TT és TN rendszerek alapjai

Bevezetés a hálózati rendszerekbe

Az épületek villamos energiaellátásának megtervezésekor az egyik legfontosabb döntés a hálózati rendszer (földelési rendszer) típusának megválasztása. A hálózati rendszer meghatározza, hogyan kapcsolódik a transzformátor csillagpontja a földhöz, és hogyan valósul meg a fogyasztói oldalon az érintésvédelem.

A hálózati rendszerek elnevezése két betűből áll (a IEC 60364 és MSZ HD 60364 szabvány szerint):

• Első betű – a tápforrás (transzformátor) viszonya a földhöz:
  • T (terre = föld): a csillagpont közvetlenül földelt
  • I (isolé = szigetelt): a csillagpont földtől el van választva
• Második betű – a fogyasztói berendezés fém részeinek viszonya a földhöz:
  • T: a fogyasztó oldali földelés a tápforrástól független saját földelésen keresztül valósul meg
  • N (neutre = nullavezető): a fogyasztó oldali védelem a tápforrás földelésének nullavezetőjére támaszkodik

Magyarországon két alapvető rendszert alkalmaznak: a TT rendszert és a TN rendszert (utóbbinak három változata van: TN-C, TN-S, TN-C-S).

TT rendszer

A TT rendszerben a transzformátor csillagpontja közvetlenül földelt, de a fogyasztó oldali érintésvédelem saját, független földelésen keresztül valósul meg. A két földelés (tápforrás oldali és fogyasztó oldali) egymástól független.

Jellemzők:

• A transzformátor csillagpontja közvetlenül a földre csatlakozik (üzemi földelés)
• A fogyasztó készülékek fém háza saját földelőre csatlakozik (védelmi földelés)
• A nullavezető (N) és a védőföldelés (PE) teljesen elkülönül
• A hiba áram a földön keresztül záródik
• Az áramszolgáltató és a fogyasztó földelése független

A TT rendszerben a hibaáram viszonylag kicsi, mert a földelési ellenállások korlátozzák. Ezért a TT rendszerben mindig áram-védőkapcsoló (fi-relé, RCD) alkalmazása szükséges az érintésvédelem biztosításához, mert a kismegszakító önmagában nem képes a kis hibaáramot érzékelni.

TN rendszer – általános jellemzők

A TN rendszerben a transzformátor csillagpontja közvetlenül földelt, és a fogyasztó oldali érintésvédelem a tápforrás nullavezetőjéhez (illetve a belőle kialakított védővezetőhöz) csatlakozik. A hibaáram tehát nem a földön, hanem a fémes visszavezetőn keresztül záródik.

A TN rendszer előnye, hogy zárlat esetén nagy hibaáram folyik (a fémes visszavezető alacsony ellenállású), amely gyorsan kioldja a túláramvédelmi készüléket (kismegszakítót). Három változata van:

• TN-S – a nulla (N) és a védővezető (PE) végig külön vezető
• TN-C – a nulla és a védővezető egyetlen közös vezetőben (PEN) van egyesítve
• TN-C-S – a rendszer egy része TN-C, másik része TN-S

TN-S rendszer

A TN-S rendszerben (S = separated = szétválasztott) a nullavezető (N) és a védővezető (PE) a transzformátortól a fogyasztóig végig két külön vezetőben halad.

Jellemzők:

• Ötvezetékes rendszer: L1, L2, L3, N, PE
• A PE vezető kizárólag védelmi célokat szolgál – rajta normál üzemben nem folyik áram
• Az N vezetőn a terhelési áram visszaáramlik a tápforráshoz
• Ez a legbiztonságosabb TN változat
• A PE és N vezetők a tápforrás csillagpontjánál vannak összekötve

Zárlat esetén a hibaáram a PE vezetőn keresztül közvetlenül visszaáramlik a transzformátorhoz, és nagysága:

Mivel a fémes visszavezető impedanciája kicsi (jellemzően néhány tized ohm), a hibaáram elég nagy a kismegszakító gyors kioldásához.

TN-C rendszer

A TN-C rendszerben (C = combined = egyesített) a nullavezető és a védővezető funkciója egyetlen vezetőben, az ún. PEN vezetőben van egyesítve. A PEN vezető egyszerre tölti be a nullavezető (N) és a védővezető (PE) szerepét.

Jellemzők:

• Négyvezetékes rendszer: L1, L2, L3, PEN
• A PEN vezető kék színű, végein sárga-zöld jelöléssel
• Gazdaságosabb (egy vezetékkel kevesebb)
• Kevésbé biztonságos, mint a TN-S
• A PEN vezető minimális keresztmetszete $10\,\text{mm}^2$ réz vagy $16\,\text{mm}^2$ alumínium

A TN-C rendszer alkalmazási korlátai:

• Nem alkalmazható $10\,\text{mm}^2$ réznél kisebb keresztmetszetű vezetékkel
• Nem alkalmazható hajlékony (mozgatható) vezetékkel
• Nem alkalmazható robbanásveszélyes környezetben
• Nem ajánlott informatikai rendszereknél (zavarjelek a PEN-en)

TN-C-S rendszer

A TN-C-S rendszer a TN-C és TN-S rendszerek kombinációja. A tápforrástól egy bizonyos pontig (jellemzően a főelosztóig) TN-C rendszer üzemel (PEN vezetővel), ettől a ponttól kezdve pedig a PEN vezetőt szétválasztják N és PE vezetőre, és TN-S rendszerként folytatódik.

Jellemzők:

• A szétválasztási ponttól a fogyasztók felé: 5 vezető (L1, L2, L3, N, PE)
• A szétválasztási ponttól a tápforrás felé: 4 vezető (L1, L2, L3, PEN)
• A szétválasztási pontnál a PEN-t N-re és PE-re bontják – itt az N és PE összekötése és földelése kötelező
• A szétválasztás után az N és PE nem köthető össze újra

Ez a legelterjedtebb rendszer Magyarországon a lakó- és irodaépületekben: az áramszolgáltató TN-C rendszerrel hozza a szolgáltatási ponthoz az energiát, és a főelosztóban szétválasztják TN-S rendszerre.

Hálózati rendszerek összehasonlítása – rendszerábrák

A PEN vezető

A PEN vezető (Protective Earth + Neutral) a TN-C rendszer sajátossága: egyetlen vezetőben egyesíti a nullavezető (N) és a védővezető (PE) funkcióját. A PEN vezetőre különleges szabályok vonatkoznak:

• Minimális keresztmetszet: $10\,\text{mm}^2$ réz vagy $16\,\text{mm}^2$ alumínium
• Nem szakítható meg kapcsolóval, biztosítékkal vagy egyéb eszközzel
• Jelölés: kék köpenyszínű, a végeken sárga-zöld csíkozással
• A PEN vezetőt a szétválasztási pontnál először a PE sínre, majd onnan az N sínre kell kötni

Ha a PEN vezetőn nagy és egyenlőtlen terhelési áram folyik (aszimmetrikus háromfázisú rendszernél), a PEN vezető potenciálja eltérhet a föld potenciáljától. Ez a csatlakoztatott készülékek fém házán is megjelenhet, ami a TN-C rendszer egyik fő hátránya.

Rendszerválasztás szempontjai

A megfelelő hálózati rendszer kiválasztásánál a következő tényezőket kell figyelembe venni:

• Biztonság: A TN-S és TN-C-S rendszerek a legbiztonságosabbak. A TT rendszer fi-relével jó védelmet nyújt.
• Gazdaságosság: A TN-C rendszer a leggazdaságosabb (kevesebb vezető), de biztonsági szempontból hátrányos.
• Elektromágneses kompatibilitás (EMC): A TN-S rendszer a legjobb választás érzékeny elektronikai berendezéseknél, mert a PE vezetőn normál üzemben nem folyik áram.
• Meglévő infrastruktúra: Felújításoknál figyelembe kell venni a meglévő vezetékezést.
• Szabványi előírások: Az MSZ HD 60364 szabvány előírásai kötelezőek.

Összefoglalás

• A hálózati rendszereket két betűvel jelöljük: az első a tápforrás, a második a fogyasztó földelési módját jelzi.
• A TT rendszerben a fogyasztó saját, független földeléssel rendelkezik – fi-relé (RCD) alkalmazása kötelező.
• A TN-S rendszerben az N és PE végig külön vezető – ez a legbiztonságosabb TN változat.
• A TN-C rendszerben az N és PE egy közös PEN vezetőben egyesül – gazdaságos, de kevésbé biztonságos.
• A TN-C-S rendszerben a PEN vezetőt egy pontnál szétválasztják N-re és PE-re – ez a legelterjedtebb Magyarországon.
• A PEN vezető minimális keresztmetszete $10\,\text{mm}^2$ réz, és soha nem szakítható meg.
• A szétválasztás után az N és PE vezető nem köthető újra össze.