Kan platt stålstång användas för jordningssystem i byggnader?

NEC-efterlevnad och kodgodkännande av platt stålstång för jordning

NEC-artiklarna 250.52 och 250.64: När platt stålstång kan användas som jordningselektrod eller jordningsledare

National Electrical Code (NEC) anger specifika krav på dimensioner, material och installation för jordningssystem som inkluderar platta stålstänger. Till exempel identifierar artikel 250.52(A)(7) platta stålstänger som jordningselektroder om stålstänger av lågkolstål placeras i horisontell position ovanför eller under frostgränsen. För att använda dessa stänger som jordningsledare anger artikel 250.64 krav på mekanisk skydd, storlek och tillstånd för komponenterna. Om dessa krav inte följs kan impedansen i jordningssystemet öka med 40–70 %. Denna ökning kan leda till flera problem, såsom felaktig upptäckt av jordfel och utrustningsfel. Detta är huvudorsaken till att NEC Handbook 2023 innehåller detaljerade anvisningar för elinstallatörer.

Minimistorlekskrav enligt NEC-tabell 250.66: Dimensioner, tjocklek och nedgrävningsdjup för platt stålstång

Beklädda stålstänger måste ha specificerade dimensioner för eftergalvanisering. Förlusten av beläggning får inte leda till en minskning av stålmaterialet under standarderna för säkerhet. Metallstänger i jord med pH-värden under 5,0 kommer att se att tunnare metallstänger korroderar nästan tre gånger snabbare än standardstänger enligt IEEE Std. 80-2023. Den accelererade korrosionen utgör en farlig aspekt av felströmsstyrningen i systemet. I områden där jorden är för bergig för fullständig nedgrävning måste fältarbetslag dokumentera alla extra åtgärder som vidtas, inklusive installation av mer korrosionsbeständiga lager, ytterligare jordning osv. I dessa fall måste de ytterligare åtgärderna godkännas av den behöriga myndigheten.

Korrosionsbeständighet och livslängd för platta stålstänger för jordningsändamål

HDG-platt stålstång: ASTM A123 & 30–50 år korrosionsbeständighet i typisk jord

Jordningssystem med varmförzinkade platta stålstänger som uppfyller ASTM A123-standarder har fungerat framgångsrikt i olika fälttester. Zinkbeläggningen fungerar som en barriär mot jordkorrosion och tar först emot korrosionspåverkan för att skydda det underliggande stålet. Oberoende tester visar att dessa beläggningar är minst 85 mikrometer tjocka, vilket är den krävda tjockleken för 30–50 års skydd i jord med pH-värde mellan 5,5 och 8,0 samt resistivitet över 1 000 ohmcentimeter. Matristestresultat för extrema förhållanden visar att materialet förblir intakt efter motsvarande 1 500 timmars saltnebelsprutning, vilket motsvarar cirka 20 år av kustnära exponering. En effektiv installation av dessa varmförzinkade stålstänger säkerställer att jordningssystemen bibehåller en resistans på mindre än 25 ohm under hela sin livslängd och uppfyller kraven i IEEE 80-standarder för säkerhet.

Nedbrytning av okapslade och förzinkade platta stålstänger i kustnära och torra miljöer

Permanent markering av jordningsinfrastruktur utsätts för miljöpåverkan, med början vid korrosion i jordningssystem. Påverkansfaktorer såsom fukt och temperatursvängningar samt korrosion gör att galvanisering blir allt viktigare.

Kustnära och torra miljöer

Oskyddad stål i kustnära områden tenderar att rosta med en hastighet av cirka 1,5 mm per år på grund av klorider, fukt och temperatursvängningar. I torra områden förväntas livslängden uppgå till mer än 30 år med mindre än 15 % av beläggningen (zink) förlorad, medan galvaniserade (belagda) stålstänger uppskattas ha en livslängd på cirka 30 år i torra områden.

Obehandlade stålytor kommer slutligen att bli gropiga. Obehandlat stål blir gropigt mycket snabbare än behandlat stål. Galvaniserat (zinkbelagt) stål behåller cirka 98 % av sin ledningsförmåga efter cirka 10 år.

Tester av olika vegetation och markförhållanden i flera geografiska områden visar att ingenjörernas antagande att galvaniserade beläggningar fördubblar till fördubblar livslängden för metallkomponenter i hårda förhållanden är korrekt.

Detta är viktigt för tillförlitliga elektriska anslutningar och system för säkerhetskrav utan underhållsproblem.

Användning av platta stålstänger i jordningssystem för byggnader

Bostads- och kommersiella applikationer: huvudanslutningsjumpers, jordningsbussränder och elektrodanslutningar

Platta stålstänger används i praktiskt taget alla typer av byggnader, eftersom de är mekaniskt överlägsna, enkla att ansluta och billigare än de flesta alternativ. I bostadsbyggnader används de ofta som huvudjordningslänk som ansluter eldistributionssystemet till jordningselektroderna. Detta är särskilt viktigt när flera jordningsstavar krävs för att uppnå målet på 25 ohm resistans, vilket krävs enligt IEEE 142-standarderna. I kommersiella byggnader är den platta profilen användbar som jordningsbussrör i strömbrytarutrustning och paneler. Den platta profilen gör det också möjligt för elektriker att installera dessa i trånga utrymmen samtidigt som de tillhandahåller de nödvändiga jordningsbussytorna där ett stort antal jordningsanslutningar ska göras. Platta stålstänger är också lämpliga för att koppla samman olika typer av jordningselektroder. Detta inkluderar jordningsstavar, betonginkapslade Ufer-jordningar och även metallvattenledningar som vissa personer kallar för "gammal jordning". Kopplingen mellan dessa elektroder kallas vanligtvis av elektriker för ett "lågimpedanssystem", vilket är långt bättre än att behandla dem som separata komponenter i systemet.

Samordning med myndigheten för bygglov, säkerställande av lågimpedansanslutningar och undvikande av mekanisk skada

Det finns några grundläggande saker att komma igång med. Placera exponerade platta stålstavar i en djupnivå under 750 mm (30 tum), med NEC som vägledning. Detta minimerar effekterna av oavsiktlig grävning och förhindrar att stavarna påverkas av temperaturrelaterade problem. För anslutningar till jordningselektroder, samlingsskinner eller annan utrustning ska endast kodgodkända anslutningsmedel användas, t.ex. UL-godkända klemmar eller exotermiska svetsningar, eftersom dessa främjar elektrisk och termisk kontinuitet samt minskar resistansen. Vid markförhållanden som ligger utanför det normala intervallet blir varmförzinkning nödvändig. I synnerhet om markens pH-värde är < 5,0 eller > 10,0, eller om markens resistivitet är < 1 000 ohm·cm, krävs förzinkning för att uppfylla ASTM A123. Det är också lämpligt att kontakta den behöriga myndigheten (AHJ) för att fastställa om särskilda krav gäller för projektets plats, t.ex. vid fuktiga, kustnära eller kemiskt korrosiva markförhållanden. Dessa förhållanden kan kräva ytterligare provning, beläggning och/eller kvalitetskontrollåtgärder.

Vanliga frågor

1. Vad gör platta stålstänger i jordningssystem?

Platta stålstänger fungerar som jordningselektroder som hjälper till att säkert och effektivt leda bort felström till jorden.

2. Platta stålstänger är galvaniserade. Varför görs detta?

Galvanisering ger stålstängerna en skyddande zinkbeläggning. Detta ökar stängernas motstånd mot rost och korrosion. Detta är särskilt viktigt i kustnära eller mycket torra miljöer.

3. Hur uppfyller platta stålstänger kraven i NEC?

Platta stålstänger ska installeras minst 750 mm eller 30 tum under markytan. Stängerna ska även ha skydd med en solid metallklädsel för att undvika korrosion. Slitagebeständiga mekaniska anslutningar, tillsammans med UL-kopplingar eller exoterma svetsningar, ska utföras på stängerna.