Δεδομένα πεδίου από φωτοβολταϊκό σταθμό ισχύος 150 MW στη Σαουδική Αραβία (4.200 χημικά ηλεκτρόδια, μέση αντίσταση πλακιδίου 3,1 Ω) και αποστολές εξαγωγής από τη Μέση Ανατολή/Αφρική/Νέα Αφρική: γιατί οι τυπικές ράβδοι με κίνηση αποτυγχάνουν σε αμμώδες, βραχώδες και λατεριτικό έδαφος — και τι αναφέρει αντ' αυτού το έγγραφο προμήθειας.

Η συζήτηση στην οποία θέλω να βασίσω αυτό το άρθρο έλαβε χώρα τον Αύγουστο του 2020, όταν μια EPC με έδρα τη Μαδρίτη έστειλε το ερώτημα που κατέληξε στο φωτοβολταϊκό έργο ισχύος 150 MW στη Σαουδική Αραβία από το οποίο προέρχονται τα δεδομένα πεδίου αυτού του άρθρου. Το email του ερωτήματος ρωτούσε γιαχημικές ράβδοι γείωσηςγια μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση κλίμακας κοινής ωφέλειας όπου η έρευνα ειδικής αντίστασης εδάφους είχε βρεθεί στη ζώνη των 1.500 έως 2.200 Ω·cm. Η γεωτεχνική έκθεση ήταν σαφής, το EPC ήταν ικανό και η τοποθεσία βρισκόταν σε μια ζώνη καλίτσε που είχε δει ο επικεφαλής μηχανικός σε ένα μικρότερο έργο στη Χιλή το 2018, όπου ένα απόθεμα ράβδων ποτίσματος είχε ξεπεράσει το όριο τάσης αφής κατά το τρίτο έτος επειδή δύο προγραμματισμένες επισκέψεις ποτίσματος παραλείφθηκαν κατά τη διάρκεια των ταξιδιωτικών περιορισμών λόγω COVID. Δεν ήθελε να το επαναλάβει αυτό. Το άρθρο που διαβάζετε είναι το μηχανικό επιχείρημα που προέκυψε από αυτό το email - το πλαίσιο τύπου εδάφους που το EPC τελικά έγραψε στο έγγραφο προμήθειας και τα δεδομένα πεδίου από το εργοστάσιο που το παρήγαγε.

Αυτός ο οδηγός απευθύνεται σε ομάδες προμηθειών που λαμβάνουν ένα παρόμοιο ερώτημα: ιδιοκτήτες έργων στη Μέση Ανατολή, την Αφρική και τη Νότια Αφρική, των οποίων η γεωτεχνική έκθεση βρίσκεται στο γραφείο, των οποίων η ομάδα σχεδιασμού ζητά χημικό ηλεκτρόδιο αντί για κινούμενη ράβδο και των οποίων το έγγραφο προμήθειας πρέπει να συνταχθεί τις επόμενες δύο εβδομάδες. Οι τρεις τύποι εδάφους που αναφέρονται παρακάτω - άμμος, βράχος και λατερίτης - είναι αυτοί που εμφανίζονται συχνότερα σε αυτές τις αναφορές και οι τρόποι αστοχίας είναι συγκεκριμένοι για τον καθένα. Αυτό που δεν αλλάζει και στα τρία είναι η απάντηση από την πλευρά της προμήθειας.

1. Αμμώδες έδαφος — η αστοχία του σύρματος στον αέρα

Η ξηρή άμμος είναι ο πιο αντιφατικός από τους τρεις τρόπους αστοχίας. Στα χαρτιά μοιάζει με ένα τέλεια λεπτό μέσο γείωσης: είναι χαλαρή, στραγγίζει καλά και είναι εύκολο να τρυπηθεί. Η ένδειξη Wenner τεσσάρων ακίδων, ωστόσο, λέει μια διαφορετική ιστορία. Η ξηρή άμμος ερήμου σε βάθος 1 m συνήθως έχει τιμή μεταξύ 3.000 και 10.000 Ω·cm· η άμμος αμμόλοφων σε βάθος 1,5 m μπορεί να έχει τιμή πάνω από 20.000 Ω·cm στη χειρότερη περίπτωση. Ο λόγος είναι ιοντικός, όχι μηχανικός: η ξηρή άμμος δεν έχει σχεδόν καθόλου περιεκτικότητα σε άργιλο και σχεδόν καθόλου περιεκτικότητα σε διαλυμένα ορυκτά για να άγει το ρεύμα μακριά από την επιφάνεια της ράβδου.

Αυτό που αλλάζει τον υπολογισμό είναι η υγρασία στην επιφάνεια της ράβδου. A χημική ράβδος γείωσηςείναι ένας πυρήνας επενδυμένος με χαλκό μέσα σε έναν κοχλιωτό δακτύλιο 100 mm, με τον δακτύλιο να γεμίζεται με ένα υγροσκοπικό υλικό επίχωσης (συνήθως μπεντονίτη αναμεμειγμένο με θειικό μαγνήσιο). Η ένωση απορροφά την υγρασία του περιβάλλοντος από το έδαφος και από την εποχιακή υγρασία, τη συγκρατεί στην επιφάνεια της ράβδου και απελευθερώνει αργά ιοντικό περιεχόμενο στον άμεσο όγκο του εδάφους. Το αποτέλεσμα είναι ότι η διεπαφή ράβδου-εδάφους συμπεριφέρεται σαν έδαφος περίπου 200 Ω·cm, ακόμη και όταν το περιβάλλον χώμα έχει διάμετρο 8.000 Ω·cm. Η γεωμετρία της ράβδου NEMA GR-1 παραμένει αμετάβλητη. Αυτό που αλλάζει είναι η επαφή με το έδαφος.

Στις αποστολές μας στη Μέση Ανατολή μεταξύ 2020 και 2025, η μέση αντίσταση του πέλματος σε εγκαταστάσεις ράβδων χημικής γείωσης στη ζώνη άμμου 2.000 έως 8.000 Ω·cm προσγειώθηκε στα 3,6 Ω έναντι ενός στόχου σχεδιασμού 5 Ω, χωρίς κύκλο ποτίσματος. Οι εγκαταστάσεις μόνο με κινούμενες ράβδους σε γειτονικές τοποθεσίες στην ίδια ζώνη έδειξαν τιμή μεταξύ 18 και 42 Ω κατά την έναρξη λειτουργίας και επανατοποθετήθηκαν με τρυπάνι εντός του πρώτου έτους. Η διάμετρος της ράβδου ήταν η ίδια. Η διαφορά ήταν η επίχωση.

2. Βραχώδες Έδαφος — το Στρώμα Συμφόρησης του Στρώματος Καλίχη

Η τοποθεσία στη Σαουδική Αραβία που παρήγαγε τα δεδομένα πεδίου σε αυτό το άρθρο είχε ένα στρώμα καλίς στα 3,5 m στη νοτιοδυτική γωνία της συστοιχίας. Η αρχική προδιαγραφή προέβλεπε ράβδους 2,4 m που κινούνταν — κάτι που λειτουργούσε στο 94% της συστοιχίας. Το υπόλοιπο 6% βρισκόταν σε καλίς πολύ ρηχό για να περάσει μέσα από αυτό και πολύ ανθεκτικό για να αγνοηθεί. Τα έξι μαξιλαράκια σε αυτήν τη γωνία έδειχναν πάνω από 4,7 Ω κατά την έναρξη λειτουργίας, ακόμη και με τη ράβδο εκτεταμένη στα 3,0 m. Κάναμε δύο πράγματα: αλλάξαμε σε διπλά ηλεκτρόδια με μοτίβο δέλτα (δύο ράβδοι 2,4 m σε ένα τρίγωνο γύρω από κάθε μαξιλαράκι) και προσθέσαμεενότητες εδάφους από γραφίτη στήληςστα πέλματα μετασχηματιστών μέσης τάσης παράλληλα. Η επανάληψη της δοκιμής για το πέμπτο έτος επέστρεψε στα 4,7 Ω με τη χειρότερη τιμή — εντός του ορίου σχεδιασμού — επειδή οι μονάδες επέκτειναν την ισοδυναμική επιφάνεια πλευρικά όπου η κατακόρυφη διαδρομή ήταν μπλοκαρισμένη.

Οι βραχώδεις τοποθεσίες εμπίπτουν σε δύο πρακτικές κατηγορίες για την ομάδα προμηθειών. Η πρώτη είναι ο ρηγματωμένος βράχος με κενά γεμάτα με χώμα — που μπορεί να τρυπηθεί, αλλά η ράβδος έρχεται σε επαφή μόνο με το κλάσμα του εδάφους, όχι με τη μήτρα του βράχου. Η δεύτερη είναι άθικτος βράχος ή καλίς (έδαφος με ανθρακικό ασβέστιο) στο ή κοντά στο προβλεπόμενο βάθος ηλεκτροδίου, όπου η οδήγηση καθίσταται είτε αδύνατη είτε ασύμφορη. Η Μέση Ανατολή και οι δυτικές ΗΠΑ αντιμετωπίζουν μεγάλο μέρος της δεύτερης κατηγορίας. μεγάλα τμήματα της Σαουδικής Αραβίας, του Κατάρ και των ΗΑΕ έχουν στρώμα καλίς μεταξύ 2 και 4 μέτρων, και τοISRIC Παγκόσμιες Πληροφορίες ΕδάφουςΟ κατάλογος παρουσιάζει το ίδιο προφίλ σε όλο το Σαχέλ και το Κέρας της Αφρικής σε εποχικά ξηρές ζώνες.

Για ένα βαθύτερο ζήτημα που αφορά τις προμήθειες σε βραχώδεις τοποθεσίες, τοΚόμβος δεδομένων ταξινόμησης εδάφους FAOεπιτρέπει σε μια ομάδα προμηθειών να καταρτίσει τον περιφερειακό χάρτη εδάφους πριν κινητοποιηθεί ο γεωτεχνικός εργολάβος — το φθηνότερο μέρος για να μάθετε εάν η τοποθεσία βρίσκεται σε υπόστρωμα από καλίτσε ή φθαρμένο γρανίτη.Έγγραφο αναφοράς FAO για τα παγκόσμια εδάφηείναι η αναφορά πεδίου για ονόματα κλάσεων εδάφους που καταλήγουν σε ένα BES (Φύλλο Αξιολόγησης Προσφορών).

3. Έδαφος λατερίτη — το πρόβλημα της εποχιακής ταλάντωσης

Ο λατερίτης είναι ο τύπος εδάφους όπου μια τυπική ράβδος με κίνηση περνάει από την έναρξη λειτουργίας και στη συνέχεια αποτυγχάνει ήσυχα στο παράθυρο τάσης αφής κατά την περίοδο ξηρασίας. Ο λατερίτης είναι ένα πλούσιο σε σίδηρο και αλουμίνιο υπολειμματικό έδαφος, κοινό σε όλη την τροπική Αφρική (Νιγηρία, Γκάνα, Κένυα, Μοζαμβίκη), τη Νότια Ασία (μεγάλο μέρος της χερσονήσου της Ινδίας, Σρι Λάνκα, μέρη του Μπαγκλαντές) και μέρη της Νότιας Αμερικής (βορειοανατολική Βραζιλία, Γουιάνα). Το προφίλ του εδάφους είναι καλά στραγγιζόμενο και έχει υψηλή περιεκτικότητα σε οξείδια του σιδήρου, γεγονός που του δίνει το χαρακτηριστικό κόκκινο-καφέ χρώμα.

Το ηλεκτρικό πρόβλημα είναι η εποχιακή ταλάντωση. Δημοσιευμένες επιτόπιες έρευνες για τον λατερίτη της Δυτικής Αφρικής αναφέρουν συνήθως ειδική αντίσταση κατά την περίοδο της υγρής περιόδου στην περιοχή των 200 έως 800 Ω·cm — απόλυτα λειτουργική για μια τυπική ράβδο με κίνηση — και ειδική αντίσταση κατά την περίοδο της ξηρασίας πάνω από 5.000 Ω·cm — εκτός του λειτουργικού εύρους για την ίδια ράβδο. Η ράβδος με κίνηση δεν αλλάζει· το έδαφος γύρω της αλλάζει. Ένας κύκλος ποτίσματος 6 μηνών μπορεί να επανασταθεροποιήσει την ένδειξη της περιόδου της ξηρασίας, αλλά επανεμφανίζεται το ίδιο πρόβλημα πειθαρχίας ποτίσματος: ένα συνεργείο ποτίσματος που δεν εμφανίζεται την κατάλληλη στιγμή αφήνει το μαξιλάρι μέσα στη ζώνη αστοχίας του παραθύρου τάσης αφής για το υπόλοιπο της περιόδου της ξηρασίας.

Για τις τοποθεσίες λατερίτη SEA συγκεκριμένα, ισχύει η ίδια εποχιακή λογική με ελαφρώς διαφορετικό εποχιακό χρονισμό: η περίοδος ξηρασίας στην Ινδονησία και τις Φιλιππίνες είναι μικρότερη αλλά πιο έντονη από την περίοδο ξηρασίας στη Δυτική Αφρική, πράγμα που σημαίνει ότι η ταλάντωση αντίστασης συμπιέζεται σε ένα πιο στενό παράθυρο. Το μοντέλο λειτουργίας χημικής χωμάτινης ράβδου - επίχωση που συγκρατεί την υγρασία, χωρίς κύκλο ποτίσματος - λειτουργεί και στις δύο περιπτώσεις.

4. Τι αναφέρει το Έγγραφο Προμήθειας

Και στους τρεις παραπάνω τύπους εδάφους, η μηχανική απόφαση είναι η ίδια: η τυπική ράβδος δεν είναι το σωστό προϊόν. Το έγγραφο προμήθειας πρέπει να αναφέρει τι είναι.

Τρία στοιχεία ελέγχου από την πλευρά των προμηθειών κάνουν τη διαφορά μεταξύ μιας προδιαγραφής που λύνει το πρόβλημα και μιας προδιαγραφής που δημιουργεί το πρόβλημα.

1. Έκθεση δοκιμής τύπου επισυνάπτεται στην παραγγελία.Μια ράβδος χημικής γείωσης δεν είναι απλώς ο χάλκινος σωλήνας — είναι η χημεία που περιέχει. Ο προμηθευτής πρέπει να στείλει μια αναφορά δοκιμής τύπου τεσσάρων ιδιοτήτων: συντελεστής μείωσης ειδικής αντίστασης σε υγρασία αναφοράς, μακροπρόθεσμη ιοντική σταθερότητα στους 60 °C / 30 ημέρες, κατακράτηση υγρασίας σε 90 ημέρες ξήρανσης και περιβαλλοντική συμμόρφωση σταδίου ESIA. Χάσαμε μια παρτίδα του 2019 σε ένα μείγμα χλωριούχου νατρίου (το χλωρίδιο προσβάλλει τους πυρήνες με επικάλυψη χαλκού μέσα στο περίβλημα) και η παρτίδα προμηθευτή μας του 2022 απέτυχε στη δοκιμή ιοντικής σταθερότητας σε κατακράτηση 65% — κάτω από το εσωτερικό μας όριο 80% — γι' αυτό και εγκρίναμε μια εσωτερική γραμμή σύνθεσης. Ο προμηθευτής που δεν μπορεί να στείλει αυτήν την αναφορά είναι ο προμηθευτής που εμφανίζεται στο τέλος του δεύτερου έτους με ένα email "έχουμε μια νέα βελτιωμένη σύνθεση".
2. Πρότυπο σύνδεσης κλειδωμένο στο IEEE 837.Οι μηχανικοί σφιγκτήρες αποτυγχάνουν στη δοκιμή παλμικού ρεύματος σεIEC 62561-1και δεν πρέπει να χρησιμοποιείται σε έργο κλίμακας κοινής ωφέλειας. Το πρότυπο σύνδεσης είναι το μέρος των προδιαγραφών που προστατεύει το περιουσιακό στοιχείο καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του σχεδιασμού των 25 ετών.
3. Γεωμετρία ράβδου ανάNEMA GR-1.Διάμετρος 17,2 mm έως 25,4 mm, πάχος επένδυσης χαλκού ≥ 254 µm. Το πάχος της επένδυσης έχει τη μεγαλύτερη σημασία στα φορτία κρουστικού ρεύματος (τερματισμοί ESE, πέλματα MV) — μια λεπτή επένδυση αποτυγχάνει πρώτη.

5. Κλείσιμο — Τι πρέπει να ζητήσει πρώτα η πλευρά των προμηθειών

Το εργοστάσιο της Σαουδικής Αραβίας, ισχύος 150 MW, που άνοιξε αυτό το άρθρο, επέστρεψε σε μέση αντίσταση τακακιού 3,1 Ω έναντι ενός στόχου σχεδιασμού 5 Ω στην επανάληψη της δοκιμής του πέμπτου έτους, με το χειρότερο τακάκι στα 4,7 Ω στη νοτιοδυτική γωνία όπου το καλίτσε σταμάτησε την κάθετη κίνηση. Κανένας από αυτούς τους αριθμούς δεν υπήρχε ως επιχείρημα προμηθειών όταν η EPC της Μαδρίτης έστειλε το email ερωτήματος του Αυγούστου 2020 - είναι το αποτέλεσμα της σύνταξης της χημείας επίχωσης, του προτύπου σύνδεσης, της γεωμετρίας της ράβδου και της επαναπροσδιορισμού της αλληλουχίας εδάφους-στόχου στο ίδιο έγγραφο και στη συνέχεια της άδειας του συνεργείου εγκατάστασης να κάνει την εργασία.

Εάν είστε ιδιοκτήτης έργου στη Μέση Ανατολή, την Αφρική ή τη Νοτιοανατολική Ασία και το έγγραφο προμήθειας είναι ανοιχτό, το ερώτημα που καθορίζει εάν το έργο θα παραμείνει εντός του παραθύρου σχεδιασμού του για τα επόμενα 25 χρόνια δεν είναι «ποια ράβδο πρέπει να αγοράσω» — αλλά «ποια είναι η ειδική αντίσταση του εδάφους στο προβλεπόμενο βάθος ηλεκτροδίου και ποιος από τους τρεις παραπάνω τρόπους αστοχίας ισχύει». Λάβετε πρώτα την απάντηση για το έδαφος. Ακολουθεί η απάντηση για το προϊόν. Το ερώτημα προμήθειας είναι στη συνέχεια ποια από τις δύο οικογένειες προϊόντων —χημική ράβδος γείωσης or ενότητα εδάφους από γραφίτη στήλης(ή και τα δύο, στις πιο δύσκολες τοποθεσίες) — ταιριάζει στην εδαφική ζώνη και στο όριο βάθους. Η πλήρης σελίδα κατηγορίας στη διεύθυνση/ηλεκτρόδιο-χημικής-γείωσης/έχει τις επιλογές γεωμετρίας και τοΟι 5 κορυφαίοι κατασκευαστές ηλεκτρολυτικών ιόντων γείωσης για το 2025Το ιστολόγιο έχει τη λίστα με τους προμηθευτές.

Για ένα πακέτο δειγμάτων και μια αναφορά δοκιμής τύπου τεσσάρων ιδιοτήτων σε ένα συγκεκριμένο έργο, η ταχύτερη διαδρομή είναι ησελίδα επικοινωνίαςΟι αποστολές δειγμάτων για έργα Μέσης Ανατολής, Αφρικής και Νότιας Αφρικής συνήθως φεύγουν από το εργοστάσιο εντός της ίδιας εβδομάδας, με τις τεχνικές απαντήσεις να αποστέλλονται εντός μίας εργάσιμης ημέρας.