Kenttädataa 150 MW:n saudiarabialaisesta aurinkovoimalasta (4 200 kemiallista elektrodia, 3,1 Ω:n keskimääräinen kytkentävastus) ja Lähi-idän, Afrikan ja Kaakkois-Aasian vientitoimituksista: miksi vakiomalliset sähkösauvat pettävät hiekkaisessa, kivisessä ja lateriittimaassa – ja mitä hankinta-asiakirjassa sanotaan sen sijaan.

Keskustelu, johon haluan tämän artikkelin ankkuroida, käytiin elokuussa 2020, kun Madridissa toimiva energiayhtiö lähetti kyselyn, joka johti 150 MW:n Saudi-Arabian aurinkosähköprojektiin, josta tämän artikkelin kenttätiedot ovat peräisin. Kyselysähköpostissa kysyttiinkemialliset maadoitustangot...suuryhtiön mittakaavan aurinkosähkökohteelle, jossa maaperän resistiivisyysmittaus oli antanut tulokseksi 1 500–2 200 Ω·cm:n kaistan. Geotekniikan raportti oli selkeä, EPC oli pätevä ja kohde sijaitsi kalikivyöhykkeellä, jonka pääinsinööri oli nähnyt pienemmässä projektissa Chilessä vuonna 2018, jossa kasteltujen tankojen varasto oli ajautunut kosketusjännitemarginaalin yli kolmantena vuonna, koska kaksi suunniteltua kastelukäyntiä jätettiin väliin COVID-matkustusrajoitusten aikana. Hän ei halunnut toistaa tätä. Luemasi artikkeli on insinööritieteiden perustelu, joka esitettiin kyseisessä sähköpostissa – maaperätyyppikehys, jonka EPC lopulta kirjoitti hankinta-asiakirjaan, ja kenttätiedot laitokselta, joka sen tuotti.

Tämä opas on tarkoitettu hankintatiimeille, jotka vastaanottavat samankaltaisia ​​tiedusteluja: Lähi-idän, Afrikan ja SEA-hankkeiden omistajille, joiden geotekninen raportti on pöydällä, joiden suunnittelutiimi pyytää kemiallista elektrodia iskettävän sauvan sijaan ja joiden hankinta-asiakirja on kirjoitettava seuraavien kahden viikon aikana. Alla olevat kolme maalajityyppiä – hiekka, kivi ja lateriitti – esiintyvät useimmin näissä raporteissa, ja vikaantumistyypit ovat kullekin ominaisia. Se, mikä ei muutu kaikkien kolmen välillä, on hankintapuolen vastaus.

1. Hiekkainen maaperä – langan ilmassa aiheuttama vika

Kuiva hiekka on kolmesta vikaantumistavasta epäloogisin. Paperilla se näyttää täysin hienojakoiselta maadoitusväliaineelta: se on löysää, läpäisee hyvin vettä ja sitä on helppo kairata. Wennerin nelipinninen lukema kertoo kuitenkin toisenlaisen tarinan. Kuivan aavikkohiekan resistanssi 1 metrin syvyydessä on tyypillisesti 3 000–10 000 Ω·cm; dyynihiekan resistanssi 1,5 metrin syvyydessä voi pahimmassa tapauksessa olla yli 20 000 Ω·cm. Syy on ioninen, ei mekaaninen: kuivassa hiekassa ei ole juurikaan savea eikä liuenneita mineraaleja, jotka johtaisivat virran pois sauvan pinnalta.

Laskelmaa muuttaa tangon pinnan kosteus. A kemiallinen maadoitustankoon kuparipäällysteinen ydin 100 mm:n ruuvitaltalla varustetun renkaan sisällä, jonka täyttöön on käytetty hygroskooppista täyttömassaa (tyypillisesti bentoniittia ja magnesiumsulfaattia). Yhdiste imee ympäröivää kosteutta maaperästä ja vuodenaikojen kosteudesta, pitää sen tangon pintaa vasten ja vapauttaa hitaasti ionipitoisuutta välittömään maaperään. Tuloksena on, että tangon ja maaperän välinen rajapinta käyttäytyy kuin noin 200 Ω·cm:n maaperä, vaikka ympäröivän maan pinta-ala on 8 000 Ω·cm. NEMA GR-1 -tangon geometria pysyy muuttumattomana; ainoastaan ​​maaperään kosketus muuttuu.

Lähi-itään vuosina 2020–2025 tapahtuneissa toimituksissamme kemiallisilla maadoitussauvoilla varustettujen asennusten mediaanivastus 2 000–8 000 Ω·cm:n hiekkavyöhykkeellä oli 3,6 Ω, kun taas suunnittelutavoite oli 5 Ω, ilman kastelusykliä. Vierekkäisillä alueilla samalla vyöhykkeellä sijaitsevien maadoitussauvoilla varustettujen asennusten vastus oli käyttöönoton yhteydessä 18–42 Ω, ja ne uusittiin ensimmäisen vuoden aikana. Sauvan halkaisija oli sama. Ero oli täyttömassassa.

2. Kivinen maaperä – kaliikerrosten pullonkaula

Saudi-Arabian kenttädataa tuottaneella tutkimuspaikalla oli lounaisnurkassa 3,5 metrin paksuinen kaliksikerros. Alkuperäisessä spesifikaatiossa vaadittiin 2,4 metrin mittaisia ​​iskettäviä tankoja – jotka toimivat 94 %:ssa antennista. Loput 6 % sijaitsivat kaliksella, joka oli liian matala läpiajettavaksi ja liian resistiivinen jätettäväksi huomiotta. Kuuden elektrodialustan resistanssi kyseisessä nurkassa oli yli 4,7 Ω käyttöönoton yhteydessä, vaikka tanko oli pidennetty 3,0 metriin. Teimme kaksi asiaa: vaihdoimme deltakuvioituihin kaksoiselektrodeihin (kaksi 2,4 metrin tankoa kolmiossa jokaisen elektrodialustan ympärillä) ja lisäsimme...pylväsgrafiittimaadoitusmoduulitrinnan keskijännitemuuntajien kentissä. Viidennen vuoden uusintatesti antoi huonoimman tuloksen 4,7 Ω – suunnittelumarginaalin sisällä – koska moduulit pidensivät ekvipotentiaalipintaa sivusuunnassa kohdassa, jossa pystysuora reitti oli estetty.

Hankintatiimi jakaa kiviset kohteet kahteen käytännön luokkaan. Ensimmäinen on rikkoutunut kallio, jossa on maalla täytettyjä rakoja – kairauskelpoinen, mutta sauva koskettaa vain maajaetta, ei kalliomatriisia. Toinen on ehjä kallio tai kalikki (kalsiumkarbonaattisementoitu maa) suunnitellulla elektrodisyvyydellä tai sen lähellä, jossa poraaminen on joko mahdotonta tai kannattamatonta. Lähi-idässä ja Yhdysvaltojen länsiosissa on paljon toista luokkaa; suurissa osissa Saudi-Arabiassa, Qatarissa ja Arabiemiirikunnissa kalikkikerros on 2–4 metriä paksu, jaISRIC:n maailman maaperätiedotluettelo asettaa saman profiilin Sahelin ja Afrikan sarven alueelle kausiluonteisesti kuiville vyöhykkeille.

Syvempää hankintapuolen kysymystä kallioisilla työmailla vartenFAO:n maaperän luokittelutietokeskusantaa hankintatiimin ottaa alueellisen maaperäkartan käyttöön ennen geotekniikan urakoitsijan saapumista – halvin tapa selvittää, sijaitseeko työmaa kalkkikivi- vai rapautuneella graniittialustalla.FAO:n maailman maaperän viiteasiakirjaon kenttäviittaus maalajien nimille, jotka päätyvät BES-lomakkeelle (Bid Evaluation Sheet).

3. Lateriittimaaperä – vuodenaikojen vaihtelun ongelma

Lateriitti on maaperätyyppi, jossa tavallinen sähkösauva läpäisee käyttöönottovaiheen ja pettää sitten hiljaisesti kosketusjänniteikkunan kuivaan kauteen mennessä. Lateriitti on rauta- ja alumiinipitoinen jäännösmaa, jota esiintyy yleisesti trooppisessa Afrikassa (Nigeria, Ghana, Kenia, Mosambik), Etelä-Aasiassa (suuressa osassa Intian niemimaata, Sri Lanka, osissa Bangladeshia) ja osissa Etelä-Amerikkaa (Brasilian koillisosa, Guyana). Maaperäprofiili on hyvin ojitettu ja sen rautaoksidipitoisuus on korkea, mikä antaa sille ominaisen punaruskean värin.

Sähköongelma on vuodenaikojen vaihtelu. Julkaistut Länsi-Afrikan lateriitin kenttätutkimukset raportoivat tyypillisesti sadekauden resistiivisyydeksi 200–800 Ω·cm – täysin käyttökelpoinen tavalliselle kastelutangolle – ja kuivakauden resistiivisyydeksi yli 5 000 Ω·cm – käyttökelpoisen alueen ulkopuolella samalle kastelutangolle. Kastelutangot eivät muutu; niiden ympärillä oleva maaperä muuttuu. Kuuden kuukauden kastelusykli voi vakauttaa kuivakauden lukeman uudelleen, mutta sama kastelukuriongelma ilmenee uudelleen: kasteluryhmä, joka ei saavu paikalle oikeaan aikaan, jättää kastelualustan kosketusjänniteikkunan vikaantumisalueelle loppukuivan kauden ajaksi.

Erityisesti SEA-lateriittikohteilla pätee sama kausiluonteinen logiikka, mutta hieman eri ajoituksella: Indonesiassa ja Filippiineillä kuiva kausi on lyhyempi mutta voimakkaampi kuin Länsi-Afrikan kuiva kausi, mikä tarkoittaa, että vastuksen vaihtelu puristuu kapeampaan ikkunaan. Kemiallinen maadoitustanko -toimintamalli – kosteutta pidättävä täyttö, ei kastelukiertoa – toimii molemmissa tapauksissa.

4. Mitä hankinta-asiakirjassa on sanottava

Kaikissa kolmessa yllä mainitussa maaperätyypissä tekninen päätös on sama: vakiomallinen lyöty sauva ei ole oikea tuote. Hankinta-asiakirjassa on mainittava, mikä on oikea tuote.

Kolme hankintapuolen kontrollia tekevät eron ongelman ratkaisevan ja ongelman luovan spesifikaation välillä.

1. Tyyppitestausraportti liitteenä ostotilaukseen.Kemiallinen maadoitustanko ei ole vain kupariputki – se on sen sisällä oleva kemia. Toimittajan on lähetettävä neljän ominaisuuden tyyppitestiraportti: resistiivisyyden alenemiskerroin vertailukosteudessa, pitkäaikainen ionistabiilisuus 60 °C:ssa / 30 päivää, kosteudenpidätys 90 päivän kuivauksessa ja ESIA-vaiheen ympäristövaatimustenmukaisuus. Menetimme vuoden 2019 erän natriumkloridiseokselle (kloridi hyökkää kuparipäällysteisten ytimien kimppuun vaipan sisällä), ja vuoden 2022 toimittajaerämme ei läpäissyt ionistabiilisuustestiä 65 %:n pidättyvyydellä – alle sisäisen 80 %:n kynnysarvomme – minkä vuoksi hyväksyimme oman seostuslinjan. Toimittaja, joka ei pysty lähettämään kyseistä raporttia, on se toimittaja, joka ilmestyy paikalle toisen vuoden lopussa sähköpostiviestin kanssa, jossa lukee "meillä on uusi parannettu yhdiste".
2. Liittimen standardi on lukittu IEEE 837 -standardiin.Mekaaniset puristimet eivät läpäise impulssivirtatestiäIEC 62561-1eikä sitä tule käyttää suuryritysten projekteissa. Liitinstandardi on osa spesifikaatiota, joka suojaa omaisuutta koko 25 vuoden suunnitellun käyttöiän ajan.
3. Tangon geometria perNEMA GR-1.Halkaisija 17,2 mm - 25,4 mm, kuparivaipan paksuus ≥ 254 µm. Vaipan paksuudella on suurin merkitys impulssivirtakuormissa (ESE-päätteet, MV-tyynyt) – ohut vaippa pettää ensin.

5. Päätös – Mitä hankintapuolen on ensin kysyttävä

Tämän artikkelin avannut 150 MW:n saudiarabialainen voimalaitos saavutti viidennen vuoden uusintatestissä 3,1 Ω:n keskimääräisen täyttöalueen resistanssin 5 Ω:n suunnittelutavoitteeseen verrattuna. Huonoin täyttöalueen resistanssi oli 4,7 Ω lounaiskulmassa, jossa kalikipin pystysuora imu pysähtyi. Mitään näistä luvuista ei ollut olemassa hankintaperusteena, kun Madridin EPC lähetti elokuun 2020 tiedustelusähköpostin – ne ovat tulosta täyttökemian, liitosstandardin, sauvan geometrian ja maaperän ja kohteen uudelleenjärjestyksen kirjoittamisesta samaan asiakirjaan ja asennustiimin tekemästä työstä.

Jos olet projektin omistaja Lähi-idässä, Afrikassa tai Kaakkois-Aasiassa ja hankinta-asiakirja on avoin, kysymys siitä, pysyykö projekti suunnitteluikkunansa sisällä seuraavat 25 vuotta, ei ole "minkä tangon ostan" – vaan "mikä on maaperän resistiivisyys suunnitellulla elektrodisyvyydellä ja mikä yllä mainituista kolmesta vikaantumistavasta pätee". Hae ensin maaperää koskeva vastaus; tuotteen vastaus seuraa. Hankintakysymys on sitten, kumpi kahdesta tuoteperheestä –kemiallinen maadoitustanko or pylvään grafiittimaadoitusmoduuli(tai molemmat vaikeimmilla työmailla) — sopii maaperäluokkaan ja syvyysrajoitukseen. Koko kategoriasivu osoitteessa/kemiallinen-maadoituselektrodi/siinä on geometria-asetukset jaVuoden 2025 5 parasta elektrolyytti-ionimaadoitustangon valmistajaablogissa on toimittajalista.

Näytepaketin ja tiettyä projektia koskevan neljän ominaisuuden tyyppitestausraportin nopein reitti onyhteydenottosivuLähi-idän, Afrikan ja Kaakkois-Aasian projektien näytelähetykset lähtevät tehtaalta yleensä saman viikon aikana, ja tekniset vastaukset tulevat yhden arkipäivän kuluessa.