych (RCD) sprawia, że instalacja jest znacznie bezpieczniejsza niż w przypadku układu TN-C.
• Regularne przeglądy techniczne i testy ciągłości przewodów oraz skuteczności uziemienia są kluczowe dla utrzymania prawidłowej pracy instalacji.
• Dobrze zaprojektowana modernizacja pozwala stopniowo przekształcić starsze instalacje TN-C w TN-C-S, zwiększając bezpieczeństwo użytkowników.

Dzięki wysokiej niezawodności i zgodności z normami, układ TN-C-S jest standardem w budownictwie mieszkaniowym, obiektach użyteczności publicznej oraz w przemyśle. Kluczowym aspektem jego prawidłowego działania jest przestrzeganie norm technicznych, poprawne uziemienie oraz stosowanie odpowiednich zabezpieczeń.

13. Bibliografia

1. Edward Musiał, Ochrona od porażeń w układach IT, TT i TN. Współdziałanie dwóch różnych układów w jednej instalacji, Politechnika Gdańska.
2. Fryderyk Łasak, Wykonywanie odbiorczych i okresowych sprawdzań w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia, Nowohucki Oddział SEP, 2021.
3. PN-HD 60364-4-41:2017-09P, Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
4. PN-HD 60364-6:2008P, Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Sprawdzanie stanu ochrony przeciwporażeniowej w eksploatowanych urządzeniach elektrycznych o napięciu znamionowym do 1 kV.
5. Pomiary w instalacjach elektrycznych do 1 kV, Podręcznik INPE dla Elektryków, Stowarzyszenie Elektryków Polskich, 2012.