شرح التأريض ونظام الأرضى وأنواعه ومكوناته وطرق قياس مقاومة الأرضي وتقليل قيمتها

طرق تأريض كابلات الجهد المتوسط

وسوف نتناول الطرق المختلفة لتأريض كابلات الجهد المتوسط كلا النوعين :

1. تأريض كابلات الجهد المتوسط أحادية القلب Single Core
2. تأريض كابلات الجهد المتوسط متعددة القلوب Multi Core

تأريض كابلات الجهد المتوسط أحادية القلب Single Core

1) عدم التأريض من الناحيتين

إذا لم يتم تأريض كابل الجهد المتوسط من الناحيتين فسوف يحدث الآتي :-

• تيار الشحن الكبير المتولد من المكثف يقوم بالمرور إلى الأرض على طول سطح طبقة شبه الموصل ويمكن أن يؤدي هذا التيار العالي إلى حرق طبقة شبه الموصل نتيجة الحرارة العالية المتولدة مما يؤدي فى النهاية إلى حرق الكابل

• عندم يمر التيار فى الكابل الأحادى القلب single core يتولد مجال مغناطيسي ينتج عنه جهد بالحث على الغلاف المعدني الـ shield وهذا الجهد المتولد بالحث وعند عمل نهايات الكابل وخروج طرف الأرضي مع عدم توصيله بالأرض فعند لمس هذا الطرف يمكن حدوث صدمة كهربية .
• الجهد المتولد على الغلاف المعدني Metallic sheath قد يتسبب فى حدوث شرارة عند ملامسته لأي جسم معدني في الأماكن المصنفة كأماكن خطرة Hazard area
• وحيث أن الجهد المتولد بالحث يكون قيمة عظمى فى الناحية الداخلية من الغلاف المعدني shield ويكون قيمة صغرى في الناحية الخارجية فإن ذلك يتسبب فى مرور تيار دوامي Eddy current في الغلاف المعدني

2) تأريض كابلات الجهد المتوسط أحادية القلب Single Core من ناحية واحدة

• عند تأريض الغلاف المعدني للكابل من ناحية واحدة كما في الشكل التالي فإن الجهد عند نقطة التأريض يساوي صفرا ويزداد هذا الجهد كلما زادت المسافة من نقطة التأريض

• ونظرا لزيادة الجهد على الطرف غير المؤرض من الكابل فإنه يفضل إستخدام ما يعرف بمثبت جهد الغلاف المعدني Sheath Voltage Limiter (SVL) فى الناحية غير المؤرضة من الكابل وهو يشبه Surge arrestors
• وبالإضافة لحماية الغلاف المعدني للكابلات من زيادة الجهد الناتج عن تيار الحمل فإنه يوفر حماية للكابل من زيادة الجهود الناتجة عن الصواعق الكهربية ٍSurges وكذلك الجهود العالية الناتجة عن فتح الدوائر الكهربية Switching

مميزات هذه الطريقة

• الكابل يتحمل تيار أعلى
• المفاقيد تكون قليلة
• عدم مرور تيار فى الغلاف المعدني ومن ثم عدم إرتفاع درجة حرارة الكابل

عيوب هذه الطريقة

• عندما يكون الكابل طويلا وتكون قيمة التيار كبيرة يزيد الجهد على الغلاف المعدني في الناحية غير المؤرضة، وهذا الجهد قد يؤدي إلى حدوث ثقوب و تآكل للغلاف المعدني نتيجة للتحليل الكهربي، بالإضافة إلى إمكانية حدوث صدمة كهربية عند لمس هذا الطرف و حدوث شرارة في الأماكن المصنفة كأماكن خطرة.
• وجود التيارات الدوامية في الغلاف المعدني.
• عندما يكون الكابل طويلا، ويتم عمل وصلات Joints بين الكابلات، فعند عدم الاهتمام بتوصيل الغلاف يكون هناك صعوبة في تحديد الأعطال و خاصة عند استخدام جهاز الـ TDR

3) تأريض كابلات الجهد المتوسط أحادية القلب من نقطتين أو أكتر 

عند توصيل الغلاف المعدني في نقطتين أو أكثر، كما في الشكل التالي فسوف يتم عمل دائرة مغلقة، ويصبح الجهد يساوي صفرا، ونتيجة لوجود المجال المغناطيسي الناتج عن مرور التيار في موصل الكابل، فإن هذا المجال سوف يولد تيارا كهربيا يسمى بالتيار الدوار Circulating current يمر في هذا المسار المغلق وهذا التيار يعتمد على التيار المار في الكابل ومقاومة الغلاف ومقاومة مسار الرجوع في الأرض ومقاومة نقاط التوصيل كما في الشكل التالي:

مميزات هذه الطريقة 

• وصلات الغلاف المعدني تكون مربوطة مع الأرض وبالتالي يمكن أن تكون غير معزولة.
• لا يوجد جهد على الغلاف، فلا توجد احتمالية لحدوث شرارة في الأماكن المصنفة كأماكن خطرة.
• سهولة تحديد الأعطال في و خاصة عند استخدام جهاز الـ TDR و تحديد بداية و نهاية الكابلات
• يتم حماية الغلاف المعدنى للكابلات من زيادة الجهد الناتج عن تيار التحميل، كذلك يوفر حماية الكابلات من زيادة الجهود الناتجة عن الصواعق الكهربية، وكذلك الموجات الناتجة من عمليات فتح الدوائر الكهربية (surges/Switching) .

عيوب هذه الطريقة 

• الكابل يتحمل تيار أقل بنسبة من 30 – 40 %.
• المفاقيد تكون كبيرة نتيجة للتأثير الحراري للتيار PR .
• يحدث هبوط للجهد.
• وجود التيارات الدوامية في الغلاف المعدني، وهذا التيار تكون قيمته قليلة بالمقارنة بالتيار الدوار.

4) تأريض الغلاف المعدني بطريقة التبادل Cross bonding System

• عندما يكون الكابل طويلا جدا يفضل استخدام طريقة الـ Cross bonding System
• وفي هذه الطريقة يتم تقسيم الغلاف الخارجي للكابلات الأرضية إلى ثلاثة أجزاء متساوية أو إلى عدد يقبل القسمة على ثلاثة (ستة أجزاء أو تسعة أجزاء --)
• ففي الشكل التالي تم تقسيم الكابل إلى ثلاثة أجزاء، فتم تقسيم الطرف الأول إلى الأجزاء 3 & A1, A2 وتم تقسيم الطرف الثاني إلى الأجزاء ،B1,B2 & B3 وتم تقسيم الطرف الثالث إلى الأجزاء C1 ، C2 & C3 .

• يتم توصيل الغلاف المعدني للجزء A1 مع الغلاف المعدني للجزء B2 مع الغلاف المعدني للجزء C3
• ويتم توصيل الغلاف المعدني للجزء B1 مع الغلاف المعدني للجزء C2 مع الغلاف المعدني للجزء A3
• ويتم توصيل الغلاف المعدني للجزء C1 مع الغلاف المعدني للجزء A2 مع الغلاف المعدني للجزء B3
• فتكون الزيادة في الجهود على كل جزء متساوية ثم يتم تبادل توصل الأوجه وبالتجميع على طول دائرة الكابلات يكون محصلة الجهود على طرفى دائرة الكابلات تساوي صفرا، وذلك لتساوى الجهود في القيم مع وجود 120 درجة اختلاف في الاتجاه .

طريقة التأريض المناسبة لكابلات الجهد المتوسط أحادية القلب

مما سبق نلاحظ أنه توجد عدة ظروف يتم من خلالها إختيار طريقة التأريض المناسبة ومن خلال الحياه العملية نجد الآتي:

• في حالة الكابلات القصيرة الطول (حوالي 500 متر) يتم تأريض الغلاف المعدني من ناحية واحدة فقط، وذلك لأن الجهد على الغلاف المعدني في الناحية غير المؤرضة يكون صغيرا، فلا يؤثر على العزل ولا يؤثر على سلامة العاملين .
• في حالة الكابلات الطويلة يتم توصيل الغلاف المعدني للكابلات من الناحيتين، وذلك للتخلص من الجهد المتولد بالحث نتيجة تيار الحمل (يجب ألا يزيد هذا الجهد طبقا للمواصفات العالمية عن 25 فولت) والجهود الزائدة المتولدة من الصواعق وعمليات فتح وقفل المفاتيح Surges/Switching

تأريض كابلات الجهد المتوسط متعددة القلوب Multi Core

1) عدم التأريض من الناحيتين

فإذا لم يتم تأريض الكابل من ناحيتين :

• تيار الشحن الكبير المتولد من المكثف يقوم بالمرور إلى الأرض على طول سطح طبقة شبه الموصل، ويمكن أن يؤدي إلى حرق طبقة شبه الموصل نتيجة الحرارة العالية المتولدة وفي النهاية يؤدي إلى تلف الكابل
• في حالة الأحمال المتزنة يكون التيار المحصل قليل جدا وعلى هذا يتولد مجال مغناطيسي قليل جدا ينتج عنه جهد بالحث صغير
• في حالة عدم اتزان الأحمال لا يكون المجموع الاتجاهي للتيار يساوي صفرا، ولكن يكون له قيمة ينتج عنها مجال مغناطيسي والذي يولد جهد بالحث Induced voltage على الغلاف المعدني Metallic Shield حيث يزيد هذا الجهد بزيادة طول الكابل ويمكن أن يتسبب هذا الجهد في صدمة كهربية Electric shock عند لمس طرف الغلاف المعدني و قد يسبب حدوث شرارة عند ملامسته لأي جسم معدني في الأماكن المصنفة كأماكن خطرة Hazard area
• مرور تيار دوامي eddy current في الغلاف المعدني

2- تأريض كابلات الجهد المتوسط متعددة القلوب من ناحية واحدة

• عند تأريض الغلاف المعدني من ناحية واحدة، فإن الجهد عند نقطة التأريض يساوي صفرا ويزداد هذا الجهد كلما زادت المسافة من نقطة التأريض وخصوصا في حالة عدم اتزان الأحمال، وهذا الجهد قد يؤدي إلى حدوث ثقوب وتآكل الغلاف المعدني، بالإضافة إلى إمكانية حدوث صدمة كهربية عند لمس هذا الطرف و حدوث شرارة في الأماكن المصنفة كأماكن خطرة وكذلك يزيد الجهد عند زيادة الجهود الناتجة عن الصواعق الكهربية وكذلك الموجات الناتجة من عمليات فتح الدوائر الكهربية
• وجود التيارات الدوامية في الغلاف المعدني
• عندما يكون الكابل طويل ويتم عمل وصلات Joints بين الكابلات فعند عدم الاهتمام بتوصيل الغلاف يكون هناك صعوبة في تحديد الأعطال خاصة عند استخدام جهاز الـ TDR

3) تأريض كابلات الجهد المتوسط متعددة القلوب من نقطتين أو أكتر

عند توصيل الغلاف المعدني عند بداية الكابل وعند نهايته بالأرض، فسوف يتم عمل دائرة مغلقة، ويصبح الجهد يساوي صفرا وفي حالة وجود المجال المغناطيسي الناتج عن مرور التيار في موصل الكابل، فإن هذا المجال سوف يولد تيارا كهربيا يسمى بالتيار الدوار Circulating current يمر في هذا المسار

مميزات هذه الطريقة

• وصلات الغلاف المعدني تكون مربوطة مع الأرض وبالتالي يمكن أن تكون غير معزولة.
• لا يوجد جهد على الغلاف فلا توجد احتمالية لحدوث شرارة في الأماكن المصنفة كأماكن خطرة
• سهولة تحديد الأعطال و خاصة عند استخدام جهاز الـ TDR و تحديد بداية و نهاية الكابلات
• يتم حماية الغلاف المعدنى للكابلات من زيادة الجهد الناتج عن تيار التحميل كذلك يوفر حماية الكابلات من زيادة الجهود الناتجة عن الصواعق الكهربية وكذلك الموجات الناتجة من عمليات فتح الدوائرالكهربية

طريقة التأريض المناسبة لكابلات الجهد المتوسط متعددة القلوب

مما سبق نلاحظ أنه توجد عدة ظروف يتم من خلالها إختيار طريقة التأريض المناسبة لكابلات الجهد المتوسط متعددة القلوب ومن خلال الحياه العملية نجد الآتي :
في حالة الكابلات متعددة القلوب يتم توصيل الغلاف المعدني للكابلات من الناحيتين سواءا كان الكابل قصير أو طويل ، وذلك للتخلص من الجهد المتولد بالحث نتيجة تيار الحمل والجهود الزائدة المتولدة من الصواعق وعمليات فتح وقفل المفاتيح