Bezpieczeństwo obiektu budowlanego oraz przebywających w nim ludzi jest uzależnione od wielu aspektów, a jednym z nich jest obecność uziomu w instalacji odgromowej. Celem artykułu jest wyjaśnienie, czym jest uziom i uziemienie, jakie są rodzaje uziomów oraz to, z jakich materiałów się go wykonuje. Ponadto zostały przedstawione główne zastosowania uziomu we współczesnym budownictwie, jak również typowe błędy spotykane w praktyce wykonawczej.
Spis treści
1.2 Uziom – rola w instalacji odgromowej
1.3 Uziom a uziemienie – na czym polega różnica?
1.4. Jakie są rodzaje uziomów?
3. Z jakich materiałów wykonuje się uziomy?
5. Najczęstsze błędy przy wyborze uziomu
6. Podsumowanie
7. [FAQ] AN-KOM odpowiada na pytania klientów pojawiające się w procesie doboru uziomu
Czym jest uziom?
Przeciętny system odgromowy składa się z kilku elementów, a jednym z nich jest metalowy uziom. Najprościej rzecz ujmując jest to ta część urządzenia piorunochronnego, która bezpośrednio łączy się z gruntem, wykorzystując do tego celu odpowiednio dobrane elementy metalowe, np. bednarkę lub pręt, które następnie łączą się z instalacją nadziemną za pomocą przewodów uziemiających. Co ciekawe, uziom można zaplanować zarówno na etapie sporządzania projektu budowlanego, jak i w trakcie użytkowania, choć wariant projektowy pozwala na wykonanie w pełni profesjonalnej instalacji zgodnie z normami i sztuką inżynierską.
Uziom – rola w instalacji odgromowej
Podstawowym zadaniem uziomu w urządzeniu piorunochronnym (LPS) jest bezpieczne wprowadzenie do ziemi i rozproszenie w gruncie prądu piorunowego, który jest odprowadzany ze zwodów za pomocą przewodów odprowadzających. Uziom to także integralny i jeden z najważniejszych elementów instalacji odgromowej, ponieważ umożliwia kontrolowane rozproszenie energii wyładowania atmosferycznego w gruncie.
Prawidłowo zaprojektowany i wykonany uziom stanowi jeden z podstawowych elementów wpływających na skuteczność ochrony odgromowej obiektu, a tym samym na bezpieczeństwo ludzi, instalacji elektrycznych oraz urządzeń znajdujących się w budynku. Warto pamiętać, że wyładowanie atmosferyczne może stanowić poważne zagrożenie dla ludzi i mienia, powodując porażenie prądem, pożar lub uszkodzenie instalacji oraz urządzeń elektrycznych.
Uziom a uziemienie – na czym polega różnica?
- W praktyce elektrotechnicznej oba pojęcia są często mylone – mimo podobnej nazwy nie oznaczają tego samego. Uziom to przewodzący element lub zespół elementów mających bezpośredni kontakt z gruntem albo umieszczonych w betonie fundamentowym. Może mieć formę pręta, taśmy, otoku lub odpowiednio połączonego zbrojenia fundamentu. Głównym zadaniem uziomu jest zapewnienie połączenia elektrycznego z ziemią.
Uziemienie oznacza celowe połączenie określonego punktu instalacji, urządzenia lub części przewodzącej z ziemią za pomocą przewodu uziemiającego i uziomu. W zależności od zastosowania może ono pełnić funkcję ochronną, funkcjonalną lub odgromową. Nie należy przy tym utożsamiać uziemienia z całą instalacją odgromową, ponieważ zwody i przewody odprowadzające stanowią jej osobne elementy.
W praktyce uziemienia stosuje się m.in. w instalacjach elektrycznych, urządzeniach piorunochronnych, sieciach elektroenergetycznych i systemach telekomunikacyjnych. Z kolei uziom budynku, w tym uziom fundamentowy, powinien być połączony z główną szyną uziemiającą (GSU), co umożliwia wykonanie połączeń wyrównawczych i ograniczenie niebezpiecznych różnic potencjałów.
Jakie są rodzaje uziomów?
Podobnie jak w większości branżowych rodzajów instalacji znajdujących się w obiektach budowlanych, również w przypadku systemów odgromowych można wyróżnić kilka rozwiązań – w tym przypadku dotyczących uziomu.
- Uziom fundamentowy – jest to domyślny i zalecany sposób uziemienia dla piorunochronu, zwłaszcza w nowych budynkach. Wykonuje się go z odpowiednio połączonego zbrojenia fundamentu albo z przeznaczonego do tego przewodnika, np. płaskownika lub pręta, umieszczonego w betonie. Geometria i rozmieszczenie przewodników powinny wynikać z projektu. Sztuczny uziom fundamentowy nie jest elementem konstrukcyjnym zbrojenia, jednak powinien być z nim odpowiednio połączony w celu wyrównania potencjałów. Jeżeli fundament jest skutecznie odizolowany od gruntu, może być konieczne wykonanie dodatkowego uziomu poza warstwą izolacji. Decyzja o jego powstaniu zostaje podjęta już na etapie projektu budowlanego, dzięki czemu może efektywnie łączyć zarówno uziemienie instalacji elektrycznej, jak i odgromowej. Więcej nt. uziomu fundamentowego można przeczytać w artykule pt. Uziom fundamentowy – najlepsze rozwiązanie dla nowych budynków.
- Uziom otokowy – stosuje się go w już istniejących obiektach budowlanych, w których nie można wykonać uziomu fundamentowego lub dodaje się go jako wsparcie uziomu fundamentowego w ramach złożonego systemu uziemień. Uziom otokowy wykonany jest najczęściej z bednarki (taśma, płaskownik), który umieszcza się w gruncie na głębokości co najmniej 0,5 m (wymóg normatywny), przy czym w polskich warunkach klimatycznych zaleca się głębokość 0,8 m do 1,0 m, aby uziom znalazł się poniżej lokalnej strefy przemarzania gruntu. Ponadto uziom otokowy powinien być rozmieszczony wokół budynku w odległości min. 1 m od ścian obiektu.
- Uziom pionowy (szpilkowy) – znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie nie ma możliwości wykonania uziomu fundamentowego ani otokowego ze względu na bardzo intensywną zabudowę lub utwardzone powierzchnie wokół budynku. Uziom szpilkowy składa się z metalowych prętów (elektrod), które wbija się punktowo w grunt na głębokość ok. 3 m lub głębiej, jeśli grunt ma zbyt niską wilgotność. Odstępy między punktami powinny wynosić nie mniej niż długość danej elektrody. Uziomy szpilkowe występują w typie nieprzedłużanym (wbijane obok siebie) oraz przedłużanym (łączone pionowo i wbijane jeden na drugim); wyróżniają się łatwością i szybkością montażu, prostotą konstrukcji oraz niskimi kosztami zakupu i realizacji. Jeśli jesteś na etapie modernizacji istniejącego budynku, więcej o uziomie szpilkowym dowiesz się z artykułu pt. Uziom szpilkowy – kiedy stosować i jak poprawić rezystancję uziemienia.
- Uziom poziomy – w odróżnieniu od wyżej wymienionych często występuje w postaci siatki złożonej z taśmy bednarki lub innych form (np. promieniste, płytowe, kablowe), są dobrym rozwiązaniem w otoczeniu obiektów budowlanych o dużej powierzchni, na terenie stacji elektroenergetycznych czy masztów telekomunikacyjnych, a także w lokalizacjach, w których grunt osiąga wysokie wartości rezystywności.
Seria norm PN-EN 62305
Wymogi techniczne w zakresie systemów odgromowych określa seria norm PN-EN 62305. Jest to podstawowy zestaw wytycznych, które pozwalają prawidłowo zaprojektować i w konsekwencji wykonać uziom. Aktualnie obowiązujące wymagania techniczne wskazują, że domyślnym rodzajem uziomu w nowo budowanych obiektach wyposażonych w instalację odgromową jest uziom fundamentowy – wykazujący się wysoką efektywnością elektryczną i poziomem bezpieczeństwa. Co więcej, w zapisach norm znajdują się szczegółowe wytyczne nt. wymiarowania uziomu oraz wymagania z zakresu doboru materiałów i odporności korozyjnej. Ponadto zaleca się dążenie do osiągnięcia wartości rezystancji uziemienia nieprzekraczającej wartości 10 Ω, choć jest to ściśle uwarunkowane specyfiką gruntu oraz klasą ochronną i funkcją obiektu.
Z jakich materiałów wykonuje się uziomy?
Elementy instalacji piorunochronnych w zdecydowanej większości przypadków wykonuje się z tych samych metali ze względu na zbliżone parametry przewodności elektrycznej oraz łatwość montażu. Jednak posiadają też pewne różnice, które sprawiają, że dany materiał uziomu znajdzie zastosowanie tylko w określonych warunkach.
- Stal ocynkowana – wyróżnia się bardzo dobrą relacją trwałości i odporności do kosztów inwestycji, stanowi sprawdzone i ekonomiczne rozwiązanie zwłaszcza w dużych obiektach, dzięki czemu cieszy się dużą popularnością, znajdując zastosowanie w uziomach fundamentowych i otokowych; należy pamiętać, że w przypadku uziomów fundamentowych nie może być wykorzystywana do jednoczesnego łączenia uziomu zatopionego w betonie oraz w gruncie ze względu na szybszą korozję. Elementy wyprowadzone z betonu bezpośrednio do ziemi powinny być wykonane ze stali nierdzewnej, która nie tworzy z betonem destrukcyjnego ogniwa korozyjnego.
- Stal pomiedziowana – to bardzo ciekawe połączenie materiału stalowego i miedzi, dzięki czemu stanowi korzystną alternatywę dla klasycznych uziomów wykonanych z miedzi lub stali; w efekcie uziom ze stali pomiedziowanej cechuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną i dobrą przewodnością elektryczną, jak również jest odporny na korozję; z kolei za wadę można uznać nieco wyższe koszty w porównaniu do ekonomicznych rozwiązań ze stali nierdzewnej oraz ryzyko wystąpienia korozji wskutek mechanicznego zdarcia miedziowanej powłoki.
- Stal nierdzewna – idealnie sprawdza się w większości typów uziomów (szczególnie fundamentowe i otokowe), odznacza się bardzo wysoką żywotnością i w zasadzie nie rdzewieje; natomiast istotną wadą tego materiału jest dość wysoka cena oraz nieco niższa przewodność elektryczna, jednak w praktyce nie ogranicza to jej zastosowania w instalacjach odgromowych.
- Miedź – to materiał spełniający najwyższe wymagania techniczne i jakościowe dla wzorcowej instalacji odgromowej pod względem przewodności elektrycznej oraz odporności na korozję; znajduje zastosowanie w przypadku konstrukcji uziomów dla obiektów o specjalnych wymaganiach np. zabytki, ochrona infrastruktury e Przechodząc do wad tego materiału, należy wskazać na wysoką cenę oraz ryzyko wystąpienia korozji elektrochemicznej w przypadku bezpośredniego łączenia miedzi z innymi metalami, szczególnie ze stalą ocynkowaną. Z tego powodu, zachodzi konieczność prawidłowego doboru elementów połączeniowych wraz z zachowaniem zgodności materiałowej dla całej instalacji odgromowej.
Bazując na wiedzy technicznej i wieloletnim doświadczeniu wykonawczym, należy pamiętać, że najbezpieczniejszym sposobem połączenia uziomu z przewodami odprowadzającymi jest stosowanie tych samych materiałów metalowych w celu uniknięcia korozji kontaktowej (bimetalicznej). Szczegółowe informacje w zakresie doboru materiałów zostały opisane w artykule pt. Złącza w piorunochronie – jak dobrać je poprawnie?
Zasady doboru uziomu
Inwestorzy, którzy zastanawiają się, jaki uziom będzie najlepszy, powinni wykonać kompleksową analizę techniczną, która uwzględnia szereg czynników odnoszących się do obiektu oraz otoczenia. Najlepiej, jeśli doborem uziomu zajmie się profesjonalista – projektant, sporządzając stosowny projekt instalacji odgromowej.
Podstawowym kryterium podczas doboru uziomu jest próba osiągnięcia możliwie jak najniższej wartości rezystancji uziemienia, która najczęściej nie powinna przekraczać wartości 10 Ω, przy zastosowaniu okreslonych metod i technik inżynierii elektrotechnicznej. W związku z tym, główną determinantą w doborze rodzaju uziomu jest charakterystyka gruntu pod względem przewodności elektrycznej (rezystywności). Praktyka wykonawcza pokazuje, że rodzaj gruntu to nie wszystko, ponieważ równie istotna jest jego struktura – często płytsze warstwy posiadają niską przewodność elektryczną, natomiast głębsze wyższą. Równie interesujący jest fakt, kiedy w obszarze i otoczeniu obiektu występują różne rodzaje gruntu zarówno w profilu pionowym, jak i poziomym, co wymusza zastosowanie zupełnie innych rozwiązań i stopnia skomplikowania konstrukcji uziomowej. Największymi sprzymierzeńcami dla większości uziomów są grunty jednolite o wysokiej wilgotności (iły, gliny), które pozwalają skutecznie rozproszyć ładunek energii elektrycznej wyładowania atmosferycznego przechwyconego przez instalację odgromową. W efekcie im grunt cechuje się niższą wartością rezystywności, tym uziom może mieć prostszą konstrukcję i jest tańszy.
Uziom fundamentowy stanowi obligatoryjne i optymalne rozwiązanie dla wszystkich nowo projektowanych obiektów budowlanych, ponieważ wyróżnia się wysokim poziomem bezpieczeństwa oraz niskimi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi. Wybór uziomu fundamentowego będzie optymalny w zdecydowanej większości przypadków, przede wszystkim w odniesieniu do nowo budowanych obiektów. W przypadku gruntów o wysokiej wartości rezystywności może wymagać rozbudowy o dodatkowy uziom otokowy lub szpilkowy.
Uziom otokowy to wybór polecany obiektom budowlanym już istniejącym, gdzie nie ma ekonomicznego uzasadnienia ani technicznej możliwości montażu uziomu fundamentowego. Będzie dobrym wyborem w budynkach o dużej powierzchni oraz stanowi dodatkowe wsparcie dla uziomów fundamentowych, kiedy grunt charakteryzuje się wysoką wartością rezystywności i jej zróżnicowaniem.
Uziom szpilkowy stanowi rozwiązanie zalecane, jeśli nie można wykonać uziomu fundamentowego, jak również wszędzie tam, gdzie uziom fundamentowy wymaga dodatkowego wsparcia ze względu na wysoką wartość rezysytwności gruntu oraz w miejscach trudno dostępnych. Jest zalecany ze względu na łatwość montażu i potencjał rozbudowy oraz niskie koszty.
Uziom poziomy sprawdzi się w obiektach o dużej powierzchni oraz takich, gdzie wymaga się stosowania rozbudowanej i bardzo skutecznej ochrony odgromowej, jak np. na stacjach elektroenergetycznych czy masztach telekomunikacyjnych. Pozwala na efektywne obniżenie wartości wypadkowej rezystancji uziemienia, kiedy specyfika gruntu nie jest korzystna.
Najczęstsze błędy przy wyborze uziomu
Proces doboru odpowiedniego uziomu dla obiektu budowlanego nie należy do prostych, ponieważ wymaga wiedzy inżynierskiej oraz doświadczenia zarówno na polu projektowym, jak i wykonawczym. Najlepszym sposobem na uniknięcie błędów jest wykonanie projektu instalacji odgromowej dopasowanej do specyfiki chronionego obiektu. W rzeczywistości, mimo obowiązywania branżowych norm, zdarzają się pomyłki i błędy, które rzutują na bezpieczeństwo i trwałość uziomu.
Do najczęstszych błędów przy wyborze uziomu zalicza się:
- brak wiedzy inwestora oraz brak konsultacji ze specjalistą ochrony odgromowej;
- pomyłki popełnione przez projektanta w projekcie instalacji odgromowej (obliczenia, wymiarowanie);
- niewykonanie lub błędne wykonanie pomiaru rezystywności gruntu;
- niedopasowanie uziomu do charakterystyki technicznej obiektu budowlanego oraz jego powierzchni i funkcji;
- zastosowanie niekompatybilnych elementów odpowiadających za ciągłość elektryczną systemu odgromowego,
- użycie nieodpowiedniego materiału (ryzyko korozji kontaktowej lub wynkającej z kontaktu z wilgotnym gruntem, zbyt niska przewodność elektryczna);
- brak wykonania analizy ekonomicznej dla określonego typu uziomu przy realizacji wielkoskalowych inwestycji,
- pominięcie wykonania pomiarów rezystancji uziemienia po zakończeniu montażu.
Podsumowanie
Uziom jest jednym z najważniejszych elementów instalacji odgromowej, ponieważ umożliwia bezpieczne odprowadzenie prądu piorunowego do gruntu i jego rozproszenie. Prawidłowo zaprojektowany oraz wykonany uziom ma istotny wpływ na skuteczność ochrony odgromowej, a tym samym na bezpieczeństwo ludzi, konstrukcji obiektu oraz instalacji elektrycznych i urządzeń. Wymagania dotyczące projektowania i wykonania uziomów określają przede wszystkim normy z serii PN-EN 62305.
Wśród rodzajów uziomów wyróżnia się: uziom fundamentowy, uziomy pionowe/poziome i uziomy otokowe. Natomiast do najczęściej wykorzystywanych materiałów zalicza się: stal ocynkowaną, stal pomiedziowaną, stal nierdzewną oraz miedź.
Należy pamiętać, że dobór uziomu powinien być poprzedzony profesjonalnym pomiarem rezystywności gruntu oraz wymiarowaniem i obliczeniami inżynierskimi. Podczas doboru uziomu zdarzają się również błędy, do których zalicza się m.in.: nieuwzględnienie parametrów materiału i kompatybilności użytych elementów systemu, a także brak wcześniejszego pomiaru rezystywności gruntu czy charakteru i przeznaczenia obiektu budowlanego.
[FAQ] AN-KOM odpowiada na pytania klientów pojawiające się w procesie doboru uziomu
Czy każdy budynek powinien posiadać uziom?
Tak. Budynek wyposażony w instalację elektryczną powinien posiadać prawidłowo zaprojektowany układ uziemiający, wykonany zgodnie z obowiązującymi przepisami i normami technicznymi. Zgodnie z § 184 warunków technicznych jako uziomy instalacji elektrycznej należy wykorzystywać m.in. metalowe konstrukcje budynku, zbrojenie fundamentów lub sztuczne uziomy fundamentowe. W nowo budowanych obiektach wyposażonych w urządzenie piorunochronne uziom fundamentowy jest rozwiązaniem zalecanym, o ile warunki konstrukcyjne i projektowe pozwalają na jego zastosowanie.
Jaki rodzaj uziomu będzie najlepszy dla mojego budynku?
Typ zastosowanego uziomu zależy od warunków technicznych obiektu budowlanego, jego funkcji oraz rezystywności gruntu. Branżowe wytyczne zalecają uziom fundamentowy dla nowo powstałych budynków, natomiast obiekty już istniejące najczęściej korzystają z uziomów szpilkowych, otokowych lub poziomych. Oczywiście decyzja o doborze optymalnego typu uziomu powinna zostać podjęta po konsultacji ze specjalistą techniki odgromowej.
Jakie materiały stosuje się do wykonania uziomów?
Najczęściej wykorzystywanym materiałem w przypadku wykonania uziomów jest stal ocynkowana ze względu na korzystną relację przewodności elektrycznej, odporności korozyjnej i trwałości do kosztów inwestycji.
W określonych przypadkach wykorzystuje się stal nierdzewną (np. do wyprowadzenia bednarki z uziomu fundamentowego wykonanego ze stali ocynkowanej), stal pomiedziowaną czy miedź (np. w obiektach zabytkowych). Należy pamiętać, że nieprawidłowe łączenie różnych materiałów może spowodować wystąpienie korozji elektrochemicznej, przerywając ciągłość prądową uziomu.
Kiedy warto zastosować uziom szpilkowy?
Uziom szpilkowy jest jednym z rozwiążań stosowanych w już istniejących budynkach oraz wszędzie tam, gdzie wykonanie uziomu fundamentowego lub otokowego jest technicznie niemożliwe. Uziom szpilkowy dobrze sprawdza się w trudnym terenie o wysokiej wartości rezystywności gruntu oraz na silnie zabudowanych działkach o małej powierzchni. Ten typ uziomu będzie również dobrym uzupełnieniem uziomu fundamentowego.
Czy uziom szpilkowy może poprawić parametry istniejącego uziemienia?
Tak. Uziom szpilkowy pozwala dotrzeć do głębszych warstw gruntu, które zwykle charakteryzują się większą wilgotnością i niższą rezystywnością. Założenie to warto zawsze zweryfikować przed realizacją prac poprzez rozpoznanie geotechniczne gruntu. Dzięki temu zastosowanie dodatkowych uziomów szpilkowych często pozwala skutecznie obniżyć rezystancję uziemienia i poprawić parametry istniejącego systemu.