NATURALNE I SZTUCZNE

UZIOMY FUNDAMENTOWE BUDYNKÓW

JAKO ŚRODEK

OCHRONY PRZECIWPORAŻENIOWEJ

Politechnika Wrocławska
Instytut Energoelektryki

Wrocław 2011

Na podstawie prezentacji przygotowanej przez dra in

ż

. Janusza Koniecznego

• wykonanie uziomu w terenach zurbanizowanych może nastręczać wiele

kłopotów

• duże aglomeracje miejskie - uziomy naturalne w postaci metalowych

rurociągów wodnych

• w ostatnich latach - postępujące coraz szybciej zjawisko podziału sieci

wodociągowej na skutek stosowania rur (zwłaszcza

przyłączy)

z

materiałów nieprzewodzących lub stosowania wstawek izolacyjnych

• rozwiązanie problemu - wykorzystanie do celów uziemień

naturalnych i

sztucznych uziomów fundamentowych

obiektów budowlanych

1. Uwagi ogólne

•

Uziom fundamentowy naturalny

- fundament zbrojony elementami

metalowymi (najczęściej prętami zbrojeniowymi) połączonymi metalicznie
z głównym zaciskiem uziemiającym instalacji elektrycznej budynku

• Duże rozmiary oraz głębokość

pogrążenia zbrojonych fundamentów

budynków zapewn

iaj

ą

najcz

ęś

ciej

niewielką rezystancję uziemienia, w

niewielkim stopniu zależną od sezonowych zmian rezystywności gruntu

•

W praktyce: niewielkie zastosowanie

, głównie z powodu sporów o wpływ

prądu uziomowego na wytrzymałość mechaniczną fundamentu:

2. Uziomy fundamentowe naturalne (UFN)

• zagrożenie mechaniczne: prąd zwarciowy płynący do ziemi przez otulinę

betonową

powoduje wydzielanie ciepła. Pęcherzyki pary wodnej

zwiększające swoją objętość mogą powodować naprężenia mechaniczne.

• „niepewna” metaliczna ciągłość elementów zbrojenia łączonych

drutem

wiązałkowym (duża rezystancja przejścia = wydzielanie ciepła). Możliwe
rozwiązanie: łączenie drutów zbrojenia przez

spawanie lub zgrzewanie.

Wada: wzrost kosztów.

• Ograniczony zakres wykorzystania UFN: wiele budynków (szczególnie

niedużych mieszkalnych) nie ma fundamentów zbrojonych.

• od połowy lat 60-tych: w postaci elementu przewodzącego wykorzystywanego

wyłącznie w celu uziemienia instalacji elektrycznej i piorunochronnej,
umieszczonego pod właściwym fundamentem lub na spodzie fundamentu
(zbrojonego lub nie)

• 1965:

wydanie

przez

VDEW

(Zjednoczenie

Niemieckich

Zakładów

Energetycznych) „wytycznych wykonania uziomów fundamentowych w
fundamentach budynków”

• 1994: norma DIN 18014 „Uziomy fundamentowe”

(RFN)

zastępująca

dotychczasowe wytyczne, podająca szczegółowe zasady wykonywania UFS

• informacje

dotyczące

obowiązku

wyposażenia

budynku

w

uziom

fundamentowy zawarte są w Niemczech:

• w „Technicznych warunkach przyłączeniowych” (TAB) od 1991 r. - żąda

się wykonania w nowobudowanych budynkach UFS dla poprawienia
skuteczności działania głównych połączeń wyrównawczych

• w normie DIN 18015/część 1:

„Przy budowie każdego nowego budynku

należy przewidzieć

uziom fundamentowy dla budynku i jego

instalacji...”

3. Uziomy fundamentowe sztuczne (UFS)

Niemcy:

• dopiero w znowelizowanej w 2002 r. wersji

Rozporządzenia w sprawie

warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich
usytuowanie znalazł się zapis:

(§ 184):
„1. Jako

uziomy instalacji elektrycznej

należy wykorzystywać

metalowe konstrukcje budynków, zbrojenia fundamentów oraz inne
metalowe elementy umieszczone w niezbrojonych fundamentach

stanowiące

sztuczny uziom fundamentowy

.

2.

Dopuszcza

się

wykorzystywanie

jako

uziomy

instalacji

elektrycznej

metalowych przewodów sieci wodociągowej

, pod

warunkiem zachowania wymagań

Polskiej Normy dotyczącej

uziemień i przewodów ochronnych oraz uzyskania zgody jednostki
eksploatującej tę sieć.”

• brak powszechnie dostępnych publikacji pokazujących praktyczne

zastosowanie w/w postanowienia

Polska:

• UFS należy wykonać jako zamknięty pierścień w fundamentach ścian

zewnętrznych budynku.

• W budynku o dużej powierzchni UFS należy wykonać również w

fundamentach ścian wewnętrznych lub w płycie fundamentowej tak, aby
rozmiar oczek uziomu nie przekraczał

20x20 m

.

• W domach o zabudowie szeregowej zaleca się, aby każdy człon zabudowy

miał oddzielny uziom fundamentowy.

• Dodatkowe połączenia poprzeczne, jak również małe wymiary oczek

uziomu fundamentowego lepiej wyrównują potencjały na powierzchni
najniższej kondygnacji budynku objętego uziomem.

4.

Konfiguracja uziomu fundamentowego sztucznego (UFS)

Rys. Przykładowe konfiguracje uziomu fundamentowego sztucznego:

a)

pojedynczego domu, b) domu szeregowego

1 - uziom
2 - przewód uziomowy wyprowadzony w pomieszczeniu przyłączowym
3 - pomieszczenie przyłączowe z główną szyną uziemiającą

• stal bez warstw antykorozyjnych (beton i zaprawa murarska chronią

części metalowe przed korozją)

• stal ocynkowana – możliwa, ale niepotrzebnie podwyższa koszty uziomu

• zaleca się stosowanie płaskowników lub prętów okrągłych:

•

przekrój płaskownika: ≥ 30 x 3,5 mm

• średnica prętów ≥ 10 mm

• ze stali ocynkowanej

5. Wyroby stosowane do wykonania uziomów fundamentowych sztucznych

i przewodów uziemiających

Uziomy:

Przewody uziemiające

- łączące UFS z główną szyną uziemiającą

(zaciskiem probierczym)

:

6. Zasady wykonywania uziomów fundamentowych sztucznych

•

UFS w fundamencie nieuzbrojonym

należy umieścić tak, aby ze wszystkich

stron był otoczony warstwą betonu o grubości ≥

5 cm (ochrona stali przed

korozją = prawie nieograniczona trwałość uziomu).

• Uziom wykonany z płaskownika, powinien być ułożony „na sztorc”.

• Płaskownik lub pręt należy umieszczać w

specjalnych

uchwytach

wbitych

lub

ustawionych na podłożu, zabezpieczających
go przed przesunięciem w momencie
zalewania fundamentu betonem.

• Rodzaj i liczba odstępników: zależnie od

rodzaju gruntu.

Rys. Uchwyty mocujące płaskownik uziomu:

a), b) wbijane w grunt,

c) ustawiane na powierzchni gruntu w wykopie

• Połączenia elementów uziomu (odgałęzienia przewodów uziemiających,

zamknięcie pierścienia uziomu, tworzenie połączeń poprzecznych): za
pomocą specjalnych złączek.

• Elementy uziomów zatopionych w betonie mogą być również łączone przez

spawanie lub zgrzewanie.

Rys. Złączki krzyżowe elementów uziomu fundamentowego sztucznego:

a) do prętów, b) do płaskowników

• Jeżeli fundament posiada szczelinę dylatacyjną, to końce uziomu

dochodzące do szczeliny należy wyprowadzić

do wnętrza budynku

i

połączyć je elastycznymi

mostkami dylatacyjnymi

.

• Mostek powinien znajdować się w miejscu dostępnym dla kontroli.

• Wykonanie mostka na zewnątrz budynku - dopuszczalne tylko wtedy, gdy

umieszczenie jego wewnątrz budynku nastręcza dużych trudności.

• Wyprowadzone ze ściany końce uziomu oraz mostek dylatacyjny należy

zabezpieczyć powłokami antykorozyjnymi.

Rys. Połączenie dylatacyjne sztucznego uziomu
fundamentowego; 1 – koniec elementu uziomu,

2 – mostek dylatacyjny, 3 – ściana, 4 – fundament

3

0

c

m

a)

3

5

6
7
8

1

2

4

b)

3

8

6

7

8

1

2

4

c)

3

5

6

7

8

9

10

1

Rys. Sztuczne uziomy fundamentowe: a) w ławie fundamentowej wykonanej z betonu

niezbrojonego, b) w fundamencie wykonanym z betonu niezbrojonego,

c) w fundamencie z betonu zbrojonego

1 – sztuczny uziom fundamentowy, 2 – uchwyt uziomowy, 3 – przewód uziemiający, 4 – ława
fundamentowa, 5 – mur z cegły, 6 – warstwa izolacyjna, 7 – podłoga, 8 – beton nieuzbrojony,
9 – warstwa wyrównawcza, 10 – beton zbrojony

• UFS

w fundamencie zbrojonym

wykonuje się umieszczając płaskownik w

najniższej warstwie zbrojenia.

• Płaskownik należy mocować

drutem wiązałkowym do zbrojenia w

odstępach ok. 2 m, dla zapewnienia jego trwałej pozycji podczas
betonowania.

• Należy zapewnić dokładne „otulenie” uziomu warstwą betonu (podobnie

jak w fundamencie nieuzbrojonym).

• Kontrowersje dot. materiału używanego na uziom fundamentowy w

fundamencie zbrojonym:

• ponieważ zbrojenie wykonuje się ze stali nieocynkowanej, uważano, że

uziom musi być również wykonany z takiej stali, aby uniknąć ognisk
korozji w miejscu styku materiałów

• obecnie dopuszcza się wykonywanie uziomu ze stali ocynkowanej,

ponieważ proces korozyjny w miejscu styku fundamentu i zbrojenia
kończy się wraz ze zniknięciem warstwy cynku i nie prowadzi do
ujemnych następstw.

• W przypadku

izolacji wannowej (wykonanej zgodnie z normą DIN 18195)

UFS musi być umieszczony w warstwie betonu o grubości ≥ 10 cm,
znajdującej się pod izolacją wannową.

Przewody służące do połączenia uziomu fundamentowego z główną szyną
uziemiającą lub zaciskiem uziemiającym:

• muszą być prowadzone do góry w zewnętrznej warstwie fundamentu

(na zewnątrz izolacji wannowej), aż do wysokości ponad poziom wód
gruntowych (ponad izolację wannową) i dopiero w tym miejscu mogą
być wprowadzone do wnętrza budynku.

• muszą być wprowadzone do wnętrza pomieszczenia (z wyjątkiem

przewodów uziemiających instalację odgromową)

• powinny mieć długość co najmniej 150 cm licząc od miejsca wyjścia z

podłogi lub ściany

• w miejscu wyprowadzenia ze ściany lub z podłogi powinny być

dodatkowo chronione przed korozją, mimo że dopuszcza się
wykonywanie ich wyłącznie ze stali ocynkowanej

• Zaleca się specjalne znakowanie przewodów uziemiających w czasie

budowy (np. przez założenie izolacji lub oznakowań barwnych), aby
uchronić je przed zniszczeniem w czasie wykonywania budynku.

• Zaleca

się

wprowadzanie

przewodu

uziemiającego

w

pobliżu

przewidywanego miejsca usytuowania głównej szyny wyrównawczej, dla
wyrównania potencjału i dodatkowego uziemienia przewodu ochronnego
instalacji elektrycznej.

• Przewody uziemiające instalację odgromową, łączone przez zaciski

kontrolne z przewodami odprowadzającymi, wyprowadzone są na ogół na
zewnątrz budynku (nie do głównej szyny uziemiającej budynku).

Rezystancja uziomów fundamentowych wykonanych zgodnie z normą DIN
18014 jest na ogół niewielka i rzadko przekracza wartość 10

Ω

(nawet przy

stosowaniu folii pod fundamentem/płytą fundamentową).

Przykładowo dla domu jednorodzinnego o wymiarach a = 16 m, b = 12 m, z
płytą fundamentową o grubości c = 0,3 m w gruncie o rezystywności 150

Ω

m,

rezystancja uziomu fundamentowego wyniesie około 8

Ω

.

Wzory zastosowane do obliczeń:

R

A

=

ρ

/ π — D

w którym:

ρ

– rezystywność gruntu w

Ω

m,

D – średnica zastępczego uziomu półkolistego w m,

przy czym:

D = 1,57 V

1/3

gdzie: V – objętość płyty fundamentowej (w m

3

):

V = a

⋅

b

⋅

c

Spodziewane parametry uziomów fundamentowych sztucznych

Główne zalety uziomów fundamentowych sztucznych

•

zapewnienie właściwego rozkładu potencjału w budynku

•

wraz z połączeniami wyrównawczymi - zapewnienie najwyższego
poziomu bezpieczeństwa użytkowania urządzeń elektrycznych

• uniknięcie niekorzystnego wpływu prądów uziomowych na wytrzymałość

mechaniczną zbrojonych fundamentów wykorzystywanych do celów
uziemieniowych

• trwałość równa praktycznie trwałości fundamentu

• stosunkowo niska cena, głównie ze względu na stosowanie stali

nieocynkowanej oraz brak dodatkowych wykopów

• możliwość stosowania w budynkach z fundamentami niezbrojonymi (np.

w budynkach jednorodzinnych) zamiast uziomów sztucznych (otokowych,
poziomych, pionowych) wymaganych do uziemienia głównej szyny
wyrównawczej

• rezystancja uziemienia spełnia zwykle wymagania stawiane uziemieniom

dodatkowym sieci elektroenergetycznej i jest niemal niezależna od
warunków pogodowych