Układy uziemiające

Spis treści

• Wybrane definicje
• Układy uziemiające
• Uziomy
• —Rezystancja uziemienia
• —Właściwości elektryczne
• —Przewody uziemiające
• –Budowa uziomów
• –Uziomy fundamentowe

1. Wybrane definicje

uziom – część przewodząca, która może być umieszczona w specyficznym ośrodku przewodzącym bądź zestaw połączonych ze sobą elementów przewodzących, które są pogrążone w gruncie lub betonie tak, aby zapewnić dobry elektryczny styk z ziemią na jak największej powierzchni;
przewód uziemiający – przewód, który zapewnia przewodzącą drogę lub część przewodzącej drogi, pomiędzy danym punktem sieci, instalacji lub urządzenia a uziomem;
ziemia odniesienia – obszar ziemi znajdujący się poza strefą wpływu uziomu lub układu uziemiającego. Potencjał ziemi odniesienia jest przyjmowany jako równy zeru;
napięcie uziomowe – napięcie pomiędzy układem uziomowym a ziemią odniesienia, występujące podczas przepływu prądu uziomowego I_E do ziemi przez impedancję układu uziomowego;
uziemienie – celowo wykonane elektryczne połączenie części urządzeń lub instalacji elektrycznej
z przedmiotem metalowym znajdującym się w ziemi, zwanym uziomem;
uziemienie robocze – uziemienie określonego punktu obwodu elektrycznego wykonane w celu zapewnienia prawidłowej pracy urządzeń elektroenergetycznych w warunkach zwykłych i zakłóceniowych. Może ono być wykonane jako bezpośrednie, pośrednie (poprzez reaktancję lub rezystancję) lub otwarte (za pośrednictwem bezpiecznika iskiernikowego);
uziemienie ochronne – uziemienie jednego lub wielu punktów sieci, instalacji lub urządzenia dla celów bezpieczeństwa;
uziemienie funkcjonalne – uziemienie jednego lub wielu punktów sieci, instalacji lub urządzenia dla celów innych niż bezpieczeństwo elektryczne;
instalacja uziemiająca – wszystkie elektryczne połączenia i urządzenia występujące w uziemieniu sieci, instalacji i urządzeń;
uziom fundamentowy – część przewodząca umieszczona w ziemi pod fundamentem budynku lub, co jest lepszym rozwiązaniem, osadzona w betonie fundamentu budynku, np. w postaci zamkniętej pętli;
główny zacisk uziemiający (główna szyna uziemiająca) – zacisk lub szyna, które są częścią układu uziemiającego instalacji i umożliwiają połączenie elektryczne pewnej liczby przewodów w celach uziemieniowych;
rezystancja uziomu – rezystancja zmierzona między końcami pręta bądź płaskownika uziomowego miarodajna np. dla oceny stopnia jego zużycia (skorodowania),
rezystywność gruntuρ – rezystancja właściwa gruntu, czyli rezystancja wycinka gruntu o kształcie sześcianu, o boku 1 m, mierzona pomiędzy jego dwoma przeciwległymi bokami, w Ωm.

▲ do góry

2. Układy uziemiające

Stworzenie warunków zapewniających poprawne i bezawaryjne działanie nowoczesnych i coraz bardziej rozbudowanych systemów elektrycznych i elektronicznych wymaga zastosowania rozwiązań chroniących te systemy przed oddziaływaniem piorunowego impulsu elektromagnetycznego.
Podstawowe informacje o wymaganiach stawianych przed urządzeniem piorunochronnym obiektu budowlanego zawarto w wieloczęściowej normie EN 62305, a w szczególności:

a) opisy uszkodzeń i strat powodowanych przez wyładowanie piorunowe,
b) klasyfikację poziomów ochrony odgromowej,
c) definicję pojęcia „impedancja uziemienia”,
d) wymagania i sposoby praktycznych realizacji systemów ochrony odgromowej, metody konserwacji i weryfikacji poprawności montażu.

2.1. Układ uziemiający tworzy zespół wielu elementów składowych wykonanych w celu uziemienia, czyli połączenia metalowych części przewodzących z ziemią przez instalacje uziemiające.
Instalacja uziemiająca składa się:

a) z uziomu lub elementów metalowych wykorzystywanych w celu uziemienia (np. metalowe
rurociągi, zbrojenia fundamentów, powłoki kabli, itp.),
b) z przewodów uziemiających i przewodów połączeń wyrównawczych.

     Układ uziemiający przeznaczony do celów ochronnych lub funkcjonalnych tworzy się z jednego lub więcej uziomów poziomych lub pionowych zakopanych w ziemi. Może on także składać się z samego słupa bezpośrednio posadowionego w gruncie.
Według PN-HD 60364-5-54:2011 układy uziemiające do celów ochronnych i do celów funkcjonalnych mogą być wspólne lub oddzielne, stosownie do wymagań stawianych przez instalację. Pierwszeństwo powinny mieć zawsze wymagania dotyczące ochrony.

2.2. Układy uziemiające, których celem jest zapewnienie połączenia z ziemią, powinny być:

a) niezawodne i odpowiednie dla wymaganej ochrony instalacji,
b) dostosowane do odprowadzania do ziemi doziemnych prądów ziemnozwarciowych i prądów w przewodzie ochronnym, nie wywołując niedopuszczalnych narażeń cieplnych, termomechanicznych i elektrodynamicznych, ani zagrożenia porażeniem,
c) wytrzymałe, posiadające ochronę mechaniczną i odpowiednią odporność korozyjną, z uwzględnieniem wpływów zewnętrznych,
d) wykorzystywane również do celów funkcjonalnych, jeżeli spełniają wymagania.

▲ do góry

3. Uziomy

Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [Dz.U. z 2022 poz.1225] – jako uziomy należy wykorzystywać metalowe konstrukcje budynków, zbrojenia fundamentów oraz metalowe elementy umieszczone w niezbrojonych fundamentach, stanowiące sztuczny uziom fundamentowy.
Dopuszcza się wykorzystywanie jako uziomy metalowych przewodów sieci wodociągowej, pod warunkiem zachowania wymagań normy HD 60364-5-54:2011 dotyczącej uziemień i przewodów ochronnych oraz uzyskania zgody jednostki eksploatującej tę sieć.
Od lat notuje się w Polsce systematyczne zastępowanie, w całości lub w części, metalowych rurociągów wodociągowych rurami wykonanymi z materiałów nieprzewodzących, eliminując w ten sposób możliwość wykorzystania ich do celów uziemieniowych. Pewnym rozwiązaniem w tej sytuacji jest stosowanie, w szczególności w obiektach nowobudowanych, uziomów fundamentowych sztucznych.
Efektywność każdego uziomu zależy od lokalnych warunków gruntowych i wymaganej impedancji uziemiania.
Uziomy stanowiące zasadniczą część instalacji uziemiającej, mogą być naturalne, których podstawowe przeznaczenie jest inne niż dla celów uziemienia lub sztuczne wykonane z materiałów odpornych na korozję i posiadające odpowiednią wytrzymałość mechaniczną, bądź stanowić układ mieszany.

3.1. Wymagania norm dla elementów uziemiających:
Do budowy uziomów sztucznych wykonywanych bezpośrednio w gruncie stosuje się: druty, linki, taśmy, pręty, kratownice lub lite płyty metalowe. Wymagania norm i przepisów jakie powinny one spełniać, określone zostały w następujących normach dotyczących instalacji elektrycznych:.

a) PN-HD 60364-5-54:2011 instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Układy uziemiające i przewody ochronne.
b) PN-EN 50522:2011P Uziemienie instalacji elektroenergetycznych prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV, oraz w normach odgromowych, dotyczących:

– projektowania ochrony odgromowej PN-EN 62305-3:2011P Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia.
– elementów instalacji piorunochronnych PN-EN 62561-2:2012P Elementy urządzenia piorunochronnego (LPSC) – Część 2: Wymagania dotyczące przewodów i uziomów.

3.2. Do budowy uziomów sztucznych 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).
Uziomy sztuczne wykonywane są ze stalowych elementów: ocynkowanych, nieocynkowanych, z dobrze przylegającymi powłokami miedzianymi oraz z gołych elementów miedzianych. Połączenia pomiędzy elementami wykonywanymi z metali nie powinny się stykać z gruntem. Do budowy uziomów nie stosuje się metali lekkich.
Najmniejsze dopuszczalne wymiary poprzeczne uziomów sztucznych umieszczonych w ziemi podane są w tablicy 1:

Wymagane w tablicy 1. najmniejsze grubości i średnice stosowanych do budowy uziomów materiałów uwzględniają zwykle ryzyko chemicznej i mechanicznej degradacji. Szczególne ryzyko korozji może występować w gruntach, w których występują prądy błądzące, w szczególności wpływy elektrochemiczne od podłączonych dużych fundamentów żelbetowych. W takich przypadkach podane wymiary mogą być nie wystarczające. Uziomy w zasadzie powinny być otoczone gruntem wilgotnym, znajdować się z daleka od wysypisk śmieci i od obszarów o dużym ruchu.

3.3. Główna szyna wyrównawcza
Wymaga się, aby w pomieszczeniu przyłączowym (szafie przyłączowej), tj. w miejscu wprowadzenia do budynku różnych instalacji, była zainstalowana główna szyna wyrównawcza, do której powinny być przyłączone:

– przewody ochronne (PE, PEN),
– przewody wyrównawcze ochronne,
– przewody uziemiające oraz
– przewody uziemiające funkcjonalne, jeżeli występują,
– metalowe rury zasilające instalacje wewnętrzne budynku,
– metalowe powłoki i pancerze kabli elektroenergetycznych,
– konstrukcyjne części przewodzące obce, jeżeli są dostępne.

     Każde połączenie przewodu z główną szyną wyrównawczą powinno być wykonane w sposób pewny gwarantujący dobre połączenie elektryczne; rozłączenie połączenia powinno być możliwe tylko z użyciem narzędzi.

▲ do góry

3.4. Rezystancja uziemienia
Rezystancja uziemienia jest rezystancją zmierzoną między uziomem, a ziemią odniesienia lub układem uziemiającym; jej wartość wynika z ilorazu napięcia uziomowego i prądu uziomowego.
Rozróżnia się rezystancję statyczną, odpowiadającą przewodzeniu prądów przemiennych
o częstotliwości 50 Hz, oraz rezystancję udarową, odpowiadającą przepływowi prądów piorunowych
o charakterze udarowym, charakteryzujących się dużą wartością prądu i bardzo krótkim czasem trwania.
Rezystancja uziemienia zależy od wymiaru i kształtu uziomu oraz od rezystywności gruntu, w którym jest pogrążony. Zmienia się w zależności od miejsca i głębokości.

3.5. Rezystywność gruntu
Rezystywność gruntu ρ jest wielkością charakteryzującą poszczególne rodzaje gruntów, zawierającą się w przedziale 40 ÷ 2000 Ω∙m, wpływającą zasadniczo na wyznaczenie rezystancji uziemienia.      Rezystywność zależy główne od sezonowych zmian wilgotności i temperatury gruntu; zwiększa się, gdy obniża się jego wilgotność.
W praktyce rezystywność gruntu zależy od wielu czynników takich jak:

– skład chemiczny gruntu,
– głębokość oraz liczba i skład jego warstw,
– warunki klimatyczne (wilgotność, temperatura).

     W tablicach 2. i 3. podano przykładowe wartości rezystywności dla różnych rodzajów gruntu.

Tablica 2. Wartości rezystywności gruntu

Tablica 3. Przeciętne wartości rezystywności gruntu

▲ do góry

3.6. Właściwości elektryczne uziomu
Na właściwości elektryczne uziomu mają wpływ następujące parametry:

a) rezystancja uziemienia – czyli rezystancja zmierzona między uziomem a ziemią odniesienia,
b) kształt i wielkość uziomu – ma wpływ na rozkład potencjału na powierzchni gruntu.

     Czynnikami wpływającymi na ocenę zagrożenia porażeniowego jest napięcie uziomowe U_E i rozkład potencjału na powierzchni gruntu.
Pole przekroju uziomu lub przewodu uziemiającego (A) dla prądów doziemnych wyłączanych w czasie krótszym niż 5 sekund należy obliczać ze wzoru:

przy czym:
K – stała zależna od rodzaju materiału, z którego jest wykonany element przewodzący prąd;
β – odwrotność współczynnika temperaturowego rezystancji elementu przewodzącego prąd w temperaturze 0 ^o C,
Θ_i – temperatura początkowa, w ^oC,
Θ_f – temperatura końcowa, w ^oC,

Stałe materiałowe:
– Miedź β = 234,5 ^oC, K = 226 As^1/2/mm²;
– Aluminium β = 228,0 ^oC, K = 148 As^1/2/mm²;
– Stal β = 202,0 ^oC, K = 78 As^1/2/mm².

     Wartości gęstości prądu zwarciowego dla temperatury początkowej 20 ^oC, i temperatury końcowej 300 ^oC, dla warunków, gdy przewód uziemiający znajduje się w powietrzu, a uziom znajduje się w gruncie oraz zalecane przekroje dla prądów zwarciowych płynących przez dłuższy czas, podane są w normach przedmiotowych.

▲ do góry

3.7. Przewody uziemiające
Przewód uziemiający stanowi drogę przewodzącą, lub jej część, między danym punktem sieci, instalacji lub urządzenia a uziomem. Wszystkie elektryczne połączenia i urządzenia występujące w uziemieniu sieci, instalacji i urządzeń, tworzą instalację uziemiającą. Przewód uziemiający musi mieć, zgodnie z 543.1 PN-HD 60364-5-54:2011 taki przekrój poprzeczny, jaki jest wymagany od przewodu ochronnego.
Minimalne przekroje przewodów uziemiających ułożonych w ziemi są następujące:

1) Chroniony przed korozją:

a) 2,5 mm² Cu i 10 mm² stal – chroniony przed uszkodzeniami mechanicznymi,
b) 16 mm² Cu i 16 mm² stal – niechroniony przed uszkodzeniami mechanicznymi;

2) Niechroniony przed korozją:

a) 25 mm² Cu i 50 mm² stal – chroniony przed uszkodzeniami mechanicznymi,
b) 25 mm² Cu i 50 mm² stal – niechroniony przed uszkodzeniami mechanicznymi.

     Zgodnie z PN 60364-5-54:2011 w sieciach o układzie TN, w których nie występuje zauważalna wartość prądu uszkodzenia płynącego w uziomie, przewód uziemiający może mieć przekrój określony dla przewodów ochronnych wyrównawczych przyłączonych do głównej szyny wyrównawczej, nie mniejszy niż:

a) 6 mm² miedź, lub
b) 16 mm² aluminium, lub
c) 50 mm² stal.

     Jeżeli przewód uziemiający jest przyłączony do uziomu fundamentowego, to powinien być wprowadzony do betonu od wewnętrznej strony budynku. W przypadku gdy są one wprowadzone do betonu od zewnętrznej strony , to miejsce ich wprowadzenia powinno znajdować się nad powierzchnią ziemi.
Przewody uziemiające wprowadzone do wewnątrz budynku powinny być przyłączone do głównej szyny wyrównawczej, a wyprowadzone na zewnątrz budynku – do złączy kontrolnych przewodów odprowadzających instalacji odgromowej, jeżeli istnieje.
Połączenie przewodu uziemiającego z uziomem powinno spełniać wymagania dla połączenia elektrycznego; powinno być wykonane przez spawanie termitowe, za pomocą zacisków zaprasowywanych, zacisków gwintowych lub innych pewnych połączeń mechanicznych. Połączenia mechaniczne powinny być instalowane zgodnie z instrukcjami wytwórcy. Stosowane zaciski nie powinny uszkadzać uziomu ani przewodu uziemiającego. Złączki i uchwyty polegające tylko na połączeniu lutowanym nie zapewniają należytej wytrzymałości mechanicznej
Przewody uziemiające wykonuje się przede wszystkim z wyrobów stalowych ocynkowanych na gorąco lub miedzianych taśm, drutów lub prętów. Powinny być one układane po wierzchu w miejscach ogólnie dostępnych, chronione od uszkodzeń mechanicznych, przez osłonięcie ich rurą lub kątownikiem do wysokości 1,5 m nad ziemią i do głębokości 0,2 m w ziemi. Wymagana jest także pokrycie przewodu uziemiającego izolacją wodoodporną na odcinku od 0,3 m nad powierzchnią ziemi do głębokości co najmniej 0,2 m pod ziemią. Praktycznie, przewód uziemiający ułożony pod ziemią powinien być chroniony na całym odcinku podziemnym, aż do uziomu.
Gdy stosowany jest wspólny przewód ochronny i funkcjonalny uziemiający, to powinien on spełniać wymagania dla przewodu ochronnego. Dodatkowo, powinien on także być zgodny z odpowiednimi wymaganiami w zakresie funkcjonalności.
Zgodnie z PN-HD-5-54:2011 przewód powrotny (PEL lub PEM) prądu stałego do zasilania układów techniki informacyjnej może także służyć jako wspólny przewód uziemiający i ochronny. Części przewodzące obce nie powinny być stosowane jako przewody PEL lub PEM.

▲ do góry

3.8. Budowa uziomów
Uziomy wykonywane są, w zależności od potrzeb jako:

a) uziomy poziome,
b) uziomy pionowe,
c) uziomy kratowe,
d) uziomy fundamentowe.

     Uziomy wykonane z pojedynczych elementów poziomych lub pionowych stanowią uziomy skupione, natomiast układ uziomów o zróżnicowanej konfiguracji (np. uziomy promieniowe, kratowe lub otokowe) – jest uziomem złożonym.
Wymaga się, aby podziemne struktury sieci osadzonych w fundamencie oraz metalowe zbrojenie betonu, które są wykorzystane jako uziomy, powinny być połączone w sposób pewny pomiędzy punktem połączenia przewodu uziemiającego i dolną częścią podziemnej struktury sieci lub metalowego zbrojenia. Połączenie to powinno być wykonane przez spawanie lub za pomocą właściwych zacisków gwintowych. Punkt przyłączenia przewodu uziomowego powinien być dostępny do kontroli.
Przy dobrze rodzaju i głębokości pogrążenia uziomu należy uwzględnić warunki lokalne i wymagania tak, aby wysychanie i zamarzanie gruntu nie zagrażało zwiększeniem rezystancji uziemienia w stopniu szkodzącym skuteczności środków ochrony przed porażeniem elektrycznym. Należy również uwzględnić możliwość występowania korozji elektrolitycznej, jeżeli do budowy układu uziomowego zastosowano różne materiały.

3.8.1. Uziomy poziome
Do budowy uziomów poziomych stosuje się:

a) przewody miedziane,
b) blachy miedziane,
c) blachy stalowe miękkie ocynkowane lub
d) przewody stalowe ocynkowane.

     Uziom poziomy układa się zwykle jako:

a) uziom fundamentowy obiektu budowlanego wykonany w kształcie pętli utworzonej po obrysie zewnętrznego fundamentu obiektu budowlanego lub
b) uziom otokowy, ułożony wokół obiektu budowlanego na dnie rowu na głębokości do 1 m.

     Wymaga się, aby uziomy poziome były ułożone:

a) na głębokości poniżej poziomu zamarzania gruntu, otoczone lekko zagęszczoną zasypką,
b) w gruncie, który nie działa korozyjnie na metal.

     Rezystancja uziemienia uziomu poziomego może być w przybliżeniu obliczona z zależności:

w której:
ρ – rezystywność gruntu, w Ωm,
l – długość przewodu ułożonego w rowie kablowym, w m.

3.8.2. Uziomy pionowe
Uziomy pionowe wykonane z rur lub prętów powinny być pogrążone w gruncie na głębokość większą niż 1 m 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.
Do wykonania uziomu z elementów pionowych stosuje się:

a) rury wykonane ze stali ocynkowanej o średnicy zewnętrznej co najmniej 25 mm,
b) kształtowniki stalowe ocynkowane o boku co najmniej 60 mm,
c) pręty miedziane lub stalowe o średnicy co najmniej 15 mm.

     Pręty stalowe powinny być, albo pokryte ochronną powłoką miedzianą o odpowiedniej grubości, albo ocynkowane.
W przypadku, gdy istnieje ryzyko mrozu lub wysuszenia gruntu, długości elementów pionowych powinny być zwiększone o 1 m lub 2 m.
Rezystancja uziemienia uziomu pionowego, w przypadku uziomu wykonanego z pionowych elementów, jest w przybliżeniu równa:

przy czym:
ρ – rezystywność gruntu, w Ω∙m,
l – długość elementów pionowych, w m.

     Zmniejszenie rezystancji uziemienia uziomu pionowego jest możliwe, jeżeli wiele pogrążonych elementów pionowych (rur. prętów) zostanie połączonych równolegle. Powinna być zachowana odległość między tymi elementami:

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

3.8.3. Płyty ułożone w gruncie
W praktyce układa się cienkie płyty prostokątne o wymiarach 0,5 m x 1 m, lub płyty w kształcie kwadratu o boku 1 m, umieszczone pionowo tak, że ich środek znajduje się na głębokości około 1 m.      Stosuje się płyty wykonane z miedzi o grubości 2 mm oraz płyty ze stali ocynkowanej o grubości co najmniej 3 mm. Najlepszą styczność płyty z gruntem uzyskuje się w pozycji pionowej.
Rezystancja uziemienia uziomu wykonanego z cienkich płyt prostokątnych umieszczonych w gruncie w pozycji pionowej, oblicza się ze wzoru:

przy czym:
ρ – rezystywność gruntu, w Ω∙m,
l – obwód płyty, w m.

3.8.4. Uziomy złożone
Zestaw połączonych ze sobą metalowych słupów umieszczonych w ziemi wokół obiektu budowlanego na określonej głębokości, może być wykorzystany jako uziom.
Rezystancja takiego uziomu jest określona zależnością:

w której:
l – długość umieszczonych w ziemi części słupów, w m,
d – średnica walca opisanego na słupie, w m,
ρ – rezystywność gruntu, w Ω m.

     Rezystancja uziemienia uziomu złożonego z połączonych wokół obiektu budowlanego slupów umieszczonych w ziemi jest tego samego rzędu co rezystancja uziomu fundamentowego.

3.8.5. Elementy do łączenia poszczególnych części uziomów
Elementy łączące poszczególne części uziomu powinny mieć odpowiednie wymiary, aby zapewnić wymaganą przewodność elektryczną oraz wytrzymałość mechaniczną i cieplną równoważną wytrzymałości samych uziomów.
Elementy łączące uziomy pionowe powinny mieć taką samą wytrzymałość mechaniczną jak pręty lub rury uziomów pionowych i powinny być odporne na mechaniczne naprężenia podczas wbijania. W przypadku łączenia różnych metali, które mogą tworzyć ogniwa galwaniczne, powodując korozję galwaniczną; połączenia należy zabezpieczyć w sposób trwały, zapobiegający ich kontaktowi z elektrolitami znajdującymi się w ich otoczeniu.
Na właściwości elektryczne uziomu mają wpływ następujące parametry:

a) rezystancja uziemienia – czyli zależność pomiędzy napięciem uziomowym U_E a płynącym prądem uziomowym I_E,
b) kształt uziomu – ma wpływ na rozkład potencjału na powierzchni gruntu.

     Połączenie przewodu uziemiającego z uziomem powinno być wykonane jako połączenie elektryczne przez spawanie termitowe, za pomocą zacisków zaprasowywanych, zacisków gwintowych lub innych pewnych połączeń mechanicznych. Połączenia mechaniczne powinny być instalowane zgodnie z instrukcją wytwórcy.
Stosowane zaciski nie powinny uszkadzać uziomu ani przewodu uziemiającego. Złączki i uchwyty polegające tylko na połączeniu lutowanym nie zapewniają należytej wytrzymałości mechanicznej.

▲ do góry

3.9. Uziomy fundamentowe
Według PN-HD 60364-5-54:2011, w nowych obiektach budowlanych zdecydowanie zaleca się stosowanie uziomów fundamentowych sztucznych. Budowa uziomów fundamentowych sztucznych lub równoważnych, takich jak wykorzystane na uziomy metalowe słupy ścian zewnętrznych, powinny być zalecane dla wszystkich obiektów budowlanych, przemysłowych i komunalnych.
Jeżeli uziom fundamentowy sztuczny wykorzystywany jest również do celów ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej w obiektach, to powinien on dodatkowo spełniać wymagania norm o ochronie odgromowej serii PN-EN 62305. Uziomy fundamentowe, stosowane do celów uziemieniowych i wyrównywania potencjałów, mogą być naturalne lub sztuczne.

3.9.1. Uziom fundamentowy naturalny
Jako uziomy fundamentowe naturalne wykorzystuje się podziemne metalowe bądź żelbetowe konstrukcje nośne budynków oraz zbrojenie budynków posadowionych na palach fundamentowych, a także stalowe pręty zbrojeniowe żelbetowego fundamentu budynku, które zostały połączone ze sobą przez spawanie lub w inny sposób zapewniają pewne i trwałe połączenie mechaniczne. Łączenie prętów zbrojeniowych za pomocą drutu wiązałkowego jest rozwiązaniem niepewnym.
Uziomów fundamentowych naturalnych nie tworzy się z fundamentów:

a) żelbetowych zbrojonych tylko siatką stalową, zwłaszcza fundamentów płytowych,
b) mających tylko rozproszone zbrojenie,
c) wykonanych tylko z fibrobetonu, w których zbrojeniem są włókna polipropylenowe.

3.9.2. Uziom fundamentowy sztuczny
Projektowanie i wykonanie uziomu fundamentowego sztucznego w obiekcie budowlanym zależy od:

1) przyjętego sposobu fundamentowania oraz
2) zastosowanej izolacji fundamentu, np.:

a) fundamentu hydroizolowanego:

– z izolacją wodoodporną (przeciwwilgociową) lub
– z izolacją przeciwwodną (znajdującą się poniżej poziomu wody gruntowej),

b) fundamentu o pełnej termoizolacji.

     Według PN-HD 60364-5-54:2011 w nowych obiektach budowlanych zdecydowanie zaleca się stosowanie uziomów fundamentowych sztucznych.
Budowa uziomów fundamentowych lub równoważnych przez wykorzystanie metalowych
słupów ścian zewnętrznych, powinna być zalecana dla wszystkich obiektów budowlanych, przemysłowych i komunalnych.
Uziom fundamentowy sztuczny tworzą metalowe elementy (płaskowniki, pręty, kształtowniki) ułożone w fundamencie obiektu budowlanego, zapewniające dobrą styczność elektryczną z gruntem.      Jeżeli uziom jest zalany betonem to, dla ochrony od korozji, zaleca się beton o odpowiedniej jakości oraz grubości otuliny betonowej co najmniej 5 cm.
Uziomy fundamentowe sztuczne mogą być stosowane również w niewielkich budynkach jednorodzinnych i mogą z powodzeniem zastąpić sztuczne uziomy poziome, otokowe lub pionowe, wymagane do uziemienia głównej szyny wyrównawczej budynku.

Wzajemne łączenie uziomu fundamentowego i stalowego zbrojenia żelbetowych konstrukcji, z wyjątkiem betonu sprężonego, pozwala z jednej strony – obniżyć całkowitą rezystancję uziemienia, a z drugiej strony – wyrównanie potencjału wszystkich części przewodzących jednocześnie dostępnych i części przewodzących obcych.
Wykonanie uziomu fundamentowego w trakcie wykonywania budynku jest zawsze tańsze i mniej pracochłonne niż wykonanie uziomu poziomego, otokowego lub pionowego na zewnątrz budynku, a także jest najlepszym rozwiązaniem umożliwiającym wykonanie uziomu w sposób:

a) nie wymagający dodatkowych prac ziemnych,
b) pozwalający wykonanie uziomu na głębokości, która pozwoli uniknąć wpływu sezonowych zmian warunków pogodowych na wartość rezystancji uziemienia,
c) zapewniający uzyskanie dobrego styku z ziemią,
d) pozwalający na maksymalne wykorzystanie powierzchni budowlanych w celu uzyskania najmniejszej wartości rezystancji uziemienia.

     Do budowy uziomu fundamentowego lub równoważnego zalewanego betonem stosuje się:

– taśmy stalowe o przekroju co najmniej 90 mm² lub
– drut stalowy o średnicy co najmniej 10 mm lub
– drut miedziany o przekroju co najmniej 25 mm².

     Do budowy uziomów fundamentowych ułożonych w otulinie betonowej mogą być stosowane elementy stalowe gołe lub cynkowane na gorąco.

3.9.3. Rezystancja uziemienia uziomu fundamentowego
Uziomy fundamentowe charakteryzują się niewielkimi wartościami rezystancji uziemienia, które zależą głównie od jego wymiaru, kształtu i rezystywności gruntu zmieniającej się w zależności od miejsca i głębokości.
W budynkach o jednej kondygnacji podziemnej o niewielkich rozmiarach do obliczeń rezystancji uziemienia przyjmuje się uziom fundamentowy powierzchniowy o kształcie okrągłej płyty o promieniu r_e leżącej na powierzchni gruntu o rezystywności ρ. Rezystancja uziemienia R_A takiego uziomu fundamentowego, oddzielonego od gruntu warstwą betonu, oblicza się ze wzoru:

Rezystancja uziemienia uziomu fundamentowego o dowolnym kształcie obrysu o polu A = π r_e², wynosi:

     Uziom fundamentowy sztuczny, jako część składowa instalacji elektrycznej budynku, spełnia w niej następujące funkcje ochronne:

a) jest doskonałym elementem wyrównywania potencjałów części przewodzących dostępnych i części przewodzących obcych, w układzie z główną szyną wyrównawczą, przewodami ochronnymi i ochronnymi przewodami wyrównawczymi,
b) stanowi w tym układzie ochronę przeciwporażeniową uzupełniającą w przypadku uszkodzenia izolacji podstawowej lub uszkodzeń systemu ochrony przy uszkodzeniu przez samoczynne wyłączenie zasilania.

3.9.4. Zasady budowy uziomu fundamentowego
Uziom fundamentowy sztuczny układa się w fundamentach ścian zewnętrznych budynku (Rys.1). Wymiary utworzonych oczek nie powinny być większe niż 20×20 m. Jeżeli wymiary oczek są większe, to uziom układa się również pod ścianami wewnętrznymi budynku, przy zachowaniu wymiaru oczka 20×20 m (Rys. 2). Wielkością, której nie można przekroczyć, nie jest pole powierzchni pierścienia, lecz wymiar jego boku – 20m.
W budynku o zabudowie szeregowej każdy segment zabudowy powinien posiadać oddzielny uziom fundamentowy (Rys. 2)
Uziom fundamentowy sztuczny w fundamencie zbrojonym prętami stalowymi lub siatką umieszcza się w najniższej warstwie zbrojenia fundamentu budynku i mocuje do zbrojenia fundamentu budynku w odstępach co 2 metry, np. za pomocą zacisków gwintowych.

Rys. 1. Uziom fundamentowy sztuczny w budynku jednorodzinnym
Oznaczenia: 1 – uziom fundamentowy, 2 – połączenie do głównej szyny wyrównawczej,
3 – przewody uziemiajęce

Rys. 2. Uziomy fundamentowe sztuczne, ułożone oddzielnie
w segmentach 1. i 2. budynku szeregowego
Oznaczenia: 1 – uziom fundamentowy, 2 – połączenie z główną szyną wyrównawczą,
3 – przewody uziemiające.

Rys. 3. Przykład ułożenia płaskownika w gruncie na wspornikach ustalających położenie
Oznaczenia: 1 – wspornik, 2 – płaskownik, 3 – grunt.

     Jeżeli budynek jest posadowiony na fundamencie zbrojonym prętami stalowymi lub siatką, to uziom fundamentowy sztuczny umieszcza się w najniższej warstwie zbrojenia budynku i mocuje się do tego zbrojenia w odstępach co 2 metry, za pomocą spawania termitowego lub odpowiednich zacisków gwintowych.

Rys. 4. Uziom fundamentowy w ławie fundamentowej

     Przewody uziemiające łączące uziom fundamentowy z główną szyną wyrównawczą budynku, powinny być, dla ochrony od korozji, wykonane ze stali ocynkowanej lub ze stali nierdzewnej, wy-prowadzone ze ściany lub podłogi w miejscu przyłączowym na długość, co najmniej 150 cm.
Przewody uziemiające łączące uziom z instalacją piorunochronną budynku powinny być wy-prowadzone na zewnątrz budynku, przyłączone do złączy kontrolnych przewodów odprowadzających instalacji odgromowej.
Łączenie elementów uziomu fundamentowego sztucznego należy wykonywać w sposób gwarantujący małą rezystancję i dużą wytrzymałość mechaniczną połączenia. Najpewniejszym rozwiązaniem łączenia elementów uziomowych zatopionych w betonie jest łączenie przez spawanie lub zgrzewanie elektryczne.
Połączenia dylatacyjne wykonuje się przy przechodzeniu płaskownika lub drutu okrągłego uziomu fundamentowego przez szczeliny dylatacyjne budynku. W tych miejscach końcówki płaskownika lub drutu wyprowadza się do wnętrza budynku i łączy przy użyciu elastycznych mostków wykonanych z pakietu cienkich blach. Miejsca połączenia mostkiem powinny być dostępne do kontroli.

3.9.5. Założenia do projektowanie uziomu fundamentowego
Projektowanie uziomu fundamentowego zależy od:

1) przyjętego sposobu fundamentowania budowli oraz
2) zastosowanej izolacji fundamentu, np.:

a) fundamentu hydroizolowanego:

– z izolacją wodoodporną (przeciwwilgociową) lub
– z izolacją przeciwwodną (znajdująca się poniżej poziomu wody gruntowej),

b) fundamentu o pełnej termoizolacji.

3.9.6. Wykonanie uziomu fundamentowego w zależności od sposobu fundamentowania:

1) W fundamencie ławowym (pod ścianami lub słupami budynku):

a) nie zbrojonym prętami stalowymi, uziom wykonany z płaskownika lub pręta okrągłego mocuje się na wspornikach ustalających ich położenie w gruncie,
b) zbrojonym prętami stalowymi, płaskownik lub pręt mocuje się do dolnych prętów zbrojeniowych w warstwie chudego betonu o grubości 10 cm;

2) W fundamencie płytowym (płyta o grubości 20-30 cm zbrojona prętami i/lub siatką) – uziom fundamentowy utworzony jest z płaskownika bądź pręta umocowanego do najniższego wieńca zbrojeń, w posadowieniu ścian zewnętrznych budynku. Jeżeli płyta fundamentowa przekracza wymiary 20 x 20 m, to dodaje się połączenia wzdłużne i/lub poprzeczne odpowiednio pod wewnętrznymi ścianami budynku;
3) W fundamencie stopowym (na podporach opartych na osobnych stopach) – uziom fundamentowy sztuczny tworzy się z płaskownika lub pręta okrągłego o długości co najmniej 2,5 m, osobno dla każdej stopy (lub co drugiej, jeżeli odstępy między podporami są nie większe niż 5 m). Wykonane pod stopami uziomy fundamentowe łączy się, na najniższej kondygnacji lub pod nią, w otok bądź kratę, tworząc uziom fundamentowy budowli. Zbrojenia
stóp bez uziomów łączy się z otokiem bądź z kratą uziomową przewodami wyrównawczymi;
4) W fundamencie głębokim (na palach fundamentowych wzmacniających fundament właściwy):

a) do wykonania uziomu fundamentowego wykorzystuje się zbrojenia pali fundamentowych. Przy większej ilości pali uziomy wykonuje się tylko w części wybranych pali, najlepiej obrzeżnych,
b) nad palami, w płycie fundamentowej budowli, podobnie jak w fundamentach płytkich, powinna być wykonana, zatopiona w betonie krata wyrównawcza o wymiarach oczek nie większych niż 20 x 20 m, połączona ze zbrojeniem najbliższych pali fundamentowych.

3.9.7. Wykonanie uziomu w fundamencie budynku z izolacją przeciwwilgociową lub w fundamencie z izolacją przeciwwodną (położnym poniżej poziomu wód gruntowych), zależy od rodzaju zastosowanych materiałów izolacyjnych, które mogą wprowadzić dodatkową rezystancję elektryczną fundamentu z gruntem. W takim przypadku należy rozważyć możliwości wykonania uziomu fundamentowego sztucznego. Jeżeli wykonanie uziomu fundamentowego w fundamencie hydroizolowanym jest niepewne lub niemożliwe, to należy, po rozpoznaniu sposobu izolowania i styczności fundamentu z gruntem, dokonać wyboru wykonania uziomu:

1) fundamentowego sztucznego w spodniej warstwie betonu o grubości co najmniej 10 cm, pod warstwą izolacji, lub
2) fundamentowego sztucznego w fundamencie izolowanym warstwą przewodząca, np. z bentonitu, gwarantującego bardzo dobre połączenie elektryczne fundamentu z gruntem, albo
3) równoważnego ze stali nierdzewnej, ułożonego poza fundamentem, w gruncie lub w warstwie betonu, poniżej zastosowanych izolacji, jako:

a) uziom otokowy o wymiarach nie większych niż 10×10 m, ułożony po obwodzie budynku, tuż przy nim bądź pod nim lub
b) uziom kratowy o wymiarach oczek kraty nie większych niż 10×10 m (rozwiązanie dla większych budynków).

3.9.8. Wykonanie uziomu w fundamencie budynku o pełnej termoizolacji
W fundamencie budynku o pełnej termoizolacji (zastosowanie izolacji cieplnej w całości lub w części podziemnej budynku), wykonanie uziomu fundamentowego sztucznego jest najczęściej niemożliwe.
Rozwiązaniem równoważnym może być np. wykonanie uziomu ze stali nierdzewnej, w gruncie poniżej zastosowanych izolacji. Każdorazowo jednak, gdy stosowane są uziomy równoważne, elektrycznie izolowane od fundamentu budynku, to dla celów uziemieniowych i wyrównywania potencjałów powinna być wykonana, nad warstwami izolacyjnymi fundamentu, krata wyrównawcza o wymiarach oczek nie większych niż 20×20 m, wielokrotnie połączona z uziomem oraz z główną szyną wyrównawczą.

▲ do góry