Чи можна використовувати плоску сталеву смугу в системах електричного заземлення будівель?

Відповідність вимогам NEC та прийняття кодом плоскої стальної смуги для заземлення

Статті NEC 250.52 та 250.64: коли плоска стальна смуга може використовуватися як заземлюючий електрод або заземлюючий провідник

Національний електротехнічний кодекс (NEC) встановлює спеціальні вимоги щодо розмірів, матеріалів та монтажу систем заземлення, які включають плоскі сталеві смуги. Наприклад, стаття 250.52(A)(7) визначає плоскі сталеві смуги як електроди заземлення, якщо смуги з низьковуглецевої сталі розташовані у горизонтальному положенні над або під рівнем промерзання ґрунту. Щоб використовувати ці смуги як провідники заземлення, стаття 250.64 встановлює вимоги щодо механічного захисту, розмірів та стану компонентів. Невиконання цих вимог може призвести до зростання імпедансу системи заземлення на 40–70 %. Таке зростання може спричинити низку проблем, зокрема збій у виявленні замикання на землю та відмову обладнання. Саме тому у Довіднику NEC 2023 наведено детальні пояснення для електриків.

Мінімальні вимоги щодо розмірів згідно з таблицею 250.66 NEC: розміри, товщина та глибина закладання плоскої сталевої смуги

Оцинковані стальні стрижні повинні мати вказані розміри після цинкування. Втрата покриття не повинна призводити до зменшення товщини сталі нижче стандартних значень, необхідних для забезпечення безпеки. У ґрунтах із рівнем pH менше 5,0 тонші металеві стрижні кородують майже втричі швидше, ніж стандартні стрижні, згідно з IEEE Std. 80-2023. Прискорена корозія створює небезпечний аспект управління струмами замикання в системі. У районах, де ґрунт надто кам’янистий для повного закопування, бригади на місці повинні задокументувати всі додаткові заходи, вжиті для усунення цього недоліку, зокрема встановлення більш стійких до корозії шарів, додаткове заземлення тощо. У таких випадках додаткові заходи повинні бути схвалені компетентним органом.

Стійкість до корозії та термін служби плоских сталевих стрижнів для заземлення

Гаряче оцинковані плоскі сталеві стрижні: ASTM A123 та стійкість до корозії від 30 до 50 років у типових ґрунтах

Системи заземлення зі стальних смуг гарячого цинкування, що відповідають стандартам ASTM A123, успішно пройшли різні польові випробування. Цинкове покриття виступає бар’єром проти корозії ґрунту й сприймає на себе корозійне навантаження першим, захищаючи при цьому основну сталеву основу. Незалежні випробування показали, що товщина цих покриттів становить щонайменше 85 мікрометрів — це необхідна товщина для забезпечення захисту протягом 30–50 років у ґрунті з pH від 5,5 до 8,0 та питомим опором понад 1000 Ом·см. Результати матричних випробувань у екстремальних умовах свідчать, що матеріал залишається непошкодженим після еквіваленту 1500 годин впливу солоного туману, що відповідає приблизно 20 рокам узбережного впливу. Ефективне монтажне виконання таких гарячооцинкованих стальних смуг забезпечує, що системи заземлення протягом усього терміну експлуатації зберігають опір менше 25 Ом і задовольняють вимоги стандарту IEEE 80 щодо безпеки.

Деградація неоцинкованих та оцинкованих стальних смуг у прибережних та посушливих середовищах

Постійна інфраструктура заземлення піддається впливу екологічних чинників, починаючи з корозії в системах заземлення. Такі чинники, як вологість, коливання температури та корозія, роблять цинкування все більш важливим.

Прибережні та посушливі середовища

Незахищена сталь у прибережних районах схильна до іржавіння зі швидкістю близько 1,5 мм на рік через хлориди, вологість та коливання температури. У посушливих районах очікуваний термін служби незахищеної сталі перевищує 30 років за умови втрати менше 15 % покриття (цинку), тоді як цинковані (з покриттям) сталеві стрижні мають термін служби близько 30 років у посушливих районах.

Поверхні зі звичайної сталі з часом утворюють ямки. Незахищена сталь утворює ямки значно швидше, ніж захищена. Цинкована (з цинковим покриттям) сталь зберігає близько 98 % своєї провідності після приблизно 10 років.

Тестування різних видів рослинності та ґрунтових умов у кількох географічних районах підтверджує припущення інженерів про те, що цинкове покриття подвоює або потроює термін служби металевих компонентів у складних умовах.

Це має важливе значення для надійних електричних з’єднань та систем, що забезпечують виконання вимог безпеки без необхідності в обслуговуванні.

Використання плоских сталевих смуг у системах заземлення будівель

Житлові та комерційні застосування: основні з’єднувальні перемички, шини заземлення та з’єднання електродів

Плоскі сталеві смуги використовуються практично в усіх типах будівництва, оскільки вони мають кращі механічні характеристики, прості у приєднанні та дешевші за більшість альтернатив. У житловому будівництві їх часто використовують як основний з’єднувальний провідник, що з’єднує обладнання вводу з заземлювальними електродами. Це особливо важливо, коли для досягнення цільового опору 25 Ом, передбаченого стандартом IEEE 142, потрібно встановити кілька заземлювальних стрижнів. У комерційних спорудах плоский профіль зручно використовувати як шини заземлення в розподільчих пристроях та розподільних щитах. Плоский профіль також дозволяє електромонтажникам встановлювати їх у вузьких приміщеннях, забезпечуючи при цьому необхідну площу шини заземлення там, де потрібно виконати велику кількість заземлювальних з’єднань. Плоскі сталеві смуги також добре підходять для міжелектродного з’єднання різних типів заземлювальних електродів. До таких електродів належать заземлювальні стрижні, бетонні заземлювачі типу «Уфер» та навіть металеві водопровідні труби, які деякі люди називають «старим заземленням». Таке міжелектродне з’єднання електродів загальноприйнято називати електриками «системою з низьким імпедансом», що є значно кращим рішенням, ніж розглядати їх як окремі компоненти системи.

Узгодження з органом, що видає дозволи (AHJ), забезпечення низькоімпедансних з’єднань та запобігання механічним пошкодженням

Є кілька базових речей, з яких слід почати: розмістіть оголені плоскі стальні стрижні на глибині понад 750 мм (або 30 дюймів), керуючись вимогами Національного електротехнічного кодексу (NEC). Це мінімізує ризики випадкового розкопування та запобігає виникненню проблем, пов’язаних із температурними коливаннями. Для підключення до заземлювальних електродів, шин або іншого обладнання використовуйте лише затискачі, схвалені відповідно до нормативних вимог, наприклад, затискачі, сертифіковані UL, або екзотермічне зварювання, оскільки вони забезпечують електричну й теплову неперервність та зменшують опір. У разі ґрунтових умов, що виходять за межі нормальних показників, обов’язковим стає гаряче цинкування. Зокрема, якщо pH ґрунту менше 5,0 або більше 10,0, або питомий опір ґрунту менше 1000 Ом·см, цинкування є обов’язковим для відповідності стандарту ASTM A123. Також рекомендується звернутися до компетентного органу (AHJ), щоб з’ясувати, чи до місця реалізації проекту застосовуються спеціальні вимоги, наприклад, щодо вологи, прибережної зони або хімічно агресивного ґрунту. Такі умови можуть вимагати додаткових випробувань, нанесення захисних покриттів і/або заходів контролю якості.

ЧаП

1. Яку функцію виконують плоскі сталеві смуги в системах заземлення?

Плоскі сталеві смуги забезпечують електроди заземлення, які сприяють безпечному й ефективному розсіюванню аварійного струму у землю.

2. Плоскі сталеві смуги оцинковані. Навіщо це робиться?

Оцинкування надає сталевим смугам захисного цинкового покриття. Це підвищує їх стійкість до іржавіння та корозії. Це особливо важливо в прибережних або дуже сухих середовищах.

3. Як плоскі сталеві смуги відповідають вимогам NEC?

Плоскі сталеві смуги слід монтувати на глибині не менше 750 мм (або 30 дюймів) під землею. Смуги також повинні мати екранування за допомогою суцільного металевого покриття для запобігання корозії. До смуг слід виконувати абразивні механічні з’єднання разом із клемами UL або екзотермічним зварюванням.