طرق التأريض المؤثرة والفعالة
تناولنا في الجزء الأول من المقال المقاومة النوعية للتربة لقطب التأريض والمقاومة لأقطاب التأريض شائعة الاستخدام وتأثير شكل القطب علي مقاومة التربة وسنتناول في الجزء الثاني العناصر المختلفة المستخدمة كأقطاب تأريض المنشآت المزودة بنظام حماية كاثودية.
شكل رقم (6): جهود سطح الأرض حول قضيب منفرد وكذلك ثلاثة قضبان مدفونة علي استقامة واحدة
أولا: العناصر المختلفة المستخدمة كأقطاب تأريض
أغلفة الكابل
يستخدم تسليح الكابلات وأغلفتها المعدنية عادة كمسار لتيار الخط الأرضي العائد لنقطة تعادل المصدر عند موضوع المحول.
ملحوظة: عند استندام نظام من عدة كابلات مسلحة فإنه يمكن اعتبار الغلاف المعدني الموصل وكذلك تسليح الكابلات الذي يتلامس أو يتصل بالتربة كقطب أرضي. ونظرا لاستخدام البوليميرات عادة ككسوة فوق التسليح أو فوق الغلاف المعدني بالكابلات فلا يمكن أن يحدث تلامس بينها والتربة، ولذا فيجب أن تكون الكابلات في هذه الحالة بدون كسوة فوق التسليح الخاص بها.
المنشآت المعدنية
تعتبر الأعمال الحديدية الموجودة في أساسات المباني (شبكة حديد التسليح) أقطاب تأريض جاهزة وفاعلة. ويمكن اعتبار هذه الأساسات قطب تأريض ذو مساحة كبيرة قد تصل مقاومة التأريض به إلي قيم صغيرة أقل من تلك التي يمكن الحصول عليها باستخدام أقطاب أخري ويمكن الحصول علي قيم أقل من واحد أوم، إلا أنه يجب مراعاة ما قد يحدث من تآكل بدرجة كبيرة في الأعمال المعدنية وفي حديد التسليح في الخرسانة. وربما يكون هذا التآكل ناتجا عن وجود معادن أخري مدفونة في نفس المنطقة أو أقطاب أرضي أخري تتسبب في مرور تيارات أرضية بصفة مستمرة ولا يسبب عامة التيار المتردد تآكلاً في الأساسات ولكن تسبب مركبة التيار المستمر الموجودة به عادة تآكلا بدرجة صغيرة وعليه فإن إتباع القواعد الموجود بالجزء الأول من المقال “مقاومة الأرض لأقطاب التأريض شائعة الاستخدام” والتي توصي باختيار المعادن وكيفية ربطها مع الأجزاء المختلفة في حالة استخدام أقطاب أرضي إضافية (خاصة عندما يكون تيار الخط الأرضي مرتفع القيمة) يصبح ضروريا.
وعندما تكون مساحة مقطع قطب الأرضي صغيرة أو غير مناسبة (أقل من القيمة المسموح بها) فقد يحدث تلف للخرسانة يكون عادة علي هيئة شروخ بها عندما يتكون قوس كهربائي أو تتبخر الرطوبة سريعاً من داخلها سواء مرت تيارات خط أرضي تكون قد تخطت السعة التيارية للقطب لفترات قصيرة أو طويلة وتنشأ هذه الحالة غير المرغوب فيها إذا كان القطب قد تم تصميمه للوصول إلي مقاومة أرضي منخفضة بدرجة كبيرة لتفادي ظهور الجهود الخطرة علي الأرض.
وتختلف مقاومة التأريض للخرسانة المحتوية علي أعمال حديدية أو للخرسانة المسلحة طبقا لنوع التربة ونسبة الرطوبة بها ولشكل الأساسات.
وتكون المقاومة النوعية لمادة الخرسانة التي هي من المواد الشرهة لامتصاص الرطوبة عند وضعها في التربة، عدا في الأماكن الجافة، في حدود من 30 (أوم. مترا) إلي 90 (أوم. مترا) عند درجة الحرارة العادية والتي تعد أقل من مقاومة بعض أنواع التربة.
ومن الضروري قياس مقاومة التأريض لأي من الأعمال الحديدية المستخدمة كقطب أرضي عند بداية استخدامها وكذلك في فترات منتظمة للتأكد من صلاحيته كنظام تأريض، وتجري القياسات لجميع أقطاب الأرضي وهي متصلة جميعها بنقطة التأريض الرئيسية (طرف التأريضي الرئيسي) ومع ذلك فإن مقاومة تأريض الهيكل الذي يغطي مساحة كبيرة تكون صغيرة نوعاً ما وعادة ما يصبح قياس المقاومة في هذه الحالة غير دقيق حيث يتم تثبيت المنشأ في أماكن متعددة وعليه فإنه من المفضل بقدر الإمكان قياس كل طرف عليه قبل ربطه كهربائيا ببقية الأطراف – لأنها تكون عادة متوازية وقريبة من بعضها – وذلك لمعرفة التغير في مقاومة التأريض لكل طرف ويمكن حساب المقاومة الكلية وبفرض أن جميع الأقطاب متصلة علي التوازي من العلاقة التالية:
حيث
Rtot: المقاومة الكلية لنظام التأريض المكون من أقطاب متشابهة عددها n (أوم).
R1: مقاومة التأريض للقطب الواحد )أوم(.
P: المقاومة النوعية لمادة التربة (أوم. متر)
λ: معامل التصحيح العددي
N: عدد الأقطاب عند كل موضع
S: المسافة المتوسطة الفاصلة بين كل قطبين متجاورين (متر).
ملحوظة: تم استنتاج المعادلة السابقة علي فرض أن اختيار المسافة الفاصلة بين الأقطاب المجاورة S تؤدي إلي أن تكون قيمة a أقل من حوالي 0,2 تعتمد مقاومة التأريض بدرجة كبيرة علي حالة الخرسانة المحيطة بالهيكل المعدني وتتوقف علي نسبة الرطوبة بالخرسانة والتي تتغير بعد فترة زمنية ولذا فيجب مراعاة الزيادة المتوقعة في مقاومة نظام التأريض بعد فترة زمنية من الإنشاءات.
ويستخدم اللحام للربط بين الوصلات المعدنية المكونة للنظام ويمكن اعتبار النظام عبارة عن قضبان رأسية مربوطة بهيكل المنشأ (مع إهمال تأثير الأجزاء الأخري التي تتم لتقوية هيكل المنشأة) وموزعة بانتظام وتكون المسافة الفاصلة بينهم متساوية وعليه يمكن حساب المقاومة الأرضية من العلاقة التالية الواردة في المواصفات القياسية البريطانية BS 7430 – 1991
حيث:
P: المقاومة النوعية للتربة )أوم . متر).
PC: المقاومة النوعية للخرسانة )أوم. متر).
L: طول قضيب حديد التسليح تحت مستوي الأرض (متر)
ɳ: سمك الخرسانة بين القضبان في التربة(متر)
Z: المسافة المتوسطة الهندسية الفاصلة بين تجمع القضبان بالمتر
Geometric mean distance of rod cluster
)انظر جدول رقم 9).
تسليح عبارة عن شريط صلب حديد في مكعبات خرسانية
يمكن بالاتفاق مع مهندس الإنشاءات بالموقع الوصول إلي قطب أرضي مناسب وذلك باستخدام طرق ربطا مناسبة بين حديد التسليح في مكعبات الخرسانة أو ألواح الصلب بها.
أنابيب المياه )مواسير المياه(
يمكن في المناطق التي تتوفر بها مصادر مياه عمومية استخدام المواسير المعدنية كأقطاب أرضي إذا كانت الوصلات بين هذه المواسير معدنية أيضا، ويلاحظ أنه قد أصبحت في الوقت الحاضر المواسير ووصلاتها غير معدنية مما لا يضمن استمرارية مسار تيار التسرب إلي الأرض ويوصي في حالة المواسير الحديدية أو المعدنية أن يكون هناك قطب أرضي أخر بحيث لا يعتمد في نظام التأريض علي مواسير المياه اعتمادا كليا. أما في المنشآت الخاصة فيمكن اعتبار مواسير المياه المعدنية المستخدمة المدفونة تحت سطح الأرض ومخير المعزولة كنظام مناسب للتأريض علي أن يقوم مهندس الأعمال الكهربائية بالتأكد من سلامة وتمام التوصيل بالأرض في كل المنشآت.
مواسير الخدمات في المنشآت الحديثة
يجب علي وجه العموم ربطا مواسير الخدمات (الغاز، البترول، الهواء المضغوط, المجاري، الخ), بموصل الوقاية ولكن لا يمكن اعتبا رها كنظام تأريض وحيد وعلية فيجب ربطة بنظام تأريض إضافي ويكون بديلا عنها في المنشآت القائمة.
ثانياً: تأريض المنشآت المزودة بنظام حماية كاثودية
يستخدم نظام الحماية الكاثودية للمنشآت الحديدية لمنع التحات الإلكتروليتي بها وذلك يجعل المنشآت الحديدية سالبة الجهد بالنسبة للأرض ويعتمد نظام الحماية الكاثودية علي الظروف المحيطة بالمعدن المطلوب حمايته والتي تختلف من معدن مكشوف متصل اتصالا مباشرا بالأرض إلي معدن مغطي بطلاء للحماية من التآكل ويستخدم نظام الحماية الكاثودية للمعادن المغطاة بطلاء لمنع التآكل في الأماكن التي يحدث فيها تلف للطلاء ويعتمد التيار الذي يسري في الجسم المواد حمايته إلي الأرض علي المساحة المكشوفة في الجسم والتي تلامس الأرض وعلية فإن قيمة التيار المتسرب إلي الأرض من الجسم المغطي تماما بالطلاء تكون في العادة صغيرة .
وربما يؤدي ربطا الجسم (المحمي كاثوديا) بقطب الأرض إلي زيادة تيار التسرب ويصبح هذا غير مقبول ومع ذلك فإنه يصبح ضروريا ربط هذا الجسم بقطب أرضي واحد أو أكثر للأسباب التالية:
- لتحويل تيار التسرب إلي الأرض من المعدات الكهربائية الموجودة أو المعلقة والمتصلة بالجسم
- لمنع ارتفاع جهد الهيكل أو المنشأ عن الأرض نتيجة للحث المغناطيسي لوجودة بالقرب من المعدات الكهربائية أو خطوط نقل الكهرباء الممتدة بجواره.
- لمنع ارتفاع جهد الهيكل أو المنشأة عن جهد الأرض في حالة وجوده بمنطقة خطرة.
- لمنع انهيار معدات الجهد المنخفض الخاصة بالقياس والتحكم والمرتبطة بالهيكل وكذلك أجهزة الحماية الكاثودية نتيجة ارتفاع الجهد.
- لإمداد المعدات الموجودة داخل الهيكل أو المنشأ بنظام التأريض المناسب.
كما يؤدي تزويد الهيكل أو المنشأ المعدني بنظام تأريض ذي معاوقة صغيرة إلي زيادة تيار التسرب إلي الأرض من نظام الحماية الكاثودية والذي يتوقف بدورة علي نظام قطب التأريض وطرق التوصيل به.
ويمكن الوصول إلي تيار تسرب صغير من أجهزة الحماية الكاثودية إلي الأرض باستخدام أقطاب أرضي مصنوعة من الزنك وهي شائعة الاستخدام في أقطاب الأنودات المستهلكة (المضحي بها). وفي حالة اختيار المادة والجهد الذي تعمل عنده الحماية الكاثودية فإن معدل الاستهلاك من الأقطاب يكون قليلا ويمكن عمل حماية كاثودية للأقطاب نفسها وذلك بإحاطتها بمادة مالئة مثل البنتونايت التي تقلل التآكل بسبب خلايا الصدأ الموضوعية. وبذلك يمكن الوصول إلي إطالة عمر القطب القطب المستخدم كما يوصي بعمل اختبار دوري لنظم الحماية الكاثودية كل 12 شهرا.
وتستخدم بالنسبة للهياكل المعدنية (الحديدية) أقطاب من الصلب الذي لا يصدأ والتي لها جهد جلفاني مساو أو مقارب لجهد الهيكل الحديدي والتي تؤدي إلي زيادة في تيار التسرب إلي الأرض في حالات المقاومة المتوسطة لنظام التأريض.
ولا يسمح باستخدام أقطاب الأرضي من النحاس المكشوف التي قد تتصل بالجسم مباشرة حيث إن النحاس سالب كهربائيا مقارنة بالهيكل أو المنشأ الحديدي مما يتطلب زيادة تيار الحماية الكاثودية، كما أن أقطاب النحاس تعمل علي تعجيل التآكل، ومع ذلك فإنه يمكن استخدام أقطاب نحاسية ولكن بشرط أن يكون اتصالها بالمنشأ أو الهيكل الحديدي عن طريق خلايا استقطاب تسمح بسرور تيار مستمر صغيرا جدا بصفة مستمرة (من مصادر الحماية الكاثودية) كما أنها تسمح بمرور تيار المتردد الذي يسبب هبوطا صغيرا في الجهد.
شكل رقم (7) انحدار الجهد بجوار قطب عبارة عن شريحة مدفونة أفقيا
