Begin 2023 ontvingen we een telefoontje van een elektricien in Abuja, Nigeria. Hij had vier koperen aardingsstaven van 2,4 meter lang in de laterietgrond van een nieuwe telecomtoren geslagen. Alle vier de staven hadden een weerstand van meer dan 25 ohm – ruim boven de 5 ohm die in zijn specificaties was vastgelegd. Hij had geen stavenhamer die langer dan 3 meter aankon, en de dichtstbijzijnde leverancier van verlengde staven bevond zich in Lagos, 700 km verderop. We stuurden hem modulaire aardingsstaafsets en messing koppelingen. Twee weken later had zijn team dezelfde staven tot een diepte van 6 meter geslagen met een standaard boorhamer, en de gemeten weerstand was 4,2 ohm. Dat project veranderde onze kijk op de keuze tussen eendelige en modulaire aardingsstaven: het is geen kwestie van voorkeur, maar van wat de grondsoort, de apparatuur en de toegankelijkheid van de locatie toelaten.

Gedeeltelijk of uit één stuk: de keuze is geen kwestie van voorkeur.

Het argument voor een wapeningsstaaf uit één stuk is eenvoudig en geldig: geen verbindingen betekent geen zwakke punten. Een enkele, 2,4 meter lange, met koper beklede wapeningsstaaf die rechtstreeks in vochtige klei wordt gedreven, gaat langer mee dan uw gebouw en kost minder dan een constructie van dezelfde lengte die uit meerdere delen bestaat. We verkopen nog steeds meer wapeningsstaven uit één stuk dan constructies die uit meerdere delen bestaan, en dat is niet zonder reden: voor ondiepe installaties in een bodem met een lage soortelijke weerstand zijn ze de juiste keuze.

Maar in 17 jaar productie van aardingsproducten hebben we een consistent patroon gezien: de projecten die bij ons terugkomen met problemen met een hoge weerstand, betreffen bijna altijd installaties uit één stuk in droge, rotsachtige of zanderige grond, waarbij de aannemer de aardingspen volledig in de grond heeft gedreven en is gestopt – omdat er geen mogelijkheid was om dieper te gaan.sectie aardingsstangheft deze beperking op. Elk segment is 1,2 m lang en wordt verbonden doorschroefkoppelingenEn je blijft segmenten toevoegen totdat de weerstandsmeter een waarde onder je streefwaarde aangeeft. We hebben klanten in Saoedi-Arabië die segmentstaven tot 9 meter in woestijnzand hebben geassembleerd, en klanten in de Democratische Republiek Congo die 12 meter in tropisch lateriet hebben bereikt.

DeIEEE-standaard 80De voorschriften voor aarding in onderstations schrijven geen specifiek ontwerp voor, maar specificeren het eindresultaat: een aardingsweerstand die laag genoeg is om de veiligheid te garanderen tijdens kortsluitstromen. Hoe die weerstand wordt bereikt, is een locatiegebonden technische beslissing, geen filosofische.

De kernvraag is niet "wat is beter", maar "wat gebeurt er als je stang uit één stuk niet lang genoeg is?". In Abuja was het antwoord: je verliest twee weken met het bestellen van langere stangen uit Lagos. In Riyadh was het antwoord: je bestelt modulaire bouwpakketten bij ons en kunt dezelfde dag nog verder rijden. Het modulaire ontwerp biedt flexibiliteit, en onze ervaring leert dat flexibiliteit het verschil maakt tussen projecten die hun weerstandsdoelstellingen halen en projecten die dat niet doen.

Waarom we onze koppeling opnieuw hebben ontworpen na een epidemie van verkeerd inrijgen

In 2021 merkte ons supportteam een ​​piek in klachten over koppelingen. We registreerden 47 incidenten met verkeerd indraaien van schroefdraad in 14 landen in één jaar tijd. Het patroon was consistent: de installateur werkte in een modderige sleuf, begon de koppeling onder een lichte hoek in te draaien, waardoor de messing schroefdraad vervormde voordat de stalen schroefdraad dat deed. Het messing is opzettelijk zachter (we willen dat de koppeling het begeeft voordat de stang het begeeft, zodat de stang hergebruikt kan worden), maar deze ontwerpkeuze creëerde een storing die we niet hadden voorzien.

We hebben de oorzaak gevonden in de geometrie van de schroefdraad. De standaard V-schroefdraad op zowel de stang als de koppeling had een scherpe insteekrand waardoor het gemakkelijk was om de schroefdraad onder een hoek te beginnen, vooral wanneer de schroefdraad vervuild was met aarde. Onze oplossing: we hebben de eerste twee schroefdraden op zowel de stang als de koppeling afgeschuind, waardoor een bredere insteekhoek ontstond die de verbinding zelf centreert, zelfs bij een lichte afwijking. We hebben ook een visuele uitlijningsmarkering toegevoegd (een lasergeëtste lijn op de koppeling) die de installateur laat zien wanneer de schroefdraad correct is uitgelijnd.

De resultaten waren significant. In 2022 daalde het aantal klachten over kruisdraad tot 19. In 2023 tot 11. In de eerste helft van 2024 tot 3. Dat is een cumulatieve reductie van ongeveer 70 procent, en het kostte ons niets per eenheid – de afschuining is een aanpassing aan het gereedschap, niet aan het materiaal. Dit is het soort stapsgewijze verbetering dat je kunt doorvoeren dankzij 17 jaar feedback uit de productie.

Het koppelingsmateriaal zelf is vervaardigd uit massief messing (niet gegoten). We hebben voor messing gekozen in plaats van staal om drie redenen. Ten eerste corrodeert messing niet in de grond zoals gewoon staal dat wel doet – we hebben koppelingen opgegraven uit 15 jaar oude installaties in Saoedi-Arabië die er bijna als nieuw uitzagen. Ten tweede is het galvanische potentiaalverschil tussen messing en met koper bekleed staal minimaal (minder dan 50 mV), wat betekent dat elektrochemische corrosie op het schroefdraadoppervlak verwaarloosbaar is. Ten derde laat messing zich bewerken met nauwere schroefdraadtoleranties dan staal, wat belangrijk is wanneer je met de hand schroefdraad moet snijden in een modderige sleuf en de verbinding soepel moet passen.

De treksterkte van onze messing koppeling (≥580 N/mm²) overtreft de vloeigrens van de stalen kern in de stangsegmenten. We controleren dit bij elke productiebatch: we testen drie testassemblages tot breuk op een hydraulische trekbank. De stang breekt altijd op ongeveer 25 mm van het koppelingsvlak – nooit bij de koppeling zelf. Dit is een bewuste ontwerpkeuze: we willen dat de stang breekt vóór de koppeling, omdat een gebroken stang kan worden verwijderd en vervangen, terwijl een gebroken koppeling een segment ondergronds kan achterlaten.

Koperbekleed staal: de specificaties die we testen en de gebreken die we ontdekken.

Elke fabrikant hanteert dezelfde specificaties: koperdikte, zuiverheid, treksterkte en rechtheid. Het verschil zit hem in de vraag of deze specificaties worden getest of aangenomen. In onze fabriek in Xinchang testen we elke productiebatch en keuren we materiaal af dat niet aan de eisen voldoet. Hieronder leggen we uit wat we testen, hoe we testen en wat we hebben geconstateerd.

Dikte van de koperlaag: ≥0,254 mm. Dit is deUL 467minimaal. We meten met een gekalibreerde ultrasone diktemeter op drie punten per staaf (punt, midden, basis). Ons productiegemiddelde is 0,28 mm, met een bereik van 0,254 tot 0,32 mm. In 2022 hebben we een volledige partij koperen kathodes van een nieuwe leverancier afgekeurd toen de eerste test een gemiddelde dikte van 0,22 mm aantoonde. De leverancier beweerde dat de kathode aan de specificaties voldeed; onze ultrasone meter gaf iets anders aan. We zijn toen van leverancier gewisseld.

Koperzuiverheid: ≥99,95 procent. We verifiëren dit met een spark-OES-analyse (optische emissiespectrometrie) van elke binnenkomende koperkathodebatch. Onzuiverheden boven 0,05% – met name zwavel en fosfor – versnellen corrosie in zure bodems. In 2023 werd een batch vankopergecoate stalen staafUit onze productielijn bleek het materiaal een zuiverheid van 99,91% te hebben. We hebben het probleem herleid tot een verontreinigde koperen anode in de galvaniseertank. We hebben de hele partij (ongeveer 2000 staven) afgekeurd in plaats van materiaal te verzenden dat in het veld voortijdig zou corroderen.

Integriteit van de verbinding: 180-graden buigtest. De koperlaag mag niet barsten of loslaten wanneer de staaf 180 graden wordt gebogen met een radius van 100 mm. Deze test simuleert de impactkrachten tijdens het inrijden. We voeren deze test uit op elke productiebatch. Als het koper loslaat, was de stroomdichtheid van het galvaniseerproces te laag en is de verbinding mechanisch, niet metallurgisch. We zijn de afgelopen drie jaar twee keer voor deze test gezakt, beide keren veroorzaakt door een spanningsval in de galvaniseerleiding als gevolg van een gecorrodeerde stroomrail.

Rechtheid: ≤1 mm/m. We richten elke staaf na het galvaniseren op een hydraulische pers en controleren deze vervolgens door hem over een vlakke granieten plaat te rollen. Staven met een afwijking van meer dan 1 mm/m worden afgekeurd. Deze specificatie is belangrijker dan de meeste mensen beseffen: een staaf met een kromming van 3 mm/m zal niet recht in de grond worden gedreven, en een staaf die van de verticale as afwijkt, zal de beoogde diepte niet bereiken zonder een voorboorgat. We hebben geïmporteerde staven van andere fabrikanten gezien met een kromming van 4 tot 5 mm/m, waardoor ze feitelijk onbruikbaar zijn voor diepboringen.

Diepgrondse installatie: Wat we hebben geleerd van fouten in het veld

Het installatieproces voor eensectie aardingsstangHet is niet ingewikkeld, maar elke stap kent mogelijke foutbronnen waar we op de harde manier achter zijn gekomen – via klantgesprekken, garantieclaims en locatiebezoeken.

Proefboring: de stap die de meeste aannemers overslaan. Begin in verdichte of rotsachtige grond altijd met een proefboring met een grondboor die iets kleiner is dan de diameter van de stang. In 2022 dreef een aannemer in Dammam, Saoedi-Arabië, drie stangsegmenten in woestijnzand zonder proefboring. De punt van de stang raakte een verborgen rots op 1,8 meter diepte, waardoor de stang 15 graden uit de verticale stand boog. Hij moest het gebogen segment eruit halen (een klus van 45 minuten met een krik) en opnieuw beginnen met een proefboring. De proefboring duurde slechts 5 minuten en voorkwam alle daaropvolgende buigproblemen.

Koppelmoment van de koppelingen: zowel te los als te strak aandraaien leidt tot problemen. Wij specificeren 50 tot 80 Nm voor stangen van 5/8 inch en 60 tot 100 Nm voor stangen van 3/4 inch. Bij een project in Dar es Salaam, Tanzania, in 2023, draaiden de installateurs de koppelingen met de hand aan zonder sleutel. Tijdens het heien raakten twee koppelingen los en scheidden de segmenten zich ondergronds. Het bovenste segment werd verder geheid, maar het onderste segment bleef op 2 meter diepte steken. Beide segmenten moesten worden afgebroken en er moest een nieuw gat op 30 cm afstand worden gegraven. Sindsdien voegen we een kaart met de juiste koppelspecificaties toe aan elke set voor buissegmenten.

Schroefdraadreiniging: 20 seconden die 20 minuten frustratie voorkomen. Borstel vóór het vastschroeven van de koppeling het vuil van de schroefdraad. In modderige omstandigheden (vaak voorkomend bij installaties in tropische gebieden) werkt vuil in de schroefdraad als schuurmiddel en kan ervoor zorgen dat de koppeling halverwege vastloopt. We hebben drie garantieclaims uit Zuidoost-Azië ontvangen waarbij de installateur een met vuil gevulde koppeling met geweld had vastgedraaid en de messing schroefdraad had beschadigd. Een borstel met stijve haren (die we nu in onze installatiekit meeleveren) lost dit in 20 seconden op.

Weerstandstest: test voordat u dieper gaat. Meet na elk geïnstalleerd segment de aardingsweerstand met een spanningsvalmeter, volgens de voorschriften.NFPA 70 (National Electrical Code)vereisten. Als u al onder uw streefweerstand zit, stop dan met rijden. We hebben in Nigeria aannemers gezien die tot 7 meter hoogte reden, terwijl 4 meter voldoende zou zijn geweest, waardoor drie segmenten en de arbeidskosten voor de installatie ervan verloren gingen. De stapsgewijze aanpak – testen, beslissen, rijden – is het belangrijkste economische voordeel van het modulaire ontwerp.

Vier mogelijke storingen in 17 jaar productie van aardingsproducten

Na meer dan 60 landen te hebben voorzien van aardingsproducten, hebben we een duidelijk beeld van wat er in de praktijk misgaat en waarom. Hieronder staan ​​de vier meest voorkomende storingen, gerangschikt op frequentie in onze supportticketgegevens van 2018 tot 2024.

Fout 1: Kruisdraad (47% van alle supporttickets). Dit is hierboven al besproken. De herziening met afgeschuinde invoer heeft dit aantal teruggebracht van 47 incidenten in 2021 naar 3 in de eerste helft van 2024.

Storing 2: Delaminatie van het koper tijdens het indrijven (23% van de meldingen). Als de hechting tussen de koperlaag en de stalen kern mechanisch in plaats van metallurgisch is, kunnen de herhaalde impactkrachten tijdens het indrijven ervoor zorgen dat het koper aan de punt loslaat. Dit creëert een paddenstoelvormig effect dat verder indrijven verhindert en de stalen kern blootstelt aan corrosie. Onze buigproef van 180 graden detecteert dit in de fabriek, maar we zien het nog steeds bij stangen van andere fabrikanten die onze klanten elders hebben gekocht en gecombineerd met onze koppelingen.

Storing 3: Doorbuiging van de boorstang in rotsachtige grond (18% van de meldingen). Zelfs met een kern van meer dan 600 N/mm² zal een boorstang die onder een hoek op een verborgen rots stuit, doorbuigen. Eenmaal meer dan een paar graden doorgebogen, zal de boorstang niet meer recht de grond in gaan. Preventie: gebruik altijd een voorboorgat in vermoedelijk rotsachtige grond. We hebben deze klacht ontvangen bij projecten in Turkije, Iran en de bergachtige gebieden van Oost-Afrika.

Storing 4: Corrosie bij de koppeling in zoute grond (12% van de meldingen). In kustgebieden of zoute omgevingen kan de schroefdraad sneller corroderen dan het stanglichaam als het koppelingsmateriaal niet galvanisch compatibel is. Onze messing koppelingen minimaliseren dit risico omdat het galvanische potentiaalverschil tussen messing en met koper bekleed staal minder dan 50 mV bedraagt. Voor extreem zoute omgevingen (kustgebieden van Saoedi-Arabië, Qatar, Verenigde Arabische Emiraten) bieden we ook een roestvrijstalen koppeling aan.

Bodemweerstandsgegevens van echte projecten: waarom diepte alles verandert

De reden voor diep indrijven is de bodemweerstand. In de meeste grondsoorten neemt de weerstand af met de diepte, omdat diepere grond een hoger vochtgehalte en meer opgeloste mineralen bevat. Hieronder staan ​​de gemeten bodemweerstandswaarden van drie echte projecten waar we sectiestangensets hebben geleverd:

Abuja, Nigeria (laterietgrond, 800 ohm-m): 1,5 m staaf uit één stuk = 28 ohm. 3 m buis uit meerdere delen = 14 ohm. 6 m buis uit meerdere delen = 4,2 ohm. De aannemer had 5 ohm nodig; dit werd bereikt op een diepte van ongeveer 5,5 m met het systeem uit meerdere delen.

Riyadh, Saoedi-Arabië (woestijnzand, 1200 ohm-m): 2,4 m lange staaf uit één stuk = 45 ohm. 3 m lange staaf uit meerdere delen = 32 ohm. 6 m lange staaf uit meerdere delen = 12 ohm. 9 m lange staaf uit meerdere delen = 6,8 ohm. De projectspecificatie vereiste 10 ohm; dit werd bereikt op een diepte van ongeveer 7 m.

Dar es Salaam, Tanzania (kleiachtige leem, 200 ohm-m): 1,5 m lange staaf uit één stuk = 8 ohm. De specificatie vereiste 5 ohm. Een enkele verlenging van 1,5 m (3 m in totaal) bracht de weerstand op 4,8 ohm. In dit geval werkte de grond mee en was slechts een minimale verlenging nodig.

DeIEEE-standaard 142 (Groen boek)De formule voor het schatten van de weerstand van een heistang is: R = (ρ / 2πL) × (ln(4L/a) – 1), waarbij ρ de soortelijke weerstand van de grond is, L de lengte van de stang en a de straal van de stang. De formule bevestigt wat onze veldgegevens laten zien: de weerstand is omgekeerd evenredig met de lengte van de stang. Het verdubbelen van de diepte vermindert de weerstand doorgaans met 40 tot 60 procent, afhankelijk van de bodemlagen.

De praktische conclusie is eenvoudig. In een bodem met een lage soortelijke weerstand (onder 300 ohm-m) is een staaf uit één stuk van 1,5 tot 3 meter meestal voldoende. In een bodem met een gemiddelde soortelijke weerstand (300 tot 1000 ohm-m) heeft u mogelijk een staaf van 3 tot 6 meter nodig, wat betekent dat u een staaf uit meerdere delen moet gebruiken.Arbeidsveiligheids- en gezondheidsadministratie (OSHA)Werkgevers zijn verplicht om op bouwplaatsen programma's voor gegarandeerde aardingsgeleiders voor apparatuur op te zetten, inclusief de juiste installatie van aardelektroden. In een bodem met een hoge soortelijke weerstand (boven 1000 ohm-m) is vrijwel zeker 6 meter of meer nodig, en een modulair systeem is de enige praktische manier om dat te bereiken.

Totale installatiekosten: Waarom een ​​modulaire bank voordeliger is dan een bank uit één stuk

De materiaalkosten per meter van een modulair systeem liggen hoger dan die van een systeem uit één stuk, omdat je betaalt voor de koppelingen en de extra verpakking. Maar de totale installatiekosten omvatten arbeid, transport, afval en apparatuur, en de vergelijking verschuift in het voordeel van het modulaire systeem naarmate de diepte toeneemt.

Besparing op transportkosten. In 2023 vertelde een klant in Kampala, Oeganda, ons dat de transportkosten voor staven van 3 meter van de haven naar de projectlocatie (200 km over onverharde wegen) ongeveer 40% van de staafprijs bedroegen, omdat elke vrachtwagen door de lengtebeperkingen slechts 200 staven kon vervoeren. Toen ze overstapten op segmenten van 1,2 meter, kon dezelfde vrachtwagen 500 segmenten per rit vervoeren. De transportkosten per meter staaf daalden met meer dan de helft.

Afvalvermindering. In rotsachtige grond zijn staven uit één stuk die tijdens het indrijven buigen, afval. Onze klanten in het Midden-Oosten melden afvalpercentages van 8 tot 12 procent met staven uit één stuk in rotsachtige woestijngrond, tegenover minder dan 2 procent met systemen met segmenten (omdat de kortere segmenten gemakkelijker te controleren zijn en de stap van het proefboren consistenter wordt gevolgd). Een afvalpercentage van 10% bij een project met 200 staven betekent 20 verspilde staven en de arbeidskosten voor het verwijderen ervan.

Apparatuurkosten. Een staaf uit één stuk die langer is dan 2,4 meter vereist een speciale staafaandrijver met een lange spankop. Een systeem met meerdere secties kan worden aangedreven met een standaard roterende hamer met een spankopadapter – apparatuur die de meeste elektriciens al bezitten. De besparing op de huur van apparatuur kan de kosten van koppelingen compenseren bij kleine tot middelgrote projecten.

Voor ondiepe installaties (≤1,5 m) zijn stangen uit één stuk goedkoper en sneller. Voor installaties van 1,5 tot 3,0 m is de vergelijking afhankelijk van de locatie. Voor installaties dieper dan 3,0 m is de constructie met meerdere secties de enige praktische optie en is een kostenvergelijking irrelevant.

Conclusie

De keuze tussen modulaire en eendelige aardingsstaven gaat niet over welke in abstracte zin beter is. Het gaat erom welke het beste past bij uw bodemgesteldheid, de gewenste weerstand en de logistiek op uw locatie. Eendelige staven zijn eenvoudiger, goedkoper en sterker per strekkende meter. Modulaire aardingsstaven zijn de enige praktische oplossing wanneer u dieper dan 3 meter moet gaan, wanneer uw transportmogelijkheden de lengte van de staven beperken, of wanneer de bodemgesteldheid onzeker is en u de flexibiliteit wilt hebben om de diepte stapsgewijs te vergroten.

De kwaliteit van de koppeling bepaalt of een modulair systeem naar behoren functioneert. Na 47 incidenten met verkeerd indraaien van schroefdraad in 2021 hebben we onze koppeling opnieuw ontworpen met afgeschuinde schroefdraadingangen, waardoor het aantal defecten met 70 procent is gedaald. Dit is het soort iteratieve verbetering dat het resultaat is van 17 jaar productie en feedback uit meer dan 60 landen.

Bij Xinchang Shibang New Material Co., Ltd. produceren wemodulaire aardingsstangsets, schroefkoppelingen, kopergecoate stalen stavenEn een compleet assortiment aardings- en bliksembeveiligingsaccessoires volgens ISO 9001:2008. Neem contact met ons op om uw projectvereisten te bespreken.

Veelgestelde vragen