Tym wpisem pragnę rozpocząć cykl na temat instalacji elektrycznych w budynkach mieszkalnych. Dotyczy on mieszkań w blokach, domów jednorodzinnych, w mniejszej części innych zabudowań, w tym gospodarczych, usługowych, garaży itp. Z niektórych części tego „informatora” można również wynieść pożyteczne informacje na potrzeby instalacji innych niż na pożytek mieszkalny, na przykład przemysłowych. Nie będę tutaj wchodził bardzo w szczegóły bo nie jest to poradnik dla wykonawców, a taka „broszura” informacyjna dla inwestorów, pokazująca co powinno się znaleźć w instalacji elektrycznej, co może się przydać i poprawić jej funkcjonalność, a także pokazać jak może wyglądać taka instalacja w praktyce.
W części pierwszej zaczniemy od uziemienia, więc głównie dotyczy ona domów jednorodzinnych.
Uziemienie służy do odprowadzania niebezpiecznych ładunków do ziemi, jakie mogą pojawić się na metalowych obudowach urządzeń elektrycznych, zarówno w normalnym stanie jak na przykład zasilacze komputerowe i ich filtry, jak i również w stanie uszkodzenia, przykładowo izolacji silnika w pralce. Takimi niebezpiecznymi ładunkami są też wyładowania atmosferyczne w postaci piorunów. Do poprawnego działania instalacji przeciw przepięciowej i odgromowej potrzebny jest prawidłowo wykonany uziom. Odprowadza on prąd piorunowy po trafieniu w instalację odgromową na dachu, jak również powinien służyć do ekwipotencjalizacji obiektu – czyli wyrównanie potencjału całego budynku i ziemi w okół (obniżenie napięcia krokowego w przypadku uszkodzenia, bądź wyładowania piorunowego. Uziemienie może pomóc jeszcze przy asymetrii napięcia w sieciach trójfazowych. W przypadku zerwania, upalenia i innego uszkodzenia przewodu N lub PEN przy zasilaniu trójfazowym, na poszczególnych fazach może pojawić się napięcie nawet do 400 V zamiast 230 V co często skutkuje uszkodzeniem urządzeń elektrycznych podpiętych do zasilania.
Wyróżnimy tutaj 3 popularne typy uziemień: pionowe (szpilkowe), otokowe (bednarka w okół domu) i fundamentowe (bednarka w fundamencie i dodatkowo wykorzystanie jego zbrojenia). Każde z nich ma wady i zalety.
Zaczniemy chyba od najpopularniejszego w typowym budownictwie jakim jest uziemienie pionowe, potocznie szpilkowe. Jest najprostszym najtańszym i jednocześnie najmniej problemowym do wykonania, zarówno w nowym budownictwie, jak i przy okazji remontów budynku. Uziemienie to jest wykonywane pod postacią wbijanej do ziemi metalowej „szpilki”, specjalnie wykonywanej do tego celu, za pomocą młota udarowego. Najczęściej wykorzystuje się tutaj dwie szpilki ocynkowane o długości łącznej 3 metrów. Istnieją też droższe, i odporniejsze na warunki występujące w ziemi, szpilki pokryte warstwą miedzi, bądź całe wykonane z miedzi lub stali nierdzewnej. W zależności od rodzaju gruntu i jego wilgotności, a także głębokości wbijania uzyskuje się średnio 10-50 omów rezystancji.
Drugim z kolei pod względem popularności występuje tak zwane uziemienie otokowe. W wykopie w okół budynku, najczęściej w odległości jednego metra od obrysu i na głębokości poniżej przemarzania gruntu (najczęściej około 70-100 cm, czyli podobnie jak kable niskiego napięcia układane w ziemi) umieszcza się metalowy płaskownik zwany bednarką. Składa się ono z metalowego płaskownika lub drutu, wykonanego, jak w poprzednio przytoczonym uziemieniu szpilkowym, najczęściej ze stali ocynkowanej jak również nierdzewnej, miedziowanej bądź całkowicie z miedzi, każde o innej trwałości. Koszt wykonania takiego uziemienia nie jest wysoki jeśli jest robione przy okazji innych wykopów, np pod fundamenty, natomiast gry trzeba specjalnie kopać, dochodzą koszty wykopów i ogólny problem rozkopywania i przywracania poprzedniego wyglądu powierzchni wokół domu.
Najlepszym, a zarazem bardzo często pomijanym przy budowie domu jest tak zwane uziemienie fundamentowe. Wyróżnia się tutaj dwa typu: naturalny i sztuczny. W uziemieniu naturalnym wykorzystuje się metalowe elementy zbrojenia ław fundamentowych. Nie jest to najlepszy wybór zważywszy na fakt, że do połączeń prętów zbrojeniowych używa się najczęściej drutu wiązałkowego, które to połączenia nie są dobre do przewodzenia prądu elektrycznego. Dużo lepszym pomysłem jest wykonanie uziomu fundamentowego sztucznego w którym to, na dnie fundamentu, w warstwie podkładu betonowego „chudego” („chudziaka”) jest położona bednarka „na sztorc”. Nie należy pozostawiać jej bezpośrednio na ziemi, ponieważ powinna być oblana betonem po przynajmniej 5 centymetrów z każdej strony. Beton ma za zadanie chronić ją przed korozją, wtedy sam płaskownik powinien być ze zwykłej stali, nie ocynkowanej ponieważ ocynk wchodzi w reakcję ze zbrojeniem, wytwarzając ogniwo elektryczne o bardzo małym napięciu, ale stałym w czasie, przez co również doprowadza do korozji przez przepływ prądu, znikomego, ale cały czas. To samo tyczy się również bezpośredniego łączenia różnych materiałów metalowych ze sobą jak stali ocynkowanej, zwykłej, nierdzewnej z inną, miedzi z aluminium a także innych metali wykorzystywanych w budownictwie. Tak wykonane uziemienie jest najlepszym wyborem, ponieważ: po pierwsze ma trwałość taką jak cały budynek, pozwala uzyskać niską rezystancję, zapewnia dobrą ekwipotencjalizacje (wyrównanie potencjału) budynku, ma dość niskie koszty zrobienia.
Jakie więc wybrać rozwiązanie? Na to pytanie powinien odpowiedzieć projekt, jeśli tylko jest i jest rzetelnie zrobiony, a nie w technologii „kopiuj-wklej” i powielany na wiele innych budynków. W innym wypadku, jeśli budujesz nowy dom, a najlepiej, zaczynasz budować lub myślisz o budowaniu to należy wybrać uziemienie fundamentowe, zgodnie z punktem 1 ustępu § 184 Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie:
§ 184. 1. Jako uziomy instalacji elektrycznej należy wykorzystywać metalowe konstrukcje budynków, zbrojenia fundamentów
oraz inne metalowe elementy umieszczone w niezbrojonych fundamentach stanowiące sztuczny uziom fundamentowy.
Więcej punktów i ciekawostek o instalacjach elektrycznych można sobie poczytać tutaj, od rozdziału 8 na stronie 50.
Jeśli nie ma możliwości wykonania takiego uziomu, np w trakcie remontu istniejącego budynku najlepszym zamiennikiem jest uziemienie otokowe, zapewnia podobny poziom ekwipotencjalizacji, a trwałość uzależniona jest od zastosowanego materiału. W zależności od gleby, jest to: około 10-15 lat w przypadku stali ocynkowanej o powłoce 100 μm, 40 lat dla stali miedziowanej powłoką miedzi 250 μm. Dla bednarki wykonanej całkowicie z miedzi będzie to dużo ponad 40 lat, a dla bednarki ze stali nierdzewnej nie znalazłem takich danych.
Dużo więcej praktycznych informacji o uziemieniu fundamentowym znajdziesz w tej broszurze, napisanej przez Pana Dr. Edwarda Musiała.