شرح حساسات أو كواشف الحريق بجميع انواعها وتفاصيلها Fire alarm detectors

شرح شامل نظام التأريض Earthing system

أهمية التأريض 

1- يحمى الأفراد من خطر الصعق الكهربي الناتج عن قصور العزل وانهياره.
2- يقي من خطر التفريغ الكهربائي الناتج من الصواعق.
3- يحمى المعدات من أضرار التغيرات المفاجئة والكبيرة في جهة التغذية.
4- يؤمن تشغيلا مناسبا للمعدات والمنظومات الكهربية.

أنواع أنظمة تأريض المنظومات الكهربائية

هناك عدة انواع لأساليب تأريض المنظومات الكهربائية ويرمز لهذه الانواع بحرفين :

1. الحرف الأول يشير إلي طريقة توصيل نقطه التعادل عند مصدر التغذية مثلا
حرف T تشير إلي ان النقطة تكون موصله بالارض .
حرف I تشير إلي ان جميع الاجزاء الحية بضمنها المحايد تكون معزولة عن الأرضي
2. الحرف الثانى أو الثالث يشير إلي طريقة توصيل الاجزاء المعدنية المكشوفة إلي الأرضي
T = تعنى ان تأريض المستهلك يكون منفصل عن تأريض المصدر .
N = توصيل مباشر إلي نقطة المحايد المؤرضة لمصدر الطاقة وفقا لعلاقه
TN-C او TN-S.
ملحوظه هامة ليس المقصود بكبل التاريض ان يمد كابل آخر بجوار كابل التغذية ولكن يتم تأريض الحماية المعدنيه للكبل حيث انها ممتده بطول الكابل فليس هناك داعى لكبل آخر
وبموجب أسلوب الترميز أعلاه يمكن تمييز الانواع التالية من انظمة التأريض

نظام تأريض نوع TT

في ھذا النظام يتم تأريض المصدر الكھربي بنظام تاريض و يتم تأريض الأجزاء المعدنية والأطراف المكشوفة من المعدات بنظام تأريض آخر منفصل و مستقل كھربائيا عن نظام تأريض المصدر .

المزايا :

• تيار العطل صغير .
• جهد التلامس يمكن التحكم فيه بتوصيل المواسير المعدنية وهيكل المبني المعدني بالأرضي . 

العيوب :

• لا يصلح في المواقع ذات المقاومية العالية للأرضي
• يتطلب إستخدام أجهزة الحماية التفاضلية مثل : ELCB - RCB
• قد ينتج جھد خطأ خطرا (dangerous fault voltage) بين موصل التعادل وموصل الأرضي ( أعلى من 100 فولت فى حالة شبكة ذات جھد 220 فولت بين موصل الفازة والأرض ) عند حدوث انھيار فى عزل التركيبات لدى المستھلك قد تؤدى الى تعرض الإنسان إلى صدمة كھربائية عندما يعمل جهاز الوقاية من النوع الذى يشتغل بالتيار المتبقى (residual current device) (إذا كانت التركيبات مزودة بھا)

التطبيقات :

• في المواقع العامة .
• في الأماكن التي تخضع لتعديلات بصفة دورية .

نظام تأريض نوع TN

في ھذا النظام يتم ربط نظام تأريض المصدر الكھربي بنظام تأريض المعدات 

فنلاحظ ظھور موصل اخر ( protective earthing (PE يكون متصل بالأجھزة و المعدات المؤرضة ويتم توصيله بموصل التعادل (neutral) وتأريضھم بنظام تأريض واحد وينقسم هذا النظام إلي الأنظمة الفرعية التاليه :-

نظام تأريض نوع (TN -S)

وفيه يكون خط التعادل وخط التاريض للمستهلك منفصلين تماما طول المسافة من المصدر حتى المستهلك ويكون الموصل الذي يربط بين بدن المعدات داخل المبنى والمصدر هو الغلاف المعدنى أو أسلاك التسليح في كابلات القوى أو موصل منفصل تماماً عن موصل التعادل يسمى موصل PEN

المزايا :

• تكلفة قليلة

العيوب :

• تيار العطل كبير
• جهد التلامس كبير

التطبيقات :

• يكثر إستخدامه في المباني السكنية

نظام تأريض نوع (TN-C)

يتم توصيل نقطة الأرضي التابعة للمستهلك إلي نقطة التعادل التابعة لمحول التغذية بواسطة موصل حماية ارضي (PE) والذي يمكن ان يكون بهيئة موصل أضافي أو غلاف معدني لكبل التغذية ومن هنا يمكن القول ان خط التاريض يكون متحد مع خط التعادل.

المزايا :

• أقل تكلفة .

العيوب :

• تيار العطل كبير .
• جهد التلامس كبير .
• لا يوفر حماية ضد الحريق .

التطبيقات :

• لا يوصي بإستخدامه في المباني السكنية لضعف درجات الأمان فيه .

نظام تأريض نوع (TN-C-S)

هنا تكون وظيفتي خط الأرضي والمحايد متحدتان في منظومة التغذية (TN-C) بينما تكونان منفصلتين في التأسيسات (TN-S) بمعنى ان خط التعادل وخط التاريض يكون متحدنا من المصدر حتى مدخل المستهلك وينفصلان دخل منزل المستهلك ، ويسمى هذا النظام أيضا بتأريض الحماية المتعدد Protective Multiple Earthing) PME) حيث يتم تأريض المصدر في عدة نقاط وقد يكون من الضروري توفير قطب ارضي عند أو بالقرب من تأسيسات المستهلك . يسمى موصل (PEN) أيضا بموصل الحماية والأرض المتحد (CNE) (Combined Neutral and Earth Conductor)

نظام تأريض نوع (IT)

في هذا النظام يكون المصدر معزولا عن الأرض أو متصل بها من خلال ممانعة ارضي يتعمد إدخالها و لا يستخدم هذا النظام في منظومة التغذية العامة للمستهلكين.

المزايا :

• أعلي إعتمادية ( ضمان عدم إنقطاع التيار ) .
• جهد تلامس آمن .

العيوب :

• يتطلب مراقبة مستمرة لكشف العطل الأول .
• يتطلب عمالة مدربة .
• أعلي تكلفة .

التطبيقات :

• المستشفيات .
• مواقع تتطلب إستمرار الخدمة .

ماذا يحدث عند قطع سلك PEN

الشكل القادم يوضح ماذا يحدث لو تم قطع سلك التاريض

إذا قطع الموصل PEN لأي سبب ارتفع الجھد على الأجزاء المعدنیة الظاھرة إلي جھد الطور مما یسبب خطورة شدیدة على المستخدم. ولھذا السبب یمنع قطع ھذا الموصل بمفناح عزل أو حمایة أو مفتاح إیقاف للطواريء. ولابد ان یكون مساحة مقطع الموصل لا تقل عن 10 مم 2 نحاس كنوع من الحمایة المیكانیكیة. وأيضا يفضل توصيل PEN من نقاط متعددة بالأرضي

تأريض محولات التوزيع ولوحة التوزيع الرئيسية MDB

محطة التوزيع تحتوى على وحده حلقية RMU وأيضا محول توزيع Transformer ولوحة توزيع رئيسية MDB ويتم التاريض بوضع قضيبين تأريض مدفونين بالارض احدهما خاص بتاريض جسم المحول وجسم الوحدة الحلقية وجسم لوحة التوزيع أما القضيب الآخر لتاريض نقطة تعادل ملفات الجهد المنخفض في المحولات الكهربائية لتوصيلها مباشرة بالأرضي حيث ان توصيلة المحول في جانب الجهد المنخفض تكون ستار فلابد من تأريض نقطة التعادل ويتم توصيل وصلة بين بارة التعادل وبارة الأرضي في لوحة التوزيع الرئيسية كما يوضحها الشكل القادم

ويتم استخدام أسلاك نحاسية مرنة مجدولة ومغلفة (PVC) ولا يقل مقاسها عن 95 مم2..

مكونات نظام التأريض

1- تربة الأرض Earth
2- الكترود التأريض Grounding Electrode
3- موصلات التأريض Grounding Conductors
4- تجهيزات الوصل والربط Bonding

1- تربة الأرض Earth

هي التربة التي يوضع فيها الكترود التأريض وتختلف كل تربة في طبيعتها فمنها التربة الطينية والرملية والصخرية ومنها الجافة والرطبة ومنها التي تحتوي علي أملاح ومعادن وكل هذة العوامل تؤثر في مقاومة تربة الأرض (Earth Resistance) والتي يمر فيها تيار الخطأ من خلال الكترود التأريض .

2- سلك التأريض Grounding Conductor

هو عبارة عن سلك نحاسي جيد التوصيل للكهرباء وهو يربط بين قضيب التأريض الذي يدفن في الأرض وبين بارة التأريض التي بلوحة التوزيع الرئيسية ثم يتم توزيع أسلاك التأريض الفرعية إلي جميع الدوائر الفرعية وفقا لحجم الكابل الرئيسي ومنها إلي الأجهزة الكهربائية ويتواجد بالأشكال التالية :

أ- سلك مجدول من النحاس معزول بمادة بلاستيكية باللون الأخضر أو الأخضر مع الاصفر ويتم تمديده مع موصلات الدوائر الكهربية وكذلك لربط لوحات التوزيع الفرعية والرئيسية ومنظومة الأرضي الأخرى.
ب - شريط مصمت عريض من النحاس يستخدم لربط المستقبلات الخاصة بمنظومة الصواعق أو للمساعدة في عملية التأريض مثلا حول موقع المبنى أو خلال حديد التسليح أو يستخدم كذلك لربط منظومة الأرضي مع لوحات التوزيع الرئيسية.
ج - سلك مجدول من النحاس غير معزول بمادة بلاستيكية (عاري) يستخدم لنفس الغرض في (ب) 

توجد قاعدة مبدئية يتم من خلالها تحديد مساحة مقطع سلك الأرضي وهي : 
1- إذا كان مساحة مقطع الفازة 16 مم يكون سلك الأرضي هو نفس مساحة مقطع الفازة
2- إذا كان مساحة مقطع الفازة من 16 حتى 35 مم يكون سلك الأرضي هو 16 مم
3- إذا كان مساحة مقطع الفازة اكبر من 35 مم يكون سلك الأرضي هو نصف مقطع الفازة

3- الكترود التأريض Grounding Electrode

الكترود التأريض عبارة عن قضيب نحاسي أو من الصلب الملبس بالنحاس Copper Clad Steel لكي يجمع بين القدرة علي التحمل الميكانيكي اللازم لدفع القضيب داخل التربة إلي أعماق كبيرة وبين التلامس الجيد والآمن بين الطبقة النحاسية الخارجية لسطح الالكترود وسلك التأريض النحاسي وبذلك يمكن تجنب التآكل الكيميائي الناتج من اختلاف الانوية للمعادن المختلفة والذي يؤدي إلي التآكل الكيميائي و تصنع بأشكال مختلفة ومصممه لكي تدفن في التربة علي عمق مناسب وهي وسيلة التوصيل بين تربة الأرض (Earth) وسلك التأريض (Grounding
Conductor)

طرق ربط قضبان التاريض مع اسلاك التاريض

تستخدم أدوات الربط لربط الموصلات بقطب التأريض ويجب أن تكون من نفس المادة المصنعة للموصل ولقطب التأريض وتعتبر عملية الربط مهمة جدا للتأكد من وجود مسار دائم ذو مقاومة منخفضة لتيار الخطأ بالأرضي فيجب الربط بين كل أجزاء منظومة الأرضي للتأكد من أنها على اتصال كهربي واحد
لا توجد طريقة مناسبة لكل عمليات الربط إنما يتم اختيار الطريقة المناسبة لكل حالة حسب الطرق التالية :-

* الربط الميكانيكي mechanical coupling 

وتتم عن طريق قواميط ومسامير يتم اختيارها حسب الحالة, ويراعى دائما أن تكون من نفس نوع المعدن كما يراعى النظافة التامة للقواميط.

* التوصيل باللحام Exothermic Welding

 ويمكن استخدام اللحام الطارد للحرارة والذي يمكن من خلاله لحام نحاس بنحاس ويستخدم هذا النوع من اللحام الحرارة الناتجة من تفاعل مسحوق اوكسيد النحاس داخل قالب من الجرافيت وعند الانصهار يمر المصهر إلى غرفة اللحام الموجود بها الطرفان المطلوب لحامهم ويكون المصهر ربطة شديدة بين الطرفين.

خطوات تحديد عدد قضبان التأريض (الالكترودات) المطلوبة للوصول الى قيمة مقاومة الأرضى المطلوبة (حسابيا) 

أولا : يتم قياس المقاومة النوعية للأرض 

ثانيا : يتم حساب مقاومة الإلكترود الواحد

ثالثا : يتم تحديد عدد الالكترودات المطلوبة (للوصول الى مقاومة التأريض المطلوبة)

أولا : قياس المقاومة النوعية للأرض

لقياس مقاومة التربة يجب ان تتم علي أعماق مختلفة من سطح الأرض نظرا لتغير تلك المقاومة مع العمق عن سطح الأرض ويتم ذلك باستخدام الميجر لحساب تلك القيمة 

ρ = 2 π a R 

where

 ρ = earth resistivity in (ohm. m)   

                                 π = 3.141                                       

R = earth resistance in (ohm)        

 a = distance between two electrodes in (m)                          

حيث  ρ المقاومه النوعيه للتربة (المراد حسابها) و R المقاومة المقاسة بواسطة الجهاز و a المسافة بين كل الكترودين .

تتم عملية القياس كالآتي:
 ‌أ-  دفن الألكتروذات الأربعة حوالي 30 سم في الأرض علي خط مستقيم بحيث يكون مركز الألكتروذات الأربعة هو موضع النقطة التي يقاس عندها مقاومة التربة.

‌ب- تؤخذ المسافات بين الألكترودات بحيث تكون مناسبة ومتساوية وتتراوح بين 10 - 20 متر 

‌ج- يتم توصيل الألكترودين الخارجيين إلي طرفي التيار C1  و C2 في جهاز الاختبار.

‌د-  يتم توصيل الألكترودين الداخليين إلي طرفي الجهد P1  و P2 في جهاز الاختبار.

 -   يتم تشغيل الجهاز ليمر تيار بين الكترودين التيار الخارجيين ويظهر فولت بين طرفي الكترودين الجهد الداخليين ويتم قراءه المقاومة مباشرة من علي شاشة الجهاز.

مثال : تم قياس المقاومة للأرض بإستخدام الطريقة السابقة ووجد أنها تساوى R=0.9 ohm وكانت المسافة بين كل إلكترودين مساوية  a=10 m فاحسب المقاومة النوعية للتربة

ρ = 2 π a R 

                      = 2 * 3.14 * 10 * 0.9   

            = 56.52 ohm.m

ثانيا : حساب مقاومة الإلكترود الواحد

يمكن حساب مقاومة الإلكترود الواحد بمعرفة المقاومة النوعية الأرض (التى تم قياسهامن الطريقة السابقة) كالتالى :-

         R = (ρ / 2πL) (ln ( 8*L/d) - 1) 

Where 

           ρ = earth resistivity in ohm.m              

       L = length of the electrode (m)           

d = diameter of the electrode in (m)            

تم حسابها بإستخدام الطريقة السابقة ρ

مثال : احسب مقاومة الكترود التأريض طوله 3 متر وقطره 2 سم علماَ بأن المقاومة النوعية للأرض التى تم قياسها تساوى 60 أوم.متر

     RI = (ρ / 2πL) ( ln ( 8*L/d ) - 1) 

               = ( 60 / 2πx3 )[ ln (8x3/ 0.02)-1] 

= 19.4 Ω                            

نجد أن مقاومة الإلكترود عالية (19.4 أوم) لذلك يلزم وضع الكترودات أخرى لخفض قيمة المقاومة فنستخدم القانون التالى الذى يتم عن طريقه حساب المقاومة المكافئة بعد اضافة عدد من الالكترودات

ثالثا : تحديد عدد الالكترودات المطلوبة (للوصول الى مقاومة التأريض المطلوبة)

من المعادلة الآتية 

 Req  = [ RI / No. of rods.] x F 

 حيث F = multiplying factor ويتم تحديد قيمته من الجدول التالى (طبقا لعدد الالكترودات) 

من الخطوة الثانية تم حساب مقاومة الإلكترود الواحد ووجد أنها 

R1 = 19.4 Ω 

فعند استخدام عدد (2) إلكترود تصبح المقاومة المكافئة

 Req  = [ RI / No. of rods ] x F 

 = (19.4 / 2) * 1.16   

= 11.2 Ω                 

وهى قيمة عالية وللوصول لمقاومة أقل من ذلك يتم استخدام المعادلة السابقة لحساب المقاومة المكافئة عند استخدام عدد (3) الكترود

 Req  = [ RI / No. of rods ] x F 

= (19.4 / 3) * 1.29   

= 8.3 Ω                    

وهكذا يتم زيادة عدد الالكترودات واستخدام المعادلة الأخيرة للوصول للمقاومة المطلوبة       

الطرق المختلفة لتقليل مقاومة التأريض

1) زيادة قطر إلكترود التأريض

زيادة قطر إلكترود التأريض ينتج عنها زيادة المساحة المعرضة من الإلكترود لملامسة التربةوبالتالي إنخفاض مقاومة التأريض

زيادة قطر الإلكترود لا يتبعها خفض ملموس في مقاومة التأريض حيث أن زيادة قطر قضيب التأريض إلي الضعف سوف ينتج عنه إنخفاض مقاومة التأريض بمقدار 10% فقط بالإضافة إلي انه لا يفضل استخدام أقطار أكبر من 18مم حتى يستطيع الإلكترود اختراق الارض.

2) زيادة طول قضيب التأريض

ان الوصول لأعماق 10- 12 مترأوأكثر يؤدي أحيانا إلي الوصول لطبقات في الأرض ذات توصيلية جيدة،هذا النوع من التأريض يعمل في الأماكن الرملية .

ان الأحجام القياسية للإلكترود تترواح من متر إلى 1.5 متر بقطر 16 مم ويكون على شكل قضيب من النحاس أو الصلب الملبس بالنحاس ،في حالة دفع الإلكترود مسافات عميقة يفضل ان يكون الإلكترود مفكك وكلما دفع جزء يضاف الآخر بواسطة وصلة ميكانيكية لضمان إستمرارية التوصيل حيث يتم ربط أكثر من قضيب عن طريق جلبه وصل coupling من نفس المعدن للحصول على الطول المناسب ورغم ان الطول المناسب استخدامه هو 240 سم للتربة العادية إلا انه يمكن زيادة هذا الطول إلي 5 متر لانواع التربة الرديئة.

زيادة طول إلكترود التأريض إلي الضعف ينتج عنه إنخفاض في مقاومة الأرضي بمقدار 40 %

زيادة طول قضيب التأريض

3) زيادة عدد إلكترودات التأريض 

تعتبر هذه الطريقة هى الأكثر فعالية فى خفض قيمة مقاومة التأريض من بين الطرق السابقة حيث يمكن استخدام أكثر من إلكترود مدفون في الأرض على مسافات متساوية وذلك للحصول على أفضل قيمة ممكنة لمقاومة التأريض.

زيادة عدد إلكترودات التأريض

ويجب أن تكون المسافة بين إلكترودات التاريض تساوي طول الإلكترود الواحد ويفضل أن تصل إلي الضعف علي ألا تقل المسافة بين أي إلكترودين عن 180 سم (طبقا لكود NEC) 

 

  - دفن إلكترودين في التربة (لهما نفس القطر وعلي أعماق متساوية) سوف ينتج عنه إنخفاض في مقاومة الأرضى بمقدار 40 %

 - أما في حالة دفن ثلاثة إلكترودات في التربة سوف تقل مقاومة الأرضى بمقدار 60 %

 - وفي حالة دفن أربعة إلكترودات في التربة سوف تقل مقاومة الأرضى بمقدار 66 %

ملحوظة :-

•  يجب ترك مسافة لا تقل عن 1.5 متر بين إلكترودات التأريض وأي مبني مجاور من أجل أعمال الحفر والصيانة لأعمال الأرضي 

•  يجب أن يتم دفن موصل أو سلك الأرضي الذي يربط بين الإلكترودات المدفونة في الأرضي علي عمق لا يقل عن 50 سم 

طرق توصيل أكثر من إلكترود لخفض مقاومة الأرضي

1- توصيل الكترودين 

2- توصيل عدد (3)  إلكترودات على شكل مثلث متساوى الأضلاع (ضلعه 3 م)

3 - توصيل عدد (4) إلكترودات على شكل مربع 

طرق توصيل أكثر من إلكترود

ملحوظة : يفضل ان يكون سلك التأريض الذى يربط بين الإلكترودات من النحاس العارى bare cupper conductor وذلك لضمان أفضل توصيلية بين الموصل والأرض

- يتحدد وضع قضبان التاريض على نوعية التربه طينيه أو رمليه أو صخرية

- طبقا لكود NEC يلزم دفن إلكترود التأريض رأسيا في الارض بحيث لا يقل عمق الدفن عن 2.44 متر حيث يمكن دفن القضيب كاملا أوترك جزء منه أعلي سطح الأرض ويكون محمياً بغرفة أرضي earth pit كي لايتعرض للتلف

- أما في حال وجود الارض الصخرية بالقرب من سطح الأرض وتعذر دفن إلكترود التأريض إلي العمق المطلوب ( 2.44 متر) فيمكن وضع الألكترود مائلا بزاوية 45 درجة  بحيث لا يقل الجزء المدفون منه عن 2.44 متر .

- أما إذا كانت الأرض الصخرية قريبة جدا من سطح الأرض فيمكن دفن الإلكترود أفقيا في خندق علي عمق لا يقل عن 75 سم .

4) المعالجة الكيميائية للتربة

تعالج التربة المحيطة بقضيب التأريض كيميائيا إذا لم نتمكن من خفض المقاومة بالطرق السابقة وتتم المعالجة بأحد الطرق التالية :-

- عمل حفرة مجاورة لقضيب التأريض وتبعد عنه بمسافة لا تزيد عن 10 سم وتملأ بأملاح كبريتات المغنسيوم أو كبريتات النحاس أو كلوريد الصوديوم حتى منسوب30 سم من سطح الأرض والكمية التي يفضل وضعها تكون في حدود 18 إلي 40 كيلو جرام من مادة كبريتات النحاس لرخص ثمنها وجودة توصيلها الكهربائي ويستمر مفعول هذة 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 فان مياة الأمطار كافية للقيام بهذه العملية .

ويصعب تنفيذ هذه الطريقة في حالة عدم توافر فراغ كافي بجوار قضيب التأريض.

 تنفيذ بئر أرضي 

- يتم فى هذه الحالة عمل حفرة بالأرض ثم يتم وضع إلكترود التأريض بمقطع لا يقل عن 16 مم وبطول 1.5 متر أو أكثر حسب التصميم فى منتصف الحفرة تماما ويدق عليه للتثبيت ويتم لحام طرفة السفلى مع لوح من النحاس بينما يكون طرفه العلوى أسفل غرفة التفتيش 

- مواصفات غرفة التفتيش Earth pit

غرفـة التفتيش تبنى بأبعاد داخلية 40 × 40 × 50سم وسماكة جدران وأرضية 10سم من الخرسانة العادية مع وضع زاوية حديد 30 × 30 × 3مم على طول محيط غرفة التفتيش من الأعلى حيث تغطى بغطاء من حديد الزهر الثقيل أو الخرسانة المسلحة .

- يتم ردم الحفرة حول اللوح النحاسي بتربه ناعمة أولا ثم يتم وضع كميات من ملح الطعام ومسحوق الفحم بالمقادير المناسبة بحيث تجعل مقاومة الأرضي لا تزيد على 5أوم . وبحيث لا يكون ملح الطعام ومسحوق الفحم على تماس مع اللوح النحاسي أو قضيب الأرضي ثم يكمل ردم الحفرة بالتراب .

- يتم وضع انبوبة (ماسورة) من الحديد المجلفن قطر 2.5 بوصة بجانب قضيب الأرضي نهايتها العلوية على منسوب أرضية غرفة التفتيش ونهايتها السفلية بجوار اللوح النحاسي وذلك لصب الماء فيها وترطيب الأرض حول اللوح النحاسي. 

- يتم ربط سلك التأريض الرئيسي بمقطع 70مم2 من النحاس العاري من لوحة التوزيع أو من محطة التحويل إلي قضيب التأريض ضمن غرفة التفتيش بواسطة مربط خاص من النحاس .

تنفيذ بئر أرضي

استخدام مادة البنتونايت Bentonite في تقليل مقاومة الأرضي

وهى مادة شبيهة بالأسمنت تصل المقاومة النوعية لها إلى أقل من 3 أوم.متر ويمكنها إمتصاص كمية من المياه تصل إلى 5 أضعاف حجمها مما يساعد فى تقليل مقاومة الأرضى بشكل فعال إضافة الى مقاومتها النوعية المنخفضة جدا

 خصائص مادة البنتونايت 

يتميز البنتونايت بالخصائص التالية :

1) البنتونايت له قدرة عالية علي إمتصاص الماء حيث عند خلطة بكمية من المياه سوف يقوم البنتونايت بإمتصاص ما يقرب من 5 أمثال وزنه من الماء كما سوف يزداد حجمه بمقدار 30 مثل حجمه الأصلي وبالتالي تزداد مساحة الإتصال بين إلكترود التأريض والتربة المحيطه به مما يساعد علي تقليل مقاومة الأرضى.

2) البنتونايت من المواد المستقرة التي لا تتغير خصائصها بمرور الزمن .

3) البنتونايت من المواد الفعالة إقتصاديا حيث بإستخدام كميات قليلة ومناسبة من البنتونايت يمكننا الوصول إلي المقاومة المطلوبة للأرضي .

4) تعتمد المقاومة النوعية resistivity للبنتونايت علي محتواه من الرطوبة حيث قد تتراوح قيمة المقاومة النوعية للبنتونايت من 3 أوم.متر (في الوضع الرطب) وتزداد لتصل إلي 18 أوم.متر (في الوضع الجاف)

5) لا يتسبب البنتونايت فى تآكل أو صدأ قضيب التأريض بل ويعمل علي حمايته.

6) لا يفضل استخدام البنتونايت في المناطق الجافة.

 طريقة إستخدام البنتونايت في تقليل مقاومة الأرضى 

أولا : إستخدام البنتونايت في حالة الحفرة borehole

طريقة الإستخدام :

1) عند الموقع المراد دق الإلكترود فيه ، يتم حفر حفرة بعرض من 75 سم إلي 100 سم وبعمق يتم تحديده بواسطة مصمم نظام الأرضي .

2) يتم دفع الإلكترود رأسيا في منتصف الحفرة مع مراعاة أن يكون رأس الإلكترود عند الموضع الصحيح لتوصيل سلك أو موصل الأرضي.

3) يتم ملأ الحفرة بمادة البنتونايت بعد خلطه بكميات مناسبة من المياه (بنسبة 1:2)

ثانيا : إستخدام البنتونايت في حالة الخندق trench

طريقة الإستخدام :

1) عند الموقع المراد دق الإلكترود فيه ، يتم حفر خندق بعرض من 20 سم إلي 30 سم وبعمق 60 سم أو العمق الذي يتم تحديده بواسطة مصمم نظام الأرضي .

2) يتم ملء قاع الخندق بطبقة من مادة البنتونايت (بعد خلطها بكميات مناسبة من المياه) بسمك من 25 إلي 50 سم ويتم وضع لوح التأريض earth plate أو شريط التأريض earth strip أفقيا داخل طبقة البنتونايت مع التأكد أن اللوح أو الشريط ليس بعيدا داخل الطبقة.

3) يتم ملأ الحفرة بطبقة أخري من مادة البنتونايت (المخلوطة بالماء) بسمك من 25 إلي 50 سم ويلزم التأكد من أن لوح أو شريط التأريض مغطي تماما داخل طبقة البنتونايت.

4) يتم ملء باقي الخندق بالتراب الناتج من الحفر مع دك التراب جيدا 

استخدام مادة (GEM) في تقليل مقاومة الأرضي

وهى من أكثر المواد فعالية فى تخفيض مقاومة الأرضى خصوصا فى الأراضى ذات الطبيعة الصخرية أو الرملية والأماكن ذات المساحة المحدودة للغاية والتى يصعب معها استخدام الطرق التقليدية لتقليل مقاومة الأرضى 

 خصائص مادة GEM 

 1) تعتبر  GEM مادة ذات توصيلية عالية جدا ولها قدرة عالية علي تحسين فعالية نظام الأرضي وتقليل مقاومته بشكل كبير خصوصا في الأماكن ذات التربة قليلة التوصيل  مثل التربة الصخرية والرملية وعند قمم الجبال كما له القدرة علي حل مشاكل الأرضي الأكثر تعقيدا.

 2) تتكون مادة GEM من أسمنت بورتلاندي والذي يتماسك في غضون ثلاثة أيام ويتصلب تماما في فترة تصل إلي 28 يوما ويصبح في النهاية أسمنت قليل التوصيلية ودائم ولا يحتاج لأي صيانة.

 3) تقوم مادة GEM بتقليل قيمة مقاومة الأرضى إلي أقل قيمة ممكنة وتحافظ علي تلك القيمة طوال فترة عمر نظام الأرضي دون تغيير.

 4) لا تؤثر مادة GEM علي التربة بأي شكل لعدم إحتواءها علي أي مواد كيميائية قد تتسبب في تلوث التربة أو المياه الجوفية.

 5) تحافظ مادة GEM علي توصيليتها المنخفضة بشكل دائم بدون الإعتماد علي تواجد مستمر للمياه أو الرطوبة بالتربة.

 6) تحتفظ مادة GEM بخصائصها بشكل دائم دون أن تتحلل أو تذوب أو تتسرب من التربة.

 7) مادة GEM سهلة الإستخدام ولا تحتاج إلي مواد خاصة لإستخدامها ولا تتطلب أي عمليات صيانة أو تغيير.

 8) مادة GEM لا تسبب الصدأ حيث تعمل علي تكوين طبقة حول الإلكترود تعمل كحاجز تمنع تعرضه للصدأ.

 9) تعمل مادة GEM بشكل فعال في جميع أنواع التربة بصرف النظر عن نسبة الرطوبة أو المياه في التربة.

 10) قيمة التوصيلية resistivity لمدة GEM منخفضة للغاية تصل إلي 0.02 أوم.متر (وهي تمثل نسبة 1 % من توصيلية البنتونايت)

 11) تستخدم مادة GEM في الأماكن التي يصعب فيها دفع الإلكترود إلي أعماق كبيرة أو في الأماكن محدودة المساحة والتي يصبح فيها إستخدام الطرق التقليدية لتقليل مقاومة الأرضى غير فعالة.

 12) يمكنها الحفاظ على قيمة ثابتة لمقاومة الأرضى اطول فترة ممكنة ولسنوات عديدة

 طريقة إستخدام مادة GEM في تقليل مقاومة الأرضى 

أولا : إستخدام مادة GEM في حالة الحفرة borehole

طريقة الإستخدام :

1) عند الموقع المراد دق الإلكترود فيه ، يتم حفر حفرة بعرض 7.5 سم وبعمق أقل من طول الإلكترود بمقدار 15 سم تحديده بواسطة مصمم نظام الأرضي .
 2) يتم وضع الإلكترود رأسيا في منتصف الحفرة ودفعه في قاع الحفرة لمسافة 30 سم وبالتالي يصبح مستوي رأس الإلكترود أقل من مستوي سطح الأرض بمقدار 15 سم وفي هذه اللحظه يتم توصيل سلك الأرضي إلي رأس الإلكترود. 
 3) يتم خلط مادة GEM بكمية مناسبة من المياه( يتم استخدام كمية مياه من 5.7 إلي 7.6 لتر لكل شكارة GEM)   4) يتم ملء الفراغ حول الإلكترود بكمية مناسبة من خليط ال GEM مع التأكد من عدم وجود فقاعات أو فراغات داخل الخليط.
 5) إنتظر مدة مناسبة (من 30 دقيقة إلي ساعة) ثم إملأ باقي الحفرة بالتراب الناتج من الحفر مع دكه جيدا.

ثانيا : إستخدام مادة GEM في حالة الخندق trench

طريقة الإستخدام :
1) عند الموقع المراد دق الإلكترود فيه ، يتم حفر خندق بعرض 10 سم وبعمق 76.2 سم (30 بوصة) أو بعمق يتم تحديده بواسطة مصمم نظام الأرضي .
 2) قم بخلط مادة GEM بكمية مناسبة من المياه بإستخدام خلاطة أسمنت أو صندوق للخلط أو وعاء مناسب ( يتم استخدام كمية مياه من 5.7 إلي 7.6 لتر لكل شكارة GEM) 
 3) قم بتغطية قاع الخندق بطبقة من خليط GEM بسمك 2 سم .
 4) إنتظر فترة من 15 حتي 20 دقيقة حتي تتماسك وتصلد طبقة ال GEM ثم قم بوضع سلك الأرضي فوق طبقة ال GEM. 
 5) ضع طبقة أخري من ال  GEM بسمك 2 سم مع التأكد أن سلك الأرضي قد تم تغطيته تماما.
 6) إنتظر فترة من 30 دقيقة إلي ساعة ثم إملأ باقي الخندق بالتراب الناتج من الحفر. 

طرق قياس مقاومة الأرضي

طريقة انحدار الجهد Fall of potential method

هذه التقنية هي الأساسية في قياسات الارضى ولكنها تنفذ على مستوى أنظمة الارضى الصغيرة مثل الكترود واحد أو عدة الكترودات.

- يوضع الكترود التيار (C2 ) على بعد من 30 الى 50 متر من الكترود التأريض ويوضع الكترود الجهد (P2) فى منتصف المسافة بين الكترود التأريض والكترود التيار ويوصل (P1 and C1) بالكترود التأريض وتؤخذ قياس الارضى ثم يحرك الكترود الجهد (P2) حوالى 3 متر من موضعه الاصلى ويؤخذ قياس ثم 3 متر من موضعه الاصلى فى الاتجاه الأخر ويؤخذ قياس إذا أتت القياسات متفقة فيما بينها وفى الحدود المقبولة يحسب المتوسط ويكون هو الناتج النهائي.

- يجب الانتباه أن يكون الالكترودات على خط مستقيم واحد وان الأسلاك لا تلمس إحداها الأخرى. 

- يجب الحذر عند استخدام سلك واحد للتوصيل الى الكترود التأريض لأن ذلك يؤدى الى دخول مقاومة السلك فى القياس فيجب القيام بها عندما يستخدم سلك قصير ، آما يمكن قياس مقاومة السلك بتوصيله (P2 and C2) وتشغيل الجهاز طبعا لانحتاج هذا عند توصيل الارضى بسلكين منفصلين .

ملحوظة : قبل الشروع فى قياس مقاومة التأريض يلزم فك سلك التأريض الذي يربط الألكترود بنظام الأرضي للوحة أو المحول من بارة الأرضي 

طريقة 61.8 %

تعتبر هذه الطريقة من أكثر الطرق دقة ويتم قياس المقاومة على النحو التالي :-

1- يوصل طرف التيار (C1) مع طرف الجهد (P1) ثم يتم توصيلها بالألكترود بحيث يكون جهاز القياس عند الألكترود.

2- يوصل طرف التيار (C2) بالكترود مساعد يدفع في الأرض من 30 سم إلى 60 سم.

3- يوصل طرف الجهد (P2) بالكترود مساعد يدفع في الأرض من 30 سم إلى 60 سم على مسافة مساوية لــ(61,8 %) من المسافة بين الالكترود (C) وبين الألكترود الأصلي المراد قياس مقاومته (a) .

4- يولد الجهاز الجهد وتقرأ قيمة المقاومة.

ويتم قياس مقاومة القطب المراد حساب مقاومته بقانون أوم (Ra = Vab / I) بحيث يمر تيار من القطب (a) إلى القطب (c) عن طريق الأرض , ويقاس فرق الجهد بين القطبين (a,b) وعند التطبيق بالقانون أعلاه نحصل على مقاومة القطب (a) وهى المراد حسابها.

ويجب مراعاة الأتي عند القراءة :-

§ لا تقل المسافة بين الألكترود المراد قياسه وبين الكترود التيار عن 20 متر وكلما زادت المسافة زادت الدقة.

§ في حالة تكون نظام التأريض من مجموعة الكترودات يجب فصل الألكترود عن اى دائرة خارجية أى يجب فصل الالكترود عن بارة الارضى بلوحات التوزيع .

§ توجد عدة أنواع لأجهزة قياس مقاومة الأرضى ولكل جهاز طريقة خاصة حسب الشركة المصنعة .

تابع أيضاَ :

 شرح شامل لنظام الأرضي (طرق قياس مقاومة الأرضي وتقليل قيمتها) 

 كتاب : المادة العلمية لمنظومة التأريض 

كلمات مفتاحية التأريض Earthing TN-C TN-S TN-C-S IT تأريض اكشاك المحولات الكترود التأريض Electrode Grounding Bonding نظام التأريض Exothermic Welding قضيب التأريض قياس مقاومة الارضي