Les barres plates en acier peuvent-elles être utilisées pour les systèmes de mise à la terre électrique dans les bâtiments ?

Conformité à la NFPA 70 (NEC) et acceptation réglementaire de la barre d'acier plate pour la mise à la terre

Articles 250.52 et 250.64 de la NFPA 70 (NEC) : cas où la barre d'acier plate est admise comme électrode ou conducteur de mise à la terre

Le Code national de l’électricité (NEC) établit des critères spécifiques en matière de dimensions, de matériaux et d’installation pour les systèmes de mise à la terre comprenant des barres plates en acier. Par exemple, l’article 250.52(A)(7) désigne les barres plates en acier comme électrodes de mise à la terre si des barres en acier à faible teneur en carbone sont placées horizontalement, soit au-dessus, soit au-dessous de la limite de gel. Pour utiliser ces barres comme conducteurs de mise à la terre, l’article 250.64 précise les exigences relatives à la protection mécanique, aux dimensions et à l’état des composants. Le non-respect de ces exigences peut entraîner une augmentation de l’impédance du système de mise à la terre comprise entre 40 % et 70 %. Cette augmentation peut provoquer divers problèmes, tels qu’une défaillance de la détection des défauts à la terre ou une panne de l’équipement. C’est la raison principale pour laquelle le Manuel du NEC 2023 fournit des détails précis aux électriciens.

Exigences minimales de taille selon le tableau 250.66 du NEC : dimensions, épaisseur et profondeur d’enfouissement des barres plates en acier

Les barres d'acier revêtues doivent avoir des dimensions spécifiées après la galvanisation à chaud. La perte de revêtement ne doit pas entraîner une réduction de l'épaisseur de l'acier en dessous des normes de sécurité. Dans les sols dont le pH est inférieur à 5,0, les barres métalliques plus fines subissent une corrosion presque trois fois plus rapide que les barres standard, conformément à la norme IEEE Std. 80-2023. Cette corrosion accélérée constitue un risque sérieux pour la gestion des courants de défaut dans le système. Dans les zones où le sol est trop rocheux pour permettre une enfouissement complet, les équipes sur site doivent documenter toutes les mesures supplémentaires prises, notamment l’installation de couches plus résistantes à la corrosion, des mises à la terre supplémentaires, etc. Dans ces cas, les mesures supplémentaires doivent être approuvées par l’autorité compétente.

Résistance à la corrosion et durée de vie des barres plates en acier pour applications de mise à la terre

Barre plate en acier galvanisé à chaud (HDG) : ASTM A123 et résistance à la corrosion de 30 à 50 ans dans des sols typiques

Les systèmes de mise à la terre utilisant des barres plates en acier galvanisées à chaud conformes aux normes ASTM A123 ont fait preuve d’une performance réussie dans divers essais sur le terrain. Le revêtement de zinc agit comme une barrière contre la corrosion du sol et subit en premier lieu l’attaque corrosive afin de protéger l’acier sous-jacent. Des essais indépendants montrent que l’épaisseur de ces revêtements est d’au moins 85 micromètres, ce qui correspond à l’épaisseur requise pour assurer une protection de 30 à 50 ans dans un sol dont le pH varie entre 5,5 et 8,0 et dont la résistivité dépasse 1 000 ohm-centimètres. Les résultats des essais menés par Matrix dans des conditions extrêmes indiquent que le matériau reste intact après l’équivalent de 1 500 heures de brouillard salin, soit environ 20 ans d’exposition côtière. Une installation correcte de ces barres plates en acier galvanisées à chaud garantit que les systèmes de mise à la terre conservent une résistance inférieure à 25 ohms tout au long de leur durée de vie utile et satisfont aux exigences de la norme IEEE 80 en matière de sécurité.

Dégradation des barres plates en acier nues et galvanisées dans les environnements côtiers et arides

Les infrastructures de mise à la terre permanentes sont soumises à des contraintes environnementales, commençant par la corrosion des systèmes de mise à la terre. Des facteurs tels que l’humidité, les fluctuations de température et la corrosion rendent la galvanisation de plus en plus importante.

Environnements côtiers et arides

L’acier non protégé dans les zones côtières a tendance à rouiller à un rythme d’environ 1,5 mm par an en raison des chlorures, de l’humidité et des fluctuations de température. Dans les zones arides, une durée de vie supérieure à 30 ans est attendue, avec moins de 15 % du revêtement (zinc) perdu, tandis que les barres d’acier galvanisé (revêtues) devraient durer environ 30 ans dans les zones arides.

Les surfaces en acier non allié finiront inévitablement par présenter des piqûres. L’acier non revêtu sera piqué beaucoup plus rapidement que l’acier revêtu. L’acier galvanisé (revêtu de zinc) conserve environ 98 % de sa conductivité après environ 10 ans.

Les essais menés sur diverses conditions de végétation et de sol dans plusieurs zones géographiques confirment l’hypothèse des ingénieurs selon laquelle les revêtements galvanisés doublent ou triplent la durée de vie des composants métalliques en conditions sévères.

Cela est essentiel pour garantir des connexions électriques fiables et des systèmes conformes aux exigences de sécurité, sans complications liées à la maintenance.

Utilisation de barres plates en acier dans les systèmes de mise à la terre des bâtiments

Applications résidentielles et commerciales : conducteurs principaux d’équipotentialité, barres collectrices de terre et interconnexions d’électrodes

Les barres d'acier plates sont utilisées dans pratiquement tous les types de construction, car elles présentent des performances mécaniques supérieures, sont faciles à raccorder et coûtent moins cher que la plupart des alternatives. Dans la construction résidentielle, elles servent souvent de conducteur principal de liaison reliant les équipements de service aux électrodes de terre. Cette application est particulièrement critique lorsqu’il est nécessaire d’installer plusieurs tiges de terre afin d’atteindre la valeur cible de résistance de 25 ohms imposée par la norme IEEE 142. Dans le cas des bâtiments commerciaux, le profil plat s’avère utile comme barres collectrices de terre dans les tableaux électriques et les armoires de distribution. Ce profil plat permet également aux électriciens d’installer ces barres dans des espaces restreints tout en offrant les surfaces nécessaires de barres collectrices de terre là où un grand nombre de connexions à la terre doivent être réalisées. Les barres d’acier plates conviennent également bien pour interconnecter différents types d’électrodes de terre, notamment les tiges de terre, les prises de terre enrobées de béton (prises de terre Ufer) et même les canalisations métalliques d’eau, que certaines personnes désignent sous le terme de « vieille prise de terre ». L’interconnexion de ces électrodes constitue ce que les électriciens appellent couramment un système « à faible impédance », ce qui est nettement préférable à leur traitement en tant que composants séparés du système.

Coordination avec l'autorité compétente (AHJ), garantie de connexions à faible impédance et évitement des dommages mécaniques

Il y a quelques notions de base à prendre en compte pour commencer : installez des barres d'acier plates apparentes, construites à une profondeur inférieure à 750 mm (soit 30 pouces), en vous référant au Code national de l'électricité (NEC). Cela permet de minimiser les effets d'une excavation accidentelle et évite que les barres ne soient soumises à des problèmes liés aux variations de température. Pour les raccordements aux électrodes, aux barres collectrices ou à d'autres équipements, utilisez exclusivement des connecteurs homologués par la réglementation, tels que des cosses certifiées UL ou des soudures exothermiques, car ils assurent une continuité électrique et thermique optimale et réduisent la résistance. Dans les cas où les caractéristiques du sol sortent de la fourchette normale, le zingage à chaud devient indispensable. En particulier, si le pH du sol est inférieur à 5,0 ou supérieur à 10,0, ou si la résistivité du sol est inférieure à 1 000 ohm·cm, le zingage est requis afin de satisfaire aux exigences de la norme ASTM A123. Il est également recommandé de contacter l'autorité compétente (Authority Having Jurisdiction, AHJ) afin de déterminer si des exigences particulières s'appliquent au lieu du projet, par exemple en raison de l'humidité, de la proximité d'une zone côtière ou de la présence d'un sol chimiquement corrosif. Ces conditions peuvent nécessiter des essais supplémentaires, des revêtements spécifiques et/ou des mesures renforcées de contrôle qualité.

FAQ

1. À quoi servent les barres plates en acier dans les systèmes de mise à la terre ?

Les barres plates en acier constituent des électrodes de mise à la terre qui permettent de dissiper en toute sécurité et efficacité le courant de défaut vers le sol.

2. Les barres plates en acier sont galvanisées. Pourquoi cette opération est-elle effectuée ?

La galvanisation confère aux barres en acier un revêtement protecteur de zinc, ce qui augmente leur résistance à la rouille et à la corrosion. Cette protection est particulièrement importante dans les environnements côtiers ou très secs.

3. Comment les barres plates en acier répondent-elles aux exigences du NEC ?

Les barres plates en acier doivent être installées à une profondeur minimale de 750 mm (soit 30 pouces) sous le niveau du sol. Elles doivent également être protégées par un couvercle métallique continu afin d’éviter la corrosion. Des raccordements mécaniques abrasifs, ainsi que des cosses UL ou des soudures exothermiques, doivent être réalisés sur les barres.