شرح مفصل للتأريض GROUNDING

:::: المقدمــــة ::::

نظراً لأهمية الطاقة الكهربائية باعتبارها أحد العناصر الأساسية للتطور الاقتصادي والاجتماعي فقد قدمت الكثير من الدول الدعم لقطاع الكهرباء والمتمثل في إنجاز مشاريع الكهرباء الضخمة المنتجة للطاقة الكهربائية مما نتج عنه التوسع الكبير في استعمال الوسائل العصرية في المعيشة والعمل وما يتطلبه من استخدام أجهزة وآلات تعتمد في تشغيلها على الكهرباء .

وعلى الجانب الآخر فهناك ما قد تسببه الكهرباء من أخطار كالحرائق أو صعق الكهرباء للإنسان ، لذا من المهم الإشارة إلى ضرورة استخدام القواطع ذات الحساسية للحماية من التسرب الأرضي للتيار وهى ما يطلق عليها :

( Earth Leakage Circuit Breakers )

لما في ذلك من أهمية في منع حدوث تسرب التيار الكهربائي .

   إن تحقيق أكبر قدر من السلامة أمر يرتبط بالالتزام بتنفيذ كل ما من شأنه حماية التركيبات الكهربائية من تيار التسرب الأرضي والحرص على ذلك سواء من قبل المختصين بالأمانات والبلديات أو أصحاب الشأن من القطاع الخاص .

 

:::: التأريض GROUNDING ::::

تعريف/ يعرف التأريض بأنه توصيل متعمد لجزء من نظام أو معدة توصيلا مباشرا بالأرض بدون وجود فيوز أو مفتاح أو قاطع في هذا الاتصال الأرضي.

* أهمية التأريض :

يتم تأريض دوائر الأجهزة المختلفة للحد من ارتفاع الجهد الناتج من تأثير الصواعق أو تلامس موصلات الدوائر مع موصلات ذات جهد أعلى . كما يستخدم التأريض في المحافظة على ثبات الجهد أثناء التشغيل العادي وتسهيل عمل قواطع الوقاية من التسرب الأرضي .

 

* أدوات التأريض :

1- موصل التأريض (GROUNDING CONDUCTOR):

موصل التأريض هو موصل من النحاس أو الألمنيوم معزول باللون الأخضر أو اللون الأخضر/الأصفر ويتم تمديده مع موصلات الدوائر الكهربائية فيما بين لوحة التوزيع الفرعية والمخرج الكهربائي أما موصل تأريض اللوحات الفرعية والعمومية فيتم تمديده عن موصلات النحاس أو الألمنيوم وإما أن يكون عارياً أو معزولاً مصمتاً أو مجدولاً يربط اللوحات الفرعية مع اللوحات العمومية من جهة ويربط اللوحات العمومية مع قطب التأريض من الجهة الأخرى. ويوضح الجدول التالي مقاطع موصلات التأريض بالنسبة لمقطع الموصل الحامل للتيار :

مقطع أكبر موصل نحاس حامل للتيار (مم2)	مقطع موصل الأرضي الرئيسي (مم2)
1	1
1.5	1.5
2.5	2.5
4	4
6	6
10	10
16	16
25	16
35	16
50	25
70	35
95	50
120	70
150	70
185	95
240	120
300	150
400	185

* المعدات والأجهزة الواجب تأريضها في المباني :

لعمل شبكة تأريض جيدة للمبنى فإنه من الضروري أن يتم تأريض العناصر التالية :

  - كل الأجسام المعدنية رأسياً ويزيد طولها عن 240سم أو الممدة أفقياً ويزيد طولها عن 150سم والمعرضة للملامسة .

    - كل الأجهزة الكهربائية .

    - جميع مخارج البرايز ووحدات الإناره.

2- قطب التأريض (GROUNDING ELECTRODE) :

  يمكن استخدام أحد الوسائل التالية كقطب للتأريض وهى :

1- تمديدات المواسير المعدنية للمياه .               

2- أسياخ التسليح للمبنى.

3- موصل معدني يتم تمديده حول المبنى وعلى لا يقل عن 75سم من سطح الأرض.

  كما يمكن استخدام أقطاب التأريض الصناعية التالية :

  قطب تأريض صناعي (MADE ELECTRODE) :

وهو عبارة عن قضيب أو ماسورة معدنية لا يقل طولها 240سم تدفن رأسياً ملامسة للتربة إلا إذا كانت الأرض صخرية فيمكن وضعها مائلة 45 درجة على المستوى الرأسي أو تدفن في خندق على عمق 75سم من سطح الأرض على الأقل.

  لوح التأريض (PLATE ELECTRODE):

وهو عبارة عن لوح معدني قد يكون من النحاس يسمك 1.5 مم أو من الحديد بسمك لا يقل عن 6.35 مم . ويجب ألا تقل المساحة المعرضة للتربة عن 0.186م2.

وعموماً يجب أن يكون قطب التأريض الملامس للتربة خالياً من الشحوم أوالزيوت لأنها تضعف خصائص قابلية التأريض للتوصيل الكهربائي .

* الطرق المختلفة لخفض مقاومة التأريض :

بعد الانتهاء من تأريض المبنى واللوحات العمومية والفرعية يتم قياس مقاومة التأريض بواسطة أجهزة خاصة بذلك فإذا لوحظ أنها تزيد عن الحد المسموح به وهو 25 أوم فإنه يلزم خفض هذه القيمة باستخدام طريقة أو أكثر من الطرق التالية :

* زيادة قطر قضيب التأريض :

زيادة قطر قضيب التأريض لتزيد المساحة المعرضة لملامسة التربة إلا أن زيادة قطر القضيب لا يتبعها خفض ملموس في مقاومة التأريض بالإضافة إلى أنه لا يفضل استخدام أقطار أكبر من 18مم.

* زيادة طول قضيب التأريض :

يمكن أن يتم ربط أكثر من قضيب عن طريق جلبه وصل من نفس المعدن للحصول على الطول المناسب ورغم أن الطول الموصى باستخدامه في (NEC) هو 240سم للتربة العادية إلا أنه يمكن زيادة هذا الطول إلى 15 متر لأنواع التربة الرديئة.

* زيادة عدد قضبان التأريض :

يمكن استخدام أكثر من قضيب مدفون في الأرض على مسافات لا تقل عن 240سم بين القضيب والآخر وذلك للحصول على أفضل قيمة ممكنة لمقاومة التأريض.

* معالجة التربة كيميائياً :

تعالج التربة المحيطة بقضيب التأريض كيميائياً للحصول على مقاومة للتأريض بأحد الطرق التالية:-

أ) تعمل حفره مجاورة لقضيب التأريض وتبعد عنه بمسافة لا تزيد عن 10سم وتملاً بأملاح كبريتات المغنيسيوم أو كبريتات النحاس أو ملح صخري حتى منسوب 30سم من سطح الأرض ويصعب تنفيذ هذه الطريقة في حالة عدم توفر فراغ كافي بجوار قضيب التأريض .

ب) أو يتم عمل خندق دائري حول قضيب التأريض بحيث لا يقل القطر الداخلي للخندق عن 45سم وعمق 30سم . ويملأ هذا الخندق بالمواد الكيميائية السابق ذكرها . ويجب ألا يكون هناك اتصال مباشر بين المواد الكيمائية وقضيب التأريض حتى لا يتسبب في تكوين طبقة من الصدأ على ذلك القضيب . والكمية التي يفضل وضعها تكون في حدود 18 إلى 40 كيلو جرام من مادة كبريتات النحاس لرخص ثمنها وجودة توصيلها الكهربائي ويستمر مفعول هذه الكمية لمدة سنتين ثم يكرر وضعها مرة أخرى .ويتم غمر بئر التأريض في بادئ الأمر بالماء حتى يساعد على تسرب المواد الكيميائية للتربة أما بعد ذلك فإن مياه الأمطار كافية للقيام بهذه العملية.

*  المقاومة النوعية للتربة :

تختلف المقاومة النوعية للتربة حسب نوعها ودرجة الرطوبة وفق ما يتضح من الجدول التالي :

نوع التربة	المقاومة النوعية
	القيمة التقريبيةأوم . متر	القيمة الوسطيةأوم . متر
تربة رطبة	10 – 50	30
تربة طينية زراعة	20 – 200	100
تربة رملية رطبة عمق 2 متر	200 – 600	450
تربة رملية جافة	500-1500	1000
صخر جامد عمق 2 متر	200-2000	1500
تربة حجرية	300 – 800	3000
تربة صخرية	مقاومة عالية جداً

* التيار الكهربائي المسموح بمروره في موصل التأريض :

مقطع موصل التأريض (مم2)	التيار المسموح بمروره مدة طويلة بالأمبير		التيار اللحظي المسموح بمروره خلال ثانية واحدة بالأمبير
	نحاس	ألمنيوم	نحاس	ألمنيوم
16	150	-	2500	-
25	200	160	4000	2700
35	280	200	5500	3700
50	480	250	8000	5300
70	590	320	11500	7400
95	780	430	11600	10500
185	1380	760	32500	21000

* الحماية من تيار التسرب الأرضي :

1- قواطع الحماية من تيار التسرب الأرضي :

يتم حماية الدوائر الكهربائية الفرعية بقواطع فرعية عادية سعة 15 أمبير أو 20 أمبير إلا أنها قيمة مرتفعة جداً بمقارنتها بما ينتج عنها من أخطار حيث أن مرور تيار كهربائي صغير في حدود 60 مللي أمبير في جسم الإنسان يسبب وفاته.

ولهذا يفضل استخدام قواطع الحماية من تيار التسرب الأرضي ، وهذه القواطع مماثلة للقواطع العادية من حيث الشكل إلا أنها حساسة جداً لمرور التيار الكهربائي (مهما صغرت قيمته) في أي مسار يختلف عن الموصل المحدد لمروره كان يكون هذا المسار من خلال جسم الإنسان مثلاً. وفي هذه الحالة ، عند مرور تيار بسيط قد يصل إلى جزء من المللي أمبير فإن هذا النوع من القواطع يفصل الدائرة .

2- أنواع قواطع الحماية من تيار التسرب الأرضي :

لهذه القواطع نوعان :

النوع الأول : يستطيع فصل الدائرة عندما تكون قيمة التيار المار فيها بحدود 6 مللي أمبير.

النوع الثاني :يصلح لفصل الدوائر التي يزيد تيارها عن 20 مللي أمبير ويوصي (NEC) باستخدام قواطع الحماية من تيار التسرب الأرضي في بعض الدوائر الكهربائية للمباني التجارية والسكنية وخاصة الموجودة في الأماكن المبتلة.

3- العلاقة بين شدة تيار التسرب الأرضي ومدة سريانه في جسم الإنسان .

فيما يلي جدول يوضح تأثير مرور تيار التسرب الأرضي في جسم الإنسان :

تيار التسربمللي أمبير	مدة سريان التيار	التأثير البيولوجي على جسم الإنسان
0 – 0.5	مستمر	التيار غير محسوس وليس له تأثير
0.5 – 5	مستمر	يبدأ الجسم بالإحساس بالتيار ويمكن للإنسان التخلص من المصدر إلا أنه يترك آثاراً في مكان التلامس
5 – 30	عدة دقائق	يصعب الانفصال عن مصدر الكهرباء ويسبب ارتفاع ضغط الدم وضيق تنفس
30 – 50	بضع ثواني	عدم انتظام نبض القلب – يرتفع ضغط الدم مع إغماء
50 – عدة مئات	أقل من مدة النبضة	الشعور بصدمة قوية
	أطول من مدة النبضة	إغماء مع ظهور آثار عند نقط التلامس
أكثر من عدة مئات	أقل من مدة النبضة	إغماء مع ظهور آثار عند نقط التلامس
	أطول من مدة النبضة	إغماء – موت أو حريق

4- أماكن تركيب قواطع الحماية ضد التسرب الأرضي (Elcb) :

أ) يمكن أن يوضع قاطع (Elcb) على الخط الرئيسي للوحة التوزيع وفي هذه الحالة تكون حمايته شاملة لجميع الدوائر .

ومن مساويء هذه الطريقة أنه لو كان هناك أي تسرب للأرض من وحدة إضاءة مثلاً فإن ذلك يتسبب في قطع التيار الكهربائي عن كل اللوحة.

ب) أن يكون هناك لوحتان متجاورتان إحداهما للإضاءة والأخرى للقوى ويوضح قاطع (Elcb) قبل لوحة القوى بحيث يحمي فقط الأجهزة والآلات الكهربائية التي تتصل بدوائر القوى.

ج) يمكن أن يستخدم قاطع (Elcb) لحماية جهاز معين فقط كغسالة مثلاً ويتم ذلك بتوصيلة قبل المآخذ الكهربائية (البريزة) والغسالة أو أي جهاز آخر يراد حمايته بشرط أن يتم توصيل الجهاز بالأرض .

 كما يمكن أن يستخدم لحماية جزء من سكن أو مبنى أو فراغات معينة

* أنظمة التأريض الوقائى :

الغرض منه :
1- حماية الأفراد (مواطنين – عمال ) من الصدمات الكهربائية.
2- حماية المعدات الكهربية والمنشآت من التلف .
3- منع جهد الجسم من الإرتفاع إلى قيمة قد تشكل خطر على الإنسان.
4- السماح بمرور تيار للأرض له قيمة كافية لتشغيل الأجهزة الوقائية (مصهرات – قواطع) أو أجهزة الوقاية به للتسرب الأرضى.

* مكونات التأريض الوقائى :

1- الأرض وهى التربة التى يوضع فيها الكترودات التأريض.
2- الكترودات التأريض (قد يكون قضيب أو أسلاك مدفونة أفقيا أو الواح معدنية) فى باطن الأرض.
3- موصلات التأريض :
أ) الأرضى الثابت :
هو الأرضى المركب على المعدات التى يتم توصيله بواسطة سكاكين بناء على التعليمات وهو يعرف بالأرضى الرئيسى.
ب) الأرضى الإضافى  :
( مؤقت - الموضعى) هو أرضى من نوع معتمد يوضع فى الأماكن المحددة بأمر شغل (قبل وبعد منطقة العمل)

أسباب عمل الأرضى المؤقت (الموضعي) :

يتم عمل قصر على جميع الأوجه وتأريضها بأرضى مؤقت بعد فصل التيار أثناء اجراء الصيانة أو أثناء عمل المناورة الـلازمة لتحديد العطل وذلك قبل وبعد منطقة العمل لحماية العاملين ضد عودة التيار بطريق خاطىء أو أى سبب أخر.
وبتحليل أسباب الحوادث التى تتسبب فى وفاة العاملين نجد أنه لم يتم عمل هذا النوع من الأرضى قبل وبعد منطقة العمل.

* التأريض المحلى Earthing Local  :
يتم التأريض المحلى بالموقع العام فى الأبنية الكبيرة أو على مسافات متباينة فى المدن حتى تمنع من إرتفاع جهد نقطة التعادل عن القيمة المسموح بها و يتم ذلك من خلال ثرى قطبا نحاسيا أو عددا متوازيا منها داخل الأرض على عمق كبير من سطح الأرض و طبقا للمواصفات و يتم اختياره نحاسيا المادة لأن مقاومته النوعية أقل من بقية المعادن بالرغم من أن الذهب أقل فى القيمة إلا أنه باهظ التكلفه و قد يشكل خطورة لتعرضه للسرقه إذا ما تم استعماله.

يصلح هذا النوع من التأريض للمناطق الصناعية الصغيرة و للميانى ضخمة الاستهلاك الكهربى علاوه على أنه هام للمنازل الصغيرة أيضا و لكنه لابد و أن ينبع عن متخصصين (شركات الكهرباء) حتى تصبح العملية دون مقننات و نصل إلى الفوضى التأريضية و هو ما لا يجب أن يسمح بحدوثه خصوصا و أن هذا التأريض قد يؤثر بطريق غير مباشر على قيمة التيارات القصرية التى تمر بالمفاتيح الكهربية و تزيد بقدر غير محسوب و يفوق حدود تشغيلها فتؤدى إلى تدميرها .

قد يتساءل البعض عن السبب فى احتراق مفتاح ام يتم تفسيره و يكون نتيجة أنه قد تم وضع تأريض محلى فأثر على قيمة التيارات صفرية الطور بالأرض مزيدا قيمتها خصوصا و انه عند تصميم الشبكات يتم قطع مسارات هذه التياراتحتى تصبح الدائرة صفرية الطور غير محسوبه على الإطلاق فتقل قيم التيارات التى نحتاج إلى قطعها من خلال المفاتيح الكهربية ،و هكذا نجد أنكثرة هذة النقاط التأريضية يسمح بمرور التيارات صفرية الطور بينها مزيدا من قدرة التيارات القصرية و هو ما يلزم إعتباره عند التصميم أيضا لاحتواء التأريض المستقبلى فى المنطقة التى تتأثر بذلك الموضوع.

* شبكة التأريض :

نجد أن المناطق كبيرة الاستخدام و ليس الاستهلاك مثل محطات التوليد أو محطات المحولات عاليه و فائقة الجهد أكثر تعرضا لتيارات القصر و تأثيرها الخطر ولذلك نجد أن هذه المحطات تخضع لنظام أخر من التأريض وهو المعروف باسم شبكة التأريض حيث تكون التيارات القصرية هائلة القيمة وتعطى جهدا خطرا مع أقل المقاومات ويكون فوق التصور إذا ما أهمل هذا البند ويكون الضحية هم العاملون فى المحطة أو المتواجدين أحيانا.

على الجانب التقنى فإن هذه المشكلة سهلة الحل حيث يتم وضع مقاومة تأريض متناهية الصغر وهو ما يمكن تحقيقة من خلال القاعدة البسيطة التى تقلل قيمة المقاومة وذلك من خلال التوصيلات توازى للمقاومات فعند توصيل مقاومتان متساويتان معا على التوازى تقل القيمة الفعلية لهما معا إلى النصف إما الثلاث فتكون الثلث وهكذا ومن هنا أمكن الخروج من المأزق الخطير ومعالجة قيمة مقاومة الأرضى لتصبح أقل ما يمكن من خلال وضع شبكة أفقية تحت سطح الأرض نحاسية طبعا يخرج منها أقطابا رأسية لتكون فى حكم التوصيل على التوازى فتقل القيمة المحصلة لهم جميعا.

كما أنه يمكن تقليل هذه القيمة المحصلة على التوازي في الشبكة التأريضية بأن تستغل الأقطاب الرأسية ليخرج منها على طول ارتفاعها عددا أخر من الأقطاب الأصغر لتكون أفقية الوضع فتصبح كلها توازيه التوصيل لتقل المقاومة لكل قطب رأسي ونصل إلى الحدود الدنيا من قيمة المقاومة الأرضية ونكون قد بلغنا الهدف دون تكلفة تذكر وهذا هو ما يتم بالفعل في المحطات القائمة وهكذا يكون جهد التلامس غير خطير أو ضار وتصبح نقطة التعادل داخل المحطة أمنة ويستطيع الفرد أن يتعامل معها دون خوف وبأمان كامل.