كل ماتريد معرفته عن التأريض Grounding

التأريض:

 هو توصيل كهربائي متعمد لجهاز كهربائي أو شبكة أجهزة توصيلًا مباشراً بالأرض بدون وجود فيوز أو مفتاح أو قاطع في هذا الاتصال. لذا فإن التأريض مطلوب لتوفير السلامة للمنظومة الكهربائية وللعاملين في المنشأة.
ابتداء يمكن اعتبار الكرة الأرضية بأنها كتلة هائلة جدا لاتحمل جهدا كهربائيا أي جهدها هو صفر. أما أجزاء المنظومة الكهربائية فيمكن أن تكون ذات جهد معين مقارنة بجهد الأرض.

• لكي نفهم فكرة التأريض فلنأخذ جهاز منزلي بسيط مثل السخان الكهربائي يتكون من سلك حراري معزول عن جسم السخان المعدني الخارجي. تفترض الآن حدوث إنهيار أو تلف في عزل السلك الكهربائي ينتج عن هذا ارتفاع جهد الجسم المعدني إلى جهد الخط، فإذا لمس أي شخص الجسم المعني فإنه يأخذ صدمة كهربائية، ولكن عند توصيل جسم السخان إلى الأرض فإن التيار سيسري من السخان إلى باطن الأرض، وفي الحالة المثالية عندما تكون المقاومة مساوية للصفر فإن الشخص الملامس للسخان لن يتعرض للأذى.

الأهداف الرئيسة من عملية التأرض:

يحمى الأفراد من خطر الصعق الكهربائي.
يقي من خطر التفريغ الكهربائي بحمل التيار الخاطئ دون وقوع حرائق أو إنفجارات.
يحمى المعدات من أضرار التغيرات المفاجئة والكبيرة في جهد التغذية(VOLTAGE SURGE) حيث يعمل على ثبات الجهد أثناء التشغيل العادي.
يؤمن تشغيلاً مناسباً للمعدات والمنظومة الكهربائية.
يقوم بحماية المعدات الكهربائية من أخطار الزيادة المفرطة في تيارات الخطا بتوفير مسار ذي مقاومة منخفضة إلى الأرض لجعل تيار الخطا ذي قيمة معينة تكفي لتشغيل معدات الحماية مثل (مصهرات ، قواطع ).

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 1500سم والمعرضة للملامسة .
- كل الأجهزة الكهربائية .
- جميع مخارج البرايز ووحدات الإنارة.

أدوات التأريض :

وهى عبارة عن موصل التأريض وقطب التأريض

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.

قطب التأريض : (GROUNDING ELECTRODEE)

يمكن استخدام أحد الوسائل التالية كقطب للتأريض وهى :
1- أسياخ التسليح للمبنى.
2- 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 2400سم، 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 بسمك 1.5 مم أو من الحديد بسمك لا يقل عن 6.355 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 2400سم بين القضيب والآخر وذلك للحصول على أفضل قيمة ممكنة لمقاومة التأريض.

معالجة التربة كيميائياً :

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

1. تعمل حفره مجاورة لقضيب التأريض وتبعد عنه بمسافة لا تزيد عن 100سم وتملاأ بأملاح كبريتات المغنيسيوم أو كبريتات النحاس أو ملح صخري حتى منسوب 30سم من سطح الأرض ويصعب تنفيذ هذه الطريقة في حالة عدم توفر فراغ كافٍ بجوار قضيب التأريض .
2.  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.

 شروط الأرضي الجيد:

 أن تكون مقاومته أقل ما يمكن و تتراوح عادة بين 1 – 5 أوم ، إلا أن الحصول على مثل هذه القيم في تربة ذات مقاومة نوعية عالية لا يمكن الوصول إليها ببساطة باستخدام عدد معقول من الأقطاب الأرضية، وهذا يعني كلفة عالية ، لذا فإن من الضروري حساب أعلى قيمة مقاومة يسمح بها على أساس المقاومة الكلية لدائرة العطب الأرضي، والتي تسمح بمرور تيار عطب كافٍ لاشتغال جهاز الحماية (صهيرة ، قاطع دورة أو مناولة) لعزل الدائرة الكهربائية المعطوبة .

المبادئ العامة لتصميم الشبكة الأرضية:

1.  تقليل فرق الجهد بين الأجزاء المعدنية المكشوفة المتجاورة، وكذلك بينها والأرض من ناحية أخرى.. ويكون ذلك بالربط متساوي الجهد (Equi Potential Bondingg) بين الأجزاء المعدنية المتجاورة من ناحية، وكذلك ربطها بشبكة أرضية ذات مقاومة كهربية واطئة قدر الإمكان من ناحية أخرى، حيث يؤدي ذلك إلى تقليل جهد التماس وكذلك جهد الخطوة (Touch & Step Voltage)، و بالتالي إلى حماية الأشخاص من الصعقات المميتة.
2.  تقليل ممانعة القطب اللأرضي .. يكون ذلك باستخدام موصلات للشبكة الأرضية ذات حجوم مناسبة تجعل مقاومتها قليلة إضاقة إلى اختيار نوع أقطاب الأرضي المدفونة في التربة وأعدادها وأعماق دفنها ومناطق دفنها، بحيث توفر أقل مقاومة ممكنة إلى كتلة الأرض.

إن تقليل ممانعة دائرة العطب الأرضي تؤدي بالنتيجة إلى سريان تيارات عالية خلالها عند حدوث تماس للدائرة الكهربائية مع الأرض، وهو هدف نسعى إليه، حيث يؤدي ذلك إلى تحسس أجهزة الحماية الكهربائية وبالتالي إلى قيامها بقطع التيار عن الجزء المعطوب، أي عزله عن الأجزاء السليمة من الدائرة الكهربائية، وخلال وقت قصير جداً، فتوفر الحماية الكافية للتأسيسات من الأعطاب و الحرائق وحماية الأشخاص من خطر الصعقة الكهربائية. إن زمن القطع يتراوح عادة بين جزء من الثانية الواحدة وبضع ثوانٍ، ويتناسب عكسيا مع مقدار تيار العطب الأرضي وجهد التماس.

المكونات الرئيسية لممانعة دائرة العطب الأرضي:

1 - في منظومة كهربائية من نوع TTT: تكون ممانعة دائرة العطب الأرضي فيها من مقاومة موصلات الدائرة و موصلات الشبكة الأرضية هي مقاومة واطئة جدا عادة، ثم مقاومة أقطاب الأرض عند كل من جهة المصدر (مقاومة نقطة الحيادي للمحولة الى الأرض ) وجهة المستهلك، ويفترض أن تكون مقاومتها قليلة (جزء من الأوم لغاية بضع أومات) إن كانت أقطاب الأرضي بحالة جيدة، وأخيرا مقاومة منطقة العطب وتتبع مقاومتها طبيعة ونوع العطب.
في هذا النوع من المنظومات تشكل مقاومة الأقطاب الأرضية الجزء الأكبر من المقاومة الكلية لدائرة العطب الأرضي، لذا تلعب دورا رئيسيا في فعالية شبكة الأرضي ككل ويتطلب الاهتمام بمراقبتها وصيانتها دوريا.

2 - في منظومة تغذية كهربائية من نوع TN: تتكون دائرة ممانعة العطب الأرضي هنا كليا من موصلات الدائرة و موصلات الشبكة الأرضية إضافة إلى منطقة العطب دون الاعتماد على مقاومة أقطاب الأرضي، لذا تكون أجهزة الحماية الكهربائية في الدوائر الكهربائية المرتبطة بهذه المنظومات ذات تحسس وفعالية أكبر في عزل دوائر العطب الأرضي من مماثلتها في منظومات من نوع TT .

تعاريف ذات صله :

1 - الشبكة الأرضية: هي مجموعة الموصلات التي يتم بواسطتها إيجاد اتصال كهربائي جيد بين الأجزاء و الهياكل المعدنية المكشوفة وبين كتلة الارض.

2 - الأرضي (Earth Pit) : هو مجموعة من الموصلات أو الأقطاب (Electrodes) التي تدفن أو تغرز في الأرض بحيث توفر تماسا جيدا و بأقل مقاومة ممكنة مع التربة المحيطة بها، و بذلك تشكل واسطة الاتصال بين أجزاء الشبكة الأرضية الأخرى وكتلة الأرض.

3 - موصل الأرضي الرئيسي (Main Earting Lead) :.. الموصل الرئيسي الذي يربط مجموعة المعدات و الأجهزة الكهربائية إلى الأرضي.

4 - موصل الربط (Bonding Lead): الموصل الذي يربط بين هيكل أو حاوية الجهاز أو المعدة الكهربائية إلى موصل الأرضي الرئيسي.

5 - التأريض الوظيفي (Functional Earthing) : وهو تأريض نقطة الحيادي (Neutral Pointt) لمحولات القدرة و تأريض النقاط المشتركة (Common Points) لمحولات التيار وذلك لأسباب تشغيلية.

6 - التأريض الستاتيكي (Static Earthing): ويستخدم لغرض ضمان تسرب الشحنات المستقرة التي تتولد في الحاويات و الأوعية و الخزانات نتيجة تصادم السوائل الهيدروكاربونية بجدران تلك الحاويات و والأوعية والخزانات أثناء التحميل أو التفريغ، حيث إن توفر تأريض جيد يؤدي إلى تسرب الشحنات المتولدة إلى الأرض وعدم تكون جهد خطر على تلك الأوعية و الخزانات و الحاويات.

7 - التأريض لغرض الحماية من الصواعق (Lightening Protection Eartingg): ويستخدم لغرض تسريب التيارات العالية جدا التي تنتج عند حدوث تفريغ كهربائي ناتج عن الصواعق، وبذلك تتم حماية المنشآت من أخطار الحريق و الدمار الذي يمكن أن ينتج عند عدم وجود حماية من الصواعق.