السبب الرئيسي للحاجة إلى التأريض في الشبكات الكهربائية هو السلامة. عندما يتم تأريض جميع الأجزاء المعدنية للمعدات الكهربائية ، فعندئذٍ ، حتى في حالة العزل المكسور ، لن يتم إنشاء الفولتية الخطيرة في علبتها ، وسيتم منعها بواسطة أنظمة تأريض موثوقة.
مهام أنظمة التأريض
المهام الرئيسية لأنظمة الأمان تعمل على مبدأ التأريض:
- سلامة الحياة ، من أجل الحماية من الصدمات الكهربائية. يوفر مسارًا بديلاً لتيار الطوارئ لتجنب الإضرار بالمستخدم.
- حماية المباني والآلات والمعدات أثناء ظروف انقطاع التيار الكهربائي بحيث لا تصل الأجزاء الموصلة المكشوفة للمعدات إلى إمكانات مميتة.
- حماية ضد الجهد الزائد بسبب الصواعق التي يمكن أن تؤدي إلى الفولتية العالية الخطيرة في نظام التوزيع الكهربائي أو من الاتصال البشري غير المقصود بخطوط الجهد العالي.
- استقرار الجهد. هناك العديد من مصادر الكهرباء. يمكن اعتبار كل محول كمصدر منفصل. يجب أن يتوفر لديهم نقطة إعادة تعيين سلبية مشتركة.طاقة. الأرض هي السطح الوحيد الموصل لجميع مصادر الطاقة ، لذلك تم اعتمادها كمعيار عالمي لسفك التيار والجهد. بدون هذه النقطة المشتركة ، سيكون من الصعب للغاية ضمان الأمن في نظام الطاقة ككل.
متطلبات النظام الأرضي:
- يجب أن يكون لها مسار بديل لتدفق التيار الخطير.
- لا توجد احتمالية خطيرة على الأجزاء الموصلة المكشوفة من الجهاز.
- يجب أن تكون مقاومة منخفضة بما يكفي لتوفير تيار كافٍ من خلال المصهر لقطع الطاقة (<0 ، 4 ثوانٍ).
- يجب أن تتمتع بمقاومة جيدة للتآكل.
- يجب أن تكون قادرة على تبديد تيار ماس كهربائى.
وصف أنظمة التأريض
تسمى عملية توصيل الأجزاء المعدنية للأجهزة والمعدات الكهربائية بالأرض بجهاز معدني قليل المقاومة بالتأريض. عند التأريض ، يتم توصيل الأجزاء الحاملة للتيار من الأجهزة مباشرة بالأرض. يوفر التأريض مسار عودة لتيار التسرب وبالتالي يحمي معدات نظام الطاقة من التلف.
عندما يحدث خطأ في المعدات ، هناك اختلال في التيار في جميع مراحلها الثلاث. يعمل التأريض على تفريغ تيار العطل إلى الأرض وبالتالي استعادة توازن التشغيل للنظام. تتمتع أنظمة الدفاع هذه بالعديد من المزايا ، مثل الإزالةزيادة الجهد من خلال تفريغها على الأرض. يضمن التأريض سلامة المعدات ويحسن موثوقية الخدمة.
طريقة التصفير
التأريض يعني توصيل جزء تحمل الجهاز بالأرض. عند حدوث عطل في النظام ، ينشأ احتمال خطير على السطح الخارجي للجهاز ، وقد يتعرض أي شخص أو حيوان يلامس السطح عن طريق الخطأ لصدمة كهربائية. يؤدي التصفير إلى إطلاق تيارات خطيرة على الأرض وبالتالي يحيد الصدمة الحالية.
كما أنه يحمي المعدات من الصواعق ويوفر مسار تفريغ من مانعات الصواعق وأجهزة التبريد الأخرى. يتم تحقيق ذلك عن طريق توصيل أجزاء من النبات بالأرض بموصل أرضي أو قطب كهربائي على اتصال وثيق بالتربة ، على مسافة ما تحت مستوى الأرض.
الفرق بين التأريض والتأريض
أحد الاختلافات الرئيسية بين التأريض والتأريض هو أنه عند التأريض ، يتم توصيل الجزء الموصل الحامل بالأرض ، بينما عند التأريض ، يتم توصيل سطح الأجهزة بالأرض. الاختلافات الأخرى بينهما موضحة أدناه في شكل جدول مقارنة.
مخطط المقارنة
| أساسيات المقارنة | التأريض | التصفير |
| التعريف | جزء موصل متصل بالأرض | حالة المعدات متصلة بالأرض |
| الموقع | بين المعدات المحايدة والأرضية | بين صندوق المعدات والأرض الموضوعة تحت سطح الأرض |
| صفر إمكانات | لايوجد | نعم |
| حماية | حماية معدات شبكة الطاقة | حماية الإنسان من الصدمة الكهربائية |
| المسار | يشار إلى مسار العودة إلى الأرض الحالية | تصريف الطاقة الكهربائية على الأرض |
| أنواع | ثلاثة (مقاومة صلبة) | خمسة (أنبوب ، لوحة ، قطب أرضي ، أرضي وأرضي) |
| لون السلك | أسود | أخضر |
| استخدم | لموازنة الحمل | لمنع حدوث صدمة كهربائية |
| أمثلة | مولد ومحول طاقة محايد متصل بالأرض | غلاف المحول والمولد والمحرك وما إلى ذلك متصل بالأرض |
أسلاك الحماية TN
تحتوي هذه الأنواع من أنظمة التأريض على نقطة أو أكثر من النقاط المؤرضة مباشرة من مصدر الطاقة. يتم توصيل الأجزاء الموصلة المكشوفة من التثبيت بهذه النقاط باستخدام أسلاك واقية.
في العالمالممارسة ، يتم استخدام رمز من حرفين.
الأحرف المستخدمة:
- T (الكلمة الفرنسية Terre تعني "الأرض") - اتصال مباشر من نقطة إلى الأرض.
- I - لا توجد نقطة متصلة بالأرض بسبب المعاوقة العالية.
- N - اتصال مباشر بمصدر محايد ، والذي بدوره متصل بالأرض.
بناءً على مزيج هذه الأحرف الثلاثة ، هناك أنواع من أنظمة التأريض: TN و TN-S و TN-C و TN-CS. ماذا يعني هذا؟
في نظام التأريض TN ، يتم توصيل إحدى نقاط المصدر (المولد أو المحول) بالأرض. عادة ما تكون هذه النقطة هي النقطة النجمية في نظام ثلاثي الطور. يتم توصيل هيكل الجهاز الكهربائي المتصل بالأرض من خلال نقطة الأرض هذه على جانب المصدر.
في الصورة أعلاه: PE - اختصار لـ واقية الأرض هو موصل يربط الأجزاء المعدنية المكشوفة من التركيبات الكهربائية للمستهلك بالأرض. N يسمى محايد. هذا هو الموصل الذي يربط النجم في نظام ثلاثي الطور بالأرض. من خلال هذه التعيينات في الرسم التخطيطي ، يتضح على الفور أي نظام تأريض ينتمي إلى نظام TN.
خط TN-S محايد
هذا نظام يحتوي على موصلات منفصلة محايدة ووقائية في جميع أنحاء مخطط الأسلاك.
موصل الحماية (PE) هو الغلاف المعدني للكابل الذي يغذي التركيب أو موصل واحد.
جميع الأجزاء الموصلة المكشوفة مع التثبيت متصلة بهذا الموصل الواقي من خلال المحطة الرئيسية للتثبيت.
نظام TN-C-S
هذه هي أنواع أنظمة التأريض التي يتم فيها دمج الوظائف المحايدة والوقائية في موصل نظام واحد.
في نظام التأريض المحايد TN-CS ، المعروف أيضًا باسم التأريض الوقائي المتعدد ، يشار إلى موصل PEN باسم الموصل المحايد والموصل الأرضي المشترك.
موصل PEN لنظام الطاقة مؤرض في عدة نقاط ، ويقع القطب الأرضي في أو بالقرب من موقع التثبيت الخاص بالمستهلك.
جميع الأجزاء الموصلة المكشوفة للوحدة متصلة بواسطة موصل PEN باستخدام الطرف الأرضي الرئيسي والمحطة المحايدة ومتصلة ببعضها البعض.
دائرة حماية TT
هذا نظام أرضي وقائي بنقطة مصدر طاقة واحدة.
جميع الأجزاء الموصلة المكشوفة مع التركيب والمتصلة بالإلكترود الأرضي مستقلة كهربائياً عن مصدر الأرض.
نظام العزل IT
نظام أرضي واقٍ بدون اتصال مباشر بين الأجزاء الحية والأرض.
جميع الأجزاء الموصلة المكشوفة مع التركيب والمتصلة بقطب أرضي.
المصدر إما متصل بالأرض من خلال ممانعة نظام مقدمة عمدًا ، أو معزول عن الأرض.
تصاميم أنظمة الحماية
التوصيل بين الأجهزة الكهربائية والأجهزة ذات الصفيحة الأرضية أو القطب عبر سلك سميك بمقاومة منخفضة لضمان ذلكالسلامة تسمى التأريض أو التأريض.
يعمل نظام التأريض أو التأريض في الشبكة الكهربائية كإجراء أمان لحماية حياة الإنسان وكذلك المعدات. الغرض الرئيسي هو توفير طريق بديل للتدفقات الخطرة لتجنب الحوادث بسبب الصدمات الكهربائية وتلف المعدات.
الأجزاء المعدنية للمعدات مؤرضة أو متصلة بالأرض ، وإذا فشل عزل الجهاز لأي سبب من الأسباب ، فإن الفولتية العالية التي قد تكون موجودة في الطلاء الخارجي للمعدات سيكون لها مسار تفريغ إلى الأرض. إذا لم يتم تأريض الجهاز ، يمكن أن ينتقل هذا الجهد الخطير إلى أي شخص يلمسه ، مما يؤدي إلى حدوث صدمة كهربائية. تكتمل الدائرة ويتم تنشيط المصهر على الفور إذا لامس السلك المباشر العلبة المؤرضة.
هناك عدة طرق لأداء نظام التأريض للتركيبات الكهربائية ، مثل تأريض سلك أو شريط ، أو لوحة أو قضيب ، أو التأريض عن طريق التأريض أو من خلال إمداد المياه. أكثر الطرق شيوعًا هي إعداد التصفير والإدراج.
حصيرة أرضية
يتم صنع حصيرة أرضية عن طريق توصيل عدد من القضبان عبر أسلاك نحاسية. هذا يقلل من المقاومة الكلية للدائرة. تساعد أنظمة التأريض الكهربائية هذه على الحد من إمكانات الأرض. تُستخدم الحصيرة الأرضية بشكل أساسي في المكان الذي يتم فيه اختبار التيار الكبيرالضرر.
عند تصميم حصيرة أرضية ، تؤخذ المتطلبات التالية في الاعتبار:
- في حالة حدوث عطل ، يجب ألا يكون الجهد خطرا على الشخص عند لمس السطح الموصل لمعدات النظام الكهربائي.
- يجب أن يكون تيار الدائرة القصيرة DC الذي يمكن أن يتدفق إلى حصيرة الأرض كبيرًا جدًا حتى يعمل مرحل الحماية.
- مقاومة التربة منخفضة بحيث يتدفق تيار التسرب خلالها.
- يجب أن يكون تصميم السجادة الأرضية بحيث يكون جهد الخطوة أقل من القيمة المسموح بها ، والتي ستعتمد على مقاومة التربة المطلوبة لعزل التركيب الخاطئ عن البشر والحيوانات.
حماية التيار الكهربائي الزائد
مع نظام تأريض المبنى هذا ، يتم وضع أي سلك أو قضيب أو أنبوب أو حزمة موصلات أفقيًا أو رأسيًا في الأرض بجوار الجسم الواقي. في أنظمة التوزيع ، قد يتكون القطب الأرضي من قضيب يبلغ طوله حوالي متر واحد ويوضع رأسياً في الأرض. المحطات الفرعية مصنوعة باستخدام حصيرة أرضية ، وليس قضبان فردية.
دائرة حماية الأنابيب الحالية
هذا هو أكثر أنظمة التأريض الكهربائية شيوعًا وأفضلها مقارنة بالأنظمة الأخرى المناسبة لنفس ظروف الأرض والرطوبة. في هذه الطريقة ، يتم وضع الصلب المجلفن وأنبوب مثقوب بطول وقطر محسوبين عموديًا على تربة رطبة باستمرار ، مثلظاهر أدناه. يعتمد حجم الأنبوب على التيار ونوع التربة.
عادة ، يبلغ قطر أنبوب نظام التأريض المنزلي 40 ملم وطوله 2.5 متر للتربة العادية ، أو أطول للتربة الجافة والصخرية. يعتمد العمق الذي يجب دفن الأنبوب فيه على محتوى الرطوبة في التربة. عادة ، يقع الأنبوب بعمق 3.75 متر. الجزء السفلي من الأنبوب محاط بقطع صغيرة من فحم الكوك أو الفحم على مسافة حوالي 15 سم.
يتم استخدام مستويات بديلة من الفحم والملح لزيادة مساحة الأرض الفعالة وبالتالي تقليل مقاومة الهواء. يتم توصيل أنبوب آخر بقطر 19 مم وطول لا يقل عن 1.25 متر في الجزء العلوي من أنبوب GI من خلال مخفض. في الصيف تنخفض رطوبة التربة مما يؤدي إلى زيادة مقاومة الأرض.
وهكذا يجري العمل على قاعدة اسمنتية خرسانية للحفاظ على المياه متوفرة في الصيف والحصول على الأرض بالمعايير الوقائية اللازمة. من خلال قمع متصل بأنبوب قطره 19 مم ، يمكن إضافة 3 أو 4 دلاء من الماء. يتم نقل إما سلك أرضي GI أو شريط من سلك GI مع مقطع عرضي كافٍ لإزالة التيار بأمان إلى أنبوب GI قطره 12 مم على عمق حوالي 60 سم من الأرض.
تأريض لوحة
في جهاز نظام التأريض هذا ، يتم غمر لوحة التأريض 60 سم × 60 سم × 3 م نحاس و 60 سم × 60 سم × 6 مم في الأرض بسطح عمودي على عمق لا يقل عن 3 متر من مستوى سطح الأرض
يتم إدخال الصفيحة الواقية في الطبقات المساعدة من الفحم والملح بسماكة لا تقل عن 15 سم ، ويتم ربط السلك الأرضي (GI أو الأسلاك النحاسية) بإحكام باللوحة الأرضية.
لا يتم استخدام الألواح النحاسية والأسلاك النحاسية بشكل شائع في دوائر الحماية نظرًا لارتفاع تكلفتها.
توصيل أرضي من خلال إمداد المياه
في هذا النوع ، يتم توصيل GI أو الأسلاك النحاسية بشبكة السباكة بسلك ربط فولاذي متصل بالرصاص النحاسي كما هو موضح أدناه.
السباكة من المعدن وتقع تحت سطح الارض اي متصلة مباشرة بالارض. يتم تأريض تدفق التيار عبر GI أو الأسلاك النحاسية مباشرة من خلال السباكة.
حساب مقاومة الحلقة الأرضية
مقاومة شريط واحد من قضيب مدفون في الأرض هي:
R=100xρ / 2 × 3 ، 14 × L (loge (2 x L x L / W x t)) ، حيث:
ρ - استقرار التربة (Ω أوم) ،
L - طول الشريط أو الموصل (سم) ،
w - عرض الشريط أو قطر الموصل (سم) ،
t - عمق الدفن (سم).
مثال: احسب مقاومة الشريط الأرضي. سلك بقطر 36 مم وبطول 262 متر وبعمق 500 مم في باطن الارض مقاومة الارض 65 اوم.
R هي مقاومة قضيب الأرض في W.
r - مقاومة الأرض (الأومتر)=65 أوم.
قياس الطول - طول القضيب (سم)=262 م=26200 سم.
د -القطر الداخلي للقضيب (سم)=36 مم=3.6 سم
h - عمق الشريط / القضيب المخفي (سم)=500 مم=50 سم.
مقاومة الشريط الأرضي / الموصل (R)=ρ / 2 × 3، 14 x L (loge (2 x L x L / Wt))
مقاومة الشريط الأرضي / الموصل (R)=65/2 × 3 ، 14 × 26200 × ln (2 × 26200 × 26200/3 ، 6 × 50)
مقاومة الشريط الأرضي / الموصل (R) =1.7 أوم.
يمكن استخدام القاعدة الأساسية لحساب عدد قضيب الأرض.
يمكن حساب المقاومة التقريبية للأقطاب الكهربائية للقضيب / الأنابيب باستخدام مقاومة الأقطاب الكهربائية للقضيب / الأنبوب:
R=K x ρ / L حيث:
ρ - مقاومة الأرض في مقياس المقاومة ،
L - طول القطب بالمتر
د - قطر القطب في العداد
K=0.75 إذا كان 25 <L / d <100.
K=1 إذا كان 100 <L / d <600.
K=1، 2 o / L إذا كان 600 <L / d <300.
عدد الأقطاب الكهربائية ، إذا وجدت الصيغة R (d)=(1، 5 / N) x R حيث:
R (د) - المقاومة المطلوبة
R - مقاومة القطب الواحد
N - عدد الأقطاب الكهربائية المثبتة بالتوازي على مسافة 3 إلى 4 أمتار.
مثال: احسب مقاومة الأنبوب الأرضي وعدد الأقطاب الكهربائية للحصول على مقاومة 1 أوم ، مقاومة التربة من ρ=40 ، الطول=2.5 متر ، قطر الأنبوب=38 مم.
L / d=2.5 / 0.038=65.78 لذا K=0.75.
مقاومة أقطاب الأنابيب R=K x ρ / L=0 ، 75 × 65 ، 78=12 Ω
قطب كهربائي - مقاومة - 12 أوم
للحصول على مقاومة 1 أوم ، العدد الإجمالي للأقطاب الكهربائية المطلوبة=(1.5 × 12) / 1=18
العوامل التي تؤثر على مقاومة الأرض
يتطلب كود NEC حدًا أدنى لطول القطب الأرضي 2.5 متر للتلامس مع الأرض. لكن هناك بعض العوامل التي تؤثر على المقاومة الأرضية لنظام الحماية:
- طول / عمق قطب الأرض. مضاعفة الطول يقلل من مقاومة السطح بنسبة تصل إلى 40٪
- قطر القطب الأرضي. مضاعفة قطر قطب الأرض يقلل مقاومة الأرض بنسبة 10٪ فقط.
- عدد أقطاب الأرض. لتحسين الكفاءة ، يتم تثبيت أقطاب كهربائية إضافية على عمق أقطاب الأرض الرئيسية.
إنشاء أنظمة كهربائية وقائية لمبنى سكني
هياكل الأرض هي الطريقة المفضلة حاليًا للتأريض ، خاصةً للشبكات الكهربائية. تتبع الكهرباء دائمًا المسار الأقل مقاومة وتحول التيار الأقصى من الدائرة إلى حفر أرضية مصممة لتقليل المقاومة ، من الناحية المثالية إلى 1 أوم.
لتحقيق هذا الهدف:
- 1.5 م × 1.5 م تم حفرها على عمق 3 م الحفرة نصف مملوءة بمزيج من مسحوق الفحم والرمل والملح.
- لوحة GI 500 مم × 500 مم × 10 مم موضوعة في المنتصف.
- إنشاء اتصالات بين اللوحة الأرضية لنظام تأريض المنزل الخاص.
- أخرىيمتلئ جزء من الحفرة بخليط من الفحم والرمل والملح.
- يمكن استخدام شريطين GI مقاس 30 مم × 10 مم لتوصيل الصفيحة الأرضية بالسطح ، ولكن يفضل استخدام أنبوب GI مقاس 2.5 بوصة مع شفة في الأعلى.
- بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تغطية الجزء العلوي من الأنبوب بجهاز خاص لمنع الأوساخ والغبار من دخول وانسداد الأنبوب الأرضي.
تركيب نظام التأريض وفوائده:
- مسحوق الفحم موصل ممتاز ويمنع تآكل الأجزاء المعدنية.
- يذوب الملح في الماء ، ويزيد الموصلية بشكل كبير.
- الرمال تسمح بمرور الماء من خلال الفتحة
للتحقق من كفاءة الحفرة ، تأكد من أن فرق الجهد بين الحفرة والتيار الكهربائي المحايد أقل من 2 فولت.
يجب الحفاظ على مقاومة الحفرة عند أقل من 1 أوم ، وعلى مسافة تصل إلى 15 مترًا من الموصل الواقي.
صدمة كهربائية
تحدث الصدمة الكهربائية (الصدمة الكهربائية) عندما يتلامس جزءان من جسم الشخص مع الموصلات الكهربائية في دائرة لها إمكانات مختلفة وتحدث فرقًا محتملًا في جميع أنحاء الجسم. جسم الإنسان لديه مقاومة ، وعندما يتم توصيله بين موصلين في إمكانات مختلفة ، تتشكل دائرة عبر الجسم ويتدفق التيار. عندما يتصل شخص ما بموصل واحد فقط ، لا تتشكل دائرة ولا يحدث شيء. عندما يتلامس شخص ما مع موصلات الدائرة ، بغض النظر عن الجهد الموجود فيها ، دائمًااحتمالية الإصابة بصدمة كهربائية
تقييم مخاطر الصواعق للمباني السكنية
من المرجح أن تجتذب بعض المنازل البرق أكثر من غيرها. تزداد اعتمادًا على ارتفاع المبنى والقرب من المنازل الأخرى. يعرف القرب بأنه ثلاثة أضعاف المسافة من ارتفاع المنزل.
لتحديد مدى ضعف مبنى سكني في مواجهة الصواعق ، يمكنك استخدام البيانات التالية:
- مخاطر منخفضة. مساكن خاصة من طابق واحد بالقرب من منازل أخرى من نفس الارتفاع.
- مخاطرة متوسطة. منزل خاص من طابقين محاط بمنازل بارتفاعات متشابهة أو محاط بمنازل من ارتفاعات منخفضة
- مخاطر عالية. منازل منعزلة غير محاطة بهياكل أخرى أو منازل من طابقين أو منازل منخفضة الارتفاع
بغض النظر عن احتمال حدوث ضربة صاعقة ، فإن الاستخدام السليم لمكونات الحماية من الصواعق المهمة سيساعد في حماية أي منزل من مثل هذا الضرر. أنظمة الحماية من الصواعق والتأريض مطلوبة في مبنى سكني بحيث يتم تحويل صاعقة الصواعق إلى الأرض. يشتمل النظام عادةً على قضيب أرضي بوصلة نحاسية مثبتة في الأرض.
عند تركيب مخطط للحماية من الصواعق في المنزل يرجى اتباع المتطلبات التالية:
- يجب أن تكون الأقطاب الكهربائية الأرضية بطول نصف 12 مم وطول 2.5 متر على الأقل.
- يوصى باستخدام التوصيلات النحاسية.
- إذا كان موقع النظام به تربة صخرية أو خطوط هندسية تحت الأرض ، فيحظر استخدامهقطب كهربائي عمودي ، فقط الموصل الأفقي مطلوب
- يجب أن تكون غائرة على الأقل 50 سم من الأرض وتمتد 2.5 متر على الأقل من المنزل.
- يجب أن تكون أنظمة التأريض الخاصة بالمنزل مترابطة باستخدام نفس الحجم الموصل.
- موصلات لجميع أنظمة الأنابيب المعدنية تحت الأرض ، مثل أنابيب المياه أو الغاز ، يجب أن تكون على بعد 8 أمتار من المنزل.
- إذا كانت جميع الأنظمة متصلة بالفعل قبل تثبيت الحماية من الصواعق ، فكل ما هو مطلوب هو ربط أقرب قطب كهربائي بنظام السباكة.
جميع الأشخاص الذين يعيشون أو يعملون في المباني السكنية والعامة على اتصال دائم بالأنظمة والمعدات الكهربائية ويجب حمايتهم بشكل موثوق من الظواهر الخطيرة التي قد تنشأ بسبب الدوائر القصيرة أو الفولتية العالية جدًا من تفريغ البرق.
لتحقيق هذه الحماية ، يجب تصميم أنظمة تأريض الشبكة الكهربائية وتركيبها وفقًا للمتطلبات الوطنية القياسية. مع تطور المواد الكهربائية ، تزداد متطلبات موثوقية أجهزة الحماية.
