Rys. 1.Porównanie tradycyjnych połączeń mechanicznych i połączenia zgrzewem obrazuje poniższy rysunek gdzie po prawej mamy pierwszy wymieniony typ połączenia, a po lewej znajduje się połączenie egzotermiczne.
Dzisiejsze połączenia egzotermiczne znakomicie nadają się do łączenia wszelkich rodzajów stali, w tym również pokrytych warstwami miedzi oraz cynku ogniowego, miedzi i jej stopów (mosiądzów i brązów) – bez potrzeby zastanawiania się nad możliwością ich pomieszania.
Metoda zgrzewów egzotermicznych znajduje podstawowe zastosowanie przy łączeniu przewodników w obrębie gruntu lub nieco ponad nim w maksymalnie bezpieczny i komfortowy sposób zapewniając doskonale pewne połączenie montowanej instalacji.
Do wykonania zgrzewu egzotermicznego potrzebna jest forma grafitowa, inicjator procesu (w zależności od przyjętej wersji pistolet krzemionkowy lub inicjator elektroniczny), szczotki do czyszczenia połączenia, zgarniaki żużlu do czyszczenia formy, mały palnik gazowy do podgrzania i osuszenia formy oraz środki ochrony osobistej – rękawice i okulary. Wszystkie te produkty mieszczą się w jednym pojemniku stanowiącym warsztat pracy instalatora. Elementem dodatkowym niezbędnym do wykonania zgrzewu jest materiał zgrzewający gdzie jeden pojemniczek używany jest na jedno połączenie.
Zgrzewanie egzotermiczne znakomicie sprawdza się przy wykonywaniu rozległych uziomów przy stacjach energetycznych, siłowniach wiatrowych, wieży telekomunikacyjnej, na polach ogniw fotowoltaicznych, podłączaniu studia audio, hali fabrycznej czy budynku inteligentnego nasyconego elektroniką. Wszędzie tam gdzie oczekuje się uziemienia wysokiej klasy, pewności jego działania i maksymalnej trwałości.
Złącze egzotermiczne jest wykonane z miedzi z dodatkiem aluminium i krzemu (brąz aluminiowo-krzemowy). Sam metal użyty na zgrzew w zależności od wielkości łączonych przewodników może ważyć od 45 – 500 g, a jego koszt to odpowiednio od kilku do ponad 20 euro za nabój. Koszt eksploatacji formy dodatkowo podwyższa tą kwotę o 1 - 2 euro na połączenie. W rezultacie koszt jednostkowy połączenia jest nawet dziesięciokrotnie wyższy od najtańszych połączeń krzyżowych ocynkowanych typu bednarka-bednarka. Ale już w przypadku łączenia elementami miedzianymi różnica ta topnieje do 2-, 3-krotności złącza krzyżowego miedzianego klasy „najtańszy produkt w tej kategorii”.
Fot. 1. Przeprowadzenie procesu. Kolejne kroki wykonania zgrzewu przy łączeniu przykładowych linek miedzianych, bazując na metodzie Cadweld Plus (ze zintegrowanym zasobnikiem materiału zgrzewającego – nabojem) oraz korzystając z inicjatora elektronicznego zapewniającego dużo większą swobodę w możliwości oddalenia się od zainicjowanego procesu zgrzewania:Jeśli jednak przyjmiemy za kluczowy czynnik pewność połączenia w długim okresie czasu eksploatacji, przy jednoczesnej całkowitej eliminacji ich inspekcji – znanej jako poszukiwanie „braku styku”, można przyjąć, że zgrzewy egzotermiczne są tańszym rozwiązaniem. I tu dodać należy, że pewność w długim okresie należy rozumieć min. 50 lat użytkowania.
Proces technologiczny zgrzewania jest stosunkowo prostym działaniem wymagającym zdolności manualnych i umiejętności racjonalnego myślenia. Wraz z formą jest dostarczana każdorazowo instrukcja obrazkowa wykonania połączenia. Istotne jest to, że każdy typ formy i połączenia ma swoją specyfikę, co wymusza inny sposób podejścia to wykonania połączenia.
Dodać należy że proces przebiega niezwykle szybko – czas reakcji po naciśnięciu startu ok. 2 - 5 sekund – gdzie już metal jest w formie. W trakcie kolejnych 30 sekund metal w formie krzepnie. Temperatura w formie osiąga niecałe 2000°C i w trakcie procesu przenikające przez formę ciepło rozgrzewa ją do temperatury kilkuset stopni (200-300).
Z praktycznego punktu widzenia (bezpieczeństwo i wzajemna pomoc w trudnych lokalizacjach prac) zaleca się aby proces zgrzewania prowadzony był w zespołach dwu osobowych. Można wtedy spokojnie przyjąć, że minimalny czas jaki potrzebny na wykonanie pojedynczego zgrzewu to 10 minut – uwzględniając przemieszczanie się zespołu, trudne lokalizacje etc.
Mam nadzieję, że powyższy materiał o jeszcze mało znanych i nieczęsto używanych w Polsce elektrycznych połączeniach zachęci Państwa do przyglądnięcia się problemowi „najsłabszego ogniwa” systemu uziemiającego (i nie tylko), które paradoksalnie, dzięki zgrzewom egzotermicznym staje się na dziesiątki lat tym najbardziej solidnym mechanicznie oraz elektrycznie.
Janusz Budniok
Mgr inż. Janusz Budniok jest właścicielem firmy FHU PARTNER
Janusz Budniok, specjalizującej się w systemach uziemiających i odgromowych. Jest członkiem Polskiego Komitetu Ochrony Odgromowej przy SEP oraz Stowarzyszenia Inżynierów Techników Pożarnictwa. Należy również do Regionalnej Izby Gospodarczej w Katowicach.