Prawidłowo zaprojektowany i wykonany układ uziemiający jest fundamentem bezpieczeństwa każdej instalacji elektrycznej. Jego rola wykracza daleko poza zwykłe odprowadzenie ładunków do ziemi – to wielofunkcyjny system chroniący zdrowie ludzi oraz trwałość infrastruktury technicznej.

1. zacznijmy od praktyki FAQ – Najczęściej zadawane pytania

a. Czy należy łączyć instalację uziemiającą z instalacją odgromową i uziemieniem paneli PV?

Tak. Wszystkie uziomy w obiekcie powinny być ze sobą połączone w celu zapewnienia ekwipotencjalizacji, czyli wyrównania potencjałów. Ma to na celu minimalizację niebezpiecznych napięć między różnymi instalacjami wewnątrz budynku. W przypadku ochrony odgromowej, im mniejsza impedancja uziemienia, tym większa część prądu pioruna zostanie rozproszona w ziemi, co zmniejsza ryzyko przeciążenia ograniczników przepięć (SPD) i pożaru.

b. Czy uderzenie pioruna może zniszczyć uziom fundamentowy i fundament?

Choć uziom fundamentowy jest bardzo trwały, przy wyładowaniu bezpośrednim istnieje ryzyko uszkodzenia mechanicznego betonu w wyniku gwałtownego odparowania wilgoci wzdłuż ścieżki prądu pioruna. Jednak prawidłowo wykonany uziom fundamentowy (odpowiednie przekroje, ciągłość galwaniczna) minimalizuje to ryzyko, skutecznie rozpraszając energię.

Plusy i minusy uziomu fundamentowego:

• Plusy (+):
  • Bardzo duża trwałość i stabilność rezystancji w czasie (nie zależy od wilgotności wierzchnich warstw gruntu).
  • Trwałość otulina betonowa fundamentu stanowi dodatkowe zabezpieczenie przed korozją.
  • Doskonała ekwipotencjalizacja obiektu.
• Minusy (-):
  • Korozja elektrochemiczna: Jeśli stal w betonie (uziom fundamentowy) zostanie połączona ze stalą ocynkowaną w ziemi, dochodzi do szybkiego niszczenia stali w gruncie.
  • Trudność w naprawie lub rozbudowie po zakończeniu prac budowlanych.

c. Jaki jest wpływ uderzenia pioruna na instalację domową przy połączeniu instalacji, a co się stanie, gdy pozostaną one rozdzielone?

W momencie uderzenia pioruna kluczowe jest zarządzanie różnicą potencjałów:

• Przy połączeniu (ZALECANE): Cały budynek „pływa” na tym samym potencjale. Wszystkie metalowe elementy (rury, obudowy urządzeń, kable) osiągają wysoki potencjał jednocześnie. Dzięki temu nie powstają łuki elektryczne między instalacjami, a ograniczniki przepięć (SPD) mogą skutecznie odprowadzić nadmiar energii.
• Przy braku połączenia (NIEBEZPIECZEŃSTWO): Między instalacją odgromową (wysoki potencjał) a elektryczną (niski potencjał) powstaje ogromna różnica napięć. Prowadzi to do niekontrolowanych przeskoków iskrowych przez ściany i izolację kabli. Skutkiem jest zazwyczaj pożar, zniszczenie czułej elektroniki oraz zagrożenie porażeniem dla domowników.

d. Jakie materiały stosować do łączenia uziomu fundamentowego z elementami w gruncie?

Elementy, które są całkowicie zalewane w betonie, mogą być wykonane z dowolnego materiału. Tak samo jak pręty zbrojeniowe mogą być wykonane ze stali czarnej, tzn. ze stali bez antykorozyjnych powłok ochronnych. Otulina betonu, jeżeli jest dostatecznie gruba (min. 3cm), zapewnia wystarczające zabezpieczenie antykorozyjne. Ograniczenia w doborze materiałów pojawiają się przy wyprowadzeniach z fundamentu. Przewody, które są wyprowadzane ze zbrojonego betonu bezpośrednio do ziemi, nie mogą być wykonane ze stali ocynkowanej (StZn). Dotyczy to tak samo sztucznych uziomów otokowych i pionowych umieszczanych w gruncie, jeżeli są łączone z uziomem fundamentowym. Mimo że jest to dobrze opisane, zarówno w normach elektrycznych (PN-HD 60364-5-54:2011), jak i odgromowych (PN-EN 62305-3:2011), to w dalszym ciągu popełniane są w tym zakresie błędy przez projektantów i wykonawców. To kluczowa kwestia dla trwałości instalacji. Ze względu na różnicę potencjałów, do uziomu fundamentowego nie wolno przyłączać stali ocynkowanej ogniowo znajdującej się w ziemi. Elementy w gruncie łączone z fundamentem powinny być wykonane z:

• Miedzi,
• Stali miedziowanej,
• Stali nierdzewnej.

e. Dlaczego uziomy pionowe są lepsze od poziomych?

Uziomy poziome (bednarka zakopana płytko) są bardzo podatne na warunki atmosferyczne – ich rezystancja drastycznie rośnie podczas suszy lub przemarzania gruntu. Uziomy pionowe, szczególnie te o długości powyżej 6 metrów, sięgają głębszych, bardziej wilgotnych i stabilnych termicznie warstw gleby, zapewniając stałe parametry ochrony przez cały rok.

f. Jakie połączenie elementów uziomu jest najtrwalsze?

Najsłabszym ogniwem są połączenia skręcane w ziemi, które bez odpowiedniego zabezpieczenia mogą ulec degradacji już w kilka miesięcy. Zbyt płytkie zakopanie złączy naraża je na odziaływania atmosferyczne. Zmiany temperatur mogą prowadzić do poluzowania się złącza. Wnikająca woda przy niskich temperaturach również może uszkodzić złącze ponadto złącza szybko korodują, tracąc ciągłość elektryczną. Najwyższą jakość i najniższą rezystancję zapewniają zgrzewy egzotermiczne, gdzie stop miedzi trwale scala łączone metale, tworząc połączenie odporne na prądy piorunowe i korozję. Ten sposób łączenia wymaga jednak specjalnego sprzętu i wiedzy dlatego jest stosowany głównie w energetyce. W budownictwie kubaturowym możemy się spotkać z dwiema metodami spawaniem oraz złączami skręcanymi. Obie te metody wymagają dodatkowego zabezpieczenia za pomocą taśmy samo wulkanizacyjnej.

g. Czy do uziemienia domu można wykorzystać uziemienie złącza kablowego (ZK) i czy należy łączyć te układy ze sobą?

To pytanie budzi wiele kontrowersji na linii inwestor – operator sieci (np. Enea, PGE, Energa, Tauron). Należy tutaj wyraźnie rozróżnić połączenie elektryczne od wykorzystania infrastruktury.

• Czy można wykorzystać uziom ZK jako uziom domu? Absolutnie nie. Zgodnie z warunkami technicznymi przyłączenia, każdy obiekt budowlany musi posiadać własny, niezależny układ uziemiający (najlepiej uziom fundamentowy lub otokowy). Uziemienie złącza kablowego (ZK) jest własnością operatora i służy ochronie jego sieci. Operatorzy, w tym Enea, nie wyrażają zgody na traktowanie ich uziomu jako głównego uziemienia instalacji odbiorczej.
• Czy uziomy należy łączyć „pod ziemią”? Większość operatorów nie wyraża zgody na fizyczne łączenie uziomu domowego z uziomem ZK za pomocą bednarki zakopanej w gruncie. Wynika to z podziału własności (granica eksploatacji) oraz obaw operatora przed wprowadzaniem prądów piorunowych z instalacji odgromowej domu bezpośrednio do sieci dystrybucyjnej, co mogłoby uszkodzić urządzenia energetyczne np. zaindukowanie prądów błądzących na układzie pomiarowym w złączu. Ponadto korozja elektrochemiczna wewnątrz ZK: Jeśli uziom domu (często wykonany z innych materiałów lub połączony z uziomem fundamentowym) zostanie galwanicznie połączony „pod ziemią” z uziomem ZK, powstaje różnica potencjałów. Płynące prądy błądzące drastycznie przyspieszają korozję elementów metalowych wewnątrz złącza, co dla operatora oznacza przedwczesną konieczność wymiany infrastruktury.
• Jak zatem zapewnić ekwipotencjalizację? Mimo braku połączenia fizycznego w ziemi, oba układy „spotykają się” galwanicznie wewnątrz budynku na Głównej Szynie Uziemiającej (GSU). Do szyny tej podłączamy:
  1. Własny uziom fundamentowy/otokowy budynku.
  2. Przewód ochronny (PE) lub ochronno-neutralny (PEN) doprowadzony kablem zasilającym ze złącza operatora.

Dom musi mieć własny uziom. Nie wolno „wpinać się” bednarką do uziomu operatora w złączu kablowym bez jego zgody. Bezpieczne wyrównanie potencjałów wykonuje się wyłącznie wewnątrz budynku na szynie GSU, co jest zgodne zarówno z normami (PN-HD 60364), jak i wymaganiami operatorów sieci.

2. Cel budowy układu uziemiającego

Głównym zadaniem uziomu jest uzyskanie określonej wartości rezystancji uziemienia, co bezpośrednio przekłada się na:

• Ochronę przed porażeniem: minimalizacja napięć dotykowych i krokowych.
• Ochronę odgromową i przepięciową: bezpieczne rozproszenie energii wyładowań atmosferycznych.
• Stabilną pracę systemów: zapewnienie właściwych warunków pracy urządzeń technologicznych.

Dodatkowo, układ musi spełniać kryterium wymiaru geometrycznego (szczególnie w ochronie odgromowej) oraz zapewniać ekwipotencjalizację gruntu.

3. Kryteria rezystancji – ile omów to „dobre” uziemienie?

Wymagana wartość rezystancji – R zależy od typu obiektu i pełnionej funkcji:

• Obiekty energetyczne: dąży się do wartości 1÷5Ωw celu ograniczenia napięć rażeniowych.
• Ochrona odgromowa: zalecana wartość to R≤10Ω
• Przyłącza do sieci: standardowo R≤30Ω

Warto pamiętać, że im niższa rezystancja, tym skuteczniejsza ochrona. Wysoka rezystancja uziemienia stanowi bezpośrednie zagrożenie dla życia ludzkiego.

4. Rezystywność gruntu – serce projektu

Projektowanie uziemienia bez znajomości parametrów gruntu jest obarczone dużym ryzykiem błędu. Rezystywność gruntu ẟ zależy od jego rodzaju, wilgotności i temperatury.

• Sondowanie geoelektryczne: Metoda Wennera pozwala określić profilowanie gruntu i jego zmiany wraz z głębokością.
• Zalecenie projektowe: Do obliczeń należy przyjmować rezystywność zmierzoną do głębokości, na jaką planujemy pogrążyć uziomy.
• Wpływ sezonowości: Rezystancja uziomów poziomych zmienia się drastycznie wraz z porami roku (wysychanie latem, przemarzanie zimą). Aby zminimalizować ten wpływ, zaleca się stosowanie uziomów pionowych o długości co najmniej 6 metrów, które sięgają stabilnych warstw gruntu.

5. Wybór materiałów i technologia uziomów

Wybór materiału ma kluczowe znaczenie dla trwałości systemu (korozja) oraz jego parametrów elektrycznych.

• Stal miedziowana vs ocynkowana: Stal miedziowana pozwala na przewodzenie dwukrotnie większych prądów zwarciowych niż stal ocynkowana przy tym samym przekroju.
• Uziomy fundamentowe: Są doskonałym rozwiązaniem, ale wymagają uwagi przy łączeniu z uziomami zewnętrznymi. Ze względu na korozję elektrochemiczną, elementy w ziemi łączone z uziomem fundamentowym powinny być wykonane z miedzi, stali nierdzewnej lub stali pomiedziowanej – nigdy ze stali ocynkowanej.

6. Połączenia – najsłabsze ogniwo

Nawet najlepszy uziom zawiedzie, jeśli zawiodą połączenia. Wyróżniamy trzy główne typy:

• Połączenia skręcane: Najpopularniejsze (np. uchwyty krzyżowe), ale wymagają staranności i zabezpieczenia antykorozyjnego (np. taśmami typu DENSO lub masami bitumicznymi).
• Połączenia spawane: Nierozłączalne, wymagają jednak fachowego wykonania i ochrony spoiny przed korozją.
• Zgrzewanie egzotermiczne: Uznawane za najlepsze pod względem elektrycznym. Stop miedzi przenika w strukturę łączonych metali, tworząc połączenie o bardzo niskiej rezystancji i wysokiej odporności na prądy piorunowe.

Wykonanie układów uziemiających wymaga dużej staranności wiedzy i praktyki w zakresie wykonywania układów. Wady źle wykonanych instalacji najczęściej ujawniają się podczas pierwszego pięcioletniego przeglądu instalacji elektrycznej. Jeśli chcesz się dowiedzieć jak zadbać o bezpieczeństwo domowej instalacji elektrycznej zapoznaj się z naszym artykułem jak zapobiegać niewidzialnym zagrożeniom?

Źródła:

https://inzynierbudownictwa.pl/uziom-fundamentowy-projektowanie-i-budowa-zgodnie-z-polskimi-normami/

PN-HD 60364-5-54:2011 Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego – Układy uziemiające i przewody ochronne.

PN-EN 62305-3:2011 Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia.

https://www.elektro.info.pl/artykul/ochrona-odgromowa-i-przeciwprzepieciowa/54059,zalecenia-norm-dotyczace-materialow-stosowanych-na-uziomy-sztuczne-laczone-z-uziomem-fundamentowym