Zabezpieczenie antykorozyjne instalacji uziomowych.

Czyli ponownie: miedziowanie czy cynkowanie?

 

Temat ten był blisko 20 lat temu przyczyną zażartych dyskusji, w które zaangażowane były firmy lobbujące za swoimi rozwiązaniami, sympatycy obydwu metod jak również poważne autorytety.  Żeby było śmieszniej najostrzejsze argumenty padały w okresie, gdy w większości przypadków uziemienia realizowane były w oparciu o produkowane przez samych dystrybutorów energii w podręcznych warsztatach gołe, stalowe pręty uziomowe (bez żadnego zabezpieczenia antykorozyjnego). Minęło sporo czasu. W oczywisty sposób każdemu z producentów udało się przekonać jakąś część rynku do swoich koncepcji, ale najbardziej oczywistym pozytywnym efektem tej dyskusji sprzed lat jest fakt, że obecnie nikt już nie dyskutuje na temat koniczności zabezpieczania elementów instalacji uziomowych przed skutkami korozji. Przyjęto to powszechnie jako standard. Ba powstałe w międzyczasie normy przedmiotowe (na poziomie europejskim) dotyczące tego typu osprzętu wyraźnie wskazują na konieczność podejmowania takich działań. Podają one nawet minimalne parametry powłok oraz określają sposoby testowania ich jakości. Żeby nie było wątpliwości standardy te przewidują stosowanie obydwu metod zabezpieczenia antykorozyjnego. Wydawać by się mogło, że wszystko jest jasne. Jednak niektórzy producenci, zwrócili uwagę, że zmiany pokoleniowe u dystrybutorów energii spowodowały, że nowa kadra nie zna lub nie pamięta tej dyskusji sprzed lat. Pojawiają się wiec na rynku „odgrzewane kotlety” o wyższości jednej z metod nad drugą poparte pięknymi kolorowymi zdjęciami i stosownym komentarzem.

„Z pewną nieśmiałością taką” zmuszeni jesteśmy i my zabrać ponownie głos w tej sprawie.

                         Podstawowym wymaganiem stawianym prętom uziomowym wbijanym w glebę jest zapewnienie małej rezystancji w jak najdłuższym okresie użytkowania. Najistotniejszym z czynników wpływających na zachowanie tych własności jest trwałość prętów i ich odporność na wpływ środowiska, zwłaszcza w warunkach gleb o odczynach agresywnych.

           Uziomy wykonuje się jako pręty stalowe, pokrywane ze względu na niską odporność na korozję metalicznymi powłokami ochronnymi. Zabezpieczenie to uzyskuje się zazwyczaj przez:

• ocynk ogniowy,
• ocynk i chromowanie galwaniczne,
• niklowanie z miedziowaniem,

Ze względu na wysoką cenę niską wytrzymałość na wyboczenie przy wbijaniu, oraz zjawiska korozji katodowej omówione dalej, odchodzi się obecnie od produkcji uziomów z prętów miedzianych na rzecz stalowych miedziowanych lub cynkowanych.

             Nieodłącznym elementem wbijania prętów uziomowych są zjawiska tarcia wywołujące uszkodzenia powierzchni bocznej prętów w postaci zarysowań wynikających z kontaktu z ostrymi kamieniami żwirem itp. Wnikająca w te uszkodzenia wilgoć zawierająca wypłukane z gleby kwasy lub zasady, powoduje zjawisko elektrolizy w postaci tzw. ogniw korozyjnych. Ogniwa te dzielimy ze względu na różnicę potencjałów między rdzeniem a warstwom ochronną na anodowe i katodowe.

             Anodowymi nazywamy takie w których powierzchnia ochronna stanowi rozpuszczalną anodę zaś rdzeń katodę, która pokrywa się produktami elektrolizy. W ogniwach katodowych katodą jest warstwa, rozpuszczalna zaś anodę stanowi rdzeń.

              Typowym przykładem ogniwa katodowego jest stal pokrywana miedzią, w której zjawiska elektrolizy w przypadku powstania ogniwa korozyjnego powodują błyskawiczną głęboką korozję rdzenia, zwielokrotnioną jeszcze przez dużą powierzchnię katody (rys. 1).

 

 

Rys. 1   Korozja stali pokryta powłoką miedzianą

 

Efektem są głębokie wżery pod powłokowe powodujące jej odwarstwienia.

W świetle wcześniejszych rozważań odnośnie nieuchronności uszkodzeń podczas wbijania powłoka miedziana naniesiona na pręt musiałaby wynosić co najmniej 0,7 mm, a i tak nie dawałoby to stuprocentowej pewności co do braku uszkodzeń.

             Korzystniejszym z punktu widzenia trwałości zjawiskiem są występujące w przypadku stali pokrytej cynkiem, ogniwa anodowe. Znane jest doświadczenie, w którym plecionkę z dwóch drutów stalowych ocynkowanego i niepokrytego umieszczono w warunkach środowiska korozyjnego. Po roku stwierdzono brak znaczących ognisk korozji zarówno na drucie ocynkowanym jak i gołym, co wynikło z ochronnego oddziaływania cynku. Podobnie sytuacja przedstawia się w przypadku wynikających z wbijania drobnych uszkodzeń powłoki cynkowej. Cynk na skutek swego bardziej elektroujemnego charakteru chroni podłoże stalowe nie dopuszczając do jego korozji i ubytków w stali. W powstałym ogniwie Fe-Zn powłoka cynkowa stanowi anodę rozpuszczając się powoli, natomiast obnażona stal stanowi nie rozpuszczającą się katodę, która pokrywa się warstwą produktów elektrolizy (rys. 2).  

Rys.2 Korozja powłoki cynkowej na stali

 

Wynika to z wartości potencjałów czystego cynku, faz stopowych żelazo – cynk oraz potencjału stali. Niebagatelne znaczenie ma również duża różnica powierzchni między uszkodzeniami a warstwą 

ochronną, co stanowi o małej intensywności zjawisk elektrolizy, a tym samym dużej trwałości uziomów cynkowanych ogniowo w środowiskach agresywnych. Niebagatelną zaletą w przypadku tej metody jest fakt, że jesteśmy w stanie precyzyjnie określić tempo korozji w takim środowisku. Standardowa warstwa ocynku ogniowego określona w normach zapewnia prawidłowe działanie uziemienia nie krótsze niż 30 lat nawet w najbardziej agresywnych gruntach pochodzenia naturalnego. Korozja pręta stalowego w przypadku uszkodzonej powłoki miedzianej jest zależna od wielkości uszkodzenia i bez wykopania pręta w celu pomierzenia uszkodzeń praktycznie niedefiniowalna. Z doświadczeń wiadomo, że pręt taki w przeciętnych warunkach może uleć całkowitej degradacji w 6-8 lat.   Pytanie więc brzmi – czy lepiej skorzystać z uziomów które zapewniają nam 30 lat poprawnego działania czy podjąć ryzyko i zamontować osprzęt teoretycznie niezniszczalny a w praktyce mogący spowodować awarię w niedalekiej, z punktu widzenia życia instalacji, przyszłości.

              Na koniec ważna uwaga. Jako producent uziemień cynkowanych, wywołani do tablicy, prezentujemy zalety naszego osprzętu uziomowego. Wynikają one, nie z tendencyjnie zaplanowanych testów wykonanych przez zainteresowane w konkretnym rezultacie firmy, ale z powszechnie dostępnej wiedzy inżynierskiej i doświadczeń monterów. Z obecnego stanu wiedzy wynika, że w tytule nie powinniśmy pytać: Miedziowanie czy cynkowanie? Pytanie powinno brzmieć: Jakie miedziowanie i jakie cynkowanie?  Skoro obecnie obowiązujące normy precyzyjnie określają sposób zabezpieczenia antykorozyjnego to oczywistym jest, że parametry tych zabezpieczeń gwarantują porównywalną trwałość w porównywanych warunkach dla obydwu metod. Naturalnym jest więc wniosek, że obie metody wykonane w oparciu w wymagania norm, przy zachowaniu odpowiedniego reżimu jakościowego, spełniają stawiane im wymogi. Skoro jakościowo jest to to samo to jedynym kryterium oceny pozostaje cena, ale to już temat na zupełnie inny artykuł.