توجيهــات ومعلومــات في الكهرباء

التأريض
ما هو التأريض؟
التأريض هو توصيل نقطة ما في الدائرة الكهربائية بالأرض و يسمى ذلك بالتأريض الخدمة Function earthing .
أو توصيل جسم موصل غير حامل للتيار الكهربائي بالأرض مثل : هيكل جهاز كهربي و يسمى ذلك بالتأريض الوقائي Protection earthing و الأرضي هو عبارة عن موصل غير معزول مدفون بالأرض و يسمى بالقطب الأرضي.
[U]ما هو الفرق بين تأريض الخدمة و تأريض الوقاية؟[/u]
تأريض الخدمة : يقوم تأريض الخدمة كمعادل في حال وجود تيار 380v
بين وجهين من التيار يكون مهمة تأريض الخدمة خلق تيار كهربائي بقوة 220v
بتوصل وجه واحد ( فاز ) بالإضافة إلى الأرضي و هو وجه التعادل فبذلك يتك
خلق نيار قوته الفولتية 220V و هذا ضروري لتشغيل خدمات الأحادية الوجه (
الإضاءة و الأجهزة ... الخ).
تأريض الوقاية أو التأريض الوقائي:
هو توصيل الأرضي بهيكل جهاز او معدة او محرك و ذلك من أجل حماية الانسان
من الصدمة الكهربائية عند ملامسته للمحرك او الجهاز و غالباً ما يحدث ذلك
في حال انهيار العزل الداخلي للمحركات و المعدات . و سوف نتناول هذا
الموضوع بالتفصيل لاحقاً.
مم يتكون نظام التأريض الوقائي؟
يتكون نظام التأريض الوقائي من قطب واحد أو عدة أقطاب أرضية و موصل أرضي Earthing Conductor و موصل وقاية Protection Conductor و مجموعة من الموصلات Bonding و يعمل نظام التأريض الوقائي على :
* منع تشكل أي جهد على الوسط المحيط عند حدوث أي خطأ مثل : هياكل المعدات
الغير حاملة للتيار الكهربائي و يكون ذلك برط جميع هياكل المعدات مع نظام
التأريض.
*يسمح بتمرير الشحنات الاستاتيكية التي تتشكل على هياكل المعدات الكهربية و الأجهزة إلى الأرض.
*يعمل على تصريف الشحنات الكهربائية الناتجة من الصواعق البرقية إلى الأرض.
*يمرر التيار اللازم لتشغيل أجهزة الحماية من زيادة التيار عند القصور.
هنا يجدر بالذكر أن جهد الأرضي يساوي صفر و بناء عليه يجب المحافظة على
جهد جميع هياكل المعدات الغير حاملة للتيار عند جهد صفر لمنع تشكل فرق جهد
بين هياكل تلك المعدات و الأرضي أثناء تلف هذه المعدة و ذلك من أجل حماية
الإنسان من تعرضه لصدم كهربائية.
و يمكن اعتبار الأرض كموصل له مساحة مقطع كبيرة جداً و طول كبير جداً و
يمكن لها حمل أي تيار مهما كانت شدته . و تعتمد المقاومة النوعية للأرض
على عدة أمور منها: نوعية التربة - الرطوبة - درجة الحرارة - الفصل من
العام ( شتاء - صيف - خريف - ربيع ).
و قد وجد بالتجربة أن زيادة طول قطب الأرضي له تأثير أكبر من زيادة قطر
قطب الأرضي في تقليل مقاومة الأرضي حتى لو تساوت مساحة السطحية في
الحالتين.
و تتكون مقاومة الأرضي من :
- مقاومة عامود الأرضي و مقاومة الوصلة مع عامود الأرضي.
- مقاومة التلامس بين عامود الأرضي و التربة.
- مقاومة الأرض المحيطة بالعامود الأرضي.


الحلقة الثانية
نواصل الحديث عن المقاومة:
مقاومة عامود الأرضي ( قطب الأرضي ) ليست كبيرة بل يمكن إعتبارها مهملة.و
عندما يكون عامود الأرضي غير مغطى بطبقة عازلة و يوجد تلامس جيد بين
الأرضي و عامود الأرضي فإن مقاومة التلامس بين عامود الأرضي و التربة تكون
صغيره هي الأخرى ، أي أ، مقاومة الأرضي تكمن في مقاومة التربة المحيطة
بعامود الأرضي.و يمكن اعتبارها مجموعة من القشرات المحيطة بالقطب الأرضي،
مكلما زادت المساحة السطحية للقشرة قلت مقاومتها أي أن مقاومة الأرض تكون
غير خطير بمعنى أنها تكون صغيرة بالقرب من القطب الأرضي ، و تزداد كلما
ابتعدنا عن القطب الأرضي.
أنواع الأقطاب الأرضي :
يمكن تقسيم الأقطاب الأرضية إلى:
** أقطاب ارضية طبيعية: و هي تتمثل في أجزاء معدنية مدفونة طبيعياً في
الأرض مثل أنابيب المياه و الغاز و الهياكل المعدنية للمباني و الأعمدة
الحديدية للمباني و الأعمدة الخرسانية و التي تحتوي على حديد تسليح و طبقة
التدريع للكابلات و الجدير بالذكر أنه لا يجب استخدام مواسير المياه و
الغاز كقطب أرضي ، و لكن يمكن توصيلها مع نظام معادلة الجهد :
Equipotential System و الذي سوف نتناوله فيما بعد .
** أقطاب أرضية صناعية : و هي تعد من قبل المختصين و يوجد منها عدة أشكال سيتم توضيحها فيما يلي
القضبان الأرضية:Earth Rods
تعد القضبان الأرضي هي أخص أنواع الأقطاب التي يتم غرسها في الأرض إما
بصورة رأسية إذا كانت الأرض لينة ، أو بصورة مائلة إذا تعذر غرسها بصورة
عامودية نتيجة اعتراض طبقة صخرية لمسار القطب بشرط ألا تقل زاوية ميل
العامود عن 45 درجة مع مستوى الأرض ، أو يوضع القضيب أفقياً على عمق 1 متر
و يتم غرس القضبان الأرضية في الأرض إما بالحفر ثم الردم أو بالدق اليدوي
أو بالدق بالمطارق الكهربائية أو الهوائية أو الهيدروليكية.
و يكون طول القضبان الأرضي أكبر من 1 متر و أقل عادة من 2.5 متر، و تتميز
القضبان الأرضية المتوفرة في الأسواق بأنها قابلة الاستطالة بتجميع عدة
وصلات مع بعضها حيث تكون مزودة بجلب توصيل خارجية.
و تعتبر القضبان الأرضية المصنوعة من النحاس أفضل القضبان الأرضية ، و
لكنها ليست متينة بالقدر الكافي لغرسها في الأرض على أعماق كبيرة بالطرق
التقليدية ، و لذلك تعتبر قضبان الصلب المطلية بالنحاس هي الأفضل في مثل
هذه الظروف، حيث يمكن غرسها لأعماق تصل إلى 30 متر في لتربة الرملية.
و الجدير بالذكر أنه أمكن التغلب على مشكلة المتانة الميكانيكية للقضبان
النحاسية باستخدام أجهزة مخصصة لذلك حيث يتم شبك قضيب النحاس المرن مع
مقدمة دقاق هوائي، و بالتالي يمكن غرسه على أي عمق .

الحلقة الثالثة
الشرائط الأرضية المدفونةفي الأساس
لقد أسفرت التجارب المجراة في المانيا على أن افضل النتائج يمكن الحصول
عليها من دفن شريط من الصلب أو حبل من الصلب في الأساس على شكل مسار مغلق
حيث تكون أبعاد الشريط 3.2mm×30 أو 4mm×25 و يكون قطر الحبل الصلب المجلفن
على الساخن لا يقل عن 10mm و يجب الا تبعد جوانب الأساس عن مركز الأساس عن
10m و في حال زيادة هذه المسافة عن 10m يجب إمرار شريط أرضي أو حبل الصلب
في الجدران الداخلية .
أما بخصوص المقاومة النوعية للتربة فتعتمد على عدة عوامل مثل
** نوع التربة.
** رطوبة التربة .
** المقاومة النوعية للسوائل الموجودة في التربة.
** حرارة التربة.
حيث أن التفصيل الأتي يبين القيمة المتوسطة للمقاومات النوعية لترب مختلفة
*** أرض مستنقعات ===== 30
*** تربة جيرية أو طينية ===== 100
*** رمل رطب ===== 200
*** حصى رطب ===== 500
*** رمل أو حصى جاف ===== 1000
*** تربة حجرية ===== 3000
أنواع الأقطاب الأرضية
قضيب واحد مثبت عمودياً : و يكون إما ماسورة أو عامود.
قضيب واحد مثبت أفقياً: و يكون على شكل قضيب له مقطع نصف دائري أو على شكل
شريط من الصلب بسمك أكبر من 3mm و يدفن على عمق لا يقل عن 80cm.
الشبكات الأرضية :
تتكون الشبكة الأرضية من مجموعة من القضبان الرأسية المتصلة فيما بينها
بشريط افقي و حتى يمكن تعيين مقاومة الشبكة الأرضية يلزم تعيين مقاومة
القضبان العمودية بمفردها و كذلك تعيين مقاومة الشريط الأفقي .

الحلقة الرابعة

موصلات الأرضي
و مهمتها هي توصيل القطب الأرضي بلوحة الدخول للمنشأة ،و تكون أبعاد تلك الموصلات كالآتي:
**شريط أو حبل من النحاس مساحة مقطعه 16mm بحماية ميكانيكية نفس مساحة
مقطع خط الحماية و حماية ضد الصدأ و التآكل بواسطة غلاف واق ٍ .
**شريط أو حبل من الصلب مساحة مقطعه 16mm بحماية ميكانيكية نفس مساحة مقطع خط الحماية و حماية ضد الصدأ و التآكل بواسطة غلاف واق ٍ
**شريط من النحاس مساحة مقطعه 25mm بدرجة حماية ضد الصدأ و التآكل.
**شريط من الصلب المجلفن على الساخن مساحة مقطعه 50mm بدرجة حماية ضد الصدأ و التآكل.

و الجدير بالذكر أنه يجب تمديد الموصلات الأرضية في موقع مئي ، كما يجب
حمايتها من كافة العوامل الميكتنيكية و الكيميائية ، و ذلك عند التمديد
فوق الأرض ، و يجب دهان الأجزاء الموضوعة فوق الأرض و تحتها مباشرة
بدهانات لمنع الصدأ و ذلك لأن هذه الأجزاء هي المعرضة للصدأ . و أحيانا
يتم تغطية هذه الاجزاء بالبلاستيك و عادة يتم تمريرها داخل أنابيب
بلاستيكية أو انابيب من الصلب المجلفن لمنعها من الصدأ و خاصة الموصلات
ذات المقاطع الصغيرة.

الحلقة الخامسة
مانعات الصواعق
تاريخ مانعات الصواعق
ظهرت مانعات الصواغق في أمريكا في الفترة ما بين 1707 : 1790 و كان الأب
الروحي لهذه الفكرة هو بنيامين فرانكلين و قد قام باخترع مانعات الصواعق و
ذلك بوضع أعمدة معدنية فوق المباني و توصيلها بالارضي و قال : في عام 1755
أن وجود مانعة الصواعق اعلى المنزل و المنشآت يؤدي لتفريغ شحنة الكهرباء
الساقطة من السحب الرعدية ، كما استنتج أن وجود مانعة الصواعق فوق المنشأة
كفيل بتوجيه البرق إليها . و منذ ذلك الحين فإن أسلوب فرانكلين في عمل
مانعات الصواعق معمول به الى وقتنا الحالي.
خواص الصواعق البرقية
تعتبر الصواعق البرقية هي تفريغ مرئي للكهرباء الساكنة المتجمعة على السحب
و المتكونة نتيجة الأحوال الجوية . فعندالنظر للسماء في الايام التي يكون
فيها برق ، فإن السماء تكون ملبدة بالسحب الداكنة، و يعود السبب في ذلك
إلى أننا نرى الجزء السفلي للسحابة ، و التي تحتوي على كمية كبيرة من
قطرات الماء ، و التي تمرر الضوء ، و يحتوي الجزء السفلي من السحابة على
مناطق مشحونة بشحنات سالبة في حين يحتوي الجزء العلوي منها على شحنات
موجبة و عند اقتراب السحابة من الارض تتكون شحنات موجبة بالحث
الكهروستاتيكي أسفل السحابة و ذلك على الاجسام المرتفعة على سطح الارض ،
لذلك يتشكل فرق جهد بين قاع السحابةو هذه الاجسام المرتفعة و باستمرار
تتراكم الشحنات السالبة على قاع السحابة و الشحنات الموجبة على الاجسام
المرتفعة على الارض و أسفل السحابة إلى أن يزداد هذا الجهد حتى يصل
20:25Kv/cm حينئذ يحدث تأين للهواء أي : يصبح الهواء موصلاً جيداً
للكهرباء ، و يبدأ التفريغ الكهربي بأن تبدأ السحابة بإرسال الشحنة
السالبة نحو الأرض في صورة درج طول الدرجة الواحدة ( السلمة ) 45 م
تقريباً و عندما يكون بداية هذا الدرج على مسافة 50:100 متر من نقطة
التفريغ الموجودة في الارض ( المنشأة ) تبدأ الشحنات الموجبة في الانفصال
من الأرض و التوجه إلى أعلى إلى الشحنات السالبة و تسمى هذه الظاهرة
بالصاعقة المرتدة.
و يظهر وميض شجيري يرى بالعين المجردة و يصل شدة التيار الكهربي المار في الصاعقة المرتدة إلى حوالي 20 : 200 K A .
أما درجة الحرارة فتصل إلى 30000 K ، و يحدث تمدد للهواء في مسار الصاعقة
المرتدة فينتج عن ذلك خلخلة في الهواء المحيط محدثا الرعد ، علماً بأن هذا
التحليل يسمى نظرية سامسونج و هناك نظريات أخرى عديدة.
و الجدير بالذكر أنه لا يشترط أن تتوجه الصواعق البرقية إلى الأرض ، فقد تحدث بين سحابة و أخرى أو في نفس السحابة الواحدة.