Google+

Milwaukee

Każda instalacja elektryczna powinna być bezpieczna i chronić użytkowników od zagrożeń, dotyczących m.in. porażenia prądem elektrycznym, przepięć czy niekontrolowanego przepływu prądów piorunowych. Bezpieczeństwo to zapewnia się na kilka różnych sposobów, a ważna rola przypada w tym zakresie uziemieniom i połączeniom wyrównawczym

Fot.1. Pomiary rezystancji uziemienia są bardzo ważnym i odpowiedzialnym działaniem kontrolnym w przypadku instalacji elektrycznych w budynkach i sieci elektroenergetycznych. Fot.: SONEL Fot.1. Pomiary rezystancji uziemienia są bardzo ważnym i odpowiedzialnym działaniem kontrolnym w przypadku instalacji elektrycznych w budynkach i sieci elektroenergetycznych. Fot.: SONEL

W elektrotechnice i elektronice terminem uziemienie nazywa się – połączenie (pojęcie ogólne) określonego punktu obwodu elektrycznego z ziemią, celem zapewnienia bezpiecznej i prawidłowej pracy urządzeń elektrycznych. Dalej zaś ta sama nazwa dotyczy przewodu – lub grupy elementów przewodzących – łączącego ciało naelektryzowane z ziemią, w wyniku czego ciało to oddaje lub przyjmuje odpowiednią liczbę ładunków, ulegając zobojętnieniu (staje się elektrycznie obojętne).

Różne elementy, różne rodzaje uziemień

Fot. 2. Typy uziomów: A: złożony z uziomów poziomych i pionowych instalowanych na zewnątrz obiektu budowlanego; B: w postaci uziomu otokowego, kratowego lub fundamentowego. Fot.: PN–EN 62305–3 Fot. 2. Typy uziomów: A: złożony z uziomów poziomych i pionowych instalowanych na zewnątrz obiektu budowlanego; B: w postaci uziomu otokowego, kratowego lub fundamentowego. Fot.: PN–EN 62305–3

Na typowe uziemienie składa się kilka elementów, czyli uziom lub uziomy tworzące układ uziomowy, a także przewody uziomowe i łączące oraz zacisk uziomowy probierczy i przewód uziemiający główny (tzw. szyna uziemiająca). Nie bez znaczenia pozostają również przewody uziemiające.
Wyróżnia się kilka rodzajów uziemień, a podstawę stanowią uziemienia ochronne. Są to połączenia metalowych części przewodzących urządzeń elektrycznych z uziomem o rezystancji uziemienia skoordynowanej z charakterystyką zabezpieczenia zwarciowego, w celu zapewnienia ochrony przeciwporażeniowej. Uziemienia ochronne stanowią środek ochrony przeciwporażeniowej w układzie sieci TT i IT. Nie bez znaczenia pozostają również uziemienia robocze, czyli uziemienia określonego punktu obwodu elektrycznego zapewniające prawidłową pracę urządzeń elektrycznych.
Uziemienia robocze zapewniają ochronę sieci niskiego napięcia przed skutkami przeniesienia się na nią wyższego napięcia. Stąd też uziemienia tego typu najczęściej znajdują zastosowanie w instalacjach i urządzeniach elektrycznych, które są połączone bezpośrednio z siecią rozdzielczą. Zastosowanie to obejmuje również urządzenia zasilane przez transformator lub przetwornicę z układu o napięciu wyższym niż 1 kV.
Ważnym rodzajem uziemień są również uziemienia odgromowe, które służą do odprowadzania do ziemi udarowych prądów wyładowań atmosferycznych. Kluczową rolę odgrywają przy tym uziemienia pomocnicze stosowane w celach ochrony przeciwporażeniowej oraz w układach pomiarowych i zabezpieczających.

Do czego służy uziemienieł

Uziemienie obiektu budowlanego umożliwia spełnienie wymagań ochrony przeciwporażeniowej, a także wymagań funkcjonalnych dotyczących instalacji elektrycznej oraz instalacji odgromowej. Stosowanie uziomów ma przede wszystkim na celu:

  • zapewnienie poprawnej pracy instalacji elektrycznej,
  • spełnienie wymagań dotyczacych bezpieczeństwa – zdrowia i życia – ludzi, zapewnienia prawidłowego funkcjonowania ochrony przeciwporażeniowej instalacji elektrycznych,
  • skuteczne wyrównanie potencjałów instalacji obiektu i odprowadzenia energii przepięć występujących w sieciach elektroenergetycznych lub powstających na skutek oddziaływania wyładowań atmosferycznych,
  • odprowadzenie prądów zwarciowych doziemnych i prądów upływowych,
  • bezpieczne rozproszenie w ziemi prądu pioruna odprowadzonego z instalacji odgromowej.

Szczegółowe regulacje na temat, którego dotyczy artykuł, zawiera norma PN-EN 62305-3:2011 – wersja polska, pt.:Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fi zyczne obiektów i zagrożenie życia, licząca 154 str., a opublikowana 07.12.2015.

Uziomy

Fot. 3. Przykładowe wyroby stosowane do wykonywania uziemień. Fot.: OBO BETTERMANN Fot. 3. Przykładowe wyroby stosowane do wykonywania uziemień. Fot.: OBO BETTERMANN

Uziom jest metalową elektrodą, którą umieszcza się w wilgotnej warstwie gruntu, zapewniającej połączenie przedmiotów uziemianych i gruntu o możliwie małej rezystancji. Ważny podział uziomów dzieli je na sztuczne i naturalne. Uziomy o charakterze sztucznym mogą przybrać postać elementów pionowych (rur, prętów), poziomych (taśmy stalowej) oraz płytowych (blacha). Kluczową rolę odgrywają również uziomy naturalne, czyli zbrojenia, rury wodociągowe czy też ołowiane powłoki i metalowe płaszcze kabli.
Na rynku oferowane są gotowe uziomy zapewniające komfort montażu instalacji uziemiających. Przydatne rozwiązanie stanowią zatem uziomy prętowe wbijane, dzięki którym zyskuje się możliwość wykonywania uziemień pionowych. W niektórych modelach połączenie kolejnych prętów odbywa się poprzez plastyczne odkształcenie wkładki z metalu plastycznego, zaprasowanej na dnie gniazda pod wpływem sił wywołanych wbijaniem. Trzpień z wieloklinem wprowadzony do gniazda odkształcając wkładkę powoduje wypełnienie wolnych przestrzeni gniazda i tworzy zamek kształtowy. Tym sposobem złącze jest uszczelniane. Istotną rolę odgrywa grot wykonany ze stali, który zapewnia łatwe zagłębianie uziomów w gruntach. Dzięki wyeliminowaniu elementów złącznych średnica zewnętrzna prętów nie zwiększa się. Uziomy są również oferowane w wersji zaostrzonej. Stąd też zaostrzona końcówka uziomu powoduje, że pręt może być zastosowany jako pojedynczy pion lub wbijany jako pierwszy. Następnie pion można wydłużyć za pomocą kolejnych uziomów (odcinków). Na rynku znaleźć można uziomy rurowe, które bardzo często znajdują zastosowanie w trudnych warunkach terenowych łącznie z miejscami, gdzie grunty cechują się dużą zawartością okruchów skalnych i występowaniem gleb żwirowych, utrudniających pogrążanie uziomów na znaczne głębokości. Uziomy rurowe są również uwzględniane w przypadkach wymagających niskiej wartości rezystancji uziemienia przy użyciu niewielkiej liczby uziomów. Są to przede wszystkim tereny uzbrojone i miejsca, gdzie występuje zwarta zabudowa. Warto również zwrócić uwagę na uziomy płytowe, czyli poziome elementy uziomowe, zakopywane w gruncie na określonej głębokości, a następnie łączone z instalacją uziomową przy użyciu przewodów uziomowych.

Akcesoria do uziomów

Fot. 4. Przykład połączeń wyrównawczych potencjału w pomieszczeniu technicznym budynku. Fot.: ARCHIWUM FACHOWEGO ELEKTRYKA Fot. 4. Przykład połączeń wyrównawczych potencjału w pomieszczeniu technicznym budynku. Fot.: ARCHIWUM FACHOWEGO ELEKTRYKA

Z myślą o uziomach oferuje się szereg elementów i akcesoriów montażowych. Ważną rolę pełnią uziomowe uchwyty krzyżowe przeznaczone do połączeń prętów lub rur uziomowych z płaskim przewodem uziomowym (bednarką), a w uchwytach krzyżowych – zaciski wykonane w postaci odlewu żeliwnego. Na powierzchniach stykowych przewiduje się z kolei przekładki. Inna grupa wyrobów to uchwyty pozwalające na połączenie z okrągłymi przewodami uziomowymi. Często stosowane są też łączniki uziomowe przeznaczone do realizacji połączeń prętów uziomowych i bednarki. W elementach tego typu połączenie uzyskuje się poprzez wywiercenie w bednarce otworów i przymocowanie jej do płaszczyzny mocującej łącznik za pomocą śrub. W następnej kolejności łącznik jest osadzany gniazdem na wieloklinie ostatniego z pogrążonych w gruncie uziomów i mocowany przez osiowe uderzenie młotkiem do pełnego zamknięcia się zamka kształtowego. Do realizowania połączeń prętów uziomowych i bednarki proponuje się też elementy specjalne. Dzięki nim zyskuje się m.in. możliwość wykonania odejścia bednarką lub okrągłym elementem uziomowym zarówno w płaszczyźnie pionowej, jak i poziomej. Elementy tego typu nie wymagają wiercenia otworów w bednarce. Mocowanie odbywa się bowiem poprzez dokręcenie śrubami blaszki dociskowej. Warto również zwrócić uwagę na dościenne uchwyty krzyżowe uziomu. Bardzo często znajdują one zastosowanie przy łączeniu płaskich lub okrągłych przewodów uziomowych oraz mocowaniu do powierzchni płaskich, takich jak chociażby ściany budynków. Opcjonalnie można zastosować przepusty, które pozwalają na wykonanie wodo- i ognioszczelnego przejścia instalacji uziomowej przez sztywne przegrody budowlane (np. ściany budynków czy też stacji transformatorowych).

Połączenia wyrównawcze

Fot. 5. Elementy no wykonania uziomu pionowego. Fot.: GRAN Fot. 5. Elementy no wykonania uziomu pionowego. Fot.: GRAN

Połączenia wyrównawcze główne i dodatkowe (miejscowe) stosuje się celem zmniejszenia występujących napięć dotykowych. Zaleca się stosowanie połączeń wyrównawczych w przypadkach, gdy nie jest możliwe uzyskanie skuteczności ochrony przez samoczynne wyłączenie zasilania oraz zastosowanie innych środków ochrony dodatkowej. Nie należy stosować połączeń wyrównawczych elementów metalowych objętych ochroną przed dotykiem pośrednim poprzez zastosowanie urządzeń II klasy ochronności, separacji elektrycznej lub izolacji stanowiska. Połączenie wyrównawcze mogłoby utworzyć drogę przepływu prądu upływowego, a co za tym idzie, być np. źródłem korozji elektrolitycznej i niszczenia rurociągów ułożonych w ziemi.
Połączenia wyrównawcze klasyfikuje się uwzględniając zasięg ich działania. Chodzi zatem o połączenia wyrównawcze główne i miejscowe. Klasyfikacja obejmuje również podział ze względu na nakaz lub zakaz ich połączenia z ziemią oraz obciążalność prądową.

Połączenia wyrównawcze główne

Fot. 6. Przykłady ukształtowania elementów uziomów pionowych. Fot.: OBO BETTERMANN Fot. 6. Przykłady ukształtowania elementów uziomów pionowych. Fot.: OBO BETTERMANN Fot. 7. Do zagłębiania prętów/szpilek uziomowych najlepiej użyć elektronarzędzia – młota udarowego o średniej energii udaru; ważna jest specjalna, do tego przeznaczona końcówka robocza, bijak. Fot.: AKMA Fot. 7. Do zagłębiania prętów/szpilek uziomowych najlepiej użyć elektronarzędzia – młota udarowego o średniej energii udaru; ważna jest specjalna, do tego przeznaczona końcówka robocza, bijak. Fot.: AKMA

Połączenie wszystkich części przewodzących z uziemioną główną szyną uziemiającą GSU tworzy strefę ekwipotencjalną obiektu. W każdym budynku połączenia wyrównawcze główne muszą łączyć ze sobą części przewodzące, takie jak główna szyna uziemiająca GSU, przewód ochronny PE lub ochronno-neutralny PEN zasilającego obwodu rozdzielczego (zasilającego), przewody uziemiające, metalowe rury oraz metalowe urządzenia wewnętrznych instalacji wody zimnej i gorącej, a także ścieków, centralnego ogrzewania, gazu i klimatyzacji. Łączy się także powłoki metalowe, pancerze kabli oraz stalowe elementy konstrukcje, chociażby takie jak zbrojenia.
W przypadku gdy elementy przewodzące są doprowadzone z zewnątrz budynku, należy je przyłączyć trwale do sytemu połączeń wyrównawczych możliwie jak najbliżej punktu wprowadzenia. Ważne są przekroje przewodów połączeń wyrównawczych, które nie powinny być mniejsze, niż połowa największego przekroju przewodu ochronnego w danej instalacji oraz nie mniejsze niż 6 mm2. Połączenia wyrównawcze podłączone do wspólnego punktu łączeniowego mogą przybrać formę głównej szyny (zacisku) uziemiającej GSU, gdzie szyna (zacisk) pozwala na przyłączenie do uziomu przewodów ochronnych łącznie z przewodami połączeń wyrównawczych i przewodów uziemień roboczych. Połączenia wyrównawcze podłączone do wspólnego punktu łączeniowego mogą stanowić także główną szynę wyrównawczą GSW, czyli szynę przeznaczoną do przyłączenia przewodów ochronnych oraz przewodów wyrównawczych. Szyna GSW może być połączona z głównym przewodem uziemiającym poprzez GSU. Warto dodać, że szyna GSW występuje również w instalacjach z nieuziemionymi połączeniami wyrównawczymi.

Połączenia miejscowe

Fot. 8. Przykładowa instalacja uziemieniowa.  Fot.: ARCHIWUM FACHOWEGO ELEKTRYKA Fot. 8. Przykładowa instalacja uziemieniowa. Fot.: ARCHIWUM FACHOWEGO ELEKTRYKA

Połączenia wyrównawcze miejscowe (dodatkowe) stanowią połączenia wyrównawcze wykonywane w innych miejscach, niż połączenia wyrównawcze główne. Tym sposobem w budynku jest tworzona strefa ekwipotencjalna. Stąd też jeżeli w miejscach, gdzie nie wystarcza ograniczona skuteczność i niezawodność ekwipotencjalizacji, jaką zapewniają połączenia wyrównawcze główne, zastosowanie znajdują połączenia wyrównawcze miejscowe. Warto przy tym dodać, że zasięg ich strefy ekwipotencjalizacji ogranicza się do wnętrza urządzenia elektrycznego, pojedynczego pomieszczenia lub obiektu na terenie odkrytym.

Damian Żabicki