La începutul anului 2023, am primit un apel de la un antreprenor electrician din Abuja, Nigeria. Acesta a înfipt patru tije de împământare monobloc placate cu cupru, de 2,4 m, în solul lateritic de la un nou amplasament de turn de telecomunicații. Toate cele patru măsurau peste 25 de ohmi - mult peste ținta de 5 ohmi impusă de specificațiile sale. Nu avea niciun dispozitiv de înfigere a tijelor care să poată gestiona o lungime mai mare de 3 m, iar cel mai apropiat furnizor de tije de lungime extinsă era în Lagos, la 700 km distanță. I-am expediat kituri de tije secționale și cuple de alamă. Două săptămâni mai târziu, echipa sa a înfipt aceleași tije la o adâncime de 6 m folosind un ciocan rotopercutor standard, iar rezistența măsurată a fost de 4,2 ohmi. Acel proiect a schimbat modul în care percepem decizia între o tijă monobloc și una secțională: nu este o chestiune de preferință, ci o chestiune de ceea ce permit solul, echipamentul și accesul la amplasament.

Secțional vs. dintr-o singură bucată: Decizia nu ține de preferințe

Argumentul tijei monobloc este simplu și valid: lipsa îmbinărilor înseamnă lipsa punctelor slabe. O singură tijă placată cu cupru de 2,4 m, introdusă direct în argila umedă, va rezista mai mult decât clădirea dumneavoastră și costă mai puțin decât un ansamblu secțional de aceeași lungime. Încă vindem mai multe tije monobloc decât kituri secționale ca volum, și pe bună dreptate: pentru instalații superficiale în sol cu ​​rezistivitate scăzută, acestea sunt alegerea potrivită.

Însă, în cei 17 ani de fabricație a produselor de împământare, am observat un tipar constant: proiectele care ne revin cu probleme de rezistență ridicată sunt aproape întotdeauna instalații dintr-o singură piesă în sol uscat, stâncos sau nisipos, unde antreprenorul a împins tija la lungimea maximă și s-a oprit - pentru că nu avea cum să meargă mai adânc.tijă de împământare secționalăelimină această constrângere. Fiecare segment are 1,2 m lungime, fiind unit princuplaje filetate...și continuați să adăugați segmente până când contorul de rezistență indică sub valoarea țintă. Avem clienți în Arabia Saudită care au asamblat tije secționale până la 9 m în nisip deșertic și clienți din Republica Democrată Congo care au ajuns la 12 m în laterită tropicală.

Cel/Cea/Cei/CeleStandardul IEEE 80Pentru împământarea substațiilor nu se impune un anumit tip de proiectare în detrimentul celuilalt. Se specifică rezultatul final: o rezistență la împământare suficient de mică pentru a asigura siguranța în timpul evenimentelor de curent de defect. Modul în care se obține această rezistență este o decizie inginerească specifică amplasamentului, nu una filozofică.

Întrebarea cheie nu este „care este mai bună”, ci „ce se întâmplă când lanseta ta dintr-o singură bucată nu este suficient de lungă?”. În Abuja, răspunsul a fost: pierzi două săptămâni aprovizionându-te cu lansete mai lungi din Lagos. În Riyadh, răspunsul a fost: comanzi kituri secționale de la noi și continui să conduci în aceeași zi. Designul secțional îți oferă flexibilitate, iar din experiența noastră, flexibilitatea este ceea ce diferențiază proiectele care își ating obiectivele de rezistență de proiectele care nu le ating.

De ce am reproiectat cuplajul nostru după o epidemie de încrucișare a filetelor

În 2021, echipa noastră de asistență a observat o creștere bruscă a numărului de reclamații legate de cuple. Am înregistrat 47 de incidente de filetare încrucișată în 14 țări într-un singur an. Modelul a fost constant: instalatorul lucra într-un șanț noroios, a început filetul cuplei la un ușor unghi, iar filetul de alamă s-a deformat înaintea filetului tijei de oțel. Alama este proiectată pentru a fi mai moale (dorim ca cupla să se sacrifice înaintea tijei, astfel încât tija să poată fi reutilizată), dar această alegere de design a creat un mod de defecțiune pe care nu l-am anticipat.

Am identificat cauza principală în geometria de intrare a filetului. Filetul standard în V, atât pe tijă, cât și pe cuplaj, avea o muchie de intrare ascuțită, care facilita pornirea filetului la un anumit unghi, mai ales când filetele erau contaminate cu pământ. Soluția noastră: am teșit primele două filete atât pe tijă, cât și pe cuplaj, creând un unghi de intrare mai larg care autocentrează îmbinarea chiar și atunci când pornește la o ușoară nealiniere. De asemenea, am adăugat un marcaj vizual de aliniere (o linie gravată cu laser pe corpul cuplajului) care arată instalatorului când filetele sunt aliniate corect.

Rezultatele au fost semnificative. În 2022, reclamațiile privind filetarea încrucișată au scăzut la 19. În 2023, la 11. În prima jumătate a anului 2024, la 3. Aceasta reprezintă o reducere cumulată de aproximativ 70% și nu ne-a costat nimic per unitate - teșitura este o schimbare de scule, nu o schimbare de material. Acesta este genul de îmbunătățire incrementală pe care 17 ani de feedback din partea producătorilor v-o permit.

Materialul cuplajului în sine este prelucrat din bară de alamă masivă (nu turnată). Am ales alama în locul oțelului din trei motive. În primul rând, alama nu se corodează în sol așa cum se întâmplă cu oțelul simplu - am excavat cuplaje din instalații vechi de 15 ani din Arabia Saudită, care păreau aproape noi. În al doilea rând, diferența de potențial galvanic dintre alamă și oțelul placat cu cupru este minimă (mai puțin de 50 mV), ceea ce înseamnă că coroziunea electrochimică la interfața filetului este neglijabilă. În al treilea rând, alama se prelucrează la toleranțe de filet mai stricte decât oțelul, ceea ce contează atunci când filetați manual într-un șanț noroios și aveți nevoie ca îmbinarea să se îmbine fără probleme.

Rezistența la tracțiune a cuplajului nostru din alamă (≥580 N/mm2) depășește limita de curgere a miezului de oțel din segmentele de tijă. Verificăm acest lucru la fiecare lot de producție: scoatem trei ansambluri de probă până la distrugere pe un aparat de testare hidraulică la tracțiune. Tija se rupe întotdeauna la aproximativ 25 mm de fața cuplajului - niciodată la nivelul cuplajului în sine. Acest lucru este conceput prin design: dorim ca tija să se rupă înaintea cuplajului, deoarece o tijă defectă poate fi extrasă și înlocuită, în timp ce un cuplaj defectat poate lăsa un segment prins în pământ.

Oțel placat cu cupru: Specificațiile pe care le testăm și defecțiunile pe care le depistăm

Fiecare producător listează aceleași specificații: grosimea cuprului, puritatea, rezistența la tracțiune, liniaritatea. Diferența constă în faptul dacă aceste specificații sunt testate sau presupuse. La fabrica noastră din Xinchang, testăm fiecare lot de producție și respingem materialul care nu trece testul. Iată ce testăm, cum îl testăm și ce am observat.

Grosimea stratului de cupru: ≥0,254 mm. Aceasta esteUL 467minim. Măsurăm cu un aparat de măsurat grosimea cu ultrasunete calibrat în trei puncte pe tijă (vârf, mijloc, bază). Media producției noastre este de 0,28 mm, cu un interval de la 0,254 la 0,32 mm. În 2022, am respins un întreg lot de catod de cupru de la un furnizor nou, când testul primului lot a arătat o grosime medie de 0,22 mm. Furnizorul a susținut că catodul îndeplinea specificațiile; aparatul nostru de măsurat cu ultrasunete a indicat contrariul. Am schimbat furnizorii.

Puritatea cuprului: ≥99,95%. Verificăm acest lucru cu o analiză scânteie-OES (spectrometrie de emisie optică) pe fiecare lot de catod de cupru primit. Impuritățile peste 0,05% - în special sulf și fosfor - accelerează coroziunea în solurile acide. În 2023, un lot detijă de oțel acoperită cu cuprude pe linia noastră de producție, testată la o puritate de 99,91%. Am urmărit problema până la un anod de cupru contaminat din rezervorul de galvanizare. Am casat întregul lot (aproximativ 2.000 de tije) în loc să expediem material care s-ar fi corodat prematur pe teren.

Integritatea legăturii: test de îndoire la 180 de grade. Stratul de cupru nu trebuie să se fisureze sau să se delamineze atunci când tija este îndoită la 180 de grade la o rază de 100 mm. Acest test simulează forțele de impact în timpul acționării. Îl efectuăm pe fiecare lot de producție. Dacă cuprul se exfoliază, densitatea curentului de galvanizare a fost prea mică, iar legătura este mecanică, nu metalurgică. Am picat acest test de două ori în ultimii trei ani, ambele dăți fiind atribuite unei căderi de tensiune în linia de galvanizare cauzate de o bară colectoare corodată.

Rectangularitate: ≤1 mm/m. Îndreptăm fiecare tijă pe o presă hidraulică după galvanizare, apoi verificăm prin rulare pe o placă plană de granit. Tijele cu o abatere mai mare de 1 mm/m sunt respinse. Această specificație contează mai mult decât își dau seama majoritatea oamenilor: o tijă cu o curbură de 3 mm/m nu va fi introdusă dreaptă, iar o tijă care deviază de la verticală nu va atinge adâncimea țintă fără o gaură pilot. Am văzut tije importate de la alți producători cu o curbură de 4 până la 5 mm/m, ceea ce le face practic inutilizabile pentru batere adâncă.

Instalarea tijelor de împământare la adâncime: Ce am învățat din greșelile de teren

Procesul de instalare pentru untijă de împământare secționalăNu este complicat, dar fiecare pas are moduri de eșec pe care le-am învățat pe calea cea grea - prin apeluri ale clienților, solicitări de garanție și vizite la fața locului.

Gaură pilot: pasul pe care majoritatea antreprenorilor îl sar peste. În sol compactat sau stâncos, începeți întotdeauna cu o gaură pilot folosind o foreză puțin mai mică decât diametrul tijei. În 2022, un antreprenor din Dammam, Arabia Saudită, a înfipt trei segmente de tijă în nisipul deșertului fără o gaură pilot. Vârful tijei s-a deviat de o rocă îngropată la 1,8 m, îndoind tija cu 15 grade față de verticală. A trebuit să extragă segmentul îndoit (o lucrare de 45 de minute cu un cric) și să o ia de la capăt cu o gaură pilot. Gaura pilot a durat 5 minute și a prevenit toate problemele ulterioare de îndoire.

Cuplu de strângere a cuplajelor: atât strângerile insuficiente, cât și cele excesive eșuează. Specificăm între 50 și 80 Nm pentru tije de 5/8 inch și 60 până la 100 Nm pentru tije de 3/4 inch. Într-un proiect din 2023 din Dar es Salaam, Tanzania, instalatorii au strâns manual cuplajele fără cheie. În timpul baterii, două cuplaje s-au slăbit, iar segmentele s-au separat în subteran. Segmentul superior a continuat să fie batut, dar segmentul inferior a rămas la o adâncime de 2 m. A trebuit să abandoneze ambele segmente și să înceapă o nouă gaură la 30 cm distanță. De atunci, includem o fișă cu specificațiile de cuplu în fiecare cutie a kitului secțional.

Curățarea filetului: 20 de secunde previn 20 de minute de frustrare. Înainte de a fileta cuplajul, îndepărtați murdăria de pe filetul tijei cu o perie. În condiții noroioase (frecvente în instalațiile tropicale), murdăria încapsulată în filet acționează ca un abraziv și poate face ca cuplajul să se blocheze la jumătatea drumului. Am avut trei reclamații în garanție din Asia de Sud-Est, unde instalatorul a forțat un cuplaj încapsulat în murdărie și a îndepărtat filetul de alamă. O perie cu peri rigizi (pe care o includem acum în kitul nostru de instalare) rezolvă această problemă în 20 de secunde.

Testarea rezistenței: testați înainte de a vă angaja la o adâncime mai mare. După instalarea fiecărui segment, măsurați rezistența la sol cu ​​un tester de cădere de potențial, conform instrucțiunilor.NFPA 70 (Codul Electric Național)cerințe. Dacă sunteți deja sub rezistența țintă, nu mai conduceți. Am văzut contractori din Nigeria care au condus până la 7 m când 4 m ar fi fost suficienți, irosind trei segmente și manopera necesară instalării lor. Abordarea incrementală - testare, decizie, conducere - este principalul avantaj economic al designului secțional.

Patru moduri de defecțiune din 17 ani de producție de produse de împământare

După ce am furnizat produse de împământare în peste 60 de țări, avem o imagine clară a ceea ce se defectează pe teren și de ce. Iată cele patru moduri de defecțiune cele mai frecvente, clasificate în funcție de frecvență în datele noastre privind tichetele de asistență din 2018 până în 2024.

Eroare 1: Incidente încrucișate (47% din totalul tichetelor de asistență). Deja discutat mai sus. Reproiectarea intrărilor teșite a redus acest număr de incidente de la 47 în 2021 la 3 în prima jumătate a anului 2024.

Defecțiunea 2: Delaminarea cuprului în timpul baterii (23% din cazuri). Dacă legătura dintre stratul de cupru și miezul de oțel este mecanică și nu metalurgică, forțele de impact repetate în timpul baterii pot determina dezlipirea cuprului la vârf. Acest lucru creează un efect de ciupercă care împiedică baterea ulterioară și expune miezul de oțel la coroziune. Testul nostru de îndoire la 180 de grade detectează acest lucru în fabrică, dar îl vedem în continuare la tijele de la alți producători pe care clienții noștri le-au achiziționat din altă parte și le-au amestecat cu cuplajele noastre.

Defecțiunea 3: Îndoirea tijei în sol stâncos (18% din solicitări). Chiar și cu un miez de tracțiune de peste 600 N/mm2, o tijă care lovește o rocă îngropată într-un unghi se va îndoi. Odată îndoită mai mult de câteva grade, tija nu va intra drept. Prevenire: utilizați întotdeauna o gaură pilot în sol suspectat de a fi stâncos. Am primit această reclamație din proiecte din Turcia, Iran și regiunile muntoase din Africa de Est.

Defecțiunea 4: Coroziune la îmbinarea cuplajului în sol salin (12% din cazuri). În medii de coastă sau saline, interfața filetată se poate coroda mai repede decât corpul tijei dacă materialul cuplajului nu este compatibil galvanic. Cuplajele noastre din alamă minimizează acest risc deoarece diferența de potențial galvanic dintre alamă și oțelul placat cu cupru este mai mică de 50 mV. Pentru medii saline extreme (coastele Arabiei Saudite, Qatar, Emiratele Arabe Unite), oferim și o opțiune de cuplaj din oțel inoxidabil.

Date despre rezistivitatea solului din proiecte reale: De ce adâncimea schimbă totul

Motivul pentru forarea la adâncime este rezistivitatea solului. În majoritatea tipurilor de sol, rezistivitatea scade odată cu adâncimea, deoarece solul mai adânc are un conținut de umiditate mai mare și mai multe minerale dizolvate. Iată valorile măsurate ale rezistenței solului din trei proiecte reale în care am furnizat kituri de tije secționale:

Abuja, Nigeria (sol lateritic, 800 ohmi-m): tijă monobloc de 1,5 m = 28 ohmi. Secțiune de 3 m = 14 ohmi. Secțiune de 6 m = 4,2 ohmi. Antreprenorul avea nevoie de 5 ohmi; i-a atins la o adâncime de aproximativ 5,5 m cu sistemul secțional.

Riyadh, Arabia Saudită (nisip deșertic, 1.200 ohmi-m): tijă monobloc de 2,4 m = 45 ohmi. Secțiune de 3 m = 32 ohmi. Secțiune de 6 m = 12 ohmi. Secțiune de 9 m = 6,8 ohmi. Specificațiile proiectului necesitau 10 ohmi; au atins această valoare la o adâncime de aproximativ 7 m.

Dar es Salaam, Tanzania (argilo-lutos, 200 ohmi-m): tijă monobloc de 1,5 m = 8 ohmi. Specificațiile necesitau 5 ohmi. O singură extensie de 1,5 m (3 m în total) a adus rezistența la 4,8 ohmi. În acest caz, solul a fost cooperativ și a fost necesară doar o extensie minimă în adâncime.

Cel/Cea/Cei/CeleStandardul IEEE 142 (Cartea Verde)oferă formula pentru estimarea rezistenței tijei acționate: R = (ρ / 2πL) × (ln(4L/a) – 1), unde ρ este rezistivitatea solului, L este lungimea tijei, iar a este raza tijei. Formula confirmă ceea ce arată datele noastre de teren: rezistența este invers proporțională cu lungimea tijei. Dublarea adâncimii reduce de obicei rezistența cu 40 până la 60%, în funcție de stratificarea solului.

Concluzia practică este simplă. În solul cu rezistivitate scăzută (sub 300 ohm-m), o tijă monobloc de 1,5 până la 3 m este de obicei suficientă. În solul cu rezistivitate medie (300 până la 1.000 ohm-m), este posibil să aveți nevoie de 3 până la 6 m, ceea ce înseamnă secțional.Administrația pentru Securitate și Sănătate în Muncă (OSHA)impune angajatorilor să stabilească programe de împământare garantate pentru echipamente pe șantierele de construcții, care includ instalarea corespunzătoare a electrodului de împământare. În soluri cu rezistivitate ridicată (peste 1.000 ohmi-m), aproape sigur veți avea nevoie de 6 m sau mai mult, iar un sistem secțional este singura modalitate practică de a ajunge acolo.

Cost total de instalare: Când o ușă modulară este mai bună decât una monobloc la profit

Costul materialului pe metru al unui sistem secțional este mai mare decât cel al unei singure piese, deoarece plătiți pentru cuplaje și ambalajul suplimentar. Însă costul total de instalare include manopera, transportul, deșeurile și echipamentele, iar comparația se schimbă în favoarea sistemului secțional pe măsură ce adâncimea crește.

Economii la transport. În 2023, un client din Kampala, Uganda, ne-a spus că costul transportului tijelor de 3 m de la port la amplasamentul proiectului (200 km pe drumuri neasfaltate) era de aproximativ 40% din costul tijelor, deoarece fiecare camion putea transporta doar 200 de tije din cauza constrângerilor de lungime. Când au trecut la segmente secționale de 1,2 m, același camion transporta 500 de segmente pe cursă. Costul de transport per metru de tijă a scăzut cu mai mult de jumătate.

Reducerea deșeurilor. În solul stâncos, prăjinile dintr-o singură bucată care se îndoaie în timpul baterii sunt deșeuri. Clienții noștri din Orientul Mijlociu raportează rate de deșeuri de 8 până la 12% cu prăjinile dintr-o singură bucată în sol deșertic stâncos, față de mai puțin de 2% cu sistemele secționale (deoarece segmentele mai scurte sunt mai ușor de controlat, iar pasul de perforare a găurii pilot este urmat mai consecvent). O rată de deșeuri de 10% la un proiect de 200 de prăjini înseamnă 20 de prăjini irosite și manopera necesară pentru extragerea lor.

Costurile echipamentelor. O tijă dintr-o singură bucată mai lungă de 2,4 m necesită o mașină de șurubelniță specializată pentru tije, cu un mandrin lung. Un sistem secțional poate fi acționat cu un ciocan rotopercutor standard cu un adaptor de mandrină - echipament pe care majoritatea electricienilor îl dețin deja. Economiile la închirierea echipamentelor pot compensa costul cuplajelor în proiectele mici și mijlocii.

Pentru instalațiile puțin adânci (≤1,5 m), tijele dintr-o singură bucată sunt mai ieftine și mai rapide. Pentru 1,5 până la 3,0 m, comparația este specifică amplasamentului. Pentru orice adâncime de peste 3,0 m, designul secțional este singura opțiune practică, iar comparația costurilor este irelevantă.

Concluzie

Alegerea între tijele de împământare secționale și cele dintr-o singură bucată nu se rezumă la care este mai bună în abstract. Ci la care se potrivește condițiilor de sol, rezistenței țintă și logisticii șantierului. Tijele dintr-o singură bucată sunt mai simple, mai ieftine și mai rezistente pe metru liniar. Tijele de împământare secționale sunt singura soluție practică atunci când trebuie să mergeți mai adânc de 3 m, când transportul limitează lungimea tijelor sau când condițiile solului sunt incerte și doriți flexibilitatea de a adăuga adâncime treptat.

Calitatea cuplajului determină dacă un sistem secțional funcționează conform proiectării. După 47 de incidente de filetare încrucișată în 2021, am reproiectat cuplajul nostru cu intrări de filet teșite și am redus rata de defecțiune cu 70%. Acesta este genul de îmbunătățire iterativă pe care o produc 17 ani de fabricație și peste 60 de țări cu feedback pe teren.

La Xinchang Shibang New Material Co., Ltd., producemkituri de împământare secționale, cuplaje filetate, tije de oțel acoperite cu cupruși o gamă completă de accesorii pentru împământare și protecție la trăsnet, conform standardului ISO 9001:2008. Contactați-ne pentru a discuta cerințele proiectului dumneavoastră.

Întrebări frecvente