Данные, полученные в полевых условиях на саудовской фотоэлектрической электростанции мощностью 150 МВт (4200 химических электродов, среднее сопротивление площадки 3,1 Ом) и при экспорте из стран Ближнего Востока/Африки/Юго-Восточной Азии: почему стандартные забивные стержни выходят из строя в песчаных, каменистых и латеритных грунтах — и что вместо этого указано в документации по закупкам.

Разговор, на котором я хочу построить эту статью, произошел в августе 2020 года, когда базирующаяся в Мадриде компания, занимающаяся проектированием, закупками и строительством (EPC), направила запрос, который впоследствии привел к созданию саудовского проекта солнечной электростанции мощностью 150 МВт, данные по которому использованы в этой статье. В электронном письме с запросом задавался вопрос о...химические заземляющие стержниДля крупномасштабной фотоэлектрической установки, где результаты исследования удельного сопротивления грунта показали диапазон от 1500 до 2200 Ом·см. Геотехнический отчет был понятен, компания, занимающаяся проектированием, закупками и строительством (EPC), была компетентна, а площадка располагалась в поясе известняка, который ведущий инженер уже видел на меньшем проекте в Чили в 2018 году, где количество стержней, используемых для полива, на третий год превысило допустимый предел напряжения прикосновения из-за того, что два запланированных полива были пропущены во время ограничений на поездки, связанных с COVID-19. Он не хотел повторения этой ситуации. Статья, которую вы читаете, — это инженерный аргумент, вытекающий из этого электронного письма: модель типов грунта, которую EPC в конечном итоге включила в документ о закупках, и полевые данные с завода, который ее предоставил.

Это руководство предназначено для закупочных команд, получающих аналогичные запросы: владельцев проектов на Ближнем Востоке, в Африке и Юго-Восточной Азии, у которых на столе лежит геотехнический отчет, чья проектная группа запрашивает химический электрод вместо забивного стержня, и чей документ по закупкам должен быть составлен в течение следующих двух недель. Три типа грунта, описанные ниже — песок, скальная порода и латерит — чаще всего упоминаются в таких отчетах, и характер отказов специфичен для каждого из них. Что остается неизменным для всех трех типов, так это ответ со стороны закупочной стороны.

1. Песчаная почва — причина отказа «провода в воздухе».

Сухой песок — наиболее нелогичный из трех типов отказов. На бумаге он выглядит как вполне подходящая среда для заземления: он рыхлый, хорошо пропускает воду и легко бурится. Однако показания четырехконтактного щупа Веннера говорят об обратном. В сухом пустынном песке на глубине 1 м показания обычно составляют от 3000 до 10000 Ом·см; в дюнном песке на глубине 1,5 м в худшем случае показания могут превышать 20000 Ом·см. Причина ионная, а не механическая: в сухом песке практически отсутствует глина и растворенные минералы, способные отводить ток от поверхности стержня.

На результаты расчетов влияет влажность на поверхности стержня. A химический заземляющий стерженьЭто медный стержень, расположенный внутри кольцевого зазора диаметром 100 мм, заполненного гигроскопичным заполнителем (обычно бентонитом в сочетании с сульфатом магния). Заполнитель поглощает влагу из окружающей почвы и сезонную влажность, удерживает ее на поверхности стержня и медленно высвобождает ионы в непосредственный объем почвы. В результате поверхность контакта стержня с почвой ведет себя как почва с сопротивлением около 200 Ом·см, даже когда сопротивление окружающей почвы составляет 8000 Ом·см. Геометрия стержня NEMA GR-1 остается неизменной; меняется лишь контакт с почвой.

В ходе наших поставок на Ближний Восток в период с 2020 по 2025 год медианное сопротивление грунтовых площадок при использовании химических заземляющих стержней в песчаном диапазоне от 2000 до 8000 Ом·см составило 3,6 Ом при проектном целевом значении 5 Ом, без учета цикла полива. В соседних участках в том же диапазоне сопротивление при использовании только забивных стержней составляло от 18 до 42 Ом при вводе в эксплуатацию, и бурение было повторным в течение первого года. Диаметр стержня был одинаковым. Разница заключалась в засыпке.

2. Каменистая почва — узкое место, образующее слой известняка.

На саудовском участке, где были получены полевые данные для этой статьи, в юго-западном углу массива находился слой известняка на глубине 3,5 м. Первоначальная спецификация предусматривала забивные стержни длиной 2,4 м, что сработало на 94% массива. Оставшиеся 6% находились на известняке, слишком мелком для забивки и слишком сильном, чтобы его игнорировать. Шесть площадок в этом углу показали сопротивление выше 4,7 Ом при вводе в эксплуатацию даже при длине стержня 3,0 м. Мы сделали две вещи: перешли на двойные электроды дельта-схемы (два стержня длиной 2,4 м, расположенные треугольником вокруг каждой площадки) и добавилистолбчатые графитовые заземляющие модулина контактных площадках трансформатора среднего напряжения, подключенных параллельно. Повторное тестирование через пять лет показало наихудшее значение 4,7 Ом — в пределах допустимого отклонения — потому что модули расширили эквипотенциальную поверхность в поперечном направлении, где вертикальный путь был заблокирован.

Для группы по закупкам каменистые участки делятся на две практические категории. Первая — это трещиноватая порода с заполненными грунтом пустотами — бурение возможно, но стержень контактирует только с грунтовой фракцией, а не с матрицей породы. Вторая — это неповрежденная порода или кальцит (грунт, сцементированный карбонатом кальция) на планируемой глубине залегания электрода или вблизи нее, где бурение становится либо невозможным, либо нерентабельным. На Ближнем Востоке и в западной части США часто встречаются участки второй категории; на значительной территории Саудовской Аравии, Катара и ОАЭ слой кальцита находится на глубине от 2 до 4 м, иISRIC Всемирная информация о почвахВ каталоге представлен одинаковый профиль ситуации в Сахеле и на Африканском Роге в зонах с сезонной засухой.

Для более подробного изучения вопроса закупок на каменистых участках, см.Центр данных по классификации почв ФАОЭто позволяет команде по закупкам получить региональную карту грунтов до начала работ геотехническим подрядчиком — это самый дешевый способ узнать, находится ли участок на известняковом или выветренном гранитном основании.Всемирный справочный документ ФАО по почвамявляется полевым справочником для названий классов почв, которые в конечном итоге попадают в бланк оценки заявок (BES).

3. Латеритные почвы — проблема сезонных колебаний

Латерит — это тип почвы, при прохождении стандартным методом ввода в эксплуатацию электродуговой установки, но затем, к наступлению сухого сезона, незаметно для потребителя выход из строя из-за превышения допустимого напряжения. Латерит — это богатая железом и алюминием остаточная почва, распространенная в тропической Африке (Нигерия, Гана, Кения, Мозамбик), Южной Азии (большая часть полуостровной Индии, Шри-Ланка, некоторые районы Бангладеш) и некоторых частях Южной Америки (северо-восток Бразилии, Гайана). Почвенный профиль хорошо дренирован и имеет высокое содержание оксидов железа, что и придает ему характерный красно-коричневый цвет.

Проблема с электричеством заключается в сезонных колебаниях. Опубликованные полевые исследования западноафриканского латерита обычно показывают удельное сопротивление в сезон дождей в диапазоне от 200 до 800 Ом·см — вполне приемлемом для стандартного забивного стержня — и удельное сопротивление в сухой сезон выше 5000 Ом·см — за пределами рабочего диапазона для того же стержня. Сам забивной стержень не меняется; меняется почва вокруг него. Шестимесячный цикл полива может стабилизировать показания в сухой сезон, но проблема с дисциплиной полива возникает снова: бригада по поливу, которая не появляется в нужное время, оставляет площадку в пределах диапазона срабатывания датчика напряжения до конца сухого сезона.

В частности, для латеритных участков Юго-Восточной Азии действует та же сезонная логика, но с несколько иными сезонными изменениями: сухой сезон в Индонезии и на Филиппинах короче, но интенсивнее, чем сухой сезон в Западной Африке, а это значит, что колебания сопротивления сжимаются в более узкий промежуток времени. Модель работы с химическим грунтом и стержнями — влагоудерживающая засыпка, отсутствие цикла полива — работает в обоих случаях.

4. Что говорится в документе о закупках

Для всех трех типов грунта, описанных выше, инженерное решение одинаково: стандартный забивной стержень не подходит. В документации по закупкам должно быть указано, что подходит.

Три фактора контроля со стороны отдела закупок определяют разницу между спецификацией, которая решает проблему, и спецификацией, которая её создаёт.

1. Протокол испытаний прилагается к заказу на поставку.Химический заземляющий стержень — это не просто медная трубка, это химический состав внутри неё. Поставщик должен предоставить отчёт о типовых испытаниях по четырём параметрам: коэффициент снижения удельного сопротивления при эталонной влажности, долговременная ионная стабильность при 60 °C / 30 дней, влагоудержание после 90 дней сушки и соответствие экологическим требованиям этапа ESIA. В 2019 году мы потеряли партию из-за смеси хлорида натрия (хлорид разрушает медные сердечники внутри оболочки), а наша партия от поставщика 2022 года не прошла тест на ионную стабильность, сохранив 65% влаги — ниже нашего внутреннего порога в 80%, — поэтому мы сертифицировали собственную линию компаундирования. Поставщик, который не может предоставить этот отчёт, — это тот поставщик, который в конце второго года приходит с электронным письмом «у нас есть новый улучшенный компаунд».
2. Стандарт разъема зафиксирован на уровне IEEE 837.Механические зажимы не проходят испытание импульсным током вМЭК 62561-1и не должны использоваться в крупномасштабных энергетических проектах. Стандарт на соединитель — это часть спецификации, которая обеспечивает защиту актива на протяжении всего 25-летнего расчетного срока службы.
3. Геометрия стержня в соответствии сNEMA GR-1.Диаметр от 17,2 мм до 25,4 мм, толщина медного покрытия ≥ 254 мкм. Толщина покрытия имеет наибольшее значение при импульсных нагрузках (резонаторы ESE, контактные площадки среднего напряжения) — тонкое покрытие выходит из строя первым.

5. Заключение — Что должна спросить в первую очередь сторона, занимающаяся закупками.

Саудовская Аравия мощностью 150 МВт, о которой идет речь в этой статье, показала среднее сопротивление площадки 3,1 Ом при проектном целевом значении 5 Ом на пятом году испытаний, при этом наихудшее значение составило 4,7 Ом в юго-западном углу, где кальцит остановил вертикальное забивание. Эти цифры не использовались в качестве аргумента при закупке, когда мадридский EPC-подрядчик направил запрос в августе 2020 года — они являются результатом включения в один документ химического состава засыпки, стандарта на соединители, геометрии стержней и целевой последовательности обработки грунта, а затем предоставления работы монтажной бригаде.

Если вы являетесь владельцем проекта на Ближнем Востоке, в Африке или Юго-Восточной Азии и документация по закупкам открыта, вопрос, определяющий, останется ли проект в пределах проектного диапазона в течение следующих 25 лет, заключается не в том, «какой электрод мне купить», а в том, «какое удельное сопротивление грунта на планируемой глубине залегания электрода и какой из трех вышеуказанных режимов разрушения применим». Сначала получите ответ по грунту; затем ответ по продукту. Вопрос закупки заключается в том, какой из двух семейств продуктов —химический заземляющий стержень or столбчатый графитовый заземляющий модуль(или и то, и другое, на самых сложных участках) — подходит для почвенного слоя и предельной глубины. Полная страница категории находится по адресу:/химический-заземляющий-электрод/имеет параметры геометрии, иТоп-5 производителей электролитических ионных заземляющих стержней на 2025 годВ блоге представлен список потенциальных поставщиков.

Для получения комплекта образцов и отчета о типовых испытаниях по четырем параметрам для конкретного проекта, наиболее быстрый путь — это...страница "Контакты"Образцы продукции для проектов в странах Ближнего Востока, Африки и Юго-Восточной Азии обычно отправляются с завода в течение той же недели, а технические ответы предоставляются в течение одного рабочего дня.