In breve

Perché la resistività del suolo è il primo numero di cui hai bisogno

Prima di specificare il diametro di un'asta di messa a terra, prima di scegliere tra acciaio rivestito di rame e acciaio zincato e prima di calcolare quante aste sono necessarie per la base di una sottostazione, è necessario un dato: la resistività del terreno nel sito di installazione. Ogni decisione progettuale successiva dipende da questa misurazione.

In Shibang, il nostro team di ingegneri esamina le specifiche di messa a terra di progetti in sei continenti. La causa più comune di problemi sul campo che riscontriamo non è un'asta difettosa o una connessione scadente, bensì un sistema di messa a terra progettato senza un'adeguata indagine sulla resistività del terreno. Gli ingegneri che omettono questo passaggio finiscono per dover rifare gli impianti, aggiungere aste supplementari o applicare ammendanti al terreno mesi dopo la data di messa in servizio originale.

La resistività del terreno indica con quanta forza il suolo in un dato luogo si oppone al flusso di corrente elettrica. Una collina sabbiosa e asciutta nell'Australia centrale potrebbe registrare un valore di 2.000 ohm-metri. Un delta fluviale ricco di argilla in Bangladesh potrebbe invece avere un valore di 30 ohm-metri. Lo stesso modello di asta di messa a terra rivestita di rame si comporta in modo completamente diverso in questi due ambienti, e la progettazione deve tenere conto di questa differenza fin dall'inizio.

Gli enti di normazione lo riconoscono.Codici e standard NFPAIl framework, insieme a IEC 62305 e IEEE 80, richiede o raccomanda fortemente dati di resistività del terreno specifici del sito prima di procedere alla progettazione del sistema di messa a terra. Puoi leggere di più sui fondamenti disistemi di messa a terrae cometerra (elettricità)lavora nell'ingegneria elettrica per capire perché questa misurazione influenza tutto.

Cosa misura effettivamente la resistività del suolo

La resistività del suolo quantifica l'opposizione che un'unità di volume di terreno presenta al flusso di corrente elettrica. Gli ingegneri la esprimono in ohm-metro (ohm-m). Il valore dipende da quattro fattori principali:

Contenuto di umidità.L'acqua riduce drasticamente la resistività. Un terreno asciutto può raggiungere valori superiori a 1.000 ohm-m; lo stesso terreno, alla capacità di campo, potrebbe scendere al di sotto dei 100 ohm-m. Ecco perché le misurazioni stagionali sono importanti e perché raccomandiamo di effettuarle durante le condizioni di maggiore siccità previste, in modo da prevedere un margine di sicurezza nel caso peggiore.

Concentrazione ionica.I sali disciolti nell'acqua del terreno aumentano la conduttività. I ​​siti costieri, i terreni agricoli con una storia di fertilizzazione e le saline desertiche presentano valori di resistività inferiori rispetto alla sabbia di quarzo pura. I nostri dati di produzione dimostrano che i clienti in Medio Oriente e Nord Africa si trovano spesso a dover gestire terreni sabbiosi ad alta resistività che richiedono un miglioramento chimico.

Temperatura.La resistività aumenta con il raffreddamento del terreno. Il terreno ghiacciato può aumentare la resistività di un fattore dieci o più rispetto allo stesso terreno a 20 gradi Celsius. I progetti nel Canada settentrionale, in Scandinavia o in Russia devono tenere conto della zona di congelamento e posizionare le sonde di messa a terra al di sotto di essa.

Composizione e densità del suolo.Le particelle di argilla conducono meglio della sabbia o della ghiaia perché trattengono umidità e ioni sulla loro ampia superficie. Roccia, scisto e granito decomposto variano notevolmente. Un sito con geologia stratificata mostrerà una resistività diversa a diverse profondità, motivo per cui la profilatura della resistività in funzione della profondità è importante quanto la misurazione in superficie.

Il test di Wenner a 4 punti: come gli ingegneri misurano la resistività del suolo sul campo.

Il metodo Wenner a 4 punti rimane la tecnica standard del settore per i test di resistività del terreno. È semplice, portatile e fornisce risultati che alimentano direttamente i calcoli di progettazione della messa a terra. TestGuy fornisce un'eccellente guida diSpiegazione delle prove di resistività del suolonei dettagli pratici.

I nostri tecnici sul campo seguono questa procedura per ogni nuovo sopralluogo:

Passaggio 1: Impaginazione.Infiggi quattro elettrodi equidistanti nel terreno in linea retta. Etichettali da sinistra a destra con le lettere C1, P1, P2 e C2. La distanza tra ogni coppia di elettrodi adiacenti è indicata con "a", e questa distanza va scelta in base alla profondità del terreno che si desidera analizzare. Una distanza di 1 metro fornisce una resistività media calcolata sui primi 0,5 metri circa. Una distanza di 10 metri permette di sondare fino a circa 5 metri di profondità.

Fase 2: Iniettare corrente.Collegare un tester di resistenza di terra (come ad esempio un Megger serie DET o un Fluke 1621) agli elettrodi esterni (C1 e C2). Lo strumento inietta una corrente alternata nota attraverso il terreno tra di essi.

Fase 3: Misurare il potenziale.Lo strumento misura la differenza di potenziale tra gli elettrodi interni (P1 e P2). Questa caduta di potenziale, divisa per la corrente iniettata, fornisce il valore della resistenza R.

Passaggio 4: Calcola.Applicare la formula di Wenner:

Resistività (rho) = 2 x pi xax R

dove “a” è la distanza tra gli elettrodi in metri e R è la resistenza misurata in ohm. Il risultato è la resistività del terreno in ohm-m.

Profilatura in profondità.Ripetere il test a diverse distanze (1 m, 2 m, 5 m, 10 m, 20 m) per costruire un profilo di resistività in funzione della profondità. Questo profilo rivela se esiste uno strato conduttivo più in profondità, il che potrebbe giustificare l'infissione delle aste fino a 3 metri invece dei 2,4 metri standard.

Quando eseguire il test.Specifichiamo di eseguire i test nelle condizioni stagionali più asciutte previste, poiché i sistemi di messa a terra devono funzionare tutto l'anno. Eseguire i test solo durante la stagione delle piogge fornisce risultati ottimistici che non riflettono le peggiori condizioni estive o di siccità.

Un impianto petrolchimico nella Provincia Orientale dell'Arabia Saudita ha misurato una resistività del terreno superficiale pari a 1.800 Ω·m durante la stagione secca. Dopo che il nostro team tecnico ha specificato tre aste rivestite di rame da 3 metri (AF-0232, strato di rame di 0,254 mm) infisse a 5 metri di profondità con una spaziatura di 6 metri, la resistenza del terreno misurata è scesa a 3,8 Ω, ben al di sotto del valore target di 5 Ω richiesto dalla norma IEC 62305 per la protezione contro i fulmini dei serbatoi di stoccaggio.

Come la resistività del terreno influenza la scelta dell'asta di messa a terra

Una volta ottenuti i dati di resistività del terreno, è possibile selezionare con sicurezza l'asta di messa a terra più adatta. Il valore di resistività fornisce tre informazioni fondamentali: quale materiale resisterà più a lungo alla corrosione in quel tipo di terreno, quale geometria dell'asta (diametro e lunghezza) è necessaria e se una singola asta sarà sufficiente a raggiungere la resistenza di terra desiderata o se saranno necessarie più aste disposte in serie.

Ecco il quadro generale che utilizziamo in Shibang quando forniamo consulenza ai nostri clienti:

Questa tabella è un punto di partenza, non un sostituto della progettazione dettagliata. L'ingegnere deve anche considerare il pH del terreno, il contenuto di cloruri, i livelli di solfati e le variazioni di umidità per effettuare la scelta definitiva del materiale. Approfondiremo l'abbinamento dei materiali nella sezione successiva.

Nostroasta di terra rivestita di rameLa gamma (modello AF-0232) comprende diametri da 14,2 mm a 25 mm (da 5/8 a 3/4 di pollice) e lunghezze da 1,2 m a 3,0 m (da 4 a 10 piedi). Lo strato di rame ha uno spessore di almeno 0,254 mm con una purezza pari o superiore al 99,95%, ed è legato a un'anima in acciaio a basso tenore di carbonio. Questo conferisce all'asta un'elevata resistenza alla trazione (almeno 580 N/mm) per l'infissione, mantenendo al contempo la resistenza alla corrosione del rame nella maggior parte dei tipi di terreno. Questa linea di prodotti è certificata secondo la norma ISO 9001:2008.

All'inizio del 2023, un ingegnere di progetto per una sottostazione da 132 kV nel Tamil Nadu ha specificato l'utilizzo di barre zincate per ridurre il peso dei materiali da trasportare in un sito remoto in cima a una collina. Quando il nostro team ha esaminato la relazione geotecnica (terreno lateritico, pH 4,8, resistività 280 Ω·m a 3 metri di profondità), abbiamo consigliato di passare a barre rivestite in rame, nonostante il peso unitario maggiore. La motivazione: il basso pH della laterite e l'alto contenuto di ossido di ferro accelerano la corrosione dello zinco, e la posizione remota rendeva costosa la logistica per la futura sostituzione delle barre. L'ingegnere ha accettato la raccomandazione. Due anni dopo l'installazione, i valori della resistenza di terra si mantengono stabili a 1,6 Ω.

Abbinamento del materiale dell'asta di messa a terra alle condizioni del terreno

I produttori di aste di messa a terra offrono diverse opzioni di materiali, ognuna delle quali è adatta a specifiche condizioni del terreno. Ecco come le abbiniamo:

Barre di acciaio rivestite di rame

Le barre rivestite in rame combinano un nucleo in acciaio (per resistenza meccanica e durata di azionamento) con uno spesso strato esterno in rame (per resistenza alla corrosione e bassa resistenza al contatto con il terreno).asta di terra rivestita di rameI modelli utilizzano un processo di legame continuo del rame, non una sottile placcatura. Questo è importante nei terreni aggressivi, dove uno strato di rame placcato o saldato può delaminarsi nel tempo.

Le barre rivestite in rame offrono prestazioni ottimali in terreni da neutri ad alcalini (pH da 6 a 9) con umidità moderata. Resistono alla corrosione causata dalla maggior parte delle composizioni chimiche del terreno e mantengono una resistenza di terra stabile per decenni. Le specifichiamo per centrali elettriche, sottostazioni, tralicci per linee di trasmissione, stazioni base di telecomunicazione, aeroporti, ferrovie, grattacieli e raffinerie di petrolio. La durata di servizio prevista supera i 50 anni in condizioni normali del terreno.

Barre di acciaio zincato

Offriamo barre zincate (rivestite di zinco) a prezzi inferiori rispetto a quelle ramate, e queste ultime garantiscono una protezione dalla corrosione accettabile nei terreni alcalini. Tuttavia, i nostri dati di produzione e di campo dimostrano che lo zinco si dissolve più rapidamente del rame nei terreni acidi (pH inferiore a 5) e in quelli con un elevato contenuto di solfati. Abbiamo documentato numerosi casi in cui barre zincate in terreni aggressivi si sono rotte ben prima della durata di servizio prevista. Per questo motivo, consigliamo ai clienti nelle regioni tropicali o soggette a piogge acide di optare per barre ramate anziché zincate per qualsiasi progetto con una durata di vita di 25 anni o superiore.

Dai nostri registri di garanzia relativi a una spedizione del 2019 destinata a un sito costiero nel Vietnam meridionale, emerge che le barre zincate installate in un terreno con pH 5,2 e resistività di 120 Ω·m hanno iniziato a mostrare una corrosione superficiale visibile entro 18 mesi. Il rivestimento di zinco si era assottigliato dagli 86 micron previsti a meno di 40 micron all'interfaccia terreno-aria. Abbiamo sostituito l'intera installazione di 240 barre con unità rivestite in rame a nostre spese e in garanzia, e le nuove barre sono ora in servizio da oltre cinque anni senza alcun degrado misurabile.

Elettrodi di messa a terra chimici

Quando la resistività del terreno rimane superiore a 500 ohm-m anche in profondità, una semplice asta non è in grado di raggiungere i valori di resistenza desiderati.Elettrodi di messa a terra chimiciColmano questa lacuna. Queste unità contengono un tubo di rame cavo riempito di sali minerali che si disperdono lentamente nel terreno circostante, riducendo la resistività locale nel corso di mesi e anni. Mantengono le loro prestazioni anche in ambienti aridi e rocciosi dove l'umidità naturale è scarsa.

Forniamo elettrodi chimici per progetti in Medio Oriente, Nord Africa e Australia centrale. In un'installazione tipica, il tecnico pratica un foro, inserisce l'elettrodo, riempie con un composto conduttivo e collega l'elettrodo alla rete di messa a terra principale. Nel tempo, la diffusione del sale crea un involucro a bassa resistività attorno all'elettrodo.

Moduli terrestri

moduli di terraOffrono un approccio alternativo per i terreni difficili. Queste unità prefabbricate combinano un conduttore metallico con un corpo circostante di materiale conduttivo (spesso un composto a base di carbonio o argilla). Gli ingegneri le interrano in punti strategici della rete di messa a terra per ridurre la resistenza locale senza la necessità di manutenzione che a volte richiedono gli elettrodi chimici.

I moduli di terra funzionano bene in profili di terreno misti dove è presente uno strato conduttivo, ma troppo superficiale per l'infissione convenzionale delle aste. Abbiamo spedito moduli di terra a stazioni di ripetizione in cima alle montagne delle Ande, a installazioni radar nel deserto dell'Oman e a sottostazioni di parchi eolici costieri in Vietnam.

Visualizza tutte le opzioni

Il nostro completoasta di terra e categoria di aste di terraComprende configurazioni in rame rivestito, acciaio zincato, acciaio inossidabile e configurazioni speciali. La scelta giusta dipende dall'analisi chimica del terreno, dalla resistenza desiderata e dalla durata prevista dell'impianto.

Profondità di installazione, diametro dell'asta e regola delle aste multiple

I dati sulla resistività del terreno guidano anche tre parametri di progettazione fisica: la profondità a cui infissere l'asta, il diametro da utilizzare e il numero di aste da installare.

Profondità

Le aste più profonde raggiungono strati di terreno con maggiore umidità e minore resistività. Un'installazione residenziale standard potrebbe utilizzare un'asta di 2,4 metri (8 piedi). La rete di messa a terra di una sottostazione spesso specifica aste di 3 metri (10 piedi). Nelle regioni ad alta resistività, gli ingegneri a volte installano aste fino a 6 metri o più, unendo più sezioni.

Le nostre barre rivestite in rame sono dotate di un manicotto di accoppiamento che consente di unire le sezioni direttamente in cantiere. Una barra da 3 metri con un'estensione di 1,5 metri raggiunge una lunghezza totale di 4,5 metri. Il manicotto mantiene la rettilineità (errore di 1 mm/m o inferiore) lungo tutta la giunzione, impedendo alla barra di deformarsi durante l'infissione.

Diametro

Il diametro dell'asta di messa a terra influisce sia sulla resistenza meccanica durante l'installazione sia sulla durata a lungo termine in termini di resistenza alla corrosione. Un'asta da 14,2 mm (5/8 di pollice) è adatta alla maggior parte delle installazioni residenziali e commerciali leggere, dove l'infissione viene effettuata con un avvitatore o un trapano a percussione. Un'asta da 25 mm (3/4 di pollice) sopporta i carichi meccanici maggiori derivanti dall'infissione profonda in terreni compattati o rocciosi e offre una maggiore superficie di rame per il margine di resistenza alla corrosione.

Dai nostri dati di produzione emerge che le barre da 5/8 di pollice rappresentano la maggior parte del volume nei progetti in climi temperati (Nord America, Europa, Asia orientale), mentre le barre da 3/4 di pollice sono più richieste nei progetti in Medio Oriente e Australia, dove è comune la necessità di infissione a profondità maggiori in terreni più duri.

Array di barre multiple

Quando una singola asta non è sufficiente a raggiungere la resistenza di terra desiderata, si aggiungono altre aste. La regola generale è: distanziare le aste adiacenti almeno quanto la loro profondità di infissione. Per aste da 3 metri, utilizzare una distanza di almeno 3 metri. Questa distanza impedisce che le zone di riduzione della resistenza attorno a ciascuna asta si sovrappongano eccessivamente.

La resistenza combinata di una serie di aste non è semplicemente la resistenza di una singola asta divisa per il numero di aste. L'interazione tra i terreni riduce l'efficienza. Una serie di due aste raggiunge circa il 60% della resistenza di una singola asta, non il 50%. Una serie di tre aste raggiunge circa il 45-50%. Si tratta di valori approssimativi; il rapporto effettivo dipende dall'omogeneità della resistività del terreno e dalla spaziatura tra le aste.

Sette difetti di messa a terra rilevati dal nostro laboratorio in fabbrica sulle schede tecniche restituite.

Dopo oltre 17 anni di produzione di prodotti per la messa a terra e di supporto a progetti in tutto il mondo, il nostro team ha catalogato i difetti ricorrenti di specifica e installazione che emergono nelle indagini in garanzia e nelle analisi post-progetto in diversi paesi e settori. I sette errori elencati di seguito sono responsabili della maggior parte dei cedimenti prematuri delle aste e delle letture di resistenza di terra inferiori alle aspettative che riscontriamo:

Saltare il rilevamento della resistività del terreno.A volte gli ingegneri si basano sui valori teorici del terreno per una determinata regione, anziché effettuare test sul sito reale. Persino all'interno di una singola proprietà, la resistività può variare di un fattore cinque tra l'estremità settentrionale e quella meridionale a causa dei modelli di drenaggio, della storia dei riempimenti o della profondità del substrato roccioso.

Test eseguiti solo a una profondità.Un singolo test Wenner a una sola spaziatura non fornisce quasi nessuna informazione sul profilo stratificato del sottosuolo. È sempre consigliabile eseguire test ad almeno tre diverse spaziatura per identificare gli strati conduttivi, gli strati resistivi e la transizione tra di essi.

Ignorando le variazioni stagionali.Eseguire i test solo durante la stagione delle piogge fornisce risultati fuorvianti. I sistemi di messa a terra devono funzionare nelle condizioni più secche, più calde e più fredde che il sito potrà sperimentare. Consigliamo ai clienti di effettuare i test almeno due volte: una durante la stagione delle piogge e una durante la stagione secca.

Diametro della barra non conforme alle specifiche.Utilizzare la barra più sottile disponibile per ridurre al minimo il peso del materiale potrebbe sembrare ragionevole sulla carta, ma in terreni duri o rocciosi, una barra sottile si piega, si deforma o si rompe durante l'infissione. Ciò comporta una perdita di tempo durante l'installazione e rende il sistema sottodimensionato. Noi raccomandiamo barre da 3/4 di pollice (25 mm) per qualsiasi cantiere con condizioni rocciose o compattate.

Dimenticando l'accoppiamento.Quando gli ingegneri necessitano di barre di 4,5 o 6 metri di profondità, a volte tentano di saldare insieme due sezioni di barra. La saldatura distrugge lo strato di rame in corrispondenza della giunzione, creando un punto critico di corrosione che si guasta nel giro di pochi anni. Utilizzare sempre un giunto meccanico progettato appositamente per preservare la continuità della guaina di rame.

Trascurare la qualità della connessione.Anche la migliore asta di messa a terra al mondo è inutile se il collegamento al conduttore è allentato, corroso o realizzato con metalli incompatibili. I collegamenti rame-rame con saldature esotermiche o connettori meccanici certificati mantengono l'integrità a lungo termine. Mescolare aste di rame con morsetti zincati in un ambiente umido crea una cella di corrosione galvanica che, nel tempo, compromette il collegamento.

Non leggere l'analisi chimica del terreno.La sola resistività non è sufficiente a prevedere la corrosione. Un terreno con resistività moderata (300 ohm-m) ma con un elevato contenuto di solfati e un pH basso corroderà il rame più rapidamente del previsto. È sempre opportuno abbinare il test di resistività a un'analisi chimica del terreno (pH, cloruri, solfati, contenuto di umidità) per selezionare correttamente il materiale dell'asta.

Il nostro laboratorio di controllo qualità a Xinchang esegue un test di nebbia salina (ASTM B117) su ogni nuovo lotto di produzione di barre rivestite di rame. Negli ultimi 47 lotti (N=47, corrispondenti a circa 235.000 barre individuali), lo spessore medio dello strato di rame misurato è stato di 0,268 mm con una deviazione standard di 0,012 mm. Nessun lotto è risultato inferiore al minimo di 0,254 mm. La durata del test di corrosione è di 1.000 ore e nessun lotto ha mostrato esposizione del metallo di base entro tale periodo.

Domande frequenti

Per la gamma completa di prodotti di messa a terra fabbricati nel nostro stabilimento, visita il nostro sitoasta di terra e categoria di aste di terrapagina. Puoi anche leggere diCos'è il radicamento e perché è importanteda risorse più ampie del settore.