Odpowiedź na pytanie „jak głęboko” lub „ile szpilek” w przypadku uziomów pionowych (potocznie nazywanych “uziomem szpilkowym”) nie jest taka prosta. Zależy przede wszystkim od funkcji uziomu (ochronna, odgromowa, itp.), od oczekiwanej wartości rezystancji oraz od tego, jakie warunki glebowe występują w danym miejscu. Najczęściej stawiane kryterium dla układu uziomowego to wymóg uzyskania rezystancji o wartości nie większej niż 10 Ω. Przy bardzo sprzyjających warunkach wystarczyć może zaledwie jeden uziom pionowy o długości 6 m, składający się z 4 prętów 1,5 m. Najczęściej jednak uziom trzeba pogrążyć na znacznie większe głębokości lub rozbudować układ o kolejne uziomy pionowe. Zatem jak głęboko powinniśmy pogrążyć “uziom szpilkowy”, aby spełniał swoje wymagania?
.
Jak uzyskać uziom o rezystancji 10 Ω?
Uziom o określonej wartości rezystancji, np.: R < 10 Ω, można uzyskać na dwa sposoby. Pierwszy polega na stopniowym pogrążaniu kolejnych elementów w ziemi i przeprowadzaniu pomiarów do momentu uzyskania satysfakcjonującego wyniku. W tym przypadku odpowiedź na pytanie “jak głęboko pogrążyć uziemienie pionowe”, uzyskamy dopiero w trakcie prac, gdy podczas pomiarów otrzymamy odpowiedni wynik rezystancji uziemienia. Minusem tej metody jest to, iż nie jesteśmy w stanie oszacować zapotrzebowania na ilość materiałów i czasu pracy, a zatem kosztu takiej instalacji. Dobrą praktyką jest rozpoczęcie pogrążania uziomu na głębokość do 6 m, a następnie stopniowe zwiększanie jego długości o 1,5 m lub 3 m, co odpowiada 1 lub 2 prętom („szpilkom”). Najlepiej sprawdzają się tu uziomy pomiedziowane kute, łączone metodą bolec-wpust, które pogrążymy szybko do głębokości nawet 12 m.
Drugą metodą jest przeprowadzenie wstępnych obliczeń, na podstawie których można określić w przybliżeniu wymaganą konfigurację uziomu. To wymaga jednak wiedzy o warunkach glebowych, a dokładniej o lokalnej rezystywności gruntu. Jeżeli zakładane będzie pogrążanie uziomów na większe głębokości, np.: kilkanaście metrów, to najlepiej sprawdzą się tu pomiedziowane uziomy złączkowe, które nawet w twardych gruntach będziemy w stanie pogrążyć na głębokości do 20 m.
.
Rys. 1. Uziom pionowy pomiedziowany kuty
.
Od czego zależy wartość rezystancji uziomu?
Wartość rezystancji każdego układu uziomowego zależy od dwóch czynników: rezystywności gruntu i wymiarów geometrycznych uziemienia, czyli przede wszystkim długości uziomu. Wartość rezystancji uziomu pionowego można oszacować zgrubnie jako iloraz rezystywności i długości uziomu: R ≈ ρ/L. Dla uzyskania dokładniejszych obliczeń należy stosować jednak bardziej złożone wzory:
R – rezystancja uziomu pionowego,
L – długość uziomu pionowego,
ρ – rezystywność gruntu,
d – średnica uziomu pionowego
Największy problem dotyczy prawidłowego określenia rezystywności gruntu, ponieważ błąd, z jakim określimy jej wartość, przełoży się wprost proporcjonalnie na wynik obliczeń. Rezystywność zależy od rodzaju gruntu i może zmieniać się wraz z głębokością, co jest bardzo istotne przy pogrążaniu uziomów pionowych, ponieważ zwykle wraz z głębokością wartość rezystywności maleje, a to ułatwia uzyskanie mniejszej rezystancji. Dlatego też, w większości przypadków pogrążanie uziomów na większe głębokości pozwala na szybsze uzyskanie wymaganej wartości rezystancji uziemienia.
.
Jak prawidłowo określić rezystywność gruntu?
Rezystywność, to parametr, który określa właściwości elektryczne gruntu i jest wyrażana w omometrach (Ωm). Im mniejsza rezystywność, tym lepiej grunt przewodzi prąd, dzięki czemu łatwiej uzyskać określoną, małą wartość rezystancji uziemienia. Często można spotkać tabele przedstawiające typowe zakresy rezystywności odpowiadające różnym rodzajom gruntów, np. dla piasku gliniastego podaje się przedział od 50 Ωm do 500 Ωm. Korzystanie z takich tabel może być jednak, jak widać, obarczone błędem do 1000%, jeżeli przyjmiemy nieodpowiednią wartość. Jedyną słuszną metodą wyznaczenia rezystywności gruntu jest jednak pomiar w terenie. Pozwala on nie tylko na określenie odpowiedniej wartości rezystywności dla danego gruntu, ale także na zbadanie charakterystyki zmian w zależności od głębokości. Korzystając z mierników bazujących na metodzie Wenera, możemy przeprowadzić sondowanie geoelektryczne, czyli pomiar rezystywności do różnych głębokości. Jeżeli według wyników np. rezystywność do głębokości 9 m jest znacznie mniejsza niż przy 6 m, to korzystne będzie pogrążanie uziomu na większą głębokość. Do obliczeń rezystancji uziomów pionowych zawsze należy przyjmować rezystywność gruntu zmierzoną do głębokości równej całkowitej długości uziomu.
.
Jak głęboko powinien zostać pogrążony uziom pionowy?
….Przykładowe obliczenia
Na podstawie wzorów teoretycznych i pomiarów rezystywności gruntu można oszacować, jaką wartość rezystancji uzyska się pogrążając uziom pionowy do określonej głębokości. Bardzo często rezystywność gruntu jest zmienna w zależności od głębokości – najczęściej im głębiej, tym niższa rezystywność. Pogrążanie uziomów na głębokość zaledwie 3 m jest mało opłacalne, ponieważ uzyskuje się wtedy przeważnie rezystancje na poziomie setek omów. Zdecydowanie lepsze efekty uzyskuje się przy wykonywaniu uziomów o całkowitej długości 6 m, 9 m, a nawet kilkunastu metrów. Przykładowe wyniki pomiarów i obliczeń przedstawiono w poniższej tablicy. Jak można zauważyć, stopniowe wydłużanie uziomu o kolejne 3 m (co odpowiada dwóm prętom o długości 1,5 m), pozwala często na znaczący spadek wartości rezystancji uziemienia. W przedstawionym przykładzie, uziom pionowy o długości 9 m pozwolił na uzyskanie rezystancji zbliżonej do 20 Ω – spełnienie warunku R < 10 Ω wymagałoby pogrążenia uziomu na większą głębokości lub połączenia go z drugim uziomem.
.
Tablica 1. Przykładowe wyniki pomiarów rezystywności gruntu i obliczeń rezystancji uziomów pionowych
.
.
Rys. 2. Uziom pionowy pomiedziowany z gwintem (złączkowy)
.
Co jeżeli jeden uziom nie wystarczy, czyli odległości między uziomami
Uzyskanie rezystancji R < 10 Ω za pomocą jednego uziomu pionowego bardzo często może okazać się trudne do wykonania lub nawet niemożliwe. Należy wtedy wykonać układ składający się z więcej niż jednego uziomu pionowego. W takiej sytuacji bardzo istotne jest zachowanie odpowiednich odległości pomiędzy poszczególnymi uziomami. Jeżeli kolejne pręty będziemy pogrążać bezpośrednio obok pierwszego uziomu, to wypadkowa wartość rezystancji praktycznie nie ulegnie zmianie. Kolejne uziomy pionowe powinny być pogrążane w odległości nie mniejszej niż 4 m. Można spotkać się także z zaleceniem, aby ta odległość była równa długości uziomu pionowego, ale nie większa 10 m.
.
Rys. 3. Zalecana odległość pomiędzy dodatkowymi uziomami pionowymi
.
Podsumowanie
Jeżeli uziom ma spełnić warunek R < 10 Ω to liczba prętów i głębokość pogrążenia uziomu zawsze będzie zależała od lokalnej rezystywności gruntu. Jeżeli przeprowadzimy pomiary rezystywności, to możemy obliczyć ile prętów potrzebnych będzie do uzyskania określonej rezystancji uziomu. W przeciwnym wypadku, pozostaje stopniowe pogrążanie kolejnych prętów do momentu uzyskania oczekiwanej wartości rezystancji.
Więcej o uziomach pionowych przeczytasz w naszym artykule:
Układy uziomów pionowych – jak uzyskać niską rezystancję uziemienia
