Uziom fundamentowy – czy to jedyny sposób na ochronę domu?

Instalacja uziemiająca obiektu budowlanego ma na celu zapewnienie ochrony przeciwporażeniowej oraz innych wymagań funkcjonalnych dla instalacji elektrycznej i często stanowi również część instalacji odgromowej.

Istotnym warunkiem dla zapewnienia takim instalacjom długoletniego i skutecznego działania jest dobór odpowiednich - dla konkretnych warunków posadowienia budynku - rozwiązań funkcjonalnych i właściwych materiałów podstawowych, zwłaszcza w przypadku wspólnego funkcjonowania połączonych uziomów naturalnych i sztucznych.

Funkcje instalacji uziemiającej

Zasadniczą rolą instalacji uziemiającej jest zapewnienie poprawnej pracy instalacji elektrycznej w chronionym budynku obejmujące m.in. spełnienie wymagań odnośnie prawidłowego funkcjonowania ochrony przeciwporażeniowej związanej z użytkowaniem sprzętu zasilanego z niskonapięciowej (do 1 kV) sieci elektroenergetycznej.

Powinna ona również umożliwiać skuteczne wyrównanie potencjałów w instalacji obiektu i odprowadzenia energii przepięć występujących w liniach energetycznych oraz odprowadzenie doziemnych prądów zwarciowych i prądów upływowych.

Metody układania sztucznego uziomu w ławie fundamentowej oraz wyprowadzenia przewodów uziemiających do LPS, uziomów w gruncie oraz GSU. fot. RST Sp. z o.o.

Często funkcja ochronna dla instalacji elektrycznej budynku poprzez uziom łączona jest z zabezpieczeniem przed wyładowaniami atmosferycznymi, co umożliwia odprowadzenie i rozproszenie ładunków elektrycznych doprowadzonych z zewnętrznej instalacji odgromowej.

Dlatego zależnie od zakresu wymaganej ochrony uziomy mogą mieć różne formy, przy czym z reguły ostrzejsze wymagania musi ono spełniać w przypadku współpracy z instalacją odgromową.

Niekiedy ze względów technicznych czy organizacyjnych uziomy spełniające wymagania dla ochrony elektrycznej i odgromowej wykonywane są oddzielnie, ale niekoniecznie łączone ze sobą.

O skuteczności ochrony decyduje przede wszystkim jej rezystancja uziomu , a przy braku szczególnych wymagań jako wartość bazową dla ochrony przeciwporażeniowej i odgromowej przyjmuje się jej wysokość do 10 Ω.

Jednak w przypadku odprowadzenia ładunków z wyładowań atmosferycznych trzeba również uwzględnić wymaganą długość linii uziemiającej, zależnie od klasy zagrożenia LPS, co zapewnia bezpieczne rozproszenie doprowadzonej energii.

Uziomy fundamentowe

To najczęściej stosowany sposób na utworzenie ochrony instalacji elektrycznej i odgromowej, chodź stosowane sposoby jego wykonania nie zawsze gwarantuję odpowiednia skuteczność i trwałość zabezpieczenia.

Sztuczny uziom fundamentowy dla instalacji odgromowej zbudowany na bazie fundamentu żelbetowego. fot. RST Sp. z o.o.

Często również - zwłaszcza przy budowie obiektów jednorodzinnych metodą gospodarczą - jest on pomijany, ale dość łatwo można to naprawić instalując np. uziemienie otokowe.

Uziom fundamentowy można zastosować w przypadku fundamentów zagłębionych - czym głębiej tym lepiej - dzięki stabilnej z reguły rezystancji gruntu na niższych poziomach wynikającej z jego wilgotności i temperatury. Jako elementy uziemiające wykorzystuje się pręty zbrojeniowe ławy lub płyty, przy czym istotne jest utworzenie połączenia zbrojenie - przewód uziemiający o niskiej rezystancji.

Takich wymagań nie spełnia popularne łączenie „na styk” przewiązane drutem, ale należy wykonać przynajmniej przy użyciu zaciskanego złącza śrubowego.

Przy wysokich wymaganiach uzyskania małej rezystancji uziomu dobrym rozwiązaniem jest wstawienie kilkumetrowego ocynkowane płaskownika w siatkę zbrojenia fundamentu z wieloma połączeniami śrubowymi, który wyprowadzony zostaje ponad poziom gruntu i umożliwi wykonanie złącza pomiarowego i podłączeniowego do GSW (głównej szyny wyrównawczej).

Natomiast w przypadku wykorzystania uziomu do ochrony odgromowej należy w odpowiednich miejscach na obrysie budynku (najczęściej w narożnikach domu), wykonać wyprowadzenia przewodów w postaci ocynkowanej bednarki umożliwiające utworzenie rozbieralnego połączenia pomiarowego ze zwodami dachowymi.

Bednarka - element otokowego uziomu fundamentowego budynku mieszkalnego. fot. S. Liberski

W przypadku budowy domu na tzw. płytowym fundamencie grzewczym, jego zbrojenia nie można wykorzystać do utworzenia uziomu, gdyż izolacja termiczna, na której on spoczywa uniemożliwia przepływ prądu do gruntu.

W takich sytuacjach wykonywane jest np. uziemienie pionowe pod budynkiem w postaci prętów wbitych w gruntowe podłoże na wymaganą głębokość, do których podłączenie wyprowadza się poprzez płytę fundamentową w wymaganych miejscach.

Ponieważ ochrona odgromowa wymaga utworzenia odpowiednich warunków do odprowadzenia energii wyładować w gruncie, uziom musi obejmować odpowiednio duży obszar, co w budynkach o malej powierzchni posadowienia może wymagań utworzenia uziomu dodatkowego poza obrysem domu.

Przykładowo dla IV i III klasy instalacji odgromowej przyjmowanej dla budynków jednorodzinnych, średni promień powierzchni równoważnej obszaru objętego uziomem fundamentowym może nie spełniać warunku zawartych w normie odgromowej, gdyż przy wymaganej minimalnej długość uziomu, która wynosi 5 m, powierzchni rozproszenia wyładowań nie może być mniejsza niż 78,5 m2 ( 3,14 x5² = 78,5), zatem wszystkie obiekty o mniejszej powierzchni fundamentowania wymagają zastosowania dodatkowych uziomów sztucznych, przy czym łączony jest on z uziemieniem fundamentowym.

Prawidłowo wykonane połączenie uziomu sztucznego (system pomiedziowany GALMAR) z uziomem fundamentowym. fot. RST Sp. z o.o.

Stwarza to jednak poważne problemy wykonawcze, gdyż uziemienia fundamentowego w postaci zbrojenia z „czarnej” stali w betonie nie można bezpośrednio łączyć z zewnętrznym uziemieniem sztucznym wykonywanym najczęściej ze stali ocynkowanej.

Jest to spowodowane zjawiskiem korozją elektrochemicznej w wyniku znacznej różnicy potencjałów elektrochemicznych obu metali, co w warunkach wilgotnego otoczenia powoduje powstanie ogniwa galwanicznego. Efektem tego jest przepływ prądu „przenoszący” cząstki ocynku do gruntu , co osłania stalowy rdzeń szybko korodujący w otoczeniu wilgotnej ziemi.

Uniknięcie twego zjawiska wymaga zastosowania innych materiałów na uziom sztuczny, a do tego celu nadaje się miedź lub stal pomiedziowana z odpowiednio grubą powłoką lub płaskowniki i pręty ze stali nierdzewnej.

Alternatywnym rozwiązaniem wykorzystywanym zwłaszcza w już istniejących układach uziomów fundamentowych i sztucznych, będzie wzajemne odizolowanie obu obwodów za pomocą iskiernika, który uniemożliwia przepływ prądów galwanicznych, ale pozwoli odprowadzenie znacznej energii wyładowań w przypadku przejęcia funkcji odgromowej zachodzącej w obu układach.

Wymagania dla materiałów uziemiających

Do tworzenia uziomów naturalnych i sztucznych wykorzystuje się dwa rodzaje metali - stal i miedź, przy czym elementy stalowe mogą być pokrywane powłokami ochronnymi poprzez ocynk lub pomiedziowanie.

Prawidłowy dobór materiałów uziomu fundamentowego: sztuczny uziom fundamentowy wykonany z bednarki ze stali czarnej, połączonej ze zbrojeniem oraz z wyprowadzeniem do ziemi przewodów uziemiających wykonanych z bednarki pomiedziowanej fot. Sylwester Kargulewicz, RST sp. z o.o.

Materiały to druty, pręty lub taśmy, ale niekiedy wykorzystuje sie uziomy w formie rur luk płyt. Zależnie o planowane funkcji uziemienia - przeciwporażeniowej lub odgromowej formalnie zróżnicowane są minimalne przekroje tych materiałów, ale w praktyce wykorzystuje się najczęściej produkty grubsze, dostosowane do uziomów odgromowych, gdyż są też łatwiej dostępne.

W przypadku uziomów fundamentowych używane są pręty zbrojeniowe, których średnica nie powinna być mniejsza niż 10 mm, a jako element uzupełniający stosuje się bednarkę o grubości 3 mm i szerokości 75 mm.

Natomiast do ułożenia samodzielnego uziemienia na zewnątrz obiektu wykorzystuje się najczęściej taśmę ocynkowaną o grubości 3 mm i przekroju 90 mm2, natomiast użyte pręty powinny mieć średnicę 16 mm, a rury 25 mm przy grubości ścianki 2 mm.

Podobne wymagania wymiarowe odnoszą się do materiałów ze stali nierdzewnej i pomiedziowanych, przy czym dla tych ostatnich wymagane są odpowiednie grubości powłoki miedzi.

Z kolei uziomy z czystej miedzi można układać z materiałów o przekrojach niekiedy nawet o 50% mniejszych niż stalowe , ale wysoka cena tego surowca ogranicza jego zastosowanie do szczególnych wymagań dla takiej instalacji. 

Autor: Redakcja BudownicwaB2B

Opracowanie: Aleksander Rembisz

Zdjęcie główne: archiwum BD