من أهم أسباب حساب التأريض والتركيب أنه يحمي الناس والأجهزة في المنزل من الجهد الزائد. إذا ضرب البرق فجأة منزلًا أو حدث ارتفاع في الطاقة في الشبكة لسبب ما ، ولكن في نفس الوقت تم تأريض النظام الكهربائي ، ستذهب كل هذه الكهرباء الزائدة إلى الأرض ، وإلا فسيحدث انفجار يمكن أن يدمر كل شيء في طريقه
معدات الحماية الكهربائية
النمو في استهلاك الكهرباء في جميع مجالات الحياة ، في المنزل والعمل ، يتطلب قواعد سلامة واضحة لحياة الإنسان. معايير وطنية ودولية عديدة تحكم متطلبات إنشاء الأنظمة الكهربائية لضمان سلامة الأشخاص والحيوانات الأليفة والممتلكات عند استخدام الأجهزة الكهربائية.
يجب فحص معدات الحماية الكهربائية المثبتة أثناء تشييد المباني السكنية والعامة بانتظام لضمان التشغيل الموثوق به لسنوات عديدة. يمكن أن يكون لانتهاك قواعد السلامة في الأنظمة الكهربائية عواقب سلبية: تهديد لحياة الناس ، تدمير الممتلكات أوتدمير الأسلاك.
تحدد لوائح السلامة الحدود العليا التالية للتواصل البشري الآمن مع الأسطح الحية: 36 فولت تيار متردد في المباني الجافة و 12 فولت تيار متردد في المناطق الرطبة.
نظام التأريض
نظام التأريض هو من المعدات التقنية الأساسية للغاية لكل مبنى ، لذلك فهو أول مكون كهربائي يتم تركيبه في منشأة جديدة. يستخدم مصطلح التأريض في الهندسة الكهربائية لربط المكونات الكهربائية عن قصد بالأرض.
التأريض الوقائي يحمي الناس من الصدمات الكهربائية عند لمس المعدات الكهربائية في حالة حدوث عطل. يجب توصيل الصواري والأسوار والمرافق مثل أنابيب المياه أو خطوط أنابيب الغاز بكابل واقي من خلال توصيله بطرف أو قضيب تأريض.
مشاكل الحماية الوظيفية
لا يوفر التأريض الوظيفي الأمان كما يوحي الاسم ، ولكنه بدلاً من ذلك يخلق تشغيلًا غير متقطع للأنظمة والمعدات الكهربائية. يعمل التأريض الوظيفي على تبديد التيارات ومصادر الضوضاء لمحولات اختبار الأرض والهوائيات والأجهزة الأخرى التي تستقبل موجات الراديو.
إنها تحدد الإمكانات المرجعية المشتركة بين المعدات والأجهزة الكهربائية وبالتالي تمنع حدوث أعطال مختلفة في المنازل الخاصة ، مثل التلفزيون أو الخفقان الضوئي. لا يمكن أن يؤدي التأريض الوظيفي مهام الحماية أبدًا.
يمكن العثور على جميع متطلبات الحماية من الصدمات الكهربائية في المعايير الوطنية. يعد إنشاء أرض واقية أمرًا حيويًا ، وبالتالي يكون دائمًا له الأسبقية على الوظيفة.
المقاومة القصوى لأجهزة الحماية
في نظام آمن للأشخاص ، يجب أن تعمل أجهزة الحماية بمجرد أن يصل جهد الأعطال في النظام إلى قيمة يمكن أن تشكل خطورة عليهم. لحساب هذه المعلمة ، يمكنك استخدام بيانات حد الجهد أعلاه ، واختيار متوسط القيمة U=25 VAC.
لن تنتقل قواطع التيار المتبقي المثبتة في المناطق السكنية عادة إلى الأرض حتى يصل تيار الدائرة القصيرة إلى 500 مللي أمبير. لذلك ، وفقًا لقانون أوم ، مع U=R1 R=25 V / 0.5 A=50 أوم. لذلك ، من أجل حماية سلامة الأشخاص والممتلكات بشكل مناسب ، يجب أن تكون مقاومة الأرض أقل من 50 أوم ، أو R earth<50.
عوامل موثوقية القطب
وفقًا لمعايير الدولة ، يمكن اعتبار العناصر التالية أقطابًا كهربائية:
- أكوام أو أنابيب فولاذية يتم إدخالها رأسياً ؛
- شرائط أو أسلاك فولاذية موضوعة أفقيًا ؛
- لوحات معدنية راحة ؛
- حلقات معدنية موضوعة حول الأساسات أو مدمجة في الأساسات.
مواسير مياه وشبكات هندسية حديدية أخرى تحت الأرض (إذا كان هناك اتفاق مع المالكين).
يعتمد التأريض الموثوق به مع مقاومة أقل من 50 أوم على ثلاثة عوامل:
- إطلالة على الأرض.
- النوع ومقاومة التربة.
- مقاومة الخط الأرضي.
يجب أن يبدأ حساب جهاز التأريض بتحديد مقاومة التربة. ذلك يعتمد على شكل الأقطاب الكهربائية. يتم التعبير عن مقاومة الأرض r (الحرف اليوناني Rho) بوحدات أوم متر. هذا يتوافق مع المقاومة النظرية لأسطوانة تأريض 1 متر2، التي يبلغ ارتفاع المقطع العرضي لها 1 متر وارتفاعها 1 متر). أمثلة على مقاومة التربة في أوم م:
- تربة المستنقعات من 1 إلى 30 ؛
- تربة اللوس من 20 إلى 100 ؛
- الدبال من 10 إلى 150 ؛
- رمل الكوارتز من 200 إلى 3000 ؛
- الحجر الجيري الناعم من 1500 إلى 3000 ؛
- تربة عشبية من 100 إلى 300 ؛
- أرض صخرية بدون نباتات - 5.
تركيب جهاز التأريض
الحلقة الأرضية مركبة من هيكل يتكون من أقطاب كهربائية فولاذية وشرائط توصيل. بعد الغمر في الأرض ، يتم توصيل الجهاز باللوحة الكهربائية للمنزل بسلك أو بشريط معدني مشابه. تؤثر رطوبة التربة على مستوى وضع الهيكل.
توجد علاقة عكسية بين طول حديد التسليح ومستوى المياه الجوفية. المسافة القصوى من موقع البناء تتراوح من 1 م إلى 10 م.يجب أن تدخل الأقطاب الكهربائية لحساب التأريض إلى الأرض أسفل خط تجميد التربة. بالنسبة للبيوت ، يتم تركيب الدائرة باستخدام المنتجات المعدنية: الأنابيب ، التعزيز السلس ، الزاوية الفولاذية ، I-beam.
يجب تكييف شكلها للدخول العميق إلى الأرض ، حيث تزيد مساحة المقطع العرضي للتعزيز عن 1.5 سم2. يتم وضع التعزيز على شكل صف أو على شكل أشكال مختلفة ، والتي تعتمد بشكل مباشر على الموقع الفعلي للموقع وإمكانية تركيب جهاز حماية. غالبًا ما يتم استخدام المخطط حول محيط الكائن ، ومع ذلك ، لا يزال نموذج التأريض المثلث هو الأكثر شيوعًا.
على الرغم من حقيقة أن نظام الحماية يمكن صنعه بشكل مستقل باستخدام المواد المتاحة ، فإن العديد من بناة المنازل يشترون مجموعات المصنع. على الرغم من أنها ليست رخيصة الثمن ، إلا أنها سهلة التركيب ومتينة الاستخدام. عادة ، تتكون هذه المجموعة من أقطاب كهربائية مطلية بالنحاس بطول متر واحد ، ومجهزة بوصلة ملولبة للتركيب.
إجمالي حساب الخط
لا توجد قاعدة عامة لحساب العدد الدقيق للفتحات وأبعاد الشريط الأرضي ، لكن تصريف تيار التسرب يعتمد بالتأكيد على مساحة المقطع العرضي للمادة ، لذلك بالنسبة لأي جهاز ، يتم حساب حجم الشريط الأرضي على التيار الذي سيحمله هذا الشريط.
لحساب الحلقة الأرضية ، يتم حساب تيار التسرب أولاً وتحديد حجم الشريط.
لمعظم المعدات الكهربائية مثل المحولات ،مولد الديزل ، وما إلى ذلك ، يجب أن يكون حجم الشريط الأرضي المحايد بحيث يمكنه التعامل مع التيار المحايد لهذه المعدات.
على سبيل المثال ، بالنسبة لمحول 100kVA ، يبلغ إجمالي الحمل الحالي حوالي 140 أمبير.
يجب أن يكون الشريط المتصل قادرًا على حمل 70 أمبير على الأقل (تيار محايد) ، مما يعني أن الشريط 25 × 3 مم كافٍ لحمل التيار.
يتم استخدام شريط أصغر لتأريض العلبة ، والتي يمكن أن تحمل تيارًا يبلغ 35 أمبير ، بشرط استخدام حفرتين أرضيتين لكل كائن كحماية احتياطية. إذا أصبح أحد الشرائح غير قابل للاستخدام بسبب التآكل ، الذي يكسر سلامة الدائرة ، يتدفق تيار التسرب عبر النظام الآخر ، مما يوفر الحماية.
حساب عدد أنابيب الحماية
يتم حساب مقاومة التأريض لقضيب أو أنبوب قطب كهربائي واحد وفقًا لـ:
R=ρ / 2 × 3 ، 14 × L (تسجيل (8xL / د) -1)
حيث:
ρ=مقاومة الأرض (الأومتر) ، L=طول القطب (متر) ، D=قطر القطب (متر).
الحساب الأرضي (مثال):
احسب مقاومة قضيب عزل الأرض. يبلغ طولها 4 أمتار وقطرها 12.2 ملم وبثقلها النوعي 500 أوم.
R=500 / (2 × 3 ، 14 × 4) × (السجل (8 × 4/0 ، 0125) -1)=156 ، 19 Ω.
يتم حساب مقاومة التأريض لقضيب واحد أو قطب كهربائي على النحو التالي:
R=100xρ / 2 × 3 ، 14 × L (تسجيل (4xL / د))
حيث:
ρ=مقاومة الأرض (الأومتر) ، L=طول القطب (سم) ، D=قطر القطب (سم).
التعريفهيكل التأريض
يبدأ حساب تأريض التركيبات الكهربائية بتحديد عدد أنابيب التأريض بقطر 100 مم وطول 3 أمتار. النظام لديه تيار خطأ 50 KA لمدة 1 ثانية ومقاومة الأرض 72.44 أوم.
كثافة التيار على سطح قطب الأرض:
الخشخاش. كثافة التيار المسموح بها I=7.57 × 1000 / (xt) A / m2
الخشخاش. كثافة التيار المسموح بها=7.57 × 1000 / (√72.44X1)=889.419 أمبير / متر مربع
مساحة سطح قطر واحد 100 مم. أنبوب 3 م=2 × 3 ، 14 لتر=2 × 3 ، 14 × 0.05 × 3=0.942 م 2
الخشخاش. يتبدد التيار بواسطة أنبوب أرضي واحد=الكثافة الحالية × مساحة سطح القطب.
ماكس. تبدد التيار بواسطة أنبوب تأريض واحد=889.419x 0.942=838A ،
عدد الأنابيب الأرضية المطلوبة=تيار الخطأ / الحد الأقصى
عدد الأنابيب الأرضية المطلوبة=50000/838=60 قطعة.
مقاومة الأنابيب الأرضية (معزولة) R=100xρ / 2 × 3 ، 14xLx (السجل (4XL / د))
مقاومة الأنبوب الأرضي (معزول) R=100 × 72.44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (السجل (4X300 / 10))=7.99 Ω / الأنبوب
المقاومة الإجمالية 60 قطعة أرض=7.99 / 60=0.133 أوم.
مقاومة الشريط الأرضي
مقاومة الشريط الأرضي (R):
R=ρ / 2 × 3 ، 14xLx (تسجيل (2xLxL / wt))
يرد أدناه مثال لحساب تأريض الحلقة
احسب شريطًا بعرض 12 مم وطول 2200 مترًا ،مدفون في باطن الأرض على عمق 200 مم مقاومة التربة 72.44 أوم.
مقاومة الشريط الأرضي (إعادة)=72 ، 44/2 × 3 ، 14 × 2200 × (سجل (2 × 2200 × 2200 /. 2 × 012))=0 ، 050 Ω
من المقاومة الإجمالية المذكورة أعلاه 60 قطعة من أنابيب التأريض (Rp)=0.133 أوم. وهذا بسبب شريط الأرض الخام. هنا مقاومة الأرض الصافية=(RpxRe) / (Rp + Re)
صافي المقاومة=(0.133 × 0.05) / (0.133 + 0.05)=0.036 أوم
مقاومة الأرض وعدد الأقطاب الكهربائية لكل مجموعة (اتصال متوازي). في الحالات التي يكون فيها قطب كهربائي واحد غير كافٍ لتوفير مقاومة الأرض المطلوبة ، يجب استخدام أكثر من قطب كهربائي. يجب أن تكون المسافة الفاصلة بين الأقطاب الكهربائية حوالي 4 أمتار ، وتكون المقاومة المشتركة للأقطاب الكهربائية المتوازية دالة معقدة لعدة عوامل مثل عدد وشكل القطب. المقاومة الكلية لمجموعة من الأقطاب الكهربائية في تكوينات مختلفة حسب:
Ra=R (1 + λa / n)
حيث أ=ρ / 2X3.14xRxS
حيث: S=المسافة بين ضبط الجذع (متر).
λ=العامل الموضح في الجدول أدناه.
n=عدد الأقطاب
ρ=مقاومة الأرض (مقياس أوم).
R=مقاومة قضيب واحد في العزل (Ω).
| عوامل للأقطاب الكهربائية المتوازية في الخط | |
| عدد الأقطاب الكهربائية (ن) | العامل (λ) |
| 2 | 1، 0 |
| 3 | 1، 66 |
| 4 | 2، 15 |
| 5 | 2، 54 |
| 6 | 2 ، 87 |
| 7 | 3.15 |
| 8 | 3 ، 39 |
| 9 | 3، 61 |
| 10 | 3 ، 8 |
لحساب تأريض أقطاب كهربائية متباعدة بالتساوي حول مربع مجوف ، مثل محيط المبنى ، تُستخدم المعادلات أعلاه بقيمة λ مأخوذة من الجدول التالي. لثلاثة قضبان تقع في مثلث متساوي الأضلاع أو في شكل L ، القيمة λ=1 ، 66
| عوامل للإلكترودات المربعة المجوفة | |
| عدد الأقطاب الكهربائية (ن) | العامل (λ) |
| 2 | 2، 71 |
| 3 | 4، 51 |
| 4 | 5، 48 |
| 5 | 6، 13 |
| 6 | 6، 63 |
| 7 | 7 ، 03 |
| 8 | 7 ، 36 |
| 9 | 7، 65 |
| 10 | 7، 9 |
| 12 | 8، 3 |
| 14 | 8، 6 |
| 16 | 8، 9 |
| 18 | 9، 2 |
| 20 | 9، 4 |
يتم حساب التأريض الوقائي للحلقة للمربعات المجوفة وفقًا لصيغة العدد الإجمالي للأقطاب الكهربائية (N)=(4n-1). القاعدة الأساسية هي أن القضبان المتوازية يجب أن تكون متباعدة مرتين على الأقل للاستفادة الكاملة من الأقطاب الكهربائية الإضافية.
إذا كان الفصل بين الأقطاب الكهربائية أكبر بكثير من طولها ، وكان عدد قليل فقط من الأقطاب الكهربائية متوازية ، فيمكن حساب مقاومة الأرض الناتجة باستخدام المعادلة المعتادة للمقاومة. من الناحية العملية ، عادة ما تكون مقاومة الأرض الفعالة أعلى من المقاومة المحسوبة.
بشكل نموذجي ، يمكن أن توفر مصفوفة من 4 قطب كهربائي تحسنًا بمقدار 2.5-3 مرات.
عادة ما تعطي مصفوفة من 8 أقطاب كهربائية تحسناً ربما من 5 إلى 6 مرات. ستنخفض مقاومة قضيب الأرض الأصلي بنسبة 40٪ للخط الثاني ، و 60٪ للخط الثالث ، و 66٪ للخط الرابع.
مثال على حساب القطب
حساب المقاومة الإجمالية لقضيب أرضي 200 وحدة على التوازي ، على فترات كل منها 4 أمتار ، وإذا كانت متصلة في مربع. قضيب الأرض - 4متر وقطر 12.2 ملم ، مقاومة السطح 500 أوم. أولاً ، يتم حساب مقاومة قضيب أرضي واحد: R=500 / (2 × 3 ، 14 × 4) × (سجل (8 × 4/0 ، 0125) -1)=136 ، 23 أوم.
بعد ذلك ، المقاومة الإجمالية لقضيب الأرض بمقدار 200 وحدة على التوازي: أ=500 / (2 × 3 ، 14 × 136 × 4)=0.146 رع (خط متوازي)=136.23 × (1 + 10 × 0.146) / 200)=1.67 أوم.
إذا كان قضيب الأرض متصلاً بمنطقة مجوفة 200=(4N-1) ،
Ra (على مربع فارغ)=136، 23x (1 + 9، 4 × 0، 146/200)=1، 61 أوم.
حاسبة الأرض
كما ترى ، يعد حساب التأريض عملية معقدة للغاية ، فهي تستخدم العديد من العوامل والصيغ التجريبية المعقدة المتوفرة فقط للمهندسين المدربين الذين لديهم أنظمة برمجية معقدة.
يمكن للمستخدم فقط إجراء حساب تقريبي باستخدام الخدمات عبر الإنترنت ، على سبيل المثال ، Allcalc. للحصول على حسابات أكثر دقة ، ما زلت بحاجة إلى الاتصال بمؤسسة التصميم.
ستساعدك آلة حاسبة Allcalc عبر الإنترنت على حساب التأريض الوقائي بسرعة ودقة في تربة من طبقتين تتكون من أرضية عمودية.
حساب معلمات النظام:
- الطبقة العليا من التربة عبارة عن رمال شديدة الرطوبة.
- معامل مناخي - 1.
- الطبقة السفلية من التربة عبارة عن رمال شديدة الرطوبة.
- عدد التأريضات العمودية - 1.
- عمق التربة العلوي H (م) - 1.
- طول المقطع الرأسي ، L1 (م) - 5.
- عمق المقطع الأفقي h2 (م)- 0.7.
- طول شريط التوصيل ، L3 (م) - 1.
- قطر المقطع الرأسي ، D (م) - 0.025.
- عرض رف المقطع الأفقي ، b (م) - 0.04.
- مقاومة التربة الكهربائية (أوم / م) - 61.755.
- مقاومة مقطع عمودي واحد (أوم) - 12.589.
- طول المقطع الأفقي (م) - 1.0000.
مقاومة التأريض الأفقية (أوم) - 202.07.
تم الانتهاء من حساب مقاومة الأرض الواقية. المقاومة الكلية لانتشار التيار الكهربائي (أوم) - 11.850.
توفر الأرض نقطة مرجعية مشتركة للعديد من مصادر الجهد في النظام الكهربائي. أحد الأسباب التي تجعل التأريض يساعد في الحفاظ على سلامة الشخص هو أن الأرض هي أكبر موصل في العالم ، والكهرباء الزائدة تأخذ دائمًا المسار الأقل مقاومة. من خلال تأريض النظام الكهربائي في المنزل ، يسمح الشخص للتيار بالذهاب إلى الأرض ، مما ينقذ حياته وحياة الآخرين.
بدون نظام كهربائي مؤرض بشكل صحيح في المنزل ، لا يخاطر المستخدم بالأجهزة المنزلية فحسب ، بل يخاطر أيضًا بحياته. هذا هو السبب في أنه من الضروري في كل منزل ليس فقط إنشاء شبكة تأريض ، ولكن أيضًا لمراقبة أدائها سنويًا باستخدام أدوات قياس خاصة.
