طرق التوصيل بالأرض

طرق التأريض وألواح التأريض

في الأنظمة الكهربائية، هناك عدة طرق للتأريض متاحة، بما في ذلك التأريض باستخدام الأسلاك أو الشرائط، والتأريض بالقضيب، والتأريض بالأنابيب، والتأريض بالصفائح، والتأريض عبر الأنابيب الرئيسية للمياه. من بين هذه الطرق، يعتبر التأريض بالأنابيب والتأريض بالصفائح الأكثر شيوعًا، وسيتم استكشافهما بمزيد من التفصيل أدناه.

لوحة التأريض

تُبنى لوحة التأريض عن طريق ربط قضبان متعددة بموصلات النحاس. تعمل هذه التكوينة على تقليل مقاومة التأريض الإجمالية بشكل فعال ولعب دور حاسم في الحد من الجهد الأرضي. وهي مناسبة بشكل خاص للمناطق التي يتوقع فيها تدفقات عطل كبيرة. عند تصميم لوحة التأريض، يجب النظر بعناية في عدة عوامل حرجة:

اعتبارات السلامة

خلال حالة العطل، يجب أن يظل الفرق الجهد بين الأرض وسطح الأرض عند مستوى لا يشكل خطورة على الأفراد الذين قد يلامسون السطوح الموصلة غير المحملة بالتيار الكهربائي للنظام الكهربائي. هذا يضمن سلامة الأشخاص العاملين حول أو بالقرب من التركيب الكهربائي.

تشغيل ملقط الحماية

يجب أن تكون قادرة لوحة التأريض على التعامل مع تدفقات عطل مستمرة كبيرة بما يكفي لتحفيز ملقط الحماية. تعتبر المقاومة الأرضية المنخفضة ضرورية لتسهيل تدفق التيار العاطل عبر اللوحة، مما يسمح بتشغيل ملقط الحماية بسرعة وعزل الجزء المعطل من النظام الكهربائي.

منع التيار القاتل

يجب تصميم مقاومة لوحة التأريض بدقة لمنع تدفق التيار القاتل عبر جسم الإنسان في حالة اتصال عرضي بأجزاء مكهربة. هذا هو متطلب أساسي للسلامة لحماية الحياة البشرية.

حد الجهد الخطوة

يجب أن يضمن تصميم لوحة التأريض أن يبقى الفرق الجهد الخطوة - وهو الفرق الجهد بين نقطتين على سطح الأرض على مسافة معينة - أقل من القيمة المسموح بها. تعتمد هذه القيمة المسموح بها على عدة عوامل، مثل مقاومة التربة وتلك المتعلقة بشروط العطل اللازمة لعزل المعدات المعطلة من النظام الكهربائي الحي. من خلال الحفاظ على الجهد الخطوة ضمن حدود آمنة، يتم تقليل خطر الصدمة الكهربائية للأفراد الذين يمشون بالقرب من التركيب الأرضي.

أقطاب التأريض
تعني أقطاب التأريض أي سلك أو قضيب أو أنبوب أو صفيحة أو مجموعة موصلات يتم غرسها في الأرض، إما أفقيًا أو عموديًا. في أنظمة التوزيع الكهربائية، الشكل الشائع لأقطاب الأرض هو القضيب، الذي يكون عادة حوالي 1 متر في الطول، ويتم غرسه عموديًا في الأرض. هذا التصميم البسيط ولكنه فعال يساعد على إنشاء اتصال موثوق به بين النظام الكهربائي والأرض، مما يسهل التخلص الآمن من تدفقات العطل.

على العكس، داخل محطات التوليد، بدلاً من الاعتماد على قضبان فردية، غالبًا ما يتم استخدام لوحة تأريض. تتكون لوحة التأريض من عدة موصلات مترابطة لتشكيل شبكة. يقدم هذا النهج العديد من المزايا مقارنة باستخدام أقطاب فردية. توفر المساحة السطحية الأكبر والطبيعة المتصلة للوحة التأريض مقاومة إجمالية أقل، مما يمكنها من التعامل مع تدفقات عطل أكبر بكفاءة أكبر. بالإضافة إلى ذلك، يساعد في توزيع الجهد الكهربائي بشكل أكثر تساويًا عبر منطقة المحطة، مما يقلل من خطر الجهد الخطوة واللمس الخطرة التي قد تمثل تهديدًا للأفراد والمعدات.

التأريض بالأنبوب
من بين الطرق المختلفة للتأريض القابلة للتطبيق تحت نفس ظروف التربة والرطوبة، يبرز التأريض بالأنبوب كأحد أكثر الأنظمة شيوعًا وفعالية. في هذا النهج، يتم تثبيت أنبوب فولاذي مغلفن مع ثقوب، وفقًا للمواصفات المعتمدة المتعلقة بالطول والقطر، بشكل عمودي في تربة تظل رطبة دائمًا، كما هو موضح في الرسم المرفق.

يعد اختيار حجم الأنابيب أمرًا حيويًا، حيث يتم تحديده بناءً على عاملين رئيسيين: حجم التيار الذي يحتاج النظام الكهربائي إلى توصيله وخصائص التربة. قد يكون من الضروري استخدام أنبوب بقطر أكبر أو أنبوب أطول لتوفير تدفقات عطل أكبر، مما يضمن أن يمكن توصيل الشحنة الكهربائية بأمان وكفاءة إلى الأرض. بالإضافة إلى ذلك، تختلف أنواع التربة في مقاومتها الكهربائية؛ على سبيل المثال، قد تحتاج التربة ذات المقاومة الكهربائية الأعلى إلى أنبوب أكبر حجمًا لتحقيق الاتصال ذي المقاومة المنخفضة المرغوب مع الأرض. يضمن هذا العملية الدقيقة لتحديد الحجم موثوقية وسلامة نظام التأريض بالأنبوب، مما يجعله الخيار المفضل لمجموعة واسعة من التركيبات الكهربائية.

بالنسبة للتأريض بالأنبوب، يشير الممارسة القياسية إلى أبعاد محددة للأنبوب الأرضي، والتي تختلف وفقًا لظروف التربة. عادةً، في التربة العادية، يتم استخدام أنبوب بقطر 40 ملم وبطول 2.5 متر. ومع ذلك، في التربة الجافة والحجرية، يكون من الضروري استخدام أنبوب أطول للتأكد من اتصال فعال بالأرض. العمق الذي يتم فيه دفن الأنابيب مرتبط مباشرة بمستوى الرطوبة في الأرض، حيث تساعد البيئة الأكثر رطوبة على زيادة التوصيل الكهربائي.

في التركيب النموذجي، يتم وضع الأنابيب على عمق 3.75 متر. لتحسين أدائها، يتم تحيط قاعدة الأنابيب بقطع صغيرة من الكوك أو الفحم، موضوعة على بعد حوالي 15 سم. يتم استخدام طبقات متناوبة من الكوك والملح، وكل منها يخدم أغراض مختلفة. يزيد الكوك من مساحة الاتصال الفعالة مع الأرض، بينما يقلل الملح من مقاومة الأرض، مما يعزز كفاءة نظام التأريض بشكل جماعي.
يتم توصيل أنبوب إضافي بقطر 19 ملم وبطول أدنى 1.25 متر بجزء أعلى الأنابيب الحديدية المغلفنة (GI) عبر مأخذ تقليل. يلعب هذا الأنابوب الثانوي دورًا مهمًا في الحفاظ على وظائف النظام، خاصة أثناء الظروف الجوية السيئة.

خلال أشهر الصيف، ينخفض مستوى الرطوبة في التربة بشكل طبيعي، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة الأرض. للتغلب على ذلك، يتم بناء هيكل من الخرسانة المسلحة لضمان تزويد ثابت بالمياه. لصيانة اتصال الأرض الفعال، يتم صب 3 إلى 4 دلاء من الماء عبر مصاصة مرتبطة بأنبوب قطره 19 ملم، والذي يتم توصيله بأنبوب GI الرئيسي. يتم تشغيل سلك الأرض، الذي يمكن أن يكون سلك GI أو شريط سلك GI بمساحة مقطع كافية لحمل تدفقات العطل بأمان، عبر أنبوب GI قطره 12 ملم مدفون على عمق حوالي 60 سم تحت سطح الأرض.
التأريض بالصفيحة
يتضمن التأريض بالصفيحة دفن صفيحة تأريض في الأرض. يمكن أن تكون الصفيحة مصنوعة إما من النحاس، بأبعاد 60 سم × 60 سم × 3 ملم، أو الحديد المغلفن، بأبعاد 60 سم × 60 سم × 6 ملم. يتم وضع الصفيحة بشكل عمودي، بحيث يكون الجزء العلوي على عمق لا يقل عن 3 أمتار من سطح الأرض. يعد هذا العمق حيويًا للتأكد من التأريض الكهربائي الموثوق به، حيث يسمح للصفيحة بإجراء اتصال كافٍ مع التربة، مما يسهل التخلص الآمن من التيار الكهربائي في حالة العطل.

التأريض بالصفيحة
عند تنفيذ التأريض بالصفيحة، يتم إدخال الصفيحة الأرضية في طبقات مساعدة من الكوك والملح، بسمك أدنى 15 سم لهذه الطبقات. تساعد هذه المزيج على تقليل مقاومة التربة حول الصفيحة، مما يعزز فعالية نظام التأريض. يتم توصيل سلك الأرض، مصنوعًا إما من الحديد المغلفن (GI) أو النحاس، بقوة إلى الصفيحة الأرضية باستخدام المكسرات والبراغي. رغم أن النحاس يتمتع بقدرة توصيل كهربائي أفضل، إلا أن الألواح والأسلاك النحاسية ليست شائعة الاستخدام في التأريض بسبب تكلفتها الأعلى بشكل كبير مقارنة بالبدائل المغلفنة. يجعل هذا التكلفة-الفائدة المواد المغلفنة الخيار المفضل لمعظم التطبيقات العملية للتأريض.
التأريض عبر الأنابيب الرئيسية للمياه
يعد التأريض عبر الأنابيب الرئيسية للمياه طريقة أخرى لإنشاء اتصال كهربائي بالأرض. في هذا النهج، يتم توصيل سلك GI أو نحاسي بالأنابيب الرئيسية للمياه. يتم تأمين الاتصال باستخدام سلك ربط فولاذي، يتم تثبيته على سلك نحاسي. تستفيد هذه الطريقة من الشبكة المعدنية الواسعة للأنابيب الرئيسية للمياه، والتي عادة ما تكون لها اتصال جيد بالأرض، لتوفير مسار مقاومة منخفضة للتيار الكهربائي في حالة العطل. ومع ذلك، يجب أن يتوافق هذا النوع من التأريض مع اللوائح الأمنية والترميزات الصحية ذات الصلة للتأكد من سلامة الكهرباء وسلامة نظام الإمداد بالمياه.

غالبًا ما يتم تصنيع أنابيب المياه من المعدن ودفنها تحت سطح الأرض، مما يوفر اتصالًا مباشرًا بالأرض. في حالة العطل، يتم توجيه التيار الذي يتدفق عبر السلك المغلفن (GI) أو النحاسي المستخدم للتأريض مباشرة إلى الأرض عبر أنبوب المياه. يوفر هذا مسارًا مريحًا وفعالًا غالبًا لتفريغ تدفقات العطل، مستفيدًا من الشبكة الواسعة تحت الأرض لأنابيب المياه وقدرتها الذاتية على التوصيل كهيكل معدني.