Uziemienie 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
Zagadnienie	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.].

Powrót