มาตรฐานใหม่ช่วยเสริมการป้องกันการกัดกร่อนสำหรับท่อเหล็ก

ในวิศวกรรมไฟฟ้า การเลือกวิธีการเดินสายที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ โดยอายุการใช้งานมักเป็นข้อพิจารณาหลัก ความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือและความทนทานของระบบทั้งหมดในสภาพแวดล้อมการติดตั้งต่างๆ แม้ว่าจะไม่มีวัสดุใดที่ต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างสมบูรณ์ แต่กระบวนการนี้สามารถควบคุมได้ ระบบท่อร้อยสายเหล็กเป็นที่นิยมอย่างมากเนื่องจากมีความแข็งแรงทางกลที่ยอดเยี่ยมและการป้องกันสายไฟและสายเคเบิลในระยะยาว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความหลากหลายของสภาพแวดล้อมการติดตั้ง การทำนายอายุการใช้งานของระบบท่อร้อยสายเหล็กอย่างแม่นยำจึงเป็นไปไม่ได้ ดังนั้น การทำความเข้าใจอย่างละเอียดเกี่ยวกับข้อกำหนดในการป้องกันการกัดกร่อนในมาตรฐานผลิตภัณฑ์ท่อร้อยสายเหล็ก การปฏิบัติตาม National Electrical Code® (NEC®) และการประยุกต์ใช้มาตรการป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มเติมอย่างรอบคอบจึงเป็นกุญแจสำคัญในการเลือกระบบที่ดีที่สุดสำหรับสภาพแวดล้อมเฉพาะ

ผู้ผลิตท่อร้อยสายเหล็กในสหรัฐอเมริกา รวมถึงสมาชิกของสมาคมผู้ผลิตไฟฟ้าแห่งชาติ (NEMA) ส่วนที่ 5RN และคณะกรรมการ American Conduit ของสถาบันเหล็กท่อแห่งอเมริกาเหนือ (STINA) ผลิตผลิตภัณฑ์ท่อร้อยสายเหล็กที่ได้มาตรฐานสูงสุด ผลิตภัณฑ์เหล่านี้รวมถึงท่อร้อยสายเหล็กแข็ง (RSC), ท่อโลหะระดับกลาง (IMC), ท่อโลหะไฟฟ้า (EMT) และข้อศอก ตัวเชื่อมต่อ และข้อต่อที่เกี่ยวข้อง เพื่อให้มั่นใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดของ NEC ท่อร้อยสายทั้งหมดต้องได้รับการรับรอง ผลิตภัณฑ์สมาชิก NEMA/STI ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน Underwriters Laboratories (UL): UL 6 สำหรับ RSC และส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง, UL 1242 สำหรับ IMC และ UL 797 สำหรับ EMT

แม้ว่ามาตรฐาน UL จะไม่รวมการทดสอบอายุการใช้งานอย่างชัดเจน แต่มาตรฐานเหล่านี้ได้กำหนดข้อกำหนดการทดสอบและประสิทธิภาพที่เข้มงวดสำหรับสารเคลือบป้องกันบนท่อร้อยสายเหล็ก, EMT และส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง โดยทั่วไป สารเคลือบผิวภายนอก (OD) คือสังกะสี ในขณะที่พื้นผิวภายใน (ID) อาจมีสังกะสีหรือสารเคลือบอินทรีย์ UL ใช้การทดสอบคอปเปอร์ซัลเฟต (หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่าการทดสอบ Preece) เพื่อประเมินคุณภาพการเคลือบสังกะสี เพื่อให้มั่นใจถึงการป้องกันการกัดกร่อนที่เพียงพอ ตัวอย่างจะผ่านหากไม่มีการสะสมของทองแดงที่สว่างและยึดติดหลังจากแช่ในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตเป็นเวลา 60 วินาทีสี่ครั้ง

กระบวนการใช้สังกะสีกับพื้นผิวเหล็ก หรือที่เรียกว่าการชุบสังกะสี ได้ปกป้องเหล็กจากการเกิดสนิมมานานกว่า 200 ปี คุณสมบัติเฉพาะของสังกะสีทำให้เหมาะสำหรับการป้องกันการกัดกร่อนของเหล็ก ประการแรก มันสร้างสิ่งกีดขวางทางกายภาพระหว่างเหล็กและสิ่งแวดล้อม ประการที่สอง มันให้การป้องกันแบบเสียสละ (กัลวานิก) เนื่องจากเหล็กมีศักย์ไฟฟ้าที่เป็นบวกมากกว่าสังกะสี (ดึงดูดอิเล็กตรอนจากสังกะสี) การไหลของกระแสไฟฟ้าจากสังกะสีไปยังเหล็กลดอัตราการกัดกร่อนของเหล็ก ดังนั้น สารเคลือบสังกะสีจึง "เสียสละ" ตัวเองเพื่อปกป้องเหล็ก แม้ว่าจะเกิดความเสียหายเฉพาะที่ การชุบสังกะสียังคงปกป้องเหล็ก ผงสีขาวบนพื้นผิวท่อร้อยสายหรือ EMT บ่งบอกถึงการป้องกันสังกะสีแบบแอคทีฟ (สังกะสีออกไซด์) ในขณะที่สีแดงบ่งบอกถึงสนิมเหล็ก (เหล็กออกไซด์) UL อนุญาตให้ใช้สารเคลือบเพิ่มเติมเหนือการป้องกันการกัดกร่อนหลัก (เช่น สังกะสี) ซึ่งผู้ผลิตส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาใช้เพื่อการป้องกันเพิ่มเติม

สำหรับ RSC และ IMC UL กำหนดให้มีการเคลือบป้องกันบนเกลียวท่อร้อยสายจนกว่าจะติดตั้ง ผลิตภัณฑ์เหล่านี้จัดส่งพร้อมตัวเชื่อมต่อที่ปลายด้านหนึ่งและตัวป้องกันเกลียวที่อีกด้านหนึ่ง ซึ่งมักจะมีการระบุสีตามขนาด: สีน้ำเงินสำหรับขนาดคู่, สีดำสำหรับ 1/2 และสีแดงสำหรับ RSC ขนาด 1/4 นิ้ว; สีส้มสำหรับขนาดคู่, สีเหลืองสำหรับ 1/2 และสีเขียวสำหรับ IMC ขนาด 1/4 นิ้ว

ในปี 1965 NEC ได้เพิ่มข้อกำหนดว่า "ท่อร้อยสายต้องเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนที่สัมผัส" เนื่องจากไม่มีวิธีที่ชัดเจนในการแสดงให้เห็นถึงความเหมาะสม UL ได้ทำการสอบสวน การทดสอบภาคสนาม และการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ส่งผลให้มีการเผยแพร่แนวทางการป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มเติมใน ข้อมูลทั่วไปสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า (White Book) และ ไดเรกทอรีอุปกรณ์ก่อสร้างไฟฟ้า (Green Book)

สภาพแวดล้อมคอนกรีต: ทั้งคอนกรีตและดินมีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนสูง แนวทางของ UL ระบุว่าท่อร้อยสายเหล็กแข็งชุบสังกะสี (GRC) หรือ IMC ในคอนกรีตโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องมีการป้องกันเพิ่มเติม สำหรับ EMT ในแผ่นคอนกรีตเหนือพื้นดิน โดยปกติไม่จำเป็นต้องมีการป้องกันเพิ่มเติม แต่การติดตั้งแผ่นพื้นใต้ดินอาจต้องใช้

สภาพแวดล้อมดิน: UL ระบุว่า GRC ที่สัมผัสกับดินโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องมีการป้องกันเพิ่มเติม เว้นแต่ความต้านทานของดินจะต่ำกว่า 2,000 โอห์ม-ซม. (วัดโดยสาธารณูปโภคในพื้นที่) ผู้มีอำนาจในการพิจารณาคดี (AHJ) จะพิจารณาว่าจำเป็นต้องมีการป้องกันเพิ่มเติมหรือไม่ EMT ที่สัมผัสกับดินโดยทั่วไปต้องมีการป้องกันเพิ่มเติม

การเปลี่ยนผ่านคอนกรีตสู่ดิน: การกัดกร่อนอย่างรุนแรงอาจเกิดขึ้นเมื่อท่อร้อยสายเหล็กหรือ EMT เปลี่ยนจากคอนกรีตเป็นดิน ผู้ผลิต NEMA/STI แนะนำให้มีการป้องกันเพิ่มเติมอย่างน้อย 4 นิ้วทั้งสองด้านของจุดเปลี่ยนผ่าน ในพื้นที่ชายฝั่ง วิธีการเดียวกันนี้จะช่วยปกป้อง EMT ที่เปลี่ยนจากคอนกรีตเป็นอากาศเค็ม

การทำความเข้าใจกฎของ NEC เป็นสิ่งสำคัญในการพิจารณาข้อกำหนดการป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มเติม บทความ 344 ของ NEC ครอบคลุมท่อร้อยสายโลหะแข็ง (รวมถึงเหล็ก, อะลูมิเนียม, ทองเหลืองแดง และสแตนเลส) บทความ 342 กล่าวถึง IMC (เหล็กเท่านั้น) และบทความ 358 ครอบคลุม EMT บทความ 300.6 (การป้องกันการกัดกร่อนและการเสื่อมสภาพ) ยังมีข้อมูลที่สำคัญ

ท่อร้อยสายแข็งเหล็กและสแตนเลสได้รับอนุญาตใน "ทุกสภาพบรรยากาศและการครอบครอง" รวมถึงคอนกรีต การฝังโดยตรง และพื้นที่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง หาก "มีการป้องกันการกัดกร่อนและได้รับการอนุมัติสำหรับสภาพนั้น" ท่อร้อยสายเหล็กที่ระบุโดย UL เป็นไปตามข้อกำหนดนี้ผ่านการเคลือบสังกะสี (ทั่วไป) โดย AHJ อนุมัติการติดตั้ง ท่อร้อยสายแข็งอะลูมิเนียมต้องได้รับการป้องกันเพิ่มเติมที่ AHJ อนุมัติในคอนกรีตหรือการฝังโดยตรง

ข้อกำหนดของ IMC สะท้อนถึงข้อกำหนดสำหรับท่อร้อยสายเหล็กแข็ง EMT ได้รับอนุญาตในคอนกรีต ดิน หรือพื้นที่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง หากได้รับการป้องกันและอนุมัติอย่างเหมาะสม ปฏิกิริยากัลวานิกระหว่างอะลูมิเนียมและเหล็กมีน้อย ทำให้สามารถใช้งานร่วมกันได้หากไม่สัมผัสกับการกัดกร่อนอย่างรุนแรง

บทความ 300.6 ของ NEC รวมถึงข้อกำหนดสำหรับเกลียวที่ตัดในภาคสนาม: ในกรณีที่จำเป็นต้องมีการป้องกันการกัดกร่อน เกลียวจะต้องเคลือบด้วยสารประกอบนำไฟฟ้า ทนต่อการกัดกร่อนที่ได้รับการอนุมัติ (โดยทั่วไปคือสีที่มีสังกะสีสูงหรือทางเลือกที่ระบุโดย UL)

ในขณะที่สารเคลือบของท่อร้อยสายเหล็กและ EMT ให้การป้องกันที่ดีเยี่ยม สภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงอาจต้องใช้มาตรการเพิ่มเติม เช่น สี เทปพัน แผ่นหุ้มแบบหดด้วยความร้อน (ทั้งหมดต้องได้รับการอนุมัติจาก AHJ) หรือสารเคลือบ PVC ที่ใช้จากโรงงานเหนือสารเคลือบหลัก

สี: ตัวเลือกที่ยอมรับได้ ได้แก่ สารเคลือบแอสฟัลต์ สีที่มีสังกะสีสูง หรือสีอะคริลิก โพลียูรีเทน หรือสีอีพ็อกซีทนต่อสภาพอากาศ (หลีกเลี่ยงสีที่ใช้น้ำมันหรือสีอัลคิด) การเตรียมพื้นผิวเป็นสิ่งสำคัญ—ทำความสะอาด ล้าง และทำให้แห้งโดยไม่เกิดการเสียดสีที่อาจทำให้ชั้นสังกะสีเสียหาย ไพรเมอร์ที่เข้ากันได้หรือระบบสองชั้นช่วยเพิ่มการป้องกัน

เทปพันและแผ่นหุ้มแบบหดด้วยความร้อน: เทปที่มีการยึดเกาะสูงพิเศษต้องทับซ้อนกันเพื่อคลุมท่อร้อยสายและอุปกรณ์ต่างๆ ให้เต็มที่ แผ่นหุ้มแบบหดด้วยความร้อนไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งความร้อน ผู้ผลิตให้คำแนะนำในการติดตั้ง

ท่อร้อยสายเคลือบ PVC: มาตรฐาน UL (UL 6, UL 1242, UL 797) กล่าวถึงสารเคลือบเพิ่มเติม ซึ่งไม่จำเป็นต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการป้องกันการกัดกร่อนหลัก สารเคลือบที่ไม่ใช่โลหะได้รับการประเมินสำหรับการแพร่กระจายของเปลวไฟ ผลกระทบต่อการป้องกันหลัก การติดตั้งข้อต่อ และความต่อเนื่องทางไฟฟ้า หาก PVC ถูกระบุว่าเป็นวิธีการหลักควบคู่ไปกับการชุบสังกะสี จะต้องผ่านการทดสอบหมอกเกลือ, CO ที่มีความชื้น ₂ -SO ₂ -อากาศ และการทดสอบ UV/น้ำ NEMA RN-1 ให้ข้อมูลจำเพาะของสารเคลือบ PVC เพื่อช่วยในการเลือก

เกลียวที่ตัดในภาคสนามบนท่อร้อยสายเคลือบ PVC ต้องใช้สารเคลือบนำไฟฟ้า ทนต่อการกัดกร่อนตามที่ NEC กำหนด ซึ่งมีจำหน่ายจากผู้ผลิตหรือเป็นผลิตภัณฑ์ที่ระบุโดย UL

การกัดกร่อนมีความซับซ้อน ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ เช่น ศักย์ไฟฟ้า/ความต้านทานกัลวานิก (ระหว่างพื้นที่แอโนด/แคโทด), ฝุ่น, สารเคมี, pH, อุณหภูมิ และความชื้น การเลือกผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสม การบำรุงรักษา และการควบคุมสิ่งแวดล้อมสามารถชะลอการกัดกร่อนได้

นอกเหนือจากคอนกรีตและดิน ฝุ่นยังสามารถกัดกร่อนได้สูง (เช่น ท่อร้อยสายเคลือบ PVC ไม่เหมาะสำหรับสถานที่ Class II เนื่องจากประจุไฟฟ้าสถิต) สารเคมีมีผลต่อทั้งท่อร้อยสายโลหะและไม่ใช่โลหะ—ผู้ผลิตสามารถให้ข้อมูลความต้านทานต่อสารเคมีได้ แต่ประสบการณ์ในท้องถิ่นยังคงเป็นตัววัดการนำไปใช้ที่ดีที่สุด

ในสภาพแวดล้อมที่มีสารเคมีเหลว ค่า pH มีผลต่อการกัดกร่อน จากข้อมูลของ American Galvanizers Association การชุบสังกะสีทำได้ดีในสารละลายที่มีค่า pH สูงกว่า 4.0 และต่ำกว่า 12.5 ในขณะที่อะลูมิเนียมเหมาะกับ pH 4–9

ท่อร้อยสายเหล็กชุบสังกะสีและ EMT มีสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมซึ่งช่วยให้อายุการใช้งานยาวนาน ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง การป้องกันเพิ่มเติมสามารถยืดอายุการใช้งานของระบบได้