La majoria de fallades del sistema de connexió a terra no són dramàtiques. No hi ha cap explosió, ni un moment evident de fracàs. La vareta es corroeix silenciosament sota terra durant tres o cinc anys, la resistència puja i un dia un llamp o un esdeveniment d'error que el sistema hauria d'haver gestionat amb netedat en lloc d'això provoca danys a l'equip o un incident de seguretat. Quan algú el remunta fins a l'elèctrode de terra, la decisió d'adquisició que la va provocar va ser presa fa anys per algú centrat en el preu unitari.
Aquesta guia està escrita per a enginyers i equips de contractació que volen prendre aquesta decisió correctament la primera vegada. No és un catàleg de productes - un marc per fer coincidir la vareta i la pinça adequada amb les condicions reals d'un projecte.
Barres de terra de coure i pinces de terra
La vareta i la pinça són un sol sistema
Val la pena dir-ho clarament perquè els departaments de compres solen dividir la comanda: barres d'un proveïdor, pinces d'un altre, preu més baix en cada article. El problema és que un conjunt de connexió a terra funciona com un sistema i la connexió més feble d'aquest sistema estableix el sostre per a tota la resta.
Elvareta de terra de coureentra al sòl i crea la interfície conductora amb la terra. La pinça connecta el conductor de terra - normalment un cable de coure nu que torna al panell principal o al punt d'enllaç - a la part superior d'aquesta vareta. El corrent de falla i el corrent de sobretensió del llamp s'han de moure per tots dos sense una resistència significativa. Si la pinça crea una articulació d'alta-resistència, no importa com de bona sigui la vareta. Si la vareta es corroeix i perd el contacte amb el sòl circumdant, la pinça és irrellevant.
Dues coses que aquest sistema ha d'aconseguir: dissipar el corrent de falla amb prou rapidesa perquè els dispositius de protecció puguin disparar i mantenir la connexió equipotencial perquè no s'acumuli voltatge entre les estructures posades a terra. Tots dos requereixen un contacte continu i de baixa-resistència del conductor a la pinça i la vareta al sòl. Qualsevol ruptura en aquesta cadena és un problema a l'espera d'expressar-se.
Escollir una barra de terra: la decisió que és més difícil del que sembla
Barres de terra de coure massís
Barres de terra de coure massíssón exactament el que sonen com un - 99.9% de coure electrolític des de la superfície fins al nucli, sense acer, sense recobriment. Aquesta uniformitat és la qüestió. En entorns de sòls agressius, no hi ha cap interfície entre materials diferents que es puguin delaminar o corroir preferentment. La vareta es degrada, si es degrada, a un ritme uniforme i molt lent.
A la pràctica, això és més important a les instal·lacions costaneres (alt contingut en clorur), sòls àcids per sota d'un pH aproximadament 5 i sòls inundats d'aigua amb una humitat elevada sostinguda. Aquestes són les condicions que consumeixen les alternatives-de coure prematurament. Per a les subestacions d'infraestructura crítica -, la connexió a terra del centre de dades, els sistemes de protecció contra llamps on una trucada de manteniment requereix excavació - les barres de coure sòlides són l'especificació correcta. La vida útil típica en sòls normals és de 40 anys o més.
El canvi mecànic-és real: el coure pur és tou, i conduir una vareta de coure sòlida a través d'argila rocosa o molt compactada corre el risc de doblegar la vareta abans que arribi a la profunditat. La mitigació estàndard és fer-un forat pilot prèviament o utilitzar un capçal de conducció. No és un trencament d'acords, només una cosa que s'ha de tenir en compte en la planificació de la instal·lació.
Barres de terra revestides de coure
ElVareta de terra revestida de coureés el que realment instal·la la majoria del món. Un nucli d'acer-d'alta resistència, unit amb una capa de coure d'alta-puresa a l'exterior -, s'obté la duresa mecànica per conduir a través de sòls difícils sense doblegar-se i la conductivitat i la protecció contra la corrosió del coure a la superfície que realment entra en contacte amb el sòl.
L'especificació que determina si val la pena comprar una vareta-revestida de coure és el gruix de la capa de coure. UL 467, l'estàndard de compliment nord-americà per a equips de connexió a terra i connexió, estableix un mínim de 0,010 polzades (aproximadament 254 micres). Aquest mínim existeix perquè les capes de coure més primes no proporcionen una protecció electroquímica adequada a la interfície d'acer-sòl. Quan la capa de coure falla, la humitat i l'oxigen arriben al nucli d'acer, la corrosió s'accelera i la resistència augmenta.
Aquí és on viu realment el risc del producte de baix cost-. Les barres revestides de coure-de fabricants que compleixen tenen un aspecte idèntic a les dels que no compleixen-la normativa. No els podeu distingir visualment. Només els podeu distingir demanant als proveïdors informes de proves-transversals que mostrin mesures reals del gruix de la capa de coure - no càlculs de relació de pes, que són un proxy menys fiable. Si un proveïdor no pot proporcionar aquesta documentació, l'especificació d'aquesta vareta és essencialment no verificable.
Per a la majoria d'aplicacions, - la presa de terra elèctrica residencial i comercial, la connexió a terra de la torre de telecomunicacions, els sistemes de tanca elèctrica, la connexió a terra dels pals de la línia de distribució - les barres de coure- són el producte adequat. El rendiment és adequat, el cost és inferior al del coure sòlid i la instal·lació és més fàcil.
Vares de terra galvanitzada
Les varetes galvanitzades tenen un recobriment de zinc sobre un nucli d'acer. El zinc es corroeix preferentment i de manera sacrificial protegeix l'acer que hi ha a sota, cosa que és útil, però el zinc s'esgota més ràpidament que el coure en sòls àcids o d'alta humitat-. La vida útil esperada és d'uns 15 anys en condicions normals, menys en entorns agressius.
També hi ha un problema de compatibilitat que desperta la gent: els conductors de coure i les barres galvanitzades (revestides de zinc-) no s'han de connectar sense una pinça bimetàl·lica. El coure i el zinc es troben molt separats a la sèrie galvànica. En un entorn de sòl humit, el recobriment de zinc accelera la seva pròpia corrosió al punt de contacte, que és precisament on necessiteu la connexió per mantenir-se estreta i conductora. Si un projecte està executant conductors de terra de coure - que la majoria fa - varetes galvanitzades introdueixen un problema de compatibilitat que s'ha de gestionar activament.
Les varetes galvanitzades tenen sentit per a instal·lacions temporals, aplicacions de baixa-critilitat en sòls neutres confirmats o situacions en què la restricció pressupostària és severa i el medi ambient és realment indulgent.
Pinces: el component que la majoria dels compradors s'equivoquen
Ningú parla de pinces com parlen de varetes, però la selecció de pinces és on els sistemes de connexió a terra fallen en silenci. La pinça és una connexió mecànica permanent en un lloc inaccessible. No hi ha manteniment rutinari per atrapar una articulació degradant. Sigui quina sigui l'elecció que es prengui a l'adquisició, és amb què viu el sistema.
Pinces per cargols i U-
ElPinça de barra de terra de coureen la configuració de perns en U-és la pinça més comuna al camp - un conjunt de cargols-i-sill que comprimeix el conductor contra la vareta. Fàcil, instal·lable de camp- amb eines bàsiques, àmpliament disponible. Per a connexions de-nivell superior i instal·lacions d'inspecció-accessibles (panells residencials, punts de connexió a terra d'antenes sobre-terra), aquesta és l'opció correcta.
La limitació és la relaxació del parabolt. El cicle tèrmic - que la vareta i el conductor s'expandeixen i es contrauen amb els canvis de temperatura al llarg dels anys - afluixa gradualment l'articulació mecànica. Per sobre del sòl, un tècnic pot tornar-lo a estrènyer. Sota terra, no poden. Per a qualsevol connexió que s'enterrarà, les pinces U-perns són l'opció equivocada.
Pinça de barra de terra de coure VICTORY
Pinces de ranura paral·lela
Dues ranures - una per al conductor, una per a la vareta - comprimides per un mecanisme cargolat. Més àrea de superfície de contacte que un cargol U-, per tant, menor resistència a l'articulació. Comú en aplicacions de connexió a terra de la línia de pols on el conductor va aproximadament paral·lel a la vareta. Una opció-de gamma mitjana sensata on la connexió serà accessible per a la inspecció.
Pinces de compressió
Enrotllat-de fàbrica o en camp-al conductor abans del muntatge. El crimp crea una interfície hermètica-al gas que no depèn de la tensió del cargol per mantenir la conductivitat. Les pinces de compressió estan classificades per a l'enterrament directe i aguanten millor que els tipus cargolats en condicions subterrànies constantment humides. Quan una connexió ha de ser permanent i enterrada, i la soldadura exotèrmica no està a l'abast, una pinça de compressió correctament enganxada és la resposta correcta.
Pinces de gla
Anomenats per la seva forma. Dissenyat específicament per a l'enterrament directe a la part superior d'una barra de terra, acceptant una varietat de mides de conductor, llistat UL 467 per a l'enterrament en terra i formigó. Especificació estàndard per a instal·lacions residencials i comercials lleugeres on la pinça baixa per sota del nivell i es manté allà.
Soldadura exotèrmica
Ni una pinça - una reacció de termita que fusiona el conductor i la vareta en un únic enllaç molecular. La connexió resultant té la mateixa conductivitat que el coure base, no es pot afluixar i no es corroirà a la unió. Per a les xarxes de connexió a terra de les subestacions, les instal·lacions industrials de corrent alta-falla-i els conductors de baixada de protecció contra llamps, IEEE Std 80 identifica la soldadura exotèrmica com el mètode de connexió preferit. El cost inicial és més elevat - motlles especialitzats, càrregues de pols, un instal·lador format -, però per a les instal·lacions permanents d'-alt nivell, la justificació del rendiment és senzilla.
Vareta i pinça per aplicació
| Aplicació | Especificació de la vareta | Especificació de la pinça | Norma aplicable |
|---|---|---|---|
| Posada a terra elèctrica residencial | Vareta de terra revestida de coure, 5/8" × 8 peus | Llista UL-gla o pinça de coure cargolada | NEC article 250, UL 467 |
| Instal·lació comercial/industrial | Vareta de terra revestida de coure, 5/8" o 3/4" × 10 peus | Compressió o pinça de gla (enterrament directe) | NEC Article 250, IEEE Std 80 |
| Xarxa de presa de terra de la subestació | Vareta de terra de coure massís, múltiples varetes unides | Soldadura exotèrmica | IEEE Std 80, IEC 62561 |
| Protecció contra llamps | Vareta de terra de coure massís | Soldadura exotèrmica o pinça mecànica pesada | IEC 62561, NFPA 780 |
| Torre de telecomunicacions | Vareta de terra revestida de coure, 3 varetes com a mínim | Ranura paral·lela o gla, llistat UL | TIA-607, IEEE Std 80 |
| Tanca elèctrica | Vareta de terra revestida de coure, 3 varetes com a mínim a 10 peus d'espai | CargolsPinça de barra de terra de coure | NEC Article 250 |
| Sòl litoral/àcid | Vareta de terra de coure massís | Soldadura exotèrmica o pinça de maquinari-inoxidable | IEEE Std 80 |
| Barreja de coure i acer galvanitzat | Qualsevol vareta | La pinça bimetàl·lica - no és opcional | NEC Article 250.64 |
El problema de la corrosió galvànica que ningú posa a la seva fitxa d'especificacions
La corrosió galvànica es produeix quan dos metalls diferents es troben en contacte elèctric en un ambient humit. El metall menys noble es corroeix per protegir el més noble. La taxa depèn de la distància entre els dos metalls a la sèrie galvànica i de la conductivitat de l'entorn.
L'aparellament que causa més problemes en els sistemes de connexió a terra és el conductor de coure en una vareta d'acer galvanitzat (-revestida de zinc) amb una pinça de coure. El coure és significativament més noble que el zinc. En sòl humit, el recobriment de zinc es degrada al punt de contacte - exactament on la connexió mecànica ha de mantenir-se estreta. La connexió s'afluixa i es corroeix simultàniament.
La solució neta és mantenir tot el sistema en la mateixa família de metalls:Pinça de barra de terra de coureamb coure oVareta de terra revestida de coure, eliminant completament el problema de compatibilitat. Quan això no és possible - si el projecte hereta una instal·lació mixta existent -, cal una pinça bimetàl·lica per a la transició metàl·lica específica.
Cal destacar la caixa del conductor d'alumini: les barres de coure amb conductors d'alumini requereixen una pinça explícitament per a la transició de coure-a-alumini. Les connexions d'alumini-a-no cotitzats en coure fallaran per corrosió galvànica i ho faran més ràpidament als entorns càlids i humits on la infraestructura elèctrica sovint està més estressada.
Referència d'estàndards per a la-adquisició transfronterera
| Estàndard | Jurisdicció | El que cobreix |
|---|---|---|
| UL 467 | EUA / Canadà | Equips de connexió a terra i connexió - varetes, pinces i connectors |
| NEC Article 250 | EUA | Requisits mínims d'instal·lació - longitud de vareta, profunditat, mida del conductor |
| IEEE Std 80 | Referent internacional | Metodologia de disseny de la presa de terra de la subestació de CA |
| IEC 62561 | Europa / internacional | Components del sistema de protecció contra llamps, inclosos els elèctrodes |
| NFPA 780 | EUA | Estàndard d'instal·lació de protecció contra llamps |
| TIA-607 | EUA | Connexió i connexió a terra de telecomunicacions |
Per a la-adquisició a gran escala, les marques de certificació per si soles no són una verificació suficient. Sol·liciteu informes de proves que mostrin mesures del gruix de la capa de coure a partir d'una inspecció transversal-, especialment per a barres revestides de coure- procedents de nous proveïdors. La marca de certificació us indica la categoria del producte; l'informe de prova us indica si el lot específic compleix les especificacions.
Abans de fer la comanda: set preguntes
Quina és la resistivitat del sòl en aquest lloc? Una alta resistivitat pot requerir diverses barres, una profunditat més gran o un compost de millora de terra aplicat al voltant de l'elèctrode.
Què és la química del sòl? Els entorns costaners, àcids o plens d'aigua justifiquen el coure sòlid sobre el revestiment de coure-. No utilitzeu l'opció més barata i després us pregunteu per què el sistema necessita un reemplaçament en cinc anys.
Per a quins nivells de corrent de falla està dissenyat aquest sistema? Les subestacions i les instal·lacions industrials pesades necessiten connexions de soldadura exotèrmiques. Les pinces mecàniques no estan classificades per a la mateixa capacitat de corrent de falla.
Hi ha metalls barrejats en aquesta instal·lació? Comproveu la compatibilitat del material abans d'especificar les pinces. No suposeu res del que es va instal·lar anteriorment si es tracta d'una modificació.
La connexió de la pinça estarà soterrada? En cas afirmatiu, les pinces U-perns estan fora de la taula. Pinces de gla o de compressió només per a l'enterrament.
Quina norma regula aquesta instal·lació? Confirmeu que tant la vareta com la pinça porten la marca de llista aplicable. Un de llistat i un de no cotitzat no és una assemblea compatible.
El proveïdor pot aportar documentació de traçabilitat? Especialment per a les barres-revestides de coure, els informes de prova del gruix de la capa de coure són l'única verificació de qualitat fiable disponible en l'etapa de compra.
Un sistema de connexió a terra funciona millor quan s'oblida - instal·lat correctament, enterrat i no s'hi pensa mai més durant 30 o 40 anys. Les decisions que ho fan possible succeeixin abans que la primera vareta entri a terra.
PMF
Coure massís o revestiment de coure--, què hauria d'especificar?
Per a la majoria de projectes, el revestiment-de coure és la resposta correcta. El rendiment elèctric és comparable, la instal·lació mecànica és més fàcil en sòls durs i la diferència de costos és significativa a escala. El coure sòlid es converteix en l'especificació correcta quan les condicions del sòl són realment agressives - llocs costaners, sòls constantment àcids o plens d'aigua - o quan la instal·lació es troba en un lloc on la substitució seria difícil d'operar. No utilitzeu per defecte el coure sòlid com a marge de seguretat si les condicions del projecte no ho justifiquen. Insisteix en el gruix verificat de la capa de coure de qualsevol proveïdor-revestit de coure.
És realment necessària la llista UL en una pinça o és només una preferència?
Per a qualsevol instal·lació governada per NEC-a Amèrica del Nord, la llista UL 467 tant a la vareta com a la pinça és un requisit de codi, no una preferència. Els inspectors ho comproven. Més enllà del compliment del codi, la marca UL indica proves independents per a la-capacitat de càrrega actual, la resistència mecànica i la resistència a la corrosió en condicions d'enterrament - les coses que realment importen per a una connexió permanent soterrada.
Quantes barres de terra necessita un projecte?
NEC estableix el mínim residencial en una barra, amb una segona necessària si la primera mesura una resistència superior a 25 ohms. Els sistemes de tanques elèctriques solen necessitar tres barres revestides de coure-a una distància mínima de 10 peus per mantenir el rendiment de la tanca. Els sistemes de connexió a terra de subestacions i industrials es calculen a partir de mesures de resistivitat del sòl utilitzant IEEE Std 80 - el nombre de barres és una sortida del procés de disseny, no una regla general.
Es pot connectar una pinça de coure directament a una vareta galvanitzada?
No amb seguretat, no. El coure i el zinc són incompatibles galvànicament al sòl humit. El recobriment de zinc es corroeix preferentment al punt de contacte -, que és el pitjor lloc per fallar. Utilitzeu una pinça bimetàl·lica per a la transició de zinc-a-coure, o bé elimineu el problema especificant barres de coure o-revestides de coure i utilitzant una pinça de barra de terra de coure dissenyada per a la connexió de coure-a-.
Com comprobo la qualitat de la capa de coure en una vareta-revestida de coure abans de comprar-la?
Sol·liciteu informes de proves metal·lúrgiques de secció transversal-que mostrin mesures reals del gruix del coure. El mínim UL 467 és de 0,010 polzades (254 micres). La prova de relació de pes és un mètode menys fiable - que pot emmascarar punts prims amb una mitjana tècnicament acceptable. La inspecció visual és inútil; Les barres que compleixen i les que no compleixen -es veuen idèntiques. Si un proveïdor es nega a proporcionar documentació de prova, tracteu-ho com un senyal de qualitat.