Planujesz instalację elektryczną i zastanawiasz się, czym jest uziom szpilkowy i kiedy warto po niego sięgnąć? Chcesz, żeby ochrona przeciwporażeniowa i odgromowa była pewna, ale nie masz miejsca na duży uziom otokowy. Z tego tekstu dowiesz się, jak działa ten rodzaj uziemienia, jak dobrać głębokość szpilek i czego unikać przy montażu.
Co to jest uziom szpilkowy?
Uziom szpilkowy, nazywany też uziomem pionowym, to zestaw metalowych prętów wbijanych w grunt w pobliżu budynku. Tworzą one elektrodę, która ma niski opór względem ziemi i jest połączona z instalacją elektryczną przewodem uziemiającym. Taki system stosuje się wszędzie tam, gdzie trudno wykonać uziom fundamentowy lub otokowy, na przykład przy budynkach otoczonych drogami czy kostką brukową.
Pręty wykonuje się ze stali ocynkowanej, miedziowanej lub nierdzewnej, czyli materiałów odpornych na korozję i dobrze przewodzących prąd. Wbija się je pionowo albo pod niedużym kątem, a następnie łączy ze sobą złączkami lub przez spawanie. Z uziomem łączy się następnie przewody ochronne instalacji, instalację odgromową, a często także metalowe elementy konstrukcji budynku.
Jak działa uziom szpilkowy?
Podstawą działania każdego uziomu jest rezystancja uziemienia, czyli opór, jaki stawia grunt dla przepływającego prądu. Im niższa, tym łatwiej prąd zwarciowy lub piorunowy odpływa do ziemi, a napięcia dotykowe na obudowach urządzeń pozostają bezpiecznie niskie. Uziom pionowy ma tę zaletę, że kontaktuje się z głębszymi, bardziej wilgotnymi warstwami gruntu, co zwykle daje stabilniejsze parametry w skali roku.
Na rezystywność gruntu wpływa wiele lokalnych czynników: rodzaj gleby, zawartość soli, wody, a nawet to, czy w pobliżu znajdują się fundamenty lub głazy. Grunt gliniasty i torfowy jest zwykle bardziej przewodzący, natomiast sypkie piaski czy skały mogą mieć bardzo wysoki opór. Dlatego jedna szpilka w jednym miejscu daje świetny wynik, a kilka metrów dalej wymaga już całego systemu prętów.
W praktyce na rezystywność gruntu wpływają głównie takie cechy środowiska:
-
poziom wilgotności na różnych głębokościach, zmieniający się w ciągu roku,
-
ilość związków mineralnych rozpuszczonych w wodzie gruntowej, zwłaszcza soli,
-
struktura gleby, czyli proporcje między drobną frakcją, żwirem a skałami.
Przed zaprojektowaniem uziomu warto wykonać pomiar rezystywności gruntu metodą czteroelektrodową. Taki test (robiony specjalnym miernikiem) pozwala dobrać typ uziomu, przybliżoną długość szpilek, a także wykryć pod ziemią przeszkody, jak stare fundamenty czy nieoznaczone instalacje.
Jak zaprojektować i zamontować uziom szpilkowy?
Projekt zaczyna się od ustalenia, jaką funkcję ma pełnić uziom pionowy: ochronną, odgromową, czy obie naraz. Dla instalacji odgromowych wymagania są zwykle bardziej rygorystyczne, więc trzeba przewidzieć większą liczbę prętów lub ich większą długość. Kształt i położenie uziomu dopasowuje się też do zabudowy terenu, odległości od sąsiednich obiektów i istniejących instalacji podziemnych.
Szpilki ustawia się w odległości od ściany budynku, z zachowaniem bezpiecznego odstępu od rur wodociągowych, gazowych, kanalizacyjnych i kabli. Pręty wbija się kolejno, aż osiągną dobrze przewodzącą warstwę gruntu, i łączy ze sobą w ciągły system. Przewód uziemiający prowadzi się do głównej szyny wyrównawczej w rozdzielnicy, gdzie łączą się przewody ochronne instalacji oraz ewentualne inne części przewodzące.
W codziennej pracy elektryka przy montażu takich uziomów najczęściej stosuje się narzędzia, które ułatwiają wbijanie prętów w grunt:
-
młot udarowy lub wiertnicę z przystawką do wbijania prętów,
-
klucze i specjalne końcówki do skręcania kolejnych odcinków szpilek,
-
miernik rezystancji uziemienia do weryfikacji jakości wykonanego uziomu,
-
środki poprawiające przewodność gruntu, na przykład mieszanki na bazie bentonitu.
Po zakończeniu montażu przeprowadza się pomiar rezystancji uziemienia, najlepiej metodą techniczną z kilkoma sondami pomocniczymi. Takie badanie powinien wykonać elektryk z uprawnieniami pomiarowymi, bo od poprawnie zebranych wyników zależy dalsza decyzja: zostawić system bez zmian czy dołożyć kolejne szpilki.
Jak dobrać głębokość i długość szpilek?
Czy jedna szpilka wbita w ziemię wystarczy na lata? Czasem tak, ale o jakości uziomu decydują warunki gruntowe i oczekiwana wartość rezystancji. Ogólna zasada mówi, że im głębiej umieszczona elektroda, tym mniejsza wrażliwość na wahania wilgotności i temperatury, bo na większej głębokości ziemia jest bardziej stabilna. Z tego powodu koniec pręta powinien znajdować się wyraźnie poniżej strefy przemarzania gruntu.
W gruntach wilgotnych, o dobrej przewodności, zwykle wystarczają pręty o umiarkowanej długości, które docierają do równomiernie wilgotnej warstwy ziemi. Gdy teren jest piaszczysty lub kamienisty, trzeba często łączyć kolejne odcinki szpilek, tworząc uziom sięgający znacznie głębiej. Tam, gdzie rezystywność jest bardzo wysoka, stosuje się zestawy kilku uziomów rozmieszczonych w pewnych odstępach, czasem w układzie gwiaździstym wokół budynku.
Na etapie projektu uwzględnia się również przekrój i średnicę prętów. Większa powierzchnia styku z gruntem oznacza niższą rezystancję, więc przy trudnych warunkach terenowych korzystne jest użycie prętów o większej średnicy. W szczególnie wymagających lokalizacjach dobiera się też mieszanki poprawiające przewodność, którymi obsypuje się elektrody na całej ich długości.
Jakie błędy i problemy z korozją pojawiają się najczęściej?
Najgroźniejszym błędem przy montażu jest zbyt płytkie osadzenie prętów, przez co rezystancja uziemienia mocno zmienia się wraz z pogodą. Ryzykowne jest też wbijanie szpilek w nieznanym gruncie, bez sprawdzenia, czy w pobliżu nie ma rur lub kabli. Poważne problemy powodują też luźne połączenia między segmentami prętów i źle wykonane złącza z przewodami, bo zwiększają opór całego układu.
Przy projektowaniu trzeba zadbać o bezpieczne odległości uziomu od instalacji gazowej i wodociągowej. W zbyt małym odstępie pojawia się ryzyko przepięć i uszkodzenia rur, zwłaszcza przy wyładowaniach atmosferycznych. Do tego dochodzą błędy montażowe, takie jak uszkodzenie izolacji przewodu uziemiającego podczas zasypywania wykopu czy brak zabezpieczenia złącz przed wilgocią.
Osobny temat to korozja, która stopniowo zwiększa rezystancję uziomu. Dobór materiału ma tu ogromne znaczenie: stal ocynkowana sprawdza się w wielu glebach, ale w środowiskach kwaśnych albo zasolonych lepiej wypadnie stal miedziowana lub stal nierdzewna. W agresywnych gruntach stosuje się dodatkowe zabezpieczenia, na przykład otuliny z bentonitu, specjalne powłoki ochronne lub anody galwaniczne, które przejmują na siebie proces korozji.
W miejscach, gdzie mogą występować prądy błądzące (na przykład przy liniach kolejowych lub dużych zakładach przemysłowych), uziom jest szczególnie narażony na degradację. Dlatego w takich lokalizacjach warto rozważyć dodatkową izolację katodową i częstsze pomiary rezystancji. Regularna kontrola stanu połączeń i wyników pomiarów uziemienia pozwala wychwycić problemy zanim osłabią ochronę całej instalacji na tyle, że przestanie ona spełniać swoje zadanie.
Artykuł sponsorowany
