Il profilato in acciaio piatto può essere utilizzato per i sistemi di messa a terra elettrica negli edifici?

Conformità al NEC e accettazione normativa del profilato in acciaio piatto per la messa a terra

Articoli NEC 250.52 e 250.64: quando il profilato in acciaio piatto è idoneo come elettrodo di terra o conduttore di terra

Il National Electrical Code (NEC) stabilisce criteri specifici in termini di dimensioni, materiali e modalità di installazione per i sistemi di messa a terra che impiegano barre di acciaio piatte. Ad esempio, l’articolo 250.52(A)(7) identifica le barre di acciaio piatte come elettrodi di terra qualora siano costituite da acciaio a basso tenore di carbonio e vengano posizionate orizzontalmente al di sopra o al di sotto del livello del gelo. Per utilizzare tali barre come conduttori di terra, l’articolo 250.64 specifica i requisiti relativi alla protezione meccanica, alle dimensioni e allo stato dei componenti. Il mancato rispetto di tali requisiti può determinare un aumento dell’impedenza del sistema di messa a terra compreso tra il 40% e il 70%. Tale aumento può causare diversi problemi, quali il mancato rilevamento dei guasti a terra e il malfunzionamento delle apparecchiature. Questo è il motivo principale per cui il NEC Handbook 2023 fornisce dettagli specifici rivolti agli elettricisti.

Requisiti minimi di dimensione secondo la Tabella 250.66 del NEC: dimensioni, spessore e profondità di interramento per le barre di acciaio piatte

Le barre di acciaio rivestite devono avere dimensioni specificate dopo la zincatura a caldo. La perdita del rivestimento non deve comportare una riduzione dello spessore dell'acciaio sottostante al di sotto dei valori minimi previsti dalle norme per la sicurezza. In terreni con pH inferiore a 5,0, le barre metalliche più sottili subiscono una corrosione quasi tre volte più rapida rispetto alle barre standard, secondo la norma IEEE Std. 80-2023. Questa corrosione accelerata rappresenta un aspetto pericoloso nella gestione delle correnti di guasto nel sistema. Nei casi in cui il terreno sia troppo roccioso per consentire una completa interratura, il personale sul campo deve documentare tutte le misure aggiuntive adottate, inclusa l’installazione di strati con maggiore resistenza alla corrosione, ulteriori collegamenti a terra, ecc. In tali casi, le misure aggiuntive devono essere approvate dall’Autorità competente.

Resistenza alla corrosione e durata delle barre in acciaio piatto per applicazioni di messa a terra

Barra piatta in acciaio zincata a caldo (HDG): ASTM A123 e resistenza alla corrosione da 30 a 50 anni in terreni tipici

I sistemi di messa a terra con barre in acciaio piatto zincate a caldo, conformi agli standard ASTM A123, hanno ottenuto risultati soddisfacenti in numerosi test sul campo. Il rivestimento in zinco funge da barriera contro la corrosione del terreno e subisce per primo l’azione corrosiva, proteggendo così l’acciaio sottostante. Test indipendenti dimostrano che lo spessore di tale rivestimento è pari ad almeno 85 micrometri, valore richiesto per garantire una protezione di 30–50 anni in terreni con pH compreso tra 5,5 e 8,0 e resistività superiore a 1.000 ohm·cm. I risultati dei test Matrix in condizioni estreme indicano che il materiale rimane integro dopo un’esposizione equivalente a 1.500 ore di nebbia salina, corrispondente a circa 20 anni di esposizione costiera. L’installazione corretta di queste barre in acciaio zincato a caldo garantisce che i sistemi di messa a terra mantengano una resistenza inferiore a 25 ohm per tutta la loro vita utile, soddisfacendo i requisiti della norma IEEE 80 in materia di sicurezza.

Degrado di barre in acciaio piatto non zincate e zincate in ambienti costieri e aridi

Le infrastrutture di messa a terra permanenti sono soggette a sollecitazioni ambientali, a partire dalla corrosione nei sistemi di messa a terra. Fattori di stress come l'umidità, le escursioni termiche e la corrosione rendono sempre più importante la zincatura.

Ambienti costieri e aridi

L'acciaio non protetto nelle zone costiere tende a ossidarsi a un ritmo di circa 1,5 mm all'anno a causa dei cloruri, dell'umidità e delle escursioni termiche. Nelle zone aride ci si attende una durata superiore ai 30 anni, con una perdita del rivestimento (zinco) inferiore al 15%, mentre le barre d'acciaio zincate (rivestite) hanno un'autonomia stimata di circa 30 anni nelle zone aride.

Le superfici in acciaio non trattato diventeranno infine irregolari e presentano fossette. L'acciaio non rivestito si corrode molto più rapidamente rispetto all'acciaio rivestito. L'acciaio zincato (rivestito con zinco) mantiene circa il 98% della sua conducibilità dopo circa 10 anni.

I test su diverse condizioni di vegetazione e suolo in diverse aree geografiche confermano l’assunzione degli ingegneri secondo cui i rivestimenti zincati raddoppiano o triplicano la durata dei componenti metallici in condizioni severe.

Ciò è fondamentale per garantire connessioni e sistemi elettrici affidabili, conformi ai requisiti di sicurezza e privi di complicazioni legate alla manutenzione.

Utilizzo di barre di acciaio piatto nei sistemi di messa a terra degli edifici

Applicazioni residenziali e commerciali: collegamenti di equipotenzializzazione principali, barre collettore di terra e interconnessioni degli elettrodi

Le barre di acciaio piatte sono utilizzate in praticamente tutti i tipi di costruzione, poiché presentano prestazioni meccaniche superiori, sono facili da collegare e risultano più economiche rispetto alla maggior parte delle alternative. Nell’edilizia residenziale, vengono spesso impiegate come conduttore di equipotenzialità principale che collega l’apparecchiatura di allaccio agli elettrodi di terra. Ciò risulta particolarmente critico quando è necessario installare più dispersori per raggiungere il valore di resistenza di 25 ohm prescritto dalla norma IEEE 142. Nel caso di strutture commerciali, il profilo piatto si rivela utile come barra collettore di terra negli apparecchi di manovra (switchgear) e nei quadri elettrici. Tale profilo piatto consente inoltre agli elettricisti di installare questi elementi in spazi ristretti, garantendo comunque le superfici necessarie della barra collettore di terra dove devono essere realizzati un elevato numero di collegamenti a terra. Le barre di acciaio piatte sono inoltre indicate per interconnettere diversi tipi di elettrodi di terra, inclusi i dispersori, i dispersori a massa incorporati nel calcestruzzo (noti come "dispersori Ufer") e persino i tubi metallici dell’acqua, talvolta definiti dagli operatori "vecchia messa a terra". L’interconnessione di tali elettrodi costituisce ciò che gli elettricisti definiscono comunemente un sistema a "bassa impedenza", molto più efficace rispetto al trattarli come componenti separati del sistema.

Coordinamento con l'AHJ, garanzia di connessioni a bassa impedenza ed evitare danni meccanici

Ci sono alcune nozioni fondamentali da considerare per iniziare: posizionare barre di acciaio piatte esposte, costruite a una profondità inferiore a 750 mm (o 30 pollici), seguendo come riferimento il NEC. Ciò riduce al minimo gli effetti di scavi accidentali e impedisce che le barre subiscano problemi legati alle variazioni di temperatura. Per i collegamenti agli elettrodi, alle sbarre collettrici o ad altri apparecchi, utilizzare esclusivamente connettori conformi alle normative, quali morsetti omologati UL o saldature esotermiche, poiché garantiscono continuità elettrica e termica e riducono la resistenza. In presenza di condizioni del terreno fuori dalla norma, la zincatura a caldo diventa obbligatoria. In particolare, se il pH del terreno è < 5,0 o > 10,0, oppure se la resistività del terreno è < 1.000 ohm·cm, la zincatura è richiesta per rispettare la norma ASTM A123. È inoltre consigliabile contattare l’Autorità Competente (AHJ) per verificare se nel luogo di installazione sussistono requisiti specifici, ad esempio legati all’umidità, alla vicinanza di zone costiere o alla presenza di terreni chimicamente corrosivi. Tali condizioni potrebbero richiedere ulteriori prove, rivestimenti e/o misure di controllo qualità.

Domande Frequenti

1. Qual è la funzione delle barre di acciaio piatte nei sistemi di messa a terra?

Le barre di acciaio piatte fungono da elettrodi di terra che contribuiscono a dissipare in modo sicuro ed efficace la corrente di guasto nel terreno.

2. Le barre di acciaio piatte sono zincate. Per quale motivo?

La zincatura fornisce alle barre di acciaio uno strato protettivo di zinco, aumentandone la resistenza alla ruggine e alla corrosione. Ciò risulta particolarmente importante negli ambienti costieri o estremamente aridi.

3. In che modo le barre di acciaio piatte soddisfano i requisiti del NEC?

Le barre di acciaio piatte devono essere installate a una profondità minima di 750 mm (30 pollici) sotto il livello del suolo. Devono inoltre essere protette da un rivestimento metallico continuo per evitare la corrosione. I collegamenti meccanici abrasivi, nonché i morsetti UL o le saldature esotermiche, devono essere realizzati sulle barre.