Почетком 2023. године, примили смо позив од електро извођача радова у Абуџи, у Нигерији. Он је забио четири једноделне бакарне уземљиваче дужине 2,4 метра у латеритно земљиште на локацији новог телекомуникационог торња. Све четири су показале отпорност изнад 25 ома – знатно изнад циља од 5 ома колико је захтевала његова спецификација. Није имао бушилицу за штапове која би могла да поднесе било шта дуже од 3 метра, а најближи добављач штапова продужене дужине био је у Лагосу, удаљеном 700 км. Послали смо му комплете сегментних штапова и месингане спојнице. Две недеље касније, његов тим је забио исте штапове на дубину од 6 метара користећи стандардни роторни чекић, а измерени отпор је био 4,2 ома. Тај пројекат је променио начин на који размишљамо о одлуци између једноделних и сегментних штапова: то није питање преференције, већ шта вам дозвољавају ваше земљиште, ваша опрема и приступ вашем локацији.

Секцијски наспрам једноделног: Одлука није ствар преференције

Аргумент о једноделној шипки је једноставан и валидан: нема спојева значи нема слабих тачака. Једна шипка обложена бакром од 2,4 м, забијена директно у влажну глину, трајаће дуже од ваше зграде, а кошта мање од склопа секције исте дужине. И даље продајемо више једноделних шипки него секцијских комплета по запремини, и то са добрим разлогом: за плитке инсталације у земљишту са ниским отпором, оне су прави избор.

Али за 17 година производње производа за уземљење, видели смо доследан образац: пројекти који нам се враћају са проблемима високог отпора су скоро увек једноделне инсталације у сувом, каменитом или песковитом земљишту где је извођач радова убацио штап до пуне дужине и зауставио се - јер нису имали начина да иду дубље.секцијски штап за уземљењеелиминише ово ограничење. Сваки сегмент је дугачак 1,2 м, спојен санавојне спојнице, и настављате да додајете сегменте док мерач отпора не покаже испод ваше циљне вредности. Имамо клијенте у Саудијској Арабији који су саставили сегментне штапове до 9 м у пустињском песку и клијенте у Демократској Републици Конго који су достигли 12 м у тропском латериту.

TheIEEE стандард 80Уземљење подстанице не налаже један дизајн у односу на други. Оно одређује крајњи резултат: отпор уземљења довољно низак да осигура безбедност током струја кратког споја. Начин на који се тај отпор постиже је инжењерска одлука специфична за локацију, а не филозофска.

Кључно питање није „шта је боље“, већ „шта се дешава када ваш једноделни штап није довољно дугачак?“ У Абуџи је одговор био: губите две недеље набављајући дуже штапове из Лагоса. У Ријаду је одговор био: наручујете сегментне комплете од нас и настављате да возите истог дана. Сегментни дизајн вам даје флексибилност, а по нашем искуству, флексибилност је оно што разликује пројекте који достижу своје циљеве отпора од пројеката који то не чине.

Зашто смо редизајнирали наш спојник након епидемије унакрсног навоја

У 2021. години, наш тим за подршку је приметио пораст броја жалби везаних за спојнице. Забележили смо 47 инцидената укрштеног навоја у 14 земаља у једној години. Образац је био доследан: инсталатер је радио у блатњавом рову, започео је навој спојнице под благим углом, а месингани навоји су се деформисали пре навоја челичне шипке. Месинг је по дизајну мекши (желимо да се спојница жртвује пре шипке, како би се шипка могла поново користити), али је овај избор дизајна створио начин квара који нисмо очекивали.

Пратили смо узрок до геометрије улаза навоја. Стандардни V-навој и на шипки и на спојници имао је оштру улазну ивицу која је олакшавала почетак навоја под углом, посебно када су навоји били контаминирани земљом. Наше решење: скошили смо прва два навоја и на шипки и на спојници, стварајући шири угао улаза који сам центрира спој чак и када се започне са малим неусклађењем. Такође смо додали визуелну ознаку за поравнање (ласерски урезану линију на телу спојнице) која показује инсталатеру када су навоји правилно поравнати.

Резултати су били значајни. У 2022. години, жалбе на унакрсне навоје су пале на 19. У 2023. години на 11. У првој половини 2024. године на 3. То је кумулативно смањење од отприлике 70 процената, а није нас коштало ништа по јединици – скошење је промена алата, а не промена материјала. Ово је врста постепеног побољшања коју вам омогућава 17 година повратних информација о производњи.

Материјал самe спојнице је машински обрађен од пуног месинганог шипки (не ливено). Изабрали смо месинг уместо челика из три разлога. Прво, месинг не кородира у земљишту као обичан челик – ископали смо спојнице из 15 година старих инсталација у Саудијској Арабији које су изгледале готово као нове. Друго, галванска разлика потенцијала између месинга и челика обложеног бакром је минимална (мање од 50 mV), што значи да је електрохемијска корозија на споју навоја занемарљива. Треће, месинг се обрађује за мање толеранције навоја од челика, што је важно када ручно нарезујете навој у блатњавом рову и потребно је да спој иде глатко.

Затезна чврстоћа наше месингане спојнице (≥580 N/mm2) превазилази границу течења челичног језгра у сегментима шипке. Ово проверавамо на свакој производној серији: извлачимо три узорка склопа до уништења на хидрауличном тестеру за затезање. Шипка се увек ломи на приближно 25 mm од површине спојнице – никада на самој спојници. То је по конструкцији: желимо да шипка поломи пре спојнице, јер се покварена шипка може извући и заменити, док покварена спојница може оставити сегмент заробљен под земљом.

Челик обложен бакром: Спецификације које тестирамо и кварови које уочавамо

Сваки произвођач наводи исте спецификације: дебљину бакра, чистоћу, затезну чврстоћу, праволинијски облик. Разлика је у томе да ли су те спецификације тестиране или претпостављене. У нашој фабрици у Синчангу тестирамо сваку производну партију и одбацујемо материјал који не прође. Ево шта тестирамо, како то тестирамо и шта смо открили.

Дебљина слоја бакра: ≥0,254 мм. Ово јеУЛ 467минимум. Меримо калибрисаним ултразвучним мерачем дебљине на три тачке по шипки (врх, средина, база). Наш просек производње је 0,28 мм, са распоном од 0,254 до 0,32 мм. У 2022. години одбацили смо целу долазну серију бакарних катода од новог добављача када је тест прве серије показао просечну дебљину од 0,22 мм. Добављач је тврдио да катода испуњава спецификације; наш ултразвучни мерач је рекао другачије. Променили смо добављача.

Чистоћа бакра: ≥99,95 процената. Ово проверавамо анализом оптичке емисионе спектрометрије (OES) сваке улазне серије бакарних катода. Нечистоће изнад 0,05% - посебно сумпор и фосфор - убрзавају корозију у киселим земљиштима. 2023. године, серија...челична шипка обложена бакромса наше производне линије тестиране на чистоћу од 99,91%. Проблем смо пратили до контаминиране бакарне аноде у резервоару за галванизацију. Одбацили смо целу серију (приближно 2.000 шипки) уместо да пошаљемо материјал који би прерано кородирао на терену.

Интегритет везе: Тест савијања од 180 степени. Слој бакра не сме да пукне или се деламинира када се шипка савије за 180 степени у радијусу од 100 мм. Овај тест симулира ударне силе током забијања. Спроводимо га на свакој производној серији. Ако се бакар љушти, густина струје галванизације је била прениска и веза је механичка, а не металуршка. Два пута нисмо прошли овај тест у последње три године, оба пута због пада напона у линији галванизације изазваног кородираном сабирницом.

Правост: ≤1 мм/м. Сваку шипку исправљамо на хидрауличној преси након галванизације, а затим проверавамо ваљањем на равној гранитној плочи. Шипке са одступањем већим од 1 мм/м се одбацују. Ова спецификација је важнија него што већина људи схвата: шипка са закривљеношћу од 3 мм/м неће се убијати право, а шипка која одступа од вертикале неће достићи циљану дубину без пробне рупе. Видели смо увезене шипке других произвођача са закривљеношћу од 4 до 5 мм/м, што их ефикасно чини неупотребљивим за дубоко убијање.

Постављање дубоког уземљивача: Шта смо научили из грешака на терену

Процес инсталације засекцијски штап за уземљењеНије компликовано, али сваки корак има начине отказа које смо научили на тежи начин - кроз позиве клијената, рекламације у оквиру гаранције и посете локацијама.

Пилот рупа: корак који већина извођача радова прескаче. У збијеном или каменитом земљишту, увек почните са пилот рупом користећи бушилицу за земљу нешто мању од пречника штапа. Године 2022, извођач радова у Дамаму, Саудијска Арабија, забио је три сегмента штапа у пустињски песак без пилот рупе. Врх штапа се скренуо са закопане стене на 1,8 м, савијући штап 15 степени од вертикале. Морао је да извуче савијени сегмент (посао од 45 минута са дизалицом) и почне испочетка са пилот рупом. Пилот рупа је трајала 5 минута и спречила је све накнадне проблеме са савијањем.

Обртни момент спојнице: и недовољно затегнута и прекомерна затегнутост не успевају. Прецизирамо од 50 до 80 Nm за шипке од 5/8 инча и од 60 до 100 Nm за шипке од 3/4 инча. У пројекту из 2023. године у Дар ес Саламу, Танзанија, инсталатери су ручно затегли спојнице без кључа. Током забијања, две спојнице су се олабавиле, а сегменти су се раздвојили под земљом. Горњи сегмент је наставио да се забија, али је доњи сегмент остао на дубини од 2 м. Морали су да напусте оба сегмента и започну нову рупу 30 цм даље. Од тада, у сваку кутију сегментног комплета укључујемо картицу са спецификацијама обртног момента.

Чишћење навоја: 20 секунди које спречавају 20 минута фрустрације. Пре него што наврнете спојницу, очистите прљавштину са навоја шипке. У блатњавим условима (уобичајеним у тропским инсталацијама), прљавштина набијена у навоје делује као абразив и може проузроковати да се спојница заглави на пола. Имали смо три рекламације из југоисточне Азије где је инсталатер присилно користио спојницу набијену прљавштином и скинуо месингане навоје. Четка са чврстим влакнима (коју сада укључујемо у наш комплет за инсталацију) решава овај проблем за 20 секунди.

Тестирање отпора: тестирајте пре него што се упустите у дубље постављање. Након што је сваки сегмент инсталиран, измерите отпор уземљења помоћу тестера пада напона, поNFPA 70 (Национални електрични кодекс)захтеве. Ако сте већ испод циљаног отпора, престаните са вожњом. Видели смо извођаче радова у Нигерији како возе до 7 м када би 4 м било довољно, губећи три сегмента и радну снагу за њихову инсталацију. Постепени приступ – тестирај, одлучи, вози – је главна економска предност сегментног дизајна.

Четири начина отказа из 17 година искуства у производњи производа за уземљење

Након што смо испоручили производе за уземљење у преко 60 земаља, имамо јасну слику о томе шта отказује на терену и зашто. Ево четири најчешћа начина кварова, рангирана по учесталости у нашим подацима о тикетима за подршку од 2018. до 2024. године.

Грешка 1: Укрштено уношење нити (47% свих захтева за подршку). Већ је горе поменуто. Редизајн закошеног улаза је смањио овај број са 47 инцидената у 2021. на 3 у првој половини 2024. године.

Квар 2: Раслојавање бакра током забијања (23% захтева). Ако је веза између слоја бакра и челичног језгра механичка, а не металуршка, поновљене ударне силе током забијања могу проузроковати љуштење бакра на врху. Ово ствара ефекат печурке који спречава даље забијање и излаже челично језгро корозији. Наш тест савијања од 180 степени ово открива у фабрици, али то и даље виђамо код шипки других произвођача које су наши клијенти купили негде другде и помешали са нашим спојницама.

Квар 3: Савијање штапа у каменитом тлу (18% захтева). Чак и са затезним језгром од 600+ N/mm2, штап који удари у закопану стену под углом ће се савити. Када се савије више од неколико степени, штап се неће померати право. Превенција: увек користите пробну рупу у сумњивом каменитом тлу. Добили смо ову жалбу са пројеката у Турској, Ирану и планинским регионима источне Африке.

Квар 4: Корозија на споју спојнице у сланом тлу (12% захтева). У приобалним или сланим срединама, спојница са навојем може кородирати брже од тела шипке ако материјал спојнице није галвански компатибилан. Наше месингане спојнице минимизирају овај ризик јер је галванска потенцијална разлика између месинга и челика обложеног бакром мања од 50 mV. За екстремно слана окружења (обала Саудијске Арабије, Катара, УАЕ), нудимо и опцију спојнице од нерђајућег челика.

Подаци о отпорности земљишта из стварних пројеката: Зашто дубина мења све

Разлог за дубоко укопавање је отпорност тла. У већини врста тла, отпорност се смањује са дубином јер дубље тло има већи садржај влаге и више растворених минерала. Овде су измерене вредности отпора тла из три реална пројекта где смо испоручили комплете секцијских штапова:

Абуџа, Нигерија (латеритно земљиште, 800 ома-м): једноделна шипка од 1,5 м = 28 ома. Секција од 3 м = 14 ома. Секција од 6 м = 4,2 ома. Извођачу радова је било потребно 5 ома; сегментним системом су достигли дубину од приближно 5,5 м.

Ријад, Саудијска Арабија (пустињски песак, 1.200 ом-м): једноделни штап од 2,4 м = 45 ома. Пресек од 3 м = 32 ома. Пресек од 6 м = 12 ома. Пресек од 9 м = 6,8 ома. Спецификација пројекта захтевала је 10 ома; достигли су га на приближно 7 м дубине.

Дар ес Салам, Танзанија (глина-илова, 200 ома-м): једноделна шипка од 1,5 м = 8 ома. Спецификација је захтевала 5 ома. Један продужетак од 1,5 м (укупно 3 м) довео је отпор на 4,8 ома. У овом случају, земљиште је било кооперативно и било је потребно само минимално продужење дубине.

TheIEEE стандард 142 (Зелена књига)даје формулу за процену отпора потиснутог штапа: R = (ρ / 2πL) × (ln(4L/a) – 1), где је ρ отпорност тла, L је дужина штапа, а a је полупречник штапа. Формула потврђује оно што показују наши теренски подаци: отпор је обрнуто пропорционалан дужини штапа. Удвостручавање дубине обично смањује отпор за 40 до 60 процената, у зависности од слојевитости тла.

Практични закључак је једноставан. У земљишту са ниским отпором (испод 300 ома-м), обично је довољна једноделна шипка дужине 1,5 до 3 м. У земљишту са средњим отпором (300 до 1.000 ома-м), можда ће вам бити потребно 3 до 6 м, што значи секција.Управа за безбедност и здравље на раду (OSHA)захтева од послодаваца да успоставе програме за осигуране проводнике за уземљење опреме на градилиштима, што укључује правилну инсталацију уземљивача. У земљишту са високом отпорношћу (изнад 1.000 ома-м), готово сигурно ће вам бити потребно 6 м или више, а секцијски систем је једини практичан начин да се то постигне.

Укупни трошкови инсталације: Када секцијски систем побеђује једноделни у погледу вашег профита

Цена материјала по метру сегментног система је већа него код једноделног, јер плаћате спојнице и додатну амбалажу. Али укупни трошкови инсталације укључују рад, транспорт, отпад и опрему, а поређење се мења у корист сегментног система како се дубина повећава.

Уштеде у транспорту. Године 2023, клијент у Кампали, Уганда, рекао нам је да су трошкови транспорта штапова од 3 метра од луке до локације пројекта (200 км на неасфалтираним путевима) износили приближно 40% трошкова штапа, јер је сваки камион могао да превезе само 200 штапова због ограничења дужине. Када су прешли на сегменте од 1,2 метра, исти камион је превозио 500 сегмената по путовању. Трошкови транспорта по метру штапа су смањени за више од половине.

Смањење отпада. У каменитом земљишту, једноделне шипке које се савијају током забијања представљају отпад. Наши клијенти на Блиском истоку пријављују стопу отпада од 8 до 12 процената код једноделних шипки у каменитом пустињском земљишту, у поређењу са мање од 2 процента код сегментних система (јер су краћи сегменти лакши за контролу и корак пилот бушења се доследније прати). Стопа отпада од 10% на пројекту са 200 шипки значи 20 изгубљених шипки и рад потребан за њихово вађење.

Трошкови опреме. Једноделна шипка дужа од 2,4 м захтева специјализовани извртач за шипке са дугачком главом. Сегментни систем се може покретати стандардним ротационим чекићем са адаптером за главу - опремом коју већина електричара већ поседује. Уштеда на изнајмљивању опреме може надокнадити трошкове спојница на малим и средњим пројектима.

За плитке инсталације (≤1,5 м), једноделне шипке су јефтиније и брже. За дубине од 1,5 до 3,0 м, поређење је специфично за локацију. За све дубље од 3,0 м, сегментни дизајн је једина практична опција, а поређење трошкова је ирелевантно.

Закључак

Избор између сегментних и једноделних шипки за земљу није ствар у томе шта је боље апстрактно. Ради се о томе шта одговара вашим условима земљишта, отпорности вашег циља и логистици вашег градилишта. Једноделне шипке су једноставније, јефтиније и јаче по дужном метру. Сегментне шипке за земљу су једино практично решење када треба да идете дубље од 3 м, када ваш транспорт ограничава дужину шипке или када су услови земљишта неизвесни и желите флексибилност да постепено додајете дубину.

Квалитет спојнице одређује да ли се сегментни систем понаша како је пројектовано. Након 47 инцидената са унакрсним навојем у 2021. години, редизајнирали смо нашу спојницу са закошеним навојним улазима и смањили стопу кварова за 70 процената. Ово је врста итеративног побољшања које производи 17 година производње и повратне информације са терена из преко 60 земаља.

У компанији Xinchang Shibang New Material Co., Ltd., производимокомплети секцијских уземљивача, навојне спојнице, челичне шипке обложене бакром, и комплетан асортиман додатне опреме за уземљење и заштиту од грома у складу са ISO 9001:2008. Контактирајте нас да бисмо разговарали о вашим пројектним захтевима.

Често постављана питања