Kan flat stålstang brukes til jordingsanlegg i bygninger?

NEC-etterlevelse og kodegodkjenning av flat stålstang for jording

NEC-artikler 250.52 og 250.64: Når flat stålstang kan brukes som jordelektrode eller jordleder

Nasjonal elektrisk kode (NEC) angir spesifikke dimensjonelle, materielle og installasjonskrav for jordingsanlegg som inkluderer flate stålbånd. For eksempel identifiserer artikkel 250.52(A)(7) flate stålbånd som jordelektroder dersom lavkarbonstål-bånd plasseres i horisontal posisjon over eller under frostgrensen. For å bruke disse båndene som jordingsledere angir artikkel 250.64 krav til mekanisk beskyttelse, størrelse og tilstand til komponentene. Ikke å følge disse kravene kan føre til en økning i impedansen til jordingsanlegget med 40–70 %. Denne økningen kan føre til en rekke problemer, blant annet feil i jordfeildeteksjon og utstyrssvikt. Dette er hovedgrunnen til at NEC-håndboken 2023 gir detaljerte opplysninger til elektrikere.

Minste størrelseskrav i henhold til NEC-tabell 250.66: Dimensjoner, tykkelse og nedgravingsdybde for flatt stålbånd

Overflatebehandlede stålstenger må ha spesifiserte dimensjoner etter galvanisering. Tap av overflatebehandling skal ikke føre til at stålmaterialet reduseres under sikkerhetsstandardene. Metallstenger i jord med pH-verdier lavere enn 5,0 vil korrodere nesten tre ganger raskere enn standardstenger, ifølge IEEE Std. 80-2023. Den akselererte korrosjonen utgjør en farlig aspekt ved feilstrømstyring i systemet. I områder der jorden er for steinete til full nedgravning, må feltmannskap dokumentere alle ekstra tiltak som er iverksatt, inkludert installasjon av mer korrosjonsbestandige lag, ekstra jording osv. I slike tilfeller må de ekstra tiltakene godkjennes av den myndigheten som har jurisdiksjon.

Korrosjonsbestandighet og levetid for flate stålstenger til jordingsanvendelser

HDG-flat stålstang: ASTM A123 og 30–50 år korrosjonsbestandighet i typisk jord

Jordingsanlegg med flatstålstaver med varmdypgalvanisering i henhold til ASTM A123-standarder har vist god ytelse i ulike felttester. Sinkbelaget virker som en barriere mot jordkorrosjon og tar først korrosjonsangrepet for å beskytte underliggende stål. Uavhengige tester viser at tykkelsen på disse belagene er minst 85 mikrometer, noe som er den nødvendige tykkelsen for 30–50 år med beskyttelse i jord med pH-verdi mellom 5,5 og 8,0 og resistivitet over 1 000 ohm·cm. Matrisetestresultater for ekstreme forhold viser at materialet forblir intakt etter tilsvarende 1 500 timer med salt-spray, noe som tilsvarer ca. 20 år med eksponering ved kysten. En effektiv montering av disse varmdypgalvaniserte stålflatstavene sikrer at jordingsanleggene opprettholder en motstand på mindre enn 25 ohm gjennom hele levetiden og oppfyller kravene i IEEE 80-standardene for sikkerhet.

Nedbrytning av ubelagte og galvaniserte flatstålstaver i kyst- og tørre miljøer

Fast jordingsinfrastruktur utsettes for miljøpåvirkninger, og korrosjon i jordingsanlegg er den første utfordringen. Påvirkningsfaktorer som fuktighet, temperatursvingninger og korrosjon gjør galvanisering stadig viktigere.

Kyst- og tørre områder

Ubeskyttet stål i kystområder ruster typisk med en hastighet på ca. 1,5 mm per år som følge av klorider, fuktighet og temperatursvingninger. I tørre områder forventes en levetid på over 30 år med mindre enn 15 % av belægningen (sink) tapt, mens galvaniserte (belagte) stålstaver anslås å vare ca. 30 år i tørre områder.

Ubehandlete ståloverflater vil til slutt bli pittede. Ubehandlet stål blir pittet mye raskere enn behandlet stål. Galvanisert (sinkbelagt) stål beholder ca. 98 % av sin ledningsevne etter ca. 10 år.

Testing av ulike vegetasjons- og jordforhold på flere geografiske områder viser at ingeniørenes antakelse om at sinkbelagte overflater dobler til tredobler levetiden til metallkomponenter i harde forhold, er riktig.

Dette er viktig for pålitelige elektriske forbindelser og systemer for sikkerhetskonformitet uten vedlikeholdsproblemer.

Bruk av flate stålstaver i jordingsystemer for bygninger

Bolig- og kommersielle anvendelser: hovedtilkoplingsstumper, jordbussbarer og elektrodeforbindelser

Flate stålstaver brukes i nesten alle typer bygging, siden de er mekanisk bedre, enkle å avslutte og billigere enn de fleste alternativene. I boligbygging brukes de ofte som hovedbondingsjumper som kobler serviceutstyr til jordingselektrodene. Dette er spesielt viktig når flere jordingsstaver kreves for å oppnå målet på 25 ohm motstand som kreves av IEEE 142-standardene. I kommersielle bygninger er den flate profilen nyttig som jordbussstenger i bryterutstyr og panelbord. Den flate profilen gjør også at elektrikere kan montere disse i smale områder, samtidig som de gir de nødvendige jordbussstangarealene der et stort antall jordforbindelser skal utføres. Flate stålstaver egner seg også godt til å koble sammen ulike typer jordingselektroder. Dette inkluderer jordingsstaver, betonginnekapslede Ufer-jordinger og til og med metallvannsrør som noen refererer til som «gammel jording». Koblingen mellom disse elektrodene er det som vanligvis omtales av elektrikere som et «lavimpedanssystem», noe som er langt bedre enn å behandle dem som separate komponenter i systemet.

Koordinering med myndigheten med jurisdiksjon, sikring av lavimpedansforbindelser og unngåelse av mekanisk skade

Det er noen grunnleggende ting å ta hensyn til ved oppstart: Monter utstilte flate stålstaver under en dybde på 750 mm (30 tommer), med NEC som veileder. Dette minimerer effekten av utilsiktet utgravning og hindrer stavene i å utsettes for temperaturrelaterte problemer. For tilkoblinger til elektroder, bussstenger eller annet utstyr skal kun kodegodkjente koblingsmidler brukes, for eksempel UL-godkjente klemmer eller eksotermisk sveising, da disse sikrer elektrisk og termisk kontinuitet og reduserer motstanden. Ved jordforhold som ligger utenfor det normale området blir varmforgalvanisering nødvendig. Spesielt hvis jordens pH er < 5,0 eller > 10,0, eller hvis jordens resistivitet er < 1 000 ohm·cm, kreves forgalvanisering for å oppfylle kravene i ASTM A123. Det er også en god idé å kontakte den myndighet som har jurisdiksjon (AHJ) for å finne ut om spesielle krav gjelder for prosjektstedet, for eksempel ved fuktige, kystnære eller kjemisk korrosive jordforhold. Slike forhold kan kreve ytterligere tester, overflatebehandling og/eller kvalitetskontrolltiltak.

Ofte stilte spørsmål

1. Hva gjør flate stålstaver i jordingsanlegg?

Flate stålstaver fungerer som jordelektroder som bidrar til å lede feilstrøm trygt og effektivt ned i bakken.

2. Flate stålstaver er galvaniserte. Hvorfor gjøres dette?

Galvanisering gir stålstavene en beskyttende sinkbelagning. Dette øker stavenes motstand mot rust og korrosjon. Dette er svært viktig i kystnære eller svært tørre miljøer.

3. Hvordan oppfyller flate stålstaver kravene i NEC?

Flate stålstaver skal installeres minst 750 mm (30 tommer) under bakken. Stavene skal også ha beskyttelse med en solid metalldekkel for å unngå korrosjon. Slipende mekaniske forbindelser, samt UL-klemmer eller eksotermisk sveising, skal brukes til forbindelse med stavene.