TL;DR

Zakaj je upornost tal prva številka, ki jo potrebujete

Preden določite premer ozemljitvene palice, preden se odločite med jeklom, prevlečenim z bakrom, in pocinkanim jeklom ter preden izračunate, koliko palic potrebuje podpostaja, potrebujete eno številko: upornost tal na mestu namestitve. Vsaka odločitev o načrtovanju nadaljnjega toka je odvisna od te meritve.

V podjetju Shibang naša inženirska ekipa pregleduje specifikacije ozemljitve iz projektov na šestih celinah. Najpogostejši vir težav na terenu, s katerimi se srečujemo, ni okvarjena palica ali slaba povezava. Gre za ozemljitveni sistem, ki je bil zasnovan brez ustrezne raziskave upornosti tal. Inženirji, ki ta korak preskočijo, na koncu predelujejo inštalacije, dodajajo dodatne palice ali uporabljajo dodatke za tla mesece po prvotnem datumu zagona.

Upornost tal vam pove, kako močno zemlja na vaši lokaciji nasprotuje pretoku električnega toka. Peščena, suha hribovska površina v osrednji Avstraliji lahko izmeri 2000 ohm metrov. Glinasto bogata rečna delta v Bangladešu lahko izmeri 30 ohm metrov. Isti model bakreno obložene ozemljitvene palice se v teh dveh okoljih obnaša popolnoma drugače in zasnova mora to razliko odražati že od samega začetka.

Standardizacijski organi to priznavajo.Kodeksi in standardi NFPAOkvir, skupaj z IEC 62305 in IEEE 80, vsi zahtevajo ali močno priporočajo podatke o upornosti tal, specifični za lokacijo, preden se nadaljuje z načrtovanjem ozemljitvenega sistema. Več o osnovah ozemljitve si lahko preberete tukaj.ozemljitveni sistemiin kakozemlja (elektrika)dela na področju elektrotehnike, da bi razumel, zakaj ta meritev poganja vse.

Kaj dejansko meri upornost tal

Upornost tal količinsko izraža upornost, ki jo enota prostornine tal predstavlja pretoku električnega toka. Inženirji jo izražajo v ohmmetrih (ohm-m). Številka je odvisna od štirih glavnih dejavnikov:

Vsebnost vlage.Voda drastično zniža upornost. Suha tla lahko odčitajo več kot 1000 ohmov na m; ista tla pri poljski kapaciteti lahko padejo pod 100 ohmov na m. Zato je pomembno sezonsko testiranje in priporočamo merjenje v najsušnejših pričakovanih pogojih, da se v sistem vključi najslabši možni primer.

Koncentracija ionov.Raztopljene soli v talni vodi povečajo prevodnost. Obalna območja, kmetijska zemljišča z zgodovino gnojenja in puščavske slane ravnice imajo nižje odčitke upornosti kot čisti kremenčev pesek. Naše proizvodne evidence kažejo, da se stranke na Bližnjem vzhodu in v Severni Afriki pogosto srečujejo s peščenimi tlemi z visoko upornostjo, ki zahtevajo kemično obogatitev.

Temperatura.Upornost se povečuje, ko se tla ohlajajo. Zamrznjena tla lahko v primerjavi z istimi tlemi pri 20 stopinjah Celzija povečajo upornost za faktor deset ali več. Projekti v severni Kanadi, Skandinaviji ali Rusiji morajo upoštevati območje globine zmrzali in pod njim namestiti ozemljitvene palice.

Sestava in gostota tal.Delci gline prevajajo elektriko bolje kot pesek ali gramoz, ker na svoji veliki površini zadržujejo vlago in ione. Kamnina, skrilavec in razpadli granit se zelo razlikujejo. Najdišče s plastovito geologijo bo pokazalo različno upornost na različnih globinah, zato je profiliranje globinske upornosti prav tako pomembno kot meritve površine.

Wennerjev 4-točkovni test: Kako inženirji merijo upornost tal na terenu

Wennerjeva 4-točkovna metoda ostaja industrijski standard na terenu za testiranje upornosti tal. Je preprosta, prenosljiva in daje rezultate, ki se neposredno uporabljajo pri izračunih ozemljitve. TestGuy ponuja odličen vodnik po tem, kako ...Razlaga testiranja upornosti talv praktičnih podrobnostih.

Naši terenski inženirji pri vsakem novem pregledu lokacije upoštevajo ta postopek:

1. korak: Postavitev.V zemljo v ravni črti zabijte štiri enakomerno razporejene elektrode. Označite jih s C1, P1, P2 in C2 od leve proti desni. Razmik med sosednjimi pari je »a« in ga izberete glede na globino tal, ki jo želite raziskati. Razmik 1 metra vam da povprečeno upornost na približno zgornjih 0,5 metra. Razmik 10 metrov sondira do približno 5 metrov.

2. korak: Vbrizgajte tok.Na zunanji elektrodi (C1 in C2) priključite tester ozemljitvene upornosti (kot je serija Megger DET ali Fluke 1621). Instrument vbrizga znani izmenični tok skozi zemljo med njima.

3. korak: Izmerite potencial.Instrument meri napetostno razliko med notranjima elektrodama (P1 in P2). Ta padec napetosti, deljen z vbrizganim tokom, da vrednost upora R.

4. korak: Izračunajte.Uporabite Wennerjevo formulo:

Upornost (rho) = 2 x pi xax R

kjer je »a« razmik med elektrodami v metrih, R pa izmerjena upornost v ohmih. Rezultat je upornost tal v ohmih-m.

Globinsko profiliranje.Preizkus ponovite na več razdaljah (1 m, 2 m, 5 m, 10 m, 20 m), da zgradite profil upornosti v odvisnosti od globine. Ta profil razkrije, ali obstaja prevodna plast globlje pod zemljo, kar bi lahko upravičilo vgradnjo palic na globino 3 metrov namesto standardnih 2,4 metra.

Kdaj testirati.Testiranje izvajamo v najsušnejših pričakovanih sezonskih razmerah, ker morajo ozemljitveni sistemi delovati vse leto. Testiranje samo v deževnem obdobju daje optimistične številke, ki ne odražajo najslabših poletnih ali sušnih razmer.

Petrokemični obrat v vzhodni provinci Savdske Arabije je v sušnem obdobju izmeril upornost površinskih tal pri 1800 Ω·m. Potem ko je naša tehnična ekipa določila tri 3-metrske bakreno obložene palice (AF-0232, 0,254 mm bakrena plast), zabite na globino 5 metrov z razmikom 6 metrov, se je izmerjena upornost zemlje znižala na 3,8 Ω – kar je precej pod ciljem 5 Ω, ki ga zahteva standard IEC 62305 za zaščito rezervoarjev pred strelo.

Kako upornost tal vpliva na izbiro ozemljitvene palice

Ko imate podatke o upornosti tal, lahko z zaupanjem izberete pravo ozemljitveno palico. Številka upornosti vam pove tri stvari: kateri material bo v teh tleh najdlje odporen proti koroziji, kakšno geometrijo palice (premer in dolžino) potrebujete in ali bo ena sama palica dosegla vašo ciljno ozemljitveno upornost ali pa potrebujete več palic v nizu.

Tukaj je splošni okvir, ki ga v podjetju Shibang uporabljamo pri svetovanju strankam:

Ta tabela je izhodišče in ne nadomestilo za podrobno načrtovanje. Inženir mora pri končni izbiri materiala upoštevati tudi pH tal, vsebnost kloridov, raven sulfatov in spremembe vlažnosti. Ujemanje materialov bomo podrobneje opisali v naslednjem razdelku.

Našeozemljitvena palica z bakreno oblogoSerija (model AF-0232) pokriva premere od 14,2 mm do 25 mm (5/8 palca do 3/4 palca) in dolžine od 1,2 m do 3,0 m (4 čevlje do 10 čevljev). Bakrena plast je debela vsaj 0,254 mm in ima čistost 99,95 % ali več, vezana pa je na jedro iz nizkoogljičnega jekla. To daje palici visoko natezno trdnost (vsaj 580 N/mm) za zabijanje, hkrati pa ohranja korozijsko odpornost bakra v večini vrst tal. To linijo izdelkov certificiramo po standardu ISO 9001:2008.

V začetku leta 2023 je projektni inženir za 132 kV razdelilno postajo v Tamil Naduju določil pocinkane palice za zmanjšanje teže pri nabavi za oddaljeno lokacijo na vrhu hriba. Ko je naša ekipa pregledala poročilo o tleh – lateritna tla, pH 4,8, upornost 280 Ω·m na globini 3 metrov – smo kljub višji teži na enoto svetovali prehod na bakreno obložene palice. Razlog za to je bil: nizek pH laterita in visoka vsebnost železovega oksida pospešujeta korozijo cinka, oddaljena lokacija pa je podražila logistiko prihodnje zamenjave palic. Inženir je priporočilo sprejel. Dve leti po namestitvi ostajajo odčitki ozemljitvene upornosti stabilni pri 1,6 Ω.

Ujemanje materiala ozemljitvene palice s talnimi razmerami

Proizvajalci ozemljitvenih palic ponujajo več materialov, vsak pa ustreza določenim talnim pogojem. Takole jih uskladimo:

Jeklene palice, obložene z bakrom

Bakreno obložene palice združujejo jekleno jedro (za mehansko trdnost in vzdržljivost pogona) z debelo bakreno zunanjo plastjo (za odpornost proti koroziji in nizko kontaktno upornost z zemljo). Našeozemljitvena palica z bakreno oblogoModeli uporabljajo postopek neprekinjenega bakrenja in ne tanke prevleke. To je pomembno v agresivnih tleh, kjer se lahko prevlečena ali varjena bakrena plast sčasoma odlušči.

Bakreno obložene palice najbolje delujejo v nevtralnih do alkalnih tleh (pH od 6 do 9) z zmerno vlažnostjo. Odporne so na korozijo zaradi večine kemičnih sestav tal in desetletja ohranjajo stabilno ozemljitveno upornost. Specificiramo jih za elektrarne, razdelilne postaje, stolpe daljnovodov, komunikacijske bazne postaje, letališča, železnice, visoke stavbe in rafinerije nafte. Specifikacija življenjske dobe presega 50 let v normalnih talnih pogojih.

Pocinkane jeklene palice

Pocinkane (s cinkom prevlečene) palice cenimo nižje od bakrenih, poleg tega pa zagotavljajo sprejemljivo zaščito pred korozijo v alkalnih tleh. Naši proizvodni in terenski podatki pa kažejo, da se cink v kislih tleh (pH pod 5) in v tleh z visoko vsebnostjo sulfatov raztopi hitreje kot baker. Dokumentirali smo več primerov, ko so pocinkane palice v agresivnih tleh odpovedale precej pred pričakovano življenjsko dobo, zato strankam v tropskih ali kislih deževnih območjih svetujemo, da za vsak projekt z 25-letno načrtovano življenjsko dobo ali več izberejo bakreno prevlečene palice namesto pocinkanih.

Naši garancijski zapisi iz pošiljke iz leta 2019 na obalno lokacijo v južnem Vietnamu kažejo, da so pocinkane palice, nameščene v zemlji s pH 5,2 in upornostjo 120 Ω·m, v 18 mesecih začele kazati vidno površinsko korozijo. Cinkova prevleka se je na vmesniku zemlja-zrak stanjšala z določenih 86 mikronov na manj kot 40 mikronov. Celotno 240-palčno instalacijo smo na naše stroške v okviru garancije zamenjali z bakreno obloženimi enotami, nadomestne palice pa so zdaj v uporabi že več kot pet let brez merljive degradacije.

Kemične ozemljitvene elektrode

Ko upornost tal ostane nad 500 ohm-m tudi na globini, gola palica sama po sebi ne more doseči ciljnih vrednosti upornosti.Kemične ozemljitvene elektrodezapolnijo to vrzel. Te enote vsebujejo votlo bakreno cev, napolnjeno z mineralnimi solmi, ki se počasi izpirajo v okoliško zemljo in tako skozi mesece in leta znižujejo lokalno upornost. Ohranjajo delovanje v sušnih in skalnatih okoljih, kjer je naravna vlaga redka.

Dobavljamo kemične elektrode za projekte po Bližnjem vzhodu, Severni Afriki in osrednji Avstraliji. Pri tipični namestitvi tehnik izvrta vrtino, vstavi elektrodo, jo zasuje s prevodno spojino in jo priključi na glavno ozemljitveno mrežo. Sčasoma difuzija soli ustvari ovojnico z nizko upornostjo okoli elektrode.

Ozemljitveni moduli

Talni moduliponujajo drug pristop za zahtevna tla. Te vnaprej izdelane enote združujejo kovinski prevodnik z okoliškim telesom prevodnega materiala (pogosto spojine na osnovi ogljika ali gline). Inženirji jih zakopljejo na strateških točkah v ozemljitveni mreži, da zmanjšajo lokalni upor brez vzdrževalne pozornosti, ki jo včasih zahtevajo kemične elektrode.

Zemeljski moduli dobro delujejo v mešanih talnih profilih, kjer obstaja prevodna plast, vendar je preplitva za običajno vstavljanje palic. Zemeljske module smo dobavili v relejne postaje na vrhovih gora v Andih, puščavske radarske instalacije v Omanu in obalne vetrne elektrarne v Vietnamu.

Prebrskaj vse možnosti

Naše popolnoozemljitvena palica in kategorija ozemljitvene paliceZajema bakreno obložene, pocinkane, nerjaveče jeklene in posebne konfiguracije. Prava izbira je odvisna od vašega poročila o kemiji tal, ciljne upornosti in pričakovane življenjske dobe namestitve.

Globina namestitve, premer palice in pravilo več palic

Podatki o upornosti tal vodijo tudi tri fizične parametre načrtovanja: kako globoko zabiti palico, kakšen premer uporabiti in koliko palic namestiti.

Globina

Globlje nameščene palice dosežejo plasti tal, ki zadržujejo več vlage in imajo nižjo upornost. Standardna stanovanjska instalacija lahko uporablja 2,4-metrsko (8 čevljev) palico. Ozemljitvena mreža razdelilne postaje pogosto določa 3-metrske (10 čevljev) palice. V območjih z visoko upornostjo inženirji včasih potisnjejo palice do 6 metrov ali več tako, da združijo več delov.

Naše bakreno obložene palice imajo spojno pušo, ki omogoča spajanje odsekov na terenu. 3-metrska palica z 1,5-metrskim podaljškom doseže 4,5 metra. Spojka ohranja specifikacijo ravnosti (napaka 1 mm/m ali manj) skozi spoj, tako da se palica med zabijanjem ne upogne.

Premer

Premer ozemljitvene palice vpliva tako na mehansko vzdržljivost med namestitvijo kot na dolgoročno odpornost proti koroziji. Palica premera 14,2 mm (5/8 palca) je primerna za večino stanovanjskih in lahkih komercialnih instalacij, kjer se za potiskanje uporablja vijačnik ali udarni vrtalnik. Palica premera 25 mm (3/4 palca) prenese večje mehanske obremenitve globokega zabijanja v zbita ali skalnata tla in zagotavlja večjo bakreno površino za zaščito pred korozijo.

Naši proizvodni podatki kažejo, da palice premera 5/8 palca predstavljajo večino količine v projektih z zmernim podnebjem (Severna Amerika, Evropa, Vzhodna Azija), medtem ko so palice premera 3/4 palca bolj povpraševane v projektih na Bližnjem vzhodu in v Avstraliji, kjer je običajno globlje zabijanje v trša tla.

Večpalični nizi

Ko ena sama palica ne more doseči ciljne ozemljitvene upornosti, jo dodate. Splošno pravilo: sosednje palice naj bodo razmaknjene vsaj toliko, kolikor je njihova globina zabitja. Za 3-metrske palice uporabite vsaj 3-metrski razmik. Ta razmik preprečuje preveliko prekrivanje con zmanjšanja upora okoli vsake palice.

Kombinirana upornost večpaličničnega sistema ni preprosto upornost ene palice, deljena s številom palic. Interakcija med prstjo zmanjša učinkovitost. Dvopalični sistem doseže približno 60 % upornosti ene palice, ne 50 %. Tripalični sistem doseže približno 45–50 %. To so približne številke; dejansko razmerje je odvisno od homogenosti upornosti tal in razmika med palicami.

Sedem napak v ozemljitvi, ki jih je naš tovarniški laboratorij odkril na vrnjenih specifikacijskih listih

Po več kot 17 letih proizvodnje ozemljitvenih izdelkov in podpore projektom po vsem svetu je naša ekipa katalogizirala ponavljajoče se napake v specifikacijah in namestitvi, ki se pojavljajo v garancijskih preiskavah in naknadnih pregledih projektov v različnih državah in panogah. Sedem spodnjih napak predstavlja večino prezgodnjih odpovedi palic in slabih odčitkov ozemljitvene upornosti, s katerimi se srečujemo:

Preskočimo raziskavo upornosti tal.Inženirji včasih namesto preizkusov na dejanski lokaciji uporabijo učbeniške vrednosti tal za določeno regijo. Tudi znotraj ene nepremičnine se lahko upornost med severnim in južnim koncem razlikuje za faktor pet zaradi vzorcev drenaže, zgodovine zasipavanja ali globine kamninske podlage.

Testiranje samo na eni globini.En sam Wennerjev test na enem razmiku vam ne pove skoraj ničesar o plastnem profilu pod zemljo. Vedno testirajte na vsaj treh razmikih, da prepoznate prevodne plasti, uporovne plasti in prehod med njimi.

Neupoštevanje sezonskih nihanj.Testiranje samo v deževnem obdobju daje zavajajoče rezultate. Ozemljitveni sistemi morajo delovati v najsušnejših, najtoplejših in najhladnejših pogojih, ki jih bo lokacija imela. Strankam svetujemo, da test opravijo vsaj dvakrat: enkrat v deževnem obdobju in enkrat v sušnem obdobju.

Premalo določen premer palice.Uporaba najmanjše razpoložljive palice za zmanjšanje teže materiala se morda na papirju zdi smiselna, toda v trdih ali skalnatih tleh se tanka palica med zabijanjem upogne, zvije ali zlomi. To izgublja čas namestitve in sistem naredi premalo zasnovan. Za vsa mesta s skalnatimi ali zbitimi razmerami predpisujemo palice premera 3/4 palca (25 mm).

Pozabljanje na sklopko.Ko inženirji potrebujejo palice globine 4,5 metra ali 6 metrov, včasih poskušajo zvariti dva dela palice skupaj. Varjenje uniči bakreno plast na spoju in ustvari korozijsko žarišče, ki v nekaj letih odpove. Vedno uporabite namensko zasnovano mehansko spojko, ki ohranja kontinuiteto bakrenega plašča.

Zanemarjanje kakovosti povezave.Najboljša ozemljitvena palica na svetu je neuporabna, če je povezava z vodnikom ohlapna, korodirana ali izdelana iz nezdružljivih kovin. Bakreno-bakrene povezave z eksotermnimi varjenji ali navedenimi mehanskimi konektorji ohranjajo dolgoročno celovitost. Mešanje bakrenih palic s pocinkanimi sponkami v vlažnem okolju ustvari galvansko korozijsko celico, ki sčasoma uniči povezavo.

Ne berem kemijske sestave tal.Sama upornost ne napoveduje korozije. Tla z zmerno upornostjo (300 ohm-m), vendar z visoko vsebnostjo sulfatov in nizkim pH, bodo hitreje, kot je pričakovano, napadla baker. Za pravilno izbiro materiala palice vedno preizkus upornosti združite z analizo kemije tal (pH, kloridi, sulfati, vsebnost vlage).

Naš laboratorij za kakovost v Xinchangu izvaja test s solno meglico (ASTM B117) na vsaki novi proizvodni seriji bakrenih palic. V zadnjih 47 serijah (N=47, kar predstavlja približno 235.000 posameznih palic) je bila povprečna debelina bakrene plasti 0,268 mm s standardnim odklonom 0,012 mm. Nobena serija ni padla pod minimum 0,254 mm. Trajanje korozijskega testa je 1000 ur in nobena serija ni pokazala izpostavljenosti osnovne kovine v tem časovnem oknu.

Pogosto zastavljena vprašanja

Za celotno ponudbo ozemljitvenih izdelkov, izdelanih v našem obratu, obiščite našoozemljitvena palica in kategorija ozemljitvene palicestran. Preberete lahko tudi oKaj je ozemljitev in zakaj je pomembnaiz širših industrijskih virov.