Na początku 2023 roku otrzymaliśmy telefon od elektryka z Abudży w Nigerii. Wbił on cztery jednoczęściowe pręty uziemiające o długości 2,4 m, pokryte miedzią, w ziemię laterytową w miejscu budowy nowej wieży telekomunikacyjnej. Rezystancja wszystkich czterech prętów przekroczyła 25 omów – znacznie powyżej wymaganej przez jego specyfikację wartości 5 omów. Nie miał on wbijarki prętów, która poradziłaby sobie z prętami o długości powyżej 3 m, a najbliższy dostawca prętów o większej długości znajdował się w Lagos, oddalonym o 700 km. Wysłaliśmy mu zestawy prętów segmentowych i mosiężne łączniki. Dwa tygodnie później jego zespół wbił te same pręty na głębokość 6 m, używając standardowej młotowiertarki, a zmierzona rezystancja wyniosła 4,2 oma. Ten projekt zmienił nasze podejście do wyboru prętów jednoczęściowych lub segmentowych: to nie kwestia preferencji, ale tego, na co pozwala gleba, sprzęt i dostęp do terenu.

Kombinezon modułowy czy jednoczęściowy: decyzja nie jest kwestią preferencji

Argument za prętem jednoczęściowym jest prosty i trafny: brak połączeń oznacza brak słabych punktów. Pojedynczy pręt miedziany o długości 2,4 m, wbity bezpośrednio w wilgotną glinę, wytrzyma dłużej niż budynek, a kosztuje mniej niż zestaw segmentowy o tej samej długości. Nadal sprzedajemy więcej prętów jednoczęściowych niż zestawów segmentowych, i nie bez powodu: w przypadku płytkich instalacji w glebie o niskiej rezystywności są one właściwym wyborem.

Jednak w ciągu 17 lat produkcji produktów uziemiających zaobserwowaliśmy powtarzający się schemat: projekty, które do nas wracają z problemami związanymi z wysoką rezystancją, to prawie zawsze instalacje jednoczęściowe w suchym, skalistym lub piaszczystym gruncie, gdzie wykonawca wbił pręt na pełną długość i zatrzymał się, ponieważ nie miał możliwości wbicia go głębiej.pręt uziemiający sekcyjnyeliminuje to ograniczenie. Każdy segment ma 1,2 m długości i jest połączonyzłącza gwintowane, i dodajesz kolejne segmenty, aż wskaźnik oporu spadnie poniżej wartości docelowej. Mamy klientów w Arabii Saudyjskiej, którzy zmontowali pręty segmentowe o długości 9 m w piasku pustyni, oraz klientów w Demokratycznej Republice Konga, którzy osiągnęli 12 m w tropikalnym laterycie.

TenNorma IEEE 80Uziemienie stacji elektroenergetycznych nie narzuca jednego projektu nad drugim. Określa ono efekt końcowy: rezystancję uziemienia wystarczająco niską, aby zapewnić bezpieczeństwo podczas zwarć. Sposób osiągnięcia tej rezystancji jest decyzją inżynierską, a nie filozoficzną, zależną od specyfiki danego miejsca.

Kluczowe pytanie nie brzmi „który jest lepszy”, ale „co się stanie, gdy Twój jednoczęściowy pręt okaże się za krótki?”. W Abudży odpowiedź brzmiała: tracisz dwa tygodnie na zamawianie dłuższych prętów z Lagos. W Rijadzie odpowiedź brzmiała: zamawiasz u nas zestawy segmentowe i kontynuujesz jazdę tego samego dnia. Konstrukcja segmentowa zapewnia Ci elastyczność, a z naszego doświadczenia wynika, że ​​elastyczność odróżnia projekty, które osiągają wyznaczone cele wytrzymałościowe, od tych, które ich nie osiągają.

Dlaczego przeprojektowaliśmy nasz łącznik po epidemii krzyżowania się gwintów

W 2021 roku nasz zespół wsparcia odnotował gwałtowny wzrost liczby skarg związanych ze złączkami. W ciągu jednego roku odnotowaliśmy 47 przypadków przegięcia gwintu w 14 krajach. Schemat był powtarzalny: instalator pracował w błotnistym wykopie, rozpoczął wkręcanie gwintu złączki pod niewielkim kątem, a gwinty mosiężne odkształciły się przed gwintami prętów stalowych. Mosiądz jest z założenia bardziej miękki (chcemy, aby złączka uległa uszkodzeniu przed prętem, aby pręt mógł zostać ponownie użyty), ale ta decyzja konstrukcyjna doprowadziła do awarii, której nie przewidzieliśmy.

Przyczynę problemu ustaliliśmy w geometrii gwintu. Standardowy gwint V-kształtny zarówno na pręcie, jak i na złączu miał ostrą krawędź wejściową, co ułatwiało rozpoczęcie gwintowania pod kątem, zwłaszcza gdy gwinty były zanieczyszczone. Nasze rozwiązanie: sfazowaliśmy pierwsze dwa gwinty na pręcie i na złączu, tworząc szerszy kąt wejścia, który samoczynnie centruje połączenie nawet przy niewielkim odchyleniu od osi. Dodaliśmy również wizualny znacznik ustawienia (linię wytrawioną laserowo na korpusie złączki), który pokazuje instalatorowi, kiedy gwinty są prawidłowo ustawione.

Wyniki były znaczące. W 2022 roku liczba skarg na krzywe gwinty spadła do 19. W 2023 roku – do 11. W pierwszej połowie 2024 roku – do 3. To skumulowana redukcja o około 70 procent, która nie kosztowała nas nic w przeliczeniu na jednostkę – fazowanie to zmiana narzędzia, a nie materiału. To właśnie taki stopniowy postęp, jaki umożliwia 17 lat zbierania informacji zwrotnych od producentów.

Sam materiał łącznika jest obrabiany maszynowo z litego pręta mosiężnego (nie odlewanego). Wybraliśmy mosiądz zamiast stali z trzech powodów. Po pierwsze, mosiądz nie koroduje w glebie tak jak zwykła stal – wykopaliśmy łączniki z 15-letnich instalacji w Arabii Saudyjskiej, które wyglądały prawie jak nowe. Po drugie, różnica potencjałów galwanicznych między mosiądzem a stalą pokrytą miedzią jest minimalna (poniżej 50 mV), co oznacza, że ​​korozja elektrochemiczna na styku gwintu jest znikoma. Po trzecie, mosiądz charakteryzuje się mniejszymi tolerancjami gwintu niż stal, co ma znaczenie podczas gwintowania ręcznego w błotnistym wykopie i gdy połączenie musi być płynnie wykonane.

Wytrzymałość na rozciąganie naszego mosiężnego łącznika (≥580 N/mm²) przekracza granicę plastyczności rdzenia stalowego w segmentach pręta. Sprawdzamy to w każdej partii produkcyjnej: rozciągamy trzy zestawy próbek do momentu ich zniszczenia na hydraulicznej próbnicy wytrzymałości. Pręt zawsze pęka w odległości około 25 mm od czoła łącznika – nigdy w samym łączniku. Jest to celowe: chcemy, aby pręt pękł przed łącznikiem, ponieważ uszkodzony pręt można wyjąć i wymienić, podczas gdy uszkodzony łącznik może pozostawić segment uwięziony pod ziemią.

Stal miedziowana: specyfikacje, które testujemy i wykrywane przez nas usterki

Każdy producent podaje te same parametry: grubość miedzi, czystość, wytrzymałość na rozciąganie, prostoliniowość. Różnica polega na tym, czy te parametry są testowane, czy zakładane. W naszej fabryce w Xinchang testujemy każdą partię produkcyjną i odrzucamy materiały, które nie spełniają wymagań. Oto, co testujemy, jak to testujemy i co wykryliśmy.

Grubość warstwy miedzi: ≥0,254 mm. To jestUL 467minimum. Mierzymy kalibrowanym grubościomierzem ultradźwiękowym w trzech punktach na pręt (na końcu, w środku i na podstawie). Nasza średnia produkcyjna wynosi 0,28 mm, z zakresem od 0,254 do 0,32 mm. W 2022 roku odrzuciliśmy całą partię katod miedzianych od nowego dostawcy, gdy test pierwszej partii wykazał średnią grubość 0,22 mm. Dostawca twierdził, że katoda spełnia specyfikację; nasz grubościomierz ultradźwiękowy twierdził co innego. Zmieniliśmy dostawcę.

Czystość miedzi: ≥99,95%. Weryfikujemy to analizą iskrową OES (spektrometria emisyjna optyczna) każdej partii katod miedzianych. Zanieczyszczenia powyżej 0,05% – zwłaszcza siarka i fosfor – przyspieszają korozję w glebach kwaśnych. W 2023 roku partiapręt stalowy powlekany miedziąz naszej linii produkcyjnej, testowane z czystością 99,91%. Przyczyną problemu była zanieczyszczona anoda miedziana w wannie galwanicznej. Złomowaliśmy całą partię (około 2000 prętów), zamiast wysyłać materiał, który przedwcześnie uległby korozji w terenie.

Integralność wiązań: test zginania o 180 stopni. Warstwa miedzi nie może pękać ani rozwarstwiać się podczas zginania pręta o 180 stopni w promieniu 100 mm. Test ten symuluje siły uderzenia podczas wbijania. Przeprowadzamy go w każdej partii produkcyjnej. Jeśli miedź się łuszczy, gęstość prądu galwanicznego była zbyt niska, a wiązanie ma charakter mechaniczny, a nie metalurgiczny. W ciągu ostatnich trzech lat test ten nie przeszedł testu dwukrotnie, w obu przypadkach przyczyną był spadek napięcia w linii galwanicznej spowodowany korozją szyny zbiorczej.

Prostoliniowość: ≤1 mm/m. Prostujemy każdy pręt na prasie hydraulicznej po galwanizacji, a następnie sprawdzamy go poprzez walcowanie na płaskiej granitowej płycie. Pręty z odchyleniem większym niż 1 mm/m są odrzucane. Ta specyfikacja ma większe znaczenie, niż większość ludzi zdaje sobie sprawę: pręt z wygięciem 3 mm/m nie będzie wbijany prosto, a pręt odchylony od pionu nie osiągnie docelowej głębokości bez wykonania otworu pilotażowego. Widzieliśmy importowane pręty innych producentów z wygięciem 4–5 mm/m, co skutecznie uniemożliwia ich głębokie wbijanie.

Montaż pręta uziemienia głębokiego: czego nauczyliśmy się z błędów popełnionych w terenie

Proces instalacji dlapręt uziemiający sekcyjnynie jest skomplikowany, ale każdy etap ma swoje wady, o których przekonaliśmy się na własnej skórze — podczas rozmów z klientami, w trakcie składania reklamacji gwarancyjnych i podczas wizyt na miejscu.

Otwór pilotażowy: krok pomijany przez większość wykonawców. W ubitym lub kamienistym gruncie zawsze należy zacząć od otworu pilotażowego, używając świdra gruntowego o średnicy nieco mniejszej niż średnica pręta. W 2022 roku wykonawca robót z Dammam w Arabii Saudyjskiej wbił trzy segmenty pręta w piasek pustyni bez otworu pilotażowego. Końcówka pręta odbiła się od zakopanego kamienia na wysokości 1,8 m, odchylając pręt o 15 stopni od pionu. Musiał on wyjąć wygięty segment (praca podnośnikiem zajęła 45 minut) i zacząć od nowa od otworu pilotażowego. Otwór pilotażowy trwał 5 minut i zapobiegł wszelkim późniejszym problemom z wyginaniem.

Moment obrotowy sprzęgła: niedokręcenie i nadmierne dokręcenie powodują awarię. Specyfikujemy moment obrotowy od 50 do 80 Nm dla prętów 5/8 cala i od 60 do 100 Nm dla prętów 3/4 cala. W projekcie z 2023 roku w Dar es Salaam w Tanzanii instalatorzy dokręcali złącza ręcznie bez użycia klucza. Podczas wbijania dwa złącza poluzowały się, a segmenty rozdzieliły się pod ziemią. Górny segment kontynuował wbijanie, ale dolny pozostał na głębokości 2 m. Musieli porzucić oba segmenty i rozpocząć nowy otwór w odległości 30 cm. Od tego czasu do każdego zestawu montażowego dołączamy kartę z danymi dotyczącymi momentu obrotowego.

Czyszczenie gwintów: 20 sekund, które pozwalają uniknąć 20 minut frustracji. Przed nakręceniem łącznika należy oczyścić gwinty pręta z brudu. W warunkach błotnistych (częstych w instalacjach tropikalnych) brud wbity w gwinty działa jak materiał ścierny i może spowodować zatarcie łącznika w połowie jego długości. Otrzymaliśmy trzy zgłoszenia gwarancyjne z Azji Południowo-Wschodniej, w których instalator wcisnął mocno brudny łącznik i zerwał mosiężne gwinty. Szczotka o twardym włosiu (którą teraz dołączamy do naszego zestawu montażowego) rozwiązuje ten problem w 20 sekund.

Badanie rezystancji: przetestuj przed głębszym włożeniem. Po zainstalowaniu każdego segmentu zmierz rezystancję uziemienia za pomocą testera spadku potencjału, zgodnie z…NFPA 70 (Krajowy Kodeks Elektryczny)Wymagania. Jeśli jesteś już poniżej docelowego oporu, przerwij jazdę. Widzieliśmy wykonawców w Nigerii, którzy dojeżdżali do 7 m, podczas gdy 4 m byłyby wystarczające, marnując trzy segmenty i pracę potrzebną do ich montażu. Podejście przyrostowe – testowanie, decyzja, jazda – to główna zaleta ekonomiczna konstrukcji segmentowej.

Cztery tryby awarii z 17 lat uziemienia produkcji produktów

Po dostarczeniu produktów uziemiających do ponad 60 krajów, mamy jasny obraz tego, co zawodzi w terenie i dlaczego. Oto cztery najczęstsze rodzaje awarii, uszeregowane według częstotliwości w naszych danych dotyczących zgłoszeń do pomocy technicznej z lat 2018–2024.

Błąd 1: Przekroczenie zakresu (47% wszystkich zgłoszeń do pomocy technicznej). Omówiono to już powyżej. Przeprojektowanie wejścia z fazowaniem zmniejszyło liczbę incydentów z 47 w 2021 r. do 3 w pierwszej połowie 2024 r.

Błąd 2: Rozwarstwienie miedzi podczas wbijania (23% zgłoszeń). Jeśli połączenie między warstwą miedzi a stalowym rdzeniem ma charakter mechaniczny, a nie metalurgiczny, powtarzające się siły uderzeniowe podczas wbijania mogą spowodować odklejenie się miedzi na końcu. Powoduje to efekt grzyba, który uniemożliwia dalsze wbijanie i naraża stalowy rdzeń na korozję. Nasz test gięcia o 180 stopni wykrywa to zjawisko w fabryce, ale nadal obserwujemy je w prętach innych producentów, które nasi klienci zakupili w innych miejscach i zmieszali z naszymi łącznikami.

Błąd 3: Zginanie pręta w skalistym gruncie (18% zgłoszeń). Nawet przy rdzeniu o wytrzymałości na rozciąganie 600+ N/mm², pręt uderzający w zakopany kamień pod kątem ulegnie zgięciu. Po zgięciu o więcej niż kilka stopni pręt nie będzie wbijał się prosto. Zapobieganie: zawsze należy wykonać otwór pilotażowy w przypadku podejrzenia skalistego gruntu. Otrzymaliśmy tę skargę od osób prowadzących prace w Turcji, Iranie i regionach górskich Afryki Wschodniej.

Błąd 4: Korozja na styku łącznika w glebie słonej (12% przypadków). W środowiskach przybrzeżnych lub słonych, gwint może korodować szybciej niż korpus pręta, jeśli materiał łącznika nie jest galwanicznie kompatybilny. Nasze łączniki mosiężne minimalizują to ryzyko, ponieważ różnica potencjałów galwanicznych między mosiądzem a stalą pokrytą miedzią wynosi mniej niż 50 mV. W przypadku środowisk ekstremalnie słonych (wybrzeże Arabii Saudyjskiej, Kataru, ZEA) oferujemy również łączniki ze stali nierdzewnej.

Dane dotyczące rezystywności gleby z rzeczywistych projektów: dlaczego głębokość zmienia wszystko

Powodem głębokiego wbijania jest rezystywność gruntu. W większości rodzajów gruntów rezystywność maleje wraz z głębokością, ponieważ głębsze gleby charakteryzują się wyższą wilgotnością i większą zawartością rozpuszczonych minerałów. Poniżej przedstawiono zmierzone wartości rezystancji gruntu z trzech rzeczywistych projektów, w których dostarczyliśmy zestawy prętów sekcyjnych:

Abudża, Nigeria (gleba laterytowa, 800 ohm-m): 1,5-metrowy pręt jednoczęściowy = 28 ohmów. 3-metrowy odcinek = 14 ohmów. 6-metrowy odcinek = 4,2 ohmów. Wykonawca potrzebował 5 ohmów; osiągnęli to na głębokości około 5,5 m dzięki systemowi sekcyjnemu.

Rijad, Arabia Saudyjska (piasek pustynny, 1200 omów): pręt jednoczęściowy o długości 2,4 m = 45 omów. Odcinek o długości 3 m = 32 omów. Odcinek o długości 6 m = 12 omów. Odcinek o długości 9 m = 6,8 omów. Specyfikacja projektu wymagała 10 omów; osiągnięto ją na głębokości około 7 m.

Dar es Salaam, Tanzania (gliniasto-gliniaste, 200 ohm-m): 1,5-metrowy pręt jednoczęściowy = 8 ohmów. Specyfikacja wymagała 5 ohmów. Pojedyncze przedłużenie o 1,5 m (łącznie 3 m) zwiększyło opór do 4,8 ohmów. W tym przypadku gleba była współpracująca i potrzebne było jedynie minimalne przedłużenie na głębokość.

TenNorma IEEE 142 (Zielona Księga)podaje wzór do szacowania oporu pręta wbijanego: R = (ρ / 2πL) × (ln(4L/a) – 1), gdzie ρ to rezystywność gruntu, L to długość pręta, a a to promień pręta. Wzór potwierdza to, co pokazują nasze dane terenowe: opór jest odwrotnie proporcjonalny do długości pręta. Podwojenie głębokości zazwyczaj zmniejsza opór o 40 do 60 procent, w zależności od uwarstwienia gleby.

Praktyczny wniosek jest prosty. W glebie o niskiej rezystywności (poniżej 300 Ω) zazwyczaj wystarcza pręt jednoczęściowy o długości od 1,5 do 3 m. W glebie o średniej rezystywności (od 300 do 1000 Ω) może być potrzebny pręt o długości od 3 do 6 m, co oznacza podział na sekcje.Administracja Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (OSHA)Nakłada na pracodawców obowiązek wdrożenia programów uziemienia sprzętu na placach budowy, które obejmują prawidłową instalację uziomów. W glebach o wysokiej rezystywności (powyżej 1000 omów) prawie na pewno potrzebne będzie uziemienie o długości 6 m lub więcej, a system sekcyjny jest jedynym praktycznym sposobem na jego osiągnięcie.

Całkowity koszt instalacji: kiedy system modułowy jest lepszy od systemu jednoczęściowego pod względem opłacalności

Koszt materiału na metr systemu segmentowego jest wyższy niż w przypadku systemu jednoczęściowego, ponieważ płaci się za łączniki i dodatkowe opakowanie. Jednak całkowity koszt montażu obejmuje robociznę, transport, odpady i sprzęt, a porównanie wypada na korzyść systemu segmentowego wraz ze wzrostem głębokości.

Oszczędności w transporcie. W 2023 roku klient z Kampali w Ugandzie poinformował nas, że koszt transportu prętów o długości 3 m z portu na miejsce projektu (200 km drogami gruntowymi) stanowił około 40% kosztu samego pręta, ponieważ każda ciężarówka mogła przewieźć tylko 200 prętów ze względu na ograniczenia długości. Po przejściu na segmenty sekcyjne o długości 1,2 m, ta sama ciężarówka przewoziła 500 segmentów na kurs. Koszt transportu na metr pręta spadł o ponad połowę.

Redukcja odpadów. W skalistym gruncie jednoczęściowe pręty, które wyginają się podczas wbijania, są odpadami. Nasi klienci z Bliskiego Wschodu zgłaszają wskaźnik odpadów na poziomie 8–12% w przypadku jednoczęściowych prętów w skalistym gruncie pustynnym, w porównaniu z poniżej 2% w przypadku systemów sekcyjnych (ponieważ krótsze segmenty są łatwiejsze w kontroli, a krok po kroku wykonywany jest bardziej konsekwentnie). Wskaźnik odpadów na poziomie 10% w projekcie obejmującym 200 prętów oznacza 20 zmarnowanych prętów i nakład pracy potrzebny do ich wydobycia.

Koszty sprzętu. Pręt jednoczęściowy o długości powyżej 2,4 m wymaga specjalistycznego wbijaka z długim uchwytem. System segmentowy można napędzać standardową młotowiertarką z adapterem uchwytu – sprzętem, który większość instalatorów elektrycznych już posiada. Oszczędności na wynajmie sprzętu mogą zrekompensować koszt złączek w przypadku małych i średnich projektów.

W przypadku instalacji płytkich (≤1,5 m) pręty jednoczęściowe są tańsze i szybsze. W przypadku instalacji o głębokości od 1,5 do 3,0 m porównanie zależy od miejsca. W przypadku instalacji o głębokości powyżej 3,0 m jedyną praktyczną opcją jest konstrukcja segmentowa, a porównanie kosztów jest bezprzedmiotowe.

Wniosek

Wybór między uziomami segmentowymi a jednoczęściowymi nie zależy od tego, który jest lepszy w teorii. Chodzi o to, który z nich pasuje do warunków glebowych, docelowej wytrzymałości i logistyki na placu budowy. Uziomy jednoczęściowe są prostsze, tańsze i mocniejsze w przeliczeniu na metr bieżący. Uziomy segmentowe to jedyne praktyczne rozwiązanie, gdy konieczne jest zagłębienie się na głębokość większą niż 3 m, gdy transport ogranicza długość uziomu lub gdy warunki glebowe są niepewne i potrzebna jest elastyczność w stopniowym zwiększaniu głębokości.

Jakość łącznika decyduje o tym, czy system sekcyjny działa zgodnie z założeniami. Po 47 przypadkach przegięcia gwintu w 2021 roku, przeprojektowaliśmy nasz łącznik, dodając fazowane wejścia gwintów i zmniejszając wskaźnik awaryjności o 70 procent. To właśnie tego rodzaju iteracyjne udoskonalenia przynoszą efekty 17 lat produkcji i ponad 60 krajów, w których prowadzono badania terenowe.

W firmie Xinchang Shibang New Material Co., Ltd. produkujemyzestawy prętów uziemiających, złącza gwintowane, pręty stalowe powlekane miedziąoraz pełną gamę akcesoriów uziemiających i odgromowych zgodnych z normą ISO 9001:2008. Skontaktuj się z nami, aby omówić wymagania Twojego projektu.

Często zadawane pytania