Ինչպե՞ս ընտրել դժվար պայմանների համար նախատեսված հողանկայման ձող: Որ ստանդարտներին պետք է համապատասխանի այն:

Դժվար շրջակա միջավայրի հասկացությունը և հողանցման ձողերի դերը

Ինչն է բնորոշում հողանցման համակարգերի համար դժվար շրջակա միջավայր

Հողանկախման համակարգերը բախվում են լրջագույն մարտահրավերների հետ ծայրահեղ պայմաններում, երբ հողը ունի բարձր թթվայնություն կամ հիմնայնություն (pH-ն ստորև 5 կամ վերև 8.5), խոնավության մակարդակը մշտապես բարձր է, իսկ աղի օդը ազդում է սարքավորումների վրա՝ հատկապես ափերի մոտ։ Կարող են նաև տեղի ունենալ ջերմաստիճանի կտրուկ փոփոխություններ, երբեմն իջնելով -40°C-ից ցածր կամ բարձրանալով 60°C-ից ավելի։ Երբ հողի տիրոջականությունը գերազանցում է 10,000 Օհմ մետրը՝ ըստ IEC 62561 ստանդարտների, ստեղծվում է բարձր էլեկտրական դիմադրություն և արագանում են կոռոզիայի խնդիրները։ Գործարաններն ու արդյունաբերական օբյեկտները հաճախ քիմիական նյութեր են թափում հողի մեջ, ինչը հետագայում վնասում է հաղորդիչներին։ Միևնույն ժամանակ անապատային շրջաններում իրենց խնդիրներն են առաջացնում, քանի որ հողանկախման ձողերը օր-օրի կրկնվող կերպով ընդարձակվում և սեղմվում են ծայրահեղ ջերմային ցիկլերի պատճառով՝ ամսեր շարունակ ազդելով սովորական նյութերի վրա և վերջապես դրանք քայքայելով:

Ինչու՞ են ստանդարտ հողանկախման ձողերը ձախողվում ծայրահեղ պայմաններում

Ցինկով ծածկված պողպատե ձողերը, աղի հողի միջավայրում գտնվելիս, քանի որ կոպրոտված ձողերից առնվազն չորս կամ հինգ անգամ ավելի արագ են քայքայվում: Պաշտպանիչ շերտը մաշվում է կես միլիմետրից մինչև մեկ միլիմետրից ավել տարեկան: Երբ ջերմաստիճանը սեզոնների ընթացքում շատ անգամ փոխվում է, այդ մետաղական ձողերը հաճախ ճեղքվում են, ինչը հանգեցնում է վատ կապերի, որոնք վատ են կառավարում էլեկտրական լիցքերի անսպասելի աճը: Այն տարածաշրջանների համար, որտեղ սառը եղանակը տիրապետում է, առաջանում է նաև մեկ այլ խնդիր: Փոշուն հողի մեջ շարժվելիս կարող է ձողերը յուրաքանչյուր տարի վերև ուղղված 15-30 սանտիմետրով դուրս հրել: Այս վերև հրվելու գործողությունը խախտում է ձողի և հողի միջև կարևոր կապը՝ դարձնելով դժվար հողանկայման դիմադրությունը պահել հինգ օհմից ցածր կրիտիկական շեմի տակ:

Հողանկայման ձողերի կրիտիկական դերը համակարգի անվտանգության և լիցքերի անսպասելի աճից պաշտպանության մեջ

Ելքային ձողերը, ճիշտ տեղադրված, կարող են 90%-ով կրճատել սարքավորումների անսարքության ռիսկը, երբ հարվածում է կայծակը՝ ըստ IEEE 2000 թվականի ստանդարտների: Այս ձողերը նաև օգնում են պահել անվտանգ շահագործման և քայլելու լարումները 50 վոլտից ցածր՝ էլեկտրական անսարքությունների ժամանակ: Ավելի կարևոր է, որ նրանք շրջանցում են մոտ 95% վտանգավոր լարման ցնցումները, մինչև դրանք հասնեն խո sensitive էլեկտրոնիկային: Սա ճիշտ աշխատելու համար հողանկայման դիմադրությունը պետք է մնա 25 օհմից ցածր՝ NEC հոդված 250-ի պահանջին համապատասխան: Վերցրեք, օրինակ, ափի էլեկտրակայանում տեղի ունեցածը անցյալ տարի, երբ անցան կոռոզիան դիմադրող հողանկայման լուծումներին: Տեխնիկական սպասարկման ծախսերը տարեկան կրճատվեցին գրեթե 42,000 դոլարով, և ամբողջ սեզոնի ընթացքում այլևս չկային անսպասելի սպասարկման ընդհատումներ:

Հողանկայման ձողերի աշխատանքի հիմնարար միջազգային ստանդարտներ (IEC, IEEE, NEC)

IEC 62561. Կայծակից պաշտպանության համակարգի բաղադրիչներ և հողանկայման ձողերի համապատասխանություն

IEC 62561 ստանդարտը սահմանում է միջազգային ուղեցույցներ հողանկախման ձողերի նյութերի և կայծակից պաշտպանության համակարգերի համար՝ ընդգրկելով տարբեր արդյունաբերություններ: Ըստ այս ստանդարտների՝ հողանկախման ձողերը պետք է լինեն առնվազն 1,5 մետր երկարությամբ և պետք է դիմադրեն կոռոզիային մոտ 20 տարի, նույնիսկ աղի հողերում, որտեղ կոռոզիան տեղի է ունենում ավելի արագ, քան սովորական պայմաններում: Մասնավորապես պղնձով պատված ձողերի դեպքում, նրանք պետք է կարողանան դիմակայել մոտ 300 ամպեր իմպուլսային հոսանքների՝ պահպանելով դիմադրությունը 10 օհմից ցածր: Այս պահանջները ստուգվում են հատուկ արագացված ծերացման ընթացակարգերով, որոնք նախատեսված են իրական պայմանները ժամանակի ընթացքում նմանակելու համար: Իրական տվյալները կայծակների հաճախադեպ ենթարկվող շրջաններից, ինչպես օրինակ Հարավարևելյան Ասիայի մասերը, նույնպես ցույց են տալիս կարևոր բարելավումներ: Վերջերս հրապարակված՝ 2023 թվականի «Էներգետիկ անվտանգություն» զեկույցում նշված է, որ այդ օբյեկտներում կայծակներից հետո անջատումների քանակը նվազել է մոտ 72 տոկոսով՝ անցնելով IEC-ին համապատասխանող հողանկախման լուծումների:

IEEE Std 80-2000. ԱՍ ենթակայանների հողանցման ժամանակ անվտանգության համար ուղեցույց

Ստանդարտը ներկայացնում է ենթակայանների հողանցման աշխատանքների անվտանգության կանոններ, ներառյալ հողի դիմադրությունը ճիշտ կերպով հաշվի առնելը և սխալ հոսանքների ճիշտ հաշվարկումը: IEEE-ով սերտիֆիկացված հողանցման ձողերի դեպքում սահմանափակված է այսպես կոչված քայլային պոտենցիալի լարումը: Թվերը հստակ են՝ 5700 վոլտից ցածր՝ 50 Հց համակարգերի համար, և մոտ 6650 վոլտ՝ 60 Հց կառույցների դեպքում: IEEE 80-2013-ի վերջին թարմացումների համաձայն՝ ինժեներները հիմա պետք է օգտագործեն մոտ 20 %-ով ավելի մեծ հաղորդալարեր, եթե սարքավորումներ են տեղադրում ափերի երկայնքով, որտեղ աղի օդը նյութերի վրա ազդում է ժամանակի ընթացքում: Այս լրացուցիչ նախազգուշացումը օգնում է կանխել կոռոզիան, որը կարող է վտանգել անվտանգությունը այս բարդ պայմաններում:

NEC հոդված 250. Հողանցման ձողի տեղադրման և նյութի նկատմամբ պահանջներ

NEC-ն պահանջում է 2,4 մ նվազագույն ձողի խորություն և ընդունում է երեք հաստատված նյութ՝

1. Ցինկապատ պողպատ (նվազագույնը 5,3 մմ հաստությամբ)
2. Շինարարական պողպատ (304 կամ ավելի բարձր դաս)
3. Պղնձով պատված ձողեր (նվազագույնը 254 մկմ ծածկույթ)

Մեկ ձողի դիմադրությունը պետք է լինի ≤25 Օմ (NEC 250.56); հակառակ դեպքում պահանջվում են լրացուցիչ էլեկտրոդներ: Այս խախտումները կազմել են անցյալ տարվա արդյունաբերական էլեկտրական կոդեքսի նշումների 38%-ը (OSHA 2024):

IEC, IEEE և NEC հողանցման ձողերի սահմանումների համեմատական վերլուծություն

Ստանդարտ	Գետնի տեսակի կենտրոնացում	Կոռոզիայի փորձարկման մեթոդ	Առավելագույն դիմադրություն
IEC 62561	Ծովափնյա/աղի	Աղի ցող (ISO 9227)	10 Օմ
IEEE 80	ԳԵՆԵՐԱԼ	Դաշտային չափում	5 Ω
NEC 250	Խոնավ	3-կետանի պոտենցիալի անկման մեթոդ	25 Ω

NEC-ն թույլատրում է ցինկապատ պողպատ, իսկ IEC-ն պահանջում է պղնձով պատված ձողեր, ինչը դժվարացնում է միջազգային նախագծերի իրականացումը: IEEE-ի ստորակետերին վերաբերող կանոնները նաև պահանջում են 40% ավելի խոր տեղադրում, քան NEC-ն՝ նույն հողային պայմանների դեպքում:

Կոռոզիայի կայունության և երկարակեցության գնահատումը բարդ պայմաններում

Հողի ռեզիստիվություն և pH. հիմնական գործոններ, որոնք ազդում են հողանկայման ձողերի կյանքի տևողության վրա

Գետնի հատկությունները ուղղակիորեն ազդում են կոռոզիայի արագության վրա: Վիճակագրությունը 5000 Օմ·սմ-ից ներքև լինելը 70%-ով մեծացնում է օքսիդացման ռիսկը (NACE 2023), իսկ pH-ի արժեքը 4,5-ից ցածր լինելը արագացնում է քայքայումը: Ծովափնյա գետները, որոնք պարունակում են բարձր աղի պարունակություն, երեք անգամ ավելի արագ են քայքայում հողանկայման ձողերը, քան չոր շրջակա միջավայրերը, ինչը ընդգծում է տեղադրման համար նյութերի ընտրության կարևորությունը՝ հիմնված վայրի հատկությունների վրա:

Կոռոզիայի արագության չափում. ASTM G57 և այլ տեղային փորձարկման մեթոդներ

ASTM G57-ը ստանդարտացնում է կոռոզիայի գնահատումը՝ օգտագործելով չորս կետանի գետնի դիմադրության չափումներ և փորձանմուշների ենթարկման ուսումնասիրություններ: Վերջերս շրջակա միջավայրի փորձարկման խորանարդներում արված փորձերը 10 տարվա ծովափնյա ազդեցությունը նմանակեցին 6 ամսում, որտեղ ցողոքված ձողերը կորցրեցին 0,25 մմ/տարի, իսկ պղնձով պատված ձողերը՝ 0,08 մմ/տարի:

Սպասվող ծառայողական կյանքի հաշվարկներ՝ հիմնված շրջակա միջավայրի ազդեցության վրա

Շրջակա միջավայրի գործոն	Ծառայողական կյանքի բազմապատկիչ
Ցածր աղայնություն (<500 մգ/լ)	1,8× հիմնական
Բարձր խոնավություն (>80% հարաբերական խոնավություն)	0,6× հիմնական
Թթվային հողեր (pH 3-5)	0.4× հիմնական ցուցանիշ

Այս բազմապատկիչները թույլ են տալիս ինժեներներին կարգավորել ստուգման ընդմիջումները. սովորաբար 30-ամյա նախագծերը պետք է ստուգվեն յուրաքանչյուր հինգ տարին մեկ՝ խիստ ափամերձ գոտիներում:

Արդյունաբերական պարադոքս՝ Բարձր հաղորդականությամբ նյութեր և երկարաժամկետ տևողականություն

Մաքուր պղինձը ունի հիանալի հաղորդականություն (101% IACS), սակայն թթվային հողերում նրա արդյունավետությունը ներքև է գերազանցում պղնձով ծածկված պողպատին՝ պայմանավորված լինելով վերջինիս լավ մեխանիկական ամրությամբ և հիբրիդ կոռոզիայի դիմադրությամբ: Նախագծողները պետք է հավասարակշռեն NEC 250.52 հաղորդականության պահանջները IEC 62561 տևողականության ստանդարտների հետ՝ այս մարտահրավերը լավագույն կերպով լուծվում է շերտավոր պաշտպանության միջոցով, որը միավորում է հաղորդիչ ծածկույթներ և զիջաբերան անոդներ:

Պղնձով ծածկված և ցինկապատ պողպատե հողանցման ձողեր՝ արդյունավետություն և կոդեքսին համապատասխանություն

Պղնձով ծածկված հողանցման ձողերի կառուցումը և միացման գործընթացը

Պղնձով ծածկված ձողերը պատրաստվում են անընդհատ գալվանացման տեխնիկայի միջոցով, որտեղ գրեթե մաքուր պղինձը մոլեկուլային մակարդակով ամրացվում է պողպատե սրտիկին: Այս գործընթացը ստեղծում է մոտ 10 միլ (մոտ 254 միկրոմետր) հաստությամբ ամուր ծածկույթ, որը կարող է դիմակայել ինչպես ֆիզիկական մաշվածությանը, այնպես էլ բարդ շրջակա միջավայրին: Սովորական ծածկման մեթոդները հաճախ ժամանակի ընթացքում պոկվում են, սակայն այս նոր ձողերը շատ ավելի լավ են պահվում: Պղնձի և պողպատի միահյուսումը թույլ է տալիս լավ էլեկտրահաղորդականություն՝ նույնիսկ կոռոզիայի ազդեցության դեպքում, ինչի շնորհիվ էլ այն համապատասխանում է IEC 62561 համաձայնագրով սահմանված արդյունաբերական ստանդարտ հաստության պահանջներին:

Ցինկապատ պողպատե ձողերի աշխատանքային հատկությունները բարձր խոնավության և աղի պայմաններում

Ծովափնյա շրջակա միջավայրերում ցինկապատ ձողերը 8 տարվա ընթացքում կորցնում են իրենց ցինկապատման 50-70%։ Հողերում, որտեղ pH-ն < 5 է կամ քլորիդի մակարդակը գերազանցում է 500 ppm-ը, կոռոզիայի արագությունը եռապատկվում է պղնձով ծածկված ձողերի համեմատ, ինչը կրճատում է միջին ծառայողական կյանքը մինչև 15 տարի՝ պղնձով ծածկված համակարգերի 40 տարվա կյանքի կեսից պակաս:

Կոդի ընդունում. Ինչու՞ են պղնձով ծածկված ձողերը գերակշռում IEEE և IEC կիրառություններում

IEEE Std 80-2000-ը խորհուրդ է տալիս օգտագործել պղնձով ծածկված ձողեր ենթակայաններում՝ ստաբիլ իմպեդանսի պատճառով անսարքության դեպքերի ընթացքում։ Չնայած NEC-ն թույլատրում է ցինկապատ պողպատ, IEC 62561-ով սերտիֆիկացված համակարգերի 78%-ը օգտագործում է պղնձով ծածկված կառուցվածք (UL 2023 տվյալներ)։ Պղնձի ինքնապասսիվացնող օքսիդային շերտը օգնում է պահել դիմադրությունը 25 Ω-ից ներքև տասնամյակներ շարունակ՝ ապահովելով երկարաժամկետ համապատասխանություն:

Ծախսերի և եկամուտների վերլուծություն. ցինկապատ այլընտրանքների համեմատ պղնձով ծածկված ձողերի երկարաժամկետ արժեք

Չնայած պղնձով փոխարինված ձողերը սկզբնական շրջանում 30–40% ավելի թանկ են, նրանք 2,6 անգամ ավելի երկար են տևում՝ 40 տարվա ընթացքում յուրաքանչյուր ձողի համար խնայելով 1200 դոլար: Ըստ Ազգային էլեկտրական հողանկայման հետազոտությունների նախագծի՝ պղնձով փոխարինված համակարգերը տարեկան ծախսերը 58% -ով ցածր են ապահովում: Կրիտիկական ենթակառուցվածքների համար այս երկարակեցությունը արդարացնում է սկզբնական ներդրումը, հատկապես այն դեպքերում, երբ ցինկապատ ձողերը կոռոզիայի պայմաններում պահանջում են եռամյա սպասարկում:

Իրական աշխարհի դասեր. Հողանկայման ձողի ձախողման դեպքի ուսումնասիրություն ծովափնյա տեղադրումներում

Նախադրյալ. Արևելյան Ասիայի ծովափնյա ենթակայաններում էլեկտրամատակարարման օբյեկտների անհաջողություններ

2022 թվականին Արևելյան Ասիայի ութ ծովափնյա ենթակայանների աուդիտը հայտնաբերեց հողանկայման անհաջողություններ հինգ տարվա ընթացքում չորս կետերում: Ճնշման պաշտպանությունը անկայուն էր, իսկ հողի և ձողի դիմադրությունը գերազանցում էր IEEE Std 80-2000 անվտանգության շեմերը 37–58% -ով:

Արմատային պատճառ. Բավարար կոռոզիայի դիմադրության բացակայություն և համապատասխանող չափանիշներին չհամապատասխանող նյութեր

Դատական վերլուծությունը հայտնաբերեց երկու հիմնական խնդիր.

• Մատերիալի վատթարացում : Ցինկապատված պողպատե ձողերը խայթվել էին 0,8–1,2 մմ/տարի աղային հողում (pH 8,1–8,5), որը երեք անգամ ավելի շատ է ASTM G57 ստանդարտից
• Չհամապատասխանություն : IEC 62561-ով հաստատված ձողեր օգտագործվել էր 8 հարթակից միայն 2-ում. ձախողված միավորների 85%-ը չեն ունեցել պղնձի լայնական կապում

Վերացման միջոցառումներ ձախողումից հետո՝ փոխարինում IEC 62561-ով հաստատված պղնձով պատված ձողերով

Վերացման միջոցառումները ներառում էին 48 հատ պղնձով պատված ձողերի տեղադրում՝ համապատասխան IEC 62561-ին և NEC հոդված 250-ին: Տեղադրումից հետո ստացվել էր.

Մետրիկ	Փոխարինման առաջ	Փոխարինման հետո	Դարձնել
Հողի դիմադրություն (Օմ)	112 ± 18	28 ± 4	75% նվազում
Կորոզիայի արագություն	1,05 մմ/տարի	0,12 մմ/տարի	89% նվազում
Ալիքի դիսիպացիա	78% արդյունավետություն	99,2% արդյունավետություն	21% աճ

Ուսումնասիրված դասեր. Գնումների համընկեցումը միջազգային հողանկայն ձողերի ստանդարտների հետ

Խումբը հաստատեց IEC 62561 ստուգման պարտադիր կիրառումը բոլոր հողանկայն բաղադրիչների համար, ինչը հետագա ափամերձ տեղադրումներում прежդևրեմենների ռիսկը նվազեցրեց 94%-ով (2024 թվականի շահագործման տվյալներ)

Հաճախ տրամադրվող հարցեր

1. Որո՞նք են հողանցման ձողերի մաշվածության խնդիրները բարդ պայմաններում:

Խնդիրներից են՝ բարձր թթվայնությամբ կամ հիմնային հողերը, բարձր խոնավությունը, աղի օդը, չափազանց բարձր ջերմաստիճանի տատանումները, բարձր հողի դիմադրությունը և քիմիական աղտոտվածությունը:

2. Ինչո՞ւ են ստանդարտ հողանցման ձողերը ձախողվում ծայրահեղ պայմաններում:

Դրանք ձախողվում են ավելի արագ մաշվածության, ճեղքերի, վատ միացումների և սառույցի վնասների պատճառով՝ ծայրահեղ ջերմաստիճանների և աղի միջավայրի դեպքում:

3. Որն է հողանցման ձողերի նշանակությունը համակարգի անվտանգության համար:

Ճիշտ տեղադրված հողանցման ձողերը կրճատում են սարքավորումների անսարքության ռիսկը համարյա 90%-ով՝ կայծակի հարվածի ժամանակ և պահպանում են անվտանգ լարումներ:

4. Որո՞նք են հողանցման ձողերի աշխատանքի հիմնական միջազգային ստանդարտները:

Հիմնական ստանդարտներն են՝ IEC 62561, IEEE Std 80-2000 և NEC Article 250: