Rodzaje uziomów. Uziom otokowy, uziomy pionowe

Czego dowiesz się z artykułu?

• Czym jest uziom obiektu budowlanego?
• Jakie są rodzaje uziemień?
• Jakie materiały stosować do budowy uziomów?
• Jak wykonać uziom otokowy?
• Jak wykonać uziomy pionowe?
• Najczęściej popełniane błędy wykonawcze

Uziom fundamentowy zapewnia wysoki poziom ochrony i bezpieczeństwa użytkowania urządzeń elektrycznych, nie wpływa także na wytrzymałość mechaniczną konstrukcji budowlanych. Dlaczego więc wykonywany jest tak rzadko? Odpowiedź jest prosta. Architektom i projektantom niewiele na nim zależy, to nie jest ich branża. Dlatego nie umieszczają go w projektach budowlanych, a inwestor dowiaduje się o możliwości jego wykonania dopiero wtedy, kiedy jest już na to za późno. Wtedy nie pozostaje nic innego jak wykonanie uziomu innego rodzaju.

Uziom obiektu budowlanego

Podstawowym celem uziemienia obiektu budowlanego jest spełnienie wymagań ochrony przeciwporażeniowej przy użytkowaniu instalacji elektrycznej, a także wymagań funkcjonalnych w stosunku do instalacji piorunochronnej. W szczególności są to zadania takie jak:

• zapewnienie niezawodnego działania instalacji elektrycznej;
• spełnienie wszelkich wymagań dotyczącej ochrony życia ludzi;
• skuteczne wyrównywanie potencjałów wszelakich instalacji obiektu oraz odprowadzanie energii przepięć występujących w sieciach energetycznych, również na skutek oddziaływania bliskich wyładowań atmosferycznych,
• odprowadzenia doziemnych prądów zwarciowych i upływowych,
• bezpiecznego rozproszenia w ziemi prądu piorunowego odprowadzonego z instalacji odgromowej.

Zasady projektowania uziomów dla celów instalacji odgromowej zostały zawarte w normie PN-EN 62305-3, która wyróżnia dwa typy uziomów:

• układ typu A, złożony z uziomów poziomych i pionowych, wykonywanych na zewnątrz obiektu budowlanego i połączonych oddzielnie z każdym z przewodów odprowadzających. Liczba takich uziomów nie może być mniejsza niż 2.
• układ typu B, w postaci uziomu fundamentowego, otokowego lub kratowego.

Układy uziomów typu A i B.

O skuteczności systemu uziomowego decyduje jego rezystancja uziemienia. W przypadkach ogólnych, jeśli nie zachodzą okoliczności specyficzne, dla zwykłych obiektów budowlanych najczęściej spotyka się zalecenie, aby nie przekraczała ona wielkości 10 Ω (omów). Jednak w przypadku domów jednorodzinnych jest to wymóg często zbyt restrykcyjny. Niekiedy żądają tego zakłady energetyczne, ale nie ma to żadnej podstawy wynikającej z przepisów prawa lub norm technicznych.

Domy jednorodzinne są obiektami o najniższych poziomach ochrony (III i IV), dla których norma PN-EN 62305-2 nie przewiduje wymaganej maksymalnej rezystancji uziomu. Za to zakłada, jako dopuszczalny, stały minimalny wymiar uziomu wynoszący 5 m. Czyli jaka rezystancja uziemienia nam wówczas wyjdzie, taką się akceptuje.

Rodzaje uziemień, podstawowe określenia

Uziomy stanowiące zasadniczą część instalacji uziemiającej mogą być naturalne, lub sztuczne, bądź stanowią układ mieszany, złożony z obydwu ich rodzajów.

Uziomami naturalnymi są przedmioty metalowe znajdujące się w ziemi, których podstawowe przeznaczenie jest inne niż to dla celów uziemienia. Jako uziomy naturalne mogą być wykorzystane metalowe rury wodociągowe, ołowiane płaszcze i pancerze kabli elektroenergetycznych, elementy metalowe osadzone w fundamentach, zbrojenia betonu znajdującego się w ziemi oraz inne elementy metalowe obiektów mające dobrą styczność z ziemią.

Szczególnie zalecane jest wykorzystywanie jako uziomów naturalnych zbrojeń konstrukcyjnych w fundamentachwykonanych z betonu zbrojonego taśmami lub prętami stalowymi zatopionymi w dolnej części fundamentu (ław fundamentowych).

Jako uziomy sztuczne mogą być wykorzystane kształtowniki, pręty, druty, linki, płyty lub taśmy najczęściej stalowe, pokryte przewodzącymi powłokami ochronnymi (antykorozyjnymi) pogrążone w gruncie poziomo (uziomy poziome) lub pionowo (uziomy pionowe) oraz pręty lub taśmy zatopione w ławach fundamentowych, nie pełniące roli zbrojenia konstrukcyjnego (choć wykonuje się ich połączenia ze zbrojeniem). Właśnie o takich uziomach fundamentowych tu przede wszystkim piszemy.

Uziomy mogą być wykonywane z pojedynczych elementów poziomych lub pionowych (uziomy skupione) lub też mogą stanowić uziom złożony, utworzony z układu uziomów o zróżnicowanej konfiguracji (np. uziomy promieniowe, kratowe lub otokowe).

Układ składający się z uziomów, przewodów ochronnych oraz przewodów uziemiających nosi nazwę systemu uziemiającego. Każdy system uziemiający musi być połączony z szyną wyrównywania potencjałów chronionego budynku.

Materiały do budowy uziomów

Obowiązujące obecnie przepisy dopuszczają możliwość wykonywania uziomów ze stali nieocynkowanej, ze stali ocynkowanej ogniowo, pomiedziowanej elektrolitycznie lub czystej miedzi. Często miedź stosowana jest jako materiał na powłoki ochronne uziomów stalowych. Żadna z norm nie wymienia jednak wśród materiałów dopuszczanych stali ocynkowanej galwanicznie.

Grubość powłok pokrycia jest również regulowana normami. Są one różne dla różnych materiałów, zależą też od sposobu układania elementów. Inne są dla układanych w wykopach poziomo, inne zaś dla pogrążanych w ziemi pionowo.
Minimalne wymiary stosowanych elementów zawiera poniższa tabela.

Wykonanie uziomu otokowego

Wykonanie uziomu otokowego.

Uziom otokowy, czyli układ typu B, wykonujemy najczęściej taśmą ze stali ocynkowanej ogniowo, zakopanej na głębokości co najmniej 0,5 metra, w odległości około 1 metra od ścian zewnętrznych chronionego obiektu. Taśma powinna stanowić układ zamknięty. W przypadku wykorzystywania uziomu do celów ochrony przeciwprzepięciowej, głębokość ułożenia powinna znajdować się poniżej strefy przemarzania gruntu, czyli na głębokości co najmniej 0,7 metra. Wynika to z faktu, że rezystywność gruntu zamarzniętego jest znacznie większa niż normalnego. Na szczęście, z badań wynika, że faktyczna głębokość przemarzania gruntu jest mniejsza niż przewidują normy.

Wszelkie miejsca łączeń, w tym z przewodami uziemiającymi, powinny być wykonane w sposób pewny i zabezpieczone przed korozją.

Jeśli zamknięcie obwodu otoku nie jest możliwe, dopuszcza się wykonanie jego części z tym, że otwarte końce otoku muszą zostać zakończone pogrążonymi uziomami pionowymi.

Uziom pionowy

Uziomy pionowe wykonuje się z rur lub specjalnie przygotowanych prętów, pogrążanych w gruncie tak, aby ich górne końce znajdowały się poniżej poziomu terenu. Zaleca się rozstawienie poszczególnych elementów uziomu na odległość nie mniejszą niż ich długość.

Uziomy wbijane pionowo są szczególnie korzystne w przypadku, gdy rezystywność gruntu maleje ze wzrostem głębokości. Głębokość ich pogrążania wynosi najczęściej około 2,5 metra, spotyka się jednak uziomy o długości 7 metrów. Dalsze zwiększanie tego wymiaru rzadko przynosi zauważalne korzyści.

Jeśli rezystancja tak wykonanego uziomu jest większa od wymaganej, należy pogrążyć kolejny i połączyć z pierwszym równolegle. Odległość między tymi elementami powinna być:

• równa co najmniej ich długości w przypadku dwóch elementów pionowych oraz
• większej odległości przy większej liczbie pionowych elementów.

W przypadku, gdy istnieje ryzyko mrozu lub wysuszenia gruntu, długości elementów pionowych powinny być zwiększone o 1 lub 2 metry.

Elementy łączące poszczególne części uziomu pionowego powinny mieć taką samą wytrzymałość mechaniczną jak pręty czy rury uziomów, oraz powinny być też odporne na mechaniczne naprężenia podczas wbijania.

Najczęściej popełniane błędy wykonawcze

Główną przyczyną błędów zaistniałych podczas wykonywania uziemień jest lekceważenie lub nieznajomość problemów korozji elektrochemicznej i związany z nią niewłaściwy dobór elementów składowych systemu uziomowego, szczególnie tych, mających zastosowanie przy łączeniu uziomów. Występują one najczęściej wtedy, gdy system uziemiający odbiega od jednorodnej, klasycznej postaci, na przykład w przypadku wykonywania otoku niepełnego, z zakończeniem w postaci uziomów pionowych, oraz w przypadku połączenia uziomu fundamentowego z otokowym. Przypomnijmy jednak, że w przypadku domów jednorodzinnych (III lub IV poziom ochrony) nie ma obowiązku powiększania np. uziomu otokowego, żeby uzyskać określoną rezystancję uziemienia.

Różne metale umieszczone w wilgotnym gruncie lub betonie, czyli w środowisku elektrolitycznym, przyjmują różny potencjał elektryczny mierzony względem elektrody odniesienia. Połączone ze sobą tworzą ogniwo galwaniczne, przez które w wyniku różnicy potencjałów może nieustannie płynąć prąd stały. Nawet jeżeli wartość tego prądu jest stosunkowo niewielka, rzędu miliamperów, jest to zjawisko groźne, ponieważ trwa nieprzerwanie i wywołuje przyspieszoną degradację materiału z którego wykonane jest łączenie. W skrajnych przypadkach dochodzi do jego całkowitego zniszczenia już po kilku, kilkunastu latach.

Zasadę stosowania szeregu elektrochemicznego i praw z niej wynikających lekceważymy głównie dlatego, że w takich sytuacjach występuje najczęściej konieczność zastosowania elementów wykonanych z droższych materiałów, trudniej dostępnych na rynku, więc w pośpiechu używamy elementów znajdujących się "pod ręką" lub zakupionych w najbliższym sklepie. Niestety, przynosi to w sumie opłakane efekty.

Stanisław Liberski