Kort samengevat:

Waarom de bodemweerstand het eerste getal is dat u nodig hebt.

Voordat u een aardingspendiameter specificeert, voordat u kiest tussen koperbekleed staal en gegalvaniseerd staal, en voordat u berekent hoeveel aardingspennen een funderingsplaat nodig heeft, hebt u één getal nodig: de bodemweerstand op uw installatielocatie. Elke ontwerpbeslissing die daarop volgt, is afhankelijk van die meting.

Bij Shibang beoordeelt ons engineeringteam aardingsspecificaties van projecten op zes continenten. De meest voorkomende oorzaak van problemen in het veld is niet een defecte aardingspen of een slechte verbinding. Het is een aardingssysteem dat is ontworpen zonder een gedegen bodemweerstandsmeting. Ingenieurs die deze stap overslaan, moeten installaties aanpassen, extra aardingspennen plaatsen of bodemverbeteraars toepassen, maanden na de oorspronkelijke ingebruikname.

De bodemweerstand geeft aan hoe sterk de aarde op uw locatie de stroom van elektrische stroom tegenwerkt. Een zanderige, droge heuveltop in centraal Australië kan een weerstand van 2000 ohm-meter hebben. Een kleirijke rivierdelta in Bangladesh kan een weerstand van 30 ohm-meter hebben. Hetzelfde model van een met koper beklede aardingspen gedraagt ​​zich compleet anders in die twee omgevingen, en het ontwerp moet vanaf het begin rekening houden met dat verschil.

Normalisatie-instanties erkennen dit.NFPA-codes en -normenHet raamwerk, samen met IEC 62305 en IEEE 80, vereist of beveelt sterk aan om locatiespecifieke bodemweerstandsgegevens te verzamelen voordat met het ontwerp van het aardingssysteem wordt begonnen. U kunt meer lezen over de basisprincipes van...aardingssystemenen hoeaarde (elektriciteit)Werkt in de elektrotechniek om te begrijpen waarom deze meting alles aanstuurt.

Wat bodemweerstand nu eigenlijk meet

De soortelijke weerstand van de bodem geeft aan hoeveel weerstand een eenheidsvolume bodem biedt aan de stroom van elektrische stroom. Ingenieurs drukken dit uit in ohm-meter (ohm-m). Het getal is afhankelijk van vier hoofdfactoren:

Vochtgehalte.Water verlaagt de soortelijke weerstand aanzienlijk. Droge grond kan een weerstand van meer dan 1000 ohm-m bereiken; dezelfde grond kan bij maximale belading onder de 100 ohm-m zakken. Daarom is seizoensgebonden testen belangrijk en raden we aan om te meten tijdens de droogste verwachte omstandigheden, zodat er een marge voor het slechtste geval in het systeem kan worden ingebouwd.

Ionenconcentratie.Opgeloste zouten in het bodemwater verhogen de geleidbaarheid. Kustgebieden, landbouwgrond met een bemestingsverleden en zoutvlaktes in de woestijn vertonen allemaal lagere weerstandswaarden dan zuiver kwartszand. Uit onze productiegegevens blijkt dat klanten in het Midden-Oosten en Noord-Afrika vaak te maken hebben met zandgronden met een hoge weerstand die chemische verbetering vereisen.

Temperatuur.De soortelijke weerstand neemt toe naarmate de grond afkoelt. Bevroren grond kan de soortelijke weerstand vertienvoudigen of zelfs nog meer verhogen in vergelijking met dezelfde grond bij 20 graden Celsius. Bij projecten in Noord-Canada, Scandinavië of Rusland moet rekening worden gehouden met de vorstdieptezone en moeten aardingsstaven daaronder worden geplaatst.

Bodemsamenstelling en -dichtheid.Kleideeltjes geleiden beter dan zand of grind omdat ze vocht en ionen vasthouden op hun grote oppervlakte. Gesteente, schalie en verweerd graniet variëren sterk in soortelijke weerstand. Een locatie met gelaagde geologie zal op verschillende diepten een verschillende soortelijke weerstand vertonen, daarom is dieptemeting van de soortelijke weerstand net zo belangrijk als oppervlaktemeting.

De Wenner 4-punts test: hoe ingenieurs de bodemweerstand in het veld meten.

De Wenner 4-puntsmethode blijft de industriestandaard voor het testen van de bodemweerstand in het veld. De methode is eenvoudig, draagbaar en levert resultaten op die direct gebruikt kunnen worden in aardingsontwerpberekeningen. TestGuy biedt een uitstekende handleiding voor deze methode.Uitleg over bodemweerstandstestenin praktische details.

Onze veldtechnici volgen deze procedure bij elke nieuwe locatie-inspectie:

Stap 1: Indeling.Drijf vier elektroden met gelijke tussenafstanden in een rechte lijn de grond in. Benoem ze van links naar rechts met C1, P1, P2 en C2. De afstand tussen elk aangrenzend paar elektroden is "a", en u kiest deze afstand op basis van de diepte van de grond die u wilt onderzoeken. Een afstand van 1 meter geeft u een gemiddelde weerstandsmeting over ongeveer de bovenste 0,5 meter. Een afstand van 10 meter meet tot ongeveer 5 meter diepte.

Stap 2: Stroom injecteren.Sluit een aardingsweerstandsmeter (zoals een Megger DET-serie of een Fluke 1621) aan op de buitenste elektroden (C1 en C2). Het instrument injecteert een bekende wisselstroom door de grond tussen deze elektroden.

Stap 3: Meet het potentieel.Het instrument meet het spanningsverschil tussen de binnenste elektroden (P1 en P2). Deze spanningsval, gedeeld door de ingevoerde stroom, geeft de weerstandswaarde R.

Stap 4: Berekenen.Pas de Wenner-formule toe:

Soortelijke weerstand (rho) = 2 x pi xax R

waarbij “a” de afstand tussen de elektroden in meters is en R de gemeten weerstand in ohm. Het resultaat is de soortelijke weerstand van de bodem in ohm-m.

Diepteprofilering.Herhaal de test met verschillende tussenafstanden (1 m, 2 m, 5 m, 10 m, 20 m) om een ​​profiel van de soortelijke weerstand versus diepte op te bouwen. Dit profiel laat zien of er dieper onder de grond een geleidende laag aanwezig is, wat het mogelijk rechtvaardigt om de meetstaven tot 3 meter in plaats van de standaard 2,4 meter te drijven.

Wanneer te testen.We specificeren dat de tests moeten worden uitgevoerd onder de droogste verwachte seizoensomstandigheden, omdat aardingssystemen het hele jaar door moeten functioneren. Tests die alleen tijdens het natte seizoen worden uitgevoerd, leveren optimistische resultaten op die geen rekening houden met de meest ongunstige zomer- of droogteomstandigheden.

Een petrochemische fabriek in de oostelijke provincie van Saoedi-Arabië mat tijdens het droge seizoen een bodemweerstand van 1800 Ω·m. Nadat ons technische team drie 3 meter lange, met koper beklede staven (AF-0232, 0,254 mm koperlaag) had voorgeschreven, die tot een diepte van 5 meter met een tussenafstand van 6 meter in de grond werden gedreven, daalde de gemeten aardingsweerstand tot 3,8 Ω – ruim onder de 5 Ω die volgens IEC 62305 vereist is voor bliksembeveiliging van opslagtanks.

Hoe de bodemweerstand de keuze van aardingspennen beïnvloedt

Zodra u de gegevens over de bodemweerstand hebt, kunt u met vertrouwen de juiste aardingspen selecteren. Het weerstandsgetal vertelt u drie dingen: welk materiaal het langst bestand is tegen corrosie in die bodem, welke penvorm (diameter en lengte) u nodig hebt en of één pen voldoende is voor de gewenste aardingsweerstand of dat u meerdere pennen in een opstelling nodig hebt.

Dit is het algemene kader dat we bij Shibang hanteren bij het adviseren van cliënten:

Deze tabel is een uitgangspunt en geen vervanging voor een gedetailleerd ontwerp. De ingenieur moet ook rekening houden met de pH-waarde van de grond, het chloridegehalte, de sulfaatconcentratie en de vochtvariatie om de uiteindelijke materiaalkeuze te maken. We gaan in de volgende sectie dieper in op materiaalafstemming.

Onskoperen aardingsstaafDe serie (model AF-0232) omvat diameters van 14,2 mm tot 25 mm (5/8 inch tot 3/4 inch) en lengtes van 1,2 m tot 3,0 m (4 ft tot 10 ft). De koperlaag is minimaal 0,254 mm dik met een zuiverheid van 99,95% of hoger en is verbonden met een kern van koolstofarm staal. Dit geeft de staaf een hoge treksterkte (minimaal 580 N/mm) voor het indrijven, terwijl de corrosiebestendigheid van koper in de meeste grondsoorten behouden blijft. Wij zijn gecertificeerd volgens ISO 9001:2008.

Begin 2023 schreef een projectingenieur voor een 132 kV-onderstation in Tamil Nadu gegalvaniseerde staven voor om het gewicht van de benodigde materialen te verminderen voor een afgelegen locatie op een heuveltop. Toen ons team het bodemrapport bestudeerde – laterietgrond, pH 4,8, soortelijke weerstand 280 Ω·m op 3 meter diepte – adviseerden we over te stappen op koperbeklede staven, ondanks het hogere gewicht per stuk. De reden hiervoor was dat de lage pH en het hoge ijzeroxidegehalte van lateriet de zinkcorrosie versnellen, en dat de afgelegen locatie de logistiek voor toekomstige vervanging van de staven kostbaar zou maken. De ingenieur accepteerde het advies. Twee jaar na de installatie blijven de aardingsweerstandsmetingen stabiel op 1,6 Ω.

Het materiaal van de aardingspen afstemmen op de bodemgesteldheid.

Fabrikanten van aardingspennen bieden verschillende materiaalsoorten aan, en elk materiaal is geschikt voor specifieke bodemomstandigheden. Zo stemmen wij ze op elkaar af:

Koperbeklede stalen staven

Koperbeklede stangen combineren een stalen kern (voor mechanische sterkte en duurzaamheid) met een dikke koperen buitenlaag (voor corrosiebestendigheid en lage contactweerstand met de grond).koperen aardingsstaafBij deze modellen wordt gebruikgemaakt van een continu koperverbindingsproces, in plaats van een dunne beplating. Dit is belangrijk in agressieve bodems, waar een geplateerde of gelaste koperlaag na verloop van tijd kan loslaten.

Koperbeklede aardingsstaven werken het best in neutrale tot alkalische bodems (pH 6 tot 9) met een matige vochtigheid. Ze zijn bestand tegen corrosie door de meeste bodemsamenstellingen en behouden tientallen jaren een stabiele aardingsweerstand. Wij schrijven ze voor in energiecentrales, onderstations, hoogspanningsmasten, communicatiebasisstations, luchthavens, spoorwegen, hoge gebouwen en olieraffinaderijen. De levensduur bedraagt ​​meer dan 50 jaar onder normale bodemomstandigheden.

Gegalvaniseerde stalen staven

Wij bieden gegalvaniseerde (met zink beklede) staven aan tegen een lagere prijs dan koperbeklede staven, en ze bieden een acceptabele bescherming tegen corrosie in alkalische bodems. Onze productie- en veldgegevens tonen echter aan dat zink sneller oplost dan koper in zure bodems (pH lager dan 5) en in bodems met een hoog sulfaatgehalte. We hebben meerdere gevallen gedocumenteerd waarbij gegalvaniseerde staven in agressieve bodems het begaven ruim vóór het einde van de verwachte levensduur. Daarom adviseren wij klanten in tropische gebieden of gebieden die te maken hebben met zure regen om voor projecten met een ontwerplevensduur van 25 jaar of langer te kiezen voor koperbeklede staven in plaats van gegalvaniseerde staven.

Uit onze garantiegegevens van een levering in 2019 aan een kustlocatie in Zuid-Vietnam blijkt dat gegalvaniseerde staven die in grond met een pH van 5,2 en een soortelijke weerstand van 120 Ω·m waren geïnstalleerd, binnen 18 maanden zichtbare oppervlaktecorrosie vertoonden. De zinklaag was dunner geworden van de gespecificeerde 86 micron tot minder dan 40 micron op het grensvlak tussen grond en lucht. We hebben de volledige installatie van 240 staven op onze kosten onder garantie vervangen door koperen exemplaren, en de vervangende staven zijn nu al meer dan vijf jaar in gebruik zonder meetbare degradatie.

Chemische aardelektroden

Wanneer de bodemweerstand zelfs op grotere diepte boven de 500 ohm-m blijft, kan een kale staaf alleen de gewenste weerstandswaarden niet bereiken.Chemische aardelektrodenDeze units vullen dit gat op. Ze bevatten een holle koperen buis gevuld met minerale zouten die langzaam in de omringende grond sijpelen, waardoor de lokale weerstand in de loop van maanden en jaren afneemt. Ze blijven functioneren in droge en rotsachtige omgevingen waar weinig natuurlijk vocht aanwezig is.

Wij leveren chemische elektroden aan projecten in het Midden-Oosten, Noord-Afrika en centraal Australië. Bij een typische installatie boort de technicus een gat, plaatst de elektrode, vult het gat op met een geleidende substantie en verbindt de elektrode met het aardingsnet. Na verloop van tijd creëert de zoutdiffusie een laagresistieve laag rond de elektrode.

Grondmodules

GrondmodulesZe bieden een alternatieve aanpak voor lastige bodemsoorten. Deze geprefabriceerde elementen combineren een metalen geleider met een omhulsel van geleidend materiaal (vaak een koolstof- of kleiverbinding). Ingenieurs begraven ze op strategische punten in het aardingsnet om de lokale weerstand te verlagen zonder het onderhoud dat chemische elektroden soms vereisen.

Grondmodules werken goed in gemengde bodemprofielen waar een geleidende laag aanwezig is, maar te ondiep is voor conventionele staafinslag. We hebben grondmodules geleverd aan relaisstations op bergtoppen in de Andes, radarinstallaties in de woestijn van Oman en onderstations van windmolenparken aan de kust van Vietnam.

Bekijk alle opties

Ons completeaardingspen en aardingspen categorieDit omvat koperbeklede, gegalvaniseerde, roestvrijstalen en speciale configuraties. De juiste keuze hangt af van uw bodemanalyse, de gewenste weerstand en de verwachte levensduur van de installatie.

Installatiediepte, stangdiameter en de regel voor meerdere stangen

Bodemweerstandsgegevens zijn ook bepalend voor drie fysieke ontwerpparameters: hoe diep de stang moet worden ingedreven, welke diameter moet worden gebruikt en hoeveel stangen moeten worden geïnstalleerd.

Diepte

Diepere aardingsstaven bereiken grondlagen die meer vocht bevatten en een lagere soortelijke weerstand hebben. Bij een standaard installatie in een woonhuis wordt doorgaans een aardingsstaaf van 2,4 meter (8 voet) gebruikt. Voor aardingsnetten van transformatorstations worden vaak aardingsstaven van 3 meter (10 voet) voorgeschreven. In gebieden met een hoge soortelijke weerstand worden aardingsstaven soms tot 6 meter of meer in de grond gedreven door meerdere secties aan elkaar te koppelen.

Onze koperbeklede staven zijn voorzien van een koppelhuls waarmee secties ter plaatse aan elkaar kunnen worden gekoppeld. Een staaf van 3 meter met een verlengstuk van 1,5 meter wordt zo een staaf van 4,5 meter. De koppeling zorgt ervoor dat de rechtheidsspecificatie (afwijking van 1 mm/m of minder) over de gehele lengte van de verbinding behouden blijft, zodat de staaf niet doorbuigt tijdens het indrijven.

Diameter

De diameter van de aardingspen beïnvloedt zowel de mechanische duurzaamheid tijdens de installatie als de corrosiebestendigheid op lange termijn. Een pen van 14,2 mm (5/8 inch) is geschikt voor de meeste residentiële en lichte commerciële installaties waar een schroefboormachine of hamerboor wordt gebruikt om de pen erin te duwen. Een pen van 25 mm (3/4 inch) is bestand tegen de hogere mechanische belastingen van diep indrijven in verdichte of rotsachtige grond en biedt een groter koperen oppervlak voor een betere corrosiebestendigheid.

Uit onze productiegegevens blijkt dat 5/8-inch staven het grootste deel van het volume uitmaken in projecten in gematigde klimaten (Noord-Amerika, Europa, Oost-Azië), terwijl er meer vraag is naar 3/4-inch staven in projecten in het Midden-Oosten en Australië, waar dieper heien in hardere grondsoorten gebruikelijk is.

Meerdere staafarrays

Als één aardingsstaaf niet de gewenste aardingsweerstand kan bereiken, voegt u extra staven toe. De algemene regel is: plaats aangrenzende staven op een afstand van minimaal dezelfde diepte als waarin ze zijn ingedreven. Bij staven van 3 meter geldt een tussenruimte van minimaal 3 meter. Deze tussenruimte voorkomt dat de zones met weerstandsvermindering rond elke staaf elkaar te veel overlappen.

De gecombineerde weerstand van een opstelling met meerdere staven is niet simpelweg de weerstand van één staaf gedeeld door het aantal staven. De interactie tussen de staven onderling vermindert de efficiëntie. Een opstelling met twee staven bereikt ongeveer 60% van de weerstand van één staaf, niet 50%. Een opstelling met drie staven bereikt ongeveer 45-50%. Dit zijn schattingen; de werkelijke verhouding hangt af van de homogeniteit van de bodemweerstand en de afstand tussen de staven.

Zeven aardingsfouten die ons fabriekslaboratorium aantreft op geretourneerde specificatiebladen.

Na meer dan 17 jaar ervaring in de productie van aardingsproducten en het ondersteunen van projecten wereldwijd, heeft ons team een ​​lijst samengesteld met terugkerende specificatie- en installatiefouten die naar voren komen bij garantieonderzoeken en projectevaluaties in diverse landen en sectoren. De zeven onderstaande fouten zijn verantwoordelijk voor het merendeel van de voortijdige defecten aan aardingsstaven en de onvoldoende gemeten aardingsweerstanden die we tegenkomen:

Het bodemweerstandsonderzoek wordt overgeslagen.Ingenieurs nemen soms standaard bodemwaarden uit handboeken voor een bepaalde regio over in plaats van de daadwerkelijke locatie te testen. Zelfs binnen één perceel kan de soortelijke weerstand tot wel vijf keer verschillen tussen de noord- en zuidkant als gevolg van drainagepatronen, de geschiedenis van de ophoging of de diepte van het gesteente.

Testen vindt slechts op één diepte plaats.Een enkele Wenner-test op één afstand vertelt je vrijwel niets over het gelaagde profiel onder de grond. Test daarom altijd op minimaal drie verschillende afstanden om geleidende lagen, weerstandbiedende lagen en de overgang daartussen te identificeren.

Seizoensvariaties worden buiten beschouwing gelaten.Testen alleen tijdens het regenseizoen levert misleidende resultaten op. Aardingssystemen moeten functioneren onder de droogste, warmste en koudste omstandigheden die op de locatie voorkomen. Wij adviseren klanten om minstens twee keer te testen: één keer tijdens het natte seizoen en één keer tijdens het droge seizoen.

De diameter van de stang is te laag opgegeven.Het gebruik van de dunst mogelijke staaf om het materiaalgewicht te minimaliseren lijkt op papier misschien logisch, maar in harde of rotsachtige grond buigt, knikt of breekt een dunne staaf tijdens het indrijven. Dit leidt tot tijdverlies bij de installatie en een ondergedimensioneerd systeem. Wij adviseren staven van 3/4 inch (25 mm) voor elke locatie met rotsachtige of verdichte grond.

De koppeling vergeten.Wanneer ingenieurs staven met een diepte van 4,5 of 6 meter nodig hebben, proberen ze soms twee staafsecties aan elkaar te lassen. Lassen vernietigt echter de koperlaag op de verbinding, waardoor een corrosiegevoelige plek ontstaat die binnen enkele jaren bezwijkt. Gebruik daarom altijd een speciaal ontworpen mechanische koppeling die de continuïteit van de koperen mantel waarborgt.

De kwaliteit van de verbinding verwaarlozen.Zelfs de beste aardingspen ter wereld is nutteloos als de verbinding met de geleider los zit, gecorrodeerd is of gemaakt is met incompatibele metalen. Koper-op-koperverbindingen met exotherme lassen of gecertificeerde mechanische connectoren behouden hun integriteit op lange termijn. Het combineren van koperen staven met gegalvaniseerde klemmen in een vochtige omgeving creëert een galvanische corrosiecel die de verbinding na verloop van tijd aantast.

De bodemchemie niet aflezen.Alleen de soortelijke weerstand voorspelt geen corrosie. Een bodem met een matige soortelijke weerstand (300 ohm-m) maar een hoog sulfaatgehalte en een lage pH zal koper sneller aantasten dan verwacht. Combineer de soortelijke weerstandsmeting altijd met een bodemanalyse (pH, chloriden, sulfaten, vochtgehalte) om het juiste materiaal voor de corrosiestaven te kiezen.

Ons kwaliteitslaboratorium in Xinchang voert een zoutsproeitest (ASTM B117) uit op elke nieuwe productiebatch van koperbeklede staven. Over de laatste 47 batches (N=47, wat neerkomt op ongeveer 235.000 afzonderlijke staven) bedroeg de gemiddelde dikte van de koperlaag 0,268 mm met een standaardafwijking van 0,012 mm. Geen enkele batch voldeed niet aan de minimale waarde van 0,254 mm. De corrosietest duurt 1000 uur en binnen die tijd vertoonde geen enkele batch blootstelling van het basismetaal.

Veelgestelde vragen

Voor het volledige assortiment aardingsproducten dat in onze fabriek wordt vervaardigd, kunt u onze website bezoeken.aardingspen en aardingspen categoriepagina. Je kunt ook lezen overWat aarding is en waarom het belangrijk is.uit bredere branchebronnen.