Польові дані з фотоелектричної електростанції Саудівської Аравії потужністю 150 МВт (4200 хімічних електродів, середній опір контактної площадки 3,1 Ом) та експортні поставки до країн Близького Сходу/Африки/Південно-Східної Європи: чому стандартні стрижні з приводом не працюють у піщаному, кам'янистому та латеритному ґрунті — і що натомість зазначено в документі про закупівлю.

Розмова, на якій я хочу зосередитися в цій статті, відбулася в серпні 2020 року, коли мадридський постачальник електроенергетики та електроенергетики надіслав запит, який вилився в проект фотоелектричної електростанції в Саудівській Аравії потужністю 150 МВт, з якого взяті польові дані у цій статті. У електронному листі із запитом ставилося питання про...хімічні заземлювальні стрижнідля фотоелектричного майданчика комунального масштабу, де результати дослідження опору ґрунту виявилися в діапазоні від 1500 до 2200 Ом·см. Геотехнічний звіт був чітким, EPC був компетентним, а майданчик знаходився в калішовому поясі, який провідний інженер бачив на меншому проекті в Чилі у 2018 році, де інвентаризація обводненого стрижня перевищила межу напруги дотику на третьому році, оскільки два заплановані візити для поливу були пропущені під час обмежень на подорожі, пов'язаних з COVID. Він не хотів повторювати це. Стаття, яку ви читаєте, є інженерним аргументом, що виник з цього електронного листа — рамки типу ґрунту, яку EPC зрештою вписав до документа про закупівлю, та польові дані заводу, який її виготовив.

Цей посібник призначений для команд із закупівель, які отримують аналогічний запит: власників проектів на Близькому Сході, в Африці та на Південно-Східній Азії, чий геотехнічний звіт вже на столі, чия проектна група запитує хімічний електрод, а не забивний стрижень, і чий документ про закупівлю має бути написаний протягом наступних двох тижнів. Три типи ґрунту, наведені нижче — пісок, камінь і латерит — найчастіше згадуються в цих звітах, а режими відмови є специфічними для кожного з них. Що не змінюється у всіх трьох, так це відповідь з боку закупівель.

1. Піщаний ґрунт — пошкодження типу «дрот у повітрі»

Сухий пісок є найбільш нелогічним з трьох режимів виходу з ладу. На папері він виглядає як ідеально чисте заземлювальне середовище: він пухкий, добре дренується і його легко пробивати буром. Однак показники чотириконтактного індикатора Веннера розповідають іншу історію. Сухий пустельний пісок на глибині 1 м зазвичай показує від 3000 до 10 000 Ом·см; пісок дюн на глибині 1,5 м може в найгіршому випадку показувати понад 20 000 Ом·см. Причина іонна, а не механічна: сухий пісок майже не містить глини та майже не містить розчинених мінералів для відведення струму від поверхні стрижня.

Що змінює розрахунок, так це волога на поверхні стрижня. A хімічний заземлювальний стриженьявляє собою міднопластований сердечник всередині 100-міліметрового кільцевого простору, заповненого гігроскопічним компаундом для засипки (зазвичай бентонітом, змішаним із сульфатом магнію). Компонент поглинає вологу навколишнього середовища з ґрунту та сезонну вологість, утримує її на поверхні стрижня та повільно вивільняє іонний вміст у безпосередній об'єм ґрунту. В результаті поверхня розділу стрижень-ґрунт поводиться як ґрунт з опором приблизно 200 Ом·см, навіть коли навколишній об'єм ґрунту має опорний шар 8000 Ом·см. Геометрія стрижня NEMA GR-1 залишається незмінною; змінюється лише контакт з ґрунтом.

Під час наших поставок на Близький Схід у період з 2020 по 2025 рік середній опір площадки на установках із хімічно-заземлювальними стержнями в піщаній смузі від 2000 до 8000 Ом·см становив 3,6 Ом, тоді як проектна ціль – 5 Ом, без циклу поливу. Установки лише із забивними стержнями на сусідніх ділянках у тій самій смузі мали показники від 18 до 42 Ом під час введення в експлуатацію, і протягом першого року їх було повторно пробурено. Стрижень мав той самий діаметр. Різниця полягала в зворотній засипці.

2. Кам'янистий ґрунт — вузьке місце шару Каліше

Саудівський об'єкт, який створив польові дані для цієї статті, мав шар калішу на глибині 3,5 м на південно-західному куті решітки. Початкова специфікація передбачала використання 2,4-м стрижнів, що працювало на 94% решітки. Решта 6% розташовувалися на каліші, занадто мілко, щоб її пробити, і мали занадто великий опір, щоб їх ігнорувати. Шість контактних майданчиків у цьому кутку показали опір понад 4,7 Ом під час введення в експлуатацію, навіть коли стрижень був висунутий до 3,0 м. Ми зробили дві речі: перейшли на подвійні електроди дельта-діаграми (два стрижні довжиною 2,4 м у трикутнику навколо кожного контакту) та додали...графітові заземлювальні модулі колонна майданчиках трансформаторів середньої напруги паралельно. Повторне випробування через п'ять років показало найгірший результат – 4,7 Ом – у межах проектного запасу – оскільки модулі розширювали еквіпотенціальну поверхню вбік, де вертикальний шлях був заблокований.

Кам'янисті ділянки поділяються на дві практичні категорії для команди закупівель. Перша — це тріщинувата порода із заповненими ґрунтом проміжками — придатна для буріння, але стрижень контактує лише з фракцією ґрунту, а не з матрицею породи. Друга — це неушкоджена порода або каліш (зцементований карбонатом кальцію ґрунт) на запланованій глибині електрода або поблизу неї, де закладання стає або неможливим, або неекономічним. На Близькому Сході та в західній частині США багато представників другої категорії; на великих частинах Саудівської Аравії, Катару та ОАЕ шар калішу становить від 2 до 4 м, аІнформація про ґрунти світу ISRICУ каталозі такий самий профіль спостерігається по всьому Сахелю та Африканському Розі в сезонно посушливих зонах.

Для глибшого питання закупівель на кам'янистих ділянках,Центр даних класифікації ґрунтів ФАОдозволяє команді закупівель скласти регіональну карту ґрунтів до того, як мобілізується геотехнічний підрядник — найдешевше місце, щоб дізнатися, чи розташована ділянка на калішевій чи вивітреній гранітній основі.Довідковий документ ФАО про світові ґрунтиє польовим посиланням для назв класів ґрунту, які потрапляють до BES (Аркуша оцінки заявок).

3. Латеритний ґрунт — проблема сезонних коливань

Латерит – це тип ґрунту, де стандартний стрижень з головкою проходить введення в експлуатацію, а потім непомітно виходить з ладу вікно напруги дотику до сухого сезону. Латерит – це багатий на залізо та алюміній залишковий ґрунт, поширений у тропічній Африці (Нігерія, Гана, Кенія, Мозамбік), Південній Азії (значна частина півострова Індія, Шрі-Ланка, частини Бангладеш) та частинах Південної Америки (північний схід Бразилії, Гайана). Ґрунтовий профіль добре дренований і має високий вміст оксиду заліза, що надає йому характерного червоно-коричневого кольору.

Електрична проблема полягає в сезонних коливаннях. Опубліковані польові дослідження західноафриканського латериту зазвичай повідомляють про питомий опір у вологий сезон у діапазоні від 200 до 800 Ом·см — що цілком допустимо для стандартного забивного стрижня — та питомий опір у сухий сезон понад 5000 Ом·см — поза межами допустимого діапазону для того самого стрижня. Забивний стрижень не змінюється; ґрунт навколо нього змінюється. 6-місячний цикл поливу може відновити показники сухого сезону, але знову виникає та сама проблема дисципліни поливу: поливальна бригада, яка не з'являється в потрібний час, залишає майданчик у зоні несправності вікна напруги дотику до кінця сухого сезону.

Для ділянок латериту SEA застосовується та сама сезонна логіка з дещо відмінним сезонним графіком: сухий сезон в Індонезії та на Філіппінах коротший, але інтенсивніший, ніж сухий сезон у Західній Африці, що означає, що коливання опору стискається у вужчий період. Модель роботи з хімічним земляним стрижнем — засипка, що утримує вологу, без циклу поливу — працює в обох випадках.

4. Що зазначено в документі про закупівлю

Для трьох вищезгаданих типів ґрунту інженерне рішення однакове: стандартний стрижень із забивним механізмом не є відповідним продуктом. У документі про закупівлю має бути зазначено, що саме є таким.

Три елементи контролю з боку закупівель відрізняють специфікацію, яка вирішує проблему, від специфікації, яка її створює.

1. Звіт про типові випробування додається до замовлення на придбання.Хімічний заземлювальний стрижень – це не просто мідна трубка, це хімічний склад всередині неї. Постачальник повинен надати звіт про типові випробування за чотирма властивостями: коефіцієнт зниження питомого опору за еталонної вологості, довготривала іонна стабільність при 60 °C / 30 днів, утримання вологи при 90-денному висиханні та відповідність екологічним вимогам на етапі ESIA. Ми втратили партію 2019 року через суміш хлориду натрію (хлорид атакує мідні осердя всередині оболонки), а наша партія постачальника 2022 року не пройшла випробування на іонну стабільність при утриманні 65% – нижче нашого внутрішнього порогу в 80% – саме тому ми кваліфікували власну лінію компаундування. Постачальник, який не може надати цей звіт, – це постачальник, який з'являється наприкінці другого року з електронним листом «у нас є новий покращений компаунд».
2. Стандарт роз'єму заблоковано за стандартом IEEE 837.Механічні затискачі не проходять випробування імпульсним струмом уІЕК 62561-1і не повинні використовуватися в проектах комунального господарства. Стандарт на роз'єм – це частина специфікації, яка захищає актив протягом усього 25-річного терміну служби.
3. Геометрія стрижня наNEMA GR-1.Діаметр від 17,2 мм до 25,4 мм, товщина мідного покриття ≥ 254 мкм. Товщина покриття має найбільше значення для імпульсних струмових навантажень (кінцеві виводи ESE, контактні площадки середньої напруги) — тонке покриття виходить з ладу першим.

5. Завершення — що має спочатку запитати сторона закупівель

Саудівська електростанція потужністю 150 МВт, про яку йшла ця стаття, показала середній опір контактної площадки 3,1 Ом проти проектної цілі 5 Ом під час повторних випробувань через п'ять років, причому найгірший опір контактної площадки становив 4,7 Ом у південно-західному кутку, де каліш зупинив вертикальне забивання. Жодна з цих цифр не існувала як аргумент при закупівлі, коли Мадридський EPC надіслав електронний лист із запитом у серпні 2020 року — вони є результатом запису хімічного складу засипки, стандарту з'єднувача, геометрії стрижня та цільового упорядкування ґрунту в один документ, а потім дозволили монтажній бригаді виконати роботу.

Якщо ви є власником проекту на Близькому Сході, в Африці чи Південно-Східній Азії, а документ про закупівлю відкритий, питання, яке визначає, чи залишиться проект у межах свого проектного вікна протягом наступних 25 років, полягає не в тому, «який стрижень мені купити», а в тому, «який питомий опір ґрунту на запланованій глибині електрода та який із трьох вищезазначених режимів руйнування застосовується». Спочатку отримайте відповідь щодо ґрунту, а потім відповідь щодо продукту. Потім питання щодо закупівлі полягає в тому, яке з двох сімейств продуктів —хімічний заземлювальний стрижень or графітовий заземлювальний модуль колони(або обидва, на найскладніших ділянках) — відповідає діапазону ґрунту та межі глибини. Повна сторінка категорії за адресою/хімічний заземлювальний електрод/має параметри геометрії та5 найкращих виробників електролітичних іонних заземлювальних стрижнів на 2025 рікУ блозі є короткий список постачальників.

Для зразкового пакету та звіту про типові випробування для чотирьох властивостей за конкретним проектом найшвидший шлях – цесторінка зв'язку з намиЗразки поставок для проектів на Близькому Сході, в Африці та Південно-Східній Азії зазвичай відправляються з заводу протягом того ж тижня, а технічні відповіді надаються протягом одного робочого дня.