Νέα Πρότυπα Ενισχύουν την Προστασία από τη Διάβρωση για Χαλύβδινους Αγωγούς

Στη μηχανική ηλεκτρολόγων, η επιλογή της κατάλληλης μεθόδου καλωδίωσης είναι ζωτικής σημασίας, με τη διάρκεια ζωής να είναι συχνά η κύρια εξέταση. Η αντοχή στη διάβρωση των υλικών επηρεάζει άμεσα την αξιοπιστία και την ανθεκτικότητα ολόκληρου του συστήματος σε διάφορα περιβάλλοντα εγκατάστασης. Ενώ κανένα υλικό δεν είναι εντελώς απρόσβλητο στη διάβρωση, η διαδικασία είναι ελεγχόμενη. Τα συστήματα χαλύβδινων αγωγών προτιμώνται ιδιαίτερα για την εξαιρετική μηχανική τους αντοχή και τη μακροχρόνια προστασία των καλωδίων. Ωστόσο, λόγω της ποικιλομορφίας των περιβαλλόντων εγκατάστασης, η ακριβής πρόβλεψη της διάρκειας ζωής των συστημάτων χαλύβδινων αγωγών είναι σχεδόν αδύνατη. Ως εκ τούτου, η εμπεριστατωμένη κατανόηση των απαιτήσεων προστασίας από τη διάβρωση στα πρότυπα προϊόντων χαλύβδινων αγωγών, η τήρηση του National Electrical Code® (NEC®) , και η ορθολογική εφαρμογή συμπληρωματικών μέτρων προστασίας από τη διάβρωση είναι το κλειδί για την επιλογή του βέλτιστου συστήματος για συγκεκριμένα περιβάλλοντα.

Οι κατασκευαστές χαλύβδινων αγωγών των ΗΠΑ, συμπεριλαμβανομένων των μελών της Ενότητας 5RN της National Electrical Manufacturers Association (NEMA) και της Επιτροπής American Conduit του Steel Tube Institute of North America (STINA), παράγουν προϊόντα χαλύβδινων αγωγών που πληρούν τα υψηλότερα πρότυπα. Αυτά τα προϊόντα περιλαμβάνουν άκαμπτους χαλύβδινους αγωγούς (RSC), ενδιάμεσους μεταλλικούς αγωγούς (IMC), ηλεκτρικούς μεταλλικούς σωλήνες (EMT) και συναφείς αγκώνες, συνδέσμους και ζεύξεις. Για να διασφαλιστεί η συμμόρφωση με τις απαιτήσεις του NEC, όλα τα κανάλια πρέπει να είναι πιστοποιημένα. Τα προϊόντα μελών NEMA/STI είναι πιστοποιημένα σύμφωνα με τα πρότυπα Underwriters Laboratories (UL): UL 6 για RSC και συναφή εξαρτήματα, UL 1242 για IMC και UL 797 για EMT.

Ενώ τα πρότυπα UL δεν περιλαμβάνουν ρητές δοκιμές διάρκειας ζωής, καθορίζουν αυστηρές απαιτήσεις δοκιμών και απόδοσης για προστατευτικές επιστρώσεις σε χαλύβδινους αγωγούς, EMT και συναφή εξαρτήματα. Τυπικά, η εξωτερική επιφάνεια (OD) είναι ψευδάργυρος, ενώ η εσωτερική επιφάνεια (ID) μπορεί να διαθέτει ψευδάργυρο ή οργανικές επιστρώσεις. Η UL χρησιμοποιεί τη δοκιμή θειικού χαλκού (κοινώς γνωστή ως δοκιμή Preece) για την αξιολόγηση της ποιότητας της επίστρωσης ψευδαργύρου, διασφαλίζοντας επαρκή προστασία από τη διάβρωση. Ένα δείγμα περνάει εάν δεν εμφανίζονται φωτεινές, προσκολλημένες εναποθέσεις χαλκού μετά από τέσσερις εμβαπτίσεις 60 δευτερολέπτων σε διάλυμα θειικού χαλκού.

Η διαδικασία εφαρμογής ψευδαργύρου σε χαλύβδινες επιφάνειες, γνωστή ως γαλβανισμός, προστατεύει τον χάλυβα από τη σκουριά για πάνω από 200 χρόνια. Οι μοναδικές ιδιότητες του ψευδαργύρου τον καθιστούν ιδανικό για την προστασία από τη διάβρωση του χάλυβα. Πρώτον, δημιουργεί ένα φυσικό φράγμα μεταξύ του χάλυβα και του περιβάλλοντος. Δεύτερον, παρέχει θυσιαστική (γαλβανική) προστασία. Εφόσον ο χάλυβας έχει πιο θετικό δυναμικό από τον ψευδάργυρο (προσελκύοντας ηλεκτρόνια από τον ψευδάργυρο), η ροή ρεύματος από τον ψευδάργυρο στον χάλυβα μειώνει τον ρυθμό διάβρωσης του χάλυβα. Έτσι, η επίστρωση ψευδαργύρου «θυσιάζεται» για να προστατεύσει τον χάλυβα. Ακόμη και με τοπική ζημιά, ο γαλβανισμός συνεχίζει να προστατεύει τον χάλυβα. Η λευκή σκόνη στις επιφάνειες των αγωγών ή των EMT υποδεικνύει ενεργή προστασία ψευδαργύρου (οξείδιο του ψευδαργύρου), ενώ το κόκκινο υποδεικνύει σκουριά χάλυβα (οξείδιο του σιδήρου). Η UL επιτρέπει συμπληρωματικές επιστρώσεις πάνω από την πρωτογενή προστασία από τη διάβρωση (π.χ., ψευδάργυρο), τις οποίες εφαρμόζουν οι περισσότεροι κατασκευαστές των ΗΠΑ για πρόσθετη προστασία.

Για RSC και IMC, η UL απαιτεί προστατευτικές επιστρώσεις στα σπειρώματα των αγωγών μέχρι την εγκατάσταση. Αυτά τα προϊόντα αποστέλλονται με έναν σύνδεσμο στη μία άκρη και έναν προστατευτή σπειρώματος στην άλλη, συχνά χρωματικά κωδικοποιημένα ανά μέγεθος: μπλε για ίσια μεγέθη, μαύρο για 1/2 και κόκκινο για 1/4 in RSC; πορτοκαλί για ίσια μεγέθη, κίτρινο για 1/2 και πράσινο για 1/4 in IMC.

Το 1965, το NEC πρόσθεσε μια απαίτηση ότι «τα κανάλια πρέπει να είναι κατάλληλα για το διαβρωτικό περιβάλλον στο οποίο εκτίθενται». Χωρίς σαφή μέθοδο για την απόδειξη της καταλληλότητας, η UL διεξήγαγε έρευνες, δοκιμές πεδίου και εργαστηριακές δοκιμές, με αποτέλεσμα οδηγίες συμπληρωματικής προστασίας από τη διάβρωση που δημοσιεύτηκαν στο Γενικές Πληροφορίες για τον Ηλεκτρικό Εξοπλισμό (Λευκό Βιβλίο) και Electrical Construction Equipment Directory (Πράσινο Βιβλίο).

Περιβάλλοντα σκυροδέματος: Τόσο το σκυρόδεμα όσο και το έδαφος παρουσιάζουν υψηλούς κινδύνους διάβρωσης. Οι οδηγίες της UL αναφέρουν ότι οι γαλβανισμένοι άκαμπτοι χαλύβδινοι αγωγοί (GRC) ή IMC σε σκυρόδεμα συνήθως δεν απαιτούν πρόσθετη προστασία. Για EMT σε πλάκες σκυροδέματος πάνω από το έδαφος, η πρόσθετη προστασία είναι συνήθως περιττή, αλλά οι εγκαταστάσεις πλάκας κάτω από το έδαφος μπορεί να την απαιτούν.

Περιβάλλοντα εδάφους: Η UL σημειώνει ότι το GRC σε επαφή με το έδαφος γενικά δεν χρειάζεται επιπλέον προστασία, εκτός εάν η ειδική αντίσταση του εδάφους πέσει κάτω από 2.000 ohm-cm (μετράται από τις τοπικές επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας). Η αρχή που έχει δικαιοδοσία (AHJ) καθορίζει εάν απαιτείται πρόσθετη προστασία. Το EMT σε επαφή με το έδαφος απαιτεί συνήθως συμπληρωματική προστασία.

Μεταβάσεις σκυροδέματος-εδάφους: Σοβαρή διάβρωση μπορεί να συμβεί όπου ο χαλύβδινος αγωγός ή το EMT μεταβαίνει από σκυρόδεμα σε έδαφος. Οι κατασκευαστές NEMA/STI συνιστούν τουλάχιστον 4 ίντσες πρόσθετης προστασίας και στις δύο πλευρές του σημείου μετάβασης. Σε παράκτιες περιοχές, η ίδια προσέγγιση προστατεύει το EMT που μεταβαίνει από σκυρόδεμα σε αέρα με αλάτι.

Η κατανόηση των κανόνων του NEC είναι απαραίτητη για τον καθορισμό πρόσθετων απαιτήσεων προστασίας από τη διάβρωση. Το άρθρο 344 του NEC καλύπτει άκαμπτους μεταλλικούς αγωγούς (συμπεριλαμβανομένου χάλυβα, αλουμινίου, κόκκινου ορείχαλκου και ανοξείδωτου χάλυβα), το άρθρο 342 αφορά το IMC (μόνο χάλυβας) και το άρθρο 358 καλύπτει το EMT. Το άρθρο 300.6 (Προστασία από τη διάβρωση και την υποβάθμιση) περιέχει επίσης κρίσιμες πληροφορίες.

Οι άκαμπτοι αγωγοί από χάλυβα και ανοξείδωτο χάλυβα επιτρέπονται σε «όλες τις ατμοσφαιρικές συνθήκες και επαγγέλματα», συμπεριλαμβανομένου του σκυροδέματος, της άμεσης ταφής και των έντονα διαβρωτικών περιοχών, εάν «παρέχονται με προστασία από τη διάβρωση και εγκρίνονται για την κατάσταση». Οι χαλύβδινοι αγωγοί που αναφέρονται στην UL πληρούν αυτό μέσω της επίστρωσης ψευδαργύρου (τυπική), με την AHJ να εγκρίνει την εγκατάσταση. Οι άκαμπτοι αγωγοί αλουμινίου απαιτούν πρόσθετη προστασία εγκεκριμένη από την AHJ σε σκυρόδεμα ή άμεση ταφή.

Οι απαιτήσεις IMC αντικατοπτρίζουν αυτές για τους άκαμπτους χαλύβδινους αγωγούς. Το EMT επιτρέπεται σε σκυρόδεμα, έδαφος ή έντονα διαβρωτικές περιοχές εάν προστατεύεται σωστά και εγκρίνεται. Η γαλβανική δράση μεταξύ αλουμινίου και χάλυβα είναι αμελητέα, επιτρέποντας τη συνδυασμένη χρήση τους εάν δεν εκτίθενται σε σοβαρή διάβρωση.

Το άρθρο 300.6 του NEC περιλαμβάνει απαιτήσεις για σπειρώματα κομμένα στο πεδίο: όπου απαιτείται προστασία από τη διάβρωση, τα σπειρώματα πρέπει να επικαλύπτονται με μια εγκεκριμένη αγώγιμη, ανθεκτική στη διάβρωση ένωση (τυπικά βαφή πλούσια σε ψευδάργυρο ή εναλλακτικές λύσεις που αναφέρονται στην UL).

Ενώ οι επιστρώσεις χαλύβδινων αγωγών και EMT παρέχουν εξαιρετική προστασία, τα εξαιρετικά διαβρωτικά περιβάλλοντα μπορεί να απαιτούν συμπληρωματικά μέτρα όπως βαφή, περιτυλίγματα ταινίας, περιτυλίγματα θερμοσυρρίκνωσης (όλα απαιτούν έγκριση AHJ) ή επιστρώσεις PVC που εφαρμόζονται στο εργοστάσιο πάνω από την πρωτογενή επίστρωση.

Βαφή: Οι αποδεκτές επιλογές περιλαμβάνουν επιστρώσεις ασφάλτου, βαφές πλούσιες σε ψευδάργυρο ή ακρυλικές, πολυουρεθανικές ή ανθεκτικές στις καιρικές συνθήκες εποξειδικές βαφές (αποφύγετε τις βαφές με βάση το λάδι ή αλκυδίου). Η προετοιμασία της επιφάνειας είναι κρίσιμη—καθαρίστε, ξεπλύνετε και στεγνώστε χωρίς τριβή που μπορεί να καταστρέψει το στρώμα ψευδαργύρου. Τα συμβατά αστάρια ή τα συστήματα δύο επιστρώσεων ενισχύουν την προστασία.

Περιτυλίγματα ταινίας και περιτυλίγματα θερμοσυρρίκνωσης: Οι ειδικές ταινίες υψηλής πρόσφυσης πρέπει να επικαλύπτονται για να καλύπτουν πλήρως τους αγωγούς και τα εξαρτήματα. Τα περιτυλίγματα θερμοσυρρίκνωσης δεν απαιτούν πηγή θερμότητας. Οι κατασκευαστές παρέχουν οδηγίες εγκατάστασης.

Αγωγός με επίστρωση PVC: Τα πρότυπα UL (UL 6, UL 1242, UL 797) αφορούν συμπληρωματικές επιστρώσεις, οι οποίες δεν χρειάζεται να πληρούν τις απαιτήσεις πρωτογενούς προστασίας από τη διάβρωση. Οι μη μεταλλικές επιστρώσεις αξιολογούνται για την εξάπλωση της φλόγας, τον αντίκτυπο στην πρωτογενή προστασία, την εφαρμογή σύζευξης και την ηλεκτρική συνέχεια. Εάν το PVC αναφέρεται ως κύρια μέθοδος μαζί με τον γαλβανισμό, πρέπει επίσης να περάσει δοκιμές ομίχλης αλατιού, υγρού CO ₂ -SO ₂ -αέρα και UV/νερού. Το NEMA RN-1 παρέχει προδιαγραφές επίστρωσης PVC για να βοηθήσει στην επιλογή.

Τα σπειρώματα κομμένα στο πεδίο σε αγωγούς με επίστρωση PVC απαιτούν την ίδια αγώγιμη, ανθεκτική στη διάβρωση επίστρωση που επιβάλλεται από το NEC, διαθέσιμη από τους κατασκευαστές ή ως προϊόντα που αναφέρονται στην UL.

Η διάβρωση είναι πολύπλοκη, επηρεάζεται από παράγοντες όπως το γαλβανικό δυναμικό/αντίσταση (μεταξύ ανοδικών/καθοδικών περιοχών), τη σκόνη, τις χημικές ουσίες, το pH, τη θερμοκρασία και την υγρασία. Η σωστή επιλογή προϊόντων, η συντήρηση και ο περιβαλλοντικός έλεγχος μπορούν να επιβραδύνουν τη διάβρωση.

Πέρα από το σκυρόδεμα και το έδαφος, η σκόνη μπορεί να είναι εξαιρετικά διαβρωτική (π.χ., ο αγωγός με επίστρωση PVC δεν είναι κατάλληλος για τοποθεσίες κατηγορίας II λόγω στατικών φορτίων). Οι χημικές ουσίες επηρεάζουν τόσο τους μεταλλικούς όσο και τους μη μεταλλικούς αγωγούς—οι κατασκευαστές μπορούν να παρέχουν δεδομένα αντοχής σε χημικά, αλλά η τοπική εμπειρία παραμένει η καλύτερη ένδειξη εφαρμοσιμότητας.

Σε υγρά χημικά περιβάλλοντα, το pH επηρεάζει τη διάβρωση. Σύμφωνα με την American Galvanizers Association, ο γαλβανισμός αποδίδει καλά σε διαλύματα με pH πάνω από 4,0 και κάτω από 12,5, ενώ το αλουμίνιο ταιριάζει με pH 4–9.

Οι γαλβανισμένοι χαλύβδινοι αγωγοί και το EMT διαθέτουν εξαιρετικές επιστρώσεις προστασίας από τη διάβρωση που εξασφαλίζουν μεγάλη διάρκεια ζωής. Σε έντονα διαβρωτικά περιβάλλοντα, η συμπληρωματική προστασία μπορεί να επεκτείνει περαιτέρω τη μακροζωία του συστήματος.