Lze plochý ocelový prut použít pro uzemňovací systémy v budovách?

Dodržování předpisů NEC a přijetí plochého ocelového prutu pro uzemnění dle stavebních předpisů

Články NEC 250.52 a 250.64: Kdy může plochý ocelový prut sloužit jako uzemňovací elektroda nebo uzemňovací vodič

Národní elektrotechnický předpis (NEC) stanovuje konkrétní požadavky na rozměry, materiál a montáž uzemňovacích systémů, včetně plochých ocelových tyčí. Například článek 250.52(A)(7) uvádí, že ploché ocelové tyče lze použít jako uzemňovací elektrody, jsou-li tyče z nízkouhlíkové oceli umístěny vodorovně nad nebo pod mrazovou hranicí. Aby byly tyto tyče použity jako uzemňovací vodiče, stanovuje článek 250.64 požadavky na mechanickou ochranu, rozměry a stav jednotlivých součástí. Nedodržení těchto požadavků může vést ke zvýšení impedance uzemňovacího systému o 40–70 %. Toto zvýšení může způsobit řadu problémů, například selhání detekce poruchy proti zemi nebo poruchu zařízení. To je hlavním důvodem, proč Průvodce NEC z roku 2023 poskytuje elektrikářům podrobné informace.

Minimální požadavky na rozměry podle tabulky 250.66 předpisu NEC: rozměry, tloušťka a hloubka uložení ploché ocelové tyče

Ocelové tyče s povlakem musí mít stanovené rozměry po pozinkování. Ztráta povlaku nesmí vést ke snížení tloušťky ocelového materiálu pod úroveň požadovanou bezpečnostními normami. Kovové tyče v půdě s pH nižším než 5,0 se budou korodovat téměř třikrát rychleji než standardní tyče, jak uvádí norma IEEE Std. 80-2023. Zrychlená koroze představuje nebezpečný aspekt řízení poruchového proudu v systému. V oblastech, kde je půda příliš skalnatá pro úplné zahrnutí do země, musí montážní týmy dokumentovat veškerá dodatečná opatření, včetně instalace vrstev s vyšší odolností proti korozi, dalšího uzemnění apod. V těchto případech musí být všechna dodatečná opatření schválena příslušným orgánem.

Odolnost proti korozi a životnost plochých ocelových tyčí pro uzemňovací aplikace

Horkozinkované ploché ocelové tyče: ASTM A123 a odolnost proti korozi 30–50 let v typických půdách

Uzemňovací systémy s plochými ocelovými tyčemi pozinkovanými tzv. ponornou metodou, které splňují normu ASTM A123, se v různých polních zkouškách osvědčily. Zinková vrstva působí jako bariéra proti korozi způsobené půdou a nejprve absorbuje korozní účinky, čímž chrání podkladovou ocel. Nezávislé zkoušky ukazují, že tloušťka těchto povlaků je alespoň 85 mikrometrů, což je požadovaná tloušťka pro ochranu trvající 30 až 50 let v půdě s pH 5,5 až 8,0 a s měrným elektrickým odporem vyšším než 1 000 ohm·cm. Výsledky testů provedených společností Matrix za extrémních podmínek ukazují, že materiál zůstává nepoškozený po dobu ekvivalentní 1 500 hodinám expozice solnému mlhu, což odpovídá přibližně 20 letům vystavení pobřežnímu prostředí. Účinná instalace těchto plochých ocelových tyčí pozinkovaných ponornou metodou zajistí, že uzemňovací systémy po celou dobu své životnosti udrží odpor nižší než 25 ohmů a splní požadavky normy IEEE 80 na bezpečnost.

Degradace neochranných a pozinkovaných plochých ocelových tyčí v pobřežním a suchém prostředí

Trvalá uzemňovací infrastruktura je vystavena environmentálním zátěžím, přičemž prvním z nich je koroze v uzemňovacích systémech. Zátěže, jako jsou vlhkost, kolísání teploty a koroze, činí žárové zinkování stále důležitějším.

Pobřežní a suché prostředí

Neochráněná ocel v pobřežních oblastech se v důsledku chloridů, vlhkosti a kolísání teploty začíná rychlostí přibližně 1,5 mm za rok zhrubovat. V suchých oblastech se očekává životnost přesahující 30 let při ztrátě méně než 15 % povlaku (zinku), zatímco žárově zinkované (povlakované) ocelové tyče mají v suchých oblastech odhadovanou životnost přibližně 30 let.

Hladké povrchy oceli se postupně začnou pohltit. Neopatřená ocel se pohltí mnohem rychleji než ocel s povlakem. Žárově zinkovaná (zinkem povlakovaná) ocel udržuje po dobu přibližně 10 let asi 98 % své vodivosti.

Testování různých vegetačních a půdních podmínek v několika geografických oblastech potvrzuje předpoklad inženýrů, že zinkové povlaky zdvojnásobují až ztrojnásobují životnost kovových součástí v náročných podmínkách.

To je důležité pro spolehlivé elektrické spojení a systémy z hlediska bezpečnostních norem bez nutnosti údržby.

Použití plochých ocelových tyčí v uzemňovacích systémech budov

Bytové a komerční aplikace: hlavní spojovací přemostění, uzemňovací sběrnice a propojení uzemňovacích elektrod

Ploché ocelové tyče se používají téměř ve všech typech staveb, protože jsou mechanicky lepší, snadno se ukončují a jsou levnější než většina alternativ. V bytové výstavbě se často používají jako hlavní spojovací vodič (bonding jumper), který propojuje rozvaděčové zařízení se zemniči. To je zvláště důležité, pokud je k dosažení požadovaného odporu uzemnění 25 ohmů podle norem IEEE 142 nutné použít více zemničů. U komerčních staveb je ploché profilování užitečné při použití jako zemnicí sběrnice (ground busbars) v rozvaděčích a rozvaděčových skříních. Plochý profil také umožňuje elektrikářům tyto tyče instalovat v úzkých prostorách a zároveň poskytnout potřebnou plochu zemnicí sběrnice pro připojení velkého množství uzemnění. Ploché ocelové tyče jsou také vhodné pro vzájemné propojení různých typů zemničů, včetně zemničů (zemních tyčí), betonem obalených zemničů typu Ufer a dokonce i kovových vodovodních potrubí, kterým někteří lidé říkají „staré uzemnění“. Takové propojení těchto zemničů se u elektrikářů běžně označuje jako „systém s nízkou impedancí“, což je mnohem lepší než považovat jednotlivé zemniče za samostatné součásti systému.

Koordinace s příslušným orgánem, zajištění nízkoimpedančních spojení a předcházení mechanickému poškození

Existuje několik základních kroků, které je třeba provést při zahájení práce: vybudujte výše uvedené prvky ve výškové hloubce pod 750 mm (30 palců), přičemž jako průvodce použijte normu NEC a umístěte nechráněné ploché ocelové tyče. Tím se minimalizují důsledky náhodného vykopávání a zároveň se zabrání problémům s teplotními vlivy na tyto tyče. Pro připojení ke zkušebním elektrodám, sběrným lištám nebo jiným zařízením používejte výhradně spojky schválené příslušnými předpisy, například svorky uvedené v seznamu UL nebo exotermické svařování, protože tyto spojky zajišťují elektrickou i tepelnou spojitost a snižují elektrický odpor. V případě půdních podmínek mimo běžný rozsah se stává nutností ponorné pozinkování. Zejména pokud je pH půdy < 5,0 nebo > 10,0, nebo pokud je měrný odpor půdy < 1 000 ohm·cm, je pro splnění požadavků normy ASTM A123 povinné pozinkování. Dále je vhodné kontaktovat příslušný orgán odpovědný za dozor (AHJ), abyste zjistili, zda pro dané místo realizace projektu platí zvláštní požadavky, například v souvislosti s vlhkostí, pobřežní polohou nebo chemicky korozivními půdními podmínkami. Tyto podmínky mohou vyžadovat dodatečné zkoušky, povrchové úpravy a/nebo opatření pro zajištění kvality.

Často kladené otázky

1. K čemu slouží ploché ocelové tyče v uzemňovacích soustavách?

Ploché ocelové tyče tvoří uzemňovací elektrody, které pomáhají bezpečně a účinně odvést poruchový proud do země.

2. Ploché ocelové tyče jsou pozinkované. Proč se to dělá?

Pozinkování poskytuje ocelovým tyčím ochranný zinkový povlak, který zvyšuje jejich odolnost proti rezivění a korozi. To je zvláště důležité v prostředích pobřežních nebo velmi suchých.

3. Jak splňují ploché ocelové tyče požadavky normy NEC?

Ploché ocelové tyče je třeba instalovat ve vzdálenosti nejméně 750 mm (30 palců) pod úrovní terénu. Tyče by měly být také chráněny pevným kovovým krytem, aby se předešlo korozi. Mechanické spoje musí být provedeny odolným způsobem, například pomocí svorek UL nebo exotermického svařování.