Unha guía de especificación de datos de campo para enxeñeiros de EPC solares: como 4200 eléctrodos de terra química enviados a unha planta fotovoltaica saudita de 150 MW mantiveron unha resistencia de almofada de 3,1 Ω durante cinco anos nun solo de 1800 Ω·cm, e os pasos de adquisición, instalación e auditoría que nos levaron ata alí.

Os datos de campo deste artigo proceden dunha planta fotovoltaica saudita de 150 MW que nos chegou en agosto de 2020 como unha consulta rutineira. A EPC con sede en Madrid pasou do prezo por peza ás especificacións no segundo correo electrónico; o seu enxeñeiro principal vivira un proxecto de 50 MW en 2018 no que un inventario de varillas con auga superara a marxe de tensión de contacto no terceiro ano. A continuación móstrase a secuencia de adquisición, instalación e auditoría que produciu o modelo operativo de media de 3,1 Ω / peor de 4,7 Ω / cinco anos sen mantemento, e o lote do único provedor que case o rompe.

1. A especificación sen mantemento que comezou cunha planta de varas regadas con fallos

O fallo de referencia foi unha planta fotovoltaica chilena de 50 MW posta en servizo en 2018 con varillas revestidas de cobre accionadas convencionais e un ciclo de rega de seis meses. No terceiro ano, a xanela de tensión de contacto en seis almofadas do inversor superara a marxe de deseño porque se omitiron dúas visitas de rega programadas en 2020 (restricións de viaxe pola COVID). As varillas non fallaran fisicamente, senón que se secaron. A resistencia das almofadas superou o limiar de 5 Ω en tres das seis almofadas.

Esa é a fenda operativa que pecha un eléctrodo de terra química. O noso produto é un núcleo de aceiro revestido de cobre (de 17,2 mm a 25,4 mm) dentro dun anel con barrena de 100 mm a 150 mm, recheo cun composto higroscópico: arxila bentonítica combinada con sulfato de magnesio e un aditivo de retención de humidade. O composto absorbe a humidade ambiente e a mantén contra a superficie da vara; o sulfato de magnesio mantén condutor o volume inmediato do solo. A consecuencia a nivel de planta é que a xanela de tensión de contacto permanece dentro da marxe de deseño durante a vida útil de deseño de 25 a 30 anos, e o ciclo de rego sae do plan de operación e mantemento.

Para o proxecto saudita, a diferenza entre unha vara con auga e un eléctrodo químico era un compromiso de operación e mantemento de cinco anos que a empresa de ingeniería, enxeñería e informática, incluíu no activo desde o primeiro día. Unha vez que a estrutura está lista, a prima por peza convértese nunha partida defendible.

2. O mapa de resistividade do solo que decidiu 4.200 eléctrodos

A resposta honesta aCando deixa de ser opcional un eléctrodo químico?é o mapa de resistividade do solo. Para a planta saudita, realizamos un estudo Wenner de catro pinos na pegada da matriz de 1,8 km² con pinos á profundidade planificada dos eléctrodos (sondas de 1,5 m e 3,0 m). O desglose a continuación é o que utilizo cando un EPC fai a mesma pregunta nun novo proxecto.

O número que importa é a lectura de resistividade á profundidade planificada do eléctrodo, non a lectura da superficie.Na localización saudita, a lectura superficial de catro pines foi de 380 Ω·cm (tería suxerido que unha vara accionada era suficiente); a lectura de 1,5 m foi de 1.400 Ω·cm e a de 3,0 m foi de 1.800 Ω·cm. Sen o estudo por capas, o EPC tería especificado un inventario de varas accionadas con auga.

3. Que significa realmente «sen mantemento» no noso informe de proba de tipo

A frase é estándar na industria pero descoidada, polo que a fixamos por escrito para cada envío. Un eléctrodo de terra química libre de mantemento no noso peirao de envío ten catro propiedades de enxeñaría que aparecen no informe de proba de tipo, e o informe é o que un EPC debería solicitar ver antes de asinar o pedido.

1. Recheo higroscópico (porIEC 62561-7).Bentonita mesturada con sulfato de magnesio (non cloruro de sodio, que ataca os núcleos revestidos de cobre). A proba de estabilidade iónica a 60 °C / 30 días detecta os atallos do provedor: os compostos conformes manteñen unha redución da resistividade ≥80 %; o lote do provedor de 2022 baixou ao 65 %, o que activou o cambio á mestura interna.
2. Núcleo de aceiro revestido de cobre paraNEMA GR-1, Revestimento mínimo de 254 µm.Controla a corrosión galvánica. Rexeitamos un provedor de 2021 cuxo revestimento era de 180 µm, dentro das especificacións para a conexión a terra de sinais de baixa corrente, pero demasiado fino para a carga de corrente de impulso que soporta unha terminación ESE durante un evento de detonación.
3. Pozo de inspección permanente cunha xanela de medición con abrazadera.Polímero de 300 mm × 300 mm × 300 mm (non formigón; fendas no formigón en ciclos áridos-térmicos). A lectura con abrazadera permite que o equipo de operación e mantemento comprobe a nova proba do quinto ano en 30 segundos por almofada.
4. Non hai rego programado no plan de operación e mantemento.O manual saudita require unha pinza de conexión no primeiro, terceiro e quinto ano, sen nada intermedio. Un ciclo de rego de seis ou doce meses significa que o eléctrodo foi mal especificado.

A distinción entre unhaeléctrodo de conexión a terra químicae unvara de terra de ións electrolíticosna nosa liña é xeométrico, non funcional: tubo de cobre fronte a núcleo de aceiro revestido de cobre, mesmo recheo. Ambos entregaron a mesma media de 3,1 Ω fronte ao obxectivo de 5 Ω na planta saudita.

4. Os catro estándares con referencia cruzada na especificación saudita

A especificación saudita cruzou catro estándares. Cal é o estándar que rexe cada decisión é a parte que os certificados de eficiencia energética adoitan deixar implícita; aquí está o mapa de traballo.

Para as plataformas de media tensión e a subestación POI,IEEE 80eIEEE 665eran a restrición de unión, non a resistencia bruta da almofada. Ambos os condutores tiñan que estar de acordo co IEEE 837 antes de que calquera deles asinase.

5. Onde foron colocados os eléctrodos na matriz

Na planta saudita, a pregunta de "onde os poño?" respondeuse cun diagrama unifilar que o EPC revisou tres veces antes do envío do primeiro contedor. Os eléctrodos químicos chegaron a cinco tipos de localizacións distintas, e o documento de contratación tiña que especificar que estándar rexía cada localización, porque a mesma xeometría de eléctrodos especificábase de forma diferente para cada unha.

Figura 2: Un eléctrodo químico de tipo varilla de terra de ións electrolíticos nun pozo de inspección acabado nunha plataforma inversora dunha planta saudita. O núcleo revestido de cobre está soldado exotermicamente ao condutor de terra do equipo no nivel do pozo de inspección.

1. Almofadas inversoras.Comecei cun por almofada; engadíuse un segundo en 14 almofadas onde a medición de 1,5 m estaba por riba de 1800 Ω·cm (1316 eléctrodos, media de 3,1 Ω).
2. Placas de transformador de media tensión.Dous eléctrodos por almofada máis unha capa superficial de grava, deseñados contra a xanela de tensión de contacto e paso IEEE 80 (84 almofadas, 168 eléctrodos).
3. Caixas combinadoras.Un eléctrodo por caixa (1.890 eléctrodos).
4. Ambos extremos da liña troncal principal de conexión a terra do equipo de CC.Dous eléctrodos (tronco de 1,4 km).
5. Terminacións de condutores de baixada de raios ESE.24 terminais aéreos ESE no perímetro do conxunto e na carcasa do aparello de distribución de media tensión, cada un cunha terminación de vara de terra de ións electrolíticos (a capacidade de corrente impulsiva foi a restrición vinculante).

Total: 4.200 eléctrodos químicos, que coinciden co calendario de adquisicións da EPC e cos contedores que saíron de Xinchang entre setembro de 2020 e marzo de 2022. O erro que vexo con máis frecuencia na primeira revisión é tratar os cinco tipos de localización como idénticos, non o son. O documento de adquisición ten que especificar que estándar rexe cada localización.

6. A especificación da química de recheo que realmente diferenciou a un provedor

No proxecto saudita, a especificación do recheo separou os dous finalistas na lista de ofertas. Un deles enviou un catálogo de 14 páxinas cunha única referencia á norma IEC 62561-7 na contraportada. O outro enviou un informe de proba de tipo de 38 páxinas que abarcaba o factor de redución da resistividade en catro condicións de humidade de referencia, o resultado da estabilidade iónica a 60 °C / 30 días, a curva de retención de humidade a 90 días e a declaración de conformidade ambiental na fase ESIA. O segundo é o provedor que un EPC inclúe nun plan de operación e mantemento de 25 anos.

A linguaxe de contratación que acabamos escribindo para a especificación saudita mencionaba catro propiedades: as mesmas catro que probamos internamente para cada envío e as mesmas catro que aparecen no noso informe de proba de tipo.

• Factor de redución da resistividade (segundo IEC 62561-7).Estándar: 12:1 a unha humidade de referencia do 20 %.
• Estabilidade iónica a longo prazo (60 °C / 30 días de repetición da proba).Sulfato de magnesio sobre cloruro de sodio (o cloruro ataca os núcleos revestidos de cobre); limiar de retención ≥80 %. O lote do provedor de 2022 volveu ao 65 %, o detonante para a mestura interna.
• Retención de humidade durante un ciclo de secado de 90 días.Retención do 73 % despois de 90 días a 35 °C/30 % de HR: o punto de datos que o EPC utilizou para establecer a nova proba do quinto ano.
• Conformidade ambiental na ESIA.Cumpre o panel estándar de lixiviados por debaixo de 1 mg/L para metais regulados.

A fábrica que mostra o informe de probas de tipo de catro propiedades é a que un EPC escribe nun plan de operación e mantemento de 25 anos; a que só ten unha folla de dimensións das varas aparece no segundo ano cun correo electrónico de "novo composto mellorado".

7. Como especificamos o procedemento de seis pasos para o EPC saudita

O procedemento de especificación de seis pasos polo que guiamos o EPC é o mesmo que executamos en todos os proxectos fotovoltaicos a escala de servizo público. Non é unha lista xenérica: cada paso ten unha decisión asociada que un enxeñeiro EPC debe tomar no seu proxecto específico.

1. Executar un estudo de resistividade do solo con catro pinos Wenner en toda a pegada planificada.Rexistro a profundidades de sonda de 1,5 m e 3,0 m. A discrepancia superficie-profundidade no sitio saudita foi de 4× (380 Ω·cm fronte a 1.800 Ω·cm).
2. Define unha resistencia obxectivo por almofada a partir do diagrama unifilar do proxecto.O EPC saudita estableceu 5 Ω por almofada do inversor e 1 Ω para a rede equipotencial xeral; ambos os valores mantivéronse durante a nova proba do quinto ano.
3. Especifique por escrito a química do recheo, adxuntando o informe de proba tipo de catro propiedades.O lote de provedores de 2022 foi o caso de proba: o informe detectou a retención do 65 % antes do envío.
4. Bloquea a xeometría da vara e o estándar do conector.Revestimento de cobre de 17,2 mm × 2,4 m para placas de inversores; xeometría de ións electrolíticos de 25,4 mm × 2,4 m para placas de media tensión e terminacións de raios. Conectores soldados exotérmicamente paraIEEE 837, sen abrazaderas mecánicas.
5. Instálelo en solo non alterado cunha barrena vertical de 100 mm.O mesmo barreno en toda a matriz, sen ferramentas especiais. Reencha o anel antes de selar o pozo de inspección; evite a instalación a través de auga estancada (neste sitio, a regra xeral é un período de seca de 14 días antes da instalación).
6. Verificar cunha proba de caída de potencial na posta en servizo e no quinto ano.Segundo a familia de métodos IEEE 81; resistencia logarítmica, temperatura do solo e humidade. A nova proba do quinto ano da planta saudita deu unha media de 3,1 Ω cunha almofada de 4,7 Ω como peor resultado.

8. O bloque de tallas que non acertamos á primeira

Os primeiros 200 eléctrodos da planta saudita enviáronse cunha barrena de 75 mm (o enxeñeiro de obra do EPC xa a usara nun proxecto anterior de varillas accionadas) e as lecturas de campo deron unha media de 5,8 Ω fronte a un obxectivo de 5 Ω; o composto non tiña espazo para hidratarse. Pasamos a 100 mm para os 4000 eléctrodos restantes e a media baixou a 3,1 Ω. Os 200 orificios de tamaño insuficiente non foron re-barreados; son o 6 % das almofadas na banda "por riba de 2000 Ω·cm" que recibiron o tratamento de dobre eléctrodo.

A diferenza de 0,4 Ω entre a barrena de 75 mm e a de 100 mm é a variable individual máis grande do lado da instalación que medimos, e é a variable que controla o enxeñeiro de obra de EPC, non a fábrica nin a química do recheo. A liña de mesturado pódese axustar desde a mesa de especificacións; a barrena non.

9. Como se conecta isto coa construción solar global e por que é importante para a adquisición de EPC en 2026

Os 3,1 Ω da planta saudita non son un valor atípico. Nos nosos envíos de 2020 a 2025 a plantas fotovoltaicas a escala de servizos públicos no Oriente Medio, o norte de África, o suroeste dos Estados Unidos e o interior de Australia, a resistencia media das almofadas en instalacións especificadas correctamente situouse no rango de 2,8 a 3,6 Ω fronte a un obxectivo de 5 Ω. A dispersión de 0,8 Ω está impulsada pola disciplina da banda do solo e do diámetro do burato da barrena no lado da instalación. A consistencia da química do recheo importa menos que a disciplina do diámetro do burato da barrena, un achado que sorprendeu ao noso equipo de control de calidade cando auditamos os datos das probas do quinto ano cos rexistros de instalación.

Ese patrón de datos de campo atópase contra unha compilación que se está a instalar agora, porSeguimento IEA-PVPS, máis de 400 GW de nova capacidade fotovoltaica ao ano.Instantánea da IEA-PVPS 2024confirma que o fotovoltaico acumulado superou os 2 TW; oAIE Enerxías Renovables 2024O informe proxecta que a enerxía fotovoltaica a escala de servizos públicos seguirá sendo o maior contribuínte á nova capacidade renovable ata 2030. Para os equipos de compras, a conexión a terra pasou dunha liña xenérica de varas e abrazadeiras a unha categoría de especificación a escala de servizos públicos recoñecida, e os provedores que poden elaborar o informe de proba de tipo de catro propiedades son os que gañan a consulta.

10. Preguntas frecuentes dos equipos de contratación de EPC

Que é un eléctrodo de terra químico para unha planta solar?

Unha varilla de aceiro revestida de cobre instalada verticalmente e rodeada por un composto de recheo higroscópico que absorbe a humidade ambiente, estabilizando a resistencia dos eléctrodos durante anos sen rego manual. Na planta saudita, enviáronse 4.200 unidades entre 2020 e 2022 cunha media de 3,1 Ω ao quinto ano.

Por que é importante a conexión a terra sen mantemento para as instalacións fotovoltaicas a grande escala?

As plantas cobren decenas ou centos de hectáreas con miles de localizacións de eléctrodos. Un eléctrodo tradicional nun ciclo de rega de seis ou doce meses deixa o activo desprotexido se o programa se incumpre. A conexión a terra sen mantemento elimina o ciclo.

Que resistividade do solo é demasiado alta para unha vara accionada soa?

Por riba de aproximadamente 1.000 Ω·cm, unha soa vara revestida de cobre accionada non pode alcanzar de forma fiable menos de 5 Ω na almofada sen un número razoable de varas ou instalacións moi profundas. Na planta saudita, o 73 % da matriz estaba na banda de 1.000-2.000 Ω·cm; o 6 % por riba de 2.000 Ω·cm tiña eléctrodos de patrón delta.

Que normas se aplican á conexión a terra química nas plantas fotovoltaicas?

IEEE 837para conectores,IEEE 80 / IEEE 665para o deseño de estilo subestación,IEC 62561-7para compostos de posta a terra eNFPA 70 (NEC) Artigo 690para a conexión a terra do sistema fotovoltaico.NEMA GR-1cobre a propia vara.

Canto tempo dura en servizo un eléctrodo químico?

Un eléctrodo especificado correctamente ofrece unha xanela de resistencia estable para toda a vida útil do deseño, de 25 a 30 anos. O revestimento de cobre controla a corrosión galvánica; o recheo permanece activo porque é higroscópico. Os 4.200 eléctrodos da planta saudita non foron regados desde a súa instalación.

Os eléctrodos químicos cumpren os requisitos da norma NEC 690?

Si.NFPA 70 (NEC) Artigo 690abrangue a conexión a terra do sistema fotovoltaico; un eléctrodo químico cun núcleo revestido de cobre eIEEE 837os accesorios cumpren o requisito.

En que se diferencia a química do recheo da bentonita soa?

A bentonita pura é higroscópica pero diminúe o seu contido iónico nas estacións secas. Un recheo sen mantemento engade un paquete de sales electrolíticas (normalmente sulfato de magnesio) ademais dun aditivo de retención de humidade.

Onde se deben colocar os eléctrodos químicos nun panel fotovoltaico?

Na planta saudita: 1.316 en plataformas de inversores, 168 en plataformas de media tensión, 1.890 en caixas combinadoras, 2 en ambos extremos da liña troncal de CC de 1,4 km, 24 en terminacións de raios ESE; un total de 4.200. A xeometría varía segundo a localización.

Cal é a diferenza entre un eléctrodo químico e unha vara de terra iónica electrolítica?

Úsase indistintamente en moitas follas de datos. Ena nosa liña, o eléctrodo químico usa un tubo de cobre; ovara de terra de ións electrolíticosusa un núcleo revestido de cobre.

11. Peche: o que lle pedimos ao EPC saudita que nos enviase o primeiro día

Se vostede é o enxeñeiro do proxecto EPC co documento de contratación aberto, o mínimo que nos permite cotizar sen un ciclo de aclaración de seis semanas son os mesmos seis elementos que o equipo de Madrid enviou en agosto de 2020: o diagrama unifilar coas localizacións dos eléctrodos, o estudo Wenner en capas á profundidade planificada, os obxectivos de resistencia por almofada e por grella, o estándar do conector (normalmenteIEEE 837), o estándar do composto de recheo (IEC 62561-7) e as restricións da ESIA.

Para un proxecto en directo, o camiño máis rápido é opáxina do produto de eléctrodos de conexión a terra química, o/a/os/asvara de terra de ións electrolíticosemódulo de terrapáxinas, ou asOs 5 melloresblog.Ponte en contacto co noso departamento de exportaciónpara unha conversa directa.