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

ما الفرق بين ال overload protection وال short circuit protection وال overcurrent protection ؟

1 - ال overload protection هو حماية الدائرة ضد زيادة قيمة التيار المار فيها عن التيار المقنن نتيجة زيادة تحميل الدائرة والحماية ضد زيادة الحمل تسمى بال Thermal Protection لانها بتتم عن طريق Bimetal thermal element واللى بيعتمد فى عمله على مبدأ ارتفاع درجة الحرارة بسبب زيادة الحمل ومرور تيار اعلى من التيار المقنن بينتج عنه ثنى ال bimetal و فتح القاطع او ريلاى الحماية ولكن بعد زمن تأخير يعتمد على قيمة التيار المار اثناء الزيادة فى الحمل اى كلما كبرت قيمة التيار قل زمن الفصل وكلما قلت قيمة التيار ازدادا  زمن الفصل اى علاقة عكسية تسمى Inverse Time Delay

2 - ال short circuit protection هو حماية الدائرة ضد زيادة قيمة التيار المار فيها عن التيار المقنن نتيجة حدوث قصر short circuit فى الدائرة والحماية ضد تيارات القصر تسمى بال Magnetic Protection لانها بتتم عن طريق مغناطيس كهربى فعند مرور تيار عالى جدا نتيجة القصر بيزيد قوة المجال المغناطيسى للمغناطيس الكهربى فيجذب ذراع معدنى يؤدى الى فتح القاطع فورا بدون أى زمن تأخير ولذا يسمى بال Instantaneous اى تفتح القاطع لحظيا عند وصول قيمة التيارالمار فى الدائرة الى قيمة معينة.

3 - ال overcurrent protection هى حماية الدائرة ضد زيادة قيمة التيار المار فيها نتيجة زيادة الحمل او نتيجة حدوث قصر short circuit  اذا فهى تجمع بين نوعى الحماية رقم 1 و 2 وتسمى بال Magnetic- Thermal Protection وهذه الحماية لا تشمل الحماية ضد زيادة التيار التى قد تحدث اثناء التشغيل العادى للدائرة لفترة قصيرة مثال على ذلك اثناء تشغيل المواتير او لمبات ال High-intensity discharge lamps (HID lamps) بيمر تيار عالى يسمى تيار ال inrush cuurent اثناء فترة البدء ثم تقل قيمة هذا التيار بعد فترة قصيرة

ما هو افضل نوع من انواع الحمايات الثلاثة للموتور؟

المشكلة الكبرى مع الموتور هى قيمة التيار العالية نسبيا Inrush Current التى تمرلفترة قصيرة اثناء بدء الموتور ولهذا نجد ان الحماية ال Thermal Protection والتي تسمى بال Inverse Time Delay لا يوجد معها اى مشكلة مع تيار ال Inrush Current لانه يمر كما قلنا فى فترة قصيرة قبل تفعيل الحماية Thermal Protection لانها تحتاج الى زمن تأخير حتى تعمل.

ولكن المشكلة تكمن فى الحماية ال Magnetic Protection لانها حماية فورية لحظية Instantaneous تفتح القاطع فورا بدون اى زمن تأخير ولهذا يجب ان يتم ضبط تلك الحماية على قيمة تيار اعلى من قيمة تيار ال Inrush Current حتى تسمح بمروره.

وما تم ذكره أعلاه جعل القواطع التي تستخدم مع المواتير تنقسم الى 3 اقسام:

1 - قاطع حماية Inverse Time Breaker 

وهذا قاطع MCCB عادى مثله مثل القواطع الموجوده فى كل مكان بيحتوى على حماية ال overcurrent Protection والتي هى Magnetic- Thermal Protection 

2- قاطع حماية Instantaneous Trip Breaker 

وهذا نوع خاص من القواطع ال MCCB يحتوى فقط على حماية Magnetic Protection ويسمى بال Motor-Circuit Protectors MCP او ال Motor Application CB 

3- قاطع حماية Motor Protection Circuit Breaker MPCB

وهذا نوع خاص من القواطع ال MCCB لحماية المواتير فقط وبيحتوى على الحماية ال overcurrent Protection والتي هى Magnetic Protection بالاضافة الى Overload relay لحماية الموتور
ومن أشهر أنواعه ال Manual Motor controller Type-E وال GV3

ما هى المكونات الاساسية فى دائرة القدرة للموتور فى حالة استخدام اى قاطع من من القواطع الثلاثة؟

1. فى حالة استخدام قاطع حماية Inverse Time Breaker : تتكون دائرة القدرة للموتورمن قاطع الحماية وكونتاكتور و overload relay 2
2. فى حالة استخدام قاطع الحماية Motor-Circuit Protectors MCP : تتكون دائرة القدرة للموتور من نفس المكونات كما في الحالة الاولى.
3. فى حالة استخدام قاطع حماية Motor Protection Circuit Breaker MPCB : تتكون دائرة القدرة للموتورمن قاطع الحماية وكونتاكتور فقط لا غير.

كيف نختار قيمة كل قاطع من القواطع الثلاثة لحماية الموتور اثناء مرحلة التصميم؟

اولا: خطوات طريقة حساب بريكر الحماية للموتور من النوع ال Inverse Time Breaker :

اولا: خطوات طريقة حساب بريكر الحماية للموتور من النوع ال Inverse Time Breaker :
- قاطع حماية Inverse Time Breaker بيتم اختيار طبقا لقيم تيار ال starting current
- الخطوة الاولى: احسب قيمة تيار ال full load من الجداول ارقام Table 430.248, Table 430.249

                      , and Table  430.250 وليس من القيم المسجلة على ال Nameplate بتاعة الموتور
- الخطوة الثانية: احسب قيمة تيار الحماية للموتور فى حالة البريكر من النوع ال  Inverse Time Breaker 

Inverse Time Breaker = 250% x Full Load Current

- الخطوة الثالثة: اختار استاندرد بريكر بقيمة تيار تساوى قيمة التيار من الخطوة الثانية فاذا لم تجد فاختار                                    الاستاندرد الاعلى مباشرة.

ثانيا: خطوات طريقة حساب قاطع الحماية للموتور من النوع ال Motor-Circuit Protectors MCP

ثانيا: خطوات طريقة حساب قاطع الحماية للموتور من النوع ال Motor-Circuit Protectors MCP

- قاطع الحماية Motor-Circuit Protectors MCP بيتم اختياره طبقا لقيم تيار ال starting current 

- الخطوة الاولى: احسب قيمة تيار ال full load من الجداول ارقام Table 430.248, Table 430.249

                      , and Table  430.250 وليس من القيم المسجلة على ال Nameplate بتاعة الموتور

- الخطوة الثانية: احسب قيمة تيار الحماية للموتور فى حالة البريكر من النوع ال Motor-Circuit Protectors MCP

Motor Circuit Protectors MCP = 800% x Full Load Current

- الخطوة الثالثة: اختار استاندرد بريكر بقيمة تيار تساوى قيمة التيار من الخطوة الثانية فاذا لم تجد                                          فاختارالاستاندرد الاعلى مباشرة.

ثالثا : خطوات طريقة حساب قاطع الحماية للموتور من النوع ال Motor Protection Circuit Breaker MPCB

ثالثا : خطوات طريقة حساب قاطع الحماية للموتور من النوع ال Motor Protection Circuit Breaker MPCB
- قاطع الحماية Motor Protection Circuit Breaker MPCB بيتم اختياره طبقا لقيم تيار ال starting current
- الخطوة الاولى: احسب قيمة تيار ال full load من الجداول ارقام Table 430.248, Table 430.249
, and Table 430.250 وليس من القيم المسجلة على ال Nameplate بتاعة الموتور
- الخطوة الثانية: احسب قيمة تيار الحماية للموتور فى حالة البريكر من النوع ال Motor Protection Circuit Breaker MPCP

Motor Protection Circuit Breaker MPCB = 125% x Full Load Current

أو تيار ال NAMEPLATE أيهما أكبر

ملحوظة: اذا كان البريكر سيتم اختياره من النوع Rated 100% فيمكن حساب قيمة تيارالحماية للموتور= 100% من تيار ال Full Load او 100% من تيار ال Nameplate ايهما اكبر

- الخطوة الثالثة: اختار استاندرد بريكر بقيمة تيار تساوى قيمة التيار من الخطوة الثانية فاذا لم تجد فاختارالاستاندرد الاعلى مباشرة.

ملحوظة هامة: اذا كانت قيمة ال HP للموتور غير معروفة يتم استخدام قيمة ال Locked Rotor current LRA و يتم حساب امبير البريكر ليساوى القيمة القياسية الأعلى مباشرة فوق ال LRA و هذا فى حالة القواطع ال Inverse time وال MCP فقط .-

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

مثال: اوجد قيمة بريكر الحماية لموتور 7.5 حصان يعمل على جهد 460 فولت لكل نوع من انواع قواطع الحماية المستخدمة للمواتير؟

الخطوة الاولى: من جدول رقم 430.250 حدد قيمة تيار ال full load لموتور 7.5 حصان عند جهد 460 فولت = 11 امبير

الخطوة الثانية: احسب قيمة بريكر الحماية من النوع ال Inverse Time Breaker 

 Inverse Time Breaker =  250% x Full Load Current = 2.5 x 11 = 27.5 A

احسب قيمة بريكر الحماية من النوع ال Motor-Circuit Protectors MCP 

Motor Circuit Protectors MCP = 800% x Full Load Current = 8 x 11 = 88 A

احسب قيمة بريكر الحماية من النوع ال Motor Protection Circuit Breaker MPCB

Motor Protection Circuit Breaker MPCB = 125% x Full Load Current = 1.25 x 11 = 13.75 A

 الخطوة الثالثة: اختار استاندرد بريكر بقيمة تيار تساوى قيمة التيار من الخطوة الثانية فاذا لم يوجد نختار الاستاندرد الاعلى مباشرة.

نختار استاندرد بريكر من النوع ال Inverse Time Breaker يساوي 30 أمبير

نختار استاندرد بريكر من النوع Motor-Circuit Protectors MCP يساوي 100 امبير
نختار استاندرد بريكر من النوع ال Breaker MPCB Motor Protection Circuit يساوي 16 أمبير
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
حالة خاصة : لو الموتور موجود و معروف بياناته من ال Nameplate فى هذه الحالة سنطبق الخطوتين الاولى والثانية لكل من ال Inverse Time Breaker وال Motor-Circuit Protectors MCP ثم نتبع الخطوات التالية:

1 - فى حالة ال Inverse Time Breaker :

الخطوة الرابعة : نبحث عن منحنى ال Time-current curve الخاص بالموتور من الشركة المصنعة ثم نوقع قيمة تيار الاستاندرد بريكر المختار من الخطوة الثالثة ونرى اذا كان يتقاطع مع منحنى الموتور فى جزء ال transient peak أم لا ؟

 اذا لم يتقاطع يكون القاطع المختار مصمم بطريقة صحيحة .. واذا تقاطع نذهب للخطوة الخامسة
الخطوة الخامسة: نحسب قيمة تيار الحماية للموتور = 400% من تيار ال Full Load  إذا كان تيار ال Full Load للموتور اقل من 100 امبير

أو نحسب قيمة تيار الحماية للموتور = 300% من تيار ال Full Load اذا كان تيار ال Full Load للموتور اكبر من 100 امبير

2 - فى حالة ال Motor-Circuit Protectors MCP:

الخطوة الرابعة : نبحث عن منحنى ال Time-current curve الخاص بالموتور من الشركة المصنعة وبعدين نوقع قيمة تيار الاستاندرد بريكر المختار من الخطوة الثالثة ونرى اذا كان يتقاطع مع منحنى الموتور فى جزء ال transient peak أم لا ؟

 اذا لم يتقاطع يكون البريكرالمختار مصمم بطريقة صحيحة .. واذا تقاطع نذهب للخطوة الخامسة
الخطوة الخامسة : نحسب قيمة تيار الحماية للموتور = 1100% من تيار ال Full Load
ونكرر الخطوة الثالثة اذا لم يتقاطع يكون البريكر المختار مصمم بطريقة صحيحة .. واذا تقاطع نذهب للخطوة السادسة وهذه خطوة تعتبراستثنائية فى بعض الحالات الخاصة مثلا ان يكون الموتور يدير ماكينات كبيرة جدا تحتاج الى تيار بدء على جدا ولفترة طويلة نسبيا
الخطوة السادسة : نحسب قيمة تيار الحماية للموتور = 1300% من تيار ال Full Load لكل انواع المواتير ما عدا المواتير Class B او نحسب قيمة تيار الحماية للموتور = 1700% من تيار ال Full Load اذا كان عندنا مواتير Class B

----

خطوات حساب بريكر الحماية للكابل المغذى لمجموعة من المواتير

بريكر الحماية للكابل المغذى لمجموعة من المواتير يكون من النوع ال Inverse Time Breakerعندنا مجموعة حالات كما يلى:

الحالة الاولى: مجموعة من المواتير ليست فى Motor control center MCC

الخطوة الاولى : احسب قيمة تيار الحماية لاكبر موتورحسب نوع البريكر المستخدم كما شرحنا بالأعلى فى الخطوة الاولى من كل نوع
ملحوظة : اذا كان لدينا اكثر من موتور لهم نفس القيمة الاكبر ناخد موتور واحد منهم فقط ونحسبه كما فى الخطوة الاولى وبقية هذه المواتير نحسبهم مع باقى المواتير عادى كما فى الخطوة الثانية
الخطوة الثانية : اجمع كل تيارات ال Full load لباقى المواتير من الجداول ارقام Table 430.248, Table 430.249, and Table 430.250 وليس من القيم المسجلة على ال Nameplate الخاصة بالموتور
الخطوة الثالثة : قيمة تيار الحماية لبريكر الكابل المغذى لمجموعة من المواتير = قيمة تيار الحماية من الخطوة الاولى + مجموع تيارات ال full load من الخطوة الثانية
الخطوة الرابعة : اختار استاندرد بريكر بقيمة تيار تساوى قيمة التيار من الخطوة الثالثة فاذا لم تجد فاختار الاستاندرد الأقل مباشرة.
ملحوظة: فى حالة ان مجموعة من المواتير موجودة فى Motor control center MCC تيار الحماية لبريكر الكابل المغذى يجب ان لا يتخطى قيمة امبير البارة الرئيسية.

الحالة الثانية : مجموعة من المواتير اقل من 1 حصان و تيار ال full load اقل من 6 امبير

فى هذه الحالة المواتير فى الغالب بتكون سنجل فاز ويتم توصيلها مع بعضها على دائرة فرعية واحدة ويتم حمايتها بنفس قاطع الدائرة العادى اللى هو 16 امبير

الحالة الثالثة: لو الموتور اكبر من 1 حصان مع وجود حماية منفصلة بال overload 

 يمكن للموتور ان يتوصل مع دائرة للاستخدامات العامة و يتم حمايته بنفس قاطع الدائرة العادى بحيث لا يزيد حمل الدائرة عن 16 او 20 امبير
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

مثال: لدينا محموعة من 3 مواتير 10, 5, 5 حصان عند جهد 480 فولت احسب قيمة قاطع الحماية للكابل الرئيسى المغذي لهذه المجموعة من المواتير؟

الخطوة الاولى: اكبر موتور هو ال 10 حصان فنحسب له قيمة تيار قاطع الحماية من الجدول 430.250 اوجد قيمة تيار ال Full load للموتور ال 10 حصان عند جهد 480 فولت = 14 امبير
قيمة تيار الحماية من النوع ال Inverse Time Breaker 

 Inverse Time Breaker =  250% x Full Load Current = 2.5 x 14= 35A

الخطوة الثانية: احسب تيارات ال Full load لباقى المواتير من الجدول 430.250 عند جهد 480 فولت
قيمة تيار ال Full load للموتور ال 5 حصان عند جهد 480 فولت = 7.6 امبير
مجموع قيم تيارات ال Full load لباقى المواتير = 7.5 + 7.5 = 15 امبير
الخطوة الثالثة: قيمة تيار الحماية لبريكر الكابل المغذى لمجموعة من المواتير = قيمة تيار الحماية من الخطوة الاولى + مجموع تيارات ال full load من الخطوة الثانية = 35 + 15 = 50 امبير
الخطوة الرابعة : اختار استاندرد بريكر بقيمة تيار تساوى قيمة التيار من الخطوة الثالثة فاذا لم تجد فاختار الاستاندرد الأقل مباشرة = 50 امبير

* ملحوظة عامة : يتم استخدام قيم تيارات ال full load من الجداول ارقام Table 430.248, Table 430.249, and Table 430.25 وليس من القيم المسجلة على ال Nameplate الخاصة بالموتور
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ولماذا نستخدم قيم هذه الجداول ولا نستخدم قيمة ال Nameplate الخاصة بالموتور؟

كما ذكرنا من قبل ان معظم المهمات او المعدات الكهربائية تكون قدرتها اما بالوات او بالفولت امبير وهى قدرة الدخل Input Power الا فى حالة المواتير فان قدرتها تكون بالحصان HP او بالوات فى بعض الدول الاوروبية ولكنها فى هذه الحالة تمثل قدرة الخرج ( Output Power) ولاحظ ان التحويل المعروف 1HP = 746 Watt هو تحويل من قدرة خرج بال HP الى قدرة خرج بال Watt يعنى التحويل يلزم ان يكتب هكذا 1HP output = 746 Watt output وتيار ال Nameplate بيكون منسوبا الى قدرة الخرج Output Power ولكن عند عمل حسابات بريكر الجماية ومقطع الكابل المغذى للموتور يجب ان يكون لدينا قيمة الInput power حتى يتم منها حساب قيمة تيار الدخل Input Current والذى سيتم حساب بريكر الحماية ومقطع الكابل بناء عليه ونجد ان ال Input Power = Out Power + ال Losses  وال Losses يتحكم فيها كل من الكفاءة ومعامل القدرة وفى معظم الاحيان بيكون احدهما او كلاهما غير معروف ولذا اذا تم حساب بريكر الحماية ومقطع الكابل بناء على ال Out power مع اهمال حساب ال Losses او بمعنى أخر اذا تم الحساب بناء على تيار الNameplate وكما ذكرنا تيار مبنى على ال Out power فنجد ان الحسابات التصميمية للبريكر والكابل ستكون اقل من المطلوب undersized مما يؤدى الى حدوث مشاكل كثيرة اثناء تشغيل الموتور
ولذا قامت ال NEC بعمل جداول تعطى قيمة تيار ال Full load الخاص بال Input power والذى تم الحصول عليه من بيانات جميع المصنعين وهذه القيم موجودة فى الجداول ارقام
Table 430.248, Table 430.249 and Table 430.25 بالنسبة الى المواتير AC Motors

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

فى حالة استخدام طرق ال starting methods المعروفة مثل ال VFD لموتور واحد تطبق نفس القواعد المذكورة عاليه عند حساب بريكر الحماية للموتور وفى هذه الحالة تتكون دائرة القوى للموتور من بريكر الحماية من النوع ال Inverse Time Breaker + ال VFD الذى يوفر حماية ضد ال overload ايضا

فى حالة استخدام طرق ال starting methods المعروفة زى ال VFD لمجموعة مواتير تطبق نفس القواعد عاليه عند حساب بريكر الحماية للكابل المغذى لمجموعة من الموتير وفى هذه الحالة تتكون دائرة القوى للموتور من بريكر الحماية على الكابل المغذى الرئيسى للمجموعة من النوع ال Inverse Time Breaker + ال VFD على الكابل المغذى الرئيسى للمجموعة + قاطع او فيوز حماية لكل موتور + Over load relay لكل موتور
ولا يمكن استخدام Manual Motor controller Type-E لحماية الموتور فى حالة وجود مجموعة من المواتير تغذى من كابل واحد او Motor control center لكن يمكن استخدام انواع اخرى منه .
ال VFD بيختلف على حسب نوعه والمصنع الذي صنعه ويتراوح تيار البدء من 1 إلى 1.5 تيار ال Full load وهذه القيمة يسمح تيار البريكر ال inverse على مرورها اذا تم تصميمه على ال 250 % لكن هذه القيمة هى القيمة العظمى لضبط البريكر و يمكن استخدام قيمة ضبط اقل اذا تم التأكد من قيم تيارات ال VFD و الموتور و نوع البريكر المستخدم هل هو %Rated 80 أم % Rated 100 كما يمكن استخدام بعض بريكرات ال MPCB ايضا