Per què vaig escriure aquesta comparació

Porto més d'una dècada en la indústria de la protecció contra llamps i la posada a terra. Cada setmana parlo amb compradors estrangers (contractistes elèctrics, enginyers de subestacions, gestors de projectes de telecomunicacions) per decidir quin material de vareta de terra especificar. La primera pregunta sempre és sobre el cost inicial. Però després de 12 anys ajudant els clients a obtenir de tot, des de varetes revestides de coure fins a materials de soldadura exotèrmics, la vareta amb el preu de venda més baix no és la més econòmica durant la vida útil de la instal·lació.

Aquest article desglossa el cost real per comptador instal·lat per a tres tipus de varetes de terra: acer revestit de coure (CCS), coure pur i acer galvanitzat en calent, basant-se en el cost del material, els factors d'instal·lació, les taxes de corrosió i les dades de vida útil que fem un seguiment a SHIBANG. Si sou un enginyer que escriu una especificació o un gerent de compres que compara pressupostos, aquestes són les dades que necessiteu per prendre una decisió que es mantingui durant tota la vida útil del disseny de la vostra instal·lació.

Els tres materials de la vareta de terra d'un cop d'ull

1. Vareta de terra d'acer revestit de coure (CCS)

Les barres d'acer recobertes de coure consten d'un nucli d'acer baix en carboni d'alta resistència (contingut de carboni ~0,15%) amb una capa de coure unida mitjançant electroconformació. La puresa del coure és ≥99,95% i el gruix estàndard de la capa és ≥0,254 mm. AVareta de terra d'acer recobert de coure de SHIBANGlínia, els diàmetres oscil·len entre 14,2 mm i 25 mm (de 5/8″ a 3/4″), les longituds entre 1,2 m i 3,0 m i la resistència a la tracció ≥580 N/mm².

Encara recordo estar al costat de la nostra línia d'electroconformació a la fàbrica de SHIBANG, veient un lot de varetes CCS de 16 mm sortir del tanc de galvanoplàstia. L'operador comprova cada vareta amb unmesurador de gruix magnètic— un dispositiu portàtil que llegeix el gruix de la capa de coure mesurant l'atracció magnètica a través del coure. Un lot es va marcar perquè el calibre marcava 0,248 mm a la punta de l'aixeta, només 6 micres per sota de l'especificació de 0,254 mm. Tot el lot va tornar a ser reelaborat. Aquesta disciplina és important quan una vareta acaba a l'argila costanera a l'altra banda del món.

La capa de coure proporcionaresistència a la corrosió i conductivitat del coure pur a la superfície, mentre que el nucli d'acer proporciona resistència mecànica per a la clavada en sòl dens. La unió coure-acer es prova doblegant la vareta 90° en un radi de 100 mm sense fractura ni delaminació. La vida útil en sòls típics supera els 50 anys. Aquesta combinació és el motiu pel qual CCS és l'especificació de posada a terra per defecte a tot el món.

2. Vareta de terra de coure pur

Les varetes de coure pur utilitzen coure T2 (≥99,95% de puresa). AVareta de terra de coure pur de SHIBANGpàgina, hi ha disponibles les mateixes opcions de diàmetre i longitud que el CCS. Però el coure és significativament més car que l'acer per quilogram. Una vareta de coure sòlida ofereix la resistència més baixa per a un diàmetre determinat, amb un excel·lent rendiment a la corrosió en sòls agressius. Tanmateix, el coure pur és tou: en clavar-lo en sòl rocós o compactat, es corre el risc de doblegar o engruixir l'extrem, motiu pel qual molts contractistes preperforen forats pilot. Aquesta mà d'obra addicional augmenta el cost del material, que ja és més elevat.

Un contractista de Manila em va trucar una vegada, frustrat perquè les varetes galvanitzades de la seva torre de telecomunicacions al vessant d'un turó s'havien oxidat després de només 4 anys a l'argila costanera. La substitució va requerir una excavació al voltant d'una base de formigó activa. La mà d'obra per si sola va superar el que haurien costat les varetes CCS per avançat. "Hauria d'haver prestat atenció a les dades de la boira salina que em vas mostrar", va admetre. Aquella trucada em va quedar gravada; per això pregunto primer a cada client sobre les condicions del sòl.

3. Vareta de terra d'acer galvanitzat en calent

Les varetes d'acer galvanitzat són d'acer baix en carboni amb un recobriment de zinc aplicat mitjançant galvanització en calent. La capa de zinc proporciona protecció de sacrifici: es corroeix primer, protegint l'acer subjacent. AVareta de terra galvanitzada de SHIBANGlínia de productes, aquestes varetes comparteixen les mateixes dimensions però tenen el preu unitari més baix entre les tres opcions.

El gruix del recobriment de zinc sol oscil·lar entre 55 i 85 µm. En sòls amb pH neutre i bon drenatge, una vareta galvanitzada pot durar entre 15 i 25 anys. Però en sòls àcids (pH inferior a 5,5) o en ambients salins, la capa de zinc es pot consumir en un termini de 5 a 8 anys, després dels quals el nucli d'acer es corroeix ràpidament. He vist varetes galvanitzades retirades de projectes costaners després de només 6 anys amb el zinc completament desaparegut. Fem passar cada lot pel nostre...cambra de polvorització de salal 5% de NaCl durant 72 hores com a mínim, aquesta prova revela forats al recobriment de zinc que cap inspecció visual no detectaria mai.

Les barres d'acer galvanitzat tenen aplicacions legítimes. Les posades a terra temporals en obres, els projectes de curta durada (vida útil dissenyada de 5 a 10 anys) i les zones interiors seques amb sòl de pH neutre són casos d'ús raonables. Aconsello als compradors que no especifiquin galvanitzat per a instal·lacions permanents en zones amb precipitacions anuals superiors a 800 mm, zones costaneres a menys de 15 km d'aigua salada o entorns industrials amb exposició a productes químics. La nostravareta de terra galvanitzadaés un producte sòlid quan l'aplicació s'adapta.

Cost de la punta de terra per metre instal·lat: els números

A continuació es mostra una comparació de costos relatius basada en les nostres dades d'exportació a SHIBANG i els comentaris sobre la instal·lació de clients del sud-est asiàtic, l'Orient Mitjà, Àfrica i Amèrica del Sud.

Conclusió clau:Les varetes de CCS costen aproximadament el mateix per metre que l'acer galvanitzat quan es té en compte la substitució al cap de 50 anys, i us estalvien la feina d'excavar varetes corroïdes. El coure pur només té sentit quan el propietari requereix una vida útil sense manteniment superior a 60 anys o quan el sòl és massa agressiu fins i tot per al revestiment de CCS.

Desglossament del cost instal·lat per material

Acer recobert de coure: l'elecció equilibrada

El revestiment de coure mínim de 0,254 mm proporciona una resistència a la corrosió propera a la del coure pur durant les primeres dècades. El nucli d'acer el fa prou rígid per a la conducció directa sense perforació prèvia a la majoria de sòls. Els acobladors roscats permeten unir múltiples seccions per assolir profunditats de 6 m o més per a subestacions d'alta tensió. Elvareta de terra d'acer revestit de coureL'error de rectitud és ≤1 mm/m, crític quan es condueix a profunditat, perquè una vareta doblegada es desvia sota terra.

Vaig fer un seguiment de projectes on es van inspeccionar les varetes de CCS després de 15 anys en argila costanera. El revestiment de coure va romandre intacte en més del 95% de la superfície. Les ratllades localitzades de la clavada només mostraven òxid superficial a l'acer exposat. La vareta encara era completament funcional. Aquest rendiment en el món real és el motiu pel qual CCS representa el 80% de les nostres comandes d'exportació, avalades per la fabricació certificada ISO 9001:2008 a la nostra fàbrica.

Coure pur: quan el cost del material és secundari a la vida útil

Venc menys barres de coure pur que de CCS, però els compradors que les trien tenen raons específiques. Les plataformes marines, les plantes dessalinitzadores costaneres i les instal·lacions químiques sovint especifiquen coure pur perquè el període de manteniment és extremadament estret: si una barra falla en servei, el cost d'aturar la producció per substituir-la és astronòmic.

En un conjunt de 3 barres de 2,4 m cadascuna, triar coure pur en lloc de CCS afegeix una prima que és insignificant per a una subestació important però més difícil de justificar per a una petita torre de telecomunicacions. La nostravareta de terra de coure pures produeix a partir de lingots de coure T2 amb traçabilitat completa del material, i proporcionem certificats de fàbrica amb cada enviament d'exportació. Cada vareta passa per una inspecció visual i dimensional abans de l'embalat; insisteixo en això perquè una comanda de coure pur és una inversió important, i el comprador necessita saber exactament què rep des de la primera vareta fins a l'última.

Acer galvanitzat: cost inicial més baix, cost de vida útil més alt

Vull ser sincer sobre l'acer galvanitzat perquè he vist massa projectes on la decisió inicial d'estalviar costos va conduir a reparacions costoses una dècada després. La taula anterior assumeix una substitució cada 50 anys, però el cost de substitució va més enllà de la vareta en si: excavació, reinstal·lació, reconnexió i proves. Als mercats desenvolupats, la mà d'obra per si sola pot superar el cost de la vareta diverses vegades. El nostrevareta de terra galvanitzadaés un producte sòlid, però només quan saps que l'aplicació s'adapta.

Factors que canvien l'equació de costos

Resistivitat del sòl

La resistivitat del sòl és la variable més important. LaEstàndard IEEE 81-2012proporciona mètodes de mesura. Una vareta en un sòl de 100 Ω·m (franc típic) aconsegueix una fracció de la resistència de la mateixa vareta en un sòl de 1.000 Ω·m (grava sorrenca seca). Els materials de baixa conductivitat com l'acer galvanitzat poden necessitar més varetes o una perforació més profunda per assolir l'objectiu, eliminant qualsevol avantatge de cost inicial. Sempre demano als clients dades de resistivitat del sòl abans de fer una recomanació, perquè aquest únic paràmetre canvia completament l'elecció òptima.

Condicions de conducció

El sòl rocós canvia l'economia. Si el contractista ha de perforar prèviament, els costos de mà d'obra augmenten per a qualsevol tipus de vareta. El coure pur és el més afectat perquè es doblega més fàcilment; una vegada vaig rebre un enviament d'un contractista a Kenya que va intentar clavar varetes de coure sòlid de 20 mm en la laterita i va doblegar tres varetes dins dels primers 50 cm. Les varetes CCS suporten l'impacte molt millor perquè el nucli d'acer absorbeix l'energia del martell sense deformació plàstica. Per a sòls amb un contingut significatiu de roca, recomanem començar amb una vareta CCS seccional equipada amb una punta de clavada endurida. Afegeix un petit sobrecost per vareta, però evita la fallada d'instal·lació més comuna que veiem a les nostres comandes d'exportació.

Requisits del codi

Els codis elèctrics nacionals tracten els materials de les piques de terra de manera diferent.NEC (NFPA 70)als EUA requereixen una resistència a terra de 25 Ω o menys per a una sola vareta. Les normes europees segons la IEC 60364 especifiquen el gruix mínim de coure enllaçat per a la connexió a terra permanent. El/LaNorma IEC 62561-2cobreix els requisits per als elèctrodes de terra en sistemes de protecció contra llamps. És essencial comprovar els requisits del codi local i ajudo els nostres clients a navegar per aquests requisits com a part del suport prevenda.

Com abordo la selecció de varetes de terra per als nostres clients

Quan un client nou es posa en contacte amb mi per consultar sobre una pinça de posada a terra, li faig tres preguntes:

1. Quin és el tipus de sòl i la seva resistivitat?— Si no tenen un estudi topogràfic, faig una estimació basant-me en dades geològiques regionals.
2. Quina és la vida útil del disseny?— Les subestacions i les torres de telecomunicacions necessiten entre 30 i 50 anys. Els emplaçaments temporals només poden necessitar entre 5 i 10.
3. El sistema de posada a terra és accessible?— Enterrades sota formigó són permanents; les varetes en un pou accessible es poden provar i substituir.

Segons les seves respostes, 8 de cada 10 vegades ho recomanovaretes de terra d'acer revestides de courePer a un risc extrem de corrosió o una vida útil molt llarga, recomanovaretes de terra de coure pur. Barres d'acer galvanitzates reserven per a instal·lacions temporals o projectes amb pressupost limitat on el propietari accepta el risc de substitució.

Més enllà de la vareta, el sistema de posada a terra inclou acobladors, materials de soldadura exotèrmics, conductors de posada a terra i pinces de prova. El nostrePàgina de categoria de piques de terra i piques de terracobreix aquests. També he escrit sobrevaretes roscades de coure unides per a aplicacions en construccióiBarres d'acer d'alta resistència per a sistemes de posada a terracom a recursos complementaris per a enginyers que dissenyen solucions completes de posada a terra.

Preguntes freqüents