Przewodnik po specyfikacji danych terenowych dla inżynierów EPC zajmujących się energią słoneczną: jak 4200 chemicznych elektrod uziemiających dostarczonych do saudyjskiej elektrowni fotowoltaicznej o mocy 150 MW utrzymało rezystancję podkładki 3,1 Ω przez pięć lat przy gęstości gleby 1800 Ω·cm — oraz kroki związane z zakupem, instalacją i audytem, ​​które pozwoliły nam osiągnąć ten cel.

Dane terenowe z tego artykułu pochodzą z saudyjskiej elektrowni fotowoltaicznej o mocy 150 MW, która dotarła do nas w sierpniu 2020 roku w ramach rutynowego zapytania. W drugim e-mailu firma EPC z Madrytu przeszła od ceny za sztukę do specyfikacji – ich główny inżynier był zaangażowany w projekt o mocy 50 MW w 2018 roku, w którym zapas prętów z wodą przekroczył granicę napięcia dotykowego w trzecim roku. Poniżej przedstawiono sekwencję zamówień, instalacji i audytu, która doprowadziła do uzyskania modelu eksploatacji o średniej rezystancji 3,1 Ω / najgorszej rezystancji 4,7 Ω / pięcioletniej bezobsługowej eksploatacji – oraz partia od dostawcy, która niemal go zepsuła.

1. Specyfikacja bezobsługowa, która zaczęła się od nieudanej rośliny z podlewanym prętem

Awaria referencyjna dotyczyła chilijskiej elektrowni fotowoltaicznej o mocy 50 MW, uruchomionej w 2018 roku, z konwencjonalnymi prętami miedzianymi i sześciomiesięcznym cyklem nawadniania. Do trzeciego roku okno napięcia dotykowego na sześciu polach inwertera przekroczyło margines projektowy, ponieważ pominięto dwie zaplanowane wizyty nawadniające w 2020 roku (ograniczenia w podróżowaniu związane z pandemią COVID). Pręty nie uległy uszkodzeniu fizycznemu – wyschły. Rezystancja pól przekroczyła próg 5 Ω na trzech z sześciu pól.

To jest luka operacyjna, którą zamyka chemiczna elektroda uziemiająca. Nasz produkt to stalowy rdzeń pokryty miedzią (17,2 mm do 25,4 mm) umieszczony wewnątrz pierścienia o średnicy od 100 mm do 150 mm, wypełnionego higroskopijnym związkiem – gliną bentonitową z dodatkiem siarczanu magnezu i dodatku zatrzymującego wilgoć. Związek ten pochłania wilgoć z otoczenia i utrzymuje ją na powierzchni pręta; siarczan magnezu utrzymuje bezpośrednią objętość gleby w stanie przewodzenia. Konsekwencją dla instalacji jest to, że okno napięcia dotykowego pozostaje w granicach projektowanego marginesu przez 25–30 lat użytkowania, a cykl nawadniania wypada z planu eksploatacji i konserwacji.

W przypadku projektu w Arabii Saudyjskiej różnicą między prętem wodnym a elektrodą chemiczną było pięcioletnie zobowiązanie O&M, które EPC wpisywał w aktywa już pierwszego dnia. Po ustaleniu tych ram, premia za sztukę staje się pozycją, którą można obronić.

2. Mapa rezystywności gleby, która zadecydowała o 4200 elektrodach

Szczera odpowiedź nakiedy elektroda chemiczna przestaje być opcjonalnato mapa rezystywności gleby. W przypadku elektrowni w Arabii Saudyjskiej przeprowadziliśmy pomiary Wennera z czterema pinami na obszarze o powierzchni 1,8 km², z pinami na planowanej głębokości elektrod (sondy 1,5 m i 3,0 m). Poniższe zestawienie jest tym, z którego korzystam, gdy inżynier ds. energetyki (EPC) zadaje to samo pytanie w nowym projekcie.

Ważna jest wartość rezystancji na planowanej głębokości elektrody, a nie wartość rezystancji na powierzchni.W Arabii Saudyjskiej odczyt z czteropinowego sondy powierzchniowej wyniósł 380 Ω·cm (co sugerowałoby, że pręt wbity wystarczy); odczyt z 1,5 m wyniósł 1400 Ω·cm, a odczyt z 3,0 m – 1800 Ω·cm. Bez pomiarów warstwowych, EPC określiłoby inwentaryzację prętów wbitych w wodę.

3. Co tak naprawdę oznacza „bezobsługowy” w naszym raporcie z badania typu

To sformułowanie jest standardem branżowym, ale nieprecyzyjne, dlatego przypinamy je na piśmie do każdej przesyłki. Bezobsługowa elektroda uziemiająca na naszym stanowisku przeładunkowym ma cztery właściwości techniczne, które są wyszczególnione w raporcie z badań typu, a o wgląd do tego raportu powinien poprosić EPC przed podpisaniem PO.

1. Zasypka higroskopijna (naIEC 62561-7).Bentonit mieszany z siarczanem magnezu (a nie z chlorkiem sodu, który atakuje rdzenie pokryte miedzią). 30-dniowy test stabilności jonowej w temperaturze 60°C wychwytuje niedociągnięcia dostawców: mieszanki zgodne z normami wykazują ≥80% redukcji rezystywności; partia dostawcy z 2022 roku spadła do 65%, co spowodowało konieczność zmiany składu mieszanki w firmie.
2. Rdzeń stalowy pokryty miedzią doNEMA GR-1, minimalna grubość powłoki 254 µm.Kontroluje korozję galwaniczną. Odrzuciliśmy dostawcę z 2021 roku, którego powłoka miała grubość 180 µm — zgodną ze specyfikacją uziemienia sygnału niskoprądowego, ale zbyt cienką dla obciążenia prądem impulsowym, jakie przenosi zakończenie ESE podczas udaru.
3. Stały kanał inspekcyjny z okienkiem pomiarowym mocowanym na zacisku.Polimer o wymiarach 300 mm × 300 mm × 300 mm (nie beton; beton pęka w cyklach termicznych w suchym klimacie). Odczyt z zacisku pozwala zespołowi O&M sprawdzić wynik testu powtarzanego co pięć lat w 30 sekund na podkładkę.
4. Brak zaplanowanego ponownego podlewania w planie O&M.Instrukcja saudyjska zaleca założenie elektrody zaciskowej w pierwszym, trzecim i piątym roku – nic pomiędzy. Sześcio- lub dwunastomiesięczny cykl nawadniania oznacza, że ​​elektroda została źle dobrana.

Różnica międzychemiczna elektroda uziemiającaipręt uziemiający jon elektrolitycznyW naszej linii oporność jest geometryczna, a nie funkcjonalna – rura miedziana kontra rdzeń stalowy pokryty miedzią, to samo wypełnienie. Oba modele uzyskały tę samą średnią rezystancję 3,1 Ω, podczas gdy w zakładzie w Arabii Saudyjskiej cel wynosił 5 Ω.

4. Cztery standardy wzajemnie odwoływane w specyfikacji saudyjskiej

Specyfikacja saudyjska zawierała odniesienia do czterech norm. To, która norma regulowała którą decyzję, jest częścią, którą EPC najczęściej pozostawiają niejawną — oto mapa robocza.

W przypadku podkładek SN i podstacji POI,IEEE 80IIEEE 665były wiążącym ograniczeniem, a nie surowa rezystancja padów. Obaj liderzy musieli się zgodzić na IEEE 837, zanim którykolwiek z nich podpisał.

5. Gdzie właściwie znajdowały się elektrody w układzie

W zakładzie w Arabii Saudyjskiej na pytanie „gdzie je umieścić” udzielono odpowiedzi, korzystając z jednokreskowego schematu, który EPC korygował trzykrotnie przed wysłaniem pierwszego kontenera. Elektrody chemiczne trafiały do ​​pięciu różnych lokalizacji – a dokument zamówienia musiał określać, która norma określała daną lokalizację, ponieważ ta sama geometria elektrody była dla każdej z nich określona inaczej.

Rysunek 2 — Elektroda chemiczna typu pręta uziemiającego jon elektrolityczny w gotowym kanale inspekcyjnym na płycie montażowej falownika w zakładzie w Arabii Saudyjskiej. Rdzeń pokryty miedzią jest egzotermicznie spawany z przewodem uziemiającym urządzenia na poziomie kanału inspekcyjnego.

1. Podkładki inwertera.Rozpoczęto od jednej elektrody na każdej podkładce; dodano drugą na 14 podkładkach, gdzie pomiar w odległości 1,5 m wykazał wartość powyżej 1800 Ω·cm (1316 elektrod, średnio 3,1 Ω).
2. Podkładki transformatorów SN.Dwie elektrody na pole plus warstwa żwiru powierzchniowego, zaprojektowane dla okna napięcia dotykowego i krokowego IEEE 80 (84 pola, 168 elektrod).
3. Skrzynki kombinacyjne.Jedna elektroda w pudełku (1890 elektrod).
4. Oba końce głównego przewodu uziemiającego urządzenia prądu stałego.Dwie elektrody (1,4 km pnia).
5. Zakończenia przewodu odprowadzającego piorun ESE.24 odgromniki ESE na obwodzie zespołu i obudowie rozdzielnicy SN, każdy z uziemieniem prętowym wykonanym z jonów elektrolitycznych (obowiązującym ograniczeniem była pojemność prądu udarowego).

Łącznie: 4200 elektrod chemicznych, zgodnych z harmonogramem zamówień EPC i kontenerami, które opuściły Xinchang między wrześniem 2020 a marcem 2022 roku. Najczęściej spotykanym błędem w pierwszej wersji jest traktowanie wszystkich pięciu typów lokalizacji jako identycznych – nie są. Dokument zamówienia musi określać, która norma ma zastosowanie do danej lokalizacji.

6. Specyfikacja chemii wypełniającej, która faktycznie wyróżnia dostawcę

W przypadku projektu w Arabii Saudyjskiej specyfikacja zasypki rozdzieliła dwóch finalistów na liście ofert. Pierwszy z nich przesłał 14-stronicowy katalog z pojedynczym odniesieniem do normy IEC 62561-7 na tylnej okładce. Drugi przesłał 38-stronicowy raport z badania typu obejmujący współczynnik redukcji rezystywności w czterech referencyjnych warunkach wilgotności, wynik stabilności jonowej w temperaturze 60°C / 30 dni, 90-dniową krzywą retencji wilgoci oraz oświadczenie o zgodności z normami środowiskowymi ESIA. Drugi to dostawca, którego certyfikat EPC wpisuje się do 25-letniego planu eksploatacji i konserwacji (O&M).

Język zamówień, który ostatecznie napisaliśmy dla specyfikacji saudyjskiej, wymieniał cztery właściwości — te same cztery, które testujemy wewnętrznie przy każdej dostawie, i te same cztery, które pojawiają się w naszym raporcie z testów typu.

• Współczynnik redukcji rezystywności (zgodnie z normą IEC 62561-7).Norma: 12:1 przy 20% wilgotności odniesienia.
• Długoterminowa stabilność jonowa (60°C / 30-dniowy test).Siarczan magnezu w porównaniu z chlorkiem sodu (chlorek atakuje rdzenie pokryte miedzią); próg retencji ≥80%. Partia dostawcy z 2022 roku wykazała 65% retencji – co stanowiło warunek rozpoczęcia produkcji własnej.
• Utrzymanie wilgoci przez 90-dniowy cykl suszenia.73% retencji po 90 dniach w temperaturze 35°C i wilgotności względnej 30% — wartość ta została wykorzystana przez EPC do ustalenia terminu ponownego badania po pięciu latach.
• Zgodność z przepisami ochrony środowiska w ESIA.Spełnia standardowy test odcieku wynoszący poniżej 1 mg/l dla regulowanych metali.

Fabryka, która przedstawia raport z badania typu obejmujący cztery właściwości, to ta, którą EPC uwzględnia w 25-letnim planie O&M; ta, która ma tylko arkusz wymiarów prętów, pojawia się po dwóch latach wraz z e-mailem o „nowej, ulepszonej mieszance”.

7. Jak określiliśmy sześcioetapową procedurę dla saudyjskiego EPC

Sześcioetapowa procedura specyfikacji, którą przeprowadziliśmy w ramach EPC, jest taka sama, jak ta, którą stosujemy w każdym projekcie fotowoltaicznym na skalę przemysłową. Nie jest to lista generyczna — każdy etap wiąże się z decyzją, którą inżynier EPC musi podjąć w swoim konkretnym projekcie.

1. Przeprowadź pomiar rezystywności gruntu za pomocą czteropinowego urządzenia Wennera na planowanym obszarze.Zapis wykonano na głębokości 1,5 m i 3,0 m. Różnica między powierzchnią a głębokością w miejscu w Arabii Saudyjskiej wyniosła 4× (380 Ω·cm w porównaniu z 1800 Ω·cm).
2. Ustaw rezystancję docelową dla każdej podkładki na podstawie schematu jednokreskowego projektu.Saudyjska EPC ustaliła oporność na 5 Ω na każdą płytkę inwertera i 1 Ω na całą siatkę ekwipotencjalną; obydwa parametry zostały utrzymane w trakcie pięcioletniego testu.
3. Proszę określić pisemnie skład chemiczny wypełnienia, dołączając raport z badania typu czterech właściwości.Przypadkiem testowym była partia dostawców z 2022 r. — raport wykazał 65% retencji przed wysyłką.
4. Zablokuj geometrię pręta i standard łącznika.17,2 mm × 2,4 m w powłoce miedzianej do pól pod falowniki; geometria jonów elektrolitycznych 25,4 mm × 2,4 m do pól pod SN i zakończeń odgromowych. Złącza spawane egzotermicznie doIEEE 837, bez zacisków mechanicznych.
5. Montaż należy wykonać w nienaruszonym gruncie za pomocą świdra pionowego o średnicy 100 mm.Ten sam świder w całym układzie – bez użycia specjalistycznych narzędzi. Przed uszczelnieniem kanału inspekcyjnego należy zasypać pierścień uszczelniający; należy unikać montażu w stojącej wodzie (14-dniowy okres suszy przed montażem to standard w tym miejscu).
6. Zweryfikuj za pomocą testu spadku potencjału podczas uruchomienia i po pięciu latach.Zgodnie z rodziną metod IEEE 81; logarytm rezystancji, temperatury gleby i wilgotności. Pięcioletni test w saudyjskiej elektrowni wykazał średnią rezystancję 3,1 Ω, a najgorsza rezystancja wynosiła 4,7 Ω.

8. Blokada rozmiaru, której nie zrobiliśmy dobrze za pierwszym razem

Pierwsze 200 elektrod w saudyjskiej elektrowni zostało dostarczonych z świdrem o średnicy 75 mm (inżynier EPC użył go w poprzednim projekcie z prętem wbijanym), a odczyty w terenie wyniosły średnio 5,8 Ω w porównaniu z celem 5 Ω – związek nie miał miejsca na uwodnienie. Przeszliśmy do 100 mm dla pozostałych 4000 elektrod, a średnia spadła do 3,1 Ω. 200 otworów o zbyt małej średnicy nie zostało ponownie wierconych; stanowią one 6% padów w paśmie „powyżej 2000 Ω·cm”, które zostały poddane obróbce z użyciem podwójnej elektrody.

Różnica 0,4 Ω między ślimakiem o średnicy 75 mm a 100 mm to największa zmienna po stronie instalacji, jaką zmierzyliśmy – i to jest zmienna, którą kontroluje inżynier budowy EPC, a nie fabryka ani skład chemiczny zasypki. Linię mieszania można dokręcić z poziomu biurka specyfikacji, ślimaka nie.

9. Jak to się łączy z globalną rozbudową instalacji solarnych i dlaczego ma to znaczenie dla zamówień EPC w 2026 r.

Rezystancja 3,1 Ω w saudyjskiej elektrowni nie jest wyjątkiem. W latach 2020–2025, w których dostarczaliśmy instalacje fotowoltaiczne na skalę przemysłową na Bliskim Wschodzie, w Afryce Północnej, południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych i w głębi Australii, średnia rezystancja padów w prawidłowo określonych instalacjach mieściła się w zakresie od 2,8 do 3,6 Ω, przy docelowym poziomie 5 Ω. Rozrzut 0,8 Ω wynika z dokładności pasma gruntowego i średnicy otworu wiertniczego po stronie instalacji. Spójność składu chemicznego zasypki ma mniejsze znaczenie niż dokładność średnicy otworu wiertniczego – odkrycie to zaskoczyło nasz zespół ds. zapewnienia jakości, gdy przeprowadziliśmy audyt danych z testów powtórnych z pięciu lat w odniesieniu do dokumentacji instalacji.

Ten wzór danych terenowych jest oparty na obecnie instalowanej rozbudowie,Śledzenie IEA-PVPS, ponad 400 GW nowej mocy fotowoltaicznej rocznie.Podsumowanie IEA-PVPS 2024potwierdza, że ​​skumulowana wartość PV przekroczyła 2 TW;IEA Odnawialne źródła energii 2024Raport przewiduje, że fotowoltaika na skalę przemysłową pozostanie największym źródłem nowych odnawialnych źródeł energii do 2030 r. W przypadku zespołów ds. zaopatrzenia uziemienie przeszło z ogólnej linii prętów i zacisków do uznanej kategorii specyfikacji na skalę przemysłową — a dostawcy, którzy mogą przedstawić raport z testu typu dla czterech nieruchomości, wygrywają przetarg.

10. Często zadawane pytania zespołów ds. zamówień EPC

Czym jest chemiczna elektroda uziemiająca dla farmy słonecznej?

Stalowy pręt pokryty miedzią, zainstalowany pionowo i otoczony higroskopijną masą wypełniającą, która pochłania wilgoć z otoczenia, stabilizując rezystancję elektrody przez lata bez konieczności ręcznego nawadniania. Do elektrowni w Arabii Saudyjskiej wysłano 4200 elektrod w latach 2020-2022, ze średnią rezystancją 3,1 Ω w piątym roku.

Dlaczego bezobsługowe uziemienie jest ważne w przypadku instalacji fotowoltaicznych na skalę przemysłową?

Rośliny pokrywają dziesiątki, a nawet setki hektarów, a ich elektrody rozmieszczone są na tysiącach punktów. Tradycyjna elektroda z sześcio- lub dwunastomiesięcznym cyklem nawadniania pozostawia obiekt bez ochrony w przypadku przesunięcia harmonogramu. Bezobsługowe uziemienie eliminuje ten cykl.

Jaka rezystywność gruntu jest zbyt wysoka dla samego pręta wbijanego?

Powyżej około 1000 Ω·cm pojedynczy pręt miedziowany nie może niezawodnie osiągnąć rezystancji poniżej 5 Ω na płycie bez nadmiernej liczby prętów lub bardzo głębokich instalacji. W elektrowni saudyjskiej 73% układu znajdowało się w paśmie 1000–2000 Ω·cm; 6% powyżej 2000 Ω·cm posiadało elektrody o strukturze delta.

Jakie normy dotyczą uziemienia chemicznego w instalacjach fotowoltaicznych?

IEEE 837do złączy,IEEE 80 / IEEE 665do projektowania w stylu stacji elektroenergetycznej,IEC 62561-7do związków uziemiających iNFPA 70 (NEC) Artykuł 690do uziemienia systemu fotowoltaicznego.NEMA GR-1zakrywa sam pręt.

Jak długo elektroda chemiczna wytrzymuje eksploatację?

Prawidłowo dobrana elektroda zapewnia stabilny zakres rezystancji przez cały okres użytkowania, wynoszący od 25 do 30 lat. Miedziana okładzina zapobiega korozji galwanicznej, a zasypka pozostaje aktywna dzięki swojej higroskopijności. 4200 elektrod w elektrowni w Arabii Saudyjskiej nie było ponownie nawadnianych od momentu instalacji.

Czy elektrody chemiczne spełniają wymagania normy NEC 690?

Tak.NFPA 70 (NEC) Artykuł 690obejmuje uziemienie systemu fotowoltaicznego; elektrodę chemiczną z rdzeniem pokrytym miedzią iIEEE 837osprzęt spełnia wymagania.

Czym różni się skład chemiczny zasypki od składu samego bentonitu?

Czysty bentonit jest higroskopijny, ale w porze suchej zmniejsza zawartość jonów. Bezobsługowy wkład zawiera pakiet soli elektrolitycznej (zazwyczaj siarczanu magnezu) oraz dodatek zatrzymujący wilgoć.

Gdzie należy umieścić elektrody chemiczne w układzie fotowoltaicznym?

W elektrowni saudyjskiej: 1316 na polach inwerterowych, 168 na polach SN, 1890 w skrzynkach rozdzielczych, 2 na obu końcach 1,4-kilometrowego przewodu magistralnego prądu stałego, 24 na terminalach piorunochronnych ESE — łącznie 4200. Geometria różni się w zależności od lokalizacji.

Jaka jest różnica pomiędzy elektrodą chemiczną a prętem uziemiającym jon elektrolityczny?

Używane zamiennie w wielu arkuszach danych. Wnasza linia, elektroda chemiczna wykorzystuje rurkę miedzianą;pręt uziemiający jon elektrolitycznywykorzystuje rdzeń pokryty miedzią.

11. Zamknięcie — o co prosiliśmy saudyjską EPC w pierwszym dniu

Jeżeli jesteś inżynierem projektu EPC z otwartym dokumentem zamówienia, minimalnym warunkiem pozwalającym nam na wycenę bez sześciotygodniowej pętli wyjaśnień jest sześć tych samych elementów, które zespół z Madrytu przesłał w sierpniu 2020 r.: schemat jednoliniowy z lokalizacją elektrod, warstwowe badanie Wennera na planowanej głębokości, docelowe wartości rezystancji na podkładkę i na siatkę, standard złącza (zwykleIEEE 837), standard masy zasypowej (IEC 62561-7) i ograniczenia ESIA.

W przypadku projektu na żywo najszybszą ścieżką jeststrona produktu elektrody uziemiającej chemicznej, tenpręt uziemiający jon elektrolitycznyImoduł naziemnystrony lubNajlepsza 5blogu.Skontaktuj się z naszym biurem eksportowymdo bezpośredniej rozmowy.