Uziemienie instalacji elektrycznej to zabieg techniczny polegający na połączeniu przewodzących części instalacji z ziemią, tak aby w przypadku zwarcia lub przepięcia prąd miał drogę o niskiej impedancji do gruntu. Celem takiego rozwiązania jest ochrona życia ludzkiego przed porażeniem elektrycznym, zapobieganie pożarom spowodowanym iskrzeniem oraz zabezpieczenie urządzeń przed uszkodzeniami. Dodatkowo uziemienie stabilizuje napięcie w sieci, co jest szczególnie ważne dla precyzyjnych urządzeń elektronicznych i automatyki.
Instalacja uziemiająca jest obowiązkowym elementem każdego nowego obiektu mieszkalnego, usługowego czy przemysłowego. Wymagana jest zarówno przez prawo budowlane, jak i normy elektryczne, w tym przede wszystkim normę PN-HD 60364, która reguluje zasady projektowania i wykonania instalacji elektrycznych w budynkach. W Polsce obowiązują również normy ochrony przeciwporażeniowej, które szczegółowo określają typy i sposoby realizacji uziemień w zależności od rodzaju sieci (TN-C, TN-S, TT, IT). Należy przy tym pamiętać, że uziemienie to nie tylko pręt wbity w ziemię – to cały układ, w którym każdy element musi być wykonany i połączony z należytą starannością.
Jakie są rodzaje uziemień i gdzie się je stosuje
W praktyce stosuje się kilka typów uziemień, a ich wybór zależy od rodzaju obiektu, typu sieci i lokalnych warunków gruntowych. Do najczęściej spotykanych należy uziemienie ochronne, którego głównym zadaniem jest ochrona osób przed porażeniem elektrycznym. W takim uziemieniu obudowy urządzeń są połączone z przewodem ochronnym (PE), a ten dalej z uziomem. Drugim ważnym typem jest uziemienie funkcjonalne, które odpowiada za stabilizację potencjału punktu neutralnego transformatora i zapewnia właściwe działanie urządzeń pomiarowych oraz automatyki. Czasami wykonuje się również uziemienia odgromowe, czyli takie, które chronią instalację przed skutkami wyładowań atmosferycznych.
W budynkach mieszkalnych najczęściej stosuje się system TN-S lub TN-C-S, gdzie przewód neutralny i ochronny są prowadzone osobno lub rozdzielane w odpowiednim punkcie. W obiektach przemysłowych spotyka się czasem systemy TT lub IT, które wymagają osobnych uziemień i odmiennych zabezpieczeń różnicowoprądowych. W każdym z tych przypadków dobór właściwego rodzaju uziemienia musi być dokonany przez osobę posiadającą odpowiednie kwalifikacje SEP (Stowarzyszenia Elektryków Polskich) oraz na podstawie obliczeń rezystancji gruntu i natężenia spodziewanych prądów zwarciowych.
Jakie materiały wykorzystać do wykonania uziemienia
Dobór materiałów do uziemienia ma kluczowe znaczenie dla trwałości i skuteczności całego układu. Najczęściej stosowanym elementem jest uziom, czyli element metalowy mający bezpośredni kontakt z gruntem. Może to być pręt stalowy ocynkowany ogniowo, pręt miedziany lub taśma stalowa ocynkowana. Coraz częściej wykorzystuje się też uziomy pomiedziowane, które łączą trwałość stali z odpornością na korozję miedzi. Standardowy uziom pionowy ma długość od 1,5 do 3 metrów, ale można je łączyć, aby osiągnąć głębokość nawet kilkunastu metrów w przypadku słabych warunków gruntowych.
Ważnym elementem instalacji uziemiającej są również połączenia między poszczególnymi uziomami – realizuje się je taśmami stalowymi ocynkowanymi lub drutami miedzianymi o odpowiednim przekroju. Wszystkie połączenia powinny być wykonane metodą spawania lub przy użyciu zacisków śrubowych odpornych na warunki atmosferyczne. W przypadku budynków jednorodzinnych popularnym rozwiązaniem jest również wykorzystanie fundamentu jako naturalnego uziomu – wtedy konieczne jest zastosowanie specjalnej bednarki zgrzewanej z elementami zbrojenia i wyprowadzanej na zewnątrz budynku do szyny wyrównawczej.
Jak zmierzyć skuteczność wykonanego uziemienia
Po zakończeniu prac instalacyjnych niezbędne jest sprawdzenie skuteczności uziemienia, co polega na pomiarze rezystancji uziemienia (czyli oporu przejścia do ziemi). Zgodnie z normami, dla instalacji ochronnej wartość ta nie powinna przekraczać 30 omów, choć w praktyce dąży się do uzyskania jak najniższej wartości – najlepiej poniżej 10 omów. Pomiarów dokonuje się za pomocą miernika uziemień, najczęściej metodą techniczną (trójelektrodową), polegającą na rozstawieniu elektrod pomocniczych i analizie różnicy potencjałów.
Pomiary powinny być wykonane przez osobę z uprawnieniami SEP w zakresie eksploatacji i dozoru urządzeń elektrycznych. Po pomiarach sporządza się protokół, który stanowi część dokumentacji odbiorowej instalacji i jest wymagany m.in. przez nadzór budowlany i ubezpieczycieli. W przypadku modernizacji instalacji lub pogorszenia warunków gruntowych pomiary należy powtarzać co kilka lat. Uziemienie musi być także skontrolowane po każdej burzy, remoncie instalacji czy uszkodzeniu konstrukcji budynku.
Jak połączyć instalację elektryczną z uziemieniem
Samo wykonanie uziomu to tylko część pracy – kluczowe jest jeszcze prawidłowe połączenie uziemienia z resztą instalacji. Do tego celu służy przewód ochronny PE, który musi być połączony z szyną wyrównawczą główną (GSU – główna szyna uziemiająca), a ta z kolei musi mieć trwałe i odporne na korozję połączenie z uziomem. Wszystkie przewody ochronne wchodzące do rozdzielnicy (również z instalacji odgromowej, rurociągów, metalowych elementów konstrukcyjnych) powinny być do niej doprowadzone i złączone.
W budynkach wielorodzinnych lub obiektach użyteczności publicznej konieczne jest również wykonanie tzw. połączeń wyrównawczych głównych i dodatkowych. Oznacza to, że wszystkie metalowe elementy konstrukcyjne, rury wodne, gazowe, instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne muszą być uziemione i połączone w sposób umożliwiający wyrównanie potencjałów. Takie połączenia nie tylko zabezpieczają przed porażeniem, ale też eliminują zakłócenia elektromagnetyczne i potencjalne uszkodzenia sprzętu elektronicznego.
Jakie błędy popełnia się przy uziemieniu i jak ich uniknąć
Najczęściej spotykanym błędem jest niedostateczna głębokość uziomów lub ich niewłaściwe rozmieszczenie. W przypadku złych warunków gruntowych (np. grunty piaszczyste, suche) konieczne jest wykonanie większej liczby uziomów lub ich przedłużenie. Innym problemem jest korozja elementów stalowych, szczególnie jeśli nie są odpowiednio zabezpieczone antykorozyjnie lub znajdują się w glebie o wysokiej zawartości soli. Często spotykanym niedopatrzeniem jest także brak spójności pomiędzy instalacją odgromową a instalacją ochronną – obie powinny korzystać z tego samego układu uziemiającego.
Błędem jest również brak okresowej kontroli stanu połączeń i wartości rezystancji. Niewidoczne uszkodzenia mechaniczne, degradacja połączeń śrubowych, a nawet akty korozji mogą znacząco obniżyć skuteczność uziemienia. Dlatego oprócz pomiarów odbiorczych warto wpisać kontrolę uziemień do harmonogramu przeglądów technicznych budynku. Równie ważna jest zgodność z aktualnymi normami – wykonując instalację zgodnie z przestarzałymi przepisami, inwestor naraża się na konieczność kosztownych przeróbek i brak odbioru inwestycji.