wersja skrócona - Szkolenia elektryczne

Transkrypt

WERSJA SKRÓCONA
Uziemienia
Podstawowym zadaniem każdego przedsięwzięcia technicznego jest zapewnienie
bezpieczeństwa istotom żywym i środowisku.
Zadanie jest szczególnie trudne, gdy zagrożeniem jest prąd elektryczny płynący
w ziemi i pochodzący ze źródła naturalnego, jakim są wyładowania atmosferyczne
lub ze źródeł sztucznych skonstruowanych przez człowieka podczas pracy normalnej
i awaryjnej. Przepływający w ziemi prąd stwarza niebezpieczeństwo porażenia istot
żywych (ludzi i zwierząt) łącznie z utratą życia, wskutek napięć krokowych
i dotykowych.
Napięcie krokowe jest to różnica potencjałów dwóch punktów podłoża odległych od
siebie o długość kroku.
Napięcie dotykowe jest to różnica potencjałów między dwoma punktami
jednocześnie dostępnymi, które można dotknąć równocześnie dwiema częściami
ciała.
Zadaniem układów uziemień jest obniżenie tych napięć do poziomu napięć
rażeniowych długotrwale dopuszczalnych.
Drugim zadaniem, które realizowane jest przez układy uziemień i połączenia
wyrównawcze, jest ograniczenie przepięć łączeniowych i piorunowych.
Trzecie zadanie realizowane przez uziemienia w instalacjach odgromowych jest
ochrona obiektów budowlanych przed uszkodzeniami fizycznymi i pożarem
spowodowanymi przez uderzenie pioruna.
Z powyższych informacji wynika, że uziomy pełnią bardzo ważną funkcję w zakresie
ochrony obiektów budowlanych i istot żywych. Nasuwa się zatem pytanie: w jaki
sposób należy je wykonać, aby bez zarzutu spełniały swoje zadanie?
Najbardziej problematyczne kwestie:
W jakim zakresie zmiana rozporządzenia Ministra Infrastruktury [2] obowiązującego
od marca 2011 roku wpłynęła na wymagania dotyczące uziomów?
www.szkolenia.tim.pl
WERSJA SKRÓCONA
Jakie są podstawowe parametry i zasady wykonania uziomów dla:
 urządzeń elektrycznych SN
 urządzeń elektrycznych NN
 instalacji odgromowych

budownictwa jednorodzinnego

budownictwa mieszkaniowego

budownictwa wielkokubaturowego

budownictwa przemysłowego

budynków wykonywanych według różnych technologii
 uziemień pomocniczych
 uziemień funkcjonalnych
Temat uziomów zostanie szczegółowo omówiony na szkoleniu.
Słowniczek pojęć:
Uziemienie jest to elektryczne połączenie z ziemią, w większości przypadków
wykonane celowo. Uziemienia najczęściej realizowane są poprzez urządzenia
uziemiające
zawierające
uziom,
przewód
uziemiający,
zacisk
probierczy
i, w zależności od potrzeb, szynę uziemiającą.
Uziom jest to część lub zespół części przewodzących, umieszczonych w środowisku
przewodzącym (ziemi lub betonie), które zapewniają bezpośredni kontakt z ziemią
i tworzą z nią elektryczne połączenie.
Przewód uziemiający jest to element łączący określony punkt instalacji lub
urządzenia z uziomem.
WERSJA SKRÓCONA
Zacisk probierczy jest to element (złączka) ułatwiający poddawanie elementów
urządzenia uziemiającego próbie elektrycznej i pomiarowi.
Szyna uziemiającą jest to element łączący części przewodzące obiektu instalacji
i urządzeń (z wyjątkiem przewodów czynnych) z urządzeniami uziemiającymi. Szyny
uziemiające nie są stosowane we wszystkich urządzeniach uziemiających.
Rezystywność gruntu ρ jest to rezystancja właściwa gruntu czyli rezystancja
wycinka gruntu o kształcie sześcianu o boku 1 m, mierzona w Ωm pomiędzy jego
dwoma przeciwległymi bokami.
Pomiar rezystywności gruntu
Rodzaje uziemień ze względu na pełnione funkcje
Uziemienie robocze
jest to połączenie z ziemią określonego punktu sieci lub
instalacji elektrycznej wykonane w celu zapewnienia prawidłowej pracy w warunkach
zwykłych i zakłóceniowych.
Uziemienie ochronne jest to połączenie z ziemią jednego lub wielu punktów sieci,
instalacji lub urządzenia dla zabezpieczenia przed porażeniem prądem elektrycznym.
WERSJA SKRÓCONA
Uziemienie funkcjonalne jest to połączenie z ziemią jednego lub wielu punktów
obwodu
dla
elektrycznego
celów
prawidłowego
funkcjonowania
urządzeń
niezwiązane z ochroną od porażeń i uziemieniami roboczymi.
Uziemienie
pomocnicze
jest
to
połączenie
z
ziemią
elementów
obiektu
budowlanego lub urządzeń w celu zapewnienia bezpieczeństwa i właściwej pracy.
Uziemienie odgromowe jest to część lub grupa układu uziomów, która zapewnia
bezpośredni kontakt z ziemią i służy rozproszeniu prądu pioruna w ziemi.
Uziemienia
odgromowe
wykonywane
są
przy
budowie
urządzeń
piorunochronnych LPS (jest to kompletne urządzenie stosowane do redukcji szkód
fizycznych przy wyładowaniach piorunowych w obiekt).
Kompletne
uziemienie
odgromowe
składa
się
z
następujących
elementów
i zespołów:
Układ uziemiający – jest to
kompletny układ zawierający układ uziomów i sieć
połączeń wyrównawczych,
Układ uziomów – jest to część zewnętrznego urządzenia piorunochronnego,
przeznaczona do doprowadzenia i rozproszenia prądu pioruna w ziemi.
Typy układów uziomów piorunochronnych:
 układ uziomów typu A
 układ uziomów typu B
Układ uziomów typu A jest to układ zawierający uziomy poziome i pionowe
instalowane na zewnątrz obiektu poddawanego ochronie i przyłączane do każdego
przewodu odprowadzającego.
WERSJA SKRÓCONA
1
2
3
4
5
pręt górny
przewód uziemiający
grunt
pręty pośrednie
grot stalowy
Rys. 11
Przykład układu uziomów typu A z pionowym uziomem:
1
Źródło: PN-EN 62305 – Ochrona odgromowa
WERSJA SKRÓCONA
1
2
3
4
5
pręt uziomu
złącze prętów
grunt
zacisk łączący przewód z prętem
przewód uziemiający
Rys. 22
Układ uziomów typu B jest to układ zawierający albo uziom fundamentowy, albo
otokowy ułożony na zewnątrz obiektu poddawanego ochronie i pozostający
w kontakcie z ziemią na długości równej przynajmniej 80 % całkowitej jego długości.
Uziomy mogą również tworzyć kratę.
Przykład
układu
uziomów
typu
B
kratowego
przemysłowego:
2
(oczkowego)
dla
zakładu
WERSJA SKRÓCONA
1
2
3
4
budynek z siecią kratową (oczkową) zbrojenia – uziom fundamentowy
wieża wewnątrz zakładu przemysłowego
urządzenie wolno stojące
kanały kablowe
Rys. 33
Rodzaje uziomów ze względu na metodę wykonania:
Uziomy naturalne stanowią elementy metalowe znajdujące się w ziemi, których
podstawowe przeznaczenie jest inne niż dla celów uziemienia.
Jako uziomy naturalne wykorzystuje się:
3
WERSJA SKRÓCONA
 pręty, rury, druty, taśmy lub płyty metalowe umieszczone w ziemi,
 podziemne przewodzące metalowe elementy zatopione w fundamentach,
 spawane zbrojenie betonu umieszczone w ziemi,
 metalowe elementy kabli elektroenergetycznych,
 inne, odpowiednie metalowe elementy podziemne.
Uziomy sztuczne są to elementy przewodzące zainstalowane specjalnie do celów
uziemienia.
Uziomy
indywidualnych
sztuczne
w celu
są
projektowane
zapewnienia
i
wymaganych
wykonane
dla
potrzeb
parametrów technicznych
i ekonomicznych.
Zgodnie z § 184.1. z rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia
2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich
usytuowanie [Dz. U. Nr 75, poz. 690], jako uziomy instalacji elektrycznej należy
wykorzystywać metalowe konstrukcje budynków, zbrojenia fundamentów oraz
metalowe elementy umieszczone w niezbrojonych fundamentach stanowiące
sztuczny
uziom
fundamentowy.
Dopuszcza się wykorzystywanie jako uziomy instalacji elektrycznej metalowych
przewodów sieci wodociągowej pod warunkiem zachowania wymagań Polskiej
Normy dotyczącej uziemień i przewodów ochronnych oraz uzyskania zgody jednostki
eksploatującej tę sieć.
Materiały, z których wykonywane są uziomy sztuczne:
 stal cynkowana na gorąco
 stal nierdzewna
 stal miedziowana przez platerowanie
 stal miedziowana galwanicznie
 miedź goła
 miedź cynowana
Rodzaj materiału, z którego wykonujemy uziomy, dobieramy ze względu na
parametry elektryczne i środowiskowe.
WERSJA SKRÓCONA
Pod względem elektrycznym materiał na uziomy dopasowujemy do wytrzymałości
elektrycznej ze względu na przepływające przez nie prądy.
Ze względów środowiskowych (temperatura, wilgotność, czynniki żrące, itp.) materiał
na uziomy dobieramy tak, aby uziom:
 był odporny na działanie czynników środowiskowych (np. korozję),
 nie był szkodliwy dla środowiska (np. żeby go nie zanieczyszczał lub nie
skażał).
Kształtowniki, z których wykonuje się uziomy sztuczne:
 pręt okrągły na uziomy pionowe
 drut okrągły na uziomy poziome
 linka
 taśma
 rura
 blacha
 blacha profilowana
 elementy przewodzące fundamentu
Dla każdego rodzaju kształtownika określone są minimalne wymiary ze względu na
parametry elektryczne i mechaniczne. Więcej informacji na szkoleniu.
Rodzaj uziomów ze względu na kształtki, z których zostały wykonane:
 prętowe
 rurowe
 płytowe
 taśmowe
 drutowe
Rodzaje uziomów ze względu na sposób wykonania:
Uziomy pionowe (ukośne) są to metalowe elementy przewodzące (pręty, płyty)
pionowo lub ukośnie umieszczone w ziemi.
WERSJA SKRÓCONA
Wymiary uziomu pionowego zależą od rodzaju gruntu (rezystywności gruntu)
i wymaganej rezystancji uziemienia. Górny wierzchołek uziomu pionowego powinien
być zakopany na głębokość 50 cm.
Pionowe uziomy są bardziej opłacalne pod względem ekonomicznym i dają
stabilniejsze rezystancje uziemienia w większości rodzajów gruntów niż uziomy
poziome.
Uziomy poziome są to metalowe elementy przewodzące (najczęściej taśmy, płyty)
poziomo umieszczone w ziemi.
Do najczęściej spotykanych uziomów poziomych należą:
 uziom otokowy
 uziom kratowy (oczkowy)
 uziom płytowy
 uziom promieniowy
Uziom otokowy jest to uziom tworzący zamkniętą pętlę wokół obiektu poniżej
powierzchni ziemi.
Uziom otokowy powinien być zakopany wokół obiektu na głębokości nie mniejszej niż
0,5 m w odległości ok. 1 m od zewnętrznych ścian obiektu. Minimalny przekrój
i długość uziomu otokowego są określane przez przepisy.
WERSJA SKRÓCONA
Przykład uziomu otokowego typu B i połączeń wyrównawczych:
1 uziom otokowy typu B
Rys. 44
Uziom kratowy (oczkowy) jest to uziom poziomy wykonany najczęściej z taśm
tworzących kratę (oczka).
Najczęściej stosowany jest w stacjach elektroenergetycznych oraz jako uziom
parafundamentowy.
Uziom płytowy to odmiana uziomu poziomego, w którym częścią będącą
w bezpośrednim kontakcie z ziemią jest płyta metalowa ułożona poziomo.
Uziom promieniowy jest to połączenie uziomu pionowego i poziomego ułożonego
promieniście.
4
WERSJA SKRÓCONA
Przykład uziomu promieniowego:
Uziom kombinowany jest to połączenie w różnych konfiguracjach uziomów
pionowego i poziomego.
Uziom fundamentowy jest to część przewodząca umieszczona w ziemi pod
fundamentem budynku lub, co jest bardziej optymalnym rozwiązaniem, osadzona
w betonie fundamentu budynku, zwykle w postaci zamkniętej pętli.
Uziom fundamentowy naturalny jest tworzony przez metalowe zbrojenie
fundamentu. Pręty zbrojenia tworzące uziom powinny być ze sobą połączone,
najlepiej przez spawanie. Sposób łączenia elementów tworzących uziom oraz skutki
przepływu prądu przez zbrojenie należy uzgodnić z projektantem obiektu.
Uziom fundamentowy sztuczny tworzą elementy przewodzące (druty, taśmy)
umieszczone w fundamencie dla celów uziemieniowych, łączone w sposób właściwy
dla uziomów. Taki uziom można wykonać w budynku o fundamencie dowolnej
konstrukcji,
niezbrojonym
lub
zbrojonym.
Elementy
uziomu
mocuje
się
WERSJA SKRÓCONA
w
fundamencie
zbrojonym
na
wspornikach
dystansowych
do
zbrojenia,
a w fundamencie niezbrojonym – na wspornikach wbitych w podłoże.
Ze względu na rodzaj konstrukcji fundamentu danego obiektu uziomy fundamentowe
należy dostosować do wykonania w następujących rodzajach fundamentów:
 Uziomy w fundamencie nieizolowanym:

płytkim

ławowym

stopowym

płytowym

głębokim
 Uziomy w fundamencie z izolacją przeciwwilgociową:

poziomą

pionową

z matami pęcherzykowatymi
 Uziomy w fundamencie mającym izolację przeciwwodną:

fundament wannowy

czarna wanna

biała wanna

brązowa wanna
Wykonanie uziomu fundamentowego nastręcza wiele trudności, ponieważ musi on
spełniać warunki elektryczne i konstrukcyjne fundamentu podczas przepływu prądu.
Uziom parafundamentowy wykonujemy w obiektach o pełnej termoizolacji,
w których warstwy izolacji cieplnej izolujące podziemną część budynku, łącznie
z powierzchniami spodnimi, uniemożliwiają połączenie uziomu fundamentowego
z ziemią.
Jeżeli w posadowieniu budynku stosuje się system termoizolacji i/lub hydroizolacji
uniemożliwiający
wykonanie
uziomu
fundamentowego,
to
rozwiązaniem
równoważnym jest uziom parafundamentowy ze stali nierdzewnej ułożony poza
fundamentem w warstwie chudego betonu lub w gruncie, poniżej wszelkich
izolacyjnych warstw bądź powłok:
WERSJA SKRÓCONA
 uziom otokowy ułożony po obwodzie budynku, tuż przy nim bądź pod nim,
 uziom kratowy pod budynkiem.
W betonowej płycie fundamentowej nad warstwami izolacyjnymi powinna zostać
wykonana krata wyrównawcza wielokrotnie połączona z uziomem.
Literatura
1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo Budowlane (tekst jednolity)
(Dz. U. 2010.243.1623 tj. zm.).
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r.
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki
i ich usytuowanie (Dz. U. 2002.75.690 zm.).
3. Markiewicz Henryk, Instalacje elektryczne.
4. Musiał Edward , Uziomy fundamentowe i parafundamentowe.
5. PN-EN 62305-1:2008
Ochrona odgromowa - Część 1: Zasady ogólne.
6. PN-EN 62305-2:2008
Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem.
7. PN-EN 62305-3:2009
Ochrona odgromowa - Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie
życia.
8. PN-EN 62305-4:2009
Ochrona odgromowa - Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne
w obiektach.
9. PN-HD 60364-5-54:2010 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część
5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Uziemienia, przewody
ochronne i przewody połączeń ochronnych.