Tämä valkoinen paperi esiteltiin Power Quality ’93 -konferenssissa ja julkaistiin virallisena julkaisuna.
DEEP EARTH GROUNDING vs SHALLOW EARTH GROUNDING
by
Martin D. Conroy ja Paul G. Richard
Computer Power Corporation
Omaha, Nebraska
LÄHDELUETTELO
Matalaresistanssinen maadoitus on välttämätön herkkien elektroniikkalaitteiden turvallisuuden ja suojauksen kannalta. Se on minkä tahansa laitoksen sähkönlaadunvarmistusohjelman perusta.
Tässä artikkelissa esitellään syvälle asennettujen elektrodien edut mataliin (10 jalkaa tai vähemmän) elektrodeihin verrattuna. Tässä asiakirjassa osoitetaan, että syvään asennetut elektrodit tarjoavat alhaisen maadoitusresistanssin, ovat taloudellisia asentaa, säilyttävät alhaisen resistanssin ajan mittaan, ovat huoltovapaita, eikä niihin liity ympäristöongelmia. Tässä asiakirjassa hyödynnetään kenttätietoja, jotka on saatu yli 140:stä syvään asennetusta elektrodista, jotka on asennettu viiden vuoden aikana useissa osavaltioissa. Keskustelua käydään laitteiden, materiaalien ja prosessien kehittämisestä, joita käytetään syvään asennettujen elektrodien asentamiseen ja testaamiseen. Prosessi sisältää uuden tekniikan, jossa bentoniittia ruiskutetaan kytkimen tyhjään tilaan, jotta sauvan kosketus säilyy täydellisenä koko pituudelta. Useita työmaaraportteja esitellään ja niistä keskustellaan. Tästä asiakirjasta olisi hyötyä kaikille, jotka ovat vastuussa matalaresistanssisten maadoitusjärjestelmien määrittelystä, asentamisesta tai testaamisesta.
TAVOITTEET
Tämän asiakirjan tavoitteet ovat:
- määrittää elektrodien syvyydet, joita tarvitaan matalien vastusarvojen saavuttamiseksi
- määrittää, täyttävätkö tavanomaiset 8-10 jalan pituiset maadoitussauvat koodien vähimmäisvaatimukset
- arvioida matalien elektrodien vakautta
- esitellä uusi prosessi syvien ajettavien maadoitussauvojen asentamista varten
ESITTELYSSÄ
Hämmentävät standardit, erilaiset filosofiat ja ristiriitaiset mielipiteet ovat vaivanneet maadoitusalaa monien vuosien ajan. Suurin osa näistä kysymyksistä käsittelee sähkö-, tietokone- ja tietoliikennejärjestelmien maadoitusten ja liimausten miten ja miksi.Maadoituselektrodijärjestelmän maadoitusresistanssiin on keskittynyt vain vähän tietoa ja keskustelua. Useimmissa suunnitelmissa ja eritelmissä annetaan vain vähän ohjeita maadoituselektrodijärjestelmän asennuksesta ja testauksesta, ja monissa mainitaan vain ”NEC:n mukainen maadoitus”. Eräässä tunnetussa maadoituksia käsittelevässä julkaisussa todettiin, että insinöörit, jotka laativat tällaisia eritelmiä, ”eivät ota täyttä vastuuta turvallisuudesta” ja jättävät ”tehokkaan” maadoituksen asentamisen sattuman varaan! Kirjoittajien tekemien sähkön laatua koskevien tutkimusten perusteella 90-95 prosentissa kaikista tarkastetuista laitoksista ei ole tehokasta maadoitusjärjestelmää. Lisäksi yksikään tarkastetuista laitoksista ei ollut koskaan testannut elektrodijärjestelmänsä maadoitusresistanssia.
Tehokas maadoitus on välttämätön maadoitetuille vaihto- ja tasavirtasähkölaitteille ja jakelujärjestelmille. Tehokkaalla maadoituksella saavutetaan turvallisuustaso, jota tarvitaan henkilöstön ja laitteiden suojaamiseksi sähköiskuilta ja palovaaralta. Laitoksen maadoitusjärjestelmän ymmärtämisen ja arvioinnin tulisi olla osa mitä tahansa sähkön laadunvarmistusohjelmaa.
Ymmärtääksemme maadoituksia ja testausmenettelyjä on tarpeen tarkastella, miksi maadoitukset ovat tärkeitä. Alla olevassa luettelossa esitetään joitakin tehokkaan maadoitusjärjestelmän perusvaatimuksia.
 |
rajoittaa sähkönjakelujärjestelmän jännitteen tiettyihin kiinteisiin arvoihin |
| |
rajoittaa jännitteen eristysarvojen rajoihin |
| |
tarjoaa vakaamman järjestelmän, jossa transienttiylijännitteet ovat mahdollisimman vähäiset. jännite ja sähköinen kohina |
| |
tarjoaa reitin maahan vikatilanteissa laitteiden nopeaa eristämistä varten maasulkusuojauksen ollessa toiminnassa |
| |
tarjoaa maadoituksen kaikille johtaville koteloille, joihin henkilökunta voi koskea, eliminoidaan siten sähköiskuvaara |
| |
vähentää tiloissa mahdollisesti syntyvää staattista sähköä |
| |
tarjoaa suojaa suurilta sähköhäiriöiltä (kuten salamoinnilta) luomalla matalaresistanssisen reitin maahan |
msimagelist>
Maadoitusjärjestelmän on täytettävä NEC:n (National Electrical Code) artiklan 250 vaatimukset. NEC:n määritelmän mukaan ”maadoitettu” on ”liitetty maahan tai johonkin liitäntäelimeen, joka toimii maan sijasta” ja ”tehokkaasti maadoitettu” on ”tarkoituksellisesti liitetty maahan maadoitusliitännän tai -liitäntöjen kautta, joiden impedanssi on riittävän alhainen ja joiden virransietokyky on riittävä estämään sellaisten jännitteiden muodostumisen, jotka voivat aiheuttaa kohtuuttoman vaaran liitetyille laitteille tai henkilöille.”
Sähköjärjestelmän maadoittaminen maahan tapahtuu liittämällä jakelujärjestelmän asianmukaiset komponentit ”maadoituselektrodijärjestelmään”. Tämä järjestelmä on määritelty standardissa NEC 250-81 & 83, ja se sisältää taulukossa 1 lueteltujen käytettävissä olevien kohteiden yhdistelmän.
Metallinen vesijohto, 10′ maassa
Rakennuksen metallirunko
Betoniin koteloitu elektrodi
Maadoitusrengas
Sauvaputki- ja putkielektrodit
Levykoje-elektrodeja
TAULUKKO1. Maadoituselektrodijärjestelmän komponentit
NEC ei määrittele artiklan 250-81 mukaisesti vaaditulle maadoituselektrodijärjestelmälle enimmäismaadoitusvastusta. Ainoa kohta, jossa määritetään maadoitusvastus, on 250-84 artiklassa ”valmistetuille” (sauva-, putki- ja levy)elektrodeille. Tässä NEC:n mukaan yksittäisen elektrodin maadoitusvastuksen on oltava enintään 25 ohmia. Jos elektrodi ei täytä 25 ohmia, sitä on täydennettävä yhdellä lisäelektrodilla. Kahden elektrodin yhdistelmän ei kuitenkaan tarvitse täyttää 25 ohmin vaatimusta! Voidaan vain arvailla, että NEC:n laatijat olettavat, että taulukossa 1 lueteltujen kohteiden yhdistelmä täyttää 25 ohmia tai vähemmän koskevan vaatimuksen. Tehon laadun kannalta tämä oletus jättää maadoitusresistanssin sattuman varaan.
IEEE:n vihreän kirjan mukaan suurten sähköasemien maadoituselektrodien resistanssin pitäisi olla enintään 1 ohmi. Kaupallisille ja teollisille sähköasemille suositeltu maadoitusresistanssi on 2-5 ohmia tai vähemmän. Tätä pientä vastusta vaaditaan sähköjärjestelmän korkean maadoituspotentiaalin vuoksi.
Monet laitetoimittajat ja viestintäyhtiöt vaativat maadoitusjärjestelmiä, joiden vastus on alle 3 ohmia.
Nykyaikaisilla rakennusmenetelmillä ja -materiaaleilla on yhä vaikeampaa saavuttaa matalaresistanssinen maadoitusjärjestelmä. Monet kunnat eristävät metallisia vesijohtoja korroosiosuojauksen vuoksi tai siirtyvät käyttämään ei-metallisia vesijohtoja. Rakennusterästä voidaan käyttää vain, jos se on ”tehokkaasti maadoitettu”. Useimmissa laitoksissa näin ei ole. Betoniin koteloidut elektrodit (Ufer-maadoitukset) eivät ole yleisiä monilla alueilla. Rengasmaadoituksia ja levyelektrodeja käytetään harvoin niiden korkeiden asennuskustannusten vuoksi. Testattu 8-10 jalan maadoitussauva on tyypillinen ”tehty” elektrodi useimmissa laitoksissa.
Monissa kohteissa, joissa maadoitusjärjestelmät ovat vähäiset tai puuttuvat, uuden maadoituselektrodijärjestelmän asentaminen on liian kallista tai epäkäytännöllistä. Tästä syystä kehitettiin menetelmä, jolla syvälle asennetut maadoitussauvat voidaan asentaa edullisena ja tehokkaana ratkaisuna.
TOIMENPITEET
Vuonna 1986 aloitettiin tutkimus, jolla pyrittiin määrittämään tehokkain menetelmä matalaresistiivisen maadoituksen asentamiseksi. Erilaisia maadoitusmenetelmiä ja -materiaaleja arvioitiin. Suurin osa vakiomenetelmistä hylättiin käytännön syistä tai kustannussyistä. Uudet menetelmät, joissa käytettiin kemiallisia sauvoja ja maaperän parannusmateriaaleja, näyttivät lupaavilta, mutta jättivät avoimia kysymyksiä ympäristövaikutuksista ja vastuista. Kun erään toimittajan tuotteen ”salaisesta” kemiallisesta koostumuksesta kysyttiin, vastattiin, että tuote oli EPA:n hyväksymä kaatopaikalle sijoitettavaksi. Ongelma on se, että kaatopaikoilla ei vaadita matalaresistiivistä maadoitusta! Eräs osavaltion ympäristöinsinööri varoitti käyttämästä kemiallisia maanparannusaineita kunnallisten vesivarastojen läheisyydessä. Hän oli huolissaan kemikaalien aiheuttamasta pohjaveden pilaantumisesta.
Tutkimuksen perusteella todettiin, että syvästi asennetut maadoitussauvat olisivat paras ratkaisu matalaresistiiviseen maadoitukseen, jos sauvan täysi kosketus pystyttäisiin säilyttämään.
Vuonna 1988 kehitettiin uusi menetelmä syvästi asennettujen maadoitussauvojen asentamista varten.Menetelmällä voitettiin syvästi asennettujen maadoitussauvojen asentamiseen liittyvät ongelmat.
Tässä asiakirjassa arvioidaan 140:stä toukokuun 1988 ja heinäkuun 1993 välisenä aikana asennetusta syvään asennetusta maasulkutangosta saatuja kenttätietoja. Maasepät asennettiin kuudessa osavaltiossa, joista suurin osa Nebraskassa. Maatankojen syvyydet vaihtelivat 15 ja 90 jalan välillä. Kaikki vastusmittaukset tehtiin kolmen pisteen putoamispotentiaalimenetelmällä käyttäen BiddleMeggerin mallinro 250220-1 nollatasapainomaa-anturia.
KESKUSTELU
Kenttämittaustulokset sisältävät maanvastusarvot jokaiselta viiden jalan syvyydeltä maasulkutangon asennussyvyydestä. Maasepän syvyys määritettiin saavuttamalla haluttu vastus tai törmäämällä esteeseen. Sauvan resistanssi piirrettiin syvyys vs. resistanssi -diagrammiin kuvan 1 mukaisesti.
Kuva 1. Esimerkki maadoitussauvan resistanssikuvaajasta. Ohmit vs. syvyys
Yli 140 maasauvan resistanssitiedot on keskiarvoistettu ja piirretty kuvaan2. Huomaa, että keskimääräinen viiden jalan pituinen maasauva mitattiin 66 ohmia ja kymmenen jalan korkeudella 29,8 ohmia, ja interpoloimalla kahdeksan jalan pituinen maasauva olisi keskimäärin noin 40 ohmia. Keskimääräinen 8 ja 10 jalan maadoitussauva ei täyttänyt NEC:n vähimmäisvaatimusta, joka on 25 ohmia tai vähemmän. Vähintään 5 ohmia vaaditaan 30 jalan syvyydeltä. Ensimmäisten 20 jalan syvyydessä oli suurin muutos maadoitusresistanssissa.
Kunkin sauvan lopullinen syvyys ja resistanssi on esitetty kuvassa 3. Suurin osa sauvoista oli resistanssiltaan 0,9-2,0 ohmia 40-60 jalan syvyydessä.
Vertailu resistanssien välillä eri ajankohtina on esitetty kuvassa 4. Tässä kaaviossa esitetään tutkimusjakson jokaisena vuonna asennettujen sauvojen keskimääräinen resistanssi.Huomaa, kuinka resistanssi vaihtelee huomattavasti 10 jalan tai sitä pienemmissä syvyyksissä. Vuoden 1993 alkupuoli oli hyvin ”märkää” aikaa, ja sitä kuvaa paljon pienempi vastus.
Kuva 2 Keskimääräisen vastuksen kuvaaja
Kuva 3. Hajontakaavio
30 jalan syvyydessä vuosittainen vaihtelu pienenee alle 10 ohmiinresistanssi. Alle 30 jalan syvyydet lisäävät vakautta ja pienentävät vastusta entisestään.
Kuva 4. Vuosien vertailukaavio
TAPAUSTUTKIMUS 1
Tässä tapauksessa asennettiin syvälle ajettu maadoitusjärjestelmä uuteen puhelinmyynti- ja varauskeskukseen. Vuoden 1991 alussa rakennettu laitos on kolmikerroksinen 60 000 neliöjalan rakennus, joka sijaitsee lähellä kukkulan huippua. Rakennuksen suunnitteluun kuului valettu betoniperustus, jossa teräksiset tukipylväät oli pultattu betoniperustuksiin. Maadoituselektrodijärjestelmää ei määritelty rakennusasiakirjoissa. Rakennuksen rakentamisen aikana metallinen vesijohto testattiin maadoituskestävyyden osalta ennen kuin se liitettiin sisäputkistoon. Vesijohdon resistanssi oli yli 10 ohmia. Asennettiin 10 jalan pituinen maadoitussauva, jonka vastus oli 45 ohmia. Salamariskin arvioinnissa laitos luokiteltiin keskivaikeaan tai vakavaan luokkaan .
Turvallisuus- ja suojausongelmien ratkaisemiseksi ehdotettiin ja asennettiin uusi elektrodijärjestelmä. Uusi maadoituselektrodijärjestelmä koostui sekä aring-maadoituksesta että syvälle työnnetyistä maadoitussauvoista. Rakennuksen jokaiseen kulmaan asennettiin yhteensä neljä 70-78 jalan syvyistä maadoitussauvaa. Neljän sauvan keskimääräinen vastus oli 1,57 ohmia, ja kun ne sidottiin yhteen, se oli alle 1 ohmia. Rengas muodostettiin hautaamalla paljaaksi hehkutettu kuparijohdin nro 2 rakennuksen ympärille. Kukin neljästä syvästä maadoitetusta tangosta liitettiin rengasmaadoitukseen ruuviliittimellä ja peitettiin lasikuitukotelolla. Tämä mahdollisti jokaisen elektrodin säännöllisen irrottamisen ja testaamisen.
Rakennuksen teräs liimattiin jokaisen kulmapilarin ja välipilarien kohdalla rengasmaahan eksotermisellä liitoksella. Rengasmaadoitus liitettiin sähkö- ja vesijohtoverkkoon. Muita maahan liitettyjä järjestelmiä olivat mm. puhelimen ukkossuojaus, puhelinjärjestelmä, varageneraattori, tietokonehuoneen korotettu lattia ja virransuojalaitteet.
Ei ole mahdollista verrata ennen ja jälkeen tuloksia, koska kyseessä on uusi laitos. Joitakin yleisiä havaintoja voidaan kuitenkin tehdä. Laitoksen toiminta on ollut häiriötöntä, eikä sähkö- tai salamahäiriöistä ole tiedossa laitteiden menetyksiä tai vaurioita. On mielenkiintoista huomata, että vuoden 1993 alkupuolella oli epätavallinen sää, johon liittyi useita sähkö- ja salamamyrskyjä. Paikallisilla tietokone- ja televiestintätoimittajilla oli ennätykselliset huoltoilmoitusten ja laitevikojen huiput samalla paikkakunnalla kuin laitoksella.
TAPAUSTUTKIMUS 2
Tässä tapauksessa oli kyse olemassa olevasta laitoksesta, joka sijaitsi puolikuivalla vuoristoalueella. Yksikerroksinen 40 000 neliömetrin rakennus oli alun perin suunniteltu kaupalliseen toimistokäyttöön. Noin 30 000 neliömetriä vuokrattiin ja muutettiin markkinointiyritykselle. Laitteissa oli aiemmin ollut ongelmia ja vikoja, ja työntekijät olivat valittaneet sähköiskuista. Yrityksen 300 tietokonepäätteessä oli 200 prosentin vuotuinen vikaprosentti. Muita ongelmia olivat tietoliikennevirheet ja laitevauriot.
Sähkönlaadun kartoituksessa ja sähkötarkastuksessa havaittiin useita virta- ja maadoitusongelmia laitoksessa. Vakavimpiin ongelmiin kuuluivat NEC:n rikkomukset, mukaan lukien epäasianmukainen maadoitus ja maadoituselektrodijärjestelmän puuttuminen. Päämaadoituselektrodina käytettiin metallien välisiä vesiputkia. Todettiin kuitenkin, että metalliputket kulkivat vain viisi metriä maan alla, missä ne muutettiin muovisiksi. Rakennuksen terästä ei ollut maadoitettu tehokkaasti, eikä muuta maadoituselektrodia ollut asennettu.
Sähkönlaadun toteutussuunnitelma kehitettiin sekä sähkönjakelujärjestelmän turvallisuuden että toimivuuden parantamiseksi. Suunnitelmaan sisältyi sähköisiä muutoksia ja maadoituselektrodijärjestelmän parantaminen. Paikalliset sähköurakoitsijat totesivat, että maadoitus oli alueella hyvin vaikeaa maaperän huonon kestävyyden ja maadoitussauvojen ajamisen vaikeuden vuoksi. He ehdottivat ratkaisuksi kemiallista maadoitussauvaa. Tällaiset sauvat vähentävät elektrodin vastusta huuhtelemalla kemikaaleja (elektrolyyttisiä suoloja) ympäröivään maaperään. Asiakas hylkäsi kemialliset tangot sekä huolto- että ympäristökysymysten vuoksi.
Syvään ajettava elektrodijärjestelmä valittiin parhaaksi ratkaisuksi tähän kohteeseen.Kovan maaperän läpi ajamisen vaikeuden voittamiseksi sauvoille porattiin koekuopat. Kaksi 60 jalan syvyistä ja halkaisijaltaan 4 tuuman koereikää porattiin 70 jalan välein. Ensimmäiset 30 jalkaa koostuivat hiekka- ja sorakerroksesta, ja viimeiset 30 jalkaa olivat liuskekerrosta. ANSI/IEEE-standardien mukaan hiekka- ja soramaaperän vastus vaihtelee 15 800-135 000 ohmin/cm välillä. Liuskekiviaineksen vastus vaihtelee välillä 4060-16 300 ohmia/cm. Alemman liuskekerroksen vastus on noin 10 kertaa pienempi kuin ylemmän kerroksen.
Koekuopat täytettiin hydratoidulla natriumbentoniitilla, johon maasauva(t) ajettiin. Molemmat tangot koostuivat 6 kpl 3/4 tuuman ja 10 jalan mittaisista kuparipäällysteisistä tangoista, joissa oli vetokytkimet. Molempien sauvojen lopullinen vastus oli 0,88 ja 0,48 ohmia.
Yleisesti voidaan todeta, että laitos on kokenut laitteistohäiriöiden ja viestintävirheiden dramaattisen vähenemisen. Asiakkaan näkökulmasta laitoksesta on tullut yksi heidän ongelmattomimmista kohteistaan.
TAPAUSTUTKIMUS 3
Tässä tutkimuksessa on kyse sotilaallisesta tietokonelaitoksesta, joka sijaitsi muunnetussa lentokonetehtaassa. Laitosta varten rakennettiin oma sähköasema, jossa oli 13 800 voltin ensiö- ja 480/277 voltin toisiojännite. Laitoksen virtasuojausjärjestelmään kuului rinnakkainen redundantti staattinen UPS ja varadieselgeneraattorit. Eritelmissä edellytettiin, että maadoituselektrodijärjestelmän maadoitusresistanssin oli oltava 3 ohmia tai vähemmän. Maadoituselektrodijärjestelmä koostui 6 3/4 tuuman ja 10 jalan kokoisista maadoitussauvoista, jotka oli asennettu rakennuksen kellarikerroksen läpi. Kaikki kuusi maadoitussauvaa asennettiin kuuden tuuman etäisyydelle toisistaan ja pultattiin kupariseen maadoituskiskoon. Sähköasemalla käytettiin samaa maadoitusjärjestelmää. Laitoksen suunnittelu esti rakennusteräksen, vesiputkien tai rengasmaadoitusten käytön maadoituselektrodeina.
Työmaalla esiintyi tietokonelaitteisto-ongelmia, joista myyjä syytti sähköä ja maadoitusta. Laitoksen henkilökunta testasi maadoitustankojärjestelmän ja mitattiin 0,0 ohmia. Sähkönlaatututkimus paljasti, että maadoitustestaus oli tehty virheellisesti ja että kyseessä oli turvallisuusriski. Vakiomuotoiset maadoitusresistanssitestausmenetelmät edellyttävät, että maadoitussauvat kytketään irti testin ajaksi väärien lukemien välttämiseksi.
Kaksi 70 jalan syvyistä maadoitussauvaa asennettiin 90 jalan välein täydentämään olemassa olevaa järjestelmää. Maadoitusresistanssi oli 1,1 ja 0,8 ohmia. Uudet tangot liitettiin olemassa olevaan maadoituspalkkiin laitoksen maadoituksen muodostamiseksi. Tämän jälkeen kuusi vanhaa maadoitussauvaa irrotettiin ja testattiin 27-32 ohmin resistanssilla.
Syvälle asennettujen maadoitussauvojen asentamisen jälkeen tietokonehuollon myyjä ilmoitti, että laitteiston kanssa oli vähemmän ongelmia.
Tämä tapaus havainnollistaa ongelman, joka aiheutuu, jos luottaa epäasianmukaiseen maadoitusresistanssitestaukseen. Alkuperäinen suunnitelma, jossa maadoitussauvat on asennettu vierekkäin, rikkoo NEC:n vaatimusta, jonka mukaan maadoitusväli on vähintään 6 jalkaa. Yleissääntönä on, että maadoitussauvojen etäisyys toisistaan ei saa olla pienempi kuin niiden syvyys. Alkuperäisen maadoitusjärjestelmän heikko kestävyys aiheutti turvallisuusriskin sekä henkilöstölle että laitteille. Maasulku sähköaseman ensiöpuolella olisi voinut aiheuttaa liiallisen jännitepotentiaalin laitoksen maadoitusjärjestelmässä.
ASENNUSMENETELMÄ
Elektrodin maadoitusresistanssi riippuu useista tekijöistä, kuten maaperän resistanssista, elektrodin kosketusresistanssista maahan ja tangon (tankojen), kytkentälaitteiden ja liitosten resistanssista.
Syvään ajetun maan asennukseen kuuluvat seuraavat asiat:
 |
sauvan materiaalin valinta |
| |
liittimen tyypin valinta |
| |
tangon (tankojen) halkaisija ja pituus |
| |
ajolaitteen tyyppi |
| |
asennusmenettelyt |
| |
testausmenettelyt |
| |
johtojen päättäminen |
msimagelist>
Maadoitussauvojen asentaminen yli 10 jalan syvyyteen aiheuttaa useita ongelmia. Halutun syvyyden saavuttamiseksi on käytettävä osittaisia maadoitussauvoja (tyypillisesti 10-12 jalan pituisia) ja kytkettävä ne yhteen. Liitin on halkaisijaltaan suurempi kuin tanko ja muodostaa siten itse tankoa suuremman reiän. Näin syntyy kytkentäaukko, joka rajoittaa maaperän kosketusta lisäosien sauvan pintaan. Ainoastaan ensimmäinen osa säilyttää täydellisen kosketuksen sauvan ja maaperän välillä.
Sauvojen manuaalinen lyöminen vasaroilla, putkijohtimilla tai muilla keinoilla ei pysty tuottamaan riittävää voimaa kovan maaperän lävistämiseen. Mekaaniset tai moottorikäyttöiset vetimet ovat välttämättömiä syvälle työnnettäville sauvoille.
Sauvan materiaalin ja kytkimen rakenteen on kestettävä kovien pohjamaiden läpi ajamiseen tarvittava voima.
Ensimmäiset vuonna 1988 asennetut sauvat asennettiin kiipeämällä tikkaille ja pitämällä sähkövasaraa sauvan päällä. Tämä menettely oli sekä hankala että vaarallinen asentajalle. Tämän jälkeen rakennettiin lyöntikone, joka helpotti tätä osaa prosessista. Kone koostuu tukikehikosta, jossa on tasoitustunkit ja pyörät. Pystysuorassa kokoonpanossa on sähköinen iskuvasara, ja käyttäjä voi manuaalisesti kammata sitä ylös ja alas. Sähkövasara on varustettu erityisellä lyöntityökalulla, joka estää tangon ”sienestymisen” ja itse asiassa muotoilee tangon pään uudelleen.
Kovan maaperän läpäisemiseen vaadittavien äärimmäisten voimien vuoksi havaittiin, että ruuvityyppiset kytkimet pettivät mekaanisesti. Kierteet olivat irtoamassa, mikä aiheutti huonon kosketuksen sauvan ja sauvan välillä. Uudenlainen kartiokierukkakytkin todettiin luotettavimmaksi käytetyksi kytkimeksi. Kytkimen mekaanisen kestävyyden tarkistamiseksi ajettiin ja vedettiin koesauvaa. Tämä vetokytkimen rakenne yksinkertaisti prosessia, koska siinä voitiin käyttää minkä pituisia sileitä sauvoja tahansa. Tämä mahdollisti syvään ajettavien järjestelmien asentamisen rakennusten sisälle, joissa kattokorkeus on minimaalinen (kuten tapaustutkimuksessa 3).
Jotta sauvan ja maaperän välinen kontakti säilyisi täydellisenä, kytkimen tyhjään tilaan ruiskutetaan sauvoja asennettaessa natriumbentoniittia (luonnossa esiintyvää savea) sisältävää lieteseosta, joka muodostaa johtavan materiaalin sauvan pinnan ja maaperän välille sauvan syvyydelle. Tyypillinen 60 jalan maasauva vaatii 2-5 gallonaa bentoniittia. Bentoniitin resistanssivaikutus kytkimen tyhjiössä määritettiin testillä. Kuvassa 5 on vertailukuvaaja kolmesta maasauva-asennuksesta ilman bentoniittia. Huomaa, kuinka ”kuivissa” sauvoissa oli vaihteleva vastus verrattuna kuvan 1 kuvaajaan.
Johtopäätökset
Kuten esitetyt tiedot osoittavat, keskimääräinen 8-10 jalan maadoitussauva ei täytä NEC-koodin maadoitusvastuksen vähimmäisvaatimuksia. Matalan (10 jalkaa tai vähemmän) elektrodin vastus vaihtelee suuresti kausiluonteisten olosuhteiden muuttuessa. Korkean maadoitusresistanssin vuoksi tyypillinen matala elektrodi ei pysty pitämään sähköjärjestelmää maadoitettuna transienttijännitteiden ja salamaniskujen aikana.
Jos tarvitaan vakaita alle 5 ohmin vastusarvoja, tarvitaan 30-60 jalan syvyisiä elektrodeja.
Tapaustutkimukset ovat osoittaneet, että syvälle ajettujen elektrodien asentaminen on tehokasta ja käytännöllistä sekä uusissa että olemassa olevissa laitoksissa.
Uusi menetelmä syvään asennettujen maadoitussauvojen asentamiseksi tarjoaa universaalin keinon tehokkaaseen maadoitukseen.
Kuva 5. ”Kuivien” sauvojen vastusdiagrammi
LÄHTEET
Tekijät ovat erityisen kiitollisia Richard Teebkenille(Infraspec, Omaha, Nebraska) kenttätietojen, valokuvien ja teknisen tuen toimittamisesta.
The IAEI Soares Book on Grounding, 4. painos, sivu 128
ANSI/NFPA 70-1991, National Electrical Code, Article 250
ANSI/IEEE Green Book, Std 142-1982
NEC artikla 250-81, (b), (FPN)
NFPA 78, liite 1
ANSI/IEEE Std 142-1982, Green Book, kohta 4.1 Table 5
NEC Article 250-84
BIOGRAFIAT
Martin D. Conroy on Computer Power Corporationin toimitusjohtaja Omahassa, Nebraskassa.
Hän perusti CPC:n vuonna 1981 tarjoamaan sähkönlaatupalveluja ja -laitteita asiakkaiden kasvaviin tarpeisiin. Viimeisten viiden vuoden aikana hän on osallistunut laajasti sähkönlaadun tutkimusten ja konsultointipalvelujen tarjoamiseen suurille asiakkaille. Martin on erikoistunut sähkönlaadun, maadoitusten, harmonisten yliaaltojen ja säännöstötarkastusten alaan. Hän on kehittänyt ja opettanut sähkönlaatuseminaareja sekä kaupallisille että yleishyödyllisille asiakkaille.
Ennen CPC:n perustamista Martin työskenteli sähköurakointialalla kahdeksan vuotta.
Martinilla on IAEI-sähkötarkastajan pätevyys, ja hänellä on Nebraskan osavaltion luokan AE-sähköurakoitsijan lisenssi.
Paul G. Richard työskenteli Computer Power Corporationin palveluksessa kaksitoista vuotta.
Hän liittyi yritykseen vuonna 1986. Paul oli osallistunut sekä markkinointiin että sähkönlaadun tutkimusten ja konsultointipalvelujen tarjoamiseen. Hän opetti sähkönlaatuseminaareja ja koulutuskursseja. Paul oli myös erikoistunut staattisen ohjauksen suunnitteluun ja testaukseen.
Paul suoritti kandidaatin tutkinnon Nebraskan yliopistossa Omahassa vuonna 1985.
MUSTA VALKOISIA PAPEREITA