Neue Standards verbessern den Korrosionsschutz für Stahlrohre

In der Elektrotechnik ist die Auswahl des geeigneten Verdrahtungsverfahrens von entscheidender Bedeutung, wobei die Lebensdauer oft die primäre Überlegung ist. Die Korrosionsbeständigkeit der Materialien wirkt sich direkt auf die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des gesamten Systems in verschiedenen Installationsumgebungen aus. Obwohl kein Material völlig immun gegen Korrosion ist, ist der Prozess kontrollierbar. Stahlrohrsysteme werden aufgrund ihrer außergewöhnlichen mechanischen Festigkeit und des langfristigen Schutzes von Drähten und Kabeln stark bevorzugt. Aufgrund der Vielfalt der Installationsumgebungen ist es jedoch nahezu unmöglich, die Lebensdauer von Stahlrohrsystemen genau vorherzusagen. Daher sind ein gründliches Verständnis der Anforderungen an den Korrosionsschutz in den Produktnormen für Stahlrohre, die Einhaltung des National Electrical Code® (NEC®) und die umsichtige Anwendung zusätzlicher Korrosionsschutzmaßnahmen der Schlüssel zur Auswahl des optimalen Systems für bestimmte Umgebungen.

US-amerikanische Stahlrohrhersteller, darunter Mitglieder der National Electrical Manufacturers Association (NEMA) 5RN Section und des Steel Tube Institute of North America (STINA) American Conduit Committee, stellen Stahlrohrprodukte her, die den höchsten Standards entsprechen. Zu diesen Produkten gehören starre Stahlrohre (RSC), Intermediate Metal Conduit (IMC), Electrical Metallic Tubing (EMT) sowie zugehörige Bögen, Verbinder und Kupplungen. Um die Einhaltung der NEC-Anforderungen zu gewährleisten, müssen alle Kabelkanäle zertifiziert sein. NEMA/STI-Mitgliederprodukte sind nach den Underwriters Laboratories (UL)-Standards zertifiziert: UL 6 für RSC und zugehörige Komponenten, UL 1242 für IMC und UL 797 für EMT.

Obwohl die UL-Standards keine expliziten Lebensdauertests beinhalten, legen sie strenge Test- und Leistungsanforderungen für Schutzbeschichtungen auf Stahlrohren, EMT und verwandten Komponenten fest. Typischerweise ist die äußere Oberfläche (OD) mit Zink beschichtet, während die innere Oberfläche (ID) Zink- oder organische Beschichtungen aufweisen kann. UL verwendet den Kupfersulfattest (allgemein bekannt als Preece-Test), um die Qualität der Zinkbeschichtung zu bewerten und einen ausreichenden Korrosionsschutz zu gewährleisten. Eine Probe besteht den Test, wenn nach vier 60-sekündigen Eintauchvorgängen in Kupfersulfatlösung keine hellen, anhaftenden Kupferablagerungen auftreten.

Das Verfahren zum Aufbringen von Zink auf Stahloberflächen, bekannt als Verzinken, schützt Stahl seit über 200 Jahren vor Rost. Die einzigartigen Eigenschaften von Zink machen es ideal für den Korrosionsschutz von Stahl. Erstens bildet es eine physische Barriere zwischen Stahl und der Umgebung. Zweitens bietet es einen Opfer- (galvanischen) Schutz. Da Stahl ein positiveres Potential als Zink aufweist (und Elektronen von Zink anzieht), verringert der Stromfluss von Zink zu Stahl die Korrosionsrate des Stahls. Somit "opfert" sich die Zinkbeschichtung, um den Stahl zu schützen. Selbst bei lokaler Beschädigung schützt die Verzinkung den Stahl weiterhin. Weißes Pulver auf Rohr- oder EMT-Oberflächen weist auf aktiven Zinkschutz (Zinkoxid) hin, während Rot auf Stahlrost (Eisenoxid) hinweist. UL erlaubt zusätzliche Beschichtungen über dem primären Korrosionsschutz (z. B. Zink), die die meisten US-amerikanischen Hersteller zum zusätzlichen Schutz auftragen.

Für RSC und IMC verlangt UL Schutzbeschichtungen auf den Rohrgewinden bis zur Installation. Diese Produkte werden mit einem Verbinder an einem Ende und einem Gewindeschutz am anderen Ende geliefert, oft farbcodiert nach Größe: blau für gerade Größen, schwarz für 1/2 und rot für 1/4 Zoll RSC; orange für gerade Größen, gelb für 1/2 und grün für 1/4 Zoll IMC.

1965 fügte der NEC die Anforderung hinzu, dass "Kabelkanäle für die korrosive Umgebung, der sie ausgesetzt sind, geeignet sein müssen". Da es keine klare Methode gab, die Eignung nachzuweisen, führte UL Untersuchungen, Feldtests und Labortests durch, was zu Richtlinien für zusätzlichen Korrosionsschutz führte, die in UL's General Information for Electrical Equipment (White Book) und Electrical Construction Equipment Directory (Green Book) veröffentlicht wurden.

Betonumgebungen: Sowohl Beton als auch Erdreich bergen ein hohes Korrosionsrisiko. Die UL-Richtlinien besagen, dass verzinkte starre Stahlrohre (GRC) oder IMC in Beton in der Regel keinen zusätzlichen Schutz benötigen. Für EMT in oberirdischen Betonplatten ist in der Regel kein zusätzlicher Schutz erforderlich, aber Installationen unterhalb der Bodenplatte können ihn erfordern.

Erdreichumgebungen: UL stellt fest, dass GRC im Erdreichkontakt im Allgemeinen keinen zusätzlichen Schutz benötigt, es sei denn, der spezifische Widerstand des Bodens sinkt unter 2.000 Ohm-cm (gemessen von lokalen Versorgungsunternehmen). Die zuständige Behörde (AHJ) bestimmt, ob zusätzlicher Schutz erforderlich ist. EMT im Erdreichkontakt erfordert in der Regel zusätzlichen Schutz.

Übergänge von Beton zu Erdreich: Schwere Korrosion kann auftreten, wenn Stahlrohre oder EMT von Beton zu Erdreich übergehen. NEMA/STI-Hersteller empfehlen mindestens 4 Zoll zusätzlichen Schutz auf beiden Seiten des Übergangspunkts. In Küstengebieten schützt derselbe Ansatz EMT, das von Beton zu Salzwasser übergeht.

Das Verständnis der NEC-Regeln ist unerlässlich, um zusätzliche Anforderungen an den Korrosionsschutz zu ermitteln. Artikel 344 des NEC behandelt starre Metallrohre (einschließlich Stahl, Aluminium, Rotguss und Edelstahl), Artikel 342 behandelt IMC (nur Stahl) und Artikel 358 behandelt EMT. Artikel 300.6 (Schutz vor Korrosion und Verschlechterung) enthält ebenfalls wichtige Informationen.

Starre Stahl- und Edelstahlrohre sind unter "allen atmosphärischen Bedingungen und in allen Gebäuden" zulässig, einschließlich Beton, direkter Erdverlegung und stark korrosiven Bereichen, wenn sie "mit Korrosionsschutz versehen und für die Bedingungen zugelassen sind". UL-gelistete Stahlrohre erfüllen dies durch ihre Zinkbeschichtung (typisch), wobei die AHJ die Installation genehmigt. Starre Aluminiumrohre erfordern einen von der AHJ genehmigten zusätzlichen Schutz in Beton oder bei direkter Erdverlegung.

Die IMC-Anforderungen spiegeln die für starre Stahlrohre wider. EMT ist in Beton, Erdreich oder stark korrosiven Bereichen zulässig, wenn es ordnungsgemäß geschützt und zugelassen ist. Die galvanische Wirkung zwischen Aluminium und Stahl ist vernachlässigbar, was ihre kombinierte Verwendung ermöglicht, wenn sie keiner starken Korrosion ausgesetzt sind.

NEC Artikel 300.6 enthält Anforderungen für vor Ort geschnittene Gewinde: Wenn Korrosionsschutz erforderlich ist, müssen die Gewinde mit einer zugelassenen leitfähigen, korrosionsbeständigen Verbindung beschichtet werden (typischerweise zinkreiche Farbe oder UL-gelistete Alternativen).

Während Stahlrohr- und EMT-Beschichtungen einen hervorragenden Schutz bieten, können stark korrosive Umgebungen zusätzliche Maßnahmen wie Farbe, Bandwickel, Schrumpfschläuche (alle erfordern die Genehmigung der AHJ) oder werkseitig aufgebrachte PVC-Beschichtungen über der Primärbeschichtung erfordern.

Farbe: Akzeptable Optionen sind Asphaltbeschichtungen, zinkreiche Farben oder Acryl-, Polyurethan- oder witterungsbeständige Epoxidfarben (Öl- oder Alkydfarben vermeiden). Die Oberflächenvorbereitung ist entscheidend – reinigen, spülen und trocknen ohne Abrieb, der die Zinkschicht beschädigen könnte. Kompatible Grundierungen oder Zweischichtsysteme verbessern den Schutz.

Bandwickel und Schrumpfschläuche: Spezielle Hochleistungsklebebänder müssen sich überlappen, um Rohre und Formstücke vollständig abzudecken. Schrumpfschläuche benötigen keine Wärmequelle. Die Hersteller geben Installationsanweisungen.

PVC-beschichtete Rohre: UL-Standards (UL 6, UL 1242, UL 797) behandeln zusätzliche Beschichtungen, die die primären Korrosionsschutzanforderungen nicht erfüllen müssen. Nichtmetallische Beschichtungen werden auf Flammenausbreitung, Auswirkungen auf den primären Schutz, Passform der Kupplung und elektrische Kontinuität bewertet. Wenn PVC als primäre Methode neben der Verzinkung aufgeführt ist, muss es auch Salzsprühnebel-, feuchte CO ₂ -SO ₂ -Luft- und UV/Wasser-Tests bestehen. NEMA RN-1 liefert PVC-Beschichtungsspezifikationen zur Auswahl.

Vor Ort geschnittene Gewinde auf PVC-beschichteten Rohren erfordern die gleiche NEC-vorgeschriebene leitfähige, korrosionsbeständige Beschichtung, die von den Herstellern oder als UL-gelistete Produkte erhältlich ist.

Korrosion ist komplex und wird von Faktoren wie galvanischem Potential/Widerstand (zwischen anodischen/kathodischen Bereichen), Staub, Chemikalien, pH-Wert, Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflusst. Die richtige Produktauswahl, Wartung und Umweltkontrolle können die Korrosion verlangsamen.

Neben Beton und Erdreich kann Staub stark korrosiv sein (z. B. sind PVC-beschichtete Rohre aufgrund statischer Aufladungen nicht für Klasse II-Standorte geeignet). Chemikalien wirken sich sowohl auf Metall- als auch auf Nichtmetallrohre aus – die Hersteller können Daten zur Chemikalienbeständigkeit liefern, aber die lokale Erfahrung bleibt der beste Anwendungsmaßstab.

In flüssigen chemischen Umgebungen beeinflusst der pH-Wert die Korrosion. Laut der American Galvanizers Association funktioniert die Verzinkung gut in Lösungen mit einem pH-Wert über 4,0 und unter 12,5, während Aluminium für pH 4–9 geeignet ist.

Verzinkte Stahlrohre und EMT verfügen über hervorragende Korrosionsschutzbeschichtungen, die eine lange Lebensdauer gewährleisten. In stark korrosiven Umgebungen kann zusätzlicher Schutz die Lebensdauer des Systems weiter verlängern.