عند التخطيط لإضافة أحمال جديدة (Future Load) إلى شبكة أرضي قديمة، يجب مراعاة عدة اشتراطات واختبارات لضمان سلامة وكفاءة النظام الأرضي. النظام الأرضي (Earthing System) هو عنصر حيوي في أي نظام كهربائي، حيث يعمل على تأمين الحماية من الصواعق، وتفريغ التيارات الزائدة، وتوفير مسار آمن لتيارات العطل (Fault Currents). ومع مرور الوقت، قد تفقد الشبكة الأرضية كفاءتها بسبب التآكل أو التغيرات في ظروف التشغيل. لذلك، يجب إجراء تقييم شامل للشبكة الأرضية القديمة قبل ربط أي أحمال جديدة عليها.
1. عمر النظام الأرضي (Life Time of Earthing System):
أي نظام أرضي له عمر افتراضي محدد، ويُعرف هذا العمر بمصطلح “The durability of the earthing system”. هذا العمر الافتراضي يتأثر بشكل رئيسي بالتآكل الذي يحدث في الأجزاء المعدنية للنظام الأرضي (مثل القضبان النحاسية أو الألمنيومية والأسلاك) التي تكون مدفونة تحت الأرض. العمر الافتراضي للنظام الأرضي يجب ألا يقل عن:
- 30 إلى 50 سنة لخطوط نقل الطاقة الكهربائية.
- 25 سنة لجميع المباني.
2. العوامل المؤثرة على التآكل في النظام الأرضي:
هناك ثلاثة عوامل رئيسية تحدد حجم التآكل الذي قد يحدث في أي نظام أرضي، وهي:
أ. وجود تيارات DC في المكان:
إذا كان النظام الأرضي قريبًا من مصادر تيار مستمر (DC) مثل خطوط السكك الحديدية أو المترو، فإن ذلك قد يزيد من معدل التآكل في الأجزاء المعدنية للنظام الأرضي. التيارات المستمرة تسبب تفاعلات كيميائية تؤدي إلى تآكل المعادن.
ب. التركيب الكيميائي للتربة:
التركيب الكيميائي للتربة يلعب دورًا مهمًا في تحديد معدل التآكل. على سبيل المثال:
- في المناطق القريبة من السواحل، تكون التربة عادةً غنية بالأملاح، مما يزيد من معدل التآكل.
- في المناطق التي تتم فيها عمليات تصنيع مواد كيميائية أو بترولية، قد تكون التربة حمضية أو قاعدية.
لذلك، يجب إجراء اختبار pH للتربة لتحديد طبيعتها:
- إذا كانت التربة قاعدية (pH أكبر من 7)، يُفضل استخدام قضبان نحاسية.
- إذا كانت التربة حمضية (pH أقل من 7)، يُفضل استخدام قضبان ألمنيوم أو صلب مجلفن أو زنك.
ج. ظاهرة التفاعل الجلفاني (Galvanic Action):
ظاهرة التفاعل الجلفاني تحدث عندما يتم توصيل معادن مختلفة في وجود إلكتروليت (مثل التربة الرطبة). هذا التفاعل يؤدي إلى تآكل المعدن الأقل نبلاً (أقل مقاومة للتآكل). على سبيل المثال، إذا تم توصيل النحاس بالألمنيوم في وجود تربة رطبة، فإن الألمنيوم سيتآكل بسرعة أكبر.
3. جدول تحديد أبعاد ومقاسات القضبان الأرضية:
يوجد جدول يحدد الأبعاد والمقاسات المناسبة لكل نوع من القضبان المستخدمة في النظام الأرضي. هذا الجدول يعتمد على نوع المعدن المستخدم (نحاس، ألمنيوم، صلب مجلفن) وعلى ظروف التربة. (مرفق صورة الجدول).
4. إجراءات ربط أحمال جديدة على شبكة أرضي قديمة:
نتيجة للتآكل وظروف التشغيل، قد تفقد الشبكة الأرضية القديمة كفاءتها مع مرور الوقت. لذلك، يجب عند ربط أحمال جديدة (Future Load) على شبكة أرضي قديمة إجراء ما يلي:
أ. اختبار الشبكة الأرضية القديمة:
يجب إجراء اختبار شامل للشبكة الأرضية القديمة للتأكد من أن قيمة مقاومة الأرضي ما زالت منخفضة وتقع ضمن الحدود المسموح بها. إذا فشلت الشبكة الأرضية القديمة في تحقيق هذه المتطلبات، يجب أولاً إجراء صيانة كاملة للشبكة الأرضية قبل ربط أي أحمال جديدة عليها.
ب. دراسة الأحمال الجديدة:
إذا كانت الأحمال الجديدة تمثل 20% إلى 25% من الحمل الموجود بالفعل، فيجب إجراء دراسة تفصيلية لحساب Fault Level للشبكة كاملة بعد إضافة الأحمال الجديدة. هذا الحساب يتم باستخدام المعادلة الأدياباتية (Adiabatic Equation) لتحديد ما إذا كان موصل الأرضي القديم قادرًا على تحمل تيار العطل الجديد أم لا.
5. المعادلة الأدياباتية (Adiabatic Equation):
المعادلة الأدياباتية تُستخدم لحساب قدرة موصل الأرضي على تحمل تيار العطل دون أن يتعرض للتلف. المعادلة تأخذ في الاعتبار:
- قيمة تيار العطل (Fault Current).
- زمن تفريغ التيار (Fault Clearing Time).
- نوع المعدن المستخدم في الموصل.
الصيغة العامة للمعادلة الأدياباتية هي:
S = ( I / K ) sqrt{t}
حيث:
- S: المساحة المطلوبة للموصل (mm²).
- I: تيار العطل (kA).
- K: ثابت يعتمد على نوع المعدن (مثل 143 للنحاس، 95 للألمنيوم).
- t: زمن تفريغ التيار (ثواني).
6. الخلاصة:
ربط أحمال جديدة على شبكة أرضي قديمة يتطلب تقييمًا دقيقًا لمدى كفاءة الشبكة الأرضية الحالية. يجب إجراء اختبارات مقاومة الأرضي، ودراسة تأثير الأحمال الجديدة على نظام الأرضي، والتأكد من أن الموصلات قادرة على تحمل تيارات العطل المتوقعة. إذا كانت الشبكة الأرضية القديمة غير قادرة على تلبية المتطلبات الجديدة، فيجب إجراء صيانة أو ترقية للنظام الأرضي قبل ربط أي أحمال جديدة.
7. التوصيات:
- إجراء صيانة دورية: يجب إجراء صيانة دورية للنظام الأرضي لضمان استمرارية كفاءته.
- استخدام مواد مقاومة للتآكل: في المناطق ذات التربة الحمضية أو القاعدية، يُفضل استخدام مواد مقاومة للتآكل مثل النحاس أو الألمنيوم المجلفن.
- التحديث المستمر: مع التطور التكنولوجي وزيادة الأحمال، يجب تحديث النظام الأرضي بشكل دوري لمواكبة المتطلبات الجديدة.
بهذه الإجراءات والاختبارات، يمكن ضمان سلامة وكفاءة النظام الأرضي عند ربط أحمال جديدة، مما يضمن تشغيلًا آمنًا وفعالًا للشبكة الكهربائية.
