تأريض ووقاية المعدات الكهربائية

يهدف تاريض المعدات الكهربائية إلى إيجاد فعالية في أداء أجهزة القطع والحماية في حالة وجود تيار خطأ أرضي في هذه المعدات (انهيار العزل) كما يعمل على وقاية العاملين من الصدمات الكهربائية الناتجة من ارتفاع جهد بدن المعدة المعدني المكشوف والمعرض للمس عن جهد الأرض، ولذا فإنه يجب أن يكون اتصال البدن المعدني بنظام التأريض متوائماً مع طبيعة الدوائر الكهربائية داخل المبنى وكذلك مع المصدر الكهربائي المغذي له.

إن الهدف الأساسي لاستخدام نظام التأريض هو توفير القدرة على فصل كل من المعدات والنظام عن المصدر الكهربائي لتجنب التأثيرات المدمرة للتيار الكهربائي لحظة حدوث تيار خطأ ارضي. ويطلق على الأجهزة التي تقوم بالفصل نبائط وقائية.

ويتوقف اختيار أجهزة الفصل الأتوماتيكية على خواص نبائط الوقاية المستخدمة لفصل مصدر التغذية تلقائياً وعلى طبيعة النظام الكهربائي ودوائر التوزيع والمعدة المطلوب وقايتها. ويمكن عند اختيار نبائط الوقاية المختلفة لفصل مصدر التغذية تلقائياً في حالة حدوث خطا أرضي الرجوع إلى المواصفات الكروتقنية الدولية الخاصة بذلك.

طرق التاريض والعوامل المؤثرة:

يعني تاريض النظام أو المعدات داخل المبنى التاكد من التوصيل الجيد بالأرض ويجب أن يكون هذا التوصيل ذو مقامة أقل من القيمة التي تم عليها التصميم حتى يكون قادراً على تحمل أقصى تيار خطأ أرضي دون حدوث انهيار لموصل الطور. ولذا فإنه من الضروري مراعاة جميع العوامل التي تؤثر على قيمة المقاومة إلى الأرض وقدرة موصل التأريض المدفون في الأرض والذي يربط ما بين المعدات وقطب التأريض على تحمل تيار الخطأ الأرضي (تيار انهيار العزل)؛ ومن هذه العوامل حجم وشكل موصل التاريض وطبيعة الرض التي يوجد بها الموصل وطرق ربط النظام بهذا الموصل. كما يجب مراعاة كثافة التيار على سطح قطب التاريض وتوزيع الجهد على سطح الأرض في المنطقة.

وتعتمد مقاومة الأرض لقطب التاريض على المقاومة النوعية الكهربائية لمادة التربة التي يوجد بها هذا القطب وهي من العوامل العاممة في اختيار أنسب نظم التأريض. وتعتمد مقاومة التربة النوعية على ال التي توجد بها، وحيث أن مقاومة التربة النوعية تتاثر إلى حد كبير بنسبة الرطوبة الموجودة في التربة وكذلك بالمركبات الكيميائية وتركيز الأملاح الذائبة في الماء، كما يؤثر حجم الحبيبات وتوزيعها واقترابها من بعضها البعض في كيفية احتفاظ التربة بالرطوبة.

حيث ان عدداً كبيراً من هذه العوامل المؤثرة في المقاومة النوعية للتربة يختلف طبقاً للمكان والوقت، لذلك يمكن اعتبار القيم المذكورة في الجدول الموضح قيماً للدلالة فقط، أما القيم الفلية لمقاومة التربة النوعية فيجب التحقيق منها بالقياس كما تؤثر درجة حرارة التربة القريبة من درجة التجمد أو تحتها على مقاومتها النوعية بدرجة قليلة، ويكون جزء القطب التاريض القريب من السطح (على مسافة 1متر) غير فعال في حالة تجمد التربة.

أما في المناطق التي تكون بها مقاومة التربة النوعية ثابتة فيتم اختبار الأماكن المناسبة لإنشاء اقطاب التاريض وطرق إعداد المكان المختار للحصول على أفضل وأقل قيم للمقاومة، وعلى ان يتم ذلك طبقاً للمقاومة النوعية المقاسة، وفي حالة وجود فرصة لاختيار مكان نظام التاريض فمن المفضل أن يتم في الأنواع التالية من التربة:

• أرض مستنقع مبلل.
• أرض طفلة، طينية.
• أرض طفلة وطينية مختلطة بالرمال والحجارة.
• أرض رملية رطبة ومبللة.

ويجب استبعاد الأماكن المحتوية على رمال جافة وحجر جيري وضخور وجرانيت بقدر الأماكن التي يوجد بها صخور تكون قريبة من سطح التربة.

ويتم اختبار مكان نظام التأريض بعيداً عن الأماكن التي يحدث بها تجريف طبيعي للتربة كمجرى المياه الطبيعي وذلك إلا في الحالات التي بها رمل وحصى. وبصفة عامة فلا تؤثر زيادة الرطوبة بالتربة عن قيم من 15% إلى 20% كثيراً في اقليلي مقاومة التربة النوعية، ويراعى استبعاد الأماكن التي ترتفع فيها الرطوبة باستخدام سريان المياه لأن ذلك يعمل على إزالة الأملاح من التربة في هذه الأماكن.

وفي الأماكن التي يتم إقامة منشئات بها ويتم إزالة أو تجريف او إعادة للتربة أو استبدالها، يجب استخدام أقطاب تأريض لها أطوال مناسبة لتصل إلى التربة التي لم يحدث تغير في طبيعتها وتظل قيمة مقاومة قطب التاريض المستخدم عند قيمة ثابتة تقريباً في حالة جفاف الطبقات العليا للتربة في المكان بقطب التاريض.

وتستخدم طرق عديدة لمعالجة التربة أو استبدالها بتربة أخرى لتحسين مقاومة التلامس بين قطب التاريض والتربة في المناطق ذات المقاومة النوعية العالية والمناطق الصخرية والصلبة، كما أن تسريب أو تريح المواد الكيماوية خلال فترة زمنية يقلل من كفاءة طرق معالجة التربة تدريجياً مما يتطلب مراقبة تغير الإضافات الكيماوية والمضافة على مادة قطب التاريض عند معالجة التربة.

وتعتبر هذه الطريقة جيدة على المدى القريب من الناحية الاقتصادية، وذلك في المناطق التي تكون فيها المقاومة النوعية عالية ويكون نظام التاريض مطلوف لفترة زمنية قصيرة، وفي حالة ما إذا تتطلب الأمر أن تظل قيمة المقاومة في الحدود المطلوبة والتي تم تصميم نظام التاريض عليها لفترة زمنية طويلة، فإنه يفضل إحلال التربة المحيطة بالأقطاب بنوعيات اخرى من التربة ذات مقاومة نوعية صغيرة مثل:

• تربة ذات أغلبها من الطين.
• خرسانة.
• خرسانة موصلة أو أسمنتية بها حبيبات من الكربونات.

وتكون هذه المعالجة هامة في المناطق الصخرية حيث تتكون الأرض من طبقات صخرية وذلك بمعالجة التربة في الحفر التي يتم غرس قطبان التأريض الرأسية فيها أو دفن الشرائح المعدنية الممدودة أفقياً بها حتى تقبل مقاومة التلامس بين قطب التأريض والأرض، وكذلك المنطقة المؤثرة في مقاومة التاريض للقطب، ولا يجب استخدام فحم الكوك كمادة مالئة بجوار أقطار التأريض لأنه يعمل على تآكل الأقطاب.

 

نوع التربة		الظروف المناخية
		أمطار عادية وعالية أكبر من 500 مم/سنة		أمطار قليلة ومناطق صحراوية (أقل من 250مم/سنة)			مياه جوفية عالية الملوحة
		قيم محتملة أوم. متر	المدى أوم. متر	المدى أوم. متر			المدى أو م.متر
طمي رسوبي وطين خفيف		5	يعتمد على مستوى الرطوبة				1-5
طين بدون طفلة		10	5-20		10-100		1-5
طين يابس		20	10-30		50-300
حجر جيري (طباشير)		50	30-100
حجر رملي مسامي		100	30-300
كوارتز، حجر جيري مبلور ومدكوك		300	100-1000
طين إردوازي		1000	300-3000			>1000	30-1000
جرانيت		1000
صخور	2000		>1000

قيم المقاومة النوعية لأنواع مختلفة من التربة (أوم. متر)

لتصل إلى التربة التي لم يحدث تغير في طبيعتها وتظل قيمة مقاومة قطب التأريض المستخدم عند قيمة ثابتة تقريبا في حالة جفاف الطبقات العليا للتربة في المكان بقطب التأريض.

وتستخدم طرق عديدة لمعالجة التربة أو استبدالها بتربة أخرى لتحسين مقاومة التلامس يين قطب التأريض والتربة في المناطق ذات المقاومة النوعية العالية والمناطق الصخرية والصلبة كما أن تسريب أو تسريح المواد الكيماوية خلال فترة زمنية يقلل من كفاءة طرق معالجة التربة تدريجيا مما يتطلب مراقبة تغير الإضافات الكيماوية ويجب مراعاة التغيرات البيئية وكذلك تأثير المواد الكيماوية والمضافة علة مادة قطب التأريض عند معالجة التربة.

وتعتبر هذه الطريقة جيدة على المدي القريب من الناحية الإقتصادية وذلك في المناطق التي تكون فيها المقاومة النوعية عالية ويكون نظام التأريض مطلوب لفترة زمنية قصيرة وفي حالة ما إذا تتطلب الأمر أن تظل قيمة المقاومة في الحدود المطلوبة  والتي تم تصميم نظام التأريض عليها لفترة زمنية طويلة. فإنة يفضل إحلال التربة ذات مقاومة نوعية صغيرة مثل:

• تربة ذات أغلبها من الطين.
• خرسانة
• خرسانة موصلة أو أسمنتية بها حبيبات من الكربونات.

وتكون هذه المعالجة هامة في المناطق الصخرية حيث تتكون الأرض من طبقات صخرية وذلك بمعالجة التربة في الحفر التي يتم غرس قضبان التأريض الرأسية فيها أو دفن الشرائح المعدنية المدودة أفقياً بها حتى تقبل مقاومة التلامس بين قطب التأريض والأرض وكذلك المنطقة المؤثرة في مقاومة التأريض للقطب ولا يجب استخدام فحم الكوك كمادة مالئة بجوار أقطار التأريض لأنه يعمل على تأكل الأقطاب.