Prądy błądzące przez równoległe ścieżki N-PE — dlaczego drugi punkt uziemienia na przewodzie neutralnym jest niebezpieczny

Przewodnik o §543.4 — minimalnym przekroju i zakazie łączenia przewodu PEN oraz [przewodnik o przerwaniu przewodu PEN w TN-C-S](/guides/nen-1010/pen-geleiderbreuk-tncs) opisują dwa znane zagrożenia związane z przewodem PEN: zbyt cienki przewód PEN oraz jego całkowite przerwanie. Ten artykuł opisuje trzeci, mniej znany, ale w praktyce regularnie występujący problem: co dzieje się, gdy przewód neutralny (N) po punkcie rozdziału zostaje mimo to połączony w drugim miejscu z ziemią lub z częścią przewodzącą obcą — nie przez przerwanie, lecz przez dodatkowe, niezamierzone połączenie.

Zasada: jeden punkt rozdziału, a następnie ścisłe rozdzielenie

W instalacji TN-C-S połączony przewód PEN jest rozdzielany dokładnie w jednym punkcie — zwykle przy głównym przyłączu — na oddzielny przewód neutralny (N) i przewód ochronny (PE), jak opisano w przewodniku o przewodzie PEN. Od tego punktu rozdziału N i PE muszą pozostać ściśle rozdzielone: przewód neutralny nie może już nigdzie być ponownie połączony z przewodem ochronnym, z główną szyną uziemiającą ani z żadną inną uziemioną lub przewodzącą częścią obcą.

Jak powstaje drugie, niezamierzone połączenie N-PE

W praktyce takie niepożądane drugie połączenie rzadko powstaje celowo, lecz drogą pośrednią:

• Elektryk przez pomyłkę łączy szynę neutralną w rozdzielnicy podrzędnej z szyną uziemiającą tej samej obudowy („błędne ponowne połączenie").
• Budynek jest faktycznie uziemiony w więcej niż jednym punkcie poprzez zbrojenie budowlane, które w kilku punktach styka się zarówno z główną szyną uziemiającą PE, jak i z punktem neutralnym.
• Dwa budynki zasilane z tego samego źródła współdzielą wspólną metalową rurę uziemioną w obu miejscach — na przykład rurę wodociągową lub koryto kablowe — przez co między dwoma budynkami powstaje równoległa ścieżka obok właściwego przewodu N w kablu zasilającym.
• Ekran kabla danych między dwoma budynkami, podłączony do lokalnej szyny uziemiającej po obu stronach (zob. też przewodnik o uziemianiu ekranu kabla), tworzy porównywalną dodatkową ścieżkę, jeśli obie szyny uziemiające są również połączone z przewodem neutralnym swojej instalacji poprzez sieć.

Dlaczego powoduje to prądy błądzące

Gdy tylko taka druga ścieżka N-PE lub N-ziemia zaistnieje, normalny prąd roboczy przewodu neutralnego nie jest już zmuszony wracać w całości do źródła przewidzianym do tego przewodem neutralnym: część tego prądu — tym większa, im większa asymetria między fazami i im niższa impedancja ścieżki alternatywnej — płynie niezamierzoną ścieżką równoległą: przez zbrojenie budowlane, rurę wodociągową, ekran kabla lub inną obcą część przewodzącą, która nigdy nie była przeznaczona do przenoszenia prądu roboczego. Ten prąd błądzący (w anglojęzycznej literaturze nazywany też objectionable current) może mieć różne, odmienne skutki:

• Niepożądane zadziałanie RCD: RCD mierzy różnicę między prądem płynącym przez fazę a prądem wracającym przez przewód neutralny; jeśli część tego prądu neutralnego płynie ścieżką równoległą zamiast przez własny przewód neutralny przechodzący przez RCD, urządzenie wykrywa to jako pozorny prąd upływu i może zadziałać nieprawidłowo, bez faktycznego uszkodzenia izolacji.
• Korozja: trwała składowa prądu stałego lub asymetryczna składowa prądu przemiennego przepływająca przez podziemną rurę metalową (na przykład rurę wodociągową działającą jako niezamierzona ścieżka powrotna) może przyspieszyć korozję galwaniczną w miejscu, gdzie ten prąd ponownie opuszcza rurę.
• Podwyższone napięcie dotykowe podczas normalnej pracy: obce części przewodzące, które normalnie powinny być pozbawione potencjału, mogą wskutek prądu błądzącego uzyskać niewielkie, ale przy szczytowym obciążeniu czasem zauważalne napięcie względem ziemi, nawet bez faktycznego uszkodzenia izolacji gdziekolwiek.

Różnica względem przerwania PEN

Ten mechanizm wyraźnie różni się od przerwania przewodu PEN: przy przerwaniu właśnie brakuje ścieżki powrotnej, co skutkuje niebezpiecznym wzrostem napięcia; przy równoległej ścieżce N-PE istnieje natomiast dodatkowa, niezamierzona ścieżka powrotna obok ścieżki przewidzianej — sam przewód neutralny pozostaje nienaruszony, ale mimowolnie dzieli swoją funkcję z inną częścią przewodzącą, nieprzeznaczoną do tego celu.

Znaczenie praktyczne

Przy ocenie istniejącej instalacji TN-C-S, zwłaszcza dla budynków połączonych ze sobą przez zbrojenie budowlane, instalacje rurowe lub kable danych, ważne jest wyraźne sprawdzenie, czy przewód neutralny po punkcie rozdziału rzeczywiście nigdzie nie jest ponownie połączony z ziemią lub z częścią przewodzącą obcą — pomiar prądu przez część przewodzącą obcą, która normalnie powinna być pozbawiona prądu (na przykład cęgami prądowymi wokół rury wodociągowej lub ekranu kabla), może ujawnić taką ścieżkę równoległą.

Częste błędy

1. Traktowanie problemu prądu błądzącego jako przerwania PEN, podczas gdy leżący u podstaw mechanizm — dodatkowa, równoległa ścieżka zamiast brakującej ścieżki — a zatem i rozwiązanie, są zasadniczo inne.
2. Przez pomyłkę łączenie szyny neutralnej rozdzielnicy podrzędnej z szyną uziemiającą tej samej obudowy, w przekonaniu, że jest to „dodatkowo bezpieczne", podczas gdy stwarza to właśnie zabronione drugie połączenie N-PE.
3. Nieuwzględnianie zbrojenia budowlanego, instalacji rurowych lub ekranów kabli między budynkami jako możliwych niezamierzonych ścieżek równoległych i szukanie problemu wyłącznie w samych kablach instalacji.
4. Przypisywanie niepożądanego zadziałania RCD uszkodzeniu samego RCD, bez zbadania, czy rzeczywistą przyczyną nie jest równoległa ścieżka N-PE w innym miejscu instalacji.

Powiązane

• §543.4 — Przewód PEN: minimalny przekrój i zakaz łączenia
• Przerwanie przewodu PEN w TN-C-S
• Uziemianie ekranu kabla — jednostronne czy dwustronne
• Praktyczne sprawdzanie ciągłości PEN