Guida alle aste e ai morsetti di messa a terra in rame: scegliere il sistema giusto senza pagare in eccesso o prendere scorciatoie

La maggior parte dei guasti al sistema di messa a terra non sono drammatici. Non c'è nessuna esplosione, nessun evidente momento di fallimento. L'asta si corrode silenziosamente nel sottosuolo per tre-cinque anni, la resistenza aumenta e un giorno un fulmine o un guasto che il sistema avrebbe dovuto gestire in modo pulito provoca invece danni alle apparecchiature o un incidente di sicurezza. Quando qualcuno riesce a risalire all'elettrodo di messa a terra, la decisione di approvvigionamento che lo ha causato è stata presa anni fa da qualcuno concentrato sul prezzo unitario.

Questa guida è scritta per ingegneri e team di procurement che desiderano prendere una decisione corretta fin dal primo momento. Non un catalogo prodotti - una struttura per abbinare l'asta e il morsetto giusti alle condizioni effettive di un progetto.

Dispersori e pinze di terra in rame

L'asta e il morsetto sono un unico sistema

Vale la pena dirlo chiaramente perché gli uffici acquisti spesso dividono l'ordine: aste da un fornitore, morsetti da un altro, prezzo più basso per ogni articolo della linea. Il problema è che un gruppo di messa a terra funziona come un sistema e la connessione più debole in quel sistema costituisce il limite per tutto il resto.

ILbarra di messa a terra in ramepenetra nel terreno e crea l'interfaccia conduttiva con la terra. Il morsetto collega il conduttore di terra - solitamente filo di rame nudo che torna al pannello principale o al punto di collegamento - alla parte superiore dell'asta. La corrente di guasto e la corrente da fulmine devono attraversarle entrambe senza una resistenza significativa. Se il morsetto crea un giunto ad alta-resistenza, non importa quanto sia buona l'asta. Se l'asta si corrode e perde il contatto con il terreno circostante, il morsetto è irrilevante.

Due cose che questo sistema deve realizzare: dissipare la corrente di guasto abbastanza velocemente da far scattare i dispositivi di protezione e mantenere il collegamento equipotenziale in modo che la tensione non si accumuli tra le strutture messe a terra. Entrambi richiedono un contatto continuo e a bassa-resistenza dal conduttore al morsetto, dall'asta al suolo. Qualsiasi rottura in questa catena è un problema in attesa di esprimersi.

Scegliere un picchetto di terra: la decisione è più difficile di quanto sembri

Aste di messa a terra in rame massiccio

Aste di messa a terra in rame massicciosono esattamente come sembrano: - 99.9% di rame elettrolitico dalla superficie al nucleo, senza acciaio, senza rivestimento. Il punto è proprio questa uniformità. Negli ambienti aggressivi del suolo, non esiste alcuna interfaccia tra materiali diversi che possano delaminarsi o corrodersi preferenzialmente. L'asta si degrada, se si degrada, ad un ritmo uniforme e molto lento.

In pratica, questo è più importante negli impianti costieri (alto contenuto di cloruro), nei terreni acidi al di sotto di circa 5 pH e nei terreni impregnati d’acqua con elevata umidità prolungata. Queste sono le condizioni che distruggono prematuramente le alternative rivestite in rame-. Per le infrastrutture critiche - sottostazioni, messa a terra di data center, sistemi di protezione contro i fulmini in cui una chiamata di manutenzione richiede lo scavo - barre di rame massiccio sono la specifica corretta. La durata di servizio tipica in un terreno normale è di 40 anni o più.

Il compromesso meccanico- è reale: il rame puro è tenero e l'inserimento di un'asta di rame solida attraverso argilla rocciosa o molto compattata rischia di piegare l'asta prima che raggiunga la profondità. La mitigazione standard prevede la pre-perforazione di un foro pilota o l'utilizzo di una testa di trascinamento. Non è un problema, solo qualcosa di cui tenere conto nella pianificazione dell'installazione.

Aste di messa a terra rivestite in rame

ILAsta di messa a terra rivestita in rameè ciò che la maggior parte del mondo effettivamente installa. Un'anima in acciaio ad alta resistenza-, legata con uno strato di rame ad alta purezza-all'esterno - ottieni la robustezza meccanica necessaria per guidare attraverso terreni difficili senza piegarsi e la conduttività e la protezione dalla corrosione del rame sulla superficie che entra effettivamente in contatto con il terreno.

La specifica che determina se vale la pena acquistare un'asta rivestita in rame- è lo spessore dello strato di rame. UL 467, lo standard di conformità nordamericano per le apparecchiature di messa a terra e di collegamento, stabilisce un minimo di 0,010 pollici (circa 254 micron). Questo minimo esiste perché gli strati di rame più sottili non forniscono un'adeguata protezione elettrochimica all'interfaccia acciaio-terreno. Quando lo strato di rame cede, l’umidità e l’ossigeno raggiungono il nucleo d’acciaio, la corrosione accelera e la resistenza aumenta.

È qui che risiede il rischio-del prodotto a basso costo. Le aste rivestite in rame-di produttori conformi sembrano identiche a quelle di quelli non-conformi. Non è possibile distinguerli visivamente. Puoi distinguerli solo chiedendo ai fornitori i rapporti dei test trasversali-che mostrino le misurazioni effettive dello spessore dello strato di rame - non i calcoli del rapporto di peso, che sono un proxy meno affidabile. Se un fornitore non è in grado di fornire tale documentazione, le specifiche di quella canna sono essenzialmente non verificabili.

Per la maggior parte delle applicazioni, - messa a terra elettrica residenziale e commerciale, messa a terra di torri di telecomunicazioni, sistemi di recinzione elettrica, messa a terra di pali della linea di distribuzione, - barre rivestite in rame- sono il prodotto giusto. Le prestazioni sono adeguate, il costo è inferiore rispetto al rame solido e l'installazione è più semplice.

Tiranti di terra zincati

Le aste zincate hanno un rivestimento di zinco su un'anima in acciaio. Lo zinco corrode preferenzialmente e protegge sacrificalmente l'acciaio sottostante, il che è utile, ma lo zinco si esaurisce più velocemente del rame in terreni acidi o ad alta umidità. La durata prevista è di circa 15 anni in condizioni normali, inferiore in ambienti aggressivi.

C'è anche un problema di compatibilità che sorprende le persone: i conduttori in rame e le aste zincate (zincate-rivestite) non devono essere collegati senza un morsetto bimetallico. Rame e zinco si trovano molto distanti nella serie galvanica. In un ambiente umido, il rivestimento di zinco accelera la propria corrosione nel punto di contatto, che è esattamente il punto in cui è necessario che la connessione rimanga salda e conduttiva. Se un progetto prevede conduttori di messa a terra in rame - come la maggior parte - le aste zincate introducono un problema di compatibilità che deve essere gestito attivamente.

Le barre zincate sono ideali per installazioni temporanee, applicazioni a bassa-criticità in terreni neutrali confermati o situazioni in cui il vincolo di budget è grave e l'ambiente è davvero clemente.

Morsetti: il componente che la maggior parte degli acquirenti sbaglia

Nessuno parla di morsetti nel modo in cui parla di aste, ma la selezione dei morsetti è il punto in cui i sistemi di messa a terra falliscono silenziosamente. Il morsetto è un collegamento meccanico permanente in una posizione inaccessibile. Non esiste alcuna manutenzione ordinaria per catturare un giunto degradato. Qualunque scelta venga fatta al procurement è ciò con cui convive il sistema.

Morsetti imbullonati e a U-

ILMorsetto per asta di terra in ramenella configurazione con bullone a U-è il morsetto più comune nel settore -un gruppo bullone-e-a sella che comprime il conduttore contro l'asta. Semplice, installabile sul campo-con strumenti di base, ampiamente disponibile. Per collegamenti di livello superiore-e installazioni accessibili alle ispezioni-(pannelli residenziali, punti di messa a terra dell'antenna sopra-terra), questa è la scelta giusta.

La limitazione è il rilassamento del bullone. Il ciclo termico - l'asta e il conduttore si espandono e si contraggono con i cambiamenti di temperatura nel corso degli anni - allenta gradualmente il giunto meccanico. In superficie, un tecnico può riserrarlo. Sottoterra, non possono. Per qualsiasi connessione che verrà interrata, i morsetti a U-sono la scelta sbagliata.

Morsetto per asta di terra in rame VICTORY

Morsetti per scanalature parallele

Due scanalature - una per il conduttore, una per l'asta - compressa da un meccanismo imbullonato. Maggiore superficie di contatto rispetto a un bullone a U-, quindi minore resistenza alla giunzione. Comune nelle applicazioni di messa a terra di linee polari in cui il conduttore corre approssimativamente parallelo all'asta. Un'opzione di fascia media-sensata in cui la connessione sarà accessibile per l'ispezione.

Morsetti a compressione

Aggraffato in fabbrica o sul campo-sul conduttore prima dell'assemblaggio. La crimpatura crea un'interfaccia-a tenuta di gas che non si basa sulla tensione dei bulloni per mantenere la conduttività. I morsetti a compressione sono progettati per l'interramento diretto e resistono meglio dei tipi imbullonati in condizioni sotterranee costantemente umide. Quando una connessione deve essere permanente e interrata e la saldatura esotermica non è prevista, un morsetto a compressione opportunamente crimpato è la risposta giusta.

Morsetti per ghiande

Chiamati così per la loro forma. Progettato specificamente per l'interramento diretto sopra un picchetto di terra, accetta una gamma di dimensioni di conduttori, certificato UL 467 per l'interramento nella terra e nel cemento. Specifiche standard per installazioni residenziali e commerciali leggere in cui la pinza scende sotto il livello e rimane lì.

Saldatura esotermica

Non è affatto un morsetto - una reazione della termite che fonde il conduttore e l'asta in un unico legame molecolare. La connessione risultante ha la stessa conduttività del rame di base, non può allentarsi e non si corroderà in corrispondenza del giunto. Per le griglie di messa a terra delle sottostazioni, gli impianti industriali ad alta-corrente di guasto-e le calate di protezione contro i fulmini, lo standard IEEE 80 identifica la saldatura esotermica come metodo di connessione preferito. Il costo iniziale è più elevato - stampi specializzati, addebiti per la polvere, un installatore qualificato - ma per installazioni permanenti ad alto- rischio, la giustificazione delle prestazioni è semplice.

Asta e morsetto per applicazione

Il problema della corrosione galvanica nessuno lo inserisce nella scheda tecnica

La corrosione galvanica si verifica quando due metalli diversi si trovano in contatto elettrico in un ambiente umido. Il metallo meno nobile si corrode per proteggere quello più nobile. La velocità dipende dalla distanza tra i due metalli sulla serie galvanica e da quanto è conduttivo l'ambiente.

L'accoppiamento che causa maggiori problemi nei sistemi di messa a terra è il conduttore di rame su un'asta di acciaio zincato (zincato-rivestito) con un morsetto di rame. Il rame è decisamente più nobile dello zinco. Nel terreno umido, il rivestimento di zinco si degrada nel punto di contatto - esattamente dove la connessione meccanica deve rimanere salda. La connessione si allenta e si corrode contemporaneamente.

La soluzione pulita è mantenere l’intero sistema nella stessa famiglia di metalli:Morsetto per asta di terra in ramecon rame oAsta di messa a terra rivestita in rame, eliminando completamente il problema di compatibilità. Quando ciò non è possibile - se il progetto eredita un'installazione mista esistente - è necessario un morsetto bimetallico classificato per la specifica transizione metallica.

Vale la pena notare il caso del conduttore in alluminio: le aste in rame con conduttori in alluminio richiedono un morsetto esplicitamente classificato per la transizione da rame-ad-alluminio. Le connessioni da alluminio non elencato-a-rame falliranno a causa della corrosione galvanica e lo faranno più velocemente negli ambienti caldi e umidi dove l'infrastruttura elettrica è spesso maggiormente sollecitata.

Riferimento agli standard per gli appalti- transfrontalieri

Per gli appalti-su larga scala, i soli marchi di certificazione non costituiscono una verifica sufficiente. Richiedi rapporti di prova che mostrino le misurazioni dello spessore dello strato di rame dall'ispezione trasversale-della sezione, in particolare per le barre rivestite in rame-provenienti da nuovi fornitori. Il marchio di certificazione indica la categoria del prodotto; il rapporto di prova indica se il lotto specifico soddisfa le specifiche.

Prima di effettuare l'ordine: sette domande

Qual è la resistività del suolo in questo sito? Un'elevata resistività può richiedere più aste, una maggiore profondità o un composto per il potenziamento della terra applicato attorno all'elettrodo.

Qual è la chimica del suolo? Gli ambienti costieri, acidi o saturi d'acqua giustificano il rame solido rispetto al rivestimento in rame-. Non utilizzare l'opzione più economica per poi chiedersi perché il sistema debba essere sostituito tra cinque anni.

Per quali livelli di corrente di guasto è progettato questo sistema? Sottostazioni e impianti industriali pesanti necessitano di connessioni con saldatura esotermica. I morsetti meccanici non sono classificati per la stessa capacità di corrente di guasto.

Ci sono metalli misti in questa installazione? Verificare la compatibilità dei materiali prima di specificare i morsetti. Se si tratta di un retrofit non dare per scontato nulla su ciò che è stato installato in precedenza.

La connessione a morsetto verrà interrata? Se sì, i morsetti a U-non sono contemplati. Morsetti a ghianda o a compressione idonei solo per l'interramento.

Quale norma regola questa installazione? Confermare che sia l'asta che il morsetto riportino il contrassegno di quotazione applicabile. Uno elencato e uno non elencato non sono un assembly conforme.

Il fornitore può fornire la documentazione di tracciabilità? In particolare, per le barre rivestite in rame-, i rapporti di prova relativi allo spessore dello strato di rame rappresentano l'unica verifica di qualità affidabile disponibile nella fase di approvvigionamento.

Un sistema di messa a terra funziona meglio quando viene dimenticato - installato correttamente, sepolto e non viene più pensato per 30 o 40 anni. Le decisioni che rendono possibile tutto ciò vengono prese prima che il primo picchetto venga piantato nel terreno.

Domande frequenti

Rame solido o rame-rivestito -, cosa dovrei specificare?

Per la maggior parte dei progetti, il rivestimento in rame-è la risposta giusta. Le prestazioni elettriche sono paragonabili, l’installazione meccanica è più semplice su terreni duri e la differenza di costo è significativa su larga scala. Il rame solido diventa la specifica corretta quando le condizioni del terreno sono veramente aggressive - siti costieri, terreno costantemente acido o impregnato d'acqua - o quando l'installazione si trova in un luogo in cui la sostituzione sarebbe difficile a livello operativo. Non utilizzare il rame solido come margine di sicurezza se le condizioni del progetto non lo giustificano. Insistere sullo spessore dello strato di rame verificato da qualsiasi fornitore di rivestimenti in rame-.

È effettivamente necessaria la certificazione UL su un morsetto o è solo una preferenza?

Per qualsiasi installazione regolamentata da NEC-nel Nord America, l'etichettatura UL 467 sia sull'asta che sul morsetto è un requisito del codice, non una preferenza. Gli ispettori lo controllano. Oltre alla conformità alle norme, il marchio UL indica test indipendenti relativi alla-capacità di carico di corrente, alla resistenza meccanica e alla corrosione in condizioni di sepoltura - gli aspetti che contano davvero per una connessione permanente interrata.

Di quanti picchetti di terra ha bisogno un progetto?

NEC fissa il minimo residenziale su un'asta, con una seconda richiesta se la prima misura una resistenza superiore a 25 ohm. I sistemi di recinzione elettrica in genere necessitano di tre aste rivestite in rame-a una distanza minima di 10 piedi per mantenere le prestazioni della recinzione. I sistemi di messa a terra industriale e delle sottostazioni vengono calcolati dalle misurazioni della resistività del suolo utilizzando lo standard IEEE 80 - il numero di picchetti è un risultato del processo di progettazione, non una regola pratica.

È possibile collegare un morsetto in rame direttamente a un'asta zincata?

Non in modo sicuro, no. Rame e zinco sono galvanicamente incompatibili nel terreno umido. Il rivestimento di zinco si corrode preferibilmente nel punto di contatto - che è il posto peggiore in cui potrebbe rompersi. Utilizza un morsetto bimetallico adatto alla transizione da zinco-a-rame oppure elimina il problema specificando barre rivestite in rame o rame-e utilizzando un morsetto per asta di messa a terra in rame progettato per il collegamento da rame-a-rame.

Come posso verificare la qualità dello strato di rame su un'asta rivestita in rame-prima dell'acquisto?

Richiedi i rapporti sui test metallurgici trasversali-che mostrano le misurazioni effettive dello spessore del rame. Il minimo UL 467 è 0,010 pollici (254 micron). Il test del rapporto peso è un metodo meno affidabile - può mascherare punti deboli con una media tecnicamente accettabile. L'ispezione visiva è inutile; le aste conformi e quelle non-conformi sembrano identiche. Se un fornitore rifiuta di fornire la documentazione di prova, trattalo come un segnale di qualità.