لماذا تستخدم المحطات الفرعية الحجارة والرمل والحصى والحجارة المكسرة؟
في المحطات الفرعية، تتطلب المعدات مثل محولات الطاقة والتوزيع وخطوط النقل ومحولات الجهد ومحولات التيار ومفاتيح العزل التأريض. وبجانب التأريض، سنستعرض الآن بالتفصيل السبب وراء الاستخدام الشائع للرمل والحجارة المكسرة في المحطات الفرعية. وعلى الرغم من مظهرها العادي، فإن هذه الحجارة تؤدي دورًا حيويًّا من حيث السلامة والوظيفة.
وفي تصميم نظام تأريض المحطة الفرعية — لا سيما عند تطبيق عدة طرق للتأريض — تُفرش الحجارة المكسرة أو الرمل عبر ساحة المحطة لأسباب جوهرية عديدة.
والغرض الرئيسي من فرش الرمل في ساحة المحطة الفرعية هو تقليل ارتفاع الجهد الأرضي (GPR)، والمعروف أيضًا باسم جهد الخطوة وجهد اللمس، والمعرَّف على النحو التالي:
ارتفاع الجهد الأرضي (GPR): أعلى جهد كهربائي قد تصل إليه شبكة تأريض المحطة الفرعية بالنسبة إلى نقطة مرجعية أرضية بعيدة يُفترض أنها عند صفر جهد حقيقي. ويُساوي ارتفاع الجهد الأرضي حاصل ضرب أكبر تيار عطلٍ يدخل الشبكة في مقاومة الشبكة.
جهد الخطوة (Eₛ): أكبر فرق جهدٍ ممكن أن يوجد بين قدمَيْ شخصٍ (عادةً على بُعد متر واحد) عندما يتدفق تيار العطل إلى نظام التأريض. أما الحالة الخاصة فهي جهد الانتقال (Etransfer)، حيث يظهر جهدٌ بين هيكل مؤرض داخل المحطة الفرعية ونقطة بعيدة خارجها — وتتم عادةً تقييمه على مسافة متر واحد بين الهياكل المعدنية ونقاط سطح الأرض.
جهد اللمس (Eₜ): أكبر فرق جهدٍ ممكن أن يوجد بين هيكل معدني مؤرض (مثل غلاف المعدات) ونقطة على سطح الأرض عندما يلمسها شخصٌ ما أثناء تدفق تيار العطل.
وخلا لحالات القصر الكهربائي، يزداد كلٌّ من جهد الخطوة وجهد اللمس بشكل كبير. وبالمقارنة مع المواد الشائعة مثل التربة أو العشب أو الخرسانة، فإن الرمل والحجارة المكسرة تمتلك مقاومةً نوعيةً عالية نسبيًّا. وهذه المقاومة النوعية العالية على السطح تحدُّ من تدفق التيار عبر جسم الإنسان، وبالتالي تقلِّل من خطر الصدمة الكهربائية أثناء عمليات الصيانة أو التشغيل القريبة من المعدات المشحونة.
وبالتالي، تُستخدم الحصى والحجارة المكسرة عن قصد في المحطات الفرعية لزيادة مقاومة الطبقة السطحية، مما يخفف فعليًّا من مخاطر جهدي الخطوة واللمس الخطرَيْن ويعزِّز سلامة العاملين أثناء حدوث أعطال أرضية.
وتوضح الجدول أدناه المقاومة النوعية لمختلف المواد مثل الحجارة والرمل وغيرها.
| مادة | المقاومة الكهربائية (Ω·م) |
| الطين والطين المشبع بالماء | <100 |
| الطين الرملي والرمل الناعم الرطب | 100–250 |
| الرمل الطيني والرمل المشبع بالماء | 250–500 |
| الرمل | 500–1500 |
| الصخر المتحلل | 1000–2000 |
| الحجارة المكسرة | 1500–5000 |
| الحصى | 1500–10000 |
أسباب استخدام الحجر في محطات التحويل والفناءات الكهربائية
فيما يلي الأسباب والمحددات الخاصة باستخدام الحجر بدلاً من المواد الأخرى:
يمكن أن تسبب العشب والأعشاب الضارة أو النباتات الصغيرة مشاكل فعلاً. خلال الأمطار أو الظروف الرطبة، يمكن أن يجعل نمو النباتات الأرض زلقة، مما يشكل مخاطر أمنية محتملة للأشخاص والمعدات. بالإضافة إلى ذلك، قد تشتعل العشب الجاف أثناء عمليات التحويل أو تسبب قصر الدائرة، مما يؤثر سلبًا على المعدات وموثوقية الشبكة. لذلك، عادة ما تتخذ محطات التحويل إجراءات للتحكم في نمو النباتات لضمان التشغيل الآمن والاستقراري.
يساعد استخدام الحجر حول الفناءات الكهربائية في منع دخول الحياة البرية مثل الثعابين والحيوانات الزاحفة والحشرات والحيوانات الصغيرة إلى منطقة المحطة.
تساعد سطح الحصى في منع تجمع المياه والبرك في الفناء الكهربائي، وهو غير مرغوب فيه للمعدات ذات الجهد العالي.
الحجارة والركام أكثر مقاومة للصدمات من العشب أو الرمال، مما يساعد في تخفيف الاهتزازات من المحولات (التي تنتج عن التقلص المغناطيسي للقلب) وتخفيف الحركة أثناء الأحداث الزلزالية.
يزيد استخدام الحجارة والركام من مقاومة الطبقة السطحية، مما يقلل من مخاطر الجهد اللمس والخطوة. بالإضافة إلى ذلك، يقمع نمو النباتات الصغيرة والأعشاب الضارة - والتي إذا كانت موجودة، يمكن أن تقلل من مقاومة السطح وترفع خطر الصدمة الكهربائية أثناء الصيانة الروتينية والعمليات.
بشكل عام، يحسن استخدام المواد الحجرية في الفناءات الكهربائية من ظروف العمل، ويدعم التشغيل المستقر، ويحسن فعالية نظام التأريض الحالي في حماية ضد الصدمة الكهربائية.
