logo

logo

logo

logo

logo

التأريض

تاريض

Earthing - Mise à la terre

التأريض

 

التأريض هو الربط الكهربائي المتعمد مع الأرض لنقاط الحياد أو الهياكل والأجزاء المعدنية من التجهيزات والإنشاءات الكهربائية التي يجب أن تكون في حالة العمل الطبيعية غير واقعة تحت تأثير التوتر الكهربائي. ويتم ذلك بوساطة شبكة أو نظام التأريض «earthing system» ويستخدم التأريض لتحقيق غايتين أساسيتين:

1ـ تأمين الشروط المثلى للشبكة أو المنشأة الكهربائية لكي تقوم بوظيفتها المطلوبة بأقل المخاطر والآثار التي يمكن أن تنجم عن حالات الأعطال المختلفة.

2ـ تأمين الحماية الفعالة للكادر البشري المستثمر للمنشآت والتجهيزات الكهربائية من خطر الإصابة بالتيار الكهربائي. يسمى التأريض المستخدم للغرض الأول التأريض الوظيفي، ويدعى التأريض المستخدم لأغراض الحماية بالتأريض الوقائي.   

أولاً ـ التأريض الوظيفي «Functional earthing»    

يقصد بالتأريض الوظيفي عملية ربط بعض نقاط الشبكة الكهربائية مع الأرض بصورة متعمدة كنقاط الحياد في المولدات والمحولات، وذلك بهدف إضفاء بعض الخواص المهمة على الشبكة لتصبح أعلى جودة من ناحية التصميم والاستثمار. فالتأريض يمكن أن يسهم في خفض زيادات التوتر الناتجة من عمليات التبديل ( Switching) في الشبكة، ومن ثَم خفض درجة عازلية المحولات عالية الاستطاعة وتبسيط بعض دارات الحماية. ويمكن تقسيم الشبكة الكهربائية بطريقة التأريض المستخدمة فيها إلى الأنواع الرئيسة الآتية:

أـ الشبكة غير المؤرضة أو المعزولة  «Non-earthed or isolated network»  

أ ـ تلامس مع طورين ؛      ب وج ـ تلامس مع طور واحد 0

Z1، Z2،Z3  ـ الممانعات الإجمالية لأطوار الشبكة بالنسبة للأرض Ih ـ التيار الذي يسري من الشبكة  عبر الإنسان إلى  الأرض0

 

تكون نقطة الحياد «Neutral Point» في هذه الشبكة غير مؤرضة ومعزولة عن كمون الأرض (الشكل 1).

وعلى الرغم من ذلك فهناك اتصال كهربائي محدود بين أطوار الشبكة المعزولة والأرض عبر الناقليات السعوية والفعالة الضئيلة القائمة بين الأطوار والأرض. تتميز هذه الشبكة بأن حالة تماس أحد أطوارها مع الأرض لا تعد حالة عطل خطرة ولا تقتضي فصلها عن العمل، بل يقتصر عمل أجهزة الحماية في هذه الحالة على إصدار إشارة إنذار عن حدوث هذا التماس. تتعلق قيم التيار والتوتر لدارة طور الشبكة الذي يتعرض للتماس مع الأرض بقيمة المقاومة المتشكلة بين هذا الطور ومكان التماس. مع تناقص مقاومة التماس تتزايد قيمة التيار المتسرب إلى الأرض حتى يبلغ قيمته العظمى عند انعدام هذه المقاومة. عند ذلك تتناقص أيضا قيمة التوتر على الطور المصاب مع تزايد توتري الطورين السليمين. ومع أن تماس أحد أطوار هذه الشبكة مع الأرض لا يعد عطلاً شديداً، إلا أن ذلك يؤدي إلى زيادة كبيرة بقيمة التوتر على الطورين الباقيين مما يزيد من احتمال انهيار عازلية طور آخر وحدوث تماس ثان مع الأرض. في هذه الحالة يتحول العطل إلى قصر بين  طورين يقتضي الفصل فوراً. لذلك حين حدوث تماس للطور مع الأرض في الشبكة ذات الحيادي المعزول يتوجب اتخاذ الإجراءات السريعة لمعالجة العطل قبل أن يتطور إلى حالة قصر خطيرة. إضافة إلى ما تقدم يمكن أن تتعرض هذه الشبكة في الحالات العابرة لزيادات توتر تصل إلى ثلاثة أضعاف التوتر الإسمي. لذلك يبقى استخدام هذه الشبكات مقبولاً من الناحية الفنية حتى التوترات المتوسطة التي لا تتجاوز قيمتها 35 KV على ألا تتجاوز قيمة تيار التسرب الأرضي A (15 ÷ 5)، تبعاً لتوتر الشبكة. 

ب ـ الشبكات ذات الحيادي المؤرض عبر مفاعل تأريض

 C3 ـC2 ـC1 ـCN  ـ الناقليات السعوية لأطوار الشبكة بالنسبة للأرض.

 Rh ـ المقاومة الأومية لجسم الإنسان.

في هذه الشبكة توصل نقطة الحياد إلى الأرض عبر مفاعل Earthing reactor  «L0» له مقاومة أومية ro. وتعتمد هذه الشبكة على مبدأ تعديل «Compensation» تيار التسرب الأرضي السعوي الذي يسري في الدارة ذات الحيادي المعزول في حال تلامس أحد أطوارها مع الأرض .

أي إن محارضة المفاعل L0 تقوم بإلغاء الناقلية السعوية C المتشكلة بين أطوار الشبكة والأرض، وهذا بالنتيجة يؤدي إلى خفض قيمة تيار التسرب الأرضي في هذه الشبكة إلى حدود أقل بكثير من تيار التسرب في الشبكة ذات الحيادي المعزول. إن خفض قيمة تيار التسرب الأرضي في حالة العطل الأكثر شيوعاً وهي حالة تماس أحد الأطوار مع الأرض يؤدي إلى نتيجة  غاية في الأهمية وهي خفض درجة احتمال ترافق حالة التماس مع ظهور القوس الكهربائي، ومن ثمَّ فإن تأريض نقطة الحياد عبر مفاعل التأريض يخفف من مخاطر هذا العطل ويخفض إمكانية  تطوره إلى حالة قصر بين طورين. بفضل ذلك يصبح هناك متسع أكثر  من الوقت  للبحث عن مكان التماس مع الأرض وتصير حالة العطل هذه أقل خطورة بكثير مما في الشبكة ذات الحيادي المعزول.

إن استخدام مفاعل التأريض يساعد أيضاً على خفض قيمة التوترات الزائدة في الحالة العابرة المؤثرة في الشبكة المعزولة. وعند تصميم هذه الشبكة يجب الانتباه إلى ضرورة  اختيار قيمة محارضة المفاعل L0 بما يتناسب مع الناقلية السعوية للشبكة C، أي إنه يتوجب تعيير الشبكة على نحو يضمن حالة التعديل الكامل للناقلية السعوية C لكي نتجنب العمل في حالة الطنين التي تترافق بزيادات توتر خطرة.

 ـ Ue,Ie,re المقاومة الأومية والتيار والتوتر لدارة العطل.

 U.,I.,r. -المقاومة الأومية والتيار والتوتر بين نقطة الحياد والأرض.

 Uh,Ih -التيار والتوتر المؤثران في الإنسان الواقع تحت التوتر.

بفضل الميزات آنفة الذكرلهذه الشبكة فإنها تستخدم بصورة أوسع من الشبكة السابقة وتبقى جدواها الفنية والاقتصادية محققة حتى التوتر  110 KV.

ج ـ الشبكات ذات التأريض المباشر (الوثيق)  Dead earthed networks 

في هذه الشبكات تربط نقاط  الحياد مع الأرض مباشرة أو عبر مقاومة تأريض صغيرة  ro لا تتجاوز 0.5 Ω (الشكل3).

إن الارتباط الكهربائي الوثيق بين نقطة الحياد والأرض في هذه الشبكات يؤدي إلى جعل حالة تماس أحد الأ طوار مع الأرض بمنزلة قصر أحادي الطور يترافق بسريان تيار قصر كبير يستوجب الفصل اللحظي بأجهزة الحماية لذلك فإن حالة التماس لأحد الأطوار مع الأرض، تعد هنا حالة عطل غير مسموحة. إلا أنه بفضل عملية التأريض تبقى التوترات في الأطوار الأخرى عند تماس أحد الأطوار مع الأرض قريبة من قيمتها الإسمية. أي إن حالة الأعطال في هذه الشبكات تكون أخف من ناحية زيادات التوتر، لذلك تستخدم هذه الشبكات عند التوترات العالية بدءاً من 35 KV. إلا أنه يتوجب عند تصميم هذه الشبكات الانتباه إلى حساب تيار  القصر أحادي الطور  إذ يمكن في بعض الحالات أن يتجاوز بالقيمة تيار القصر ثلاثي الطور، وذلك إذا كان عدد العناصر المؤرضة في هذه الشبكة (المحولات والمولدات) كبيراً. في هذه الحالة يتوجب إبقاء عدد من المحولات دون تأريض  بحيث يبقى تيار القصر أحادي الطور أصغر من التيار في حالة القصر ثلاثي الطور.

ثانياً ـ التأريض الوقائي Protective earthing

يتمثل التأريض الوقائي بربط جميع الأجزاء أو الهياكل أو الأغطية المعدنية المكشوفة لمختلف التجهيزات التي تعمل بالطاقة الكهربائية مع الأرض بشكل وثيق. وتكون هذه الأجزاء المعدنية في حالة العمل الطبيعية للتجهيزات بعيدة عن تأثير التوتر الكهربائي. ويهدف تأريض هذه الأجزاء إلى حماية الإنسان من خطر التوتر الكهربائي في حال حدوث تماس بين الهياكل والأغطية المعدنية للتجهيزات ومنبع التوتر. إن إجراءات التأريض الوقائي تهدف إلى حماية حياة الإنسان الواقع على تجاور دائم من التجهيزات الكهربائية من الخطر عن طريق خفض التوترات والتيارات التي يمكن أن يتعرض لها إلى الحدود الآمنة. يعد التوتر الكهربائي غير خطر على حياة الإنسان إذا بقيت قيمته دون 50V بالنسبة للتوتر المتناوب و120V بالنسبة للتوتر المستمر. كما يبقى التيار الكهربائي غير خطر  إذا لم تتجاوز قيمته 03Am. وهنا يمييز بين مفهومي توتر اللمس وتوتر الخطوة . فالمقصود بتوتر اللمس التوتر المؤثر بين نقطتين مختلفتين من دارة سريان التيار الكهربائي عبر جسم الإنسان. أما توتر الخطوة فهو فرق الكمون بين قدمي الإنسان على مسافة الخطوة الواحدة 80 cm  وفي كلتا الحالتين يجب أن يكون كل من توتر اللمس أو توتر الخطوة ضمن الحدود الآمنة المذكورة أعلاه . إن درجة احتمال تعرض الإنسان للتيار الكهربائي هي أعلى ما يمكن  في دارات التوتر المنخفض  380V كون الإنسان على تواصل دائم مع هذه الدارات سواءً في المسكن أو في مكان العمل. لذلك توضع وتنسق إجراءات التأريض والحماية بما يتوافق مع خصائص هذه الشبكات حيث تستخدم فيها عدة أنظمة تأريض وقائي مصنفة كما يلي:

1 ـ الشبكة ذات نظام التأريض TN - C (الشكل4 ـ أ). في هذه الشبكة يكون خط الحياد المخصص للتأريض الوظيفي N  مدمجاً مع أرضي الحماية PE وهذا يعني أن أجزاء التجهيزات الواجب تأريضها تربط مباشرة مع خط الحياد الرئيسي. تتميز هذه الشبكة ببساطة التكوين وانخفاض الكلفة إلا أنها أقل مرونة وموثوقية.

2 ـ الشبكة ذات نظام التأريض  TN-S (الشكل4ـ ب). يكون خط الحياد الأساسي المستخدم للتأريض الوظيفي N نفصلاً عن خط التأريض الوقائي PE، الذي  تؤرض هياكل الآلات عن طريقه . لذلك تتكون هذه الشبكة من خمسة خطوط، ثلاثة للأطوار وخطين للحيادي. وعلى الرغم من وجود خطين مستقلين للحيادي في هذه الشبكة إلا أنهما يشتركان في نظام تأريض واحد. تتميز الشبكة بأنها أكثر مرونة وموثوقية من النوع السابق إلا أنها أعلى كلفة.

 

 أ ـ الشبكة ذات الحيادي المشترك للتأريض الوظيفي وتأريض الحماية.

 ب ـ الشبكة ذات الحيادي الوظيفي المستقل عن حيادي الحماية والتأريض المشترك.

ج ـ الشبكة ذات الحيادي والتأريض الوظيفيين المستقلين عن حيادي وتأريض الحماية.

3 ـ الشبكة ذات نظام التأريض TT في هذه الشبكة يكون خط الحياد الوظيفي ونظام تأريضه منفصلين تماماً عن نظام التأريض الوقائي (شكل4 ـ ج)، إذ تؤرض الهياكل المعدنية للتجهيزات على نحو مستقل عن حيادي الشبكة عن طريق أوتاد تأريض مستقلة، حين حدوث عطل في أي من الشبكات المذكورة أعلاه متمثل بتلامس أحد الأطوار مع الهياكل أو الأغطية المعدنية للتجهيزات تزداد قيمة الكمون الكهربائي في هذه الأجزاء في هذه الحالة من أجل ضمان سلامة العاملين بعدم تجاوز توتر اللمس حد الخطورة (50 > UB)  يتوجب ألا تتجاوز مقاومة التأريض 2،0 Ω كما يجب أن تكون تجهيزات الحماية والقطع ذات حساسية عالية لحالة التماس بين أحد الأطوار وخط الحياد تمكنها من فصل العطل  في زمن لا يتجاوز 0.2 ثانية في الدارات الواقعة تحت متناول يد الإنسان كالمآخذ والتجهيزات الكهربائية التي تحمل باليد، أو في زمن لا يتعدى 5 ثانية في الدارات البعيدة عن متناول اليد. من جهة أخرى يجب من أجل ضمان بقاء توتر الخطوة ضمن الحدود الآمنة، وعدم تعرض حياة الإنسان للخطر، عند حدوث تماس بين أحد الأطوار مع الأرض، تصمم شبكة التأريض وفق الأسس الفنية الصحيحة كأن لا يتجاوز البعد بين وتد التأريض والآخر من ضعف إلى ضعفي طول الوتد (الشكل ـ5).

أ ـ توزع خطوط الحقل الكهربائي حول أوتاد التأريض.

ب ـ تسوية الكمون بواساطة النواقل الأفقية لشبكة التأريض.

 Us ـ توتر الخطوة.  Utـ توتر اللمس. Rr ـ مقاومة الوتد الأرضي. Rc ـ مقاومة النواقل الأفقية من شبكة التأريض.               

 ثالثاً ـ القواعد الأساسية المتبعة عند حساب شبكات التأريض  

 يعتمد في حساب شبكات التأريض على قيمة المقاومة النهائية المميزة لهذه الشبكة، فهذه المقاومة يجب ألا تتجاوز في الحالة العامة،  كما ذُكر آنفاً (Ω2) في التأريض  الوقائي في شبكات التوتر المنخفض. وفي بعض الحالات يتوجب أن تكون مقاومة التأريض دون 0.5 Ω كما هي الحال في شبكات تأريض تجهيزات التيار الضعيف. بعد تحديد قيمة مقاومة التأريض المطلوبة يتم السعي لتحقيقها عن طريق استخدام شبكة من المؤرضات الطبيعية إن وجدت أوالمؤرضات الاصطناعية . وتشمل المؤرضات الطبيعية أية تمديدات معدنية متصلة مع عمق الأرض بشكل وثيق كالآبار الارتوازية وغيرها. أما المؤرضات الاصطناعية فتتكون من نظام يصمم بطرق فنية محددة يشتمل على مجموعة من أوتاد التأريض الفولاذية أو النحاسية المغروزة في التربة إلى عمق يصل إلى 2-5 أمتار. وتربط هذه الأوتاد مع بعضها ربطاً وثيقاً عن طريق نواقل معدنية أفقية تطمر في التربة على عمق لا يقل عن 50 سم. ويجب أن تكون أجزاء شبكة التأريض المطمورة في التربة من أنواع المعادن ذات المقاومة العالية للتآكل والصدأ بحيث تبقى في الخدمة لمدة لاتقل عن 25-30 عاماً.

يتعلق حجم شبكة التأريض وعدد عناصرها بما يسمى المقاومة النوعية للتربة P. وتتعلق هذه المقاومة بنوع التربة ونسبة الأملاح والمواد الناقلة فيها، كما تتعلق بدرجة حرارة التربة ورطوبتها. لذلك فهذه المقاومة تتغير مع فصول السنة. وتكون هذه المقاومة أعلى ما يمكن في التربة الرملية أو الصخرية (500-1000)، وتنخفض بحدة في الترب الزراعية الطينية العميقة (50-150). يمكن تحديد المقاومة النوعية للتربة عن طريق استخدام أجهزة قياس مخصصة لهذا الغرض. وتحسب المقاومة الأومية لكل عنصر من عناصر شبكة التأريض أثناء التصميم (الأوتاد، النواقل الأفقية، المؤرضات الطبيعية) على حدة باستخدام علاقات حسابية تجريبية معروفة تأخذ بعين الاعتبار المقاومة النوعية للتربة وأبعاد عناصر التأريض. بعد ذلك  تحسب المقاومة النهائية لشبكة التأريض بتحصيل هذه المقاومة بحسب قواعد الربط على التوازي. أي إنه كلما كان عدد عناصر التأريض كبيراً تكون المقاومة النهائية للشبكة أقل. يجب، عند استثمار  شبكات التأريض، القيام بأعمال الكشف والفحص الدوري لها مرة واحدة كل عام على الأقل على أن يتضمن ذلك التأكد من الاتصال الوثيق للعناصر المؤرضة مع الأرض وقياس مقاومة شبكة التأريض بأجهزة خاصة للتأكد من الجاهزية الفنية لهذه الشبكة.

 

عبد المطلب أبو سيف

 

 

التصنيف : التقنيات (التكنولوجية)
النوع : تقانة
المجلد: المجلد الخامس
رقم الصفحة ضمن المجلد : 839
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 578
الكل : 29654336
اليوم : 34346

المزيف في الفن

المزيّف في الفن   امتد التزييف إلى مختلف ميادين الحياة الفنية والثقافية والفكرية، والتزييف في الفن عملية مستمرة منذ القدم. وقد اختلفت وجهات النظر من موضوع التزييف من عصر إلى آخر. وللتزييف دوافع وبواعث عدة، منها الشعور بالنقص والعجز والضعف والرغبة في الظهور والربح. شعر قدماء الرومان بعجزهم الفني وعدم قدرتهم على مجاراة الفنانين الإغريق مثل ميرون Myron وفيدياس Phidias وبوليكليت Polyclète وبراكستيل Praxitèle وليزيب Lysippe… وغيرهم؛ مما جعلهم يأخذون مجموعات من تلك الروائع الفنية الإغريقية، ويعهدون إلى الصناع الفنيين والفنانين المبتدئين بعمل نسخ لهم عن تلك الروائع الفنية الإغريقية، مثل تمثال «رامي القرص» للفنان ميرون. وهناك صورة المعركة الحاسمة بين الإسكندر المقدوني وداريوس الثالث، وهناك نسخة عنها، وهي لوحة فسيفساء تمثل الإسكندر وملك الملوك داريوس في معركة أربيل الحاسمة.
المزيد »