Una guia d'especificació de dades de camp per a enginyers d'enginyeria, electrificació i control d'imatge (EPC) solars: com 4.200 elèctrodes de terra químics enviats a una planta fotovoltaica saudita de 150 MW van mantenir una resistència de coixinet de 3,1 Ω durant cinc anys a un sòl de 1.800 Ω·cm, i els passos d'adquisició, instal·lació i auditoria que ens van portar fins aquí.

Les dades de camp d'aquest article provenen d'una planta fotovoltaica saudita de 150 MW que ens va arribar a l'agost de 2020 com a consulta rutinària. L'enginyeria d'ingenieria i construcció amb seu a Madrid va passar del preu per unitat a les especificacions en el segon correu electrònic; el seu enginyer principal havia viscut un projecte de 50 MW el 2018 on un inventari de varetes regades havia superat el marge de tensió de contacte en el tercer any. A continuació es mostra la seqüència d'adquisició, instal·lació i auditoria que va produir el model operatiu de mitjana de 3,1 Ω / pitjor de 4,7 Ω / cinc anys sense manteniment, i el lot de l'únic proveïdor que gairebé el va trencar.

1. L'especificació sense manteniment que va començar amb una planta de canya regada fallida

La fallada de referència va ser una planta fotovoltaica xilena de 50 MW posada en servei el 2018 amb varetes revestides de coure accionades convencionalment i un cicle de reg de sis mesos. Al tercer any, la finestra de voltatge de contacte en sis pads d'inversors havia superat el marge de disseny perquè es van saltar dues visites de reg programades per al 2020 (restriccions de viatge per la COVID). Les varetes no havien fallat físicament, sinó que s'havien assecat. La resistència dels pads va superar el llindar de 5 Ω en tres dels sis pads.

Aquesta és la bretxa operativa que tanca un elèctrode de terra químic. El nostre producte és un nucli d'acer revestit de coure (de 17,2 mm a 25,4 mm) dins d'un anell perforat de 100 mm a 150 mm, omplert per un compost higroscòpic: argila bentonítica combinada amb sulfat de magnesi i un additiu de retenció d'humitat. El compost absorbeix la humitat ambiental i la manté contra la superfície de la vareta; el sulfat de magnesi manté el volum immediat del sòl conductor. La conseqüència a nivell de planta és que la finestra de voltatge de contacte es manté dins del marge de disseny durant la vida útil de disseny de 25 a 30 anys, i el cicle de reg surt del pla d'operació i manteniment.

Per al projecte saudita, la diferència entre una vareta amb aigua i un elèctrode químic era un compromís d'operació i manteniment de cinc anys que l'empresa EPC estava inscrivint a l'actiu des del primer dia. Un cop l'estructura està a punt, la prima per peça es converteix en una partida defensable.

2. El mapa de resistivitat del sòl que va determinar 4.200 elèctrodes

La resposta honesta aQuan deixa de ser opcional un elèctrode químic?és el mapa de resistivitat del sòl. Per a la planta saudita vam executar un estudi Wenner de quatre pins a través de la petjada de la matriu d'1,8 km² amb pins a la profunditat prevista de l'elèctrode (sondes d'1,5 m i 3,0 m). El desglossament següent és el que utilitzo quan un EPC fa la mateixa pregunta en un projecte nou.

El número que importa és la lectura de resistivitat a la profunditat prevista de l'elèctrode, no la lectura de la superfície.Al jaciment saudita, la lectura superficial de quatre pins va ser de 380 Ω·cm (hauria suggerit que una vareta accionada era suficient); la lectura d'1,5 m va ser de 1.400 Ω·cm i la lectura de 3,0 m va ser de 1.800 Ω·cm. Sense l'estudi per capes, l'EPC hauria especificat un inventari de varetes accionades amb reg.

3. Què significa realment "sense manteniment" al nostre informe de prova de tipus

La frase és estàndard de la indústria però poc precisa, per això la fixem per escrit per a cada enviament. Un elèctrode de terra químic sense manteniment al nostre moll d'enviament té quatre propietats d'enginyeria que apareixen a l'informe de prova de tipus, i l'informe és el que un EPC hauria de demanar veure abans de signar l'ordre de compra.

1. Farciment higroscòpic (perIEC 62561-7).Bentonita composta amb sulfat de magnesi (no clorur de sodi, que ataca els nuclis revestits de coure). La prova d'estabilitat iònica a 60 °C / 30 dies detecta les dreceres dels proveïdors: els compostos compatibles mantenen una reducció de la resistivitat ≥80%; el lot del proveïdor del 2022 va baixar al 65%, cosa que va activar el canvi de compostos interns.
2. Nucli d'acer revestit de coure per aNEMA GR-1, Revestiment mínim de 254 µm.Controla la corrosió galvànica. Vam rebutjar un proveïdor del 2021 el revestiment del qual era de 180 µm, dins de les especificacions per a la connexió a terra de senyals de baix corrent, però massa prim per a la càrrega de corrent impulsiu que suporta una terminació ESE durant un esdeveniment de xoc.
3. Pou d'inspecció permanent amb finestra de mesurament amb pinça.Polímer de 300 mm × 300 mm × 300 mm (no formigó; esquerdes de formigó en cicles àrid-tèrmics). La lectura amb pinça permet a l'equip d'O&M comprovar la nova prova del cinquè any en 30 segons per placa.
4. No hi ha cap rereg programat en el pla d'operació i manteniment.El manual saudita demana una pinça de connexió el primer, el tercer i el cinquè any, res entremig. Un cicle de reg de sis o dotze mesos significa que l'elèctrode s'ha especificat malament.

La distinció entre unelèctrode de terra químici unvareta de terra d'ions electrolíticsa la nostra línia és geomètric, no funcional: tub de coure vs nucli d'acer revestit de coure, mateix farciment. Tots dos van proporcionar la mateixa mitjana de 3,1 Ω contra l'objectiu de 5 Ω a la planta saudita.

4. Els quatre estàndards amb referència creuada a l'especificació saudita

L'especificació saudita va creuar quatre estàndards. Quin estàndard regia quina decisió és la part que els EPC deixen més implícita; aquí teniu el mapa de treball.

Per a les plaques de MV i la subestació POI,IEEE 80iIEEE 665eren la restricció d'enllaç, no la resistència del pad en brut. Tots dos clients havien d'estar d'acord amb l'IEEE 837 abans que qualsevol dels dos s'aprovés.

5. On van anar realment els elèctrodes a la matriu

A la planta saudita, la pregunta "on els poso?" es va respondre amb un diagrama unilineal que l'EPC va revisar tres vegades abans de l'enviament del primer contenidor. Els elèctrodes químics van arribar a cinc tipus d'ubicacions diferents, i el document de contractació havia d'especificar quina norma regia quina ubicació, perquè la mateixa geometria d'elèctrode s'especificava de manera diferent per a cadascun.

Figura 2 — Un elèctrode químic de tipus vareta de terra d'ions electrolítics en un pou d'inspecció acabat en una plataforma inversora d'una planta saudita. El nucli revestit de coure està soldat exotèrmicament al conductor de terra de l'equip al nivell del pou d'inspecció.

1. Coixinets inversors.Va començar amb un per pad; va afegir un segon en 14 pads on l'enquesta d'1,5 m estava per sobre de 1.800 Ω·cm (1.316 elèctrodes, mitjana 3,1 Ω).
2. Plaques de transformador de MV.Dos elèctrodes per pad més una capa superficial de grava, dissenyats contra la finestra de voltatge de contacte i pas IEEE 80 (84 pads, 168 elèctrodes).
3. Caixes combinadores.Un elèctrode per caixa (1.890 elèctrodes).
4. Els dos extrems del tronc principal de connexió a terra de l'equip de CC.Dos elèctrodes (tronc d'1,4 km).
5. Terminacions de conductor de baixada de llamps ESE.24 terminals d'aire ESE al perímetre del quadre i a la carcassa de l'aparellatge de MT, cadascun amb una terminació de vareta de terra d'ions electrolítics (la capacitat de corrent impulsional era la restricció vinculant).

Total: 4.200 elèctrodes químics, que coincideixen amb el calendari de compres de l'EPC i els contenidors que van sortir de Xinchang entre setembre de 2020 i març de 2022. L'error que veig més sovint a la primera revisió és tractar els cinc tipus d'ubicació com a idèntics, però no ho són. El document de contractació ha d'especificar quina norma regeix quina ubicació.

6. L'especificació de la química de farciment que realment va diferenciar un proveïdor

En el projecte saudita, l'especificació del farciment va separar els dos finalistes de la llista de licitació. Un va enviar un catàleg de 14 pàgines amb una única referència IEC 62561-7 a la contraportada. L'altre va enviar un informe de prova de tipus de 38 pàgines que cobria el factor de reducció de resistivitat en quatre condicions d'humitat de referència, el resultat d'estabilitat iònica de 60 °C / 30 dies, la corba de retenció d'humitat de 90 dies i la declaració de compliment ambiental de la fase ESIA. El segon és el proveïdor que un EPC escriu en un pla d'operació i manteniment de 25 anys.

El llenguatge de contractació que vam acabar escrivint per a l'especificació saudita esmentava quatre propietats: les mateixes quatre que provem internament per a cada enviament i les mateixes quatre que apareixen al nostre informe de prova de tipus.

• Factor de reducció de la resistivitat (segons IEC 62561-7).Estàndard: 12:1 al 20% d'humitat de referència.
• Estabilitat iònica a llarg termini (60 °C / 30 dies de prova).Sulfat de magnesi sobre clorur de sodi (el clorur ataca els nuclis revestits de coure); llindar de retenció ≥80%. El lot del proveïdor del 2022 va tornar al 65%, el detonant per a la preparació interna.
• Retenció d'humitat durant un cicle d'assecat de 90 dies.Retenció del 73% després de 90 dies a 35 °C / 30% d'humitat relativa: el punt de dades que l'EPC va utilitzar per establir la nova prova del cinquè any.
• Compliment ambiental a ESIA.Supera el panell estàndard de lixiviats per sota d'1 mg/L per a metalls regulats.

La fàbrica que mostra l'informe de prova de tipus de quatre propietats és la que un EPC escriu en un pla d'operació i manteniment de 25 anys; la que només té un full de dimensions de vareta apareix al segon any amb un correu electrònic de "nou compost millorat".

7. Com hem especificat el procediment de sis passos per a l'EPC saudita

El procediment d'especificació de sis passos que vam seguir per a l'enginyeria d'infraestructures (EPC) és el mateix que apliquem a tots els projectes fotovoltaics a gran escala. No és una llista genèrica: cada pas té una decisió adjunta que un enginyer EPC ha de prendre sobre el seu projecte específic.

1. Executeu un estudi de resistivitat del sòl de quatre pins Wenner a tota la petjada planificada.Registre a profunditats de sonda d'1,5 m i 3,0 m. La discrepància superfície-profunditat al jaciment saudita va ser de 4× (380 Ω·cm vs 1.800 Ω·cm).
2. Estableix una resistència objectiu per pad a partir del diagrama unifilar del projecte.L'EPC saudita va establir 5 Ω per placa inversora i 1 Ω per a la xarxa equipotencial general; ambdues condicions es van mantenir durant la prova del cinquè any.
3. Especifiqueu per escrit la química del farciment, adjuntant l'informe de la prova tipus de quatre propietats.El lot de proveïdors del 2022 va ser el cas de prova: l'informe va detectar la retenció del 65% abans de l'enviament.
4. Bloqueja la geometria de la vareta i l'estàndard del connector.Revestiment de coure de 17,2 mm × 2,4 m per a les plaques d'inversors; geometria d'ions electrolítics de 25,4 mm × 2,4 m per a les plaques de MV i les terminacions de llamps. Connectors soldats exotèrmicament per aIEEE 837, sense pinces mecàniques.
5. Instal·leu-lo en sòl no remenat amb una cargola vertical de 100 mm.La mateixa barrena per a tota la matriu, sense eines especials. Ompliu l'anell abans de segellar el pou d'inspecció; eviteu la instal·lació a través d'aigua estancada (la regla general en aquest lloc és un període de sequera de 14 dies abans de la instal·lació).
6. Verificar amb una prova de caiguda de potencial a la posada en marxa i al cinquè any.Segons la família de mètodes IEEE 81; resistència logarítmica, temperatura del sòl i humitat. La nova prova de la planta saudita durant els cinc anys va donar una mitjana de 3,1 Ω amb un pitjor coixinet de 4,7 Ω.

8. El bloc de mida que no vam encertar la primera vegada

Els primers 200 elèctrodes de la planta saudita es van enviar amb una barrena de 75 mm (l'enginyer in situ de l'EPC l'havia utilitzat en un projecte anterior de vareta accionada) i les lectures de camp van tornar a una mitjana de 5,8 Ω contra un objectiu de 5 Ω; el compost no tenia espai per hidratar-se. Vam passar a 100 mm per als 4.000 elèctrodes restants i la mitjana va baixar a 3,1 Ω. Els 200 forats de mida insuficient no es van tornar a perforar; són el 6% de les pastilles de la banda "per sobre de 2.000 Ω·cm" que van rebre el tractament d'elèctrode doble.

La diferència de 0,4 Ω entre la barrena de 75 mm i la de 100 mm és la variable individual més gran del costat de la instal·lació que hem mesurat, i és la variable que controla l'enginyer d'obra de l'EPC, no la fàbrica ni la química del farciment. La línia de compostos es pot tensar des de la taula d'especificacions; la barrena no.

9. Com es connecta això amb la construcció solar global i per què és important per a la contractació d'EPC el 2026

Els 3,1 Ω de la planta saudita no són un valor atípic. En els nostres enviaments del 2020 al 2025 a instal·lacions fotovoltaiques a gran escala a l'Orient Mitjà, el nord d'Àfrica, el sud-oest dels Estats Units i l'interior d'Austràlia, la resistència mitjana de les plaquetes en instal·lacions correctament especificades ha arribat al rang de 2,8 a 3,6 Ω enfront d'un objectiu de 5 Ω. La dispersió de 0,8 Ω està impulsada per la disciplina de la banda de sòl i del diàmetre del forat de la barrena al costat de la instal·lació. La consistència de la química de farciment importa menys que la disciplina del diàmetre del forat de la barrena, una troballa que va sorprendre el nostre equip de control de qualitat quan vam auditar les dades de les proves del cinquè any amb els registres d'instal·lació.

Aquest patró de dades de camp es troba contra una construcció que s'està instal·lant, perSeguiment IEA-PVPS, més de 400 GW de nova capacitat fotovoltaica a l'any. El/La/Els/LesInstantànies de l'IEA-PVPS 2024confirma que el fotovoltaic acumulatiu ha superat els 2 TW; elIEA Renovables 2024L'informe projecta que l'energia fotovoltaica a escala de servei públic continuarà sent el principal contribuent a la nova capacitat renovable fins al 2030. Per als equips de compres, la connexió a terra ha passat d'una línia genèrica de varetes i brides a una categoria d'especificacions a escala de servei públic reconeguda, i els proveïdors que poden elaborar l'informe de prova de tipus de quatre propietats són els que guanyen la consulta.

10. Preguntes freqüents dels equips de contractació d'EPC

Què és un elèctrode de terra químic per a una granja solar?

Una vareta d'acer recoberta de coure instal·lada verticalment i envoltada per un compost de farciment higroscòpic que absorbeix la humitat ambiental, estabilitzant la resistència dels elèctrodes durant anys sense reg manual. A la planta saudita, se'n van enviar 4.200 entre el 2020 i el 2022 amb una mitjana de 3,1 Ω al cinquè any.

Per què és important la connexió a terra sense manteniment per a la fotovoltaica a gran escala?

Les plantes cobreixen des de desenes fins a centenars d'hectàrees amb milers d'ubicacions d'elèctrodes. Un elèctrode tradicional en un cicle de reg de sis o dotze mesos deixa l'actiu desprotegit si el calendari s'incompleix. La connexió a terra sense manteniment elimina el cicle.

Quina resistivitat del sòl és massa alta per a una vareta accionada sola?

Per sobre d'aproximadament 1.000 Ω·cm, una sola vareta revestida de coure no pot arribar de manera fiable a menys de 5 Ω a la placa sense un nombre excessiu de varetes o instal·lacions molt profundes. A la planta saudita, el 73% de la matriu es trobava a la banda de 1.000-2.000 Ω·cm; el 6% per sobre de 2.000 Ω·cm tenia elèctrodes de patró delta.

Quines normes s'apliquen a la connexió química a terra de les plantes fotovoltaiques?

IEEE 837per a connectors,IEEE 80 / IEEE 665per a un disseny d'estil subestació,IEC 62561-7per a compostos de posada a terra, iNFPA 70 (NEC) Article 690per a la connexió a terra del sistema fotovoltaic.NEMA GR-1cobreix la pròpia vareta.

Quant de temps dura en servei un elèctrode químic?

Un elèctrode correctament especificat ofereix una finestra de resistència estable durant tota la vida útil del disseny, de 25 a 30 anys. El revestiment de coure controla la corrosió galvànica; el farciment es manté actiu perquè és higroscòpic. Els 4.200 elèctrodes de la planta saudita no s'han regat des de la instal·lació.

Els elèctrodes químics compleixen els requisits de la norma NEC 690?

Sí.NFPA 70 (NEC) Article 690cobreix la connexió a terra del sistema fotovoltaic; un elèctrode químic amb un nucli revestit de coure iIEEE 837els accessoris compleixen el requisit.

En què es diferencia la química del farciment de la bentonita sola?

La bentonita pura és higroscòpica però esgota el contingut iònic durant les temporades seques. Un farciment sense manteniment afegeix un paquet de sals electrolítiques (normalment sulfat de magnesi) més un additiu de retenció d'humitat.

On s'han de col·locar els elèctrodes químics en un panell fotovoltaic?

A la planta saudita: 1.316 a les plataformes d'inversors, 168 a les plataformes de MV, 1.890 a les caixes combinadores, 2 a tots dos extrems del tronc de CC d'1,4 km, 24 a les terminacions de llamps ESE: 4.200 en total. La geometria varia segons la ubicació.

Quina diferència hi ha entre un elèctrode químic i una vareta de terra d'ions electrolítics?

S'utilitza indistintament en moltes fitxes tècniques.la nostra línia, l'elèctrode químic utilitza un tub de coure; elvareta de terra d'ions electrolíticsutilitza un nucli revestit de coure.

11. Tancament: què vam demanar a l'EPC saudita que ens enviés el primer dia

Si sou l'enginyer del projecte EPC amb el document de contractació obert, el mínim que ens permet fer un pressupost sense un bucle d'aclariment de sis setmanes són els mateixos sis elements que l'equip de Madrid va enviar a l'agost de 2020: el diagrama unifilar amb les ubicacions dels elèctrodes, l'estudi Wenner en capes a la profunditat planificada, els objectius de resistència per pad i per malla, l'estàndard del connector (normalmentIEEE 837), l'estàndard del compost de farciment (IEC 62561-7) i les restriccions de l'ESIA.

Per a un projecte en directe, el camí més ràpid és elpàgina del producte d'elèctrode de posada a terra química, elvareta de terra d'ions electrolíticsimòdul de terrapàgines, o lesEls 5 millorsbloc.Poseu-vos en contacte amb el nostre servei d'exportacióper a una conversa directa.