В началото на 2023 г. получихме обаждане от електротехник в Абуджа, Нигерия. Той беше забил четири 2,4-метрови еднокомпонентни, помеднени заземителни пръта в латеритна почва на място за нова телекомуникационна кула. ​​И четирите показаха съпротивление над 25 ома - доста над целевите 5 ома, изисквани от неговата спецификация. Той нямаше закрепващ механизъм за пръти, който да може да се справи с нещо по-дълго от 3 м, а най-близкият доставчик на пръти с удължена дължина беше в Лагос, на 700 км. Изпратихме му комплекти секционни пръти и месингови съединители. Две седмици по-късно екипът му беше забил същите пръти на дълбочина 6 м, използвайки стандартен перфоратор, и измереното съпротивление беше 4,2 ома. Този проект промени начина, по който мислим за решението за еднокомпонентни или секционни пръти: не е въпрос на предпочитание, а на това какво позволяват вашата почва, вашето оборудване и достъпът ви до обекта.

Секционен срещу едноделен: Решението не е въпрос на предпочитание

Аргументът за пръчката от една част е прост и валиден: липсата на съединения означава липса на слаби места. Единична пръчка с медно покритие с дължина 2,4 м, забити директно във влажна глина, ще надживее сградата ви и струва по-малко от секционен комплект със същата дължина. Все още продаваме повече пръчки от секционни комплекти по обем и с основание: за плитки инсталации в почва с ниско съпротивление, те са правилният избор.

Но за 17 години производство на заземителни продукти, наблюдаваме постоянна тенденция: проектите, които ни се връщат с проблеми с високо съпротивление, почти винаги са еднокомпонентни инсталации в суха, скалиста или песъчлива почва, където изпълнителят е забил пръта до пълната му дължина и е спрял - защото не е имало начин да се спусне по-дълбоко.секционен заземителен прътелиминира това ограничение. Всеки сегмент е дълъг 1,2 м, съединен срезбови съединители, и продължавате да добавяте сегменти, докато съпротивлениемерът не покаже под целта ви. Имаме клиенти в Саудитска Арабия, които са сглобили секционни пръти до 9 м в пустинен пясък, и клиенти в Демократична република Конго, които са достигнали 12 м в тропически латерит.

TheСтандарт IEEE 80Заземяването на подстанциите не налага предпочитание на единия проект пред другия. То определя крайния резултат: съпротивление на земята, достатъчно ниско, за да гарантира безопасността по време на токове на повреда. Как се постига това съпротивление е специфично за обекта инженерно решение, а не философско.

Ключовият въпрос не е „кое е по-добро“, а „какво се случва, когато вашата еднокомпонентна въдица не е достатъчно дълга?“. В Абуджа отговорът беше: губите две седмици в снабдяване с по-дълги въдици от Лагос. В Рияд отговорът беше: поръчвате секционни комплекти от нас и продължавате да шофирате в същия ден. Секционният дизайн ви осигурява гъвкавост и по наш опит, гъвкавостта е това, което отличава проектите, които постигат целите си за устойчивост, от проектите, които не го правят.

Защо препроектирахме нашия съединител след епидемия от кръстосано нарязване на резби

През 2021 г. нашият екип за поддръжка забеляза скок в оплакванията, свързани с муфи. Регистрирахме 47 инцидента с кръстосано нарязване на резба в 14 държави за една година. Моделът беше постоянен: монтажникът работеше в кален изкоп, започна резбата на муфата под лек ъгъл и месинговите резби се деформираха преди резбите на стоманения прът. Месингът е по-мек по дизайн (искаме муфата да се жертва преди пръта, за да може прътът да се използва повторно), но този конструктивен избор създаде режим на повреда, който не бяхме предвидили.

Проследихме първопричината до геометрията на входа на резбата. Стандартната V-образна резба както на пръта, така и на съединителя имаше остър входен ръб, което улесняваше започването на резбата под ъгъл, особено когато резбите бяха замърсени с пръст. Нашето решение: скосихме първите две резби както на пръта, така и на съединителя, създавайки по-широк ъгъл на влизане, който самоцентрира съединението, дори когато е започнато с леко несъответствие. Добавихме и визуална маркировка за подравняване (лазерно гравирана линия върху тялото на съединителя), която показва на монтажника кога резбите са правилно подравнени.

Резултатите бяха значителни. През 2022 г. оплакванията за напречно нарязване на резба намаляха до 19. През 2023 г. до 11. През първата половина на 2024 г. до 3. Това е кумулативно намаление от приблизително 70 процента и не ни струва нищо на единица – фаската е промяна на инструмента, а не на материала. Това е видът постепенно подобрение, което 17 години обратна връзка от производството ви позволява да направите.

Самият материал на съединителя е обработен от плътен месингов прът (не лят). Избрахме месинг пред стомана по три причини. Първо, месингът не корозира в почвата по начина, по който корозира обикновената стомана – изкопахме съединители от 15-годишни инсталации в Саудитска Арабия, които изглеждаха почти нови. Второ, галваничната потенциална разлика между месинга и стоманата, плакирана с мед, е минимална (по-малко от 50 mV), което означава, че електрохимичната корозия на повърхността на резбата е незначителна. Трето, месингът обработва резбите с по-малки допуски в сравнение със стоманата, което е важно, когато нарязвате резба на ръка в кален изкоп и е необходимо съединението да се съединява гладко.

Якостта на опън на нашата месингова муфа (≥580 N/mm2) надвишава границата на провлачване на стоманената сърцевина в сегментите на пръта. Проверяваме това на всяка производствена партида: издърпваме три пробни сглобки до разрушаване на хидравличен тестер за опън. Прътът винаги се счупва на приблизително 25 мм от повърхността на муфата – никога на самата муфа. Това е по замисъл: искаме прътът да се счупи преди муфата, защото повреден прът може да бъде изваден и заменен, докато повреден съединител може да остави сегмент, заклещен под земята.

Медно плакирана стомана: Спецификациите, които тестваме, и грешките, които откриваме

Всеки производител посочва едни и същи спецификации: дебелина на медта, чистота, якост на опън, праволинейност. Разликата е дали тези спецификации са тествани или са предполагаеми. В нашата фабрика в Синчан тестваме всяка производствена партида и отхвърляме материал, който не преминава теста. Ето какво тестваме, как го тестваме и какво сме засекли.

Дебелина на медния слой: ≥0,254 мм. Това еUL 467минимум. Измерваме с калибриран ултразвуков дебеломер в три точки на прът (върх, среда, основа). Средната ни производствена стойност е 0,28 мм, с диапазон от 0,254 до 0,32 мм. През 2022 г. отхвърлихме цяла партида входящ меден катод от нов доставчик, когато тестът на първата партида показа средна дебелина от 0,22 мм. Доставчикът твърдеше, че катодът отговаря на спецификацията; нашият ултразвуков уред каза друго. Сменихме доставчика.

Чистота на медта: ≥99,95 процента. Проверяваме това с искрово-OES (оптична емисионна спектрометрия) анализ на всяка входяща партида медни катоди. Примеси над 0,05% – особено сяра и фосфор – ускоряват корозията в киселинни почви. През 2023 г. партидастоманена пръчка с медно покритиеот нашата производствена линия, тествана с 99,91% чистота. Проследихме проблема до замърсен меден анод в резервоара за галванопластика. Бракувахме цялата партида (приблизително 2000 пръта), вместо да изпращаме материал, който би корозирал преждевременно на място.

Цялостност на връзката: Тест за огъване на 180 градуса. Медният слой не трябва да се напуква или разслоява, когато прътът се огъне на 180 градуса с радиус 100 мм. Този тест симулира силите на удар по време на забиване. Извършваме го на всяка производствена партида. Ако медта се отлепи, плътността на галванопластичния ток е била твърде ниска и връзката е механична, а не металургична. Не успяхме да преминем този тест два пъти през последните три години, като и двата пъти се дължеше на спад на напрежението в галванопластичната линия, причинен от корозирала шина.

Праволинейност: ≤1 мм/м. След галванично покритие изправяме всеки прът на хидравлична преса, след което проверяваме чрез валцоване върху равна гранитна плоча. Пръти с отклонение повече от 1 мм/м се бракуват. Тази спецификация е по-важна, отколкото повечето хора осъзнават: прът с извивка от 3 мм/м няма да се забива праволинейно, а прът, който се отклонява от вертикалата, няма да достигне целевата дълбочина без пилотен отвор. Виждали сме вносни пръти от други производители с извивка от 4 до 5 мм/м, което на практика ги прави негодни за дълбоко забиване.

Монтаж на дълбок заземителен прът: Какво научихме от грешките на терен

Процесът на инсталиране насекционен заземителен прътне е сложно, но всяка стъпка има режими на неуспех, за които сме научили по трудния начин – чрез обаждания от клиенти, рекламации по гаранцията и посещения на място.

Пилотен отвор: стъпката, която повечето изпълнители пропускат. В уплътнена или скалиста почва винаги започвайте с пилотен отвор, използвайки земен бур, малко по-малък от диаметъра на пръта. През 2022 г. изпълнител в Дамам, Саудитска Арабия, забива три сегмента от пръта в пустинен пясък без пилотен отвор. Върхът на пръта се отклонява от заровена скала на 1,8 м, огъвайки пръта на 15 градуса от вертикалата. Той трябваше да извади огънатия сегмент (45-минутна работа с крик) и да започне отначало с пилотен отвор. Пилотният отвор отнема 5 минути и предотвратява всички последващи проблеми с огъването.

Въртящ момент на съединителя: както недостатъчно затягане, така и презатягане и двете се повреждат. Ние определяме от 50 до 80 Nm за пръти 5/8-инчови и от 60 до 100 Nm за пръти 3/4-инчови. В проект от 2023 г. в Дар ес Салам, Танзания, монтажниците затегнаха съединителите на ръка без гаечен ключ. По време на забиването два съединителя се разхлабиха и сегментите се разделиха под земята. Горният сегмент продължи да се забива, но долният сегмент остана на 2 м дълбочина. Те трябваше да изоставят и двата сегмента и да започнат нов отвор на 30 см разстояние. Оттогава ние включваме карта със спецификации за въртящия момент във всяка кутия на секционен комплект.

Почистване на резбата: 20 секунди, които предотвратяват 20 минути неудобство. Преди да навиете съединителя, почистете замърсяванията от резбите на пръта с четка. В кални условия (често срещани в тропическите инсталации), замърсяванията, натрупани в резбите, действат като абразив и могат да доведат до заклинване на съединителя по средата. Получихме три гаранционни рекламации от Югоизточна Азия, при които монтажникът е напъхал замърсен съединител и е оголил месинговите резби. Четка с твърд косъм (която вече включваме в нашия комплект за монтаж) решава този проблем за 20 секунди.

Тестване на съпротивлението: тествайте, преди да се задълбочите в работата. След като всеки сегмент е инсталиран, измерете съпротивлението на земята с тестер за падане на напрежение, наNFPA 70 (Национален електрически кодекс)изискванията. Ако вече сте под целевото съпротивление, спрете да шофирате. Виждали сме изпълнители в Нигерия да шофират до 7 м, когато 4 м биха били достатъчни, губейки три сегмента и труда за монтажа им. Поетапният подход – тествай, реш, шофирай – е основното икономическо предимство на секционната конструкция.

Четири режима на повреда от 17 години опит в производството на заземяващи продукти

След като доставяме заземяващи продукти в над 60 държави, имаме ясна представа какво се поврежда на място и защо. Ето четирите най-често срещани режима на повреда, подредени по честота в данните ни за заявки за поддръжка от 2018 до 2024 г.

Неуспех 1: Кръстосано врязване (47% от всички заявки за поддръжка). Вече беше обсъдено по-горе. Препроектирането на скосения вход е намалило това от 47 инцидента през 2021 г. до 3 през първата половина на 2024 г.

Неизправност 2: Разслояване на медта по време на забиване (23% от случаите). Ако връзката между медния слой и стоманената сърцевина е механична, а не металургична, повтарящите се ударни сили по време на забиване могат да доведат до отлепване на медта на върха. Това създава ефект на гъба, който предотвратява по-нататъшното забиване и излага стоманената сърцевина на корозия. Нашият тест за огъване на 180 градуса улавя това във фабриката, но все още го виждаме в пръти от други производители, които нашите клиенти са закупили от другаде и са смесили с нашите съединители.

Неуспех 3: Огъване на пръта в скалиста почва (18% от случаите). Дори с якост на опън от 600+ N/mm2, прът, който удари заровена скала под ъгъл, ще се огъне. След като се огъне повече от няколко градуса, прътът няма да се забие право в правилната посока. Превенция: винаги използвайте пилотен отвор в предполагаема скалиста почва. Получихме това оплакване от проекти в Турция, Иран и планинските райони на Източна Африка.

Повреда 4: Корозия на съединението на муфата в солена почва (12% от заявленията). В крайбрежна или солена среда, резбовата повърхност може да корозира по-бързо от тялото на пръта, ако материалът на муфата не е галванично съвместим. Нашите месингови муфи минимизират този риск, тъй като галваничната потенциална разлика между месинг и стомана с медно покритие е по-малка от 50 mV. За екстремно солена среда (крайбрежна Саудитска Арабия, Катар, ОАЕ), предлагаме и опция за муфа от неръждаема стомана.

Данни за съпротивлението на почвата от реални проекти: Защо дълбочината променя всичко

Причината за дълбокото забиване е съпротивлението на почвата. В повечето видове почви съпротивлението намалява с дълбочината, защото по-дълбоката почва има по-високо съдържание на влага и повече разтворени минерали. Ето измерени стойности на съпротивлението на земята от три реални проекта, където доставихме комплекти секционни пръти:

Абуджа, Нигерия (латеритна почва, 800 ома-м): 1,5 м еднокомпонентна пръчка = 28 ома. 3 м секция = 14 ома. 6 м секция = 4,2 ома. Изпълнителят се нуждаеше от 5 ома; те го достигнаха на приблизително 5,5 м дълбочина със секционната система.

Рияд, Саудитска Арабия (пустинен пясък, 1200 ома-м): 2,4 м еднокомпонентна пръчка = 45 ома. 3 м секция = 32 ома. 6 м секция = 12 ома. 9 м секция = 6,8 ома. Спецификацията на проекта изискваше 10 ома; те го достигнаха на приблизително 7 м дълбочина.

Дар ес Салам, Танзания (глинесто-глинеста почва, 200 ома-м): 1,5 м еднокомпонентна пръчка = 8 ома. Спецификацията изискваше 5 ома. Еднократно удължение от 1,5 м (общо 3 м) доведе съпротивлението до 4,8 ома. В този случай почвата беше податлива и беше необходимо само минимално удължаване на дълбочината.

TheСтандарт IEEE 142 (Зелена книга)предоставя формулата за оценка на съпротивлението на забития прът: R = (ρ / 2πL) × (ln(4L/a) – 1), където ρ е съпротивлението на почвата, L е дължината на пръта, а a е радиусът на пръта. Формулата потвърждава това, което показват нашите полеви данни: съпротивлението е обратно пропорционално на дължината на пръта. Удвояването на дълбочината обикновено намалява съпротивлението с 40 до 60 процента, в зависимост от наслояването на почвата.

Практическото заключение е лесно. В почва с ниско съпротивление (под 300 ома-м) обикновено е достатъчен едноделен прът с дължина от 1,5 до 3 м. В почва със средно съпротивление (300 до 1000 ома-м) може да ви трябват от 3 до 6 м, което означава секционен прът.Администрация по безопасност и здраве при работа (OSHA)изисква от работодателите да установят гарантирани програми за заземяване на оборудването на строителните площадки, което включва правилно инсталиране на заземяващи електроди. В почва с високо съпротивление (над 1000 ома-м) почти сигурно ще ви трябват 6 м или повече, а секционната система е единственият практичен начин да постигнете това.

Обща цена на инсталиране: Когато секционните системи са по-добри от моноблоковите по отношение на печалбата ви

Цената на материала на метър при секционна система е по-висока от тази при еднокомпонентна, защото плащате за съединителите и допълнителната опаковка. Но общата цена за монтаж включва труд, транспорт, отпадъци и оборудване, а сравнението се измества в полза на секционната система с увеличаване на дълбочината.

Спестявания от транспорт. През 2023 г. клиент в Кампала, Уганда, ни каза, че разходите за транспортиране на 3-метрови пръти от пристанището до мястото на проекта (200 км по неасфалтирани пътища) са били приблизително 40% от цената на прътите, тъй като всеки камион е можел да превозва само 200 пръта поради ограничения в дължината. Когато са преминали към сегментни сегменти от 1,2 м, същият камион е превозвал 500 сегмента на курс. Транспортните разходи на метър прът са спаднали с повече от половината.

Намаляване на отпадъците. В скалиста почва, еднокомпонентните пръти, които се огъват по време на забиване, са отпадъци. Нашите клиенти от Близкия изток отчитат процент на отпадъци от 8 до 12 процента при еднокомпонентните пръти в скалиста пустинна почва, в сравнение с по-малко от 2 процента при секционните системи (защото по-късите сегменти са по-лесни за контролиране и стъпката на пилотния отвор се следва по-последователно). 10% процент на отпадъци при проект с 200 пръта означава 20 загубени пръта и труда за извличането им.

Разходи за оборудване. Едноделен прът с дължина над 2,4 м изисква специализиран инструмент за завинтване на пръти с дълъг патронник. Секционна система може да се завинтва със стандартен перфоратор с адаптер за патронник – оборудване, което повечето електротехници вече притежават. Спестяванията от наем на оборудване могат да компенсират разходите за съединители при малки до средни проекти.

За плитки инсталации (≤1,5 м), еднокомпонентните пръти са по-евтини и по-бързи. За 1,5 до 3,0 м сравнението е специфично за обекта. За всичко по-дълбоко от 3,0 м, секционният дизайн е единственият практичен вариант и сравнението на разходите е без значение.

Заключение

Изборът между секционни и еднокомпонентни заземителни пръти не е в това кое е по-добро абстрактно. Става въпрос за това кое е подходящо за вашите почвени условия, съпротивлението на вашата цел и логистиката на вашия обект. Еднокомпонентните пръти са по-прости, по-евтини и по-здрави на линеен метър. Секционните заземителни пръти са единственото практично решение, когато трябва да копаете на дълбочина над 3 м, когато транспортът ви ограничава дължината на пръта или когато почвените условия са несигурни и искате гъвкавост, за да добавяте дълбочина постепенно.

Качеството на съединителя определя дали секционната система работи както е проектирана. След 47 инцидента с напречно нарязване на резба през 2021 г., ние преработихме нашия съединител със скосени резбови входове и намалихме процента на повреди със 70 процента. Това е видът итеративно подобрение, което се получава след 17 години производство и обратна връзка от полеви условия в над 60 страни.

В Xinchang Shibang New Material Co., Ltd., ние произвеждамекомплекти секционни заземителни пръти, резбови съединители, стоманени пръти с медно покритие, както и пълна гама от аксесоари за заземяване и мълниезащита съгласно ISO 9001:2008. Свържете се с нас, за да обсъдим изискванията за вашия проект.

Често задавани въпроси