Kan flad stålstang anvendes til elektriske jordforbindelsessystemer i bygninger?

Overholdelse af NEC og kodegodkendelse af flad stålstang til jordforbindelse

NEC-artikler 250.52 og 250.64: Når flad stålstang kan anvendes som jordforbindelseselektrode eller jordforbindelsesleder

Den nationale elektriske kode (NEC) fastlægger specifikke krav til dimensioner, materialer og installation af jordforbindelsessystemer, herunder flade stålbjælker. For eksempel identificerer artikel 250.52(A)(7) flade stålbjælker som jordforbindelseselektroder, hvis stålbjælker af lavtkulstofstål anbringes vandret over eller under frostgrænsen. For at anvende disse bjælker som jordforbindelsesledere specificerer artikel 250.64 krav til mekanisk beskyttelse, størrelse og tilstand af komponenterne. Ikke-overholdelse af disse krav kan medføre en stigning i jordforbindelsessystemets impedans på 40–70 %. Denne stigning kan føre til en række problemer, såsom fejl i jordfejldetektering og udfald af udstyret. Dette er den primære grund til, at NEC-håndbogen fra 2023 indeholder detaljerede oplysninger til elektrikere.

Minimumsstørrelseskrav ifølge NEC-tabel 250.66: Dimensioner, tykkelse og nedgravningdybde for flad stålbjælke

Belagte stålstænger skal have specificerede dimensioner efter galvanisering. Tab af belægning må ikke medføre en reduktion af stålmaterialen under sikkerhedsstandarderne. Metalstænger i jord med pH-niveauer under 5,0 vil opleve, at tyndere metalstænger korroderer næsten tre gange hurtigere end standardstænger ifølge IEEE Std. 80-2023. Den accelererede korrosion udgør en farlig aspekt af fejlstrømsstyringen i systemet. I områder, hvor jorden er for stejnt for fuldstændig nedgravning, skal feltmænd dokumentere alle ekstra foranstaltninger, der træffes, herunder installation af mere korrosionsbestandige lag, ekstra jordforbindelser osv. I disse tilfælde skal de ekstra foranstaltninger godkendes af den kompetente myndighed.

Korrosionsbestandighed og levetid for flade stålstænger til jordforbindelsesanvendelser

HDG-flad stålstang: ASTM A123 samt 30–50 års korrosionsbestandighed i almindelige jordtyper

Jordforbindelsessystemer med varmdyppgalvaniserede flade stålbånd, der opfylder ASTM A123-standarderne, har vist sig at fungere vellykket i forskellige felttests. Zinkbelægningen virker som en barriere mod jordkorrosion og absorberer korrosionspåvirkningen først for at beskytte det underliggende stål. Uafhængige tests viser, at tykkelsen af disse belægninger er mindst 85 mikrometer, hvilket er den krævede tykkelse for en beskyttelse på 30–50 år i jord med pH-værdi mellem 5,5 og 8,0 samt resistivitet over 1.000 ohm-centimeter. Matrix-testresultater for ekstreme forhold viser, at materialet forbliver intakt efter svarende til 1.500 timer saltstøv, hvilket svarer til ca. 20 år med udsættelse ved kysten. En effektiv installation af disse varmdyppgalvaniserede stålbånd sikrer, at jordforbindelsessystemerne opretholder en modstand på under 25 ohm i hele deres levetid og opfylder kravene i IEEE 80-standarderne til sikkerhed.

Nedbrydning af ubelagte og galvaniserede flade stålbånd i kystnære og tørre miljøer

Permanent jordforbindelsesinfrastruktur udsættes for miljøpåvirkninger, idet korrosion i jordforbindelser er den første udfordring. Påvirkninger såsom fugt, temperatursvingninger og korrosion gør galvanisering stadig mere vigtig.

Kystnære og tørre områder

Ubeskyttet stål i kystnære områder har en tendens til at ruste med en hastighed på ca. 1,5 mm pr. år som følge af chlorider, fugt og temperatursvingninger. I tørre områder forventes en levetid på over 30 år med mindre end 15 % af belægningen (zink) tabt, mens galvaniserede (belagte) stålstænger anslås at have en levetid på ca. 30 år i tørre områder.

Ubehandlade ståloverflader vil til sidst blive pittede. Ubehandlet stål vil blive pittet meget hurtigere end behandlet stål. Galvaniseret (zinkbelagt) stål bibeholder ca. 98 % af sin ledningsevne efter ca. 10 år.

Testning af forskellige vegetationstilstande og jordforhold på flere geografiske områder viser, at ingeniørernes antagelse om, at forzinkede belægninger fordobler eller tredobler levetiden for metaldele i hårde forhold, er korrekt.

Dette er vigtigt for pålidelige elektriske forbindelser og systemer til sikkerhedskonformitet uden vedligeholdelsesproblemer.

Anvendelse af flade stålstænger i jordforbindelsessystemer for bygninger

Residentielle og kommercielle anvendelser: Hovedtilslutningsjumpere, jordbusbarer og elektrodeforbindelser

Flade stålbjælker anvendes i næsten alle typer byggeri, da de er mekanisk overlegne, nemme at afslutte og billigere end de fleste alternative løsninger. I boligbyggeri bruges de ofte som den primære jordforbindelsesleder, der forbinder forsyningsudstyr til jordingselektroderne. Dette er især kritisk, når flere jordingsstave kræves for at opnå den målrettede modstand på 25 ohm, som kræves af IEEE 142-standarderne. I kommercielle bygninger er den flade profil nyttig som jordningsbusbarer i skaktkabinetter og panelbrætter. Den flade profil gør også det muligt for elektrikere at montere disse i smalle områder, samtidig med at de stadig leverer de nødvendige jordningsbusbar-arealer, hvor et stort antal jordforbindelser skal etableres. Flade stålbjælker er også velegnede til at forbinde forskellige typer jordingselektroder. Dette omfatter jordingsstave, betonindkapslede Ufer-jordinger og endda metalvandrør, som nogle betegner som "den gamle jordning". Forbindelsen mellem disse elektroder er, hvad elektrikere almindeligvis henviser til som et "lavimpedans"-system, hvilket er langt bedre end at behandle dem som separate komponenter i systemet.

Koordinering med den kompetente myndighed, sikring af lavimpedansforbindelser og undgåelse af mekanisk skade

Der er et par grundlæggende ting, der skal på plads for at komme i gang: Installer udsatte flade stålstænger neden under en dybde på 750 mm (30 tommer), idet NEC anvendes som vejledning. Dette minimerer virkningen af utilsigtet udgravning og forhindrer, at stængerne udsættes for temperaturrelaterede problemer. Ved tilslutning til elektroder, samlebusser eller anden udstyr skal der kun anvendes kodegodkendte forbindelsesmidler, såsom UL-godkendte klemmer eller eksotermiske svejsninger, da disse sikrer elektrisk og termisk kontinuitet samt reducerer modstanden. Ved jordforhold uden for det normale område bliver varmdyppningsgalvanisering en nødvendighed. Især hvis jordens pH-værdi er < 5,0 eller > 10,0, eller hvis jordens resistivitet er < 1.000 ohm·cm, kræves galvanisering for at opfylde kravene i ASTM A123. Det er også en god idé at kontakte den myndighed, der har jurisdiktion (AHJ), for at afgøre, om der gælder særlige krav for projektets placering, f.eks. vedrørende fugt, kystnære områder eller kemisk korrosive jordforhold. Disse forhold kan kræve yderligere test, belægning og/eller kvalitetskontrolforanstaltninger.

Ofte stillede spørgsmål

1. Hvad gør flade stålbjælker i jordforbindelsessystemer?

Flade stålbjælker udgør jordforbindelselektroder, der hjælper med at lede fejlstrøm sikkert og effektivt ned i jorden.

2. Flade stålbjælker er galvaniserede. Hvorfor gøres dette?

Galvanisering forsyner stålbjælkerne med en beskyttende zinkbelægning. Dette øger bjælkernes modstandsdygtighed over for rust og korrosion. Dette er meget vigtigt i kystnære eller meget tørre miljøer.

3. Hvordan opfylder flade stålbjælker NEC-kravene?

Flade stålbjælker skal installeres mindst 750 mm eller 30 tommer under jorden. Bjælkerne skal også være beskyttet med en solid metalafskærmning for at undgå korrosion. Der skal anvendes slidstærke mekaniske forbindelser samt UL-klemmer eller eksotermisk svejsning til forbindelse med bjælkerne.