Niewidoczny fundament bezpieczeństwa: dlaczego dobry uziom to inwestycja na lata?
Prawidłowo zaprojektowana i wykonana instalacja elektryczna oraz odgromowa to serce każdego bezpiecznego budynku. Kluczowym, choć często niedocenianym jej elementem, jest uziom. Uziom to element przewodzący, który ma bezpośredni kontakt z ziemią. Jego podstawowym zadaniem jest zapewnienie prawidłowego funkcjonowania oraz bezpieczeństwa instalacji i urządzeń elektrycznych.
Możemy wyróżnić trzy główne funkcje uziomu:
- uziemienie funkcjonalne zapewnia właściwe warunki pracy instalacji oraz różnorodnych urządzeń elektrycznych i elektronicznych;
- uziemienie ochronne stanowi najważniejszą linię obrony przed porażeniem prądem elektrycznym;
- uziemienie odgromowe służy do rozpraszania w ziemi potężnych prądów wyładowczych powstałych w wyniku zjawisk atmosferycznych lub innych zakłóceń.
Rys. 1. Przykłady uziemienia oraz połączenia wyrównawczego z wykorzystaniem produktów ELKO-BIS.
Architektura ochrony: typy układów uziemiających
Wybór odpowiedniego systemu zależy od specyfiki samego budynku oraz otaczającego go terenu. Poniżej przedstawiono podstawowy podział:
Układ Typu A (poziomy lub pionowy)
- Uziom typu A to układ, który zawiera uziomy poziome lub pionowe, instalowane na zewnątrz obiektu budowlanego i przyłączane do każdego przewodu odprowadzającego.
- Może to być również uziom fundamentowy, który nie tworzy zamkniętej pętli.
- Jest to rozwiązanie odpowiednie dla obiektów niskich, takich jak domy jednorodzinne, a także dla obiektów istniejących oraz izolowanych urządzeń piorunochronnych (LPS).
- W układach typu A całkowita liczba uziomów nie powinna być mniejsza niż dwa.
- Warto zaznaczyć, że jeśli rezystancja uziemienia jest mniejsza niż 10 Ω, to wymagana minimalna długość elementów uziemiających jest pomijalna.
Rys. 2. Układ Typu A – uziom pionowy.
Układ Typu B (otokowy i fundamentowy)
- Układ typu B zawiera uziom otokowy ułożony na zewnątrz chronionego obiektu lub uziom fundamentowy tworzący zamkniętą pętlę.
- Uziom otokowy musi pozostawać w kontakcie z ziemią na odcinku równym co najmniej 80% swojej całkowitej długości.
- Tego typu uziomy mogą być również układane w kratę.
- Układ ten jest preferowany dla urządzeń piorunochronnych z wieloma przewodami odprowadzającymi.
- Zaleca się go w przypadku odsłoniętego masywu skalnego oraz dla obiektów posiadających liczne układy elektroniczne lub tych o wysokim ryzyku pożaru bądź wybuchu.
- Liczba przewodów uziemiających w tym systemie nie powinna być mniejsza niż liczba przewodów odprowadzających i w żadnym wypadku nie mniejsza niż dwa.
Rys. 3. Układ Typu B.
Uziom fundamentowy i słabe punkty instalacji
Szczególnym przypadkiem układu typu B jest uziom fundamentowy. Jest to część przewodząca umieszczona w betonie fundamentu budynku, zazwyczaj w postaci zamkniętej pętli. Wyróżniamy system naturalny, który wykorzystuje połączone ze sobą stalowe pręty zbrojeniowe fundamentu, oraz system sztuczny, oparty na ułożonej specjalnie w fundamencie taśmie (bednarce) lub drucie. Zostało to pokazane na Rysunku 4 poniżej.
Beton stanowi bardzo przyjazne środowisko dla metali. Ze względu na ograniczony dostęp tlenu i wody ryzyko korozji jest w nim znikome. W betonie można bezpiecznie stosować wszystkie rodzaje stali oraz dowolnie je ze sobą łączyć. Schody zaczynają się jednak w momencie opuszczania tego bezpiecznego środowiska.
Rys. 4. Układ Typu B – uziom fundamentowy.
Ochrona korozyjna na styku środowisk
- Miejsce wyjścia bednarki z betonu jest szczególnie narażone na korozję.
- Należy w tym obszarze stosować bednarkę miedziowaną, miedzianą lub wykonaną ze stali nierdzewnej, co zapewnia trwałość połączenia oraz niezawodność uziemienia.
- W przypadku łączenia uziomu fundamentowego z innym uziomem (np. otokowym), dopuszczalnymi materiałami do wykonania uziomu umieszczonego w gruncie są: miedź, stal miedziowana lub stal nierdzewna V4A.
Rys. 5. Miejsce wyjścia bednarki z betonu – po lewej stal ocynkowana (widoczna korozja), po prawej stal nierdzewna (brak korozji).
Rys. 6. Zastosowanie produktów ELKO-BIS w celu osiągnięcia odpowiedniego poziomu ochrony korozyjnej na styku środowisk.
Zasady łączenia materiałów w gruncie
- W środowisku ziemnym należy bezwzględnie unikać jakiegokolwiek kontaktu odmiennych metali o znacznie różniącej się aktywności galwanicznej.
- Przewodów aluminiowych nigdy nie należy zakopywać bezpośrednio w gruncie ani umieszczać w betonie.
- Części miedziane nie powinny być instalowane nad elementami stalowymi ocynkowanymi lub aluminiowymi bez specjalnej ochrony.
- Spłukiwane przez wodę cząsteczki miedzi wywołają silną korozję elementów poniżej, nawet jeśli metale te nie mają ze sobą fizycznego styku.
Tab. 1. Łączenie różnych materiałów w betonie.
Tab. 2. Łączenie różnych materiałów w ziemi.
Opis do Tabeli 2:
* TAK (ocynk ↔ nierdzewna) tylko w warunkach ograniczających prąd galwaniczny i lokalne ogniwa: grunt nie „agresywny” (wyższa ρ, brak trwałego zawilgocenia, brak chlorków/solanek), a element nierdzewny ma niewielką powierzchnię względem ocynku (unikać układu „mała anoda / duża katoda”, gdzie ocynk staje się anodą i szybko się zużywa). Zasady wpływu stosunku pól oraz roli rezystywności gruntu wynikają z ogólnych reguł korozji galwanicznej i korozyjności gleb.
† TAK (nierdzewna ↔ miedź/pomiedziowana) – w wielu glebach potencjały mogą być zbliżone i prąd pary może nawet zmieniać znak w czasie; NBS raportuje fluktuacje prądu pary „stainless–copper” oraz przypadki małych prądów i braku widocznej korozji po 2 latach w części stanowisk. Jednocześnie w niektórych glebach określone stale nierdzewne (np. 304) bywały anodowe względem Cu, co oznacza ryzyko lokalnych uszkodzeń (wżery/szczeliny), zwłaszcza gdy stal traci pasywność.
‡ TAK (pomiedziowana ↔ miedź), jeśli powłoka Cu jest ciągła i odporna mechanicznie (dla prętów: typowo ≥250 µm) i połączenie nie niszczy powłoki; w przeciwnym razie odsłonięta stal pod powłoką może stać się lokalną anodą i korodować podpowłokowo. Wymagania co do minimalnej powłoki Cu i badań (grubość, przyczepność, zginanie) wynikają z norm produktowych i raportów badań.
Dobra praktyka instalatorska: odległości i wyrównywanie potencjałów
Zrozumienie różnicy pomiędzy uziemieniem a połączeniami wyrównawczymi to absolutna podstawa eksperckiej wiedzy. Uziemienie odprowadza prąd piorunowy lub zwarciowy bezpośrednio do ziemi. Z kolei połączenia wyrównawcze zapobiegają niebezpiecznym różnicom potencjałów wewnątrz i w konstrukcji obiektu podczas przepięcia w instalacji elektrycznej lub wyładowania atmosferycznego.
Czy te systemy należy łączyć? Zdecydowanie tak. Zalecane jest łączenie uziomu instalacji odgromowej z uziomem elektrycznym. Działanie to zapewnia wyrównanie potencjałów w obiekcie, zmniejszając tym samym ryzyko porażenia prądem. Należy zaznaczyć, że taka operacja zwiększa rezystancję uziemienia. Zastosowanie prawidłowo dobranej ochrony przepięciowej (SPD) zapewnia skuteczną ochronę instalacji przed ewentualnymi przepięciami.
Minimalne przekroje dla szyn wyrównawczych z uziomem oraz połączenie instalacji metalowych z szyną wyrównawczą (Klasa LPS I-IV) zostały podane w Tabeli 3 oraz Tabeli 4 poniżej.
Tab. 3. Minimalne przekroje przewodów – połączenie szyn wyrównawczych z uziomem oraz dla (Klasa LPS I-IV).
Tab. 4. Minimalne przekroje przewodów – połączenie instalacji metalowych z szyną wyrównawczą (Klasa LPS I-IV).
Tab. 5. Minimale przekroje uziomów.
Kluczowe odległości pomiędzy uziomami
Dla uziomów pionowych z praktyki inżynierskiej zaleca się, aby odległość między nimi była co najmniej równa ich długości. Dlaczego to takie ważne?
- Przy mniejszych odległościach pola rozpływu prądu zaczynają się nakładać.
- Skutkuje to tym, że efektywność i skuteczność kolejnych, dokładanych uziomów drastycznie maleje.
- W efekcie, rezystancja uziemienia obniża się wtedy znacznie słabiej.
Prawidłowy dobór uziomu to gwarancja sprawnego działania ochrony na dziesięciolecia. Inwestując w trwałe materiały, właściwe odległości i normatywne przekroje, zabezpieczamy najcenniejszą wartość – spokój i bezpieczeństwo.
