كمال سوريا
10-05-2007, 12:20 PM
1- الغاية من التأريض : إن تأريض جسم معدني يعني ربط هذا الجسم بالأرض بهدف جعل كمونه أقرب مايكون إلى كمون الأرض الطبيعية وهو الصفر . وللتأريض غايتان رئيسيتان :
الأولى : حماية الإنسان والحيوان من أخطار التكهرب الناتج عن ظهور توترات خطرة على الأجزاء المعدنية القابلة للمس والتي قد تتعرض لظهور هذه التوترات الخطرة نتيجة تماس عرضي بين النواقل الحية وهذه الأجسام المعدنية . وقد حددت الأنظمة العالمية التوتر الخطر على الإنسان بـ 50 فولت في النظام الفرنسي و65 فولت في النظام الألماني .
الثانية : المحافظة على نظام توزيع القدرة الكهربائية من ارتفاع توتر الشبكة بالنسبة للأرض ( عند حدوث الأعطال الأرضية ) إرتفاعاً يتجاوز التوتر المسموح لعمل العوازل . وقد حددت الأنظمة العالمية هذا التوتر بـ 250 فولت بين أحد الأطوار والحيادي أو الأرض وذلك للشبكات التي تعمل بتوتر نظامي 220 / 380 فولت .
يتم تأريض الأجسام المعدنية بوصلها عبر ناقل جيد الناقلية ( الناقل الأرضي ) إلى جسم معدني ( قطب التأريض ) مدفون في الأرض بطريقة مناسبة تؤمن الاتصال الجيد بينه وبين الأرض ، أي أن نظام التأريض يتألف من أقطاب التأريض والناقل الأرضي الرئيسي والنواقل الأرضية الفرعية .
2- أقطاب التأريض : تكون على شكل صفائح أو أوتاد أو شرائط . لقطب التأريض مقاومة بينه وبين الأرض الطبيعية تسمى مقاومة التأريض أو مقاومة القطب الأرضي ، تتعلق هذه المقاومة بشكل قطب التأريض وعمق طمره والمقاومة النوعية للتربة التي تم طمره فيها وهذه المقاومة تختلف حسب نوع التربة والظروف المناخية المحيطة وهي تأخذ شكل منحن جيبي على مدار فصول السنة وواحدتها أوم / متر ، والجدول التالي يبين المقاومة النوعية الوسطية للتربة حسب نوعها :
نوع الأرض المقاومة النوعية الوسطية
رطبة ، ملحية ، مستنقعات 30
طينية - زراعية 100
رملية رطبة 200
بيتون 300
بحصة رطبة 500
رملية جافة 1500
بحصة جافة 1500
صخرية - حجرية 3000
أما أقطاب التأريض فيمكن أن تكون وفق أحد الأنواع التالية :
أ- الصفائح : وتكون من النحاس أو الحديد المغلفن ( غير قابل للصدأ ) وبأبعاد متر x متر وسماكة لاتقل عن 3 مم للحديد و 2 مم للنحاس . تطمر الصفائح في التربة أفقياً أو عمودياً على أن تكون حافتها العلوية على عمق متر واحد من سطح الأرض ، وتردم الحفرة بالتراب الناعم المرصوص جيد الناقلية ويحظر استعمال الفحم أو الملح في تغطية سطح الصفيحة وينصح بترطيبها من وقت لآخر عن طريق سكب الماء بواسطة قسطل يصل إلى سطح الصفيحة .
تعطى المقاومة التقريبية لقطب التأريض على شكل صفيحة مربعة بالعلاقة التالية :
المقاومة = المقاومة النوعية للتربة / ( عرض الصفيحة ضرب 4.5 ) .
ب- الأوتاد : وتكون على شكل قضبان أو أنابيب من النحاس أو الحديد المغلفن أو الحديد الملبس بالنحاس أو القصدير ، وأنسب الأوتاد من الناحية الاقتصادية والعملية هي الأوتاد المصنوعة من أنابيب الحديد المغلفن بقطر 2 إنش وطول لايقل عن 2 متر على أن يكون الأنبوب مشطوفاً من نهايته السفلية ومجهزاً بنهايته العلوية بسدادة تسهل عملية الدق في التربة .
يجب الإبقاء على القسم العلوي للوتد دون طمر وتعمل له حفرة تفتيش مربعة من البيتون بضلع 40 سم للتأكد من حالة الوتد ومقاومته الأرضية .
تعطى المقاومة التقريبية لقطب التأريض على شكل وتد بالعلاقة التالية :
المقاومة = المقاومة النوعية للتربة / طول الجزء المدفون من الوتد .
جـ - الشرائط : تكون بمقاطع دائرية أو مبسطة من النحاس أو الحديد المغلفن ولايسمح باستخدام الأسلاك الشعرية المجدولة لضعف مقاومة أسلاكها للتلف . تطمر الشرائط بشكل مواز لسطح الأرض على عمق 70 سم في حالة الأرض الطينية و80 سم في حالة الأرض الكتيمة و 100 سم في حالة الأرض الرملية . كما يمكن طمرها بشكل حلقي حول برج أو مبنى أو صالة معمل ، وكذلك يمكن تمديدها بشكل متصالب أو شعاعي ( نجمي ) . تعطى المقاومة التقريبية لقطب التأريض على شكل شرائط ( شبكة أفقية ) ممتدة بالعلاقة التالية :
المقاومة = ( 2 ضرب المقاومة النوعية للتربة ) / طول الشريط .
إن الحد الأدنى لمقطع الشريط النحاسي هو 50 مم2 وسماكة لاتقل عن 2مم أو ناقل مجدول غير شعري مقطعه 35 مم2 على الأقل ، أو فولاذ مطلي بالنحاس بمقطع 50 مم2 على الأقل ، أو شريط من الفولاذ المغلفن مقطعه 100 مم2 على الأقل وسماكته لاتقل عن 3 مم أو ناقل مجدول غير شعري لايقل مقطعه عن 95 مم2 .
والخلاصة فإن الأقطاب الأرضية العمودية هي الحل الأمثل عندما تكون المقاومة النوعية للطبقة العميقة من الأرض أقل من المقاومة النوعية للطبقة السطحية بسبب الرطوبة أو المياه الجوفية والعكس بالنسبة للأقطاب الأفقية كما هو الحال بالنسبة لأرض صخرية تكسوها تربة زراعية .
3- ربط أقطاب التأريض على التفرع : قد يتطلب الأمر حين يراد الحصول على مقاومة أرضية منخفضة استخدام أكثر من قطب أرضي توصل مع بعضها على التفرع وقد تكون مجموعة الأقطاب متماثلة ( مجموعة أوتاد ، مجموعة صفائح ) ، أو مختلفة ( شبكة أفقية مدعمة على مسارها ببعض الأوتاد ) وعندها يجب الأخذ بعين الإعتبار أن لاتقل المسافة الأفقية بين قطبين أرضيين عن ثلاثة أمتار كما أن هذا الربط لايخضع تماماً لقانون ربط المقاومات على التفرع وذلك بسبب التأثير المتبادل بين الأقطاب . ففي حالة الأوتاد الأرضية مثلاً فإن ربط وتدين على التفرع لايخفض المقاومة المكافئة إلى النصف بل يخضع للمعادلة التقريبية التالية :
المقاومة المكافئة لمجموعة الأوتاد = مقاومة الوتد الواحد تقسيم عامل يمكن الحصول عليه من المنحنيات التجريبية حسب عدد الأوتاد الموصولة على التفرع .
4- الناقل الأرضي الرئيسي : وهو الناقل الكهربائي الذي يصل بين قطب التأريض والجسم المراد تأريضه ، أو هو الناقل الكهربائي الذي يصل بين القطب الأرضي ونقطة الأرضي الرئيسية ( قضيب التجميع الأرضي في لوحة توزيع مثلاً ) والتي ستتفرع عنها النواقل الأرضية الفرعية التي ستوصل إلى المآخذ الكهربائية أو اللوحات الكهربائية الفرعية أو الأجسام المعدنية للتجهيزات الكهربائية المراد تأريضها . يمكن أن يكون الناقل الأرضي الرئيسي من النحاس أو الألمنيوم أو الفولاذ ، وأن يكون معزولاً أو عارياً وحين طمره عارياً في الأرض يصبح الجزء المطمور منه جزءاً من الشبكة الأرضية . حين حماية الناقل الأرضي الرئيسي بواسطة أنبوب معدني يجب أن يكون هذا الأنبوب مشقوقاً لتلافي وجود ممر مغلق لتيار التحريض الناتج عن التيار الكبير الممكن مروره في الناقل الأرضي نتيجة عطل إلى الأرض أو ان تتم الحماية بواسطة قضيب من حديد الزاوية .
يتم تحديد مقطع الناقل الأرضي الرئيسي حسب تيار العطل الأرضي المتوقع مروره عند حصول عطل إلى الأرض . وعلى الناقل الأرضي الرئيسي تحمل هذا التيار لمدة لاتقل عن ثانية ، ويكفي عادةً أن يكون مقطع الناقل الأرضي الرئيسي مساوياً لنصف مقطع خطوط الأطوار المغذية للمنشأة وذلك حين يكون مصنوعاً من نفس مادة ناقل الأطوار . وفي كل الأحوال يجب أن لايقل مقطع الأرضي الرئيسي عن 16 مم2 للنحاس ، 35 مم2 للألمنيوم ، 50 مم2 للفولاذ .
5- النواقل الأرضية الفرعية : وهي النواقل الكهربائية الصادرة عن نقطة الأرضي الرئيسية ( قضيب التجميع الأرضي في لوحة توزيع مثلاً ) ، والذاهبة إلى المآخذ الكهربائية أو الآلات أو التجهيزات المراد تأريض أجسامها المعدنية . تمدد هذه النواقل مع نواقل الأطوار ويمكن تمديدها بشكل مستقل . عند تمديدها مع نواقل الأطوار يجب أن تكون مشابهة لها من حيث طريقة التمديد ومادة الناقل ونوعية العزل ومختلفة عنها من حيث لون العازل . أما مقطع هذه النواقل فيكون حسب الجدول التالي :
مقطع ناقل الطور [ مم2 ] مقطع الناقل الأرضي الفرعي [ مم2 ]
أصغر أو يساوي 16 يساوي مقطع ناقل الطور
أكبر من 16 وأصغر من 35 16
أكبر من 35 نصف مقطع ناقل الطور
وفي كل الأحوال يجب أن لايقل المقطع عن 6 مم2 نحاس .
الأولى : حماية الإنسان والحيوان من أخطار التكهرب الناتج عن ظهور توترات خطرة على الأجزاء المعدنية القابلة للمس والتي قد تتعرض لظهور هذه التوترات الخطرة نتيجة تماس عرضي بين النواقل الحية وهذه الأجسام المعدنية . وقد حددت الأنظمة العالمية التوتر الخطر على الإنسان بـ 50 فولت في النظام الفرنسي و65 فولت في النظام الألماني .
الثانية : المحافظة على نظام توزيع القدرة الكهربائية من ارتفاع توتر الشبكة بالنسبة للأرض ( عند حدوث الأعطال الأرضية ) إرتفاعاً يتجاوز التوتر المسموح لعمل العوازل . وقد حددت الأنظمة العالمية هذا التوتر بـ 250 فولت بين أحد الأطوار والحيادي أو الأرض وذلك للشبكات التي تعمل بتوتر نظامي 220 / 380 فولت .
يتم تأريض الأجسام المعدنية بوصلها عبر ناقل جيد الناقلية ( الناقل الأرضي ) إلى جسم معدني ( قطب التأريض ) مدفون في الأرض بطريقة مناسبة تؤمن الاتصال الجيد بينه وبين الأرض ، أي أن نظام التأريض يتألف من أقطاب التأريض والناقل الأرضي الرئيسي والنواقل الأرضية الفرعية .
2- أقطاب التأريض : تكون على شكل صفائح أو أوتاد أو شرائط . لقطب التأريض مقاومة بينه وبين الأرض الطبيعية تسمى مقاومة التأريض أو مقاومة القطب الأرضي ، تتعلق هذه المقاومة بشكل قطب التأريض وعمق طمره والمقاومة النوعية للتربة التي تم طمره فيها وهذه المقاومة تختلف حسب نوع التربة والظروف المناخية المحيطة وهي تأخذ شكل منحن جيبي على مدار فصول السنة وواحدتها أوم / متر ، والجدول التالي يبين المقاومة النوعية الوسطية للتربة حسب نوعها :
نوع الأرض المقاومة النوعية الوسطية
رطبة ، ملحية ، مستنقعات 30
طينية - زراعية 100
رملية رطبة 200
بيتون 300
بحصة رطبة 500
رملية جافة 1500
بحصة جافة 1500
صخرية - حجرية 3000
أما أقطاب التأريض فيمكن أن تكون وفق أحد الأنواع التالية :
أ- الصفائح : وتكون من النحاس أو الحديد المغلفن ( غير قابل للصدأ ) وبأبعاد متر x متر وسماكة لاتقل عن 3 مم للحديد و 2 مم للنحاس . تطمر الصفائح في التربة أفقياً أو عمودياً على أن تكون حافتها العلوية على عمق متر واحد من سطح الأرض ، وتردم الحفرة بالتراب الناعم المرصوص جيد الناقلية ويحظر استعمال الفحم أو الملح في تغطية سطح الصفيحة وينصح بترطيبها من وقت لآخر عن طريق سكب الماء بواسطة قسطل يصل إلى سطح الصفيحة .
تعطى المقاومة التقريبية لقطب التأريض على شكل صفيحة مربعة بالعلاقة التالية :
المقاومة = المقاومة النوعية للتربة / ( عرض الصفيحة ضرب 4.5 ) .
ب- الأوتاد : وتكون على شكل قضبان أو أنابيب من النحاس أو الحديد المغلفن أو الحديد الملبس بالنحاس أو القصدير ، وأنسب الأوتاد من الناحية الاقتصادية والعملية هي الأوتاد المصنوعة من أنابيب الحديد المغلفن بقطر 2 إنش وطول لايقل عن 2 متر على أن يكون الأنبوب مشطوفاً من نهايته السفلية ومجهزاً بنهايته العلوية بسدادة تسهل عملية الدق في التربة .
يجب الإبقاء على القسم العلوي للوتد دون طمر وتعمل له حفرة تفتيش مربعة من البيتون بضلع 40 سم للتأكد من حالة الوتد ومقاومته الأرضية .
تعطى المقاومة التقريبية لقطب التأريض على شكل وتد بالعلاقة التالية :
المقاومة = المقاومة النوعية للتربة / طول الجزء المدفون من الوتد .
جـ - الشرائط : تكون بمقاطع دائرية أو مبسطة من النحاس أو الحديد المغلفن ولايسمح باستخدام الأسلاك الشعرية المجدولة لضعف مقاومة أسلاكها للتلف . تطمر الشرائط بشكل مواز لسطح الأرض على عمق 70 سم في حالة الأرض الطينية و80 سم في حالة الأرض الكتيمة و 100 سم في حالة الأرض الرملية . كما يمكن طمرها بشكل حلقي حول برج أو مبنى أو صالة معمل ، وكذلك يمكن تمديدها بشكل متصالب أو شعاعي ( نجمي ) . تعطى المقاومة التقريبية لقطب التأريض على شكل شرائط ( شبكة أفقية ) ممتدة بالعلاقة التالية :
المقاومة = ( 2 ضرب المقاومة النوعية للتربة ) / طول الشريط .
إن الحد الأدنى لمقطع الشريط النحاسي هو 50 مم2 وسماكة لاتقل عن 2مم أو ناقل مجدول غير شعري مقطعه 35 مم2 على الأقل ، أو فولاذ مطلي بالنحاس بمقطع 50 مم2 على الأقل ، أو شريط من الفولاذ المغلفن مقطعه 100 مم2 على الأقل وسماكته لاتقل عن 3 مم أو ناقل مجدول غير شعري لايقل مقطعه عن 95 مم2 .
والخلاصة فإن الأقطاب الأرضية العمودية هي الحل الأمثل عندما تكون المقاومة النوعية للطبقة العميقة من الأرض أقل من المقاومة النوعية للطبقة السطحية بسبب الرطوبة أو المياه الجوفية والعكس بالنسبة للأقطاب الأفقية كما هو الحال بالنسبة لأرض صخرية تكسوها تربة زراعية .
3- ربط أقطاب التأريض على التفرع : قد يتطلب الأمر حين يراد الحصول على مقاومة أرضية منخفضة استخدام أكثر من قطب أرضي توصل مع بعضها على التفرع وقد تكون مجموعة الأقطاب متماثلة ( مجموعة أوتاد ، مجموعة صفائح ) ، أو مختلفة ( شبكة أفقية مدعمة على مسارها ببعض الأوتاد ) وعندها يجب الأخذ بعين الإعتبار أن لاتقل المسافة الأفقية بين قطبين أرضيين عن ثلاثة أمتار كما أن هذا الربط لايخضع تماماً لقانون ربط المقاومات على التفرع وذلك بسبب التأثير المتبادل بين الأقطاب . ففي حالة الأوتاد الأرضية مثلاً فإن ربط وتدين على التفرع لايخفض المقاومة المكافئة إلى النصف بل يخضع للمعادلة التقريبية التالية :
المقاومة المكافئة لمجموعة الأوتاد = مقاومة الوتد الواحد تقسيم عامل يمكن الحصول عليه من المنحنيات التجريبية حسب عدد الأوتاد الموصولة على التفرع .
4- الناقل الأرضي الرئيسي : وهو الناقل الكهربائي الذي يصل بين قطب التأريض والجسم المراد تأريضه ، أو هو الناقل الكهربائي الذي يصل بين القطب الأرضي ونقطة الأرضي الرئيسية ( قضيب التجميع الأرضي في لوحة توزيع مثلاً ) والتي ستتفرع عنها النواقل الأرضية الفرعية التي ستوصل إلى المآخذ الكهربائية أو اللوحات الكهربائية الفرعية أو الأجسام المعدنية للتجهيزات الكهربائية المراد تأريضها . يمكن أن يكون الناقل الأرضي الرئيسي من النحاس أو الألمنيوم أو الفولاذ ، وأن يكون معزولاً أو عارياً وحين طمره عارياً في الأرض يصبح الجزء المطمور منه جزءاً من الشبكة الأرضية . حين حماية الناقل الأرضي الرئيسي بواسطة أنبوب معدني يجب أن يكون هذا الأنبوب مشقوقاً لتلافي وجود ممر مغلق لتيار التحريض الناتج عن التيار الكبير الممكن مروره في الناقل الأرضي نتيجة عطل إلى الأرض أو ان تتم الحماية بواسطة قضيب من حديد الزاوية .
يتم تحديد مقطع الناقل الأرضي الرئيسي حسب تيار العطل الأرضي المتوقع مروره عند حصول عطل إلى الأرض . وعلى الناقل الأرضي الرئيسي تحمل هذا التيار لمدة لاتقل عن ثانية ، ويكفي عادةً أن يكون مقطع الناقل الأرضي الرئيسي مساوياً لنصف مقطع خطوط الأطوار المغذية للمنشأة وذلك حين يكون مصنوعاً من نفس مادة ناقل الأطوار . وفي كل الأحوال يجب أن لايقل مقطع الأرضي الرئيسي عن 16 مم2 للنحاس ، 35 مم2 للألمنيوم ، 50 مم2 للفولاذ .
5- النواقل الأرضية الفرعية : وهي النواقل الكهربائية الصادرة عن نقطة الأرضي الرئيسية ( قضيب التجميع الأرضي في لوحة توزيع مثلاً ) ، والذاهبة إلى المآخذ الكهربائية أو الآلات أو التجهيزات المراد تأريض أجسامها المعدنية . تمدد هذه النواقل مع نواقل الأطوار ويمكن تمديدها بشكل مستقل . عند تمديدها مع نواقل الأطوار يجب أن تكون مشابهة لها من حيث طريقة التمديد ومادة الناقل ونوعية العزل ومختلفة عنها من حيث لون العازل . أما مقطع هذه النواقل فيكون حسب الجدول التالي :
مقطع ناقل الطور [ مم2 ] مقطع الناقل الأرضي الفرعي [ مم2 ]
أصغر أو يساوي 16 يساوي مقطع ناقل الطور
أكبر من 16 وأصغر من 35 16
أكبر من 35 نصف مقطع ناقل الطور
وفي كل الأحوال يجب أن لايقل المقطع عن 6 مم2 نحاس .