Budniok TechnikaUziemienie fundamentowe w budownictwie jednorodzinnym
Autor: Kamil Błażyca, Inżynier produktu
Inwestor, realizując proces budowy swojego wymarzonego domu, pragnie bezpiecznej i spójnej pracy wszystkich elementów obiektu. Nie jest to możliwe bez prawidłowego działania uziemienia, którego celem jest zarówno zapewnienie niezawodnego działania instalacji elektrycznej (uziemienie funkcjonalne), ochrona życia ludzkiego przed porażeniem (uziemienie ochronne) jak i odprowadzenie i rozproszenie w gruncie prądu piorunowego (uziemienie odgromowe).
Analizując wytyczne dotyczące systemów uziemieniowych należy kierować się normami: PN-EN 62305 (wieloarkuszowa), PN-EN 62561 (wieloarkuszowa) i PN-HD 60364-5-54:2011. Całość przepisów daje pełną wiedzę na temat projektowania, doboru i montażu uziemień wszystkich funkcji.
Opierając się na zapisach normy PN-EN 62305-3 wyodrębnimy dwa typy układów uziomowych:
- Typ A obejmujący uziomy m.in. pionowe (prętowe),
- Typ B obejmujący uziomy m.in. otokowe i fundamentowe.
W niniejszym artykule porównamy ze sobą uziomy: fundamentowy, otokowy i pionowy (prętowy). Skupimy się na zagadnieniach najistotniejszych dla Inwestora – wskażemy różnice wraz z kosztami materiału i robocizny. Z uwagi na fakt, że o skuteczności systemu uziemienia decyduje jego rezystancja – wyliczymy szacunkową rezystancję systemu uziemiającego.
Do wyceny i wyliczeń przyjęto budynek mieszkalny jednorodzinny parterowy niepodpiwniczony o podstawie na bazie prostokąta o wymiarach 10 x 17 m z izolacją na ławach fundamentowych. Założono klasę IV i grunt jednorodny o rezystywności = 350 Ωm. Do obliczeń wykorzystano wzory opracowane przez profesora Wołkowińskiego i opublikowane w rozdziale 9 podręcznika pt. „Uziemienia Urządzeń Elektroenergetycznych”.
Zaproponowano materiały na podstawie tablic 5, 6 i 7 normy branżowej PN-EN 62305-3. Wybrane materiały wraz z objaśnieniem wskazano w poniższej tabeli.
| Materiał | Element | Typ | Średnica/ przekrój minimalny | Korozja zwiększona przez | Odporność |
| Stal goła | Uziom (tylko fundamentowy) | Lita okrągła | 10 mm | – | – |
| Lita taśma | 75 mm2 (25×3 mm) |
||||
| Stal ocynkowana ogniowo | Uziom | Lita okrągła | 10 mm | Duża zawartość chlorków | Do przyjęcia w powietrzu, betonie i łagodnym gruncie |
| Lita taśma | 90 mm2 (25×4 mm) |
||||
| Przewód uziemiający | Lita okrągła | 8 mm | |||
| Lita taśma | 50 mm2 (25×2 mm) |
||||
| Stal miedziowana | Uziom | Lita okrągła | 8 mm | Związki siarki | Dobra w wielu środowiskach |
| Lita taśma | 90 mm2 (25×4 mm) |
||||
| Przewód uziemiający | Lita okrągła | 8 mm | |||
| Lita taśma | 50 mm2 (25×2 mm) |
||||
| Stal nierdzewna | Uziom | Lita okrągła | 10 mm | Duża zawartość chlorków | Dobra w wielu środowiskach |
| Lita taśma | 100 mm2 (25×4 mm) |
||||
| Przewód uziemiający | Lita okrągła | 8 mm | |||
| Lita taśma | 50 mm2 (25×2 mm) |
Tab. 1 Zestawienie wybranych materiałów na uziemienie
Uziom fundamentowy
Typ uziomu, w którym wykorzystuje się istniejące zbrojenie fundamentów przy zachowaniu odpowiedniego sposobu łączenia prętów zbrojenia gwarantującego ciągłość galwaniczną – np. spawania (uziom fundamentowy naturalny) lub wprowadza do fundamentu dodatkowy przewodnik – drut lub bednarkę (uziom fundamentowy sztuczny).
Podstawy merytoryczne do stosowania tego typu uziemienia znajdziemy w Rozporządzeniu 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 z późniejszymi zmianami).
W paragrafie 184 w punkcie 1 znajdziemy następujący zapis: „jako uziomy instalacji elektrycznej należy wykorzystywać metalowe konstrukcje budynków, zbrojenia fundamentów oraz inne metalowe elementy umieszczone w niezbrojonych fundamentach stanowiące sztuczny uziom fundamentowy”. Wytyczne szczegółowe znajdziemy w normach branżowych m.in. w PN-EN 62305-3 w punkcie E.4.3.9.
Ogromną zaletą tego typu uziemienia jest trwałość równa trwałości zrealizowanych fundamentów, mała i stabilna w czasie rezystancji uziemienia, małe koszty robocizny i możliwość wykorzystania wykopów wykonanych na potrzeby robót fundamentowych. Na tym etapie konieczna jest obecność elektryka, który sprawdzi poprawność wykonanych prac przed zalaniem zbrojenia mieszanką betonową.
Rys. 1 Uziom fundamentowy sztuczny – szkic ideowy
Koszty materiału zależą od rodzaju wybranego typu – uziom naturalny wykorzystuje istniejące zbrojenie i wymusza zakup tylko i wyłącznie przewodów uziemiających wychodzących z fundamentów (lub w wersji „deluxe” punktów stałych uziemienia). Na koszty robocizny składa się połączenie prętów np. poprzez spawanie.
Uziom sztuczny wiąże się z koniecznością zakupu przewodnika głównego (drutu lub bednarki) i elementów dystansujących w przypadku, gdy montaż odbywa się w warstwie chudego betonu lub uchwytów do zbrojenia, gdy montujemy przewodnik do strzemion zbrojenia.
| Zestawienie materiałów | |||
| Uziom fundamentowy sztuczny | |||
| Założenia wyjściowe | |||
| Budynek parterowy o podstawie prostokątnej o wymiarach 17 x 10 m; posadowienie fundamentów na głębokości 1 m; dwa przewody odprowadzające do instalacji odgromowej i jeden do GSU (głównej szyny uziemiającej) | |||
| Lp. | Produkt przykładowy | Ilość orientacyjna, jednostka | Symbol produktu |
| 1. | Bednarka goła lub ocynkowana 25×4 mm (przewodnik główny) | 60 m | BU254 lub BU254FEZN |
| 2. | Bednarka kwasoodporna 30×3,5 mm (wyjście z fundamentu + wyprowadzenie do GSU i do złączy kontrolnych instalacji odgromowej) |
3 x 3 mb | BU3035SSA4 |
| 3. | Złącze krzyżowe, jednośrubowe, uniwersalne, drut/bednarka – pręt zbrojeniowy | 26 sztuk | SKTZFEZN |
| 4. | Złącze krzyżowe, bednarka-bednarka | 3 sztuki | SR2BFEZN |
| 5. | Uchwyt do ściany | 4 sztuki | PV44 |
| 6. | Złącze kontrolne | 2 sztuki | SR3BFEZN |
| 7. | Smar grafitowy | 1 sztuka | PSPGR40 |
| Prace ziemne | Nie | ||
| Uziom fundamentowy naturalny | |||
| Założenia wyjściowe | |||
| Budynek parterowy o podstawie prostokątnej o wymiarach 17 x 10 m; posadowienie fundamentów na głębokości 1 m; dwa przewody odprowadzające do instalacji odgromowej i jeden do GSU (głównej szyny uziemiającej) | |||
| Lp. | Produkt przykładowy | Ilość orientacyjna, jednostka | Symbol produktu |
| 1. | Bednarka kwasoodporna 30×3,5 mm (wyjście z fundamentu + wyprowadzenie do GSU i do złączy kontrolnych instalacji odgromowej) |
3 x 3 mb | BU3035SSA2 |
| 2. | Złącze krzyżowe, bednarka-bednarka | 3 sztuki | SR2BFEZN |
| 3. | Uchwyt do ściany | 4 sztuki | PV44 |
| 4. | Złącze kontrolne | 2 sztuki | SR3BFEZN |
| 5. | Smar grafitowy | 1 sztuka | PSPGR40 |
| Prace ziemne | Nie | ||
Tab. 2 Zestawienie materiałów na uziom fundamentowy naturalny i sztuczny
Obliczenia rezystancji systemu
Przyjęto uziom ułożony w ławie fundamentowej na głębokości 1 m i o wymiarach 17 x 10 m.
Rezystancja systemu = 12,58 Ω.
Uziom otokowy
Typ uziomu ułożony na zewnątrz obiektu i tworzący zamknięty układ. Wykonany najczęściej
z taśmy/płaskownika/bednarki stalowej zakopanej na głębokości min. 0,7 m w odległości 1 m od lica ścian fundamentowych. Dla stabilnej i niezmiennej pracy systemu sugeruje się montaż instalacji poniżej poziomu przemarzania gruntu (mapa dostępna w normie PN-81/B-03020).
Elementy stalowe pokrywane są powłoką ochronną składającą się z cynku nakładanego ogniowo lub miedzi. Zasadniczą różnicą między elementami ocynkowanymi, a miedziowanymi jest trwałość – powłoka cynku (min. 70 µm) zapewnia ochronę na max 12-15 lat, a miedzi (min. 70 µm) na ok. 20-22 lat (wg badań prowadzonych w ramach NEGRP – „The National Electrical Grounding Research Project”). Dlatego dla najpopularniejszych aktualnie bednarek cynkowanych ogniowo wątpliwą alternatywną staje się droższa bednarka miedziowana powłoką 70 µm. Niekwestionowaną przewagą bednarki miedziowanej nad ocynkowaną ogniowo jest jej trwałość w wielu niekorzystnych środowiskach. Być może punktem wspólnym mogłoby być zastosowanie drutu miedziowanego warstwą min. 250 µm. Otrzymany produkt posiada zalety powłoki miedzianej (odporność) i trwałość (wg badań prowadzonych w ramach NEGRP).
Największą zaletą tego typu uziemienia jest możliwość wykonania w każdym momencie „życia” obiektu.
Rys. 2 Uziom otokowy – szkic ideowy
Koszty materiału są niezmienne niezależnie od momentu i technologii wykonania systemu. Co innego koszty wykonania, które są mocno uzależnione od momentu montażu. Niższe koszty poniesiemy, gdy dokonamy montażu przed zasypaniem fundamentów – wykorzystamy częściowo wykonane już wcześniej prace ziemne. W wykopie rozwijamy przewodnik po obwodzie obiektu. Miejsce połączenia z przewodami odprowadzającymi do instalacji odgromowej łączymy złączami krzyżowymi
i zabezpieczamy taśmą antykorozyjną typu Denso.
| Zestawienie materiałów | |||
| Założenia wyjściowe | |||
| Budynek parterowy o podstawie prostokątnej o wymiarach 17 x 10 m; posadowienie fundamentów na głębokości 1 m; dwa przewody odprowadzające do instalacji odgromowej; odsunięcie od lica ściany na 1 m i zagłębienie na 1 m | |||
| Lp. | Produkt przykładowy | Ilość orientacyjna, jednostka | Symbol produktu |
| 1. | Bednarka ocynkowana 25×4 mm (przewodnik główny) | 70 m | BU254FEZN |
| 2. | Bednarka ocynkowana 25×4 mm (do złączy kontrolnych instalacji odgromowej i do GSU) | 2 x 3 mb | BU254FEZN |
| 3. | Złącze krzyżowe, bednarka-bednarka | 2 sztuki | SR2BFEZN |
| 4. | Uchwyt do ściany | 4 sztuki | PV44 |
| 5. | Złącze kontrolne | 2 sztuki | SR3BFEZN |
| 6. | Taśma antykorozyjna typu Denso | 1 sztuka | PTAA05010Z |
| 7. | Smar grafitowy | 1 sztuka | PSPGR40 |
| Prace ziemne | Tak | ||
| Założenia wyjściowe – prace wykonywane z wykorzystaniem koparki z operatorem (8 h pracy) | |||
| Zdjęcie humusu na głębokość 10 cm + wykop z wykorzystaniem koparki o przekroju trapezowym o wymiarach 30/50 cm na głębokości 90 cm + obsypanie pospółką (piasek + żwir) w warstwach po 20 cm. |
|||
| 1. | Zdjęcie humusu gr. 10 cm | ~6 m3 | |
| 2. | Wykop | ~28 m3 | |
| 3. | Zasypywanie warstwami gr. 20 cm + zagęszczanie | ~22 m3 | |
Tab. 3 Zestawienie materiałów na uziom otokowy
Obliczenia rezystancji systemu
Przyjęto uziom z bednarki 25×4 mm ułożony na głębokości t=1 m i o łącznej długości 62 m.
Rezystancja systemu = 38,58 Ω.
Z uwagi na zmiany warunków gruntowych wskazana wartość rezystancji może zmieniać się
w zależności od pory roku i warunków pogodowych.
Uziom pionowy – prętowy
Typ uziomu ułożony na zewnątrz obiektu w sposób punktowy. Zgodnie z normą nie można stosować mniejszej ilości przewodów odprowadzających niż 2. Wykonany najczęściej z prętów wtykanych bolec-grot lub skręcanych w odległości 1 m od lica ścian zewnętrznych. Zaletą tego typu uziemienia jest możliwość wykonania w każdym momencie „życia” obiektu, minimalizacja ilości prac ziemnych (co jest szczególne ważne przy istniejących obiektach).
Rys. 3 Uziom pionowy – prętowy – szkic ideowy
Koszty materiału nie zmieniają się niezależnie od momentu i technologii wykonania systemu. Prace ziemne ograniczają się tylko do miejsc prowadzenia przewodnika, który połączy przewody odprowadzające instalacji odgromowej z prętami uziomowymi. Miejsce połączenia łączymy złączami krzyżowymi i zabezpieczamy taśmą antykorozyjną typu Denso.
| Zestawienie materiałów | |||
| Założenia wyjściowe | |||
| Budynek parterowy o podstawie prostokątnej o wymiarach 17 x 10 m; posadowienie fundamentów na głębokości 1 m; dwa przewody odprowadzające do instalacji odgromowej; odsunięcie od lica ściany na 1 m; zagłębienie uziomów na 3 m | |||
| Lp. | Produkt przykładowy | Ilość orientacyjna, jednostka | Symbol produktu |
| 1. | Pręt ocynkowany fi=16 mm, długości 1,5 m | 4 sztuki | P 158700FEZN |
| 2. | Bednarka ocynkowana 25×4 mm (do złączy kontrolnych instalacji odgromowej i do GSU) | 2 x 3 mb | BU254FEZN |
| 3. | Złącze krzyżowe, bednarka-pręt uziomowy | 3 sztuki | SJ1P16FEZNM8 |
| 4. | Uchwyt do ściany | 4 sztuki | PV44 |
| 5. | Złącze kontrolne | 2 sztuki | SR3BFEZN |
| 6. | Taśma antykorozyjna typu Denso | 1 sztuka | PTAA05010Z |
| 7. | Smar grafitowy | 1 sztuka | PSPGR40 |
| Prace ziemne | Tak | ||
| Założenia wyjściowe – prace wykonywane ręcznie | |||
| Zdjęcie humusu na głębokość 10 cm + wykop ręczny o przekroju trapezowym o wymiarach 30/50 cm na głębokości 90 cm + obsypanie pospółką (piasek + żwir) w warstwach po 20 cm. | |||
| 1. | Zdjęcie humusu gr. 10 cm | ~0,1 m3 | |
| 2. | Wykop ręczny | ~0,9 m3 | |
| 3. | Zasypywanie warstwami gr. 20 cm + zagęszczanie | ~0,8 m3 | |
Tab. 4 Zestawienie materiałów na uziom pionowy – prętowy
Obliczenia rezystancji systemu
Do obliczeń wykorzystano wzór na rezystancję uziomu pionowego pojedynczego długości l=3 m i wykorzystania dwóch (n=2) uziomów w układzie złożonym.
Rezystancja systemu = 51,04 Ω.
Podsumowanie
Porównania każdego z systemów dokonano w formie tabelarycznej poniżej. Ceny robocizny z zakresu prac ziemnych wzięto ze strony www.kb.pl [dostęp 14.10.2019 r.]
| Zagadnienie | Rodzaj uziomu | |||
| fundamentowy naturalny | fundamentowy sztuczny | otokowy | pionowy – prętowy | |
| Kiedy dokonujemy montażu? | Przed zalaniem fundamentu lub warstwy tzw. chudego betonu | W każdej chwili | ||
| Czy są konieczne dodatkowe prace ziemne? | Nie, wykorzystujemy istniejące wykopy dedykowane fundamentom | Tak, konieczne jest poszerzenie lub wykonanie nowych wykopów | Tak, konieczne jest wykonanie wykopów na przewodnik łączący pręty z przewodem odprowadzającym |
|
| Kto może wykonać uziom? | Przy zachowaniu kilku podstawowych zasad – każdy np. zbrojarz przy okazji realizacji fundamentów | Przy zachowaniu kilku podstawowych zasad – każdy | ||
| Czy jest konieczne sprawdzenie wykonanego uziemienia? | Tak, przez elektryka z minimalnymi uprawnieniami SEP E (eksploatacja) do 1000 V z wpisem o możliwości wykonywania pomiarów na niskim napięciu | |||
| Jaka jest skuteczność systemu? (szacowana rezystancja) | 12,58 Ω | 38,58 Ω | 51,04 Ω | |
| Jaka jest trwałość systemu? | Równa trwałości fundamentu obiektu > 50 lat |
W świetle przyjętych założeń – stal ocynkowana – max 15 lat |
||
| Jaki jest orientacyjny koszt materiału przy założonej trwałości? | 679,60 zł | 1698,50 zł | 1125,92 zł | 402,27 zł |
| Jaki jest orientacyjny koszt materiału i prac ziemnych przy założonej trwałości? |
679,60 zł | 1698,50 zł | 2189,23 zł | 951,09 zł |
| Jaki jest orientacyjny koszt materiału i prac ziemnych przy trwałości min. 30 lat? |
679,60 zł | 1698,50 zł | 4 378,46 zł | 1 902,18 zł |
| Jaki jest orientacyjny koszt materiału i prac ziemnych w przeliczeniu na rok przy trwałości min. 30 lat? |
22,65 zł/ rok | 56,62 zł/ rok | 145,95 zł/ rok | 63,41 zł/ rok |
Ceny brutto.
Uziom fundamentowy (zarówno naturalny jak i sztuczny) wykazuje konkretne przewagi nad innymi typami systemów uziomowych stosowanych na rynku. Jest trwały (równy trwałości fundamentów), tani (nie wymaga wykonania dodatkowych robót ziemnych) i skuteczny (obliczeniowo o najniższej rezystancji). Zaletą uziomu fundamentowego nieosiągalną innymi technologiami jest wyrównanie ekwipotencjalne całości obszaru znajdującego się pod obiektem.
Dlaczego uziom fundamentowy jest wykonywany tak rzadko? W przeważającej części przypadków wynika to z braku jakichkolwiek zapisów w projekcie budowlanym. Niestety ze względu na swoją specyfikę nie ma możliwości wykonania go w dowolnym momencie inwestycji. Jeżeli dokonano zalania zbrojenia mieszanką betonową to pozostaje nam tylko i wyłącznie zastosowanie pozostałych rozwiązań. Koszt wykonania każdego innego rozwiązania będzie wyższy niż koszt uziemienia fundamentowego. Zaś niezaprzeczalną zaletą uziomów sztucznych „pozafundamentowych” jest możliwość ich instalacji w każdym momencie cyklu życia obiektu.
Uziom fundamentowy (zarówno naturalny jak i sztuczny) z uwagi na swoje zalety stanowi najlepsze rozwiązanie spośród wszystkich dostępnych na rynku rodzajów uziemień pod warunkiem zachowania kilku podstawowych wytycznych montażowych.
Firma Budniok Technika Sp. z o.o. wprowadziła gotowe zestawy materiałowe dedykowane do samodzielnego wykonania uziomu fundamentowego sztucznego. Więcej informacji dostępnych pod poniższymi linkami:
https://budniok.com.pl/sklep/uziom-fundamentowy-1-chudziak/
https://budniok.com.pl/sklep/uziom-fundamentowy-2-zbrojenie/
https://budniok.com.pl/sklep/uziom-fundamentowy-3-wyjscie-fezn/
Istnieje możliwość doboru niezbędnych elementów indywidualnie po przesłaniu dokumentacji projektowej!
W ramach kompleksowego podejścia do tematu uziemień w sprzedaży posiadamy również rozwiązania uziomów: otokowego i pionowego – prętowego.
https://budniok.com.pl/sklep/uziom-6m-komplet-uziemiajacy-uchwyt/
https://budniok.com.pl/sklep/uziom-6m-komplet-uziemiajacy-miedziowany-osprzet/
W razie pytań zapraszamy do kontaktu pod poniższym linku.
LITERATURA:
- 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 z późniejszymi zmianami).
- PN-HD 60364-5-54: 2011 Instalacje elektryczne niskiego napięcia — Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego — Układy uziemiające i przewody ochronne.
- PN-EN 62305-3:2011 Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenia życia.
- Wołkowiński K. Uziemienia urządzeń elektroenergetycznych. WNT, Warszawa, 1967.
- Musiał E. Uziomy fundamentowe i parafundamentowe; [dostęp 07.04.2021] http://edwardmusial.info/pliki/uziomy_fundamentowe.pdf
- kb.pl [dostęp 14.04.2021 r.].