Układ IT — wyłączenie przy drugim doziemieniu (§411.6)

Poradnik o układzie IT i kontroli izolacji (IMD) opisuje, jak pierwsze doziemienie w układzie IT jest sygnalizowane bez wyłączania instalacji, i wspomina jakościowo, dlaczego drugie doziemienie staje się niebezpieczne. Ten artykuł idzie o krok dalej: co konkretnie wymaga §411.6 normy w chwili wystąpienia tego drugiego doziemienia, oraz dlaczego rzeczywista pętla zwarciowa — a więc i wymagany czas wyłączenia — zależy od tego, czy przewód neutralny układu IT jest rozdzielony i połączony, czy nie.

Zasada: pierwsze doziemienie może trwać, drugie już nie

Jak opisano w poradniku o IMD, układ IT może normalnie pracować dalej po pierwszym doziemieniu — nie ma niskoimpedancyjnej drogi powrotnej do ziemi, więc nie powstaje niebezpieczne napięcie dotykowe. Gdy jednak wystąpi drugie doziemienie na innym przewodzie czynnym, zanim usunięto pierwsze, przez ziemię powstaje pętla zwarciowa między dwoma miejscami awarii, porównywalna pod względem zagrożenia z bezpośrednim doziemieniem w układzie TN. §411.6 wymaga więc, aby taka sytuacja mimo to prowadziła do automatycznego wyłączenia, w sposób porównywalny z TN lub TT, ale z obliczeniem pętli zwarciowej właściwym dla układu IT.

Przewód neutralny nierozdzielony: pętla zwarciowa przez dwa przewody fazowe

Gdy układ IT nie ma rozdzielonego przewodu neutralnego (najczęstszy przypadek trójfazowej instalacji IT bez odbiorów faza-zero), pętla zwarciowa przy drugim doziemieniu przebiega między dwoma przewodami fazowymi: fazą z pierwszym doziemieniem i fazą z drugim doziemieniem, poprzez wzajemnie połączone przewody ochronne obu miejsc awarii. Napięcie na tej pętli to zatem nie napięcie fazowe (U₀) jak przy awarii w układzie TN, lecz pełne napięcie międzyfazowe (U, zwykle 400 V) — wyższe napięcie, które przy tej samej impedancji pętli daje większy prąd zwarciowy niż równoważna awaria TN przy tym samym napięciu.

Przewód neutralny rozdzielony: warunki bliższe TN

Gdy przewód neutralny układu IT jest rozdzielony i połączony z przewodem ochronnym, drugie doziemienie może wystąpić także między przewodem fazowym a przewodem neutralnym. W takiej konfiguracji obowiązują warunki bliższe zwykłym warunkom TN (pętla zwarciowa przy napięciu fazowym U₀), w zależności od dokładnego położenia obu miejsc awarii względem siebie i względem przewodu neutralnego.

Uwaga: dokładne czasy wyłączenia dla warunku drugiego doziemienia podane są w osobnej tabeli w pełnej normie (obok znanej tabeli TN/TT dla pierwszego doziemienia) i różnią się w zależności od sytuacji (przewód neutralny rozdzielony lub nie, przewody ochronne wspólnie uziemione lub nie). Przy konkretnym projekcie zawsze należy skonsultować pełny tekst normy dla dokładnych wartości tabelarycznych.

Praktyczne znaczenie

Przy projektowaniu lub ocenie układu IT — na przykład na sali operacyjnej (medyczny układ IT) lub w ciągłym procesie przemysłowym — nie wystarczy sprawdzić detekcję pierwszego doziemienia przez IMD (zob. poradnik o IMD), lecz trzeba też zweryfikować, czy zwykłe zabezpieczenie nadprądowe lub różnicowoprądowe rzeczywiście wyłączy w wymaganym czasie po wystąpieniu drugiego doziemienia. Wymaga to osobnego obliczenia pętli zwarciowej, zależnego od konkretnej konfiguracji przewodu neutralnego danego układu IT.

Częste błędy

1. Sprawdzanie tylko działania IMD i pominięcie osobnej oceny warunku drugiego doziemienia z §411.6 — IMD sygnalizuje pierwsze doziemienie, ale rzeczywiste bezpieczeństwo przy drugim doziemieniu zależy od zwykłego zabezpieczenia nadprądowego/różnicowoprądowego i związanej z nim impedancji pętli zwarciowej.
2. Użycie napięcia fazowego (U₀) zamiast napięcia międzyfazowego (U) przy obliczaniu impedancji pętli zwarciowej dla układu IT bez rozdzielonego przewodu neutralnego — drugie doziemienie przebiega przecież między dwoma przewodami fazowymi, nie między fazą a zerem.
3. Założenie, że układ IT z definicji ma łagodniejsze wymagania wyłączeniowe niż TN/TT — warunek drugiego doziemienia może wręcz dać wyższe napięcie na pętli zwarciowej, co wymaga niższej impedancji pętli (a więc staranniejszego projektu), aby wyłączyć w dopuszczalnym czasie.
4. Pozostawienie pierwszego doziemienia na dłuższy czas, ponieważ instalacja pozornie nadal działa — im dłużej pierwsze doziemienie pozostaje nieusunięte, tym dłuższy okres, w którym drugie doziemienie może doprowadzić do tego wyłączenia (i wynikającej z niego przerwy w pracy).

Powiązane

• Układ IT i kontrola izolacji (IMD) — detekcja pierwszego doziemienia
• Układy uziemienia — TN-S, TN-C-S, TT i IT
• Samoczynne wyłączenie zasilania — §411
• Wyłączniki różnicowoprądowe (§531)