Uziemienia i połączenia wyrównawcze pełnią ważną rolę w systemach zabezpieczenia instalacji elektrycznych i ich użytkowników przed skutkami wyładowań atmosferycznych, przepięć czy porażenia prądem elektrycznym.
Uziemienie, rozumiane jako połączenie określonego punktu obwodu elektrycznego z ziemią, jest niezbędnym elementem zapewniającym bezpieczeństwo i prawidłowe funkcjonowanie urządzeń i instalacji elektrycznych. Umożliwia spełnienie wymagań ochrony przeciwporażeniowej oraz wymagań funkcjonalnych dotyczących instalacji elektrycznej oraz instalacji odgromowej. Szczegółowe wymagania w tym zakresie definiuje polska norma PN-EN 62305.
Różne typy uziemienia
W skład typowej instalacji wchodzą uziomy, przewody uziemiające i ochronne przewody wyrównawcze. Cały układ musi likwidować zagrożenie porażenia prądem elektrycznym, będąc jednocześnie wytrzymały mechanicznie i odporny na korozję, zdolny do odprowadzania prądów zwarciowych oraz prądów w przewodach ochronnych bez generowania problemów cieplnych i elektrodynamicznych.
Uziemienia dzielimy na trzy grupy:
- Uziemienie ochronne – stosowane jako środek ochrony przeciwporażeniowej w układzie sieci TT i IT (izolowanym). Metalowe części obudowy urządzeń elektrycznych łączy się metalicznie z uziomami i wykorzystując przewodnictwo ziemi zamyka obwód elektryczny. Przewód ochronny do każdego urządzenia doprowadza się z bednarki o grubości minimum 4 mm (3 mm gdy jest ocynkowana) lub tej samej średnicy drutu stalowego (2 mm w przypadku gniazd l-fazowych I0 A). Jeżeli uziemianych urządzeń jest kilka, przewody uziemiające należy trwale połączyć z uziomem, wykonanym z rur, kształtowników lub prętów stalowych wbitych w ziemię.
- Uziemienie robocze – którego zadaniem jest zapewnienie właściwej pracy urządzeń elektroenergetycznych połączonych bezpośrednio z siecią rozdzielczą. Chronią sieci niskiego napięcia przed szkodliwymi efektami przeniesienia na nie wysokiego napięcia. Mogą być stosowane także w przypadku urządzeń zasilanych przez transformator lub przetwornicę z układu o napięciu wyższym niż 1 kV. Uziemienie robocze może przyjąć formę uziemienia bezpośredniego (wykonanego za pomocą rezystancji), pośredniego (wykonanego za pomocą reaktancji) lub otwartego (wykonanego za pomocą bezpiecznika iskiernikowego).
- Uziemienie funkcjonalne – jest to uziemienie jednego lub wielu punktów instalacji, sieci lub urządzenia, wykonane dla celów innych niż zapewnienie bezpieczeństwa. W przypadku urządzeń elektronicznych będzie to np. ochrona przed uszkodzeniem na skutek przepięć lub zapewnienie poprawnej pracy przez obniżenie poziomu zakłóceń. Obwód uziemienia funkcjonalnego musi być odseparowany od innych części urządzenia pod niebezpiecznym napięciem. Dopuszczalne jest podłączenie obwodu uziemienia funkcjonalnego do zacisku uziemienia ochronnego lub do przewodu połączenia ochronnego.
Uziomy pionowe
Uziom pionowy to inaczej metalowa elektroda, umieszczana w wilgotnej warstwie gruntu, zapewniającej połączenie przedmiotów uziemianych i gruntu o możliwie małej rezystancji. Obowiązujące przepisy dopuszczają wykonanie uziomu ze stali nieocynkowanej, stali ocynkowanej ogniowo, pomiedziowanej elektrolitycznie lub czystej miedzi.
Uziomy pionowe powstają z prętów wbijanych pionowo w grunt, na głębokość 4-5 m, na której panuje trwała wilgotność. Ponieważ pojedynczy pręt nie będzie wystarczającą ochroną dla budynku, stosuje się ich kilka, przy czym minimalna odległość między nimi musi być równa długości pręta. Po wbiciu uziomu należy dokonać pomiaru oporności, której wartość nie może przekraczać 10 Ω. W razie potrzeby należy dodawać kolejne pręty tak długo, aż uzyskana zostanie pożądana wartość.
Aby ułatwić pracę ekipom instalacyjnym firma AN-KOM oferuje gotowe do montażu uziomy wraz z niezbędnymi akcesoriami.
Warto tu wymienić przede wszystkim uziomy składane z możliwością przedłużania oraz niezbędne do ich montaży akcesoria. Uziomy dostarczane są w odcinkach o długości 1500 mm lub 1300mm . Pierwszy element (podstawa) zakończony jest szpicem umożliwiającym bezproblemowe zagłębianie w podłożu. Kolejne odcinki-przedłużki dokładane są „na wcisk” poprzez wyprofilowaną końcówkę ze stożkiem. Całość cechuje się bardzo dobrym połączeniem elektrycznym. Dostępne są też uziomy prętowe nieprzedłużane, o długości od 1250 do 2000 mm. Wyposażone w złącze umożliwiające połączenie z przewodem odgromowym lub metalową taśmą (bednarką).
Uziomy fundamentowe
W przypadku nowo powstających budynków jednorodzinnych dobrym rozwiązaniem będzie wykonanie uziomów fundamentowych.
Na ich korzyść przemawia fakt, że fundamenty zazwyczaj zbrojone są dużą ilością prętów stalowych, mają dużą powierzchnię oraz znajdują się w strefie wilgotnej o niskiej rezystancji. W przypadku braku zbrojenia uziomy fundamentowe układa się na wspornikach dystansowych i po przeprowadzeniu pomiarów rezystancji zalewa betonem o grubości co najmniej 5 cm.
Uziomowi fundamentowemu nadaje się formę otoku, opasującego wszystkie ściany zewnętrzne. Jego maksymalne wymiary (rozmiar „oczka”) nie powinny przekraczać długości 20 m w przypadku najdłuższego boku. W przeciwnym wypadku wskazane jest zainstalowanie dodatkowych elementów uziomowych pod ścianami wewnętrznymi. Właściwym sposobem łączenia elementów uziomu między sobą i z przewodem uziemiającym jest spawanie lub połączenia śrubowe zabezpieczone przed korozją.
W przypadku budynków wyposażonych w instalację odgromową zaleca się „oczka” otoku o wymiarach 10×10 m dla zapewnienia lepszego rozpływu prądów piorunowych. W miejscu przyłączenia zwodów instalacji piorunochronu powinien znajdować się węzeł, co ułatwi rozpłynięcie się prądu w kilku kierunkach.
Połączenia wyrównawcze główne i miejscowe
Połączenie wyrównawcze to połączenie elektryczne między różnymi częściami przewodzącymi, stosowane jako element ochrony przeciwporażeniowej, odgromowej i przepięciowej. Jego zadaniem jest wyrównanie potencjałów i zmniejszenie tzw. napięć dotykowych. Połączenia wyrównawcze znajdują zastosowanie gdy nie jest możliwe uzyskanie skuteczności ochrony przez samoczynne wyłączenie zasilania i nie ma możliwości zastosowania innych środków ochrony dodatkowej. Biorąc pod uwagę zasięg wyróżniamy połączenia wyrównawcze główne oraz miejscowe.
Połączenia wyrównawcze główne należy wykonać w przyziemnej kondygnacji budynku. Powinny one obejmować:
- przewód ochronny PE (PEN) linii zasilających i wszelkie inne wprowadzone do budynku przewody (żyły) ochronne bądź uziemiające, żyły zewnętrzne przewodów współosiowych, metalowe powłoki bądź ekrany wprowadzonych do budynku przewodów teletechnicznych i informatycznych oraz telewizji i radiofonii przewodowej,
- uziom fundamentowy i inne uziomy miejscowe, wszelkie rozprowadzone w budynku rurociągi metalowe (wodne, gazowe, ogrzewnicze, klimatyzacyjne) niezależnie od tego, czy i jak są uziemione,
- rozległe metalowe części konstrukcji budynku mogące przenosić potencjał na znaczną odległość (np. stalowa konstrukcja szkieletowa budynku, dźwigary stalowe, zbrojenie). Przewód budowy do połączeń wyrównawczych głównych powinien mieć przekrój co najmniej połowy przekroju największego przewodu ochronnego zastosowanego w danej instytucji, jednak nie mniej niż 6 mm2.
Połączenia wyrównawcze miejscowe w pierwszej kolejności (tak jak i w przypadku połączeń wyrównawczych głównych) wykonywane są w celach ochrony przeciwporażeniowej – najczęściej jako miejscowe połączenia wyrównawcze ochronne uziemione. Powinny obejmować występujące w ich zasięgu części przewodzące dostępne i części przewodzące obce. Części te mogą być łączone bezpośrednio, bez pośrednictwa szyny wyrównawczej, za pomocą spawania lub zacisków śrubowych. W roli połączeń miejscowych mogą być wykorzystywane niektóre zamocowane na stałe części przewodzące obce, zwłaszcza metalowe konstrukcje budowlane.
W roli przewodów wyrównawczych stosuje się miedziane przewody jednożyłowe gołe lub izolowane, miedziane żyły przewodów wielożyłowych lub stalowe przewody gołe albo pokryte trwałymi powłokami antykorozyjnymi. Przewody powinny być oznaczone zestawieniem barw żółtej i zielonej.