Uziemienie to bezpośrednie, fizyczne połączenie instalacji elektrycznej z ziemią. Składa się z zakopanych metalowych elektrod (takich jak kolce lub płyty) i przewodu, zwykle w kolorze zielonym/żółtym, który łączy je z metalowymi częściami instalacji.
Jego podstawowym celem jest zapewnienie ścieżki o niskiej rezystancji dla niepożądanych prądów, takich jak wycieki spowodowane wadliwą izolacją lub wyładowaniami atmosferycznymi, w celu bezpiecznego przekierowania do ziemi. W ten sposób zapobiega się przepływowi prądu przez ciało osoby lub uszkodzeniu podłączonego sprzętu. Zasadniczo działa jak parasol ochronny i jest niezbędnym i obowiązkowym elementem bezpieczeństwa w większości nowoczesnych przepisów.
Spis treści
Do czego tak naprawdę służy uziemienie? 4 kluczowe funkcje
Uziemienie pełni w instalacji elektrycznej kilka funkcji, z których wszystkie związane są z bezpieczeństwem osób i urządzeń podłączonych do instalacji elektrycznej.
Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym
Jeśli usterka izolacji spowoduje, że metalowa obudowa urządzenia znajdzie się pod napięciem, uziemienie zapewnia alternatywną ścieżkę najmniejszego oporu dla prądu upływowego, zapobiegając jego przepływowi przez ciało osoby dotykającej sprzętu. Ponadto działa w połączeniu z urządzeniami takimi jak wyłącznik różnicowoprądowy (RCD), powodując automatyczne odłączenie obwodu po wykryciu zwarcia doziemnego.
Ochrona przeciwprzepięciowa i odgromowa
W obliczu zjawisk takich jak wyładowania atmosferyczne lub przejściowe przepięcia, dobry system uziemienia odprowadza nadmiar energii do ziemi, chroniąc zarówno ludzi, jak i urządzenia gospodarstwa domowego. Rozprasza również elektryczność statyczną zgromadzoną w dużych metalowych konstrukcjach, zapobiegając iskrzeniu lub uszkodzeniu wrażliwego sprzętu elektronicznego.
Stabilizacja napięcia
Uziemienie działa jako zerowy potencjał odniesienia w systemach elektrycznych. Podłączenie metalowych uziemień do ziemi zapewnia, że wszystkie one mają wspólny potencjał, zgodnie z zasadą znaną jako ekwipotencjalność. Stabilizuje to napięcie w systemie i zapobiega jego wahaniom, zapobiegając ryzyku porażenia przez jednoczesne dotknięcie dwóch metalowych obiektów, które w przeciwnym razie mogłyby mieć różne potencjały.
Gwarantowana skuteczność ochrony
Uziemienie zapewnia ścieżkę powrotną dla prądów zwarciowych, co ułatwia natychmiastowe zadziałanie bezpieczników lub wyłączników automatycznych. Gwarantuje to skuteczne uruchomienie zabezpieczeń elektrycznych, minimalizując czas, w którym sprzęt może pozostać przypadkowo pod napięciem.
Jak instalowane jest uziemienie?
Od zakopania kolca w ogrodzie po sieci przemysłowe, sposób, w jaki uziemienie jest instalowane.
Uziemienie w domach i budynkach
W domach jednorodzinnych i budynkach mieszkalnych uziemienie wykonuje się poprzez zakopanie metalowych elektrod (kolców lub oszczepów) połączonych ze sobą. W nowoczesnych budynkach często instaluje się pierścień uziemiający w fundamencie, miedziany przewodnik, który otacza budynek i poprawia bezpieczeństwo elektryczne.
Pierścień ten lub elektrody są podłączone do ogólnej tablicy rozdzielczej poprzez główny zacisk uziemienia, gdzie spotykają się również przewody ochronne (zielono-żółte kable) i wyrównanie potencjałów rur, konstrukcji lub piorunochronów. W ten sposób każdy upływ prądu jest bezpiecznie kierowany do ziemi, chroniąc zarówno ludzi, jak i instalację.
W starszych budynkach bez uziemienia, pręty uziemiające są często dodawane na dziedzińcach lub w ogrodach, aby dostosować je do obowiązujących przepisów.
Uziemienie w instalacjach przemysłowych i komercyjnych
W dużych instalacjach przemysłowych lub komercyjnych uziemienie wymaga bardziej złożonych rozwiązań w celu zapewnienia bezpieczeństwa. Pod pomieszczeniami elektrycznymi lub technicznymi stosuje się zakopane siatki, składające się z metalowych kolców i pasków, które minimalizują rezystancję uziemienia.
Duże konstrukcje metalowe (magazyny, wieże, zbiorniki) są podłączone do tej siatki, aby uniknąć potencjalnego gromadzenia się. W branżach o szczególnym ryzyku, takich jak środowiska chemiczne lub ATEX, punkty połączeń są również instalowane w celu odprowadzania ładunków elektrostatycznych z cystern lub rurociągów.
Istotne jest wyrównanie potencjałów: wszystkie dostępne masy metalowe są połączone i uziemione za pomocą niezawodnych systemów, takich jak spawanie egzotermiczne lub kołnierze antykorozyjne, co zapewnia długotrwałą ochronę.
Weryfikacja i konserwacja systemu uziemienia
Skuteczność systemu uziemienia nie jest trwała: korozja, wilgoć gleby lub degradacja połączeń mogą zmniejszyć jego niezawodność. Z tego powodu przepisy wymagają okresowych pomiarów rezystancji uziemienia, zarówno po instalacji, jak i podczas regularnych inspekcji lub rozbudowy.
W budynkach mieszkalnych zaleca się, aby rezystancja wynosiła poniżej 10 Ω, chociaż limity różnią się w zależności od kraju (na przykład we Francji dopuszczalne jest do 100 Ω). Ważne jest, aby upewnić się, że instalacja prawidłowo odchyla prądy zwarciowe i utrzymuje wszystkie metalowe masy na tym samym potencjale, gwarantując ochronę ludzi i sprzętu.
Systemy uziemienia: TT, TN i IT
Zgodnie z międzynarodową normą IEC 60364 istnieją trzy główne schematy uziemienia: TT, TN i IT.
System TT (Terra-Terra)
System TT jest najbardziej rozpowszechniony w Hiszpanii (obecny w ponad 95% instalacji). W tym schemacie punkt neutralny transformatora jest uziemiony w sieci, podczas gdy każde mieszkanie lub budynek ma własne niezależne uziemienie.
W przypadku awarii zasilania, różnicówka wykrywa upływ i natychmiast odcina prąd, oferując wysoki poziom ochrony ludzi. Do jego zalet należą bezpieczeństwo, stabilność przed przepięciami oraz fakt, że zapobiega przenoszeniu usterek na sąsiednie instalacje.
Jako wady, wymaga bardzo czułych różnicówek i prawidłowego zaprojektowania uziemienia, co może oznaczać wyższy koszt elektrod. Mimo to jest to zalecany system w instalacjach mieszkaniowych i komercyjnych, w których bezpieczeństwo jest priorytetem.
System TN (Ground-Neutral)
W systemie TN metalowe masy instalacji są podłączone bezpośrednio do przewodu neutralnego sieci, który jest uziemiony w transformatorze. W ten sposób masa neutralna i uziemienie mają ten sam punkt odniesienia. W zależności od konfiguracji, może to być TN-C (połączony przewód neutralny i uziemienie), TN-S (rozdzielony u źródła) lub TN-C-S (połączony na początku i rozdzielony później).
W przypadku wystąpienia usterki prąd powraca przez przewód ochronny z niską impedancją, generując wysoki prąd zwarciowy, który natychmiast wyłącza wyłączniki lub bezpieczniki. W ten sposób ochrona nie zależy tylko od różnicy potencjałów.
Jego zalety obejmują stałą ekwipotencjalność i fakt, że bezpieczeństwo nie zależy od rezystywności gruntu. Wymaga jednak bardzo starannego projektu: impedancje pętli muszą być obliczone w całej instalacji, a ciągłość przewodu PEN musi być zagwarantowana, ponieważ jego uszkodzenie może być niebezpieczne.
W Wielkiej Brytanii i Niemczech jest to dość powszechne, w połączeniu z wieloma systemami uziemienia (PME).
System IT (Isolé-Terre lub izolowany przewód neutralny)
W systemie IT przewód neutralny źródła jest odizolowany od uziemienia (lub podłączony przez wysoką impedancję), podczas gdy uziemienie instalacji ma własne niezależne uziemienie.
W przypadku pierwszego uszkodzenia izolacji, prąd upływowy jest minimalny i nie powoduje zadziałania zabezpieczeń, umożliwiając dalsze działanie instalacji. Aby kontrolować tę sytuację, instalowane są monitory izolacji, które wyzwalają alarmy i umożliwiają naprawę usterki przed wystąpieniem drugiej usterki. Jeśli druga usterka wystąpi w innej fazie, uruchamiane są konwencjonalne zabezpieczenia, odłączając instalację.
Jego główne zalety to maksymalna ciągłość działania i mniejsze ryzyko porażenia prądem w przypadku pierwszej usterki. Wymaga jednak specjalnego sprzętu, wysokiej jakości systemu uziemienia i wykwalifikowanego personelu do jego konserwacji.
Ze względu na swoją złożoność nie jest stosowany w domach, ale w środowiskach krytycznych, takich jak szpitale, zakłady petrochemiczne, statki, serwerownie lub ciągłe procesy przemysłowe, gdzie nagła awaria zasilania jest niedopuszczalna.
Porównanie schematów uziemienia (TT, TN i IT)
| System | Uziemienie | Ochrona przed awarią | Zalety | Wady | Najczęstsze zastosowania |
|---|---|---|---|---|---|
| TT (Uziemienie) | Transformator neutralny do uziemienia + niezależne uziemienie w instalacji | Odcięcie różnicowe prądu w przypadku wykrycia upływu | Doskonała ochrona ludzi, zapobiega przenoszeniu usterek na sąsiadów, stabilny przed przepięciami. | Zależy od różnicy, kosztu elektrod, możliwych różnic potencjałów między uziemieniami. | Mieszkaniowe i komercyjne |
| TN (uziemienie-neutralny) | Neutralny i uziemienie mają ten sam punkt uziemienia | Prąd zwarciowy wyzwala wyłączniki/bezpieczniki. | Szybkie rozłączenie, stała ekwipotencjalność, nie zależy od rezystywności gruntu | Złożona konstrukcja, ryzyko uszkodzenia PEN | Instalacje przemysłowe, sieci miejskie w Wielkiej Brytanii/Niemczech |
| IT (Izolowany przewód neutralny) | Izolowany przewód neutralny lub przewód neutralny o wysokiej impedancji; uziemienie własne | Pierwsza awaria nie powoduje rozłączenia (alarm); druga awaria uruchamia zabezpieczenia | Maksymalna ciągłość usługi, mniejsze ryzyko porażenia przy pierwszej awarii | Wymagany specjalny sprzęt i wykwalifikowana konserwacja, większa złożoność | Szpitale, zakłady petrochemiczne, statki, centra danych, procesy krytyczne. |
Co się stanie, jeśli nie masz uziemienia?
Po szczegółowym zapoznaniu się z przydatnością uziemienia, łatwo sobie wyobrazić, że konsekwencje jego braku mogą być bardzo niebezpieczne.
Niebezpieczeństwo porażenia prądem
Bez uziemienia ludzkie ciało może stać się ścieżką prądu upływowego podczas dotykania sprzętu z usterką izolacji, doznając potencjalnie śmiertelnego porażenia.
Brak odłączenia ochrony
W przypadku braku lub bardzo wysokiej rezystancji uziemienia prąd upływowy może być tak mały, że wyłącznik różnicowoprądowy go nie wykryje, a tym samym nie odłączy obwodu na czas.
Uszkodzenia sprzętu spowodowane przepięciami
Słaby system uziemienia nie jest w stanie skutecznie rozproszyć przepięć (np. spowodowanych pobliskim uderzeniem pioruna), które mogą zniszczyć wrażliwą elektronikę i generować zakłócenia elektryczne wpływające na inne systemy.
Ryzyko pożaru
Niekanałowe prądy upływowe mogą generować przegrzanie i iskry, które mogą powodować pożary, jeśli usterka będzie się utrzymywać, ponieważ zabezpieczenia nie zadziałają.
Brak ekwipotencjalności
Jeśli uziemienie ulegnie pogorszeniu, utracone zostanie wyrównanie potencjałów. Różne części metalowe mogą mieć różne potencjały, tworząc niebezpieczne napięcia dotykowe nawet bez oczywistej usterki.
Obowiązkowe uziemienie w Europie
Obowiązek uziemienia jest zawarty w przepisach technicznych każdego kraju, prawie zawsze zgodnych z międzynarodową normą IEC 60364.
Polska
Zgodnie z normą PN-IEC 60364 uziemienie jest obowiązkowe we wszystkich instalacjach. Ustawa Prawo Budowlane wymaga kontroli co 5 lat w celu sprawdzenia stanu elektrycznego, w tym rezystancji uziemienia, ze szczególnie rygorystycznymi wartościami dla instalacji odgromowych.
Hiszpania
Rozporządzenie w sprawie elektrotechniki niskonapięciowej (REBT), w ITC-BT-18, wymaga instalacji uziemienia w każdym nowym budynku lub przy większych remontach. Jego celem jest ograniczenie niebezpiecznych napięć w masach metalicznych i zagwarantowanie działania zabezpieczeń różnicowych w przypadku awarii.
Portugalia
Rozporządzenie RTIEBT, oparte na zharmonizowanej normie HD 384 / IEC 60364, ustanawia obowiązek uziemienia we wszystkich instalacjach elektrycznych. Nakłada również obowiązek stosowania wyłączników różnicowoprądowych, zgodnie z kryteriami praktycznie identycznymi z tymi stosowanymi w Hiszpanii.
Francja
Norma NF C 15-100 wymaga wykonania uziemienia we wszystkich metalowych częściach instalacji. Od 1969 roku jest to obowiązkowe w nowych budynkach mieszkalnych, z limitem 100 Ω rezystancji uziemienia. Ponadto instalacje muszą być weryfikowane przez upoważnione organy, takie jak CONSUEL.
Włochy
Norma IEC 64-8 i dekret ministerialny 37/2008 wprowadzają obowiązek stosowania messa a terra we wszystkich budynkach. D.P.R. 462/2001 ustanawia okresowe kontrole co 5 lat w miejscach pracy w celu sprawdzenia sprawności instalacji elektrycznych.
Niemcy
Normy DIN VDE 0100 regulują kwestię uziemienia. Od 2007 roku obowiązkowe jest instalowanie elektrody fundamentowej (Fundamenterder) w każdym nowym budynku, zgodnie z normami DIN 18015-1 i DIN 18014. W większości części kraju najczęściej stosowany jest system TN.
Wielka Brytania
BS 7671 i BS 7430 wymagają uziemienia we wszystkich instalacjach, z różnymi schematami (TN-S, TN-C-S, TT, IT). Wszystkie metalowe części muszą być połączone i utrzymywane niskie wartości rezystancji, przy użyciu wyłączników różnicowoprądowych w celu ochrony przed awariami.
Holandia
Norma NEN 1010, oparta na normie IEC 60364, reguluje instalacje elektryczne i wymaga pierwotnego wyrównania potencjałów (ochrony kopyt) w każdym budynku. Od 1975 r. wszystkie nowe gniazda muszą być wyposażone w przewód uziemiający.
Republika Czeska
Norma ČSN 33 2000, odpowiednik IEC 60364, reguluje uziemienie (uzemnění). W nowych budynkach wymagane jest zainstalowanie elektrody fundamentowej lub równoważnego systemu oraz przeprowadzenie wstępnych kontroli. Prawo wymaga również okresowych kontroli co 5 lat w budynkach mieszkalnych i częściej w środowiskach niebezpiecznych.
Uziemienie, znacznie więcej niż tylko kabel
Uziemienie jest prostym, ale istotnym elementem, który zapewnia, że niepożądana energia elektryczna zawsze ma bezpieczną ścieżkę. Chroni ludzi przed śmiertelnymi porażeniami, a sprzęt przed uszkodzeniem. Jak potwierdzają przepisy europejskie, jego obowiązkowy charakter jest uniwersalnym standardem ochrony życia i mienia. Chociaż szczegóły techniczne różnią się, przesłanie jest jasne: nigdy nie obywaj się bez dobrego uziemienia. Jest to dosłownie kabel, który zapewnia nam bezpieczeństwo.