في نظام حماية سلامة أنظمة الطاقة، تلعب الأرض دورا حيويا.اختيار المواد من قضبان الأرض يؤثر مباشرة على سلامة وموثوقية البنية التحتية الكهربائيةتقدم هذه المقالة مقارنة شاملة، مدفوعة بالبيانات بين النحاس النقي والصلب المزين بالنحاس،تقديم معايير اختيار علمية للمهندسين الكهربائيين وصناع القرار.
1الدور الحاسم لأنظمة الترسيم
تعمل أنظمة التأرجح كإجراءات أمنية لا غنى عنها في شبكات الكهرباء، وتؤدي ثلاث وظائف أساسية:
- منع الصدمات الكهربائية:عندما تعاني المعدات الكهربائية من فشل العزل أو تسرب ، توفر الأرض مسار مقاومة منخفضة لتبديد تيارات الخطأ في الأرض ،الحد من إمكانية إصابة المعدات والوقاية من الصعق بالكهرباء.
- حماية المعدات:الارض يحد من الجهد الزائد على المعدات الكهربائية، ومنع الضرر من ارتفاعات في الجهد.
- استقرار النظام:الترسيم الصحيح يثبت إمكانات النظام، ويقلل من التداخل الكهرومغناطيسي، ويعزز موثوقية التشغيل.
كواجهة حاسمة بين المعدات والأرض، أداء عصا الأرض يحدد مباشرة فعالية نظام الأرض.
2خيارات المواد: مقارنة تقنية
يقدم السوق في المقام الأول نوعين من مواد القضيب:
2.1 قضبان التربة النحاسية النقية
المصنوع من النحاس الصلب، تستفيد هذه القضبان من خصائص النحاس المتميزة الكهربائية ومقاومة للتآكل.
المزايا:
- التوصيل العالي:مع التوصيل الثاني فقط إلى الفضة (5.96 × 107 S / m) ، توفر قضبان النحاس النقي 6 أضعاف أفضل من الانبعاثات الحالية من البدائل القائمة على الفولاذ ، وفقًا لبيانات جمعية النحاس الدولية.
- المقاومة الاستثنائية للتآكل:يشكل النحاس طبقات أكسيد واقية في التربة، والحفاظ على أدائه حتى في الظروف الحمضية/القلوية. تشير الأبحاث إلى معدلات التآكل أقل من 0.01 ملم / سنة في معظم التربة،تمكين حياة خدمة طويلة لعقود.
- مدة الحياة الممتدة:عادةً ما تتجاوز 50 عاماً، مما يقلل من تواتر الاستبدال وتكاليف الصيانة.
- قابلية لحام ممتازة:يسهل اتصالات موثوق بها داخل شبكات الأرض
عيب:
- تكلفة أولية أعلى:تقريباً 3 أضعاف أكثر تكلفة من البدائل الفولاذية المطلية بالنحاس
2.2 قضبان الأرض الفولاذية المطلية بالنحاس
هذه القضبان المركبة تتميز بجذور فولاذية مع طبقة نحاس رقيقة، مما يوفر وفورات في التكاليف مع تعويض الأداء.
المزايا:
- تكلفة أقل:الميزة الأساسية للمشاريع ذات الميزانية المحدودة.
- قوة ميكانيكية أعلى:الأساس الفولاذي يوفر صلابة هيكلية أكبر.
العيوب:
- عدم كفاية التوصيل:موصلة الفولاذ (1.0 × 107 S / m) تحد من قدرة تبديد التيار ، خاصة خلال أحداث التيار العالي مثل ضربات البرق.
- مقاومة ضعيفة للتآكل:تعرض الصلب للصدأ السريع، مما يسرع تدهور الأداء. عادة ما تتجاوز معدلات التآكل 0.1 ملم / عام في معظم التربة.
- عمر أقصر:عادةً 8-15 سنة، تتطلب فحصًا متكررًا واستبداله.
3تحليل الأداء القائم على البيانات
3.1 مقارنة الموصلات
| المواد |
التوصيل (S/m) |
الأداء النسبي |
| النحاس النقي |
5.96×107 |
أفضل من الفولاذ 6 مرات |
| الفولاذ |
1.0×107 |
المرجعية الأساسية |
3.2 مقاومة التآكل
| نوع التربة |
النحاس النقي (ملم/سنة) |
الفولاذ المطلي بالنحاس (ملم/عام) |
| جاف |
<0.001 |
0.02-0.05 |
| رطبة |
0.001-0.005 |
0.05-0.10 |
| حمضية |
0.005-0.01 |
0.10-0.20 |
| القليلي |
0.002-0.008 |
0.08-0.15 |
| محلول ملحي |
0.01-0.03 |
0.20-0.50 |
3.3 تحليل تكاليف دورة الحياة
افتراض قضيب قطره 16 ملم مع خسارة قطره 50% كمعيار فشل:
| المواد |
عامل التكلفة الأولية |
عمر الخدمة (سنوات) |
التكلفة الإجمالية لمدة 60 سنة |
| النحاس النقي |
3 × |
أكثر من 60 |
3 × |
| الفولاذ المطلي بالنحاس |
1 × |
8-15 |
5-8 × |
4التوصيات الخاصة بالتطبيق
4.1 المحطات الفرعية الكهربائية
الخيار المفضل:النحاس النقي
المنطق:القدرة الكبيرة على تشغيل التيار الخاطئ، والمتطلبات الصارمة للمقاومة، وتقليل احتياجات الصيانة تبرر الاستثمار.
4.2 المجمعات السكنية
الخيار المقبول:الفولاذ المطلي بالنحاس
الاعتبارات:قد تسمح متطلبات التيار المنخفض للخطأ والقيود الميزانية باستخدامها ، مع توصية بإجراء عمليات فحص تآكل منتظمة.
4.3 المنشآت البتروكيماوية
المواصفات الإلزاميةالنحاس النقي
عوامل حرجة:تتطلب متطلبات حماية البرق ، وتبديد الكهرباء الثابتة ، ومنع الانفجارات أقصى قدر من الموثوقية.
5. الامتثال للمعايير
يجب أن يلتزم اختيار وتركيب عصا التربة بما يلي:
- GB/T 2573-2015 (أجهزة الترس)
- DL/T 621-1997 (أرضية الجهاز الكهربائي المتردد)
- سلسلة IEC 62561 (مكونات أنظمة حماية البرق)
6تقنيات ناشئة
التطورات المستقبلية قد تدخل:
- المواد المتقدمة (الجرافين، المركبات النانوية النحاسية)
- قدرات المراقبة الذكية (تتبع المقاومة / التآكل في الوقت الحقيقي)
- تصاميم وحدات لتبسيط الصيانة
7الاستنتاج
يمثل اختيار مادة القضبان الأرضية قرارًا أمنيًا حاسمًا في تصميم الأنظمة الكهربائية. في حين أن الصلب المطلي بالنحاس يوفر وفورات في التكاليف الأولية،النحاس النقي يوفر أداءً لا مثيل له على المدى الطويل من خلال:
- 6 × أفضل الموصلات
- عمر خدمة أطول بـ 10 مرات
- معدلات تآكل أقل بنسبة 50-100 مرة
بالنسبة للتطبيقات الحرجة للمهمة حيث لا يمكن المساس بالسلامة والموثوقية ، توفر قضبان التربة النحاسية النقية قيمة دورة حياة متفوقة على الرغم من ارتفاع التكاليف الأولية.
