Môže sa plochý oceľový tyč používať v elektrických uzemňovacích systémoch budov?

Dodržiavanie predpisov NEC a prijatie kódu pre plochú oceľovú tyč používanú na uzemnenie

Články NEC 250.52 a 250.64: Kedy môže plochá oceľová tyč slúžiť ako uzemňovacia elektroda alebo uzemňovací vodič

Národný elektrický predpis (NEC) stanovuje špecifické požiadavky na rozmery, materiál a inštaláciu uzemňovacích systémov, ktoré zahŕňajú ploché oceľové tyče. Napríklad článok 250.52(A)(7) uvádza ploché oceľové tyče ako uzemňovacie elektrody, ak sú tyče z nízkouhlíkovej ocele umiestnené v horizontálnej polohe nad alebo pod hĺbkou zamrznutia pôdy. Ak sa tieto tyče používajú ako uzemňovacie vodiče, článok 250.64 stanovuje požiadavky na mechanickú ochranu, veľkosť a stav komponentov. Nedodržanie týchto požiadaviek môže spôsobiť zvýšenie impedancie uzemňovacieho systému o 40–70 %. Toto zvýšenie môže mať za následok viaceré problémy, napríklad zlyhanie detekcie uzemnenia a poruchu zariadenia. Preto sa v Príručke NEC 2023 uvádzajú podrobnosti pre elektrikárov.

Minimálne požiadavky na veľkosť podľa tabuľky NEC 250.66: Rozmery, hrúbka a hĺbka uloženia plochej oceľovej tyče

Oceľové tyče s povlakom musia mať špecifikované rozmery po galvanizácii. Straty povlaku nesmú viesť k redukcii hrúbky ocele pod úrovne stanovujúce bezpečnostné normy. Kovové tyče v pôde s pH nižším ako 5,0 sa korodujú takmer trikrát rýchlejšie ako štandardné tyče, čo je uvedené v norme IEEE Std. 80-2023. Zrýchlená korózia predstavuje nebezpečný aspekt riadenia poruchového prúdu v systéme. V oblastiach, kde je pôda príliš skalistá na úplné zabudovanie, pracovné tímy v teréne musia zdokumentovať všetky dodatočné opatrenia, vrátane inštalácie vrstiev s vyššou odolnosťou proti korózii, dodatočného uzemnenia atď. V týchto prípadoch musia byť dodatočné opatrenia schválené príslušným orgánom.

Odolnosť voči korózii a životnosť plochých oceľových tyčí pre uzemňovacie aplikácie

Horúco zinkované ploché oceľové tyče: ASTM A123 a odolnosť proti korózii 30–50 rokov v typických pôdach

Uzemňovacie systémy s plochými oceľovými tyčami horúco zinkovanými v súlade so štandardom ASTM A123 sa úspešne osvedčili v rôznych terénnych testoch. Zinkový povlak pôsobí ako bariéra proti korózii v pôde a je prvý, ktorý sa korózii podlieha, čím chráni základnú oceľ. Nezávislé testy ukazujú, že hrúbka týchto povlakov je najmenej 85 mikrometrov, čo je požadovaná hrúbka pre ochranu trvajúcu 30 až 50 rokov v pôde s pH od 5,5 do 8,0 a odporom vyšším ako 1 000 ohmov na centimeter. Výsledky testov matice za extrémnych podmienok ukazujú, že materiál zostáva neporušený po ekvivalente 1 500 hodín expozície morskému spreju, čo zodpovedá približne 20 rokom vystavenia v pobrežných oblastiach. Účinná inštalácia týchto horúco zinkovaných oceľových tyčí zabezpečuje, že uzemňovacie systémy počas celého svojho životného cyklu udržiavajú odpor nižší ako 25 ohmov a spĺňajú požiadavky štandardu IEEE 80 pre bezpečnosť.

Degradácia nechránených a zinkovaných plochých oceľových tyčí v pobrežných a suchých prostrediach

Trvalá uzemňovacia infraštruktúra je vystavená environmentálnym faktorom ovplyvňujúcim jej stav, pričom začínajú koróziou v uzemňovacích systémoch. Faktory, ako sú vlhkosť, kolísanie teplôt a korózia, zvyšujú dôležitosť pozinkovania.

Pobrežné a suché prostredia

Nechránená oceľ v pobrežných oblastiach sa v dôsledku chloridov, vlhkosti a kolísaní teplôt hrdzí priemerne rýchlosťou približne 1,5 mm za rok. V suchých oblastiach sa predpokladá životnosť vyše 30 rokov pri stratách povlaku (zinku) menej ako 15 %, zatiaľ čo pozinkované (povlakové) oceľové tyče majú v suchých oblastiach odhadovanú životnosť približne 30 rokov.

Hladké oceľové povrchy sa postupne začnú prebíjať. Nepovlaková oceľ sa prebijá výrazne rýchlejšie ako povlaková oceľ. Pozinkovaná (zinkom povlakovaná) oceľ udržiava po približne 10 rokoch približne 98 % svojej vodivosti.

Testovanie rôznych vegetačných a pôdnych podmienok v niekoľkých geografických oblastiach potvrdzuje predpoklad inžinierov, že pozinkované povlaky zdvojnásobia až ztrojnásobia životnosť kovových komponentov v náročných podmienkach.

Toto je dôležité pre spoľahlivé elektrické spojenia a systémy z hľadiska bezpečnostnej zhody bez nutnosti údržby.

Použitie plochých oceľových tyčí v uzemňovacích systémoch budov

Bytové a komerčné aplikácie: hlavné spojovacie skoky, uzemňovacie sborovnice a spojenia elektrod

Ploché oceľové tyče sa používajú takmer vo všetkých typoch stavieb, pretože sú mechanicky výhodnejšie, ľahko sa ukončujú a sú lacnejšie ako väčšina alternatív. V bytovej výstavbe sa často používajú ako hlavný spojovací vodič, ktorý spája zariadenia dodávateľa s uzemňovacími elektródami. To je obzvlášť dôležité, keď je potrebné dosiahnuť cieľový odpor 25 ohmov podľa noriem IEEE 142, čo vyžaduje viacero uzemňovacích tyčí. V prípade komerčných objektov je plochý profil užitočný ako uzemňovacie sběrnice v rozvádzačoch a rozvodných doskách. Plochý profil tiež umožňuje elektrikárom inštalovať tieto tyče v úzkych priestoroch a zároveň poskytuje potrebné plochy uzemňovacích sběrníc, kde sa má vykonať veľký počet uzemňovacích pripojení. Ploché oceľové tyče sú tiež vhodné na medzi-seba prepojenie rôznych typov uzemňovacích elektród. Medzi tieto patria uzemňovacie tyče, betónom obalené uzemňovacie elektródy (tzv. Uferove uzemnenia) a dokonca aj kovové vodovodné potrubia, ktoré niektorí ľudia označujú ako „staré uzemnenie“. Takéto prepojenie týchto elektród sa bežne označuje elektrikármi ako „systém s nízkou impedanciou“, čo je oveľa lepšie, než keby sa tieto elektródy považovali za samostatné komponenty systému.

Koordinácia s príslušným orgánom, zabezpečenie nízkootporových spojení a predchádzanie mechanickému poškodeniu

Existuje niekoľko základných vecí, ktoré je potrebné zohľadniť pri zahájení práce: vybudovať ich v hĺbke pod 750 mm (alebo 30 palcov) s použitím predpisov NEC ako vodítka a umiestniť nechránené ploché oceľové tyče. Tým sa minimalizujú účinky náhodného vykopávania a zároveň sa zabráni vzniku teplotných problémov u tyčí. Pri pripájaní k elektródam, sběrným lištám alebo iným zariadeniam používajte výhradne konektory schválené príslušnými predpismi, napríklad svorky certifikované podľa štandardu UL alebo exotermické zváranie, pretože tieto metódy zabezpečujú elektrickú a tepelnú spojitosť a znižujú odpor. V prípade pôdnych podmienok mimo normálneho rozsahu sa horúca zinková ochrana stáva nevyhnutnosťou. Konkrétne v prípade, ak je pH pôdy < 5,0 alebo > 10,0, alebo ak je odporovosť pôdy < 1 000 ohm·cm, je požadovaná zinková ochrana na splnenie požiadaviek štandardu ASTM A123. Je tiež odporúčané kontaktovať príslušný orgán (Authority Having Jurisdiction – AHJ), aby sa zistilo, či pre dané miesto projektu platia špeciálne požiadavky, napríklad v súvislosti s vlhkosťou, pobrežnými podmienkami alebo chemicky korozívnymi pôdnymi podmienkami. Takéto podmienky môžu vyžadovať dodatočné skúšky, povlaky a/alebo opatrenia na kontrolu kvality.

Často kladené otázky

1. Čo robia ploché oceľové tyče v uzemňovacích systémoch?

Ploché oceľové tyče poskytujú uzemňovacie elektródy, ktoré pomáhajú bezpečne a účinne rozptýliť poruchový prúd do zeme.

2. Ploché oceľové tyče sú pozinkované. Prečo sa to robí?

Pozinkovanie poskytuje oceľovým tyčiam ochranný zinkový povlak. Tým sa zvyšuje odolnosť tyčí voči hrdze a korózii. To je veľmi dôležité v prostrediach, ktoré sú pobrežné alebo veľmi suché.

3. Ako ploché oceľové tyče spĺňajú požiadavky NEC?

Ploché oceľové tyče sa musia inštalovať najmenej 750 mm (30 palcov) pod úrovňou zeme. Tyče by tiež mali mať ochranné krytie z pevného kovového materiálu, aby sa predišlo korózii. Mechanické spojenia s abrazívnym účinkom, ako aj UL svorky alebo exotermické zváranie, sa musia vykonať na týchto tyčiach.