Uziemienie funkcjonalne (FE) a uziemienie ochronne (PE) — dwa różne cele, z lub bez wspólnego przewodu

Przewodnik o §444 — środkach EMC wymienia gęstą sieć wyrównawczą jako środek przeciwdziałający zakłóceniom elektromagnetycznym. Jedno pojęcie w tym zakresie jest często mylone i zasługuje na wyraźne rozróżnienie: uziemienie funkcjonalne (FE) w przeciwieństwie do uziemienia ochronnego (PE). Oba łączą część przewodzącą z ziemią, ale w zasadniczo innym celu — a pomylenie tych celów prowadzi albo do niebezpiecznej instalacji, albo do instalacji, która nie działa prawidłowo.

Dwa całkowicie różne cele

• Uziemienie ochronne (PE) ma jeden jedyny cel: bezpieczeństwo osób. W przypadku uszkodzenia izolacji między przewodem czynnym a częścią przewodzącą dostępną urządzenia, połączenie PE zapewnia przepływ wystarczającego prądu zwarciowego, aby zabezpieczenie (wyłącznik, RCD) zadziałało w wymaganym czasie, a napięcie dotykowe na tej części pozostawało w tym czasie w bezpiecznych granicach (zob. podstawowe zasady w przewodniku 131-principles). PE jest środkiem bezpieczeństwa i podlega postanowieniom rozdziałów 41 i 54 normy NEN 1010.
• Uziemienie funkcjonalne (FE) ma na celu poprawę działania urządzeń: stabilne odniesienie napięcia dla obwodów sygnałowych, odprowadzanie wysokoczęstotliwościowych prądów zakłócających do ziemi lub ograniczenie promieniowania elektromagnetycznego. Połączenie FE nie przyczynia się w żaden sposób do bezpieczeństwa osób — jeśli połączenie FE zostanie przerwane, nic się nie zmienia w zakresie bezpieczeństwa instalacji, może natomiast zmienić się jakość sygnału lub wydajność EMC podłączonego urządzenia.

Dlaczego FE nigdy nie może być jedynym połączeniem uziemiającym

To punkt, w którym w praktyce najczęściej popełniany jest błąd: połączenie FE (często cienki, osobno oznaczony przewód do szyny sygnałowej lub ekranującej) nigdy nie może być jedynym połączeniem z ziemią dla urządzenia klasy ochronności I. Przewód FE nie jest bowiem dobierany, badany ani oceniany jako przewód ochronny — nie musi spełniać wymagań przekroju z §543 ani wymagania niskiej impedancji potrzebnej do przepływu prądu zwarciowego w wymaganym czasie wyłączenia. Urządzenia potrzebujące zarówno uziemienia funkcjonalnego, jak i ochronnego, muszą więc zawsze mieć osobne, pełnowartościowe połączenie PE obok połączenia FE.

Kiedy FE i PE są jednak łączone

W przypadku wielu zwykłych urządzeń IT (serwer, przełącznik sieciowy) nie wykonuje się osobnego punktu FE: obudowa jest uziemiona przez zwykłe połączenie PE przewodu zasilającego, a to jedno połączenie PE pełni w praktyce zarówno rolę bezpieczeństwa, jak i (ograniczoną) rolę funkcjonalną. Jest to dopuszczalne, o ile ten łączony przewód w pełni spełnia wszystkie wymagania dotyczące przewodu ochronnego — wymaganie funkcjonalne dochodzi wtedy do wymagania bezpieczeństwa, a nie je zastępuje. W przypadku urządzeń z osobnym, niskoomowym punktem uziemienia wysokiej częstotliwości (na przykład szafa serwerowa 19" z własną szyną uziemienia sygnałowego lub sprzęt telekomunikacyjny z osobno oznaczonym zaciskiem FE), szyna FE jest zwykle połączona z szyną PE/główną szyną uziemiającą w jednym punkcie, aby uniknąć zamkniętej pętli między obydwoma systemami — zob. też przewodnik o uziemieniu ekranu kabla dla tej samej zasady uziemienia jednopunktowego dla ekranów.

Ryzyko wielu, nieskoordynowanych połączeń FE/PE

Gdy instalacja ma wiele, wzajemnie nieskoordynowanych połączeń uziemiających — na przykład osobny punkt uziemienia FE w serwerowni oraz zwykłe PE przez sieć TN, bez połączenia obu w jednym punkcie — powstaje zamknięta pętla między dwoma punktami uziemienia, która (zwłaszcza przy instalacji TN-C) przenosi część normalnego prądu roboczego przez tę pętlę, z towarzyszącymi polami magnetycznymi i napięciami zakłócającymi. To dokładnie problem, któremu §444 ma zapobiegać poprzez wymóg dobrze skoordynowanej, siatkowej sieci wyrównawczej zamiast dowolnych, osobnych punktów uziemienia.

Uwaga: przewód FE jest często rozpoznawalny dzięki własnej konwencji kolorystycznej lub oznaczeniowej (na przykład przewód niebiesko-żółty lub osobno oznaczony, różny w zależności od producenta — nie istnieje uniwersalny kod kolorystyczny NEN-1010 specyficzny dla FE, w przeciwieństwie do PE). W razie wątpliwości należy skonsultować dokumentację producenta urządzenia zamiast zakładać, że cienki, osobno oznaczony przewód uziemiający jest pełnowartościowym przewodem ochronnym.

Praktyczne znaczenie

Przy podłączaniu urządzeń IT, telekomunikacyjnych lub pomiarowo-regulacyjnych z osobno oznaczonym zaciskiem FE ważne jest, aby najpierw ustalić, czy urządzenie ma dodatkowo własne, pełnowartościowe połączenie PE (przez wejście zasilania lub osobny punkt uziemienia ochronnego). Jeśli tak nie jest, należy sprawdzić, czy sam zacisk FE spełnia wszystkie wymagania dotyczące przewodu ochronnego — jeśli nie, brakuje uziemienia bezpieczeństwa dla tego urządzenia i należy je dodatkowo wykonać, niezależnie od połączenia FE.

Częste błędy

1. Uznanie cienkiego przewodu sygnałowego FE za pełnowartościowy przewód ochronny — połączenie FE nie jest dobierane ani badane jako PE i nie zapewnia wykazywalnego bezpieczeństwa osób.
2. Wykonanie wielu punktów uziemienia niepołączonych w jednym punkcie w tej samej instalacji (na przykład osobna „czysta ziemia” dla wrażliwego sprzętu obok zwykłego PE) — tworzy to dokładnie tę pętlę zakłóceniową, której środek ten miał zapobiegać.
3. Odłączenie połączenia FE, „bo przecież jest tylko dla sprzętu” bez sprawdzenia, czy ten sam przewód pełni również funkcję ochronną — przy przewodzie łączonym tak właśnie jest, co stwarza zagrożenie bezpieczeństwa.
4. Przekonanie, że osobny „czysty punkt uziemienia” daje lepsze uziemienie niż zwykłe PE — z punktu widzenia bezpieczeństwa liczy się tylko jedno uziemienie (uziemienie ochronne wg rozdziału 54); osobny punkt FE rozwiązuje problem sygnałowy, a nie problem bezpieczeństwa.

Powiązane

• §444 — Środki przeciw zakłóceniom elektromagnetycznym (EMC)
• EMC — separacja kabli zasilających i danych
• Przewód ochronny — dobór przekroju
• Uziemienie ekranu kabla — jedno- lub dwustronne