Quando si tratta di sistemi di messa a terra nelle infrastrutture elettriche, la scelta del materiale del dispersore di terra è una di quelle decisioni che vengono prese rapidamente sul posto ma che possono causare problemi per anni se prese in modo inadeguato. Le due opzioni più comuni sono il picchetto di terra zincato e il picchetto di terra rivestito in rame. Entrambi sono ampiamente utilizzati, entrambi soddisfano i requisiti generali di NEC 250.52(A)(5) ed entrambi trovano il loro posto nelle installazioni del mondo reale-. La domanda non è quale sia universalmente migliore, ma quale sia adatto alle condizioni specifiche del tuo progetto.
Questo articolo analizza le effettive differenze in termini di prestazioni, longevità, costi e rischi, in modo da poter prendere una decisione informata prima che la canna venga interrata.
Asta di terra
Come è realizzato ogni tipo
A picchetto di terra zincatoinizia con un'anima in acciaio-laminato a caldo, in genere con una resistenza alla trazione di circa 58.000 psi. L'acciaio viene quindi rivestito con uno strato di zinco, solitamente attraverso un processo di zincatura a caldo-. Il rivestimento di zinco su un'asta standard ha uno spessore di circa 3,9 mil. Lo zinco funge da quello che gli ingegneri chiamano un anodo sacrificale: si corrode prima dell'acciaio, facendo guadagnare tempo prima che il nucleo venga esposto.
A asta di messa a terra rivestita in rameutilizza un'anima in acciaio trafilato a freddo-di qualità superiore, con una resistenza alla trazione che spesso supera i 90.000 psi, quindi unisce uno strato di rame all'esterno. Il rivestimento di rame ha uno spessore di circa 10 mil, ovvero più del doppio dello strato di zinco su un'asta zincata. Il rame non si sacrifica per l'acciaio come fa lo zinco. Forma invece una barriera stabile, non-reattiva che resiste nella maggior parte degli ambienti del suolo senza degradarsi.
La differenza strutturale è importante durante l'installazione. Una maggiore resistenza alla trazione significa che l'asta rivestita in rame ha meno probabilità di piegarsi o deformarsi quando viene inserita in un terreno duro o roccioso.
Dispersore zincato VICTORY Dispersore VICTORY rivestito in rame
Resistenza alla corrosione: i numeri raccontano la storia
Sono stati condotti tre importanti studi a lungo-termine sulla corrosione dei picchetti di terra, che coprono quasi un secolo di dati sul campo.
Il National Bureau of Standards ha seppellito campioni di acciaio zincato sottoterra per dieci anni. I rivestimenti di zinco di 0,0035 pollici o meno erano completamente distrutti e la vaiolatura dell'acciaio sottostante era già iniziata. Nello stesso studio, campioni di acciaio rivestiti di rame sepolti per tredici anni hanno mostrato una penetrazione nel materiale molto più superficiale.
Il National Electrical Grounding Research Project (NEGRP), svoltosi dal 1992 al 2002 sotto la supervisione della NFPA, ha prodotto i dati più citati. I dati finali collocano la durata media di un picchetto di messa a terra zincato-a circa 15 anni. Le aste rivestite in rame sono arrivate a 40 anni e oltre.
Lo studio di ingegneria civile navale degli anni '60 raggiunse conclusioni simili e alla fine fu vietato l'uso delle barre di acciaio zincato e dolce da parte della Marina degli Stati Uniti in base alle prestazioni sul campo.
| Fattore | Picchetto di terra zincato | Asta di messa a terra rivestita in rame |
|---|---|---|
| Materiale centrale | Acciaio-laminato a caldo, ~58.000 psi | Acciaio-trafilato a freddo, 90,000+ psi |
| Rivestimento | Zinco, ~3,9 mil | Rame, ~10 mil |
| Meccanismo di rivestimento | Anodo sacrificale (lo zinco si corrode prima) | Barriera stabile (il rame resiste alla corrosione) |
| Vita utile stimata | ~15 anni | 40+ anni |
| Costo iniziale | Inferiore | Più alto |
| Il miglior ambiente | Terreni asciutti, a bassa-corrosione; uso temporaneo | Suoli umidi, acidi o chimicamente attivi |
| Certificazione UL467 | Disponibile | Disponibile |
Il caso della zincatura: quando ha senso
Le aste zincate non sono un cattivo prodotto. Si tratta di un prodotto ben-collaudato utilizzato nelle giuste circostanze.
Per installazioni temporanee, progetti di costruzione di breve-durata o siti in terreni asciutti, a bassa-umidità con pH neutro, un picchetto di terra zincato può funzionare in modo affidabile per la sua durata di servizio prevista senza alcun problema. Il costo iniziale inferiore lo rende pratico anche per progetti su larga-scala in cui sono necessarie centinaia di aste e le condizioni del terreno non richiedono materiali di prima qualità.
C'è un altro fattore importante che vale la pena comprendere: se la tua installazione prevede già importanti componenti in acciaio zincato nel sottosuolo, come barre di ancoraggio o supporti strutturali in acciaio, utilizzare un picchetto di terra zincato può effettivamente essere la scelta più intelligente. Posizionando un'asta rivestita di rame in prossimità dell'acciaio zincato si crea una cella galvanica. I due metalli diversi, rame e zinco, reagiscono in presenza di umidità del suolo e lo zinco si corrode ad una velocità accelerata. Ciò è particolarmente rilevante per le installazioni di torri strallate, pali di distribuzione con hardware zincato e strutture di sottostazioni in cui sono comuni componenti sotterranei in acciaio. I materiali abbinati eliminano completamente questo rischio.
Un malinteso comune sulle aste rivestite in rame
Molti acquirenti presumono che le barre rivestite in rame siano preferite principalmente perché il rame conduce l'elettricità meglio dello zinco. Si tratta di un’ipotesi ragionevole, ma non è esattamente corretta.
Il vero vantaggio del rivestimento in rame è la protezione dalla corrosione, non la conduttività. La ricerca di nVent ERICO, uno dei produttori leader nel settore della messa a terra, sottolinea chiaramente questo punto nella letteratura tecnica pubblicata. Il rame sembra condurre bene, ma il nucleo di acciaio è ciò che effettivamente trasporta la maggior parte della corrente di guasto. Lo strato di rame è lì per impedire che il nucleo di acciaio si corroda nel sottosuolo per decenni.
C'è anche una sfumatura nel modo in cui vengono prodotte le aste rivestite in rame. Il termine "rivestito in rame" si riferisce tipicamente a un'asta in cui il rame è legato o saldato meccanicamente attorno all'anima in acciaio. "Copper bonded" si riferisce ad un processo di galvanica che produce un rivestimento più uniforme e aderente. Durante l'installazione, l'inserimento dell'asta in un terreno duro può graffiare o scalfire la guaina di rame, soprattutto sulle aste rivestite. Queste rotture superficiali espongono l’acciaio sottostante al suolo, il che può accelerare la corrosione localizzata. Se si stanno guidando le aste su terreni difficili, vale la pena specificare una barra rivestita in rame con il suo rivestimento più uniforme.
Tipo di suolo e ambiente: il fattore decisivo
La variabile più importante in questa decisione è in cosa andrà a finire la canna.
Suoli acidi, terreni con elevato contenuto di umidità, ambienti costieri con infiltrazioni di sale e siti industriali con contaminazione chimica accelerano la degradazione dello zinco. In queste condizioni, un picchetto di terra zincato raggiungerà la fine della sua vita utile ben prima della media di 15 anni, a volte entro pochi anni. Le aste in rame o rivestite in rame resistono significativamente meglio in questi ambienti perché il rame forma una patina naturale che resiste a ulteriori attacchi chimici.
Nei terreni asciutti e interni con pH neutro o quasi-neutro, le barre zincate hanno prestazioni più vicine alla durata di servizio nominale e rappresentano un valore ragionevole.
Per ambienti estremi, in particolare siti marini o costieri con elevata esposizione al sale, vale la pena considerare le barre in acciaio inossidabile come terza opzione, sebbene abbiano un prezzo premium.
Conformità e Certificazione
È possibile produrre picchetti di terra sia zincati che rivestiti in rame per soddisfare UL 467, lo standard per le apparecchiature di messa a terra e di collegamento pubblicato da Underwriters Laboratories. La certificazione UL 467 è importante per progetti commerciali e industriali, conformità assicurativa e requisiti di interconnessione alla rete. Quando si acquistano barre per progetti su-scala o lavori infrastrutturali, specificare i prodotti elencati UL 467 evita complicazioni durante l'ispezione.
Il NEC ai sensi della Sezione 250.52(A)(5) richiede che i picchetti di terra abbiano un diametro minimo di 5/8 pollici e una lunghezza di 8 piedi, a meno che i picchetti elencati non abbiano un diametro di 1/2 pollice e specifichi che devono essere elencati. Confermare sempre che qualsiasi canna acquistata sia dotata della documentazione di certificazione adeguata, non solo delle dichiarazioni del produttore.
Guida pratica alle decisioni
Se stai decidendo tra i due tipi per un progetto imminente, queste domande restringono rapidamente il campo.
Quanto tempo deve durare questa installazione? Se la risposta è 20 anni o più senza accesso per manutenzione, il rivestimento in rame è la scelta chiara. Se si tratta di un'installazione temporanea o con un ciclo di manutenzione programmata, la zincatura può servire allo scopo.
Che aspetto ha il terreno? I terreni umidi, acidi o costieri preferiscono il rivestimento in rame. I terreni asciutti e neutri sono quelli in cui la zincatura offre le migliori prestazioni.
Sono presenti componenti in acciaio zincato nel sottosuolo nelle immediate vicinanze? Se sì, le barre zincate evitano di introdurre una coppia galvanica.
Qual è la struttura del budget? Il rivestimento in rame costa di più per barra, ma un minor numero di sostituzioni nel corso della vita dell'installazione in genere inverte tale calcolo nei progetti di lunga-durata.
Una nota sull'approvvigionamento
L'hardware di messa a terra è una di quelle categorie di prodotti in cui la certificazione e la tracciabilità dei materiali contano notevolmente. I picchetti di terra sono interrati e invisibili dopo l'installazione. Un'asta che non soddisfa le specifiche di resistenza alla corrosione non mostrerà alcun segno di guasto finché non si verifica un guasto, a quel punto il sistema di messa a terra potrebbe non funzionare più come previsto.
Victory Electric Power Equipment Co., Ltd., con oltre 25 anni di esperienza nella produzione di hardware per linee elettriche e raccordi elettrici, fornisce picchetti di terra zincati che soddisfano gli standard di qualità internazionali per progetti di servizi pubblici e di distribuzione in più di 50 paesi. Se il tuo progetto richiede prodotti di messa a terra tracciabili e certificati, il team di ingegneri di Victory Electric può consigliarti sui requisiti delle specifiche e fornire la documentazione necessaria al tuo progetto. Contatta direttamente Victory Electric per discutere le specifiche del prodotto, le certificazioni e le opzioni di personalizzazione per il tuo prossimo lavoro.