Uziemienia Podstawowym zadaniem każdego przedsięwzięcia technicznego jest zapewnienie bezpieczeństwa istotom żywym i środowisku. Zadanie jest szczególnie trudne, gdy zagrożeniem jest prąd elektryczny płynący w ziemi i pochodzący ze źródła naturalnego, jakim są wyładowania atmosferyczne lub ze źródeł sztucznych skonstruowanych przez człowieka podczas pracy normalnej i awaryjnej. Przepływający w ziemi prąd stwarza niebezpieczeństwo porażenia istot żywych (ludzi i zwierząt) łącznie z utratą życia, wskutek napięć krokowych i dotykowych. Napięcie krokowe jest to różnica potencjałów dwóch punktów podłoża odległych od siebie o długość kroku. Napięcie dotykowe jest to różnica potencjałów między dwoma punktami jednocześnie dostępnymi, które można dotknąć równocześnie dwiema częściami ciała. Zadaniem układów uziemień jest obniżenie tych napięć do poziomu napięć rażeniowych długotrwale dopuszczalnych. Drugim zadaniem, które realizowane jest przez układy uziemień i połączenia wyrównawcze, jest ograniczenie przepięć łączeniowych i piorunowych. Trzecie zadanie realizowane przez uziemienia w instalacjach odgromowych jest ochrona obiektów budowlanych przed uszkodzeniami fizycznymi i pożarem spowodowanymi przez uderzenie pioruna. Z powyższych informacji wynika, że uziomy pełnią bardzo ważną funkcję w zakresie ochrony obiektów budowlanych i istot żywych. Nasuwa się zatem pytanie: w jaki sposób należy je wykonać, aby bez zarzutu spełniały swoje zadanie? Najbardziej problematyczne kwestie: W jakim zakresie zmiana rozporządzenia Ministra Infrastruktury [2] obowiązującego od marca 2011 roku wpłynęła na wymagania dotyczące uziomów?
Jakie są podstawowe parametry i zasady wykonania uziomów dla: urządzeń elektrycznych SN urządzeń elektrycznych NN instalacji odgromowych budownictwa jednorodzinnego budownictwa mieszkaniowego budownictwa wielkokubaturowego budownictwa przemysłowego budynków wykonywanych według różnych technologii uziemień pomocniczych uziemień funkcjonalnych Temat uziomów zostanie szczegółowo omówiony na szkoleniu. Słowniczek pojęć: Uziemienie jest to elektryczne połączenie z ziemią, w większości przypadków wykonane celowo. Uziemienia najczęściej realizowane są poprzez urządzenia uziemiające zawierające uziom, przewód uziemiający, zacisk probierczy i, w zależności od potrzeb, szynę uziemiającą. Uziom jest to część lub zespół części przewodzących, umieszczonych w środowisku przewodzącym (ziemi lub betonie), które zapewniają bezpośredni kontakt z ziemią i tworzą z nią elektryczne połączenie. Przewód uziemiający jest to element łączący określony punkt instalacji lub urządzenia z uziomem.
Zacisk probierczy jest to element (złączka) ułatwiający poddawanie elementów urządzenia uziemiającego próbie elektrycznej i pomiarowi. Szyna uziemiającą jest to element łączący części przewodzące obiektu instalacji i urządzeń (z wyjątkiem przewodów czynnych) z urządzeniami uziemiającymi. Szyny uziemiające nie są stosowane we wszystkich urządzeniach uziemiających. Rezystywność gruntu ρ jest to rezystancja właściwa gruntu czyli rezystancja wycinka gruntu o kształcie sześcianu o boku 1 m, mierzona w Ωm pomiędzy jego dwoma przeciwległymi bokami. Pomiar rezystywności gruntu Rodzaje uziemień ze względu na pełnione funkcje Uziemienie robocze jest to połączenie z ziemią określonego punktu sieci lub instalacji elektrycznej wykonane w celu zapewnienia prawidłowej pracy w warunkach zwykłych i zakłóceniowych.
Uziemienie ochronne jest to połączenie z ziemią jednego lub wielu punktów sieci, instalacji lub urządzenia dla zabezpieczenia przed porażeniem prądem elektrycznym. Uziemienie funkcjonalne jest to połączenie z ziemią jednego lub wielu punktów obwodu elektrycznego dla celów prawidłowego funkcjonowania urządzeń niezwiązane z ochroną od porażeń i uziemieniami roboczymi. Uziemienie pomocnicze jest to połączenie z ziemią elementów obiektu budowlanego lub urządzeń w celu zapewnienia bezpieczeństwa i właściwej pracy. Uziemienie odgromowe jest to część lub grupa układu uziomów, która zapewnia bezpośredni kontakt z ziemią i służy rozproszeniu prądu pioruna w ziemi. Uziemienia odgromowe wykonywane są przy budowie urządzeń piorunochronnych LPS (jest to kompletne urządzenie stosowane do redukcji szkód fizycznych przy wyładowaniach piorunowych w obiekt). Kompletne uziemienie odgromowe składa się z następujących elementów i zespołów: Układ uziemiający jest to kompletny układ zawierający układ uziomów i sieć połączeń wyrównawczych, Układ uziomów jest to część zewnętrznego urządzenia piorunochronnego, przeznaczona do doprowadzenia i rozproszenia prądu pioruna w ziemi. Typy układów uziomów piorunochronnych: układ uziomów typu A układ uziomów typu B Układ uziomów typu A jest to układ zawierający uziomy poziome i pionowe instalowane na zewnątrz obiektu poddawanego ochronie i przyłączane do każdego przewodu odprowadzającego.
1 pręt górny 2 przewód uziemiający 3 grunt 4 pręty pośrednie 5 grot stalowy Rys. 1 1 Przykład układu uziomów typu A z pionowym uziomem: 1 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
1 pręt uziomu 2 złącze prętów 3 grunt 4 zacisk łączący przewód z prętem 5 przewód uziemiający Rys. 2 2 Układ uziomów typu B jest to układ zawierający albo uziom fundamentowy, albo otokowy ułożony na zewnątrz obiektu poddawanego ochronie i pozostający w kontakcie z ziemią na długości równej przynajmniej 80 % całkowitej jego długości. Uziomy mogą również tworzyć kratę. Przykład układu uziomów typu B kratowego (oczkowego) dla zakładu przemysłowego: 2 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
1 budynek z siecią kratową (oczkową) zbrojenia uziom fundamentowy 2 wieża wewnątrz zakładu przemysłowego 3 urządzenie wolno stojące 4 kanały kablowe Rys. 3 3 Rodzaje uziomów ze względu na metodę wykonania: Uziomy naturalne stanowią elementy metalowe znajdujące się w ziemi, których podstawowe przeznaczenie jest inne niż dla celów uziemienia. Jako uziomy naturalne wykorzystuje się: 3 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
pręty, rury, druty, taśmy lub płyty metalowe umieszczone w ziemi, podziemne przewodzące metalowe elementy zatopione w fundamentach, spawane zbrojenie betonu umieszczone w ziemi, metalowe elementy kabli elektroenergetycznych, inne, odpowiednie metalowe elementy podziemne. Uziomy sztuczne są to elementy przewodzące zainstalowane specjalnie do celów uziemienia. Uziomy sztuczne są projektowane i wykonane dla potrzeb indywidualnych w celu zapewnienia wymaganych parametrów technicznych i ekonomicznych. Zgodnie z 184.1. z rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [Dz. U. Nr 75, poz. 690], jako uziomy instalacji elektrycznej należy wykorzystywać metalowe konstrukcje budynków, zbrojenia fundamentów oraz metalowe elementy umieszczone w niezbrojonych fundamentach stanowiące sztuczny uziom fundamentowy. Dopuszcza się wykorzystywanie jako uziomy instalacji elektrycznej metalowych przewodów sieci wodociągowej pod warunkiem zachowania wymagań Polskiej Normy dotyczącej uziemień i przewodów ochronnych oraz uzyskania zgody jednostki eksploatującej tę sieć. Materiały, z których wykonywane są uziomy sztuczne: stal cynkowana na gorąco stal nierdzewna stal miedziowana przez platerowanie stal miedziowana galwanicznie miedź goła miedź cynowana
Rodzaj materiału, z którego wykonujemy uziomy, dobieramy ze względu na parametry elektryczne i środowiskowe. Pod względem elektrycznym materiał na uziomy dopasowujemy do wytrzymałości elektrycznej ze względu na przepływające przez nie prądy. Ze względów środowiskowych (temperatura, wilgotność, czynniki żrące, itp.) materiał na uziomy dobieramy tak, aby uziom: był odporny na działanie czynników środowiskowych (np. korozję), nie był szkodliwy dla środowiska (np. żeby go nie zanieczyszczał lub nie skażał). Kształtowniki, z których wykonuje się uziomy sztuczne: pręt okrągły na uziomy pionowe drut okrągły na uziomy poziome linka taśma rura blacha blacha profilowana elementy przewodzące fundamentu Dla każdego rodzaju kształtownika określone są minimalne wymiary ze względu na parametry elektryczne i mechaniczne. Więcej informacji na szkoleniu. Rodzaj uziomów ze względu na kształtki, z których zostały wykonane: prętowe rurowe płytowe taśmowe drutowe Rodzaje uziomów ze względu na sposób wykonania:
Uziomy pionowe (ukośne) są to metalowe elementy przewodzące (pręty, płyty) pionowo lub ukośnie umieszczone w ziemi. Wymiary uziomu pionowego zależą od rodzaju gruntu (rezystywności gruntu) i wymaganej rezystancji uziemienia. Górny wierzchołek uziomu pionowego powinien być zakopany na głębokość 50 cm. Pionowe uziomy są bardziej opłacalne pod względem ekonomicznym i dają stabilniejsze rezystancje uziemienia w większości rodzajów gruntów niż uziomy poziome. Uziomy poziome są to metalowe elementy przewodzące (najczęściej taśmy, płyty) poziomo umieszczone w ziemi. Do najczęściej spotykanych uziomów poziomych należą: uziom otokowy uziom kratowy (oczkowy) uziom płytowy uziom promieniowy Uziom otokowy jest to uziom tworzący zamkniętą pętlę wokół obiektu poniżej powierzchni ziemi. Uziom otokowy powinien być zakopany wokół obiektu na głębokości nie mniejszej niż 0,5 m w odległości ok. 1 m od zewnętrznych ścian obiektu. Minimalny przekrój i długość uziomu otokowego są określane przez przepisy.
Przykład uziomu otokowego typu B i połączeń wyrównawczych: Rys. 4 4 1 uziom otokowy typu B Uziom kratowy (oczkowy) jest to uziom poziomy wykonany najczęściej z taśm tworzących kratę (oczka). Najczęściej stosowany jest w stacjach elektroenergetycznych oraz jako uziom parafundamentowy. Uziom płytowy to odmiana uziomu poziomego, w którym częścią będącą w bezpośrednim kontakcie z ziemią jest płyta metalowa ułożona poziomo. Uziom promieniowy jest to połączenie uziomu pionowego i poziomego ułożonego promieniście. 4 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
Przykład uziomu promieniowego: Uziom kombinowany jest to połączenie w różnych konfiguracjach uziomów pionowego i poziomego. Uziom fundamentowy jest to część przewodząca umieszczona w ziemi pod fundamentem budynku lub, co jest bardziej optymalnym rozwiązaniem, osadzona w betonie fundamentu budynku, zwykle w postaci zamkniętej pętli. Uziom fundamentowy naturalny jest tworzony przez metalowe zbrojenie fundamentu. Pręty zbrojenia tworzące uziom powinny być ze sobą połączone, najlepiej przez spawanie. Sposób łączenia elementów tworzących uziom oraz skutki przepływu prądu przez zbrojenie należy uzgodnić z projektantem obiektu. Uziom fundamentowy sztuczny tworzą elementy przewodzące (druty, taśmy) umieszczone w fundamencie dla celów uziemieniowych, łączone w sposób właściwy dla uziomów. Taki uziom można wykonać w budynku o fundamencie
dowolnej konstrukcji, niezbrojonym lub zbrojonym. Elementy uziomu mocuje się w fundamencie zbrojonym na wspornikach dystansowych do zbrojenia, a w fundamencie niezbrojonym na wspornikach wbitych w podłoże. Ze względu na rodzaj konstrukcji fundamentu danego obiektu uziomy fundamentowe należy dostosować do wykonania w następujących rodzajach fundamentów: Uziomy w fundamencie nieizolowanym: płytkim ławowym stopowym płytowym głębokim Uziomy w fundamencie z izolacją przeciwwilgociową: poziomą pionową z matami pęcherzykowatymi Uziomy w fundamencie mającym izolację przeciwwodną: fundament wannowy czarna wanna biała wanna brązowa wanna Wykonanie uziomu fundamentowego nastręcza wiele trudności, ponieważ musi on spełniać warunki elektryczne i konstrukcyjne fundamentu podczas przepływu prądu. Uziom parafundamentowy wykonujemy w obiektach o pełnej termoizolacji, w których warstwy izolacji cieplnej izolujące podziemną część budynku, łącznie z powierzchniami spodnimi, uniemożliwiają połączenie uziomu fundamentowego z ziemią. Jeżeli w posadowieniu budynku stosuje się system termoizolacji i/lub hydroizolacji uniemożliwiający wykonanie uziomu fundamentowego, to rozwiązaniem równoważnym jest uziom parafundamentowy ze stali nierdzewnej ułożony poza
fundamentem w warstwie chudego betonu lub w gruncie, poniżej wszelkich izolacyjnych warstw bądź powłok: uziom otokowy ułożony po obwodzie budynku, tuż przy nim bądź pod nim, uziom kratowy pod budynkiem. W betonowej płycie fundamentowej nad warstwami izolacyjnymi powinna zostać wykonana krata wyrównawcza wielokrotnie połączona z uziomem. Literatura 1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo Budowlane (tekst jednolity) (Dz. U. 2010.243.1623 tj. zm.). 2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. 2002.75.690 zm.). 3. Markiewicz Henryk, Instalacje elektryczne. 4. Musiał Edward, Uziomy fundamentowe i parafundamentowe. 5. PN-EN 62305-1:2008 Ochrona odgromowa - Część 1: Zasady ogólne. 6. PN-EN 62305-2:2008 Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem. 7. PN-EN 62305-3:2009 Ochrona odgromowa - Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia. 8. PN-EN 62305-4:2009 Ochrona odgromowa - Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach. 9. PN-HD 60364-5-54:2010 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Uziemienia, przewody ochronne i przewody połączeń ochronnych.