Uziemianie słupów oświetleniowych

Czyli „słup„ to nie urządzenie elektryczne”

Uziemianie słupów oświetleniowych

W Internecie na przeróżnych forach toczy się od lat dyskusja nad tym czy należy uziemiać słupy oświetleniowe. Piszący doktoryzują się nad wartością wskazanego uziemienia, podają normy, przepisy, zadają pytania – „a co będzie jak w słup uderzy piorun?”.
Spór z Internetu ma również miejsce w realnym świecie. Inspektorzy nadzoru branży elektrycznej nakazują uziemianie słupów oraz kładzenie bednarki wszędzie gdzie jest możliwe – nawet w przewiertach pod drogą – razem z kablem zasilającym (przykład z realnej budowy, na której byłem kierownikiem robót elektrycznych).

Niestety zdarzają się też tacy panowie inspektorowie, którzy potrafią przez to, że słupy nie mają zaprojektowanego uziemienia, zablokować cały projekt. Nie to jest najgorsze. Najgorsze jest to, że ludzie wydawałoby się wykształceni, nie potrafią podjąć merytorycznej dyskusji o zasadności tego uziemienia. Po prostu „nie bo nie”. Pan opowiedział historię o tym jak to obok jego domu w słup oświetleniowy uderzył piorun i wszystko w domu „się popaliło”, więc na tej podstawie uziom musi być. Kolejnym argumentem było to, że dziewięciu na dziesięciu projektantów uziemienia projektuje więc ja też jestem zobowiązany. Nie mam w zwyczaju upierać się za wszelką cenę przy swoim. Lubię porozmawiać, wymienić się argumentami. Co z tego, gdy po drugiej stronie jest „beton”?

W polskich normach ani w rozporządzeniach nie ma nigdzie nakazu uziemiania słupów oświetleniowych. Oprócz tego w literaturze również nie znajdziemy informacji o obowiązku wykonania czy zaprojektowania takiego uziemienia. Na forach można przeczytać, że jest to opisane w przepisach, ale jakoś nikt z autorów takich postów nie podaje konkretnych źródeł. Są to powielane mity, które krążą po sieci.

A co będzie jak w słup uderzy piorun?

Jest to argument podnoszony przez znaczą rzeszę zwolenników uziemiania słupów. Załóżmy na chwilę, że mamy latarnię oświetleniową, która nie jest uziemiona i uderza w nią piorun. Oprawa zamontowana na szczycie słupa – czyli bardzo często urządzenie kosztujące ok. 1000 zł prawdopodobnie ulegnie uszkodzeniu ze względu na wrażliwą na przepięcia elektronikę. Natomiast w przypadku uziemienia słupa i uderzeniu pioruna, oprawa, również ulega uszkodzeniu.
Powstaje więc pytanie – co chcemy chronić? Oprawę, słup czy może ludzi znajdujących się w pobliżu latarni podczas występowania wyładowań atmosferycznych?

Ochrona odgromowa oraz przepięciowa oświetlenia zewnętrznego

W przypadku decyzji o projektowaniu instalacji odgromowej oraz chroniącej oświetlenie zewnętrzne od przepięć należy zaprojektować kompletne urządzenie LPS (Lighting Protection Device) czyli urządzenie piorunochronne.

Jeżeli założeniem projektu jest ochrona samej oprawy – to do konstrukcji słupa należałoby zamocować iglicę odgromową. Poza tym konieczne jest zaprojektowanie również ochrony przed przepięciami i wykonanie instalacji uziemiającej. Szczegóły zostały opisane w tym artykule. Artykuł omawia również kwestię napięć krokowych i dotykowych, które mogą się pojawić w pobliżu słupa przy wyładowaniu. Jak można szybko zauważyć, aby wykonać ochronę odgromową instalacji oświetlenia zewnętrznego potrzebne będą duże nakłady finansowe. Pojedynczy uziom nie wystarczy. Taka ochrona nie jest wymagana przepisami prawa i mało kto się na nią decyduje. Natomiast – jeżeli już jest podnoszony argument związany z uderzeniem pioruna i konieczności uziemienia słupa – to należy do tego podjeść tylko w taki sposób jak opisany w przytoczonym źródle. Na skróty się nie da.

Słup to urządzenie elektryczne I klasy

Kolejny argument zwolenników bednarki przy słupach, czyli konieczność uziomu ze względu na urządzenie I klasy ochronności, którym jest słup stalowy lub aluminiowy. Niestety to nieprawda, ponieważ:

Ale ma zacisk uziemiający!
To prawda, słupy mają zaciski uziemiające. Natomiast od wykonawcy / projektanta zależy to w jaki sposób zostanie on wykorzystany i czy w ogóle. Słup to urządzenie wielowariantowe i np. w sytuacji gdy na słupie będzie oprawa wykonana w I klasie ochronności, może zajść konieczność uziemiania słupa. Drugi przykład to słupy anodowane. W ich przypadku producent np. Rosa, w instrukcji obsługi nakazuje uziemianie słupa ze względu na ochronę katodową. Taki zacisk znajduje się we wnęce słupa oraz przy jego podstawie. Producent nie podaje wartości rezystancji uziemienia ani sposobu jego wykonania. Podczas rozmowy z producentem dowiedziałem się, że mają zamiar wprowadzić takową instrukcję, ale widocznie jest to na tyle nieistotne, że do dzisiaj tego nie zrobiono.

10 czy 30 omów?
Przytaczane są dwie wartości rezystancji uziemienia słupów oświetleniowych 10 omów – ta wartość jest bardzo często podawana na forach oraz przez inspektorów nadzoru branży elektrycznej, którzy nie znają jej źródła oraz w mniejszym stopniu 30 omów. Pierwsza wartość ma źródło w wieloarkuszowej normie PN-EN 62305 i jest związana z ochroną odgromową. Druga wartość – 30 omów – ma swoje pochodzenie z normy sepowskiej N SEP-E-001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przed porażeniem elektrycznym i dotyczy uziemienia przewodu PEN.
Jak widać żadna z przywołanych wartości rezystancji uziemienia nie dotyczy bezpośrednio słupów oświetlenia ulicznego.

Ochrona przeciwporażeniowa w sieci oświetlenia ulicznego

Ochronę przeciwporażeniową w sieciach oświetlenia ulicznego należy analizować dzieląc omawianą sieć na dwie części:

• Sieć rozdzielczą – czyli odcinek od szafki oświetleniowej do wnęki słupa. Dla tego odcinka obowiązują postanowienia normy N SEP-E-001 i nie podlega on wymaganiom normy PN-HD 60364. Tutaj można przyjąć czas samoczynnego wyłączenia zasilnia 5s.
• Instalację odbiorczą – odcinek od zacisków zabezpieczenia we wnęce słupa do oprawy oświetleniowej. Tutaj ma zastosowanie norma PN-HD 60364.

Dla sieci oświetlenia ulicznego nie stosuje się wyłączników różnicowoprądowych RCD. Nie ma takiego obowiązku i byłoby to błędem w sztuce.
W normie PN-HD 60364-7-714 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji. Instalacje oświetlenia zewnętrznego jest informacja o tym, iż należy stosować RCD, ale w obiektach taki jak wiaty przystankowe, reklamy itp.

Ochrona poprzez samoczynne wyłączenie zasilania

Najbardziej rozpowszechniony sposób ochrony dodatkowej (przy uszkodzeniu), powszechnie stosowany dla sieci oświetlenia ulicznego. Urządzeniami wyłączającymi są bezpieczniki we wnęce słupa lub wyłączniki nadprądowe (lub też bezpieczniki) w szafce oświetlenia ulicznego. Sieć pracuje w układzie TN-C. Przewody PEN są przyłączane do konstrukcji słupa. Często pojawia tutaj pewien błąd, ponieważ przewód PEN najpierw wprowadzany jest do złącza np. typu IZK a dopiero później do konstrukcji słupa. Podłączenie powinno być wykonane odwrotnie, czyli najpierw PEN do słupa a dopiero później do złącza we wnęce słupa.
Częstym zjawiskiem jest układanie wraz z kablem np. typu NA2XY-J 4×35 bednarki w celu osiągnięcia wspomnianych 10 omów rezystancji uziemienia. Bednarka ma zazwyczaj wymiary 25×4 lub 30×4. Proszę teraz zauważyć, że gdy bednarka jest wyprowadzona z rozdzielnicy oświetleniowej i biegnie wzdłuż całego kabla, pełni ona rolę – chcąc nie chcąc – przewodu roboczego.
Dlaczego?
Ponieważ jej przekrój jest znacznie większy niż aluminiowego przewodu PEN w linii kablowej. Część prądu roboczego będzie płynęła bednarką, która nie jest do tego przeznaczona w normlanych warunkach pracy sieci w układzie TN-C. Poza tym, drugim minusem ochrony poprzez samoczynne wyłączenie zasilania jest wprowadzanie potencjału przewodu PEN na konstrukcję słupów oświetleniowych. To tak jakby każdy mógł dotknąć szyny PEN w jakiejś rozdzielnicy. Ma to swoje konsekwencje m. in. podczas powstawania przepięcia przy doziemieniu w sieci SN. Po trzecie – koszty. Inwestor musi zapłacić wykonawcy za robotę oraz za materiał (stal do tanich nie należy, o robociźnie nie wspominając) – czyli ciągnięcie kilometrów stali zakopywanej w ziemi. Wykonawca zadowolony, bo skasował inwestora a inwestor nawet nie wie, że to niepotrzebne.

Uziemianie przewodu PEN

Jak już wspomniano wcześniej część rozdzielcza sieci oświetleniowej podlega wymaganiom normy N SEP-E-001. W tejże normie znajdziemy szczegółowo opisane wymagania dotyczące uziemiania przewodu PEN.
Poniżej cytat z normy:

Rozmieszczenie uziemień przewodów PEN (PE) w liniach napowietrznych niskiego napięcia powinno spełniać następujące dodatkowe wymagania:
a) na końcu każdej linii i na końcu każdego odgałęzienia o długości większej niż 200 m należy wykonać uziemienie o rezystancji nie większej niż
30 Ω,
b) wzdłuż trasy linii długość przewodu PEN (PE) między uziemieniami o rezystancji nie większej niż 30 Ω (chyba że z innych powodów wymaga się wartości mniejszych, np. dla uziemienia ograniczników przepięć) nie powinna przekraczać 500 m,
c) na obszarze koła o średnicy 300 m zakreślonego dowolnie dookoła końcowego odcinka każdej linii i jej odgałęzień tak, aby koniec linii lub odgałęzienia znajdował się w tym kole, powinny znajdować się uziemienia o wartości wypadkowej rezystancji nie przekraczającej 5 Ω, obliczonej przy uwzględnieniu jedynie tych uziemień, których rezystancja jest nie większa niż 30 Ω (każdego uziemienia należącego do operatora sieci).

W liniach kablowych zaleca się spełnienie postanowień a) i c). Sieci oświetleniowe są budowane jako kablowe, wobec tego nie ma nakazu uziemiania przewodu PEN, gdy długość linii przekracza 500 m. Po drugie nawet gdyby zastosować ochronę przy uszkodzeniu za pomocą samoczynnego wyłączenia zasilania, to ewentualny uziom słupa oświetleniowego nie ma żadnego wpływu na samoczynne wyłączenie.

Zaraz ktoś powie: „a co w przypadku przerwania PEN-a i braku uziomu?!”
Odpowiedź jest prosta, definicja ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu wg Międzynarodowego Słownika Elektrotechniki (IEV) brzmi:

Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym w warunkach pojedynczego uszkodzenia

Przerwanie PEN-a i uszkodzenie izolacji to już dwa uszkodzenia, więc ochrony przeciwporażeniowej nie sprawdza się na powyższą okoliczność. Prowadziłoby to do błędnego koła, ponieważ równie dobrze można by powiedzieć inne mało prawdopodobne sytuacje, które można by mnożyć.

Poza tym po to jest sprawdzenie odbiorcze, żeby wyeliminować wszelkie uszkodzenia.

Jeżeli już zdecydowano o ochronie poprzez samoczynne wyłączenie to, owszem, można uziemić przewód PEN i tym samym słupy, ale nie wszystkie i nie rezystancją o wartości 10 omów. Można to zrobić dla słupów skrajnych, odgałęzień w celu zachowania potencjału ziemi na przewodzie PEN, żeby w razie uszkodzenia izolacji doszło do wyłączenia zasilania.
Wszystko zależy od rozległości danej sieci i jej konfiguracji, ale głównie chodzi o to, żeby nie popadać w niczym nie uzasadnione skrajności. Zakopywanie dziesiątek metrów stali w ziemi jest bezcelowe. Drugim przypadkiem jest sytuacja, gdy warunku samoczynnego wyłączenia nie daje się spełnić. Wówczas projektuje się uziomy wyrównawcze wokół słupa a wykonawca ma obowiązek przeprowadzenia pomiaru napięć dotykowych.

Ochrona poprzez urządzenia w II klasie ochronności

Jedyne słuszne wyjście dla nowych sieci oświetlenia ulicznego.
Znakomita większość opraw oświetleniowych jest wykonana właśnie w II klasie. Więc dlaczego większość ekspertów chce zepsuć rozwiązanie idealne i podłącza przewód PEN do słupa (oczywiście wraz z kilometrami bednarki)?
Dlatego, że nie rozumie co robi. Skoro urządzenie elektryczne jakim jest oprawa mamy dobrane w izolacji podwójnej lub wzmocnionej, to wystarczy tak zaprojektować sieć oświetleniową, aby całość – od wnęki słupa do oprawy włącznie była również w II klasie.

Dzięki takiemu działaniu powstaje całkowicie wyizolowana, bezpieczna sieć oświetlenia ulicznego. Po drugie inwestor unika kosztów związanych z targaniem bednarki i zakopywania jej w ziemi. Jest to najprostsze i najbardziej niezawodne rozwiązanie również ze względów technicznych i praktycznych.

Czy w ogóle nie należy uziemiać słupów?

Oczywiście, że nie. Na początku tekstu wymieniłem sytuacje, w których można a nawet trzeba to robić. Natomiast w większości przypadków jest to błędne i szkodliwe. Takie przypadki to nowa sieć oświetleniowa w układzie TN-C i sposób ochrony dodatkowej. Kolejnym problemem jest to, że wykonawcy i projektanci nie chcą zrozumieć, że nie istnieje tylko samoczynne wyłączenie zasilania a ich uziomy nie mają wpływu na działanie tej ochrony.

Kiedy uziemienie jest konieczne

Kiedy uziemienie nie jest konieczne

Podsumowanie

W normach ani w polskich przepisach nie ma nakazu uziemiania słupów oświetlenia ulicznego, co nie znaczy, że jest to zabronione. Do tego tematu należy podchodzić elastycznie biorąc pod uwagę wszystkie za i przeciw. W innych krajach od kilkunastu lat wymagane jest stosowanie II klasy jako środka ochrony dla wskazanej sieci, jako jedynego dopuszczalnego rozwiązania. Temat został również poruszony w miesięczniku INPE Informacje o Normach i Przepisach Elektrycznych nr 162-163. Warto przeczytać, ponieważ autorem tekstu jest dr inż. Edward Musiał.
W Polsce podczas projektowania i wykonawstwa usilnie stara się opasać bednarką całą kulę ziemską, ale wynika to z niezrozumienia zasad ochrony przeciwporażeniowej i braku pogłębiania wiedzy. Jest to naciąganie inwestorów na poważne koszty, niczym nieuzasadnione. Najczęściej wymóg ten stawiają inspektorzy nadzoru, którzy podczas dyskusji nie chcą słuchać o II klasie tylko nakazują ułożenie bednarki. Owszem można, ale czy na całej trasie kabla i do każdego słupa? Czy ktoś będzie kontrolował stan tej bednarki czy ona ma po prostu być podczas odbioru instalacji? Czy będzie kontrolowana wymagana wartość impedancji pętli zwarciowej po wybudowaniu sieci? Pytania można mnożyć. Zastosowanie II klasy ochronności pozwala stworzyć w pełni bezpieczną i wyizolowaną sieć oświetlenia ulicznego unikając zbędnych kosztów a także problemów technicznych związanych z działaniem ochrony przeciwporażeniowej.