TL;DR

De ce rezistivitatea solului este primul număr de care aveți nevoie

Înainte de a specifica diametrul unei tije de împământare, înainte de a alege între oțelul placat cu cupru și oțelul galvanizat și înainte de a calcula de câte tije are nevoie o platformă pentru o substație, aveți nevoie de un număr: rezistivitatea solului la locul de instalare. Fiecare decizie de proiectare ulterioară depinde de această măsurătoare.

La Shibang, echipa noastră de ingineri analizează specificațiile de împământare din proiecte de pe șase continente. Cea mai frecventă sursă a problemelor de teren pe care le întâmpinăm nu este o tijă defectă sau o conexiune slabă. Este vorba despre un sistem de împământare proiectat fără o evaluare adecvată a rezistivității solului. Inginerii care sar peste acest pas ajung să refacă instalațiile, să adauge tije suplimentare sau să aplice modificări ale solului la luni de la data inițială de punere în funcțiune.

Rezistența solului vă spune cât de puternic se opune pământul de la amplasamentul dumneavoastră curgerii curentului electric. Un vârf de deal nisipos și uscat din centrul Australiei ar putea înregistra 2.000 de ohmi-metri. O deltă fluvială bogată în argilă din Bangladesh ar putea înregistra 30 de ohmi-metri. Același model de tijă de împământare placată cu cupru se comportă complet diferit în aceste două medii, iar designul trebuie să reflecte această diferență de la început.

Organismele de standardizare recunosc acest lucru.Codurile și standardele NFPAcadru, împreună cu IEC 62305 și IEEE 80, toate necesită sau recomandă insistent date despre rezistivitatea solului specifice amplasamentului înainte de a începe proiectarea sistemului de împământare. Puteți citi mai multe despre elementele fundamentale alesisteme de împământareși cumpământ (electricitate)lucrează în inginerie electrică pentru a înțelege de ce această măsurătoare determină totul.

Ce măsoară de fapt rezistivitatea solului

Rezistența solului cuantifică opoziția pe care o unitate de volum de sol o prezintă curgerii curentului electric. Inginerii o exprimă în ohm-metri (ohm-m). Numărul depinde de patru factori principali:

Conținutul de umiditate.Apa reduce dramatic rezistivitatea. Solul uscat poate citi peste 1.000 ohmi-m; același sol la capacitatea de câmp ar putea scădea sub 100 ohmi-m. De aceea, testarea sezonieră este importantă și de aceea recomandăm măsurarea în timpul celor mai secetoase condiții așteptate pentru a proiecta o marjă în sistem pentru cel mai defavorabil caz.

Concentrația de ioni.Sărurile dizolvate în apa din sol cresc conductivitatea. Terenurile de coastă, terenurile agricole cu istoric de îngrășăminte și zonele sărate deșertice produc valori ale rezistivității mai mici decât nisipul cuarțos pur. Înregistrările noastre de producție arată că clienții din Orientul Mijlociu și Africa de Nord se confruntă frecvent cu soluri nisipoase cu rezistivitate ridicată, care necesită adaos chimic.

Temperatură.Rezistența crește pe măsură ce solul se răcește. Solul înghețat poate crește rezistența cu un factor de zece sau mai mult în comparație cu același sol la 20 de grade Celsius. Proiectele din nordul Canadei, Scandinaviei sau Rusiei trebuie să țină cont de zona de adâncime a înghețului și să plaseze tije de împământare sub aceasta.

Compoziția și densitatea solului.Particulele de argilă se conduc mai bine decât nisipul sau pietrișul, deoarece rețin umezeala și ionii pe suprafața lor mare. Roca, șistul și granitul descompus variază foarte mult. Un sit cu geologie stratificată va prezenta rezistivități diferite la adâncimi diferite, motiv pentru care profilarea adâncime-rezistivitate este la fel de importantă ca măsurarea suprafeței.

Testul Wenner în 4 puncte: Cum măsoară inginerii rezistivitatea solului pe teren

Metoda Wenner în 4 puncte rămâne tehnica standard în industrie pentru testarea rezistivității solului. Este simplă, portabilă și oferă rezultate care contribuie direct la calculele de proiectare a împământării. TestGuy oferă o prezentare excelentă a...Explicația testării rezistivității soluluiîn detaliu practic.

Inginerii noștri de teren respectă această procedură la fiecare nouă inspecție a șantierului:

Pasul 1: Aranjare.Introduceți în pământ patru electrozi egal distanțați, în linie dreaptă. Etichetați-i C1, P1, P2 și C2, de la stânga la dreapta. Spațierea dintre fiecare pereche adiacentă este „a”, iar această distanță o alegeți în funcție de adâncimea solului pe care doriți să o investigați. O distanță de 1 metru vă oferă o rezistivitate medie pe aproximativ primii 0,5 metri. O distanță de 10 metri sondează până la aproximativ 5 metri.

Pasul 2: Injectați curent.Conectați un tester de rezistență la împământare (cum ar fi un Megger din seria DET sau un Fluke 1621) la electrozii exteriori (C1 și C2). Instrumentul injectează un curent alternativ cunoscut prin solul dintre ei.

Pasul 3: Măsurați potențialul.Instrumentul măsoară diferența de tensiune dintre electrozii interiori (P1 și P2). Această cădere de tensiune, împărțită la curentul injectat, dă valoarea rezistenței R.

Pasul 4: Calculați.Aplică formula Wenner:

Rezistență (rho) = 2 x pi xax R

unde „a” este distanța dintre electrozi în metri, iar R este rezistența măsurată în ohmi. Rezultatul este rezistivitatea solului în ohmi-m.

Profilarea adâncimii.Repetați testul la distanțe multiple (1 m, 2 m, 5 m, 10 m, 20 m) pentru a construi un profil rezistivitate-adâncime. Acest profil arată dacă există un strat conductor mai adânc în subteran, ceea ce ar putea justifica amplasarea tijelor de acționare la 3 metri în loc de 2,4 metri, cât este standard.

Când să se testeze.Specificăm testarea în cele mai secetoase condiții sezoniere așteptate, deoarece sistemele de împământare trebuie să funcționeze pe tot parcursul anului. Testarea doar în timpul sezonului ploios oferă cifre optimiste care nu reflectă cele mai grave condiții de vară sau secetă.

O instalație petrochimică din Provincia de Est a Arabiei Saudite a măsurat rezistivitatea solului de suprafață la 1.800 Ω·m în timpul sezonului uscat. După ce echipa noastră tehnică a specificat trei tije placate cu cupru de 3 metri (AF-0232, strat de cupru de 0,254 mm) introduse la o adâncime de 5 metri cu o distanță de 6 metri, rezistența la pământ măsurată a scăzut la 3,8 Ω - mult sub ținta de 5 Ω impusă de IEC 62305 pentru protecția la trăsnet a rezervoarelor de stocare.

Cum determină rezistivitatea solului selecția tijei de împământare

După ce aveți datele privind rezistivitatea solului, puteți selecta cu încredere tija de împământare potrivită. Numărul de rezistivitate vă spune trei lucruri: ce material va rezista cel mai mult la coroziune în solul respectiv, ce geometrie a tijei (diametru și lungime) aveți nevoie și dacă o singură tijă va atinge rezistența țintă la împământare sau dacă aveți nevoie de mai multe tije într-o rețea.

Iată cadrul general pe care îl folosim la Shibang atunci când oferim consultanță clienților:

Acest tabel este un punct de plecare, nu un substitut pentru proiectarea detaliată. Inginerul trebuie să ia în considerare și pH-ul solului, conținutul de clorură, nivelurile de sulfați și variația umidității pentru a face alegerea finală a materialului. Vom detalia potrivirea materialelor în secțiunea următoare.

Noastretijă de împământare placată cu cupruGama (model AF-0232) acoperă diametre de la 14,2 mm la 25 mm (5/8 inch la 3/4 inch) și lungimi de la 1,2 m la 3,0 m (4 ft la 10 ft). Stratul de cupru măsoară cel puțin 0,254 mm grosime, cu o puritate de 99,95% sau mai mare, fiind lipit de un miez de oțel cu conținut scăzut de carbon. Acest lucru conferă tijei o rezistență ridicată la tracțiune (cel puțin 580 N/mm) pentru batere, menținând în același timp rezistența la coroziune a cuprului în majoritatea tipurilor de sol. Certificăm această linie de produse conform ISO 9001:2008.

La începutul anului 2023, un inginer de proiect pentru o substație de 132 kV din Tamil Nadu a specificat utilizarea tijelor galvanizate pentru a reduce greutatea la achiziții pentru un amplasament izolat pe un deal. Când echipa noastră a analizat raportul privind solul - sol lateritic, pH 4,8, rezistivitate 280 Ω·m la o adâncime de 3 metri - am recomandat trecerea la tije placate cu cupru, în ciuda greutății mai mari per unitate. Motivul: pH-ul scăzut și conținutul ridicat de oxid de fier al lateritului accelerează coroziunea zincului, iar locația izolată a făcut ca logistica viitoare de înlocuire a tijelor să fie costisitoare. Inginerul a acceptat recomandarea. La doi ani de la instalare, citirile rezistenței de împământare rămân stabile la 1,6 Ω.

Potrivirea materialului tijei de împământare la condițiile solului

Producătorii de tije de împământare oferă mai multe opțiuni de materiale, fiecare dintre ele fiind potrivită pentru anumite condiții de sol. Iată cum le combinăm:

Tije de oțel placate cu cupru

Tijele placate cu cupru combină un miez de oțel (pentru rezistență mecanică și durabilitate la rulare) cu un strat exterior gros de cupru (pentru rezistență la coroziune și rezistență redusă la contactul cu solul).tijă de împământare placată cu cupruModelele utilizează un proces continuu de lipire a cuprului, nu o placare subțire. Acest lucru este important în solurile agresive, unde un strat de cupru placat sau sudat se poate delamina în timp.

Tijele placate cu cupru funcționează cel mai bine în soluri neutre până la alcaline (pH 6 până la 9) cu umiditate moderată. Acestea rezistă la coroziunea cauzată de majoritatea substanțelor chimice ale solului și mențin o rezistență stabilă la pământ timp de decenii. Le specificăm pentru centrale electrice, substații, turnuri de linii de transmisie, stații de bază de comunicații, aeroporturi, căi ferate, clădiri înalte și rafinării de petrol. Durata de viață specificată depășește 50 de ani în condiții normale de sol.

Tije de oțel galvanizat

Prețurile noastre sunt mai mici decât cele ale barelor galvanizate (zincate) decât cele placate cu cupru, iar acestea oferă o protecție acceptabilă împotriva coroziunii în solurile alcaline. Datele noastre de fabricație și de teren arată, totuși, că zincul se dizolvă mai repede decât cuprul în solurile acide (pH sub 5) și în solurile cu conținut ridicat de sulfați. Am documentat multiple cazuri în care barele galvanizate în sol agresiv s-au deteriorat cu mult înainte de durata de viață așteptată, motiv pentru care sfătuim clienții din regiunile tropicale sau afectate de ploi acide să aleagă barele placate cu cupru în locul galvanizării pentru orice proiect cu o durată de viață proiectată de 25 de ani sau mai mult.

Înregistrările noastre de garanție dintr-o livrare din 2019 către o locație de coastă din sudul Vietnamului arată că tijele galvanizate instalate în sol cu ​​pH 5,2 și rezistivitate de 120 Ω·m au început să prezinte coroziune superficială vizibilă în decurs de 18 luni. Stratul de zinc s-a subțiat de la 86 microni specificați la sub 40 microni la interfața sol-aer. Am înlocuit întreaga instalație de 240 de tije cu unități placate cu cupru, pe cheltuiala noastră, în garanție, iar tijele de schimb sunt acum în funcțiune de peste cinci ani, fără nicio degradare măsurabilă.

Electrozi de împământare chimică

Când rezistivitatea solului rămâne peste 500 ohm-m chiar și la adâncime, o tijă goală singură nu poate atinge valorile țintă de rezistență.Electrozi de împământare chimicăumpleți acest gol. Aceste unități conțin un tub gol de cupru umplut cu săruri minerale care se infiltrează lent în solul din jur, reducând rezistivitatea locală pe parcursul a luni și ani. Își mențin performanța în medii aride și stâncoase, unde umiditatea naturală este limitată.

Furnizăm electrozi chimici pentru proiecte în Orientul Mijlociu, Africa de Nord și centrul Australiei. Într-o instalație tipică, tehnicianul forează o gaură, introduce electrodul, umple cu un compus conductiv și conectează electrodul la rețeaua principală de împământare. În timp, difuzia sării creează o învelișă cu rezistivitate scăzută în jurul electrodului.

Module de sol

Module de soloferă o altă abordare pentru solurile dificile. Aceste unități prefabricate combină un conductor metalic cu un corp înconjurător de material conductiv (adesea un compus pe bază de carbon sau argilă). Inginerii le îngroapă în puncte strategice ale rețelei de împământare pentru a reduce rezistența locală, fără atenția de întreținere pe care o necesită uneori electrozii chimici.

Modulele de sol funcționează bine în profile mixte de sol unde există un strat conductiv, dar este prea superficial pentru acționarea convențională a tijelor. Am livrat module de sol către stații de releu de pe vârfurile munților din Anzi, instalații radar de deșert din Oman și substații de parcuri eoliene de coastă din Vietnam.

Răsfoiți toate opțiunile

Completul nostrucategoria piuliței de împământare și a piuliței de împământareAcoperă configurații placate cu cupru, galvanizate, din oțel inoxidabil și speciale. Alegerea corectă depinde de raportul dumneavoastră privind chimia solului, de rezistența țintă și de durata de viață așteptată a instalației.

Adâncimea de instalare, diametrul tijei și regula multi-tijă

Datele privind rezistivitatea solului ghidează, de asemenea, trei parametri fizici de proiectare: cât de adânc trebuie să se bată tija, ce diametru să se utilizeze și câte tije să se instaleze.

Adâncime

Tijele mai adânci ajung la straturile de sol care rețin mai multă umiditate și au o rezistivitate mai mică. O instalație rezidențială standard ar putea utiliza o tijă de 2,4 metri (8 picioare). O grilă de împământare a unei substații specifică adesea tije de 3 metri (10 picioare). În regiunile cu rezistivitate ridicată, inginerii fixează uneori tijele până la 6 metri sau mai mult prin cuplarea mai multor secțiuni.

Tijele noastre placate cu cupru sunt prevăzute cu un manșon de cuplare care permite îmbinarea în câmp a secțiunilor. O tijă de 3 metri cu o extensie de 1,5 metri ajunge la 4,5 metri. Cuplarea menține specificația de rectilinie (eroare de 1 mm/m sau mai puțin) prin îmbinare, astfel încât tija să nu se curbeze în timpul acționării.

Diametru

Diametrul tijei de împământare afectează atât durabilitatea mecanică în timpul instalării, cât și durata de viață pe termen lung la coroziune. O tijă de 14,2 mm (5/8 inch) este potrivită pentru majoritatea instalațiilor rezidențiale și comerciale ușoare unde o șurubelniță sau o ciocană perforatoare efectuează împingerea. O tijă de 25 mm (3/4 inch) poate face față sarcinilor mecanice mai mari ale împingerii adânci în sol compactat sau stâncos și oferă o suprafață mai mare de cupru pentru marginea de coroziune.

Înregistrările noastre de producție arată că tijele de 5/8 inch reprezintă majoritatea volumului în proiectele cu climat temperat (America de Nord, Europa, Asia de Est), în timp ce tijele de 3/4 inch înregistrează o cerere mai mare în proiectele din Orientul Mijlociu și Australia, unde este comună forarea mai adâncă în soluri mai dure.

Matrice multi-tijă

Când o singură tijă nu poate atinge rezistența țintă la împământare, adăugați tije. Regula generală: distanțați tijele adiacente cel puțin egală cu adâncimea lor de conectare. Pentru tije de 3 metri, utilizați o distanță de cel puțin 3 metri. Această distanță previne suprapunerea prea mare a zonelor de reducere a rezistenței din jurul fiecărei tije.

Rezistența combinată a unui sistem cu mai multe tije nu este pur și simplu rezistența unei singure tije împărțită la numărul de tije. Interacțiunea sol-sol reduce eficiența. Un sistem cu două tije atinge aproximativ 60% din rezistența unei singure tije, nu 50%. Un sistem cu trei tije atinge aproximativ 45-50%. Acestea sunt cifre aproximative; raportul real depinde de omogenitatea rezistivității solului și de spațierea dintre tije.

Șapte defecte de împământare descoperite în laboratorul nostru din fabrică pe fișele tehnice returnate

După peste 17 ani de fabricare a produselor de împământare și de susținere a proiectelor la nivel mondial, echipa noastră a catalogat defectele recurente de specificații și instalare care apar în investigațiile de garanție și în analizele post-procesare ale proiectelor în diferite țări și industrii. Cele șapte erori de mai jos explică majoritatea defecțiunilor premature ale tijelor și a citirilor subperformante ale rezistenței la împământare pe care le întâlnim:

Omiterea studiului de rezistivitate a solului.Inginerii folosesc uneori implicit valorile solului din manuale pentru o anumită regiune, în loc să testeze amplasamentul real. Chiar și în cadrul unei singure proprietăți, rezistivitatea poate varia cu un factor de cinci între capătul nordic și capătul sudic, din cauza modelelor de drenaj, a istoricului de umplere sau a adâncimii rocilor de bază.

Testarea se face doar la o singură adâncime.Un singur test Wenner la o anumită distanță nu vă spune aproape nimic despre profilul stratificat subteran. Testați întotdeauna la cel puțin trei distanțe pentru a identifica straturile conductive, straturile rezistive și tranziția dintre acestea.

Ignorând variația sezonieră.Testarea doar în timpul sezonului ploios dă rezultate înșelătoare. Sistemele de împământare trebuie să funcționeze în cele mai uscate, mai calde și mai reci condiții pe care le va experimenta șantierul. Recomandăm clienților să testeze cel puțin de două ori: o dată în timpul sezonului ploios și o dată în timpul sezonului uscat.

Diametrul tijei sub specificații.Utilizarea celei mai mici tije disponibile pentru a minimiza greutatea materialului ar putea părea rezonabilă pe hârtie, dar în sol dur sau stâncos, o tijă subțire se îndoaie, se deformează sau se rupe în timpul baterii. Acest lucru irosește timp de instalare și lasă sistemul subdimensionat. Specificăm tije de 3/4 inch (25 mm) pentru orice șantier cu condiții stâncoase sau compactate.

Uitând de cuplare.Când inginerii au nevoie de bare cu adâncimi de 4,5 metri sau 6 metri, uneori încearcă să sudeze două secțiuni de bară împreună. Sudarea distruge stratul de cupru la îmbinare, creând un punct fierbinte de coroziune care se defectează în decurs de ani. Folosiți întotdeauna un cuplaj mecanic special conceput care să păstreze continuitatea mantalei de cupru.

Neglijarea calității conexiunii.Cea mai bună tijă de împământare din lume este inutilă dacă conexiunea la conductor este slăbită, corodată sau realizată cu metale incompatibile. Conexiunile cupru-cupru cu suduri exoterme sau conectori mecanici listați mențin integritatea pe termen lung. Amestecarea tijelor de cupru cu cleme galvanizate într-un mediu umed creează o celulă de coroziune galvanică care distruge conexiunea în timp.

Nu citesc chimia solului.Rezistența singură nu prezice coroziunea. Un sol cu ​​rezistivitate moderată (300 ohm-m), dar cu conținut ridicat de sulfați și pH scăzut, va ataca cuprul mai repede decât se așteaptă. Întotdeauna asociați testul de rezistivitate cu o analiză chimică a solului (pH, cloruri, sulfați, conținut de umiditate) pentru a selecta corect materialul tijei.

Laboratorul nostru de calitate din Xinchang efectuează un test de pulverizare cu sare (ASTM B117) pe fiecare lot nou de producție de tije placate cu cupru. În ultimele 47 de loturi (N=47, reprezentând aproximativ 235.000 de tije individuale), grosimea medie a stratului de cupru a fost de 0,268 mm, cu o abatere standard de 0,012 mm. Niciun lot nu a scăzut sub minimul de 0,254 mm. Durata testului de coroziune este de 1.000 de ore și niciun lot nu a demonstrat expunere la metalul de bază în această fereastră.

Întrebări frecvente

Pentru gama completă de produse de împământare fabricate la fabrica noastră, vizitațicategoria piuliței de împământare și a piuliței de împământarepagină. De asemenea, puteți citi despreCe este împământarea și de ce conteazădin resurse industriale mai ample.