dr hab. inż. Andrzej Sowa
Uziomy w ochronie odgromowej obiektów
budowlanych
Białystok 2006
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Uziomy w ochronie odgromowej obiektów
budowlanych
Zadaniem uziomu urzÄ…dzenia piorunochronnego jest zapewnienie niskoimpedancyjnej drogi prze-
pływu do ziemi prądów piorunowych wyładowań doziemnych oraz poprawności działania układów
ochrony przepięciowej. Układ uziemiający powinien również:
" spełniać wymagania stawiane uziemieniom roboczym,
" zapewnić ochronę przebywających wewnątrz ludzi, urządzeń i instalacji przez oddziałaniem nie-
bezpiecznych napięć i prądów przez sprowadzenie do wspólnego potencjału ziemi wszystkich
metalowych konstrukcji i instalacji znajdujÄ…cych obiekcie,
" zapewnić poprawne współdziałanie wszystkich systemów pracujących w obiekcie (np. instalacje
elektryczne, systemy informatyczne, telekomunikacyjne).
W obiektach telekomunikacyjnych układ uziemiający wykorzystywany jest również do uziemienia
jednego z biegunów z
ródła prądu stałego zasilającego urządzenia telekomunikacyjne oraz powinien
stworzyć warunki zapewniające ograniczenie do dopuszczalnych wartości szumów, przesłuchów i
zakłóceń radioelektrycznych. Poniżej przedstawione zostaną wymagania dotyczące zasad tworzenia
układu uziomowego jako środka ochrony odgromowej i przepięciowej.
Tworząc układ uziomowy należy ograniczać występowanie różnic potencjałów pomiędzy poszcze-
gólnymi elementami uziomu. Spełnienie tego warunku wymaga tworzenia układu symetrycznego, o
trwałych i pewnych połączeniach pomiędzy poszczególnymi elementów uziomu. Należy również
zachować wymagane odstępy pomiędzy elementami układu uziomowego a kablami dochodzącymi
do obiektu, wejściami do obiektu, przejściami dla pieszych itp.
1. Uziomy naturalne
Do celów ochrony odgromowej i przepięciowej należy w pierwszej kolejności wykorzystać uziomy na-
turalne obiektu, którymi mogą być:
a) nieizolowane od ziemi podziemne metalowe części chronionych obiektów i urządzeń,
b) żelbetowe fundamenty i podziemne części chronionych obiektów (nie izolowane od ziemi lub zama-
lowane warstwÄ… przeciwwilgociowÄ…),
c) metalowe rurociągi wodne oraz osłony studni artezyjskich znajdujące się w odległości nie większej
niż 10 m od chronionego obiektu,
d) uziomy sąsiednich obiektów znajdujących się w odległości nie większej niż 10 m od chronione-
go obiektu.
Przy budowie nowych obiektów zalecane jest wykorzystywanie uziomów fundamentowych. Połą-
czenia uziomów naturalnych z przewodami uziemiającymi powinny być wykonane w sposób trwały za
pomocą spawania lub zgrzewania. Jeśli wykonanie takich połączeń jest niemożliwe lub utrudnione do-
puszczalne jest wykorzystanie obejm lub uchwytów mających zacisk lub zaciski zabezpieczone przed
rozluz
nieniem siÄ™.
2. Uziomy sztuczne
W przypadkach obiektów, w których nie ma możliwości wykorzystania uziomów naturalnych lub ich
wykorzystanie jest niecelowe, należy stosować uziomy sztuczne.
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Projektując takie uziomy należy uwzględnić przedstawione poniżej wymagania.
" Uziomy sztuczne należy wykonywać z materiałów zestawionych w tabeli 1.
Tabela 1. Najmniejsze wymiary elementów stosowanych na uziomy
Materiały (wymiary znamionowe w mm)
PN-86/E-05003/01 [mm] PN- IEC 61024-1
Rodzaj wyrobu
stal bez pokrycia stal ocynkowana miedz stal miedz
Druty 8,0 6,0 6,0
Taśmy 20x4 20x3 20x3
80 mm2 50 mm2
Rury 20/2,9 15/2,75 ---
Kształtowniki o gru-
5,0 4,0 ---
bości ścianki
" Ze względu na trwałość uziomów pojawiają się zalecenia zwiększenia wymaganych wymiarów
poprzecznych uziomów wykonanych ze stali ocynkowanej na gorąco do 100mm2 .
" Uziomy sztuczne należy wykonywać jako uziomy poziome otokowe, promieniowe lub pionowe. Za-
lecane jest stosowanie uziomów otokowych (rys. 1.).
a) b)
połączenie
uziomu z
przewodem
uziemiajÄ…cym
Szyna
wyrównywania
potencjałów w
1m
budynku
uziom
otokowy
Rys. 1. Uziom otokowy w obiekcie budowlanym a) widok ogólny, b) połączenie uziomu otokowego z
przewodem odprowadzajÄ…cym
" Uziomy poziome należy układać na głębokości nie mniejszej niż 0,6m. i w odległości nie mniejszej
niż 1 m. od zewnętrznej krawędzi budynku (rys. 1).
" W obiektach telekomunikacyjnych zalecane jest układanie uziomów poziomych na głębokości
nie mniejszej niż 0,8m [22].
" Uziomy pionowe należy pogrążać w gruncie w taki sposób, aby ich najniższa część była umiesz-
czona na głębokości nie mniejszej niż 3m., a najwyższa nie mniej niż 0,5m. pod powierzchnią
ziemi (rys.2a).
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
a) b)
Rys. 2. Uziomy sztuczne pionowy i poziomy w obiekcie budowlanym
" Obecnie, ze względu na opad wód gruntowych, pojawiają się sugestie głębszego pogrążania
uziomów w gruncie. Proponuje się, aby najniższa część uziomu umieszczana była na głębokości
4 m.
" Rowy lub bruzdy, w których układane są uziomy należy zasypać ziemią bez kamieni, żwiru lub
gruzu.
" Zgodnie z PN-86/E-05003/01, długość obliczeniowa uziomu nie może przekraczać 35 m. dla re-
zystancji gruntu Á < 500 &!m i 60 m dla rezystancji wiÄ™kszej niż 500 &!m.
" W przypadku pojedynczych uziomów, których długości są większe od zalecanych, zmierzoną
rezystancję należy pomnożyć przez współczynnik 2 dopiero wtedy porównać z wartościami za-
lecanymi jako dopuszczalne.
" Podziemne metalowe elementy obiektów i urządzeń technologicznych, znajdujące się w odległo-
ści nie większej niż 2 m. od uziomu piorunochronnego, a nie wykorzystywane jako uziomy natu-
ralne, zaleca się łączyć z tymi uziomami bezpośrednio lub za pomocą iskierników (rys.3).
" Iskierniki należy stosować do połączeń uziomu piorunochronnego z tzw. uziomami wydzielo-
nymi. (rys.3.).
" Odległość pogrążonych w gruncie uziomów poziomych lub pionowych powinna być nie mniej-
sza od 1,5m. od wejść do budynków, przejść dla pieszych lub metalowych ogrodzeń używanych
przy drogach publicznych. W przypadku wejść używanych sporadycznie dopuszcza się zmniej-
szenie tej odległości.
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Uziom wydzielony
Połączenie z
przewodem
poziomy lub pionowy
uziemiajÄ…cym
połączenie
uziomu z
iskiernik przewodem
uziemiajÄ…cym
Szyna
1m
wyrównywania
potencjałów
uziom
otokowy
Rys. 3. Połączenie uziomu otokowego z uziomem wydzielonym oraz zalecane odległości pomiędzy
uziomem otokowym a kablami energetycznymi
" Odległość kabli od uziomu piorunochronnego nie powinna być mniejsza niż 1m (rys. 50). Jeżeli
rezystancja uziemienia piorunochronnego jest mniejsza niż 10&! dopuszcza się zmniejszenie tej
odległości do:
- 0,75 m dla kabli elektroenergetycznych o napięciu znamionowym do 1 kV i kabli telekomunika-
cyjnych,
- 0,5 m dla kabli elektroenergetycznych o napięciu znamionowym powyżej 1 kV .
" Podobne wymaganie znajduje się w normie PN-IEC 61024-1-2, w której stwierdzono, że mini-
malny odstęp D w gruncie pomiędzy uziomem a innymi przewodami (które nie mogą być łączo-
ne z urządzeniem piorunochronnym) można określić z zależności:
D H" b Á0,4 kc0,5
gdzie: b  parametr odniesiony do poziomu ochrony (wynosi 0,4 , 0,3 lub 0,25 odpowiednio
dla I, II i III+IV poziomu ochrony).
kc  współczynniki uzależniony od budowy uziomu,
Á - Å›rednia rezystywność gruntu.
W praktyce odstęp D w gruncie o rezystywności mniejszej niż 1 000 &!m zawiera się pomiędzy
1,0 m a 4,0 m.
" Jeżeli zachowanie wymaganych odstępów jest niemożliwe, należy w miejscu zbliżenia ułożyć
przegrodÄ™ izolacyjnÄ….
" Połączenia uziomów sztucznych z przewodami uziemiającymi oraz łączenie poszczególnych
układów uziemiających należy wykonywać przez spawanie lub zaprasowywanie. Dopuszcza się
również połączenia śrubowe lub samoklinujące (rys.4.). Wszelkie połączenia należy chronić
przed uszkodzeniami mechanicznymi i korozjÄ….
" Uziomów nie należy umieszczać w korytach rzek lub stawach oraz w wysychającym gruncie np.
w pobliżu rurociągów z gorącą wodą lub parą.
" Uziomy sztuczne, przez które przewiduje się trwały przepływ prądu stałego, powinny być wy-
konane z materiałów nieulegających korozji elektrochemicznej. Uziomy te instaluje się pionowo
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Rys. 4. Różnorodne przykłady połączeń elementów systemu uziomowego
" Informacja o wartości rezystywność gruntu stanowi podstawę projektowania każdego rodzaju
uziemień. Rezystywność gruntu można określić jako rezystancję między dwoma płaszczyznami
w odniesieniu do gruntu o objętości 1 m3. przykładowe wartości rezystywności gruntów przed-
stawiono w tabeli 2.
Tabela 2. Średnie i największe wartości rezystywności gruntów różnego rodzaju [9]
Rezystywność &!m
Nazwa gruntu
Wartości Wartości
średnie największe
Iły, glina ciężka, glina pylasta, glina, grunty torfiaste i organiczne, gleby bagienne, 40 200
grunty próchnicze (czarnoziemy, mady)
Glina piaszczysta, glina pylasta, pyły, gleby bielicowe i brunatne wytworzone z glin
100 250
zwałowych oraz piasków naglinkowych i naiłowych.
Piasek gliniasty i pylasty, pospółki, gleby bielicowe wytworzone z piasków słabo
200 600
gliniastych i gliniastych.
Piaski, żwiry, gleby bielicowe wytworzone ze żwirów i piasków luz
nych 400 3000
Piaski i żwiry suche (zwierciadło wody gruntowej na głębokości większej niż 3m.) 1000 5000
Grunty kamieniste 2000 8000
" Wartości statycznej rezystancji uziomu można oszacować wykorzystując uproszczone zależności
podawane w normach przedmiotowych. W tabeli 3 zestawiono podstawowe zależności zalecane
w normach dotyczących ochrony odgromowej obiektów budowlanych [9] oraz systemów uzie-
miających obiektów telekomunikacyjnych [22].
" Jeśli pojedynczy uziom otokowy nie zapewnia wymaganej rezystancji lub różnice potencjałów
będą niebezpieczne dla osób przebywających w sąsiedztwie uziomu należy zastosować dodat-
kowe uziomy otokowe umieszczane w odległości ok. 3m. jeden od drugiego. Otoki, w miarę od-
dalania się od obiektu, powinny być układane coraz głębiej w gruncie. Przykładowy układ roz-
budowanego systemu otoków przedstawiono na rys. 5.
Układ uziomowy powinien również zapewnić zredukowanie do bezpiecznych wartości różnice po-
tencjałów pomiędzy poszczególnymi punktami uziomu oraz podłączonymi do niego instalacjami i
urzÄ…dzeniami.
Spełnienie tego ostatniego warunku wymaga stosowania połączeń o możliwie najmniejszych warto-
ściach impedancji pomiędzy uziomem a szyną lub pierścieniem wyrównywania potencjałów oraz
urządzeniami, jeśli są połączone bezpośrednio z uziomem.
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Tabela 3. Uproszczone zależności umożliwiające wyznaczenie wartości rezystancji uziomu
Wzory do wyznaczania wartości rezystancji uziomu R [&!]
Rodzaj uziomu
wg PN-86/E-05003
wg ZN-96 TP S.A. - 037
R = 0,84Á / l r l
pionowy pojedynczy
R= ln
dla l=2...20m. i głębokości zakopania uziomu t=0,8m
2Ä„ Å"l r
k
R=R1 / 09n
,
R=
pionowy złożony
1/ R1 +1/ R2 +....
gdzie R1 rezystancja jednego pionowego elementu,
k=1,4 dla 0,5uziom składa się z n elementów
dla l5
r l
R= 1,8Á / l
R= ln
poziomy pojedynczy
Ä„ Å"l r
dla l=10...20m. i głębokości zakopania t=0,8m
1,4
R=R1 / 07n
,
R=
poziomy promienio-
1/ R1 +1/ R2 +.....
gdzie R1 rezystancja jednego elementu poziomego
wy
uziomu złożonego z n elementów
------
0,6Á
R=
otokowy
A
0,45Á
-------
R=
kratowy
A
0,6Á
------
R=
stopa fundamentowa
3
A
0,82Á 185Á
,
Å‚awa fundamentowa ------
R= +
L
A
Oznaczenia t - głębokość zakopania uziomu, m.,
Á - rezystywność gruntu , &! m.,
r- połowa największego wymiaru poprzecznego
a - odległość między uziomami pionowymi, m,
uziomu złożonego , m.,
R1,R2 ...- rezystancje uziemienie poszczególnych
A- powierzchnia objęta obrysem ław fundamento-
uziomów uziomu złożonego , &!,
wych, uziomem otokowym lub kratowym m2,
l - długość uziomu , m.,
L - całkowita długość ław fundamentowych, m.,
Rys. 5. Zalecane rozmieszczenie kilku otoków w rozbudowanym układzie uziemiającym
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
2.1. Sztuczne uziomy fundamentowe
Obecnie coraz częściej stosowane są tzw. sztuczne uziomy fundamentowe. Sztuczny uziom fundamen-
towy jest pewnym rodzajem uziomu otokowego. Jest on układany w dolnej warstwie ławy fundamen-
towej, która znajduje się bezpośrednio na gruncie podłoża.
Uziom fundamentowy umieszczany jest pod fundamentami ścian zewnętrznych budynku. Uziomy pod
fundamentami ścian wewnętrznych zmniejszają rezystancję tylko w niewielkim stopniu i praktycznie
nie sÄ… stosowane.
Sztuczny uziom fundamentowy umożliwia wyrównanie potencjałów wewnątrz budynku oraz uzyskanie
rezystancji uziemienia o małej wartości. Do wykonania takiego uziomu najczęściej wykorzystywany
jest płaskownik o wymiarach większych od tych, które przedstawiono w tablicy 38. np. 30mm x 3,5mm
lub 25mm x 4mm. Płaskownik powinien być ułożony szerszym bokiem pionowo i utrzymywany w ta-
kim położeniu przez odpowiednie podstawki podczas zabetonowania (rys. 6.).
Rys. 6. Sztuczny uziom fundamentowy w obiekcie bez urządzenia piorunochronnego i przykłady je-
go mocowania
Trwałość takiego uziomu jest praktycznie nieograniczona. Żelazo w betonie ma w przybliżeniu taki sam
potencjał galwaniczny szeregu elektrochemicznego, co miedz w gruncie. To powoduje, że uziomy
umieszczone w gruncie i łączone z żelazem w betonie powinny być wykonane z miedzi lub stali nie-
rdzewnej.
Sztuczny uziom fundamentowy zalecany jest jako uziom instalacji elektrycznej i można go także sto-
sować w obiektach bez instalacji piorunochronnej.
W obiektach posiadających urządzenie piorunochronne należy sztuczny uziom fundamentowy połączyć z
przewodami instalacji piorunochronnej (rys. 7.) i wykorzystać do odprowadzania prądu piorunowego.
3. Wyznaczanie wymiarów układów uziomowych
W fazie projektowania układu uziomowego należy:
" sprawdzić możliwości wykorzystania uziomu naturalnego i potrzebę jego ewentualnego uzu-
pełnienia o dodatkowe uziomy sztuczne,
" przypadku konieczności stosowania uziomu naturalnego należy dobrać jego rodzaj i kształt,
" oszacować wartości rezystancji opracowanego uziomu sztucznego lub układu uziom sztuczny -
uziom naturalny.
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Rys. 7. Uziom fundamentowy wymiarów obiekcie posiadającym urządzenie piorunochronne
Tworząc układ uziomowy należy posiadać informacje uziemiającego:
" rezystywności gruntu, w którym projektowany uziom będzie umieszczony,
" wymaganiach, jakie nakładają na uziom inne zalecenia i funkcje jakie powinien on spełnić.
Dotyczy to szczególnie wymogach, jakie narzucają urządzenia telekomunikacyjne i teleinformatyczne.
W przypadku obiektów budowlanych zalecanym rozwiązaniem jest zastosowanie poziomego uzio-
mu otokowego.
Nowością wprowadzoną w normie PN-IEC 61024-1 jest podział uziomów stosowanych do celów
ochrony odgromowej na następujące typy:
" typ A , do którego należą uziomy pionowe oraz poziome (promieniowe) dołączone do każdego
z przewodów odprowadzających instalacji piorunochronnej
" typ B, do którego zaliczamy uziomy otokowe, kratowe i fundamentowe.
Uziomy typu A
Uziom typu A składa się z poziomych lub pionowych uziomów dołączonych do każdego z przewo-
dów odprowadzających instalacji piorunochronnej za pomocą zacisków probierczych.
Do tego typu uziomów zaliczany jest również uziom otokowy łączący przewody odprowadzające,
jeśli znajduje się w ziemi na odcinku mniejszym niż 80% całej jego długości. W przypadku urzą-
dzenia piorunochronnego zaleca się stosowanie minimum dwu uziomów typu A (pionowych lub
poziomych).
Dobierając długości uziomów można przyjąć, że uziom pionowy jest w przybliżeniu 2 razy bardziej
efektywny w porównaniu z uziomem poziomym.
Przyjęcie takich założeń powoduje, że tworząc uziom typu A urządzenia piorunochronnego należy
zastosować minimum dwa elementy składowe, a każdy z nich powinien mieć długość równą:
- Lpoz e" L w przypadku uziomu poziomego,
- Lpion e" L/2 w przypadku uziomu pionowego lub nachylonego.
Minimalna długość uziomu L uzależniona jest od rezystywności gruntu oraz przyjętego poziomu
ochrony. Zalecane długości uziomu L przedstawiono na rys. 8.
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
L(m)
80
70 Poziom ochrony I
60
50
40
30
20
Poziom ochrony II + IV
II IV
10
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Õ(&!m)
Rys. 8. Minimalne długości uziomów w zależności od poziomu ochrony I rezystywności gruntu
W przypadku uziomów złożonych składających się z elementów poziomych i pionowych należy
uwzględnić całkowitą długość zastępczą będącą sumą długości poszczególnych elementów składo-
wych elementów.
LC = Lpoz + 2 Lpion e" L
Układ uziomów typu A jest odpowiedni dla urządzenia piorunochronnego wyposażonego w zwody
pionowe lub poziome wysokie lub dla urzÄ…dzenia piorunochronnego izolowanego.
Uziomy typu B
Do uziomu typu B zaliczamy
" uziomy otokowe posiadające na całej swej długości bezpośredni kontakt z gruntem lub wg PN
IEC-61024-1 na długości powyżej 80% (rys. 9.),
" uziomy fundamentowe,
" uziomy kratowe.
połączenie z
przewodem
uziemiajÄ…cym
Szyna
wyrównywania
potencjałów
1m
rura stalowa
uziom
otokowy
Rys. 9. Przykład uziomu typu B
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
W przypadku uziomów otokowego lub fundamentowego należy określić zastępczy promień r po-
wierzchni objętej uziomem i porównać z minimalną długością L. Zasady wyznaczania promienia
zastępczego r przedstawiono na rys. 10.
d1
s1
A1
A2
A1= A2
s2
d2
r
A1
r =
Ä„
Rys. 10. Wyznaczanie promienia zastępczego r
W wyniku porównania otrzymujemy:
" r e" L uziom fundamentowy lub otokowy obiektu jest wystarczajÄ…cy,
" r < L uziom otokowy lub fundamentowy należy uzupełnić dodatkowymi uziomami poziomy-
mi lub pionowymi, z których każdy powinien mieć długość Ldot następującą:
- uziom poziomy Ldot poz = L - r
- uziom pionowy Ldot poz = (L - r)/2
Liczba dodatkowych uziomów poziomych lub pionowych powinna być równa liczbie przewodów
odprowadzających w zewnętrznym urządzeniu piorunochronnym. Liczba ta nie może być mniejsza
od 2. Przykład uzupełnienia uziomu dodatkowymi elementami pionowymi przedstawia rys. 11.
Rys. 11. Uzupełnianie uziomu fun-
damentowego elementa-
mi pionowymi
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Uzyskanie wystarczająco niskiej wartości rezystancji uziemienia często wymaga połączenia ze sobą
kilku pojedynczych uziomów i utworzenia uziomu złożonego.
W takim przypadku, w celu ograniczenia oddziaływania poszczególnych uziomów składowych po-
winny one być umieszczone w odległości ok.1,5 krotnej długości uziomu pionowego.
Po wykonaniu obliczeń i zaprojektowaniu uziomu należy sprawdzić, czy spełnia on wymagania
wynikajÄ…ce z innych funkcji roboczych lub ochronnych.
4. Wyznaczanie wartości rezystancji uziemienia
W obiektach zagrożonych pożarem lub wybuchem wypadkowa wartość rezystancji uziemienia
(mierzona mostkiem do pomiaru uziemień lub metodą techniczną) powinna być możliwie najmniej-
sza i nie przekraczać wartości podanych w tabeli 4.
Tabela 4. Najwyższe dopuszczalne wartości wypadkowej rezystancji uziemienia obiektów zagrożo-
nych pożarem lub wybuchem [&!] (zgodnie z [10])
Grunt podmokły, ba- Wszystkie pośred- Grunty kamie-
Rodzaj uziomów
gienny, próchniczny, nie rodzaje grun- niste i skaliste
torfiasty, gliniasty tów
Uziomy poziome, pionowe i mieszane oraz 10 * (7) 20 * (7) 40* (10)
stopy fundamentowe
Uziomy otokowe oraz Å‚awy fundamentowe 15 * (10) 30 * (10) 50 * (15)
* - obiekty zagrożone pożarem oraz kominy,
( ) - obiekty zagrożone wybuchem.
Przedstawione wartości rezystancji przedstawione w tabeli 36 należy wyznaczyć teoretycznie lub
zmierzyć mostkiem udarowym.
Oczywistym jest fakt, że pomiary wartości rezystancji uziomu można wykonać podczas prac bu-
dowlanych oraz po ich zakończeniu. Wyniki pomiarów powinny zweryfikować wstępne teoretycz-
ne założenia projektowe.
Przed przystąpieniem do wyznaczania wartości rezystancji układu uziomowego należy posiadać in-
formacje o rezystywności gruntu, w którym projektowany uziom będzie umieszczony.
Tworząc system uziomowy należy również uwzględnić wymogi, jakie nakładają na uziom inne za-
lecenia i funkcje, jakie powinien on spełnić.
W przypadku obiektów budowlanych zalecanym rozwiązaniem jest zastosowanie uziomu funda-
mentowego lub poziomego uziomu otokowego [14].
W takim przypadku rezystancję uziomu można wyznaczyć z jednej z zależności podanych w tabe-
lach 5 i 6.
W przypadku prostych uziomów poziomych lub pionowych istnieją również możliwości obliczenia ich
rezystancji, jeśli dostępne są rezystywność gruntu, w którym będzie umieszczony uziom oraz wymiary
geometryczne uziomu oraz sposób jego ułożenia w gruncie.
W tabeli 7 zebrano najczęściej stosowane wzory do określania wartości rezystancji prostych uziomów
pionowych i poziomych.
5. Rezystancje udarowe uziomów
Przedstawione dotychczas wzory określające rezystancje uziemień umożliwiają wyznaczanie tzw.
rezystancji statycznej uziomów. Jest to wartość, której określenie jest wymagane w przepadku
ochrony podstawowej.
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Tabela 5. Zależności określające wartości rezystancji prostych uziomów
Ogólny widok uziomu Zależność
Uziom w kształcie kwadratu
Á 5,53L2
R = ln
2Ä„L hd
h
Á
Á Ä„ a
d
R = ln
L/4
L/4 2
Ä„ a r
widok z boku
L
d
4S
gdzie: ; S = l2 ; l = ;
r =
a =
Ä„ 4 2
L  sumaryczna długość wszystkich elementów układu
widok z góry
S  powierzchnia wyznaczona przez skrajne krawędzie uziomu
0,6 Á
R =
Uziom pierścieniowy
A
2 Á
2 Á
R = , R =
3 D Ä„ D
h
Á Ä„D
D
2r R = (ln )
2
Ä„ D r
2
Á 8D
R = (ln )
2
2Ä„ D rh
Uziom w kształcie prostokąta
Á BL2
R = ln
l1
2 Å"Ä„ Å" L hd
h
Á
B = 5,81 dla l1/l2 = 1,5
d
B = 6,42 dla l1/l2 = 2
l2
widok z boku
B = 8,17 dla l1/l2 = 3
B = 10,4 dla l1/l2 = 4
widok z góry
gdzie: L = 2(l1 + l2)
Á Á
R = 0,443 +
A
L
S
gdzie: L  sumaryczna długość wszystkich przewodów,
S = AB
B
kÁ
R =
S
K = 0,5  0,7,
K = 0,5 dla gęstej sieci wewnętrznych połączeń
Á ëÅ‚ r öÅ‚
R = 0,125 1+ ÷Å‚
ìÅ‚
r 2,5h + r
h r íÅ‚ Å‚Å‚
dla h > 3,2r
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Tabela 6. Zależności określające wartości rezystancji prostych uziomów[P-2]
Ogólny widok uziomu Zależność
Uziom poziomy dwuramienny
Á 2,93 L
R = ln
2Ä„ L hd
h Á L2
Á
L/2
R = ln
2Ä„ L 1,27 hd
gdzie: L  sumaryczna długość wszystkich ele-
widok z boku
mentów układu
Widok z góry
Uziom trójpromieniowy symetryczny
Á 2,152 L
R = ln
2Ä„l 3hd
L/3
h
Á
Á L2
R = ln
2Ä„l 0,767hd
gdzie: L  sumaryczna długość wszystkich ele-
widok z boku
Widok z góry
mentów układu
Uziom czteropromieniowy symetryczny Á 8,45 Å" L2
R = ln
2 Å"Ä„ Å" L hd
L/4
Á L2
h R = ln
Á
2 Å"Ä„ Å" L 0,217 Å" hd
Á L
ëÅ‚ öÅ‚
R = ln + 3,2
ìÅ‚ ÷Å‚
Ä„ L 2 d
íÅ‚ Å‚Å‚
L/4
d
gdzie: L  sumaryczna długość wszystkich ele-
widok z boku
mentów układu
widok z góry
Uziom sześciopromieniowy symetryczny
Á 103 Å" L2
R = ln
2Å"Ä„ Å" L 9,42Å"hd
Á
L/6
h
gdzie: L  sumaryczna długość wszystkich ele-
mentów układu
L/6
d
widok z boku
widok z góry
Uziom ośmiopromieniowy symetryczny
Á 104 Å" L2
R = ln
2Å"Ä„ Å" L 2,69Å"hd
L/8 Á
h
gdzie: L  sumaryczna długość wszystkich ele-
mentów układu
L/8
d
widok z boku
widok z góry
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Tabela 7. Zależności określające wartości rezystancji prostych uziomów
Ogólny widok uziomu Zależność
Á 4 L
R = ln
2Ä„ L d
Á L
L
R = ln
2Ä„ L r
Á
Á 8 L
R = (ln - 1)
2Ä„L d
d Á 3 L
R = 0 ,366 ln
L d
Á 2L 4h + 3l
h
R = ln
2Ä„L d 4h + l
Á
Á 4L 2h + L
R = ln Å"
L
2Ä„L 1.36 d 4h + L
0,84 Á
R =
L
d
dla L=2...20m i głębokości h=0,8m
Á L2
R = ln
2Ä„ L dh
Á L
dla h > 0,5m
R = ln
Ä„ L r
h
Á L2
Ld
R = ln
2Ä„ L 1.85 hd
Á
1,8 Á
R = dla L= 10...20m i h=0,8m
L
Á 2 L
R = ln
Ä„ L d
0 ,2 Á
Uziom fundamentowy R H"
3
V
Á
R H"
3
Ä„ 1,57 V
zbrojenie
Á
widok z góry
R H"
widok z boku
3
2Ä„ 0,8 V
gdzie V  objętość uziomu
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
W przypadku projektowania ochrony obostrzonej lub specjalnej możliwe jest wyznaczanie rezy-
stancji uziomu przy pomocy zależności określających rezystancję statyczną, ale długość oblicze-
niowa nie może przekraczać 35m dla rezystywności gruntu < 500 &!m i 60m dla rezystancji więk-
szej niż 500 &!m.
W rozległym układzie uziomowym, w którym płyną prądy piorunowe o krótkich czasów narastania
czoła, zaczynają dominować zjawiska falowe i tylko ograniczona część uziomu bierze udział w od-
prowadzaniu prądu piorunowego. W takich warunkach wyznaczając rezystancję układu uziomowe-
go, należy postępować analogicznie jak w przypadku analizy linii długich.
Ta część uziomu, która odprowadza prąd piorunowy nazywana jest użyteczną (graniczną lub efek-
tywną) długością uziomu le
W tabeli 8 zestawiono uproszczone zależności umożliwiające określenie rezystancji udarowej z
uwzględnieniem zjawisk falowych dla typowych uziomów pionowych i poziomych.
Tabeli 8. Zestawienie wzorów do obliczeń rezystancji udarowej z uwzględnieniem zjawisk falowych
[28,29]
Rodzaj uziomu Wzory
1
Ru1 =
G Å"le
L
6,28 1
Á
le = 0,9 T1 Å" Á
;
G = Å"
L
Á
ln
r
2r
1
Ru1 =
h
G Å"le
L 2r
3,14 1
; le = 1,3 T1 Å" Á
G = Å"
Á
L
Á
ln
r
gdzie:
le  dÅ‚ugość efektywna uziomu, G  konduktywność uziomu, T1  czas czoÅ‚a prÄ…du piorunowego [µs].
W tabeli 9 przedstawiono porównanie statycznych wartości rezystancji uziomu w ich wartościami
dynamicznymi, które wyznaczono wykorzystując zależności przedstawione w tabeli 43.
Tabela 9. Rezystancje uziomów z uwzględnieniem zjawisk falowych
Uziom pionowy Uziom poziomy
Á= 100&!m, d= 0,01m Á= 100&!m, d= 0,01m
L = 5m L = 10m L = 10m L = 20m
Czas trwania czoła prądu
Rezystancja statyczna
piorunowego
24,19&! 12,09&! 24,19&! 13,21&!
Rezystancja dynamiczna
T = 10µs 21,99&! 12,10&! 24,21&! 13,21&!
T = 0,25µs 24,07&! 24,07&! 35,13&! 35,13&!
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Obliczenia przeprowadzono dla uziomów pionowych i poziomych o długościach odpowiednio 5m,
10m i 10m i 20m oraz prÄ…dów piorunowych o czasach narastania czoÅ‚a 0,25µs i 10µs.
W analizowanych przykładach zjawiska falowe uwidaczniają się dla uziomów długich, w których
pÅ‚ynÄ… prÄ…du o czasach narastania czoÅ‚a 0,25µs. W takich przypadkach nastÄ™puje wzrost wartoÅ›ci re-
zystancji uziomu.
Przy przepływie w uziomach prądów piorunowych o dużych wartościach szczytowych zachodzą
również zjawiska zmniejszające wartości rezystancji uziomu. Jest to wywołane występowaniem
wyładowań elektrycznych w gruncie, które tworzą zjonizowaną strefę dookoła uziomu i pozornie
zwiększają jego wymiary oraz zmniejszają rezystancję.
Porównanie wartości rezystancji uziomu przy występowaniu wyładowań elektrycznych z jego war-
tością statyczną można przedstawić w uproszczonej formie:
Ru = k Rstat
gdzie: k  współczynnik uwzględniający zjawiska wyładowań elektrycznych w gruncie.
Wartość współczynnika k uzależniona jest od rezystywności gruntu, wartości szczytowej prądu pio-
runowego, od wymiarów geometrycznych uziomów oraz od krytycznej wartości natężenia pola
elektrycznego w gruncie (tabela 10).
Tablica 10. Zestawienie wzorów do obliczeń rezystancji udarowej z uwzględnieniem zjawisk wyłado-
wań elektrycznych w gruncie[28, 29]
Rodzaj uziomu Wzory
Ru1 = k Å" Rstat
L
2Ä„ L2 E
ln
Á
imax Á
k =
L
ln
2r
r
Ru1 = k Å" Rstat
h
2
L 2r
Ä„ L E
ln
Á
imax Á
k =
L
ln
r
gdzie: E  krytyczna wartość natężenia przebicia gruntu,
imax - maksymalna wartość prądu piorunowego wpływającego do uziomu
Wykorzystując zależności przedstawione w tabeli 45 wyznaczono wartości rezystancji uziomów dla
prądów udarowych o wartościach szczytowych 10 kA, 20 kA i 200 kA (tabela 10.)
LITERATURA
Normy
[1] IEC 61312-4:Ed.1, 2005, Protection against lightning electromagnetic impulse. Part 4: Protec-
tion of equipment in existing structures.
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
Tabela 11. Rezystancje uziomów z uwzględnieniem zjawisk wielkoprądowych
Uziom pionowy Uziom poziomy
Á= 100&!m, d= 0,01m Á= 100&!m, d= 0,01m
L = 5m L = 10m L = 10m L = 20m
Wartość szczytowa prądu pio-
Rezystancja statyczna
runowego
21,99&! 12,09&! 24,19&! 13,20&!
Rezystancja dynamiczna
i = 10 kA
16,09&! 10,25&! 18,36&! 11,36&!
i = 20 kA
13,89&! 9,15&! 16,09&! 10,25&!
i = 200 kA
6,56&! 5,49&! 8,77&! 6,59&!
[2] IEC 61312-5:2002, Protection against lightning electromagnetic impulse. Part 5. Guide.
[3] IEC 62305-1, Protection against lightning - Part 1: General principles.
[4] IEC 62305-2, Protection against lightning - Part 2: Risk management.
[5] IEC 62305-3, Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structure and life hazard.
[6] IEC 62305-4, Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within
structure.
[7] IEC 62305-5, Protection against lightning - Part 5 : Service.
[8] ITU-T Recommendation K.27. (05/96) Bonding configurations and earthing inside a telecom-
munication building.
[9] PN-86/E-05003/01: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Wymagania ogólne.
[10] PN-89/E-05003/03 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona obostrzona
[11] PN-92/E-05003/04: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona specjalna.
[12] PN-EN 50164-2:2003(U) Elementy urządzenia piorunochronnego (LPS). Część 2: Wymagania
dotyczące przewodów i uziomów
[13] PN-IEC 60364-5-54:1999, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż
wyposażenia elektrycznego. Uziemianie i przewody uziemiające.
[14] PN-IEC 61024-1:2001, Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne (oraz Po-
prawka PN-IEC 61024-1:2001/Ap1:2002).
[15] PN-IEC 61024-1-1:2001, Ochrona odgromowa obiektów budowanych. Zasady ogólne. Wybór
poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych (oraz Poprawka PN-IEC 61024-1-
1:2001/Ap1:2002).
[16] PN-IEC 61024-1-2:2002,Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Prze-
wodnik B  Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych.
[17] PN-IEC 61312-1:2001, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Zasady
ogólne.
[18] PN-T-45000-3:1998, Uziemienia i wyrównywanie potencjałów w obiektach telekomunikacji
radiofonii i telewizji. Wymagania i badania. Systemy uziemiajÄ…ce w obiektach radiofonii i tele-
wizji.
[19] PN-IEC/TS 61312-2:2003, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym
(LEMP). Część 2. Ekranowanie obiektów, połączenia wewnątrz obiektów i uziemienia
[20] PN-EN 62305-1:2006, Ochrona odgromowa  Część 1. Wymagania ogólne.
A. Sowa Uziomy w ochronie odgromowej obiektów budowlanych
[21] PN-EN 62305-4:2006, Ochrona odgromowa  Część 4. Urządzenia elektryczne i elektroniczne
w obiektach budowlanych.
[22] ZN-95 TP S.A.-037/T: Telekomunikacyjne sieci miejscowe. Systemy uziemiania obiektów te-
lekomunikacyjnych. Wymagania i badania.
Publikacje
[23] Block R.R.: The  Grounds for Lightning and EMP Protection. Second Edition 1993.
[24] Flisowski Z.: Trendy rozwojowe ochrony odgromowej budowli. Część 1. Wyładowania pioru-
nowe jako z
ródło zagrożenia. Warszawa 1986.
[25] Flisowski Z.: Analiza zagrożenia piorunowego obiektów budowlanych. Wydawnictwa Poli-
techniki Warszawskiej, Warszawa 1980.
[26] Geri A.; Practical Design Criteria of Grounding Systems under Surge Conditions; 25th ICLP,
Rhodes, Greece, 2000.
[27] Hampe E.A., Trommer W.: Blitzschutzanlagen. Planen, Bauen, Prüfen. Huthing 1997.
[28] Hasse P., Wiesinger J.: Handbuch für Blitzschutz und Erdung. Richard Pflaum Verlag GmbH
& Co. KG, Munchen 1998
[29] Hasse P.: Overvoltage protection of low voltage systems. 2nd Edition. IEE Power and Energy
Series.
[30] Jabłoński W., Lejdy B., Lenartowicz R.: Uziemienia, uziomy, połączenia wyrównawcze. Wska-
zówki do projektowania i montażu. COBR Elektromantaż, Warszawa 2000.
[31] Kiefer G.: VDE 0100 und die Praxis. Wegweise für Anfänger und Profis. VDE-Verlag GMBH.
Berlin und Offenbach 1997. Kiefer G.: VDE 0100 und die Praxis. Wegweise für Anfänger und
Profis. VDE-Verlag GMBH. Berlin und Offenbach 1997.
[32] A
oboda M.: Uziemienia w urządzeniach wysokiego napięcia. Wydawnictwo Politechniki War-
szawskiej 1990
[33] Pigler F.: EMV und Blitzschutz Leittechnischer Anlagen. Siemens Aktiengesellschaft 1990.
[34] Praca zbiorowa. Poradnik Inżyniera Elektryka. Tom 1. 1999,
[35] Sowa A., Ograniczanie przepięć w instalacji elektrycznej. Zeszyt 8. Podręcznik INPE dla elek-
tryków. INPE grudzień 2005.
[36] Sowa A.: Kompleksowa ochrona odgromowa i przepięciowa. Biblioteka COSiW SEP Warsza-
wa 2005.
[37] Szpor St. :Ochrona odgromowa . Tom 3. Piorunochrony. WNT 1978.,
[38] Szpor St., Samuła J.: Ochrona odgromowa. Tom 1. Wiadomości podstawowe. WNT Warszawa
1983.
[39] Überspannungsschutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B. Richtlinie für den Einsatz in
Hauptstromversorgungssystemen. VWEW 1998.
[40] Wołkowiński K. :Uziemienia Urządzeń Elektroenergetycznych. WNT Warszawa 1967
[41] Materiały informacyjne firmy DEHN
[42] Verband Deutscher Blitzschutzfirmen