Czy wykonywanie połączeń wyrównawczych jest konieczne?
Na forach budowlanych oraz elektrycznych często można spotkać podobne pytanie. W odpowiedziach można znaleźć zarówno, że ratują one życie oraz wypowiedzi, że mogą skutecznie go pozbawić. Okazuje się, że jedno i drugie jest prawdą.
Znajdą się również osoby twierdzące, że połączenia wyrównawcze nie są potrzebne, bo dawniej ich nie było i ludzie żyli. Owszem, ale jest tu jedno ale: mianowicie „dawniej” wypadki wskutek porażenia prądem były znacznie częstsze.
Jak wiadomo aby doszło do porażenia prądem, to naturalnie prąd musi płynąć przez ciało człowieka lub zwierzęcia. Żeby prąd płynął to musi być zamknięty obwód, czyli kontakt odbiornika energii (ciała) z dwoma punkami o różnym potencjale elektrycznym. Tak więc sam tylko kontakt z przewodem pod napięciem lub samym tylko uziemieniem nie spowoduje porażenia. Co innego oba równocześnie. Najlepiej demonstrują to ptaki siedzące (o ile można to tak nazwać – nie jestem ornitologiem) na przewodach elektroenergetycznych.
Tak więc można wysnuć wniosek, że skoro instalacja elektryczna znajduje się pod niebezpiecznie wysokim napięciem to lepiej nie wykonywać połączeń wyrównawczych, bo przecież umożliwiamy w ten sposób doprowadzenie do porażenia? Otóż jest w tym trochę racji, ale nie do końca. Wśród elektromonterów niestety mało znaną zasadą ochrony przed porażeniem jest SWZ który należy do tzw. ochrony dodatkowej, czyli w razie uszkodzenia. Jak to wygląda w prostych słowach?
Dla przykładu wyobraźmy sobie wannę, a w jej pobliżu przewód z uszkodzoną izolacją (najlepszym się zdarza), który niechybnie dotknął wanny. Teraz są dwie możliwości. W jednej, wanna znajduje się pod napięciem z uszkodzonego przewodu i osoba korzystająca z kąpieli ulega porażeniu podczas próby odkręcenia wody – instalacja z rur stalowych biegnących w ścianie oraz pod ziemią, więc będących tzw. naturalnym uziemieniem.
W drugim wypadku wanna objęta połączeniem wyrównawczym (uziemiona, mówiąc bardziej potocznie) spowoduje powstanie zwarcia, a zwarcie to bez wdawanie się w szczegóły przepływ dużego prądu. W prawidłowo wykonanej instalacji ten prąd będzie na tyle duży iż spowoduje zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego (bezpiecznika dla laika) w bezpiecznie krótkim czasie (SWZ), określonym jako niemal niemożliwy do spowodowania krzywdy – osoba podczas kąpieli w najgorszym razie przez ułamek sekundy jedynie poczuje nieprzyjemne porażenie, jednak w znacznej większości wypadków nie straci ona zdrowia czy życia.
Czyli wykonywać te połączenia wyrównawcze czy ich nie robić?
Oczywiście oszczędny inwestor będzie na siłę szukał przeciwwskazań/wad tego rozwiązania ignorując wszystkie zalety. Tradycyjnie ładne flizy są ważniejsze, bo sąsiad nie będzie podziwiał instalacji, tylko ściany… No chyba, że jego właśnie prąd popieści podczas tych odwiedzin. I wówczas, o ile przeżyje, przypuszczam że nie będzie miał dobrego zdania o inwestorze lub wykonawcy instalacji.
Osobiście nie raz się spotkałem z sytuacją, gdzie coś metalowego nie powinno nigdy być pod napięciem, ale jednak było. W jednym wypadku to był zlew kuchenny z bardzo mokrą podłogą bezpośrednio pod nim. Przyznam, że nie było to zbyt przyjemne. Drugi wypadek to była nieczynna rura. Nie była ona objęta żadnym połączeniem wyrównawczym, ale za to w krótkim fragmencie przechodziła przez strop razem z przewodem pod napięciem. Po bliższym przyjrzeniu się zauważyłem, że przewód był tam wepchany na siłę aż izolacja została uszkodzona. W tym wypadku nie doszło do porażenia, ale za to wskutek tzw. zwarcia łukowego w ciągu ułamka sekundy miedź z przewodu osiągnęła temperaturę rzędu kilku tysięcy stopni i ta stopiona miedź prysnęła mi prosto na twarz. Na szczęście nie straciłem wtedy wzroku i dziś mogę napisać ten artykuł. Gdyby nie, to winę ponosiłby zarówno wykonawca tego „dzieła” jak i inwestor, który przymykał na wszystko oko, żeby mieć jak najtaniej.
W pewnej książce z lat 70- albo 80-tych (niestety nie pamiętam tytułu ani autora) były opisane różne przypadki porażenia prądem i ich przyczyny. Jeden z „ciekawszych” przypadków dotyczył niestety kilkuletniego dziecka i był związany z połączeniami wyrównawczymi, a raczej ich brakiem. Mianowicie przed lub w trakcie jego kąpieli w innym mieszkaniu piętro niżej odbywał się remont, podczas którego jeden z pracowników uszkodził przewód obwodu oświetleniowego, przez co doszło do zwarcia między nim a rurą wodociągową. Instalacja była samym w sobie, tzw. naturalnym uziemieniem, gdyż przechodziła zarówno przez budynek, jak i przez ziemię. Dokładnie tak samo jak instalacja kanalizacyjna (wówczas wykonana z ołowiu) z tym małym ale, że nie było metalicznego połączenia między tymi dwoma instalacjami i wskutek tego pojawiło się napięcie między nimi (różnica potencjałów). Dziecko będąc w wannie połączonej z kanalizacją dotknęło kranu, zapewne aby dolać wody. Przepływający prąd skutkował silnym skurczem mięśni uniemożliwiającym uwolnienie się, a następnie – mówiąc wprost – śmierć.
Jak powinny wyglądać połączenia wyrównawcze w małym domku albo dużym biurowcu czy np. galerii handlowej?
Niektórzy bez zapoznawania się szczegółowo z tematem łączą wszystko z wszystkim po linii najmniejszego oporu, a to najlepsza droga do spowodowania wypadku poprzez porażenie lub eksplozję gazu. Porażenie może wystąpić wskutek dużego spadku napięcia poprzez nieprzemyślane łączenie. Tak samo jak wybuch gazu. Mianowicie wykorzystanie rury z gazem jako uziemienie (np. celem oszczędności na przewodach) powoduje przepływ mniejszego lub większego prądu poprzez instalację gazową. Im większy obiekt, tym więcej urządzeń, większa instalacja i tym samym mniejsza impedancja między fazą/fazami a połączeniami ochronnymi. W razie zwarcia, ostatnie czego chcemy to aby ten prąd płynął przez rurę z gazem.
Dlaczego nie powinno się w takim razie korzystać z instalacji wodociągowej jako PE dla pobliskiego gniazdka?
Z dwóch powodów. Jeden występuje w razie obecności połączenia elektrycznego między instalacją wodociągową a gazową poprzez piec dwuobiegowy, istniejące połączenie wyrównawcze lub w jakikolwiek inny sposób. Naturalnie prąd nie płynie konkretną drogą, którą ktoś by chciał, tylko tam gdzie jest najmniejsza oporność (w dużym skrócie), więc nie przez ściany a po wszystkich rurach. Zakładając, że rezystancja uziemienia instalacji gazowej (rury idące przez budynek i przez ziemię) jest dwa razy większa od wodociągowej, to 1/3 prądu zwarciowego będzie szła właśnie przez nią. W warunkach domowych natężenie prądu podczas zwarcia wynosi około 200-600A, a maksymalne dopuszczalne natężenie prądu na rurze gazowej to zaledwie 0.3A, więc około tysiąc razy mniej. Te 0.3A to minimum aby mogło dojść do zapłonu gazu i eksplozji.
Aby zminimalizować natężenie prądu na rurach (zwłaszcza zawierających gaz) oraz mieć pewne połączenia wyrównawcze, to należy je wykonywać na najniższej kondygnacji – zaraz po wejściu danej instalacji. Jeśli nie wychodzi ona poza budynek, bo np. jest piec CO, to wtedy połączenie należy wykonać tuż przy piecu. W większych budynkach można zauważyć połączenia wyrównawcze na każdej kondygnacji – w takim przypadku mamy do czynienia z miejscowymi połączeniami wyrównawczymi. Mają one największy sens, gdy odległość jest duża, przez co spadek napięcia (np. na rurze) staje się istotny, oraz minimalizują one ryzyko przerwy połączenia elektrycznego. W przypadku części przewodzących obcych nie będącymi instalacją (np. wanna) naturalnie są one niezbędne.
Miejscowe połączenia wyrównawcze wykonuje się za pośrednictwem osobnej szyny. Z dwóch bardzo prostych przyczyn. Prowadzenie osobnych przewodów ochronnych do odległej szyny, zwłaszcza na innej kondygnacji jest dużo bardziej kosztowne. Druga istotniejsza przyczyna to miejscowe wyrównanie potencjału – analogicznie do wspomnianych ptaków siedzących na liniach energetycznych pod napięciem.
Połączenia wyrównawcze wraz z miejscowym, jak ich nazwa wskazuje, poprawiają ekwipotencjalizację, co jest bardzo przydatne w warunkach zakłóceniowych, a ściślej przy ograniczaniu znacznych przepięć. Jak wspominałem, istotą jest różnica potencjałów (inaczej napięcie), a takowa zachodzi nie tylko między żyłami, ale także między żyłą (w tym nawet PE!) a otoczeniem. Swego czasu na forum ktoś opisał przypadek jak po uderzeniu pioruna, przewód zasilający telewizor stopił się w miejscu styku ze stołem, co jest chyba idealnym dowodem.
W przypadkach gdy zachodzi możliwość celowego rozłączenia rur, jak to ma miejsce w przypadku liczników (gazomierze i wodomierze) stosuje się „bocznikowanie”. Co istotne, takowe połączenia według norm nie mogą mieć mniejszego przekroju niż 16mm2 Cu, podczas gdy większość połączeń wyrównawczych wykonujemy przekrojem minimum 6mm2 oraz przewody między szynami wyrównawczymi nie mniej niż 16mm2.
Powracając do początku, gdzie była mowa o nie wykonywaniu połączeń wyrównawczych dla elementów przewodzących obcych jak np. wanna lub zlew. Mianowicie, gdy instalacje są wykonane z materiałów nieprzewodzących (np. PCV) oraz w pobliżu nie znajdują się żadne przewody pod niebezpiecznym napięciem, to w takim przypadku połączenia wyrównawcze są niewskazane.
