Használható-e lapos acélrúd elektromos földelőrendszerekhez épületekben?

NEC szabályzatának betartása és a lapos acélrúd földelésre való elfogadása

NEC 250.52 és 250.64 cikkei: mikor minősül a lapos acélrúd földelőelektródának vagy földelővezetőnek

A Nemzeti Villamoskódex (NEC) meghatározott méreti, anyagi és telepítési követelményeket állapít meg a földelő rendszerekhez, amelyekbe beletartoznak a lapos acélcsíkok. Például a 250.52(A)(7) cikk szerint lapos acélcsíkok földelőelektródokként szolgálhatnak, ha alacsony széntartalmú acélcsíkokat vízszintes helyzetben helyeznek el a fagyhatár felett vagy alatt. Az ilyen csíkok földelővezetőként való használatához a 250.64-es cikk előírja a mechanikai védelem, a méret és az alkatrészek állapotára vonatkozó követelményeket. A követelmények be nem tartása 40–70%-os impedancia-növekedést eredményezhet a földelő rendszerben. Ez a növekedés számos problémát okozhat, például a földelési hibák érzékelésének kudarcát és a berendezések működésének megszűnését. Ez az egyik fő oka annak, hogy a NEC Kézikönyv 2023-ban részletes útmutatást nyújt az elektromos szakembereknek.

Minimális méretkövetelmények az NEC 250.66-os táblázata szerint: Lapos acélcsík méretei, vastagsága és eltemetési mélysége

A bevonatos acélrudaknak meg kell felelniük a poszt-galvanizálás utáni megadott méreteknek. A bevonat elvesztése nem eredményezheti az acélanyag szabványos biztonsági követelmények alá csökkenő csökkenését. Azokban a talajokban, ahol a pH-szint 5,0-nél alacsonyabb, a vékonyabb acélrudak korróziója majdnem háromszor gyorsabb, mint a szokásos rudaké, az IEEE Std. 80–2023 szerint. Ez a gyorsult korrózió veszélyes tényezőt jelent a hibára jellemző áram kezelésében a rendszerben. Olyan területeken, ahol a talaj túl köves ahhoz, hogy a teljes eltemetést el lehessen végezni, a terepi munkacsoportoknak dokumentálniuk kell minden egyes további intézkedést, például a korrózióállóbb rétegek felszerelését, további földelést stb. Ezen esetekben a további intézkedéseket a joghatósággal rendelkező hatóságnak kell jóváhagynia.

Korrózióállóság és élettartam földelési alkalmazásokhoz használt lapos acélrudaknál

HDG lapos acélrúd: ASTM A123 és 30–50 év korrózióállóság tipikus talajokban

A forró–mázas, ASTM A123 szabványnak megfelelő, cinkbevonatos lapos acélrudakból készült földelőrendszerek különféle mezővizsgálatokon sikeresen teljesítettek. A cinkbevonat a talajkorrózió elleni gátat képezi, és elsőként szenvedi el a korróziós hatást, így védi az alatta lévő acélt. Független vizsgálatok szerint ezek a bevonatok legalább 85 mikrométer vastagok, ami a szükséges vastagság 30–50 évnyi védelemhez olyan talajban, amelynek pH-értéke 5,5–8,0, és ellenállása meghaladja az 1000 ohm·cm-t. A mátrixvizsgálatok eredményei extrém körülményekre vonatkozóan azt mutatják, hogy az anyag sértetlen marad a sópermetezésnek megfelelő 1500 órás időtartam után, ami kb. 20 évnyi tengerparti kitettségnek felel meg. Az ilyen forró–mázas acélrudak hatékony telepítése biztosítja, hogy a földelőrendszerek az egész élettartamuk során kevesebb mint 25 ohm ellenállást mutassanak, és eleget tegyenek az IEEE 80 szabvány biztonsági követelményeinek.

A csupasz és cinkbevonatos lapos acélrudak degradációja tengerparti és száraz környezetben

A permanens földelő infrastruktúra környezeti hatásoknak van kitéve, amelyek a földelő rendszerek korróziójával kezdődnek. A nedvesség, a hőmérséklet-ingadozások és a korrózió olyan terhelő tényezők, amelyek miatt a cinkbevonat (galvanizálás) egyre fontosabbá válik.

Tengerparti és szárazföldi környezetek

A védetlen acél tengerparti területeken klóridok, nedvesség és hőmérséklet-ingadozások hatására évente kb. 1,5 mm-es mértékben rozsdásodik. Szárazföldi területeken a bevonat (cink) kevesebb mint 15%-ának elvesztése mellett 30 év feletti élettartam várható, míg a galvanizált (cinkbevonatos) acélrudak szárazföldi környezetben kb. 30 évig tartanak.

A sima acélfelületek idővel gödrössé válnak. A bevonat nélküli acél sokkal gyorsabban lesz gödrös, mint a bevonatos acél. A galvanizált (cinkbevonatos) acél kb. 10 év elteltével is megőrzi vezetőképességének kb. 98%-át.

Különböző növényzet- és talajviszonyok tesztelése több földrajzi térségben megerősíti a mérnökök feltételezését, miszerint a horganyzott bevonatok kétszeres–háromszorosra növelik a fémes alkatrészek élettartamát a nehéz körülmények között.

Ez fontos a megbízható villamos kapcsolatok és rendszerek szempontjából a biztonsági előírások betartása érdekében, karbantartási nehézségek nélkül.

Lapossárga acélrudak alkalmazása épületek földelőrendszereiben

Lakó- és kereskedelmi alkalmazások: fő összekötő hurkok, földelő sínrendszer és földelőelektrodák összekötései

A lapos acélrudakat szinte minden típusú építési munkánál használják, mivel mechanikailag felülmúlják a többi alternatívát, könnyen csatlakoztathatók, és olcsóbbak, mint a legtöbb más megoldás. Lakóépítésnél gyakran szolgálnak fő összekötő vezetékként, amely a szolgáltatási berendezéseket a földelő elektródákhoz kapcsolja. Ez különösen fontos, ha több földelőrúd szükséges a IEEE 142 szabvány által előírt 25 ohm-os ellenállás-eléréséhez. Kereskedelmi célú építményeknél a lapos profil jól alkalmazható földelő sínként kapcsolóberendezésekben és elosztószekrényekben. A lapos profil lehetővé teszi az elektromos szerelők számára, hogy ezeket keskeny helyeken is beépítsék, miközben továbbra is biztosítják a szükséges földelő sínfelületet olyan területeken, ahol nagyszámú földelési csatlakozást kell kialakítani. A lapos acélrudak kiválóan alkalmazhatók különböző típusú földelő elektródák összekötésére is. Ide tartoznak a földelő rudak, a betonba ágyazott Ufer-földelések, sőt akár a vízvezeték-csövek is, amelyeket egyesek „régi földelésnek” neveznek. Ezeknek az elektródáknak az összekapcsolása az elektromos szakemberek által gyakran emlegetett „alacsony impedanciájú” rendszer, amely lényegesen jobb, mint ha ezeket a komponenseket különálló egységekként kezelnénk a rendszerben.

Együttműködés a hatáskörrel rendelkező hatósággal (AHJ), alacsony impedanciájú kapcsolatok biztosítása és mechanikai károk elkerülése

Néhány alapvető dologra van szükség a kezdéshez: a NEC irányelvei szerint 750 mm vagy 30 hüvelyk mélység alatt elhelyezett, kitért lapos acélrudak. Ez csökkenti a véletlen földmunka okozta hatásokat, és megakadályozza, hogy a rudak hőmérsékletfüggő problémákat szenvedjenek el. Az elektródákhoz, sínvezetékekhez vagy más berendezésekhez való csatlakozásokhoz kizárólag szabvány szerint jóváhagyott csatlakozókat kell használni, például UL-listázott csatlakozókuplungokat vagy exoterm hegesztést, mivel ezek biztosítják az elektromos és hővezető folytonosságot, és csökkentik az ellenállást. A normális tartományon kívüli talajviszonyok esetén a forró–merüléses cinkbevonat kényszerűvé válik. Különösen akkor szükséges a cinkbevonat, ha a talaj pH-értéke < 5,0 vagy > 10,0, illetve ha a talaj ellenállása < 1000 ohm·cm, mivel ebben az esetben az ASTM A123 szabványnak meg kell felelni. Érdemes továbbá felvenni a kapcsolatot a joghatósággal rendelkező hatósággal (AHJ), hogy megállapítsák, alkalmazandók-e a projekt helyszínére különleges követelmények, például nedvesség, tengerparti vagy kémiai korrozivitást okozó talajviszonyok. Ezek a körülmények további vizsgálatot, bevonatot és/vagy minőségellenőrzési intézkedéseket igényelhetnek.

GYIK

1. Mire szolgálnak a sík acélrudak a földelési rendszerekben?

A sík acélrudak földelőelektrodokat biztosítanak, amelyek segítségével a hibára jellemző áramot biztonságosan és hatékonyan vezetik le a földbe.

2. A sík acélrudak bevonva vannak cinkkel. Miért történik ez?

A cinkbevonat védelmet nyújt az acélrudaknak, mivel cinkréteget képez rajtuk. Ez növeli a rudak ellenállását a rozsdásodással és korrózióval szemben. Ez különösen fontos olyan környezetekben, mint a tengerparti vagy nagyon száraz területek.

3. Hogyan felelnek meg a sík acélrudak az NEC előírásainak?

A sík acélrudakat legalább 750 mm vagy 30 hüvelyk mélységben kell elhelyezni a föld alatt. A rudakat továbbá szilárd fém borítással kell védettnek lenniük a korrózió ellen. A rudakhoz a kopásálló mechanikai csatlakozások mellett UL-klemmák vagy exoterm hegesztés alkalmazandó.