Uziom szpilkowy – kiedy stosować i jak poprawić rezystancję uziemienia
Start » Poradnik » Uziom szpilkowy – kiedy stosować i jak poprawić rezystancję uziemienia
Bezpieczeństwo odgromowe obiektu budowlanego bardzo często jest zależne nie tylko od obecności urządzenia piorunochronnego, ale także od prawidłowego doboru uziomu. Wbrew pozorom, optymalne dopasowanie uziomu do konkretnego obiektu nie jest procesem łatwym, ponieważ wpływa na niego wiele czynników jak np. rezystywność gruntu, specyfika budynku oraz jego otoczenie. Z uwagi na obszerność tematyki związanej z konstrukcją uziomu i mnogością dostępnych rozwiązań, artykuł wyjaśnia, kiedy uziom szpilkowy sprawdzi się najlepiej, oraz jak dzięki niemu można poprawić rezystancję uziemienia.
Uziom szpilkowy to jeden z podstawowych typów uziomów stosowanych w nowoczesnych instalacjach odgromowych. W odróżnieniu od uziomu fundamentowego i otokowego, uziom szpilkowy jest uziomem pionowym. Składa się z elektrod w postaci prętów lub teowników pogrążanych w gruncie na głębokość wynikającą z warunków gruntowych, wymaganych parametrów układu oraz dokumentacji projektowej.
Co ciekawe, uziom szpilkowy może występować samodzielnie lub stanowić wsparcie (uzupełnienie) dla uziomu fundamentowego. Najczęściej wykonuje się go ze stali ocynkowanej, choć w określonych warunkach do jego konstrukcji wykorzystuje się stal nierdzewną bądź stal pomiedziowaną.
Wśród uziomów szpilkowych warto wyróżnić 2 podstawowe typy:
jednolity uziom szpilkowy,
składany uziom szpilkowy.
Pierwszy z nich, w żargonie branżowym określany jako nieprzedłużany, składa się z pojedynczych prętów lub teowników pogrążanych w ziemi. Rozmieszczone punktowo w gruncie o względnie niskiej rezystywności nie wymagają dodatkowej rozbudowy, zapewniając prawidłowe parametry rezystancji uziemienia.
Drugi typ uziomu szpilkowego, zwany też przedłużanym, również składa się z prętów, jednak do wykonania pojedynczego punktu pogrążanego w gruncie potrzebne są co najmniej 2 szpilki. Polega to na tym, że pierwsza elektroda posiada specjalny grot, który umożliwia głębokie pogrążanie w ziemi, natomiast każdy kolejny – wyposażony w wyprofilowany stożek – jest dodawany na wcisk do szpilki znajdującej się niżej. Uziom szpilkowy składany sprawdza się w gruntach o wysokiej rezystywności ze względu na zagłębienie elektrod na znacznych głębokościach (nawet kilkunastu metrów), gdzie grunt posiada więcej wilgoci i lepszą przewodność elektryczną.
Kiedy stosować ten typ uziomu?
Uziom szpilkowy najczęściej znajduje zastosowanie w budownictwie mieszkalnym jednorodzinnym, gdzie nie ma uziomu fundamentowego lub stanowi jego uzupełnienie. Co ważne, uziom szpilkowy sprawdza się w trudnych warunkach, w których wartość rezystywności gruntu jest wysoka, a gęsta zabudowa otoczenia budynku lub nagromadzenie infrastruktury technicznej nie pozwala na wykonanie uziomu otokowego. W związku z tym uziom szpilkowy będzie dobrym rozwiązaniem dla budynku o małej powierzchni zlokalizowanym na niewielkiej działce, gdzie rezystywność gruntu wymaga głębszego pogrążania elektrod. Ponadto, uziom szpilkowy pozwala na rozbudowę instalacji odgromowej bez konieczności ingerencji w konstrukcję budynku, co jest niewątpliwym atutem.
Reasumując, ten typ uziomu stosuje się, gdy:
uziom fundamentowy wymaga rozbudowy,
grunt w górnej warstwie ma wysoką rezystywność,
brakuje miejsca na montaż klasycznego uziomu otokowego,
obiekt budowlany ma niewielką powierzchnię – np. dom jednorodzinny,
ingerencja w konstrukcję budynku jest niemożliwa.
Warto pamiętać, aby dobór uziomu odbywał się na podstawie rzetelnej analizy technicznej wykonanej przez specjalistę techniki odgromowej, który dzięki fachowej wiedzy i doświadczeniu pomoże dopasować optymalne rozwiązanie.
Co sprawia, że uziom pionowy jest lepszy od uziomu otokowego?
Wieloletnie doświadczenie w branży odgromowej pozwala stwierdzić, że głównym powodem, dlaczego uziom szpilkowy jest lepszy niż uziom otokowy to wszechstronność zastosowań, a więc szerokie możliwości montażu w zdecydowanej większości przypadków. Ze względu na swoje właściwości ten rodzaj uziomu jest zalecany, gdy nie można wykonać uziomu fundamentowego. Natomiast uziom otokowy sprawdzi się w określonych warunkach terenowych (niska wartość rezystywności), najczęściej w obiektach o dużej powierzchni zabudowy.
Warto podkreślić, że za uziomem szpilkowym przemawia również:
łatwość uzyskania niższych wartości rezystancji uziemienia,
odporność na warunki pogodowe i klimatyczne,
brak konieczności prowadzenia ciężkich robót ziemnych,
niewielka (punktowa) przestrzeń zajmowana przez konstrukcję,
prostota instalacji,
szybkie tempo prac,
niskie koszty inwestycji,
możliwość prostej i szybkiej rozbudowy.
Korzyści płynące z wyboru uziomu szpilkowego sprawiają, że jest to chętnie wybierany sposób uziemienia urządzenia piorunochronnego. Ponadto uziom tego typu można stosować jako uzupełnienie dla uziomu fundamentowego, jeśli grunt nie zapewnia wymaganego poziomu rezystywności i stabilności w ciągu roku.
Uziom szpilkowy a poprawa istniejącego uziemienia
Jednym z częstszych powodów zastosowania uziomu pionowego jest modernizacja dotychczasowej instalacji uziemiającej, która wykazuje zbyt wysokie wartości rezystancji, zwykle wynikające z niesprzyjającej rezystywności gruntu. Prawidłowo wykonana rozbudowa istniejącego systemu odgromowego o uziom szpilkowy, pozwala skutecznie rozwiązać ten problem.
Poprawa istniejącego uziemienia polega na rozbudowie, a więc dodaniu pionowych elektrod szpilkowych do dotychczasowego uziomu fundamentowego lub otokowego. Przed rozpoczęciem prac należy wykonać stosowne pomiary i obliczenia inżynierskie, które pozwolą wybrać typ uziomu szpilkowego (jednolity, złożony), oszacować liczbę dodatkowych uziomów oraz głębokość ich pogrążenia. W zdecydowanej większości przypadków jest to najlepszy sposób na efektywną poprawę uziemienia, zachowując przy tym należytą stabilność uzyskanej rezystancji.
Liczba szpilek i długość uziomu szpilkowego
Planując uziom pionowy, należy dokonać szczegółowych pomiarów rezystywności gruntu oraz pomiaru rezystancji dla instalacji, aby uzyskać dane niezbędne do wykonania obliczeń inżynierskich i zaplanowania prawidłowej konstrukcji uziomu. Co więcej, pozwoli to określić liczbę potrzebnych szpilek oraz głębokość ich pogrążenia.
Przeciętna instalacja odgromowa dla domu jednorodzinnego wyposażona w uziom szpilkowy na gruncie o korzystnej rezystywności (np. glina) wymaga pogrążania przykładowo 4 szpilek o dł. 1,5 m każda. W skrajnych sytuacjach, kiedy grunt jest wybitnie suchy (piaszczysty czy kamienisty), system odgromowy do osiągnięcia wymaganej rezystancji będzie potrzebował większej liczby szpilek, tj. 6-10 szt. oraz osiągnięcia głębokości 9-15 m.
Warto dodać, że standardowe długości podstaw oraz przedłużek wynoszą 130 cm lub 150 cm, a dostępne średnice to przykładowo 16 mm, 18 mm lub 20 mm. W przypadku wariantów jednolitych-nieskładanych długości mogą wynosić 125 cm, 150 cm, 175 cm i 200 cm, a średnice najczęściej te same jak w konstrukcji składanej-przedłużanej. Ponadto, należy uwzględnić minimalne odstępy między elektrodami odpowiadające co najmniej długości pogrążonych w gruncie elektrod.
Czy potrzebne są akcesoria?
W praktyce każda instalacja odgromowa potrzebuje akcesoriów, aby po pierwsze – podnieść jej jakość, po drugie – zwiększyć bezpieczeństwo, a po trzecie – polepszyć ergonomię montażu i eksploatacji. Dla uziomu szpilkowego złożonego (przedłużanego) będzie to pręt podstawa z grotem i złączką, prętem przedłużka z profilowanym stożkiem i wpustem oraz pobijak ręczny. Rozwiązanie to pozwala wykonać stabilne połączenie oraz przyspieszyć pracę. Warto również wspomnieć, że złącze uziomowe do połączenia z bednarką pozwala na bezpieczne i trwałe połączenie uziomu z nadziemną częścią instalacji odgromowej. Zaleca się także montaż ochrony antykorozyjnej w postaci np. wazeliny technicznej i taśmy antykorozyjnej. Równie istotnym elementem będzie złącze kontrolne pozwalające na dokonywanie pomiarów kontrolnych, które można umieścić zarówno w gruntowej studzience, jak i na ścianie budynku.
Pogrążanie uziomu szpilkowego
To część zasadnicza realizacji uziomu szpilkowego, ponieważ głębokość pogrążonych elektrod ma bezpośredni wpływ na osiągnięcie zakładanych wartości rezystancji uziemienia. Pogrążanie to inaczej wbijanie (np. prętów lub teowników) do gruntu, które wykonuje się młotem udarowym (energia udaru 10-50 J) lub ręcznym przy pomocy pobijaka.
W uziomie szpilkowym składanym (przedłużanym) najpierw wbija się podstawę ze wzmocnionym grotem – niecałkowicie, aby ponad gruntem zostało jej 20-30 cm, po czym smaruje się końcówkę pastą przewodzącą, a następnie wciska się przedłużkę i kontynuuje pogrążanie. Czynność tę powtarza się aż do momentu uzyskania żądanej wartości rezystancji.
W końcowej fazie dokonuje się połączenia przygotowanego uziomu pionowego z bednarką przy udziale złącza krzyżowego, uzyskując w ten sposób integrację części podziemnej z częścią nadziemną systemu odgromowego. Należy dodać, że w uziomie szpilkowym jednolitym (nieskładanym), wbija się tylko podstawę bez przedłużek – warunkiem takiego postępowania jest otrzymanie odpowiedniej wartości rezystywności gruntu już na głębokości ok. 2 m.
Rodzaj gruntu a rezystancja uziemienia
Wieloletnia praktyka wykonawcza pokazuje, że grunt i jego rezystywność determinuje uzyskiwane wyniki pomiarów rezystancji uziemienia instalacji odgromowej. Choć z punktu widzenia inżynierii elektrycznej wydaje się to oczywiste, warto przypomnieć, jak poszczególne typy gruntów różnią się pod względem rezystywności. Mając na uwadze instalację odgromową, w zdecydowanej większości przypadków dąży się do osiągnięcia rezystancji uziemienia na poziomie nieprzekraczającym 10 Ω. Jednak zdarza się, że w ściśle określonych warunkach pożądaną wartością będą tylko 2 Ω.
W poszczególnych typach podłoży uzyskuje się następujące orientacyjne wartości rezystywności:
20-200 Ωm – grunt gliniasty,
30-50 Ωm – grunt bagienny,
90-150 Ωm – ziemia orna,
100-500 Ωm – wilgotny żwir,
100-3000 Ωm – wapienie i łupki,
500 Ωm – suchy piasek,
500-2000 Ωm – grunt piaszczysty suchy,
1500-10000 Ωm – granity i piaskowce.
Jako ciekawostkę należy podać, że rezystywność wody morskiej wynosi zaledwie 0,5 Ωm. Powyższe zestawienie jasno wskazuje, że im grunt jest bardziej: wilgotny, zmineralizowany, zagęszczony i zwarty, tym ma niższą rezystywność. A to oznacza lepszą przewodność elektryczną, pozwalając na łatwiejsze uzyskanie pożądanej wartości rezystancji uziemienia.
Pomiary rezystywności gruntu w uziomie szpilkowym
Podstawowy krok w realizacji uziomu pionowego to przede wszystkim przeprowadzenie rzetelnych pomiarów rezystywności gruntu, ponieważ przewodność podłoża wpływa bezpośrednio na rezystancję uziemienia systemu odgromowego, a więc bezpieczeństwo.
Pomiarów zwykle dokonuje się poprzez zastosowanie elektrooporowej metody Wennera, która polega na użyciu 4 elektrod pogrążonych w gruncie, rozmieszczonych w linii prostej i w równych odległościach, podłączonych do miernika. Jest to standardowa technika geoelektryczna, która wykorzystuje zjawisko proporcjonalnej zależności między odległością, na jaką rozstawione są elektrody a głębokością, na którą wnika przepływający prąd. Innymi słowy – prąd najpierw przepływa przez 2 elektrody skrajne, a wtedy powstały spadek napięcia mierzy się na 2 elektrodach wewnętrznych, dzięki czemu można obliczyć oporność właściwą gruntu.
Należy pamiętać, że wartości pomiarowe będą różne w zależności od lokalizacji wykonania pomiaru oraz jego głębokości, co jest rzeczą naturalną. Co ważne, pomiary rezystywności gruntu, oprócz pozyskania niezbędnych danych służących do wykonania obliczeń i projektu, pozwalają również poznać strukturę podłoża.
Błędy wykonawcze
Branżowe doświadczenie wskazuje, że podczas prac montażowych uziomu szpilkowego zdarzają się różnego rodzaju błędy, które mogą niekorzystnie oddziaływać na jakość wykonania oraz poziom bezpieczeństwa instalacji.
Do najczęściej popełnianych błędów wykonawczych zalicza się:
brak przeprowadzenia wstępnych pomiarów rezystywności gruntu,
pogrążanie elektrod zbyt płytko oraz bez zachowania wymaganych odstępów,
montaż w podłożu o ekstremalnie wysokiej rezystywności (np. lita skała),
uszkodzenie powłoki ocynku szpilek oraz pominięcie ochrony antykorozyjnej elementów mających kontakt z gruntem lub bednarką wykonaną z innego materiału,
nieumiejętne pogrążanie szpilek młotem udarowym (zbyt mała energia),
brak wykonania pomiaru rezystancji uziemienia po zakończeniu montażu.
Powyższe przykłady błędów pokazują, że najczęściej dochodzi do nich w zakresie czynności kontrolno-pomiarowych, oceny gruntu, pogrążania elektrod oraz kwestii korozyjności materiałów.
Podsumowanie
Uziom szpilkowy stanowi bardzo ciekawą, a zarazem popularną alternatywę dla uziomów fundamentowych i otokowych – idealnie sprawdza się w indywidualnym budownictwie mieszkaniowym oraz obiektach zlokalizowanych w skomplikowanym technicznie, silnie zabudowanym otoczeniu. Decyzja o zastosowaniu uziomu szpilkowego powinna być podjęta po konsultacji z ekspertem techniki odgromowej, ponieważ wymaga przeprowadzenia rzetelnej analizy, w tym pomiaru rezystywności gruntu. Profesjonalne podejście do problemu pozwoli na uniknięcie typowych błędów wykonawczych oraz umożliwi skuteczną poprawę rezystancji uziemienia, a tym samym zapewni budynkowi i jego użytkownikom wyższy poziom bezpieczeństwa odgromowego.
[FAQ] AN-KOM odpowiada na pytania klientów na temat wykonania uziomu szpilkowego
Kiedy warto zastosować uziom szpilkowy?
Najczęściej wtedy, gdy wykonanie uziomu fundamentowego bądź otokowego jest niemożliwe albo gdy istniejący układ uziemiający wymaga rozbudowy.
Ile szpilek należy zastosować?
Liczba użytych szpilek zależy od rezystywności gruntu, ich długości, rozmieszczenia oraz wymaganych parametrów układu odgromowego. Zawsze powinna wynikać z pomiarów i projektu.
Czy głębsze pogrążenie uziomu zawsze obniża rezystancję?
Nie, nie zawsze. To popularny mit związany z tym, że głównym celem głębszego pogrążania elektrody jest dotarcie do warstw o wyższej i stabilnej wilgotności, co dość często pozwala obniżyć rezystancję uziomu. Jednak należy mieć świadomość, że nie zawsze jest to regułą, ponieważ grunt – nawet w obrębie jednej działki – może posiadać bardzo zróżnicowaną strukturę i właściwości, co niekoniecznie oznacza lepszą przewodność elektryczną. W związku z tym, skuteczność każdej próby pogrążania uziomu należy potwierdzić pomiarami.
Jakie odstępy zachować między elektrodami?
Rozstaw powinien ograniczać nakładanie się stref rozpływu prądu. Ostateczna wartość powinna wynikać z zapisów projektu i długości zastosowanych elektrod.
Jak sprawdzić skuteczność uziomu szpilkowego?
Należy wykonać oględziny, sprawdzić połączenia i zabezpieczenia antykorozyjne oraz przeprowadzić pomiar rezystancji uziemienia.
