TL;DR

Защо съпротивлението на почвата е първото число, от което се нуждаете

Преди да определите диаметъра на заземителния прът, преди да изберете между стомана с медно покритие и поцинкована стомана и преди да изчислите колко пръта са необходими за една подложка на подстанцията, ви е необходимо едно число: съпротивлението на почвата на мястото на монтаж. Всяко решение за проектиране надолу по веригата зависи от това измерване.

В Shibang, нашият инженерен екип преглежда спецификациите за заземяване от проекти на шест континента. Най-често срещаният източник на проблеми на терен, с които се сблъскваме, не е дефектен прът или лоша връзка. Това е заземителна система, която е проектирана без подходящо проучване на съпротивлението на почвата. Инженерите, които пропускат тази стъпка, в крайна сметка преработват инсталациите, добавят допълнителни пръти или прилагат почвени добавки месеци след първоначалната дата на въвеждане в експлоатация.

Съпротивлението на почвата ви показва колко силно земята на вашия обект се противопоставя на потока от електрически ток. Пясъчен, сух хълм в Централна Австралия може да регистрира 2000 ом-метра. Богата на глина речна делта в Бангладеш може да отчете 30 ом-метра. Същият модел заземяващ прът с медно покритие се държи напълно различно в тези две среди и дизайнът трябва да отразява тази разлика от самото начало.

Органите по стандартизация признават това.Кодекси и стандарти на NFPAРамката, заедно с IEC 62305 и IEEE 80, изискват или силно препоръчват специфични за обекта данни за съпротивлението на почвата, преди да се пристъпи към проектирането на заземителна система. Можете да прочетете повече за основите назаземителни системии какземя (електричество)работи в електротехниката, за да разбере защо това измерване движи всичко.

Какво всъщност измерва съпротивлението на почвата

Съпротивлението на почвата определя количествено съпротивлението, което единица обем почва оказва на протичането на електрически ток. Инженерите го изразяват в ом-метри (ом-м). Числото зависи от четири основни фактора:

Съдържание на влага.Водата драстично намалява съпротивлението. Сухата почва може да отчете съпротивление от 1000+ ома-м; същата почва при полеви условия може да падне под 100 ома-м. Ето защо сезонните тестове са важни и затова препоръчваме измерванията да се извършват по време на най-сухите очаквани условия, за да се проектира резерв за най-лошия случай в системата.

Концентрация на йони.Разтворените соли в почвената вода увеличават проводимостта. Крайбрежните обекти, земеделските земи с история на торене и пустинните солени равнини показват по-ниски стойности на съпротивление в сравнение с чистия кварцов пясък. Нашите производствени данни показват, че клиентите в Близкия изток и Северна Африка често се сблъскват с песъчливи почви с високо съпротивление, които изискват химическо обогатяване.

Температура.Съпротивлението се повишава с охлаждането на почвата. Замръзналата почва може да увеличи съпротивлението си десетократно или повече пъти в сравнение със същата земя при 20 градуса по Целзий. Проектите в Северна Канада, Скандинавия или Русия трябва да отчитат зоната на замръзване и да поставят заземителни пръти под нея.

Състав и плътност на почвата.Глинените частици провеждат по-добре ток от пясъка или чакъла, защото задържат влага и йони на голямата си повърхност. Скалите, шистите и разложеният гранит варират значително. Място с пластова геология ще покаже различно съпротивление на различна дълбочина, поради което профилирането на дълбочинното съпротивление е също толкова важно, колкото и измерването на повърхността.

Четириточковият тест на Венер: Как инженерите измерват съпротивлението на почвата на място

Четириточковият метод на Венер остава стандартната полева техника за изпитване на съпротивлението на почвата. Той е лесен за употреба, преносим и дава резултати, които директно се използват при изчисленията за проектиране на заземяване. TestGuy предоставя отлично ръководство за...Обяснение на изпитването на съпротивлението на почватав практически детайли.

Нашите полеви инженери следват тази процедура при всяко ново проучване на обекта:

Стъпка 1: Оформление.Забийте четири равно разположени електрода в земята по права линия. Означете ги C1, P1, P2 и C2 отляво надясно. Разстоянието между всяка съседна двойка е „a“ и го избирате въз основа на дълбочината на почвата, която искате да изследвате. Разстояние от 1 метър ви дава съпротивление, осреднено за приблизително горните 0,5 метра. Разстояние от 10 метра ви дава сондиране до приблизително 5 метра.

Стъпка 2: Инжектиране на ток.Свържете тестер за заземяване (като например серията Megger DET или Fluke 1621) към външните електроди (C1 и C2). Уредът инжектира известен променлив ток през почвата между тях.

Стъпка 3: Измерете потенциала.Уредът измерва разликата в напрежението между вътрешните електроди (P1 и P2). Този пад на напрежение, разделен на инжектирания ток, дава стойността на съпротивлението R.

Стъпка 4: Изчислете.Приложете формулата на Венер:

Съпротивление (rho) = 2 x pi xax R

където „a“ е разстоянието между електродите в метри, а R е измереното съпротивление в омове. Резултатът е специфично съпротивление на почвата в омове-m.

Дълбочинно профилиране.Повторете теста на множество разстояния (1 м, 2 м, 5 м, 10 м, 20 м), за да изградите профил на съпротивлението спрямо дълбочината. Този профил показва дали съществува проводим слой по-дълбоко под земята, което може да оправдае забиването на пръти на 3 метра вместо стандартните 2,4 метра.

Кога да се тества.Ние определяме тестването при най-сухите очаквани сезонни условия, тъй като заземителните системи трябва да работят целогодишно. Тестването само по време на влажен сезон дава оптимистични стойности, които не отразяват най-лошите летни или суши условия.

Нефтохимически завод в Източната провинция на Саудитска Арабия измери съпротивлението на повърхността на почвата от 1800 Ω·m по време на сухия сезон. След като нашият технически екип определи три 3-метрови пръчки с медно покритие (AF-0232, 0,254 мм меден слой), забити на 5-метрова дълбочина с разстояние 6 метра, измереното земно съпротивление спадна до 3,8 Ω - доста под целта от 5 Ω, изисквана от IEC 62305 за мълниезащита на резервоари за съхранение.

Как съпротивлението на почвата определя избора на заземителен прът

След като имате данни за съпротивлението на почвата, можете да изберете правилния заземителен прът с увереност. Числото на съпротивлението ви казва три неща: кой материал ще устои на корозия най-дълго в тази почва, каква геометрия на пръта (диаметър и дължина) ви е необходима и дали един прът ще постигне целевото ви съпротивление на земята или дали са ви необходими няколко пръта в масив.

Ето общата рамка, която използваме в Shibang, когато консултираме клиенти:

Тази таблица е отправна точка, а не заместител на подробния проект. Инженерът трябва също да вземе предвид pH на почвата, съдържанието на хлориди, нивата на сулфати и вариациите в влажността, за да направи окончателния избор на материал. Ще разгледаме подробно съчетаването на материалите в следващия раздел.

Нашиятмедно облицован заземителен прътГамата (модел AF-0232) обхваща диаметри от 14,2 мм до 25 мм (5/8 инча до 3/4 инча) и дължини от 1,2 м до 3,0 м (4 фута до 10 фута). Медният слой е с дебелина най-малко 0,254 мм и чистота 99,95% или по-висока, свързан с нисковъглеродна стоманена сърцевина. Това придава на пръта висока якост на опън (най-малко 580 N/mm) за забиване, като същевременно се запазва корозионната устойчивост на медта в повечето видове почви. Сертифицираме тази продуктова линия по ISO 9001:2008.

В началото на 2023 г., проектант за подстанция 132 kV в Тамил Наду определи поцинковани пръти, за да намали теглото при поръчките за отдалечен обект на хълм. Когато нашият екип прегледа почвения доклад - латеритна почва, pH 4,8, съпротивление 280 Ω·m на 3 метра дълбочина - препоръчахме преминаване към пръчки с медно покритие, въпреки по-високото тегло за единица. Обосновката: ниското pH на латерита и високото съдържание на железен оксид ускоряват корозията на цинка, а отдалеченото местоположение прави логистиката за подмяна на прътите в бъдеще скъпа. Инженерът прие препоръката. Две години след монтажа, показанията на земното съпротивление остават стабилни на 1,6 Ω.

Съответствие на материала на заземяващия прът с почвените условия

Производителите на заземителни пръти предлагат няколко варианта за материали, като всеки от тях е подходящ за определен набор от почвени условия. Ето как ги съчетаваме:

Медно облицовани стоманени пръти

Медните пръчки съчетават стоманена сърцевина (за механична якост и издръжливост на задвижване) с дебел меден външен слой (за устойчивост на корозия и ниско контактно съпротивление с почвата). Нашитемедно облицован заземителен прътМоделите използват процес на непрекъснато свързване на мед, а не тънко покритие. Това е важно в агресивни почви, където покритият или заварен меден слой може да се разслои с течение на времето.

Медните пръчки работят най-добре в неутрални до алкални почви (pH от 6 до 9) с умерена влажност. Те са устойчиви на корозия от повечето почвени химични състави и поддържат стабилно земно съпротивление в продължение на десетилетия. Ние ги определяме за електроцентрали, подстанции, кули на далекопроводи, комуникационни базови станции, летища, железопътни линии, високи сгради и нефтопреработвателни заводи. Спецификацията за експлоатационен живот надвишава 50 години при нормални почвени условия.

Поцинковани стоманени пръти

Цените на поцинкованите (покрити с цинк) пръти са по-ниски от тези с медно покритие и те осигуряват приемлива защита от корозия в алкални почви. Нашите производствени и полеви данни обаче показват, че цинкът се разтваря по-бързо от медта в киселинни почви (pH под 5) и в почви с високо съдържание на сулфати. Документирали сме множество случаи, при които поцинкованите пръти в агресивна почва са се повреждали много преди очаквания експлоатационен срок, поради което съветваме клиентите в тропически или засегнати от киселинни дъждове региони да изберат поцинковани пръти с медно покритие пред поцинковани за всеки проект с проектен живот 25 години или повече.

Нашите гаранционни записи от пратка от 2019 г. до крайбрежен обект в южен Виетнам показват, че поцинкованите пръти, монтирани в почва с pH 5,2 и съпротивление 120 Ω·m, са започнали да показват видима повърхностна корозия в рамките на 18 месеца. Цинковото покритие е изтъняло от определените 86 микрона до под 40 микрона на границата почва-въздух. Заменихме цялата инсталация от 240 пръта с помеднени елементи за наша сметка в рамките на гаранцията, а резервните пръти вече са в експлоатация повече от пет години без измеримо влошаване.

Химически заземяващи електроди

Когато съпротивлението на почвата остане над 500 ома-м дори на дълбочина, само гол прът не може да постигне целевите стойности на съпротивлението.Химически заземяващи електродизапълнете тази празнина. Тези устройства съдържат куха медна тръба, пълна с минерални соли, които бавно се просмукват в околната почва, намалявайки локалното съпротивление в продължение на месеци и години. Те поддържат производителност в сухи и скалисти среди, където естествената влага е оскъдна.

Доставяме химически електроди за проекти в Близкия изток, Северна Африка и Централна Австралия. При типична инсталация техникът пробива сондажен отвор, вкарва електрода, запълва го с проводим компаунд и го свързва с основната заземителна мрежа. С течение на времето дифузията на солта създава обвивка с ниско съпротивление около електрода.

Наземни модули

Наземни модулипредлагат друг подход за трудни почви. Тези предварително произведени устройства комбинират метален проводник с обграждащо го тяло от проводим материал (често въглеродно или глинено съединение). Инженерите ги заравят на стратегически места в заземителната мрежа, за да намалят локалното съпротивление без вниманието по поддръжката, което понякога изискват химическите електроди.

Заземяващите модули работят добре в смесени почвени профили, където съществува проводим слой, но е твърде плитък за конвенционално задвижване на пръти. Доставяли сме заземяващи модули до релейни станции на планински върхове в Андите, пустинни радарни инсталации в Оман и крайбрежни подстанции за вятърни паркове във Виетнам.

Разгледайте всички опции

Нашият пълензаземителен прът и категория заземителен прътобхваща конфигурации с медно покритие, поцинковани, неръждаема стомана и специални конфигурации. Правилният избор зависи от вашия доклад за химичния състав на почвата, целевото съпротивление и очаквания експлоатационен живот на инсталацията.

Дълбочина на монтаж, диаметър на пръта и правило за многопръти

Данните за съпротивлението на почвата също така ръководят три параметъра на физическия дизайн: колко дълбоко да се забие прътът, какъв диаметър да се използва и колко пръта да се монтират.

Дълбочина

По-дълбоките пръти достигат до почвени слоеве, които задържат повече влага и имат по-ниско съпротивление. Стандартна жилищна инсталация може да използва прът с дължина 2,4 метра (8 фута). Заземителната мрежа на подстанция често определя пръти с дължина 3 метра (10 фута). В райони с високо съпротивление инженерите понякога закрепват прътите до 6 метра или повече, като свързват няколко секции заедно.

Нашите плакирани с мед пръти разполагат с муфа, която позволява съединяване на секции на място. 3-метров прът с удължение от 1,5 метра достига 4,5 метра. Муфата поддържа спецификацията за праволинейност (грешка от 1 мм/м или по-малко) през съединението, така че прътът да не се огъва по време на забиване.

Диаметър

Диаметърът на заземяващия прът влияе както върху механичната издръжливост по време на монтажа, така и върху дългосрочната устойчивост на корозия. Прът с диаметър 14,2 мм (5/8 инча) е подходящ за повечето жилищни и леки търговски инсталации, където бутането се извършва с винтоверт или перфоратор. Прът с диаметър 25 мм (3/4 инча) се справя с по-високите механични натоварвания от дълбоко забиване в уплътнена или скалиста почва и осигурява по-голяма медна повърхност за предпазване от корозия.

Нашите производствени данни показват, че прътите с диаметър 5/8 инча представляват по-голямата част от обема в проекти с умерен климат (Северна Америка, Европа, Източна Азия), докато прътите с диаметър 3/4 инча се радват на по-голямо търсене в проекти в Близкия изток и Австралия, където по-дълбокото забиване в по-твърди почви е обичайно.

Многопрътови масиви

Когато един прът не може да постигне целевото съпротивление на земята, се добавят пръти. Общото правило: разстоянието между съседните пръти е поне равно на дълбочината им на забиване. За 3-метрови пръти използвайте разстояние от поне 3 метра. Това разстояние предотвратява прекалено силното припокриване на зоните за намаляване на съпротивлението около всеки прът.

Комбинираното съпротивление на многопрътова решетка не е просто съпротивлението на единичния прът, разделено на броя на прътите. Взаимодействието почва-почва намалява ефективността. Решетка с две пръти постига около 60% от съпротивлението на единичния прът, а не 50%. Решетка с три пръта достига около 45-50%. Това са приблизителни цифри; действителното съотношение зависи от хомогенността на съпротивлението на почвата и разстоянието между прътите.

Седем дефекта в заземяването, които нашата фабрична лаборатория открива във върнати спецификационни листове

След повече от 17 години производство на заземителни продукти и поддръжка на проекти по целия свят, нашият екип е каталогизирал повтарящи се дефекти в спецификациите и монтажа, които се появяват при гаранционни разследвания и последващи анализи на проекти в различни страни и индустрии. Седемте грешки по-долу са причина за по-голямата част от преждевременните повреди на прътите и незадоволителни показания за съпротивление на заземяване, с които се сблъскваме:

Пропускане на изследването за съпротивление на почвата.Понякога инженерите използват учебникарски стойности на почвата за даден регион, вместо да тестват действителния обект. Дори в рамките на един имот, съпротивлението може да варира пет пъти между северния и южния край поради моделите на дренаж, историята на запълване или дълбочината на скалната основа.

Тестване само на една дълбочина.Един единствен тест на Венер на едно разстояние не ви казва почти нищо за слоестия профил под земята. Винаги тествайте на минимум три разстояние, за да идентифицирате проводими слоеве, резистивни слоеве и прехода между тях.

Пренебрегване на сезонните колебания.Тестването само по време на дъждовния сезон дава подвеждащи резултати. Заземителните системи трябва да работят в най-сухите, най-горещите и най-студените условия, в които ще се намира обектът. Съветваме клиентите да тестват поне два пъти: веднъж по време на влажния сезон и веднъж по време на сухия сезон.

Недостатъчно уточнен диаметър на пръта.Използването на най-малкия наличен прът за минимизиране на теглото на материала може да изглежда разумно на хартия, но в твърда или скалиста почва, тънък прът се огъва, извива или чупи по време на забиване. Това води до загуба на време за монтаж и прави системата недостатъчно проектирана. Ние определяме пръти с диаметър 3/4 инча (25 мм) за всеки обект със скалисти или уплътнени условия.

Забравяйки за съединителя.Когато инженерите се нуждаят от пръти с дълбочина 4,5 метра или 6 метра, те понякога се опитват да заварят две секции от пръта заедно. Заваряването разрушава медния слой на съединението, създавайки гореща точка на корозия, която се поврежда в рамките на години. Винаги използвайте специално проектирано механично съединение, което запазва непрекъснатостта на медната обвивка.

Пренебрегване на качеството на връзката.Най-добрият заземителен прът в света е безполезен, ако връзката с проводника е хлабава, корозирала или направена от несъвместими метали. Медно-медните връзки с екзотермични заварки или посочени механични конектори поддържат дългосрочна цялост. Смесването на медни пръти с поцинковани скоби във влажна среда създава галванична корозионна клетка, която разрушава връзката с течение на времето.

Не четене на химичния състав на почвата.Само по себе си съпротивлението не предсказва корозия. Почва с умерено съпротивление (300 ома-м), но с високо съдържание на сулфати и ниско pH, ще атакува медта по-бързо от очакваното. Винаги съчетавайте теста за съпротивление с анализ на почвената химия (pH, хлориди, сулфати, съдържание на влага), за да изберете правилно материала за пръта.

Нашата лаборатория за качество в Синчан провежда тест със солен спрей (ASTM B117) на всяка нова производствена партида пръчки с медно покритие. В последните 47 партиди (N=47, представляващи приблизително 235 000 отделни пръта), средната дебелина на медния слой е 0,268 мм със стандартно отклонение от 0,012 мм. Нито една партида не е паднала под минимума от 0,254 мм. Продължителността на теста за корозия е 1000 часа и нито една партида не е показала излагане на основен метал в рамките на този интервал.

Често задавани въпроси

За пълната гама от заземяващи продукти, произвеждани в нашето съоръжение, посетете нашиязаземителен прът и категория заземителен прътстраница. Можете също да прочетете заКакво е заземяване и защо е важноот по-широки индустриални ресурси.