تصميم نظام التأريض في محطات التحويل هو عملية مهمة لضمان سلامة المعدات والأفراد، ويتطلب تخطيطًا دقيقًا يعتمد على عدة عوامل. إليك شرحًا مفصلاً:
1. توزيع مساحة التأريض:
يجب أن يغطي نظام التأريض أكبر مساحة ممكنة في المحطة لتجنب الكثافة العالية للتيار ولتقليل مقاومة شبكة التأريض. كلما زادت المساحة، كانت القدرة على توزيع التيار بشكل أكثر فعالية.
2. توصيلات قصيرة بين الهيكل ونظام التأريض:
يُفضل أن تكون التوصيلات بين شبكة التأريض والأجسام والهياكل المعدنية المؤرضة قصيرة قدر الإمكان، لأن المسافات الطويلة قد تزيد من مقاومة التأريض وتقلل من فعاليته.
3. مواصفات شبكة التاريض:
يتم استخدام نواقل نحاسية عارية مدفونة في عمق يتراوح بين 30 إلى 50 سنتيمترًا تحت سطح الأرض. هذه النواقل تكون متباعدة أفقيًا بمسافة تتراوح بين 3 إلى 7 أمتار. يجب ربط الوصلات بالنواقل بإحكام لضمان الاتصال الجيد.
4. تثبيت قضبان التاريض:
يمكن تثبيت قضبان التاريض في الزوايا وعلى طول محيط المحطة. الهدف من هذه القضبان هو توصيل شبكة التأريض بالأرض وتوفير مسار آمن لتوزيع التيار في حالة حدوث عطل.
5. تمديد شبكة التاريض خارج المحطة:
يجب أن تمتد شبكة التاريض عبر كامل المحطة وخارج خط السور لضمان الحماية الشاملة ومنع حدوث التدرجات الكهربائية الخطرة حول المحطة.
6. التصميم الأولي لشبكة التاريض:
- يتم رسم شبكة تأريض في شكل مربع أو مستطيل أو مثلث أو حتى على شكل حرف T أو L، وذلك على مخطط المحطة.
- يتم وضع قضبان التاريض حول المحيط لتوفير تغطية كاملة.
- يتم تحديد ارتفاع الشبكة بحيث لا يتجاوز 40 سنتيمترًا من سطح الأرض.
7. اختيار المواد المستخدمة في النواقل:
يُستخدم مجموعة متنوعة من المواد لتوصيل وتجميع شبكة التأريض مثل النحاس، الفولاذ المطلي بالنحاس، الألمنيوم، والفولاذ.
- النحاس هو الأكثر استخدامًا بفضل ناقليته العالية و مقاومته للتآكل تحت الأرض، ولكن تكلفته مرتفعة.
- الفولاذ المطلي بالنحاس يجمع بين قوة الفولاذ وناقلية النحاس، ويعد أقل عرضة للسرقة من النحاس.
- الألومنيوم جيد من حيث الناقلية، لكنه يتآكل في بعض أنواع التربة. هو أقل تكلفة، لكنه يتمتع بدرجة حرارة انصهار أقل من النحاس.
- الفولاذ يمكن استخدامه في الشبكات الأرضية، لكن تآكله يعتبر مشكلة.
8. تأثير التربة على نظام التأريض:
تعتبر التربة جزءًا أساسيًا من نظام التأريض حيث تعمل على توزيع تيار العطل. تختلف مقاومة التربة حسب نوعها، ويزداد تأثيرها بمرور التيار الذي يؤدي إلى تسخينها وزيادة مقاومتها.
- التربة الرطبة توفر مقاومة أقل بكثير مقارنة بالتربة الجافة، ولذلك من الأفضل تثبيت الشبكة الأرضية في التربة الرطبة.
- التربة الجافة تزداد مقاومتها بشكل كبير عندما يقل محتواها من الرطوبة عن 15% من وزنها، بينما تتحسن مقاومتها إذا وصل المحتوى الرطوبي إلى 22%.
9. المواد المستخدمة لتقليل تبخر التربة:
للمساعدة في الحفاظ على رطوبة التربة في المناطق التي تحتوي على الأوتاد الأرضية، يتم استخدام طبقة من البحص. البحص يساعد في تقليل تبخر المياه ويحسن من خصائص التأريض بفضل مقاومته العالية.
10. التفاعل مع معايير IEEE:
يستند تصميم نظام التأريض في محطات التحويل إلى معايير مثل IEEE Std. 80-2000، التي تقدم إرشادات حول كيفية حساب وضبط القيم المناسبة للمقاومة والتوصيلات لضمان أداء فعال وآمن للشبكة.
خلاصة:
تصميم نظام التأريض لمحطات التحويل يتطلب أخذ عدة عوامل في الاعتبار مثل حجم المساحة، نوعية التربة، المواد المستخدمة في النواقل، وتوزيع التيار. الهدف الرئيسي هو حماية الأفراد والمعدات من مخاطر التيارات الأرضية وتوفير بيئة تشغيل آمنة للمحطة.
