Instalacje uziemiające – zalecenia norm, cz. II

Powszechność stosowania na tere­nie Rzeczypospolitej Polskiej uziomów fundamentowych to wynik wymaga­nia, jakie wprowadziło rozporządzenie [2], gdzie zgodnie z zapisami § 184 ust. 1:

Uziom fundamentowy

Powszechność stosowania na tere­nie Rzeczypospolitej Polskiej uziomów fundamentowych to wynik wymaga­nia, jakie wprowadziło rozporządzenie [2], gdzie zgodnie z zapisami § 184 ust. 1:

Jako uziomy instalacji elektrycznej należy wykorzystywać metalowe kon­strukcje budynków, zbrojenia funda­mentów oraz inne metalowe elementy umieszczone w niezbrojonych funda­mentach stanowiące sztuczny uziom fundamentowy.

Stosowanie uziomów fundamentowych jest zalecane zarówno w dokumentach normalizacyjnych dotyczących instala­cji elektrycznych, jak i odgromowych. Główne przyczyny preferowania ta­kiego uziomu przez specjalistów zwią­zane są z łatwością i niskim kosztem jego wykonania, dobrym kontaktem fundamentu z gruntem, stabilnością jego rezystancji w czasie (mała za­leżność rezystywności fundamentu od zmian temperatury i wilgotności) i maksymalnym wykorzystaniu jego powierzchni do rozproszenia prądów uziomowych w gruncie.

 

Fot. 1 Łączenie prętów zbrojeniowych za pomocą drutu wiązałkowego (archiwum firmy RST )

 

Mając na uwadze, że uziom funda­mentowy tworzą metalowe elemen­ty zalane betonem w fundamencie obiektu budowlanego, dla zapewnie­nia ciągłości drogi elektrycznej prądu w takiej konstrukcji szczególną uwa­gę należy zwracać na jakość wzajem­nych połączeń elementów metalo­wych. W praktyce budowlanej pręty zbrojeniowe konstrukcji żelbetowych łączone są głównie za pomocą dru­tu wiązałkowego (fot. 1). W związku z tym, jeżeli fundament ma być skutecznie wykorzystany jako naturalny uziom obiektu, połączenia zbrojenia fundamentu powinny być małooporowe. W celu uzyskania pewnych elek­trycznie połączeń prętów zbrojenia zaleca się uzupełnienie fundamentu dodatkową wewnętrzną siecią oczko­wą, wykonaną z prętów lub płasko­wników (rys. 1) i powiązaną ze stalą zbrojeniową z użyciem atestowanych zacisków śrubowych. Jeszcze lepsze, bo zdecydowanie trwalsze są połą­czenia spawane lub wykonane metodą zgrzewania egzotermicznego. Wszel­kie zabiegi związane z dodatkowymi połączeniami prętów zbrojeniowych powinny być uzgodnione z konstruk­torem fundamentu, aby uzyskać pew­ność, że trwałość tak wykonanego uziomu fundamentowego nie będzie mniejsza niż trwałość budynku.

 

Rys. 1 Zalecane wykonanie uziomu fundamentowego z wykorzystaniem taśmy stalowej (archiwum firmy RST )

 

Istotną zaletą uziomów funda­mentowych jest stabilna w czasie rezystancja uziemienia. Zagadnienie to zostało dobrze opisane na przykładzie obiektów budowlanych przez E. Musia­ła [6]. Wpływ na stabilność rezystancji uziomu fundamentowego mają następujące fakty:

•  zazwyczaj fundamenty budynków otoczone są gruntem o rezystywności mniejszej niż warstwy po­wierzchniowe;
• z oczywistych względów rezystywność niższych partii gruntu jest mniej zależna od pory roku oraz warunków pogodowych;
• w budynkach o kilku kondygnacjach podziemnych uziom fundamentowy znajduje się pod najniższą z nich – na takich głębokościach zmienność temperatury i wilgotności gruntu w skali roku jest pomijalnie mała.

W przypadku gdy parametry uzio­mu fundamentowego (rezystancja, wymiary geometryczne) są dosta­teczne dla zaprojektowanego prze­znaczenia, zgodnie z procedurą opi­saną w normie PN-EN 62305-3 nie jest wymagane stosowanie dodat­kowych uziomów sztucznych. Jed­nak ze względów praktycznych, dla umożliwienia cyklicznej kontroli stanu takiego uziomu, zastosowanie dodatkowych uziomów w miejscach zej­ścia przewodów odprowadzających pozwala na wykonanie rozłącznych złącz kontrolnopomiarowych. Naj­częściej, szczególnie przy rozległych uziomach fundamentowych, nie wpły­wa to znacząco na koszt inwestycji, ale pozwala na przeprowadzenie nie­zbędnych prac pomiarowych.

 

Rys. 2 Złącze kontrolno-pomiarowe przeznaczone do cyklicznej kontroli stanu uziomu funda­mentowego, np. w rozległych obiektach o konstrukcji stalowej (archiwum firmy RST)

 

Łączenie uziomów fundamento­wych z uziomami dodatkowymi

Stosowanie fundamentu jako jedyne­go elementu uziomu napotyka okre­ślone ograniczenia wynikające z jego wymiarów lub wypadkowej rezystancji uziemienia. I tak, w przypadku obiek­tów wymagających ochrony odgromo­wej posadowionych na fundamencie o niedużej powierzchni, takich jak np.: wieże antenowe, domy jednorodzinne lub nieduże obiekty techniczne, może się okazać, że spełnienie kryterium minimalnych wymiarów fundamentu nie zostało spełnione. Oznacza to, że średni promień powierzchni równo­ważnej r_e obszaru objętego uziomem fundamentowym może nie spełniać warunku wymaganego w normie odgromowej PN-EN 62035-3. W związ­ku z tym, że dla IV i III klasy insta­lacji odgromowej, typowej dla takich obiektów, wymagana minimalna dłu­gość uziomu l₁ wynosi 5 m, co odpo­wiada powierzchni A = Πr_e² = Π 5² = 78,5 m², wszystkie obiekty o mniej­szej powierzchni objętej fundamentem wymagają zastosowania dodatkowych uziomów sztucznych. W obiektach wyposażonych w instalację odgro­mową dodatkowe uziomy powinny być przyłączone do uziomu fundamentowego w punktach odejścia do gruntu przewodów odprowadzających.

 

Rys. 3 Uziemienie stacji transformatorowej: 1 – studzienka kontrolno-pomiaro­wa, 2 – złącze kontrolne, 3 – uziom sztuczny (dodatkowy), 4 – rodzimy grunt, 5 – fundament, 6 – stalowy słup konstrukcyjny wykorzystany jako przewód odprowadzający, 7 – okładzina ścienna

 

Małe uziomy fundamentowe

Również w obiektach specjalnych, np. zewnętrzne rozdzielnie wolno stojące lub kioski aparaturowe, samodzielny uziom fundamentowy także może nie być wystarczającym rozwiązaniem dla osiągnięcia wymaganej odpowiednio małej rezystancji uziemienia ze względu na zbyt małą objętość fundamentu. Ponadto po przyłączeniu wszystkich urządzeń usługowych do obiektu, w którym zastosowano samodzielny uziom fundamentowy, pomiar rezy­stancji uziemienia może okazać się znacznie utrudniony lub wręcz nie­wykonalny ze względów eksploata­cyjnych. W praktyce problem ten związany jest z brakiem odpowied­nich złącz kontrolno-pomiarowych oraz niemożliwością odłączenia od uziomu urządzeń usługowych na czas wykonywania pomiarów rezystancji uziemienia.

Wymienione problemy ze stosowaniem samodzielnego uziomu fundamento­wego można skutecznie wyeliminować przez zastosowanie dodatkowych uziomów sztucznych, które pozwolą na spełnienie warunku r_e >= l₁ lub uzy­skanie odpowiedniej rezystancji uzie­mienia. Przykład takiego rozwiązania dla niewielkiego uziomu fundamento­wego zewnętrznej stacji transformatorowej pokazano na rys. 2. Podob­nie dodanie jednego lub kilku uziomów pomocniczych z odpowiednimi zacis­kami probierczymi ułatwi wykonywa­nie okresowych pomiarów rezystancji uziemienia fundamentowego.

 

Rys.4 Prawidłowo wykonane połączenie uziomu sztucznego (system pomiedziowany Galmar) z uziomem funda­mentowym

 

Rozległe uziomy fundamentowe

W ostatnim okresie szczególnie istot­nym problemem przy projektowaniu instalacji odgromowych obiektów po­sadowionych na rozległych płytach fundamentowych staje się brak moż­liwości oceny ich stanu techniczne­go. Stalowe konstrukcje nośne takich obiektów (hale fabryczne, tzw. galerie handlowe itp.) łączone są zazwyczaj trwale wewnątrz obiektu ze zbroje­niem fundamentu bez możliwości ich rozłączenia. Doskonałym rozwiązaniem w takiej sytuacji jest zastoso­wanie złącz kontrolno-pomiarowych umieszczanych w studzienkach mon­towanych w gruncie (rys. 3). Spełnia ono dodatkowo wymogi norm serii 62305, zgodnie z którymi wzajemne połączenia między uziomami powinny być wykonane przy zaciskach probier­czych, czyli w miejscu lokalizacji prze­wodów odprowadzających. Taki sposób umożliwia kontrolowanie stanu rozle­głej płyty fundamentowej podczas jej eksploatacji na podstawie wyników pomiaru rezystancji uziemienia uzio­mu oraz rezystancji między dwoma punktami uziomu fundamentowego.

Ze zdziwieniem należy się odnieść do wyrażanych w ostatnich czasach opi­nii, że wartość rezystancji uziemienia nie ma większego znaczenia. Z oczy­wistych powodów jej mała wartość (w normie 62305 za taką wartość uznaje się nie więcej niż 10  Ω) ma podstawowe znaczenie zarówno w od­niesieniu do wartości impulsowych napięć i prądów pojawiających się w obiekcie, np. podczas bezpośrednie­go wyładowania piorunowego, jak i ze względów czysto eksploatacyjnych. Wyniki pomiarów rezystancji uziemie­nia wykonywane z różnych stron płyty fundamentowej, szczególnie po zakoń­czeniu okresu stabilizacji warunków jej przewodnictwa elektrycznego, wyko­nywane cyklicznie powtarzalną meto­dyką pomiarową dają pełną gwarancję kontroli stanu uziomu w trakcie wielo­letniej eksploatacji obiektu.

 

Rys. 5 Zagrożenie korozją elektrochemiczną w wyniku połączenia uziomu fundamentowego i uziomu zewnętrznego ze stali ocynkowanej

 

Sposoby łączenia uziomów sztucznych z uziomem fundamentowym

Połączenie uziomu fundamentowego z dodatkowymi zewnętrznymi uzio­mami sztucznymi wiąże się jednak z kolejnym problemem, który w prak­tyce projektowej i wykonawczej jest zazwyczaj lekceważony. Problem do­tyczy doboru nieodpowiednich materiałów na uziomy sztuczne, co może stwarzać warunki sprzyjające przy­spieszonej korozji systemu uziomowego. Wiedza na ten temat wśród projektantów instalacji elektrycznych jest obecnie bardzo niezadowalająca, pomimo że wymagania w tym zakresie wprowadzono do aktów normalizacyj­nych w naszym kraju już w kwietniu 2002 r. w normie PN-IEC 61024-1-2:2002 [13], a dwa lata póź­niej – w kwietniu 2004 r. – normę tę umieszczono w spisie norm przywoła­nych do rozporządzenia [14].

Zgodnie z wymaganiami normy PN­-EN 62305-3 ze zbrojeniem w beto­nie bezpośrednio mogą być łączone uziomy ze stali nierdzewnej lub miedzi. Przykład tak wykonanego prawidłowe­go połączenia dodatkowego uziomu sztucznego, zbudowanego na bazie systemu pomiedziowanego Galmar, z uziomem fundamentowym przed­stawiono na rys. 4.

Uziomy ocynkowane, ze względu na ryzyko korozji, mogą być łączone ze zbrojeniem w betonie wyłącznie przez izolujące iskierniki zdolne do przewo­dzenia częściowych prądów pioruno­wych (klasy N).

Dodatkowe wymagania dla przewo­dów uziomów wychodzących z betonu lub ziemi są następujące:

a)  dla uziomów stalowych – w punkcie przejścia do powietrza powinny być chronione przed korozją za pomocą izolacyjnych taśm lub rur termo­kurczliwych na odcinku 0,3 m;

b)  dla uziomów miedzianych i ze stali nierdzewnej – taka ochrona nie jest konieczna.

Z przedstawionych wyżej zaleceń normatywnych wynika, że obecnie stosowanie dodatkowych uziomów ocynkowanych do łączenia z uziomami fundamentowymi wymaga od projek­tanta wyraźnego uzasadnienia takiej potrzeby zarówno ze względu na spodziewane zagrożenie korozyjne, jak i na konieczność stosowania dodat­kowych, kosztownych środków zabez­pieczających (izolowanie iskiernikami i osłonami).

 

Fot. 2 Korozja bednarki ocynkowanej zastosowanej jako uziom dodatkowy do uziomu fun­damentowego: a) po 6 latach eksploatacji w charakterze uziomu dodatkowego stopy fundamentowej słupa wysokiego napięcia 220 V w Sudanie (jednym z czynników szybkiej korozji było połączenie bednarki ze zbrojeniem fundamentu słupa); b) po 12 latach eksploatacji jako element poziomego uziomu obiektu radiokomunikacyjnego z uziomami fundamentowymi trzonu masztu i stóp fundamentowych jego odciągów (archiwum firmy RST)

 

Korozja elektrochemiczna

Korozja uziomu prowadzi do wzrostu rezystancji uziemienia, a w skrajnych przypadkach nawet do jego całkowi­tego zniszczenia. Na fot. 2b przed­stawiono przykład stalowej bednarki ocynkowanej umieszczonej w gruncie, która połączona z uziomami funda­mentowymi konstrukcji masztu ante­nowego uległa bardzo silnej korozji po 12 latach eksploatacji. Podobnie jak w przypadku łączenia różnych materiałów w instalacji elektrycznej, gdzie przykładowo nie jest dopuszczalne bezpośrednie łączenie elementów alu­miniowych z miedzianymi, należy zwra­cać uwagę na dobór właściwych mate­riałów w systemach uziemiających. Zagrożenie korozją elektrochemiczną pojawiające się w wyniku utworze­nia ogniwa galwanicznego wskutek połączenia uziomu fundamentowego i uziomu zewnętrznego ze stali ocyn­kowanej przedstawiono na rys. 5. Różne metale umieszczone w wilgot­nym gruncie lub betonie, czyli w śro­dowisku elektrolitycznym, przyjmują różny potencjał elektryczny mierzo­ny względem elektrody odniesienia.

Połączone ze sobą różne materiały tworzą ogniwo galwaniczne, przez które w wyniku różnicy potencjałów może nieustannie płynąć prąd stały. Nawet jeżeli wartość tego prądu jest stosunkowo niewielka, rzędu miliamperów, to jest to zjawisko groźne, po­nieważ trwa nieprzerwanie. Przyjmuje się, że różnica potencjałów przekra­czająca 0,6 V stwarza już warunki sprzyjające przyspieszonej korozji. W tabl. 1 zestawiono wartości siły elektromotorycznej ogniw powstałych w wyniku łączenia par różnych metali stosowanych na uziomy lub na powło­ki ochronne elementów uziomów. Potencjał stali umieszczonej w be­tonowym fundamencie otoczonym wilgotnym gruntem mierzony wzglę­dem elektrody odniesienia Cu/CuSO4 wynosi od -0,1 V do -0,3 V [6, 7]. Potencjał stali ocynkowanej – sto­sowanej często na uziomy sztuczne jako rozwiązanie najtańsze – umiesz­czonej w tym samym gruncie, mie­rzony względem tej samej elektrody odniesienia, wynosi od -0,7 V do -1,0 V Takie połączenie daje w rezultacie różnicę potencjałów bliską wartości 0,4-0,9 V Z tego względu łączenie stali ocynkowanej ze stalą uziomu fundamentowego jest niedopusz­czalne, ponieważ będzie powodowało przyspieszenie korozji tej pierwszej. Potencjał zbliżony do potencjału stali w betonie posiada miedź lub stal pomiedziowana, dla których waha się on w zakresie od 0,0 V do -0,2 V Zalecenia dotyczące doboru odpowied­nich materiałów na uziomy sztuczne łączone z uziomem fundamentowym zawarto między innymi w normie od­gromowej PN-EN 62305-3 [1], a tak­że w normie dotyczącej uziemień instalacji elektrycznych niskiego na­pięcia PN-HD 60365-5-54 [5].

 

Tabl. 1 Różnice potencjałów elektrochemicznych par metali najczęściej stosowanych na uziomy lub ich powłoki ochronne w Polsce

Cynk, stopy cynku	Zn na żelazie lub stali, stop 80 Sn/20 Zn na stali	Stal miękka	Stal nierdzewna o zawartości 12% Cr, Cr lub Ni na stali, Sn na stali	Stal nierdzewna o wysokiej zawartości Cr	Miedź, stopy miediz Rodzaje powłoki zewnętrznej
0 V	0,05 V	0,4 V	0,65 V	0,75 V	0,85 V	cynk, stopy cynku
0,05 V	0 V	0,35 V	0,6 V	0,7 V	0,8 V	Zn na żelazie lub stali, stop 80 Sn/20 Zn na stali
0,4 V	0,35 V	0 V	0,25 V	0,35 V	0,45 V	stal miękka
0,65 V	0,6 V	0,25 V	0 V	0,1 V	0,2 V	stal nierdzewna o zawartości 12% Cr, Cr lub Ni na stali, Sn na stali
0,75 V	0,7 V	0,35 V	0,1 V	0 V	0,1 V	stal nierdzewna o wysokiej zawartości Cr
0,85 V	0,8 V	0,45 V	0,2 V	0,1 V	0 V	miedź, stopy miedzi

 

W normie PN-EN 62305-3:2009 w pkt E.5.4.3.2 Uziomy fundamento­we można znaleźć zapis informujący o zagrożeniu, jakie występuje, gdy uziom zewnętrzny jest wykonany ze stali czarnej lub stali ocynkowanej: Dalszy problem wiąże się z korozją elektrochemiczną pod wpływem prą­dów galwanicznych. Stal w betonie ma w przybliżeniu taki sam potencjał galwaniczny szeregu elektrochemicz­nego, co miedź w gruncie. A zatem, gdy stal w betonie jest połączona ze stalą w ziemi, to czynne napięcie galwaniczne, równe w przybliżeniu 1 V, powoduje przepływ prądu korozji w gruncie oraz mokrym betonie i roz­puszcza stal w gruncie.

Gdy umieszczone w gruncie uziomy mają połączenie ze stalą w betonie, to powinny być wykonane z miedzi lub ze stali nierdzewnej.

Jak już wspomniano, zalecenia od­noszące się do omawianego zakresu zawierała już poprzednia edycja norm odgromowych [13] wprowadzona do stosowania w latach 2001-2002, która w 2004 r. stała się normą obo­wiązującą, gdyż została wymienio­na w wykazie norm przywołanych do rozporządzenia [2, 14]. Najnowsza wersja normy PN-EN 62305-3:2011 rozszerza powyższy zapis i dopuszcza do stosowania w takich przypadkach także stal pomiedziowaną.

Problem ten podnoszony jest także w normie [5] w pkt 542.2.5 oraz C.4, zgodnie z którymi stali ocynkowanej nie wolno stosować na uziomy sztucz­ne łączone z uziomem fundamento­wym, a dla zapewnienia dostatecznej żywotności systemu uziemiającego należy stosować elementy wykonane ze stali nierdzewnej lub innej dobrze zabezpieczonej za pomocą odpowied­nich prefabrykowanych powłok chro­niących przed wilgocią.

 

Fot. 3 Pomiar grubości powłoki pomiedzio- wanych uziomów pionowych Galmar o minimalnej grubości powłoki 250  µm

 

Uziomy pomiedziowane

Elementy wykonane z miedzi lub ze stali nierdzewnej charakteryzują się stosunkowo wysoką ceną i z tego względu projektanci lub wykonawcy często rezygnują z ich stosowania. Dopuszczenie w najnowszych arku­szach norm stali pomiedziowanej gal­wanicznie daje rozwiązanie najbardziej opłacalne pod względem ekonomicz­nym z jednoczesnym zachowaniem właściwości zbliżonych do miedzi, a zarazem zgodne z najnowszymi nor­mami. Elementy wykonane ze stali pomiedziowanej charakteryzują się wysoką odpornością na korozję dzię­ki stosowaniu grubej powłoki miedzi oraz wytrzymałością na rozciąganie typową dla stali.

W normach [5] i [8] określone zosta­ły minimalne grubości warstw miedzi, które wynoszą 70  µm dla bednarek i przewodów oraz 250 gm dla prętów wykorzystywanych na uziomy piono­we. Taka powłoka powinna zawierać 99,9% czystej miedzi.

Wśród producentów elementów uzie­miających wykonywanych ze stali pomiedziowanej Polska może poszczycić się ofertą produktów firmy CBM Tech­nology. Pomiedziowane systemy uzie­mień oferowane pod marką Galmar spełniają wymagania norm [1, 5, 8, 15] (w tablicy w cz. I artykułu) w za­kresie minimalnych wymiarów oraz wymagania normy [8] odnośnie do te­stowania na narażenia mechaniczne. Opłaca się sprawdzić grubość powłok ochronnych przed ich zamontowaniem (fot. 3), gdyż pokrycie prętów stalo­wych powłokami galwanicznymi jest, jak wiadomo, trudną sztuką, a z prak­tyki handlowej i montażowej wynika, że możemy spodziewać się różnych nie­spodzianek zarówno w odniesieniu do powłok cynkowych, jak i miedzianych.

Oferowane przez firmę CBM Technolo­gy bednarki pomiedziowane o wymia­rach przekroju 25 x 4 mm oraz 30 x 4 mm to produkty unikalne, spełniają­ce stawiane im wymagania odnośnie do minimalnej powierzchni przekroju (90 mm²), grubości taśmy (3 mm) oraz grubości powłoki miedzianej (70  µm). Testy dowodzą, że powłoka miedzi o grubości 70  µm i czystości 99,9% charakteryzuje się wysoką przyczep­nością i plastycznością. Przeprowa­dzone przez firmę badania wykazały ponadto, że bednarki i druty pomiedziowane korodują około 5,5 razy wol­niej niż bednarki i druty ocynkowane ogniowo: szybkość korozji ocynkowa­nych uziomów wyniosła 0,0481 mm/ rok, natomiast uziomów pomiedziowanych – 0,0090 mm/rok [9].

 

Tabl. 2 Materiały i wymiary minimalne drutów

Materiał	Minimalne wymiary
	średnica mm	przekrój mm2	powłoka
miedź goła/cynowana	8	50	– / 1 gm
stal pomiedziowana elektrolitycznie	8	50	250 gm
	10	78	70 gm
stal ocynkowana ogniowo	10	78	350 g/m2
stal goła w betonie	10	78	–
stal nierdzewna	10	78	–

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabl. 3 Materiały i wymiary minimalne bednarek

Materiał	Minimalne wymiary
	średnica mm	przekrój mm2	powłoka
miedź goła/cynowana	0	2	– / 1 gm
stal pomiedziowana elektrolitycznie	90	3	70 gm
stal ocynkowana ogniowo	90	3	500 g/m2
stal goła w betonie	75	3	–
stal nierdzewna	100	3	–

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabl. 4 Materiały i wymiary minimalne prętów

Materiał	Minimalne wymiary
	średnica mm	przekrój mm2	powłoka
miedź goła/cynowana	15	176	– / 1 gm
stal pomiedziowana elektrolitycznie	14	150	250 gm
stal ocynkowana ogniowo	16	200	350 g/m2
stal nierdzewna	16	200	–

 

Uziomy pionowe Galmar oferowane są w dwóch wersjach zależnych od sposobu łączenia kolejnych prętów. Dostępne są uziomy gwintowane, łą­czone za pomocą złączek, oraz tzw. uziomy kute, łączone metodą bolec-wpust. Oba typy uziomów dostępne są w znormalizowanych średnicach 14,2 mm i 17,2 mm (minimalna wy­magana średnica wg norm – 14 mm).

Uziomy te mogą być łączone w celu uzyskania odpowiednio długiego uzio­mu pionowego, aby osiągnąć wyma­ganą rezystancję uziemienia, przy czym głębokość pogrążenia uziomu łączonego złączkami dochodzi nawet do 30 m i jest znacznie większa od osiąganych głębokości wbicia uzio­mów o konstrukcji bezzłączkowej. Wysoka wytrzymałość na rozciąganie 600 N/mm² umożliwia głębokie pogrą­żenie za pomocą wibromłotów. Uziomy kute Galmar dzięki tulei uszczelniająco-wzmacniającej zapewniają zgodnie z wymaganiami norm minimalną śred­nicę uziomu na całej jego długości. Spełnienie tego wymagania często jest niemożliwe w przypadku innych uziomów łączonych metodą typu bolec-wpust, gdzie może dochodzić do częściowego spłaszczenia końcówki uziomu podczas wbijania i niedokład­nego połączenia prętów, co pokazano na fot. 3.

Gruba powłoka miedziana (minimalnie 250  µm) gwarantuje dużą wytrzyma­łość na zdzieranie warstwy ochronnej przy pogrążaniu prętów w ziemi oraz długą żywotność uziomu w glebie określaną na co najmniej 30 lat. Roz­poczęty w 2003 r. wieloletni program badań korozji uziomów pionowych, prowadzony przez firmę Galmar, w którym badaniom poddano zako­pane na różnych poletkach doświad­czalnych uziomy stalowe z powłoką miedzianą oraz cynkową (otrzymaną ogniowo i galwanicznie), wskazuje na wyższą odporność na korozję uziomów pomiedziowanych [10]. Po czterech latach od pogrążenia uziomów w zie­mi grubość powłoki miedzi nie uległa zauważalnym zmianom (przy począt­kowej grubości powłoki Cu 260…360  µm), podczas gdy powłoka uziomów stalowych ocynkowanych galwanicz­nie uległa niemal całkowitej degradacji (przy początkowej grubości powłoki Zn 20-30  µm), a w przypadku uziomów ocynkowanych ogniowo zmniejszyła się o około 25…30% (przy początko­wej grubości powłoki Zn 50…60  µm). Także wieloletnie badania prowadzone za granicą dowodzą wyższości powłok miedzianych nad cynkowymi [11, 12].

 

Fot. 4 Łączenie uziomów pionowych metodą bolec-wpust: a) uziom pomiedziowany kuty Galmar z tuleją uszczelniająco-wzmacniającą zapewniającą minimalną średnicę uziomu na całej jego długości; b) uziom ocynkowany ze spłaszczoną końcówką wskutek wbija­nia – zmniejszona średnica uziomu w miejscu połączenia prętów

 

Podsumowanie

Wymagania dotyczące elementów instalacji uziemiającej w omówionych normach powinny być ujednolico­ne. Sytuacja, w której różne normy definiują odmienne wymagania, nie powinna mieć miejsca. Obecny stan wskazuje na brak współpracy między poszczególnymi grupami roboczymi pracującymi nad normami. Norma PN-HD 60364-5-54 opracowana zo­stała przez grupę roboczą IEC/TC 64 zajmującą się instalacjami elektrycz­nymi niskiego napięcia i ochroną przeciwporażeniową, norma PN-EN 50522 opracowana została przez grupę IEC/TC 99 zajmującą się in­stalacjami elektrycznymi o napięciu powyżej 1 kV napięcia przemiennego i 1,5 kV napięcia stałego, a normy serii PN-EN 62305 i PN-EN 62561 przez grupę IEC/TC 81 zajmującą się ochroną odgromową. Oferowane na rynku produkty przeważnie wystę­pują w wymiarach, które spełniają wymagania dowolnej z norm. Jednak niektóre różnice, takie jak grubość powłoki miedzi dla prętów stalowych (90  µm wg PN-EN 50522; 250  µm wg pozostałych norm), mogą mieć już istotne znaczenie dla długoletniej praktyki eksploatacyjnej. W tablicach 2-4 przedstawiono propozycję ujed­nolicenia zaleceń dotyczących wymiarów i grubości powłok, opracowaną na podstawie omówionych norm dla najczęściej stosowanych elementów: drutów, bednarek i prętów.

Analizując zapisy najnowszych norm dotyczących ochrony odgromowej oraz norm dotyczących instalacji elektrycz­nych, optymalne rozwiązanie stanowią obecnie uziemienia wykonane ze stali pomiedziowanej elektrolitycznie. Przy obecnych cenach elementów z czystej miedzi i stali nierdzewnej oraz wyso­kim ryzyku kradzieży tych pierwszych jest to rozwiązanie najbardziej opła­calne pod względem ekonomicznym. Tylko elementy z odpowiednią grubo­ścią powłoki miedzi (250  µm dla prę­tów, 70  µm dla bednarek) zapewniają zgodność ze wszystkimi normami (do­tyczącymi zarówno ochrony odgromo­wej, jak i instalacji elektrycznych) i są dopuszczone do stosowania w każdym przypadku, także jako uziomy sztuczne łączone z uziomem fundamentowym.

Z przedstawionych zaleceń zawar­tych w normach ochrony odgromowej wynika, że stosowanie do łączenia z uziomami fundamentowymi dodat­kowych uziomów sztucznych na bazie przewodników ocynkowanych pozosta­je z nimi w sprzeczności i wymaga od projektanta wyraźnego uzasadnienia takiej potrzeby zarówno ze względu na spodziewane zagrożenie korozyjne, jak i konieczność stosowania dodat­kowych, kosztownych środków zabez­pieczających (izolowania iskiernikami i osłonami).

Projektanci i wykonawcy, dla zapew­nienia odpowiedniej żywotności insta­lacji uziemiających, powinni zwracać szczególną uwagę na dobór odpo­wiednich materiałów. Ma to zasadni­cze znaczenie w przypadku wykorzy­stywania uziomów fundamentowych. Tylko stosowanie materiałów wyso­kiej jakości zgodnych z najnowszymi normami zapewni skuteczne i trwałe działanie systemu uziemiającego.

 

 

Literatura

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

2.   Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2002 r. Nr 75, poz. 690).

3.   Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 10 grudnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowia­dać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2010 r Nr 239, poz. 1597).

4.   PN-HD 60364-4-442:2012 Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-442: Ochrona dla zapewnienia bezpie­czeństwa – Ochrona instalacji niskiego napięcia przed przepięciami dorywczymi powstającymi wskutek zwarć doziem­nych w układach po stronie wysokiego i niskiego napięcia.

5.   PN-HD 60364-5-54:2011 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Uziemienia, przewody ochronne i przewody połączeń ochron­nych.

6.  E. Musiał, Uziomy fundamentowe i parafundamentowe,miesięcznik SEP INPE „Informacje o normach i przepi­sach elektrycznych” nr 143, s. 3-33, sierpień 2011.

7.  Ochrona elektrochemiczna przed koro­zją, Teoria i praktyka,praca zbiorowa, WNT, Warszawa 1971.

8.  PN-EN 62561-2:2012 Elementy urządzenia piorunochronnego (LPSC) – Część 2: Wymagania dotyczące prze­wodów i uziomów.

9.   PN-EN 50522:2011 Uziemienie instalacji elektroenergetycznych prądu przemien­nego o napięciu wyższym od 1 kV (oryg.).

10.  M. Łoboda, Badania korozyjne uzio­mów pionowych, „Elektrosystemy” nr 4/2008, s. 78-82.

11.  R.W. Drisko, Field Testing of Electrical Grounding Rods,Naval Civil Engineering Laboratory, Port Hueneme, California, published by United States Department of Commerce, National Technical Information Service, 1970.

12.  Ch. Rempe, A Technical Report on The Sernice Life of Ground Rod Electrodes,2003.

13.  PN-IEC 61024-1-2:2002: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Część 1-2: Przewod­nik B – Projektowanie, montaż, kon­serwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych.

14.  Rozporządzenie Ministra Infrastruk­tury z dnia 7 kwietnia 2004 r. zmie­niające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim po­winny odpowiadać budynki i ich usy­tuowanie (Dz.U. z 2004 r Nr 109, poz.1156).

15.  PN-EN 50522:2011 Uziemienie in­stalacji elektroenergetycznych prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV (oryg.).

Uwaga: Tekst został zamieszczony za zgodą Centrum Ochrony Przed Przepię­ciami i Zakłóceniami Elektromagnetyczny­mi w Białymstoku. Artykuł ukazał się pier­wotnie w miesięczniku INPE nr 184-185, styczeń-luty 2015 r