Посібник зі специфікації польових даних для інженерів з енергоефективності та енергетики сонячної енергетики: як 4200 електродів хімічного заземлення, доставлених на фотоелектричну електростанцію потужністю 150 МВт у Саудівській Аравії, протягом п'яти років утримували опір контактної площадки 3,1 Ом у ґрунті товщиною 1800 Ом·см — а також кроки закупівлі, встановлення та аудиту, які допомогли нам досягти цього.

Польові дані цієї статті взяті з фотоелектричної електростанції потужністю 150 МВт у Саудівській Аравії, яка надійшла до нас у серпні 2020 року як плановий запит. У другому електронному листі мадридський EPC перейшов від ціни за одиницю до специфікації — їхній провідний інженер пережив проект потужністю 50 МВт у 2018 році, де запаси з обводненим стрижнем перевищили межу напруги дотику на третьому році. Далі наведено послідовність закупівлі, встановлення та аудиту, яка призвела до моделі роботи в середньому 3,1 Ом / найгіршого 4,7 Ом / п'ятирічної безтехнічної експлуатації — та партії одного постачальника, яка мало не зламала її.

1. Специфікація, що не потребує обслуговування, яка почалася з невдалої роботи рослини з политим стрижнем

Еталонним випадком відмови була чилійська фотоелектрична електростанція потужністю 50 МВт, введена в експлуатацію у 2018 році зі звичайними керованими мідними стрижнями та шестимісячним циклом поливу. До третього року діапазон напруги дотику на шести інверторних контактних площадках вийшов за межі проектного граничного значення, оскільки два заплановані візити для поливу у 2020 році були пропущені (обмеження на подорожі через COVID). Стрижні фізично не вийшли з ладу — вони висохли. Опір контактних площадок перетнув поріг 5 Ом на трьох із шести контактних площадок.

Це робочий зазор, який закриває хімічний заземлювальний електрод. Наш продукт являє собою сталевий сердечник з мідним покриттям (від 17,2 мм до 25,4 мм) всередині шнекового кільця діаметром 100 мм-150 мм, заповнений гігроскопічною композицією — бентонітовою глиною, змішаною із сульфатом магнію та добавкою, що утримує вологу. Композиція поглинає навколишню вологу та утримує її на поверхні стрижня; сульфат магнію підтримує провідність безпосереднього об'єму ґрунту. Наслідком для рослин є те, що вікно напруги дотику залишається в межах проектного запасу протягом 25-30 років проектного терміну служби, а цикл поливу випадає з плану експлуатації та обслуговування.

Для саудівського проекту різниця між обводненим стрижнем та хімічним електродом полягала у п'ятирічному зобов'язанні з експлуатації та технічного обслуговування, яке EPC вписував у актив з першого дня. Як тільки цей каркас буде встановлений, премія за штуку стає виправданою статтею витрат.

2. Карта опору ґрунту, яка визначила 4200 електродів

Чесна відповідь наКоли хімічний електрод перестає бути необов'язковим– це карта опору ґрунту. Для електростанції в Саудівській Аравії ми провели чотириконтактне дослідження Веннера по всій площі закладання масиву 1,8 км² зі штифтами на запланованій глибині електродів (зонди 1,5 м та 3,0 м). Наведена нижче розбивка – це те, що я використовую, коли EPC ставить те саме питання в новому проекті.

Важливим числом є показник питомого опору на запланованій глибині електрода, а не показник на поверхні.На саудівській ділянці поверхневі показники чотириконтактного вимірювання склали 380 Ом·см (що свідчило б про те, що достатньо забивного стрижня); показник на глибині 1,5 м становив 1400 Ом·см, а на глибині 3,0 м – 1800 Ом·см. Без пошарового дослідження EPC визначив би інвентаризацію забивного стрижня з обводненням.

3. Що насправді означає термін «не потребує обслуговування» у нашому звіті про типові випробування

Ця фраза є галузевим стандартом, але недбало сформульована, тому ми письмово фіксуємо її для кожної відправки. Хімічний заземлювальний електрод, що не потребує обслуговування, на нашому відправному доку має чотири інженерні властивості, які відображаються у звіті про типові випробування, і саме цей звіт має вимагати компанія з енергетичного виробництва (EPC) перед підписанням замовлення на придбання.

1. Гігроскопічна засипка (заІЕК 62561-7).Бентоніт, змішаний із сульфатом магнію (не хлоридом натрію, який агресивно впливає на мідні осердя). Випробування на іонну стабільність при температурі 60°C / 30 днів виявляє помилки постачальників: відповідні сполуки мають зниження питомого опору на ≥80%; партія постачальника 2022 року впала до 65%, що призвело до переходу на власне компаундування.
2. Сталевий сердечник з мідним покриттям дляNEMA GR-1, мінімальна товщина оболонки 254 мкм.Контролює гальванічну корозію. Ми відхилили постачальника 2021 року, товщина оболонки якого становила 180 мкм — це відповідає специфікаціям для заземлення сигналів низького струму, але занадто тонко для імпульсного струмового навантаження, яке несе кінцева головка ESE під час пробою.
3. Постійна оглядова яма з вимірювальним вікном, що кріпиться затискачем.Полімер 300 мм × 300 мм × 300 мм (не бетон; бетон тріскається внаслідок посушливого термічного циклу). Зчитування за допомогою клемних приладів дозволяє бригаді з експлуатації та технічного обслуговування перевірити повторне випробування через п'ять років за 30 секунд на кожну площадку.
4. У плані експлуатації та технічного обслуговування немає запланованого повторного поливу.У посібнику Саудівської Аравії зазначено, що електрод потрібно підключати на першому, третьому та п'ятому роках — нічого проміжного. Шести- або дванадцятимісячний цикл поливу означає, що електрод був неправильно підібраний.

Різниця міжхімічний заземлювальний електродіелектролітичний іонний заземлювальний стриженьУ нашій лінії геометрична, а не функціональна — мідна трубка проти сталевого осердя з мідним покриттям, однакова засипка. Обидва матеріали забезпечили однаковий середній опір 3,1 Ом порівняно з цільовим показником 5 Ом на заводі в Саудівській Аравії.

4. Чотири стандарти, на які є перехресні посилання в Саудівській специфікації

У саудівській специфікації було перехресне посилання на чотири стандарти. Який стандарт регулював яке рішення, ось та частина, яку EPC найчастіше залишають неявною — ось робоча карта.

Для прокладок середньої напруги та підстанції точки доступу,IEEE 80іIEEE 665були обмеженням зв'язування, а не опором контактних площадок. Обидва провідники мали узгодити IEEE 837, перш ніж будь-хто з них підписав угоду.

5. Де насправді розташовувалися електроди на масиві

На заводі в Саудівській Аравії відповідь на запитання «де їх розмістити?» була отримана за допомогою однолінійної схеми, яку EPC переглядав тричі перед відвантаженням першого контейнера. Хімічні електроди розміщувалися у п'яти різних типах місць, і в документі про закупівлю мало бути зазначено, який стандарт регулює яке місце розташування, оскільки одна й та сама геометрія електродів була визначена по-різному для кожного типу.

Рисунок 2 — Електрод хімічного типу із іонним заземленням у готовій оглядовій ямі на інверторній площадкі заводу в Саудівській Аравії. Міднопластований осердя екзотермічно приварений до заземлювального провідника обладнання на рівні оглядової ями.

1. Інверторні колодки.Почали з одного електрода на контактну площадку; додали другий на 14 площадках, де опір на 1,5 м перевищував 1800 Ом·см (1316 електродів, середній опір 3,1 Ом).
2. Прокладки трансформаторів середньої напруги.Два електроди на контактну площадку плюс поверхневий гравійний шар, розроблені відповідно до вікна дотику та крокової напруги IEEE 80 (84 контактні площадки, 168 електродів).
3. Комбінаторні коробки.Один електрод на коробку (1890 електродів).
4. Обидва кінці основної магістралі заземлення обладнання постійного струму.Два електроди (магістраль 1,4 км).
5. Кінцеві затискачі для блискавковідводів ESE.24 повітряні клеми ESE по периметру решітки та корпусу розподільчого пристрою середньої напруги, кожна з яких має стрижень заземлення електролітичним іонним способом (обмежувальним фактором була здатність до імпульсного струму).

Всього: 4200 хімічних електродів, що відповідають графіку закупівель EPC та контейнерам, що виїхали з Сіньчана в період з вересня 2020 року по березень 2022 року. Помилка, яку я найчастіше бачу в першому перегляді, полягає в тому, що всі п'ять типів місць розташування трактуються як ідентичні — це не так. У документі про закупівлю має бути зазначено, який стандарт регулює яке місце розташування.

6. Специфікація хімії засипки, яка фактично відрізняла постачальника

У саудівському проекті специфікація засипки розділила двох фіналістів у списку заявок. Один надіслав 14-сторінковий каталог з одним посиланням на IEC 62561-7 на задній обкладинці. Інший надіслав 38-сторінковий звіт про типові випробування, що охоплює коефіцієнт зниження питомого опору за чотирьох еталонних умов вологості, результат іонної стабільності 60°C / 30 днів, криву утримання вологи протягом 90 днів та заяву про відповідність екологічним вимогам на етапі ESIA. Другий – це постачальник, якого EPC вписує до 25-річного плану експлуатації та технічного обслуговування.

У формулюванні закупівель, яке ми зрештою написали для саудівської специфікації, було перераховано чотири властивості — ті самі чотири, які ми тестуємо власними силами для кожної партії, і ті самі чотири, які згадуються в нашому звіті про типові випробування.

• Коефіцієнт зниження питомого опору (згідно з IEC 62561-7).Стандарт: 12:1 при 20% еталонної вологості.
• Довготривала іонна стабільність (60°C / 30 днів повторного тестування).Сульфат магнію над хлоридом натрію (хлорид атакує мідні осердя); поріг утримання ≥80%. Партія постачальника 2022 року повернулася на рівні 65% — це стало поштовхом для власного компаундування.
• Збереження вологи протягом 90-денного циклу висихання.73% утримання після 90 днів при 35°C / 30% відносної вологості — точка даних, яку EPC використовував для встановлення повторного випробування на п'ять років.
• Дотримання екологічних вимог за результатами ОВНС (екологічної оцінки наслідків для навколишнього середовища).Проходить стандартну панель фільтрату нижче 1 мг/л для регульованих металів.

Завод, який показує звіт про типові випробування для чотирьох властивостей, – це той, який EPC вносить до 25-річного плану експлуатації та технічного обслуговування; той, що має лише аркуш розмірів стрижня, з'являється на другий рік разом з електронним листом про «новий покращений компаунд».

7. Як ми визначили шестиетапну процедуру для EPC Саудівської Аравії

Шестиетапна процедура специфікації, яку ми пройшли для EPC, така ж, як і для кожного проекту фотоелектричних систем комунального масштабу. Це не загальний список — кожен крок має рішення, яке EPC-інженер має прийняти для свого конкретного проекту.

1. Виконайте чотириконтактне дослідження опору ґрунту за допомогою вимірювача Веннера по всій запланованій площі.Запис на глибинах зондування 1,5 м та 3,0 м. Розбіжність між поверхнею та глибиною на ділянці в Саудівській Аравії становила 4× (380 Ом·см проти 1800 Ом·см).
2. Встановіть цільовий опір для кожної площадки з однолінійної схеми проекту.Саудівський енергетичний комітет встановив опір 5 Ом на кожну площадку інвертора та 1 Ом для загальної еквіпотенціальної мережі; обидва значення витримали протягом повторного тестування через п'ять років.
3. Вкажіть хімічний склад засипки у письмовій формі, додавши звіт про типові випробування для чотирьох властивостей.Партія постачальників 2022 року була тестовим випадком — у звіті зафіксовано 65% утримання до відвантаження.
4. Зафіксуйте геометрію стрижня та стандарт роз'єму.Мідні контактні площадки інвертора розміром 17,2 мм × 2,4 м; електролітично-іонна геометрія розміром 25,4 мм × 2,4 м для контактних площадок середньої напруги та блискавкозахисту. Екзотермічно зварні з'єднувачі дляIEEE 837, без механічних затискачів.
5. Встановлюється в незбагачений ґрунт за допомогою вертикального шнека діаметром 100 мм.Той самий шнек по всьому масиву — без спеціального інструменту. Засипте кільцевий простір перед герметизацією оглядової ями; уникайте встановлення через стоячу воду (на цьому місці рекомендовано 14-денний сухий період перед встановленням).
6. Перевірте за допомогою випробування на падіння напруги під час введення в експлуатацію та через п'ять років.Згідно з методологією IEEE 81: опір колод, температура ґрунту та вологість. Повторне випробування на заводі в Саудівській Аравії через п'ять років показало середнє значення 3,1 Ом з найгіршим значенням опору контактної площадки 4,7 Ом.

8. Розмір блоку, який ми не впоралися з першого разу

Перші 200 електродів на заводі в Саудівській Аравії були відправлені зі шнеком діаметром 75 мм (інженер-будівельник EPC використовував його в попередньому проекті зі шнеком), і польові показники в середньому склали 5,8 Ом порівняно з цільовим значенням 5 Ом — у сполуки не було місця для гідратації. Ми перейшли на 100 мм для решти 4000 електродів, і середнє значення знизилося до 3,1 Ом. 200 отворів меншого розміру не були повторно просвердлені шнеком; це 6% контактних площадок у діапазоні «понад 2000 Ом·см», які пройшли обробку подвійними електродами.

Різниця в 0,4 Ом між шнеком діаметром 75 мм і 100 мм – це найбільша змінна на стороні монтажу, яку ми виміряли, і саме її контролює інженер-будівельник, а не завод чи хімічний склад засипки. Лінію компаундування можна затягнути зі столу зі специфікаціями; шнек – ні.

9. Як це пов'язано з глобальним будівництвом сонячної енергетики — і чому це важливо для закупівель EPC у 2026 році

Показник 3,1 Ом на заводі в Саудівській Аравії не є винятком. У межах наших поставок у 2020-2025 роках для комунальних фотоелектричних систем на Близькому Сході, у Північній Африці, на південному заході США та у внутрішній частині Австралії середній опір площадки на правильно визначених установках коливався в діапазоні від 2,8 до 3,6 Ом, тоді як цільовий показник становив 5 Ом. Розкид у 0,8 Ом зумовлений смугою ґрунту та дисципліною діаметра шнекового отвору на стороні встановлення. Узгодженість хімічного складу засипки має менше значення, ніж дисципліна діаметра шнекового отвору — це відкриття здивувало нашу команду з контролю якості, коли ми порівнювали дані повторних випробувань за п'ять років зі записами про встановлення.

Цей шаблон польових даних суперечить нарощуванню, яке зараз встановлюється,Відстеження IEA-PVPS, понад 400 ГВт нових фотоелектричних потужностей на рік.Звіт МЕА-PVPS за 2024 рікпідтверджує, що сукупний PV перетнув 2 TW;МЕА Відновлювані джерела енергії 2024Згідно з прогнозом, фотоелектричні системи комунального господарства залишатимуться найбільшим фактором, що сприяє формуванню нових потужностей відновлюваної енергетики до 2030 року. Для команд із закупівель заземлення перейшло від загальної лінії зі стрижнями та затискачами до визнаної категорії специфікацій комунального господарства, і постачальники, які можуть надати звіт про типові випробування для чотирьох властивостей, є тими, хто виграє запит.

10. Часті запитання від команд із закупівель EPC

Що таке хімічний заземлювальний електрод для сонячної електростанції?

Міднопластований сталевий стрижень, встановлений вертикально та оточений гігроскопічним компаундом для засипки, який поглинає навколишню вологу, стабілізуючи опір електродів протягом багатьох років без ручного поливу. На заводі в Саудівській Аравії у 2020-2022 роках було відвантажено 4200 одиниць із середнім опором 3,1 Ом на п'ятий рік.

Чому необслуговуване заземлення важливе для фотоелектричних систем комунального масштабу?

Рослини займають від десятків до сотень гектарів з тисячами точок розташування електродів. Традиційний електрод з шести- або дванадцятимісячним циклом поливу залишає актив незахищеним, якщо графік порушується. Заземлення, яке не потребує обслуговування, усуває цей цикл.

Який питомий опір ґрунту є занадто високим лише для забивного стрижня?

При опорі понад приблизно 1000 Ом·см один загнаний стрижень з мідним покриттям не може надійно досягти опору нижче 5 Ом на контактній площадкі без надмірної кількості стрижнів або їх дуже глибокого встановлення. На заводі в Саудівській Аравії 73% масиву знаходилося в діапазоні 1000-2000 Ом·см; 6% вище 2000 Ом·см отримали електроди з дельта-діаграмою.

Які стандарти застосовуються до хімічного заземлення фотоелектричних електростанцій?

IEEE 837для роз'ємів,IEEE 80 / IEEE 665для проектування в стилі підстанції,ІЕК 62561-7для заземлювальних сполук, таСтаття 690 NFPA 70 (NEC)для заземлення фотоелектричної системи.NEMA GR-1покриває сам стрижень.

Як довго служить хімічний електрод?

Правильно підібраний електрод забезпечує стабільний діапазон опору протягом усього розрахункового терміну служби від 25 до 30 років. Мідне покриття контролює гальванічну корозію; засипка залишається активною, оскільки вона гігроскопічна. 4200 електродів саудівського заводу не поливали водою з моменту встановлення.

Чи відповідають хімічні електроди вимогам NEC 690?

Так.Стаття 690 NFPA 70 (NEC)охоплює заземлення фотоелектричної системи; хімічний електрод з мідним осердям таIEEE 837Арматура відповідає вимозі.

Чим відрізняється хімічний склад засипки від простого бентоніту?

Чистий бентоніт гігроскопічний, але в посушливі сезони його іонний склад виснажується. Засипка, що не потребує обслуговування, додає пакет солей електроліту (зазвичай сульфат магнію) та добавку для утримання вологи.

Де слід розміщувати хімічні електроди на фотоелектричному масиві?

На саудівській електростанції: 1316 на інверторних площадках, 168 на площадках середньої напруги, 1890 на розподільних коробках, 2 на обох кінцях 1,4-кілометрової магістралі постійного струму, 24 на кінцевих точках блискавкозабезпечення ESE — загалом 4200. Геометрія залежить від розташування.

Яка різниця між хімічним електродом та електролітичним іонним заземлювальним стрижнем?

Використовується як взаємозамінний елемент у багатьох технічних описах. Унаша лініяхімічний електрод використовує мідну трубку;електролітичний іонний заземлювальний стриженьвикористовує мідний плакований сердечник.

11. Заключний документ — Що ми попросили надіслати нам Саудівський EPC у перший день

Якщо ви інженер проекту EPC з відкритим документом про закупівлю, мінімум, який дозволяє нам надати цінову пропозицію без шеститижневого циклу уточнень, це ті ж шість пунктів, які команда з Мадрида надіслала у серпні 2020 року: однолінійна схема з розташуванням електродів, шарувате дослідження Веннера на запланованій глибині, цільові значення опору для кожної площадки та кожної сітки, стандарт роз'єму (зазвичайIEEE 837), стандартний склад для засипки (ІЕК 62561-7), та обмеження ОВНС (Оцінка навколишнього середовища та соціального захисту).

Для активного проекту найшвидший шлях – цесторінка продукту хімічний заземлювальний електрод, той/та/теелектролітичний іонний заземлювальний стриженьіназемний модульсторінки, абоТоп-5блог.Зверніться до нашого експортного відділудля прямої розмови.