الأسلاك الأرضية العلوية أو سلك الأرض

تعريف سلك الأرض المعلق (السلك الأرضي)

يسلك الأرض المعلق، المعروف أيضًا باسم السلك الأرضي، هو مكون أساسي في أنظمة حماية الصواعق. يتكون من واحد أو أكثر من الموصلات التي يتم تركيبها فوق خط النقل، تمتد من هيكل داعم إلى آخر. يتم تأريض هذه الأسلاك بعناية في فترات منتظمة على طول طولها.

تتمثل الوظيفة الأساسية للسلك الأرضي في اعتراض الضربات المباشرة للصواعق التي قد تستهدف موصلات الطور في خط النقل. عن طريق تحويل تيار الصاعقة بأمان إلى الأرض، يحمي السلك الأرضي الموصلات الكهربائية الحيوية من الأضرار المحتملة، مما يضمن استمرارية تشغيل نظام نقل الطاقة. من المهم ملاحظة أن السلك الأرضي فعال للغاية ضد الصواعق ولكنه لا يؤثر على تخفيف الزيادات الناتجة عن التبديل، والتي تنتج عن ظواهر كهربائية مختلفة داخل النظام الكهربائي.

عند حدوث ضربة صاعقة في وسط السلك الأرضي، يتم إنتاج موجات كهربائية وتنتشر في اتجاهين متعاكسين على طول الخط. تصل هذه الموجات في النهاية إلى أبراج النقل المجاورة، والتي تم تصميمها لتوجيه الطاقة الكهربائية بأمان إلى الأرض. ومع ذلك، تعتمد فعالية السلك الأرضي على عامل رئيسي: يجب أن يكون مقاومة بين قاعدة البرج والأرض منخفضة بما فيه الكفاية. يمكن أن يؤدي قيمة مقاومة عالية إلى عرقلة التشتت الفعال لتيار الصاعقة، مما يقلل من قدرة السلك الأرضي على حماية خط النقل وقد يؤدي إلى زيادة الزيادات الكهربائية وأضرار المعدات.

إذا لم تكن مقاومة بين قاعدة البرج والأرض منخفضة، وضربت الصاعقة السلك الأرضي أو البرج، فإن الصاعقة ستسبب جهدًا مرتفعًا للغاية. يمكن لهذا الجهد المرتفع أن يسبب تفريغًا من البرج إلى أحد أو أكثر من موصلات الطور. يُعرف هذا الظاهرة باسم التفريغ العكسي.

يحدث التفريغ العكسي بشكل خاص عندما يتجاوز حاصل ضرب تيار البرج ومقاومة البرج مستويات العزل لخط النقل. للتخفيف من هذا الخطر، يعد أحد الأساليب الفعالة هو تقليل مقاومة قاعدة البرج. في المناطق ذات مقاومة التربة العالية، يتم استخدام قضبان الدفع والموانع بشكل شائع.

الموانع هي موصل مدفون في الأرض، عادةً ما يتم تصنيعه من الفولاذ المجلفن. بالنسبة للمستقبل المعلق، تعمل الموانع كطرف أرضي متخصص. دورها هو تقليل المقاومة السطحية للاتصال بالأرض وتحسين التوصيل بين السلك الأرضي والموصل، مما يعزز الأداء العام لنظام حماية الصواعق.

في خطوط النقل، يتم استخدام نوعين رئيسيين من الموانع: الموانع الموازية والموانع الشعاعية.

الموانع الموازية

تتكون الموانع الموازية من واحد أو أكثر من الموصلات الموضوعة تحت الأرض على طول طول خط النقل بالكامل. يتم توصيل هذه الخطوط مع السلك الأرضي المعلق في كل برج وعمود. تساعد هذه التكوينة على توزيع التيار الكهربائي بشكل متساوٍ أثناء ضربة الصاعقة، مما يقلل من احتمال زيادة الجهد العالي ويقلل من احتمال حدوث التفريغ العكسي.

الموانع الشعاعية

تتميز الموانع الشعاعية بسلسلة من الأسلاك التي تمتد بشكل شعاعي من قاعدة أرجل البرج. يتم تحديد العدد والطول المحدد لهذه الأسلاك بعناية بناءً على عاملين رئيسيين: الموقع الجغرافي للبرج وظروف التربة السائدة. تلعب هذه المتغيرات دورًا مهمًا في تحسين فعالية الموانع في تقليل مقاومة قاعدة البرج وتعزيز حماية الصواعق العامة لخط النقل.

زاوية التحجب أو الزاوية الواقية

تُعرَف زاوية التحجب أو الزاوية الواقية بأنها القياس الزاوي بين التراص العمودي للسلك الأرضي وموصل الطور الذي يحتاج إلى الحماية. تقليديًا، يتم قياس هذه الزاوية كزاوية تشكل بين الخط العمودي المرتبط بالسلك الأرضي والخط الذي يربط السلك الأرضي بموصل الطور الخارجي. تعتبر هذه الزاوية معلمة أساسية في تصميم وتقييم أنظمة حماية الصواعق لخطوط النقل المعلقة، حيث تؤثر مباشرة على قدرة السلك الأرضي على اعتراض ضربات الصواعق وحماية موصلات الطور من الأضرار المحتملة.

تحسين تكوينات التحجب والأسلاك الأرضية

من أجل التحجب الأمثل ضد ضربات الصواعق في خطوط النقل المعلقة، من الضروري تقليل الزاوية الواقية. تعتبر الزوايا التي تتراوح بين 20° و 30° فعالة وآمنة للغاية لتقديم حماية كافية لموصلات الطور. يتجنب المهندسون وضع الزاوية الواقية أعلى من 40°، حيث يؤدي ذلك إلى تقليل كفاءة التحجب بشكل كبير ويزيد من خطر ضرب الصواعق مباشرة للموصلات.

في أنظمة الطاقة ذات الجهد العالي الحديثة، والتي غالباً ما تتميز بمسافات أوسع بين الموصلات، أصبحت تكوينات السلك الأرضي ذو السلكين المعيار. توفر هذه التكوينة حماية أفضل مقارنة بأنظمة السلك الواحد التقليدية. استخدام سلكين للأرض لا يعزز فقط التغطية والإعتراض ضد الصواعق بشكل عام ولكنه يوفر أيضًا العديد من المزايا الكهربائية. على سبيل المثال، تكون المقاومة السطحية لنظام السلك الأرضي ذو السلكين أقل، مما يسمح بالتخلص الأكثر فعالية من الزيادات الكهربائية الناتجة عن الصواعق. بالإضافة إلى ذلك، يزيد وجود سلكين من تأثير التوصيل بين السلك الأرضي وموصلات الطور. يساعد هذا التوصيل المحسن على توازن أفضل للشحنات الكهربائية، مما يقلل من احتمال زيادة الجهد ويحسن موثوقية وقوة البنية التحتية لنقل الطاقة ذات الجهد العالي.