طرق التأريض المؤثرة والفعالة

طرق التأريض المؤثرة والفعالة (الجزء الأول)

يتناول المقال العوامل المؤثرة في التأريض الفعال في قطاع الأبنية

د. جلال أنور الجنايني

يعني تأريض النظام أو المعدات داخل المبني التأكد من التوصيل الجيد بالأرض ويجب أن يكون هذا التوصيل ذا مقاومة أقل من القيمة التي تم عليها التصميم حتى يكون قادرا على تحمل أقصى تيار خطأ أرضي دون حدوث انهيار لموصل الطور. ولذا فإنه من الضروي مراعاة جميع العوامل التي تؤثر على قيمة المقاومة إلى الأرض وقدرة موصل التأريض المدفون في الأرض والذي يربط ما بين المعدات وقطب التأريض على تحمل تيار الخطأ الأرضي (تيار انهيار العزل)، ومن هذه العوامل حجم وشكل موصل التأريض وطبيعة الأرضي التي يوجد بها الموصل وطريقة ربط النظام بهذا الموصل. كما يجب مراعاة كثافة التيارعلى سطح قطب التأريضوتوزيع الجهد على سطح الأرض في المنطقة.

 

المقاومة النوعية للتربة (P) بالأوم. متر

  • تعتمد مقاومة الأرضي لقطب التأريض على المقاومة النوعية الكهربائية لمادة التربة التي يوجد بها هذا القطب وهي من العوامل العامة في اختيار أنسب نظم التأريض. وتعتمد مقاومة التربة النوعية على المكونات التي توجد بها (أنظر جدول رقم 1) وحيث إن مقاومة التربة النوعية تتأثر إلى حد كبير بنسبة الرطوبة الموجودة في التربة وكذلك بالمركبات الكيميائية وتركيز الأملاح الذائبة في الماء كما يؤثر حجم الحيببات وتوزيعها واقترابها من بعضها البعض في كيفية احتفاظ التربة بالرطوبة.

وحيث إن عدددا كبيرا من هذه العوامل المؤثرة في المقاومة النوعية للتربة يختلف طبقا للمكان والوقت، فلذا فإنه يمكن اعتبار القيم المذكورة في جدول رقم (1) قيما للدلالة فقد أما القيم الفعلية لمقاومة التربة النوعية فيجب التحقق منها بالقياس وخاصة عندما تكون طبقة التربة مصفوفة حيث إن المقاومة النوعية لا تعتمد على الطبقة السطحية فقط وانما تعتمد على التكوين الجيولوجي للطبقات السفلي. وعلى ذلك يجب مراعاة صفوف طبقات التربة عند اختبار طول ونوعية قطب التأريض.

كما تؤثر درجة حرارة التربة القريبة من درجة التجمد أو تحتها على مقاومتها النوعية بدرجة قليلة يكون جزء قطب التأريض القريب من السطح (على مسافة 1 متر) غير فعال في حالة تجمد التربة.

أما في المناطق التي تكون بها مقاومة التربة النوعية ثابتة (مستقرة) فيتم اختبار الأماكن المناسبة لإنشاء أقطاب التأريض وطرق إعداد المكان المختار للحصول على أفضل وأقل قيم للمقاومة وعلى أن يتم ذلك طبقأ لقيم المقاومة النوعية المقدسة.

يمكن تلخيص القياسات التي يمكن استخدامها في قياس مقامة التربة النوعية في بندي 3 و 4 التاليين.

  • في حالة وجود فرصة لاختيار مكان نظام التأريض فإنه من المفضل أن يتم في الأنواع التالية من التربة:

 

  • أرض مستنقع مبلل.
  • أرض طفلة، طينية.
  • أرض طفلة وطينية مختلطة بالرمل والحجارة.
  • أرض رملية رطبة ومبللة.

 

ويجب استبعاد الأماكن المحتوية على رمال جافة وحجر جيري وصخور وجرانيت بقدر الأماكن وكذلك الأماكن التي يوجد بها صخور تكون قريبة من سطح التربة.

  • يتم اختيار مكان نظام التأريض بعيداً عن الأماكن التي يحدث بها تجريف طبيعي للتربة كمجري المياه الطبيعي وذلك إلا في الحالات التي بها رمل وحصي. وكحالة عامة فلا تؤثر زيادة الرطوبة بالتربة عن قيم من 15% إلى 20% كثيراً في تقليل مقاومة التربة النوعية. ويراعي استبعاد الأماكن التي ترتفع فيها الرطوبة باستخدام سريان المياه لأن ذلك يعمل على إزالة الأملاح من التربة في هذه الأماكن.
  • في الأماكن التي يتم إقامة منشآت بها ويتم إزالة أو تجريف وإعادة للتربة أو استبدالها يجب استخدام أقطاب تأريض لها أطوال مناسبة لتصل إلى التربة التي لم يحدث تغير في طبيعتها وتظل قيمة مقاومة قطب التأريض المستخدم عند قيمة ثابتة تقريباً في حالة جفاف الطبقات العليا للتربة في المكان المحيط بقطب التأريض.
  • تستخدم طرق عديدة لمعالجة التربة أو استبدالها بتربة أخرى لتحسين مقاومة التلامس بين قطب التأريض والتربة في المناطق ذات المقاومة النوعية العالية والمناطق المغرية والصلبة. كما أن تسريب أو ترشيح المواد الكيماوية خلال فترة زمنية يقلل من كفاءة طرق معالجة التربة تدريجيا مما يتطلب مراقبة تغير الإضافات الكيماوية، ويجب مراعاة التغيرات البيئية وكذلك تأثير المواد الكيماوية المضافة على مادة قطب التأريض عند معالجة التربة.

وتعتبر الطريقة المذكورة جيدة على المدي القريب من الناحية الاقتصادية وذلك في المناطق التي تكون فيها المتاوهة النوعية عالية ويكون نظام التأريض مطلوبأ لفترة زمنية قصيرة. وفي حالة ما إذ ا تتطلب الأمر أن تظل قيمة المقاومة في الحدود المرغوبة والتي تم تصميم نظام التأريض عليها لفترة زمنية مئوية فإنه يفضل إحلال التربة المحيطة بالأقطاب بنوعيات أخرى من التربة ذات مقاومة نوعية صغيرة مثل:

شكل رقم (1) تأثير الطولالمدفون من قطب أرضي عبارة عن قضيب أو ماسورة علي مقاومة القدرة المحسوبة في تربة ذات مقاومة نوعية 100 أوم. متر (بفرض توزيع منتظم للتربة).

طرق التأريض المؤثرة والفعالة
طرق التأريض المؤثرة والفعالة

شكل رقم (2) تأثير المسافة البينية للأقطاب علي المقاومة الكلية لها

  • تربة ذات مكونات أغلبها من الطين.
  • خرسانة.
  • خرسانة موصلة أو أسمفتية بها حبيبات من الكربونات.

 

وتكون هذه المعالجة هامة في المناطق الصخرية حيث تتكون الأرض من طبقات صخرية وذلك بمعالجة التربة في الحفر التي يتم غرس قضبان التأريض الرأسية فيها أودفن الشرائح المعدنية الممدودة أفقيا بها حتى تقل مقاومة التلامس بين قطب التأريضوالأرض وكذلك المنطقة المؤثرة في مقاومة التأريض للقطب، ولا يوصى باستخدام فحم الكوك كمادة مالئة بجوار أقطاب التأريض لأنه يعمل على تآكل الأقطاب ويمكن حساب مقاومة الأرضي لقطب رأسي محاط بمادة من البنتونايت أو بالخرسانة من العلاقة التالية الواردة في المواصفاتIEEE80 – 1986.

 

حيث:

R: مقاومة الأرض لقطب التأريض الرأسي (أوم).

P: المقاومة النوعية لمادة التربة (أوم. متر)

PC: المقاومة النوعية للمادة المالئة من الخرسانة أو البنتونايت ( أوم .متر).

D: قطر المادة المالئة ( متر).

D: قطر قضيب التأريض (متر).

L: الجزء المدفوع من القطب (متر).

 

وتتغير المقاومة النوعية للبنتونايت من 3 (أوم. متر) إلى قيم أعلى ويعتمد ذلك على نسبة الرطوبة بالمادة القادرة على امتصاص الرطوبة من التربة المحيطة بها، ولكنها قد تصبح جافة عند اختفاء الرطوبة من التربة المحيطة بها وبذلك ترتفع مقاومتها النوعية وتنكمش بعيداً عن الأقطاب.

أما المقاومة النوعية للمواد الأسمنية فتتراوح بين 30 (أوم. متر) إلي 90 (أوم. متر).

 

تأثير شكل القطب علي مقاومة التربة له

عند استخدام قطب واحد فإن الجزء الأكبر من الهبوط في الجهد (المؤثر في قيمة مقاومة القطب) يقع في نطاق يبعد أو يزيد قليلا عن مترواحد من سطح القطب لأن كثافة التيار الكهربائي المارفي قطب التأريض في هذه المنطقة تكون بأعلى قيمة لها. وللحصول على قطب تأريض له مقاومة صغيرة، فإنه يجب أن تقل كثافة التيار بسرعة كلما ابتعدنا عن سطح القطب. ويتحقق هذا بزيادة أبعاد القطب في اتجاه واحد بالمقارنة بالاتجاهات الأخرى.

ولهذا السبب تكون مقاومة الأرضي لقطب من المواسير أوقضيب أوشريحة أقل من مقاومة الأرضي لقطب من لوح مسطح له نفس مساحة السطح. علماً بأن قيمة مقاومة الأرضى لقطب معين لا تتناسب عكسياً مع مساحة سطح القطب المستخدم.

 

مقاوزمة الأرض لأقطاب التأريض شائهة الاستخدام

ألواح معدنية

يمكن حساب مقاومة الأرضي R لقطب عبارة عن لوح معدني من العلاقة التقريبية التالية من المواصفات القياسية IEEE – 80 – 1986

حيث:

P: المقاومة النوعية لمادة التربة المحيطة بالقطب ( أوم.متر).

A: المساحة السطحية للوح المعدني المستخدم لقطب تأريض (متر2).

وعندما تكون مقاومة الأرضى لقطب تأريض من لوح معدني واحد أكبر من القيمة المطلوبة فإنه يمكن استخدام اثنين أو أكثر على التوازي حيث إن المقاومة الكلية للمجموعة تتناسب عكسياً مع عدد الأقطاب المستخدمة على فرض أن القطب المضاف لا يقع في منطقة وقاية القطب الموجود أصلا.وعادة ما تكون المسافة الفاصلة بين الأقطاب عشرة أمتار ولكنها قد تصل إلى مترين بين الأقطاب شائعة الاستخدام (بأبعاد أقل من 1,2 × 1,2 م). ويجب أن لا تقل المسافة عن ذلك حتى لا تزيد مقاومة الأرضى عن القيمة المحسوبة من العلاقة السابقة بأكثر من 20%.

ويكون استخدام قطبين على التوازي بنفس مساحة قطب واحد وبمسافة فاصلة بينهما لا تقل عن 2 متر عادة ذا نتائج أفضل من الناحية الفنية والاقتصادية.

وتكون الألواح شائعة الاستخدام في نظم التأريض عبارة عن لوح من الحديد الزهر مضلع بسمك لا يقل عن 12 متراً ويتم توصيله باستخدام موصل التأريض في موضعين به عن طريق نقطتين منفصلتين.

أما في حالة استخدام أقطاب من ألواح نحاسية، فيتم التوصيل بها باستخدام موصلات نحاسية ملحومة أو مثبتة بالبرشام أو بمواد أخرى تمنع التآكل ويتم حماية أماكن التوصيل بطلائها بطبقة من القار أو مواد أخرى مناسبة مانعة للتآكل. ويجب أن لا يكون هناك اتصال في أماكن أخرى موجودة فوق سطح الأرض في الوصلات بين الأقطاب وحتى مواقع قواطع التيار وذلك حتى يقل الحت الإليكتروليتي.

ويوصى أن توضع الأقطاب رأسية على مسافة معينة من سطح التربة حتى نضمن أن تظل التربة المحيطة بالأقطاب رطبة وذات مقاومة نوعية صغيرة.

ونظراً للتغيرات التي تحدث للطبقة السطحية عند المسافة التي يوضع عندها القطب على عمق 60 سم من سطح التربة، فيتم إحلال التربة بأخرى ذات مقاومة نوعية صغيرة. ويستثني من ذلك الحالات التي تكون التربة فيها صلبة (تربة طباشيرية أو من حجر رملي).

ويمكن حساب مقاومة الأرضى R بالأوم لقطب تأريض عبارة عن لوح معدني بأبعاد 1,2م × 1,2م من العلاقة التقريبية الواردة بالمواصفات القياسية البريطانية BS 7430 – 1991 التالية:

حيث P هي المقاومة النوعية لمادة التربة (أوم. متر) بفرض أن التربة متجانسة.

ونظراً لاختلاف اشكال وأبعاد الألواح المستخدمة في التأريض، فقد وجد أن مقاومة الأرض لقطب التأريض تتناسب عكسيا مع الأبعاد وليس مع مساحة سطح اللوح المستخدم. فمثلاً قد تكون مقاومة الأرضى لقطب من النحاس أبعاده 0,9 × 0,9م أكبر بنسبة 25% من مقاومة الأرضى لقطب تأريض بأبعاد 1,2م × 1,2م.

طول القطب المدفون بالمتر

A1, A2: تربة تحتوي علي خليط من الرمل والزلط أسفلها طمي علي عمق ما بين 6 – 9 أمتار

B: تربة متجانسة.

C: تربة تحتوي علي طبقتين زلط علوية وطمي علي عمق 1,5 متر.

ملحوظة: تكون قيم مقاومة التربة النوعية (P) بالأوم. متر.

شكل رقم (3): أشكال منحنيات المقاومة المحسوبة وكذلك المحددة بالنجارب لأقطاب أرضي عبارة مختلفة عن قضيب مدفون قطر 12,5 مم في مواقع.

أقطاب تأريض من قضبان أو مواسير

يمكن حساب مقاومة الأرضى لقطب تأريض عبارة عن قضيب أو ماسورة من العلاقة التالية:

حيث:

L: هو طول القضيب أو الماسورة المستخدمة لقطب تأريض (متر).

D: قطر القضيب أو الماسورة المستخدمة لقطب تأريض (متر).

P: مقاومة التربة النوعية (أوم. متر) وبغرض تجانسها وانتظامها.

تم حساب المنحنيات الموضحة في شكل رقم (1) من العلاقة السابقة لقضبان بأقطار 12,5 و 25 و 100 (مم) مدفونة رأسياً في تربة مقاومتها النوعية 100 (أوم . متر) ويلاحظ أن التغيير في قطر القضيب المستخدم ذو تأثير صغير على مقاومة الأرضى لهذا القطب.

ويتم اختيار أبعاد قضيب قطب التأريض طبقأ لطبيعة التربة التي يتم إنشاء نظام تأريض بها حيث إن الشدة الميكانيكية للقضيب (مقاومته للانحناء والتشقق) تعتمد إلى حد كبير على أبعاده, كما أن التغير في مقاومة الأرضي يكون عندئذ كبيرا في نطاق المسافة القريبة من القطب (حوالي 1 متر) وتقل تدريجياً كلما ابتعدنا عنة.

ويتم استخدام مجموعة من الأقطاب المتوازية يقع كل قطب منها خارج منطقة مقاومة القطب (تعادل طول القضيب المستخدم تقريباً) وتتناسب المقاومة الكلية للأقطاب تناسباً عكسياً مع عدد الأقطاب المستخدمة وفي بعض الأحيان تكون المسافة الفاصلة بين الأقطاب المتوازية ضعف طول القضيب المستخدم وذلك لمنع التداخل بين الأقطاب. ويوضح شكل رقم (2) تأثير المسافة الفاصلة بين قضيبين طول كل منهما 3 أمتار وقطر كل منهما 9, 15 مم على المقاومة الكلية للقضبيين معاً.

ويمكن حساب المقاومة الكلية لعدد n من الأقطاب المتوازية من العلاقة التالية:

حيث:

Rn: مقاومة الأرضي لنظام التأريض مكون من n من القضبان المتوازية الرأسية (أوم).

R: مقاومة الأرضي لقطب تأريض عبارة عن قضيب رأسي (أوم).

S: المسافة الفاصلة بين الأقطاب المتوازية (متر).

P: مقاومة التربة النوعية (أوم. متر).

ʎ: معامل تصحيح عددي يتوقف علي الشكل الهندسي لنظام التأريض, بفرض أن القضيب يمكن تمثيله بنصف كره لها نفس مقاومة الأرضي موضوعة علي سطح التربة. ويكون ما الفرض صحيحاً عندما تكون المسافة الفاصلة بين الأقطاب S لا تقل عن طول القطب المستخدم.

التصحيح العددي (ʎ) من جدول رقم (2). وكما يمكن حساب عدد الأقطاب على جانب واحد من المربع الخالي من الأقطاب بداخله من العلاقة التالية:

ويمكن باستخدام المعادلة

حساب مقاومة الارضي

لنظام التأريض المكون من مجموعة من الأقطاب المتوازية حول محيط المبني بعد أخذ قيمة معامل التصحيح العددى (ʎ) من جدول رقم (3).

 

جدول رقم (1): أمثلة لقيم المقاومة النوعية لأنواع مختلفة من التربة (اوم. متر)

الظروف المناخية

نوع التربة امطار عادية وعالية أكبر من 500 مم/ سنة امطار قليلة ومناطق صحراوية (أقل من 250 مم/ سنة) مياه جوفية عالية الملوحة
قيم محتملة أوم. متر المدي أوم. متر المدي أوم. متر المدي أوم. متر
طمي رسوبي وطين خفيف 5 يعتمد علي مستوي الرطوبة 1-5
طين بدون طفلة 10 5 – 20 10 – 100
طين بايس 20 10 – 30 50 – 300
حجر جيري (طباشير) 50 30 – 100  
حجر رملي مسامي 100 30 – 300  
كوارتز, حجر جير مبلور ومدكوك 300 100 – 100  
طين اردوازي 1000 300 – 3000 1000
صخور 2000 1000  

 شكل رقم (5) تأثير المسافة البينية علي المقاومة الكلية لقطبين ن شرائح مدفونة أفقياً

ويلاحظ عند إضافة مجموعة من الأقطاب داخل المربع، أن المقاومة لا تقل كثيرا، غير أن ذلك يؤدي إلى تقليل تدرج الجهد داخل المربع فقط (مما يؤدي إلى خفض كل من جهد الخطورة وجهد التلامس داخل المربع)، وكمثال عملي على ذلك يمكن استخدام شريحة موصلة على هيئة شبكة أرضية داخل المربع.

ويمكن الاستعانة بالقيم الواردة بالجدول رقم (3) للأقطاب المصفوفة على هيئة مستطيل حيث تكون قيمة n1 في هذا الجدول هي (عدد الأقطاب المستخدمة n مقسومة على 4 مضافا إليها 1( وذلك بفرض أن نسبة الطول إلى العرض في المستطيل لا تزيد على 2 وتكون نسبة الخطأ عندئذ بما لا يتعدي 6%.

قد تستخدم أحيانا مواسير من الحديد الزهر لا يقل قطرها عن 100 مم وبطول يتراوح بين 2,5 إلى 3 متر وسمك لا يقل عن 13 مم كأقطاب تأريض، وقد يستحيل ذلك في الأرض الصلبة لصعوبة استخدام هذه المواسير حيث تكون التكلفة أعلى، ولذ ا فيوصي باستخدام ألواح معدنية لها نفس المساحة.

وتستخدم في أحيان أخرى قضبان الصلب بقطر 50 مم لشدتها الميكانيكية العالية خاصة في الأرض الصلبة ويفضل أيضاً قضبان نحاسية بدلاً منها.

ويبين جدول رقم (2) معامل التصحيح العددي لمجموعة من الأقطاب المتوازية على خط مستقيم واحد.

ولقد وجد أن شكل القطب الطبيعي المنشأ على هيئة نجمة يكون أكثر صلابة أثناء إنشاء نظام التأريض إلا أن زيادة السطح لا توفر ميزات في قدرة النظام على حمل التيار أو في تقليل مقاومة الأرضى لنظام التأريض ويفضل في بعض الأحيان إضافة أقطاب أفقية.

ويمكن ربط مجموعة القضبان مع بعضها للحصول على قضيب طويل إلا أنه من المفضل استخدام مجموعة من الأقطاب المتوازية بدلا من قضيب واحد في الأماكن التي تكون فيها مقاومة التربة النوعية ثابتة لا تتغير مع العمق واذا توقفت قيمة مقاومة التربة النوعية للتربة علي العمق (تقل مع زيادة العمق) فيكون مفضلا من الناحية الاقتصادية استخدام قضبان تأريض طويلة لتصل إلي تربة ذات مقاومة نوعية صغيرة ويتضح هذا جيداً من شكل رقم (3) لمجموعة من الأماكن حيث يبين المنحنيات A2 و A1أن متوسط مقاومة التربة النوعية الظاهرية على عمق 8 أمتار هو 150 أوم. متر وعلى عمق 11متراً هو 20 أوم متر وكما يتضح هذا من أعمال الحفر التي تمت عند إنشاء نظام التأريض.

كما يبدو من المنحنى B تغير طبيعة التربة من حصوية إلى تربة طينية عند 1,5م متر ولكن منحني C يوضح أن التغير صغير جداً مع زيادة العمق.

يضاف إلي ما سبق فأنه عند اختيار قضبان متعددة لنظام التأريض أو قضبان طويلة تكون الطاقة اللازمة لإنشاء نظام التأريض في التربة مع العمق كبيرة وتكون تكاليف الوصلات بين المقاطع المختلفة مرتفعة ويتم ذلك باستخدام قضيب قطره 12,5 مم (ذو مقاومة عالية للانحناء والتشوه) يدق رأسياً بمطرقة يدوية صغيرة أو بمطارق ميكانيكية مناسبة.

أما في التربة الصلبة أو ذات المقاومة النوعية العالية فإنه يتم دفن القضيب بزاوية 30 درجة مع الأفقي للحصول على زيادة في طول القضيب وكذلك لإمكانية تغيير مقاومة التربة النوعية في الأعماق القريبة من السطح.

شريحة أفقية أو موصل مستدير

يخضل استخدام أقطاب تأريض من الشرائح الأفقية أو الموصلات المستديرة في الأماكن التي تكون فيها المقاومة النوعية للتربة صغيرة عند عمق صغير من الطبقة السطحية للتربة كما يمكن استخدام شرائح بأبعاد لا تقل عن 25 مم × 3 مم أو موصلات نحاسية غير معزولة (عادية) كالتي تستخدم في الخطوط الهوائية كما يجب أن لا تقل أبعاد المكونات المستخدمة عن القيم المذكورة في جدول رقم (4).

ويمكن حساب متدومة التأريض لشريحة أو موصل مستدير من الملاقة التالية المأخوذة من المواصفات القياسية البريطانية BS 1991 – 7430

حيث:

L: هو طول الشريحة أو الموصل (متر).

h: عمق موضع القطب من سطح التربة (الشريحة أو الموصل) (متر).

w: عرض الشريحة أو قطر الموصل (متر).

p: المقاومة النوعية لمادة التربة (أوم. متر).

O, P: معاملات عددية طبقاً لأشكال الأقطاب المختلفة الموضحة بجدول رقم (5).

ولا يزيد سمك الشريحة عادة عن 1/ 8 عرضها، ولذلك فإن سمك الشريحة لا يؤثر بدرجة محسوسة في حساب قيمة المقاومة حيث إنها تعتمد إلى حد كبير على طول القطب.

وطبقا للقيم شائعة الاستخدام فإن قطر السلك أو عرض الشريحة لا يؤثر بدرجة كبيرة على مقاومة قطب التأريض في النظام المستخدم ويتضح هذا من شكل رقم (4) بصورة جيدة.

أما إذ ا تم استخدام أكثرمن قطب تأريض على التوازي للوصول إلى المقاومة المطلوبة، فإنها توصل متوازية فيخطوط أوتخرج كلها من القطر المفضل مادة القضيب نقطة واحدة في اتجاهات مختلفة (لنصف الأقطار لنقطة عند المركز) ويوضح شكل رقم (5) تأثير المسافة الفاصلة بين قطبين متوازيين طول كل منهما 20 مترا ويقل تأثير المسافة الفاصلة على مقاومة الأرضى للنظام المستخدم عندما تزيد هذه المسافة على 15% من طول القطب المستخدم.

جدول رقم (2): معامل التصحيح العددي ʎ لمجموعة من الأقطاب المتوازية علي خط مستقيم واحد

عدد الأقطاب المتوازية المرصوصة علي خط مستقيم (n) معامل التصحيح العددي
2 1.00
3 1.66
4 2.15
5 2.54
6 2.87
7 3.15
8 3.39
9 3.61
10 3.81

جدول رقم (3): معامل التصحيح العددي (ʎ) لمجموع أقطاب (قضيب أو ماسورة) متوازية رأسية مصفوفة علي المحيط الخارجي لمربع خال من الأقطاب بداخلة

عدد الأقطاب المتوازية المرصوصة علي خط مستقيم (n) معامل التصحيح العددي
2 1.00
3 1.66
4 2.15
5 2.54
6 2.87
7 3.15
8 3.39
9 3.61
10 3.81

 

مادة القضيب القطر المفضل (مم)
نحاس  9/5, 12/15
وحديد مكسو بالنحاس 16
حديد مجلفن وصلب لا يصدأ (ستنينلس ستيل

ويفضل أن تكون أطوال القضيب طبقأ لقطر كمايلي:

القطر (مم) الطول (مم)
9 1,2
15 من 1,2 إلي 1,5

ويجب أن تكون أبعاد هذه المكونات متوافقة مع القيمة المعطاة في جدول رقم (4).

قضبان التأريض تكون عامة من النحاس المصمت الدائري أو من الصلب المكسو بالنحاس أو من الصلب المجلفن (لمنع الصدأ) ويفضل أن تكون الأقطار كما هو موضح بالجدول

نقطة واحدة في اتجاهات مختلفة (لنصف الأقطار لنقطة عند المركز) ويوضح شكل رقم (5) تأثير المسافة الفاصلة بين قطبين متوازيين طول كل منهما 20 متراً ويقل تأثير المسافة الفاصلة على مقاومة الأرضى للنظام المستخدم عندما تزيد هذه المسافة على 15% من طول القطب المستخدم.

ويجب أخذ الاحتياجات اللازمة عند وضع هذه الأقطاب لحمايتها من التلف في العمليات الزراعية نظراً لقربها من سطح التربة.

ملحوظات على جدول رقم (5):

عند استخدام موصلين أو أكثر طول كل منها Lوالمسافة الفاصلة (S) على التوازي يتم توصيلها مع بعضها فإن مقاومة التأريض الناتجة تصبح.

Rn = Fx R1

حيث تكون:

Rn: هي مقاومة تأريض النظام المكون من عدد (n) من الأقطاب المتوازية (أوم).

R1: هي مقاومة الأرضي لقطب واحد معزول عن النظام (أوم).

Fx: معامل يتم حسابة من المعادلات التالية:

  • بالنسبة لطولين:

F)x=2 = 0.50 + 0.078 (s/ L) 00.307

  • بالنسبة لثلاثة أطوال:

F)x=3= 0.33 + 0.071 (s/ L) – 0.408

  • بالنسبة لأربعة أطوال:

F)x=4= 0.25 + 0.067 (s/ L) – 0.451

وبشرط أن <0.3 ≤ < (s/ L) ≤ 0.02  >

` 9 آ 0 ~اااد( 5 » 5.5 « 5 ى. 5 – >__ا« – بانسبة ثلاثة أهو اد :

 

~ 190 اادا 6 » 5.5 « _~. 5 – د_،ا. – بانسبة لأربعة أملواد •

 

´أأ 90 ا.ادا »~. 5 « ~ 5.6 – ء، 1 ~

 

د~~ أن 56 .- ا.ادا ء يه •. 5 ء

 

اختيارمادة مناسبة بقطب الأرضي أو للموصل غير المعزول المدفون في الأرض

لا تؤثر مادة قطب الأرضى عامة على مقاومة التأريض للقطب ولكن يجب أن يحظي اختيار مادة القطب بأهمية خاصة يقاوم التآكل بسبب الترية، وبيين جدول رقم (6) مواد الموصي باستخدامها في إنشاء نظام التأريض. ويراعي عند دراسة تآكل قطب الأرضى أو موصل التأريض دراسة تأثير التربة والتأثير الجلفاني كعاملين مهمين وربط موصل التأريض أو قطب الأرضى بالأجسام المعدنية المجاورة. ويظهر التأثير الجلفاني بوضوح عند ربط الهياكل المعدنية بنظام التأريض.

 

التآكل ونوعية التربة

يعتمد تآكل المعادن التي لها اتصال بالتربة على عدة عوامل منها:

  • خواص التربة الكيمائية (الحموضة والأملاح).
  • درجة التهوية.
  • وجود البكتريا اللاهوائية.

جدول رقم (4): أقل أبعاد مسموح بها لمكونات أقطاب التأريض

مادة قطب التأريض مساحة المقطع مم2 القطر أو السمك مم
شريحة نحاس 50 3
نحلس لدن مسحوب علي البارد أو اسلاك مصمته لتمديدها أو دقها في الأرض كشبكة أو أقطاب تأريض 50 8
قضبان من الحديد المكسور بالنحاس أو – حديد مجلفن × (لأرض متماسكة – صلبة) 153 14
نحاس مجول 50 3        لكل جلدية

 

ملحوظة:

  • يجب أن تكون قضبان الحديد المكسو بالنحاس بها كمية صغيرة من الصلب الكربوني وذات قوة شد 600 نيوتن/ م2 ولا تقل درجتها عن 43A وبها كسوة من النحاس لا تقل درجة نقائها عن 99,9% وسمكة في اتجاه القطر لا يقل عن 0,25 مم.
  • تستخدم سبيكة من السيليكون والبرونز درجة (CS 101)أو سبيكة من الألومنيوم والبرونز (CA 102) لوصلات الربط بين الحديد المكسوبالنحاس. تكون قضبان الصلب المجلفن بدرجة 43A علي الأقل كما وأن يتم قطع سن القلاووظ قبل الجلفنة بالغمر علي الساخن

جدول رقم (5):المعاملات P (ك1) و Q (ك2) للشرائح والموصلات المستديرة

ترتيب الأقطاب P Q  
شكل الأقطاب مواصفات الأقطاب شريحة موصل مستدير
  موصل من طول واحد (1) 3 -1 1,3
  طولان علي زاوية 90 4 0,5 0,9
  ثلاثة أطوال علي زاوية 120ْ 6 1,8 2,2
  أربعة أطوال علي زاوية 90 8 3,6 4,1

 

جدول رقم (6): المواد التي يوصي باستخدامها في صناعة مكونات نظم التأريض

  • سبائك الحديد

برونز المدافع المرصص               – الومنيوم برونزي

الومنيوم سليكون وبرونزي             – سبيكة ألومنيوم

حديد زهر                              – حديد مطاوع

  • المطرقات (التشكيل علي البارد والساخن)

نحاس          الومنيوم                صلب

  • معادن مشكلة بالضغط والتصنيع (من شرائح وملفات ورقائق وألواح)

نحاس لدن              الومنيوم                صلب لا يصدأ          صلب (للجلفنة)

  • شرائط وقضبان ومواسير (لمكونات الماكينات)
  • نحاس تشغيل علي البارد ولدن.
  • نحاس سليكوني
  • فوسفوري برونزي
  • الومنيوم برونزي
  • ألومنيوم
  • صلب (عام)
  • صلب (للجلفنة)
  • صلب لا يصدأ (عام ألومنيوم)
  • وليس مع موصلات
  • صلب لا يصدأ (التقسية)
  • الصواميل والمواسير والورد والقلاووظ والتثبيت بالبرشام والقلاووظ الداخلي في قضبان للاستخدام مع النحاس
  • برونز فوسفوري
  • نحاس سيلكوني

للاستخدام مع الألومنيوم

  • سبيكة الومنيوم
  • صلب لا يصدأ
  • صلب مجلفن (انظر ملحوظة 1)
  • قضبان مصمته مستديرة (موصلات مسطحة أو مجدولة)
  • نحاس
  • نحاس لدن
  • نحاس مسحوب علي البارد
  • نحاس مجدول
  • نحاس مرن
  • جدائل نحاسية مسحوبة علي البارد ونحاس كادميومي

(لا يوصي باستخدام أسلام نحاسية مرنة)

  • الومنيوم
  • شرائح وقضبان من الألومنيوم
  • الومنيوم
  • الومنيوم مقوي بالصلب
  • سبيكة الومنيوم
  • صلب
  • صلب مجلفن (انظر ملحوظة 1)
  • شرائح مجلفنة (انظر ملحوظة 1)

ملحوظة:

  • يجب أن تتم الجلفنة في المرحلة النهائية بعد التشطيب.
  • يسبب التلاصق بين الصلب لا يصدأ (استنليس ستيل) والألومنيوم أو سبائكه تآكلاً إضافيا للألومنيوم, ويجب في هذه الحالة اتخاذ الاحتياطات الوقائية مثل استخدام مثبطات التآكل.

 

حيث ج ج : (جيدة جداً): مقاومة المادة للتأكل جيدة والمقاومة لا تكاد تتأثر بصفة عامة

ج (جيدة): مقاومة المادة للتآكل متوسطة والمقاومة لا تتأثر بدرجة كبيرة.

ض: (ضعيفة): مقاومة المادة للتآكل ضعيفة والمقاومة تتأثر ولكن بدرجة صغيرة.

ض. ج: (ضعيفة جداً): مقاومة المادة للتآكل منعدمة والمقاومة تتأثر بدرجة كبيرة جداً.

جدول رقم (7) مقاومة التآكل لبعض مواد أقطاب الأرضي وتوقفها علي خصائص التربة

عناصر التربة مادة قطب التأريض
صلب طري صلب مجلفن صلب لا يصدأ نحاس
1- مقاومة التربة النوعية (أوم. متر)
أقل من 7 أوم متر ض.ج ض ج ج
من 7 إلي 40 أوم. متر ض.ج ض ج.ج ج
أكبر كم 40 أوم. متر ج.ج ج.ج ج.ج ج.ج
2- جهد تقليل التآكل Redox potential  (ميللي فولت)
أكبر من 400 ج.ج ج.ج ج.ج ج.ج
أقل من 200 ض.ج ض.ج ض ض
3- النسبة المئوية للرطوية (%)
أكبر من 80 ج
من 10 إلي 80 ض ض ج ج
أقل من 10 ج.ج ج.ج ج.ج ج.ج
4- الأملاح الذائبة ض ض ض ض
كلوريد ض ض ض ض
5- مقياس PH
حمض أقل من 6 ض ض.ج ج ض
متعادل من 6 إلي 8 ج.ج ج.ج ج.ج ج.ج
قلوي أكبر من 8 ج ض ج
6- الأحماض العضوية ض ض ج ض.ج

 

وتوضح القائمة التالية أنواعا مختلفة من التربة طبقا لتأثيرها على زيادة التآكل في المعادن المتصلة بها أو الموجودة فيها:

أ- تربة حصوية.

ب- تربة وهلية.

ج- تربة طينية.

د- تربة طفلية.

ه- تربة بها محتويات من الرمال والطوب.

كما أن التربة التي تحتوي على كربونات كالسيوم تقلل من معدل التآكل وكذلك تكون التربة المكونة من الثلاثة أنواع الأولى غير متلاصقة ولا تحتوي على أملاح متخللة فيكون التآكل فيها طفيفاً.

ويجب اختيار قطب الأرضى في الأماكن التي لا يتم بها صرف مياه تحتوي على أسمدة أو مواد كيميائية، كما لا يوصى بخلط الطبقة العليا من التربة بالمواد المالئة والمحيطة بالقطب لأنه من عادة التربة التي تقلل من التآكل أن تكون ذات مقاومة نوعية عالية.

وللحصول على معلومات مفصلة في هذا المجال، يتم قياس مقاومة التربة النوعية فهي تعطي مؤشرات عن نشاط التربة في تآكل المعادن تحت ظروف التهوية وتواجد البكتريا ويوضح جدول رقم (7) تأثير عوامل التربة المختلفة على تآكل بعض مواد الاقطاب المستخدمة في التأريض.

ويفضل عادة استخدام النحاس في أقطاب وموصلات التأريض ويكون النحاس المصمت مفضلا في الأماكن التي تكون فيها تيارات الفقد عالية القيمة أما في تلك التي يتم استخدام أقطاب صغيرة فيها وتكون مصنوعة من الصلب المكسوبا لنحاس وذو شدة ميكانيكية عالية، فإنه يوصى بالإشارة إلى تأثير الأحماض العضوية والأملاح الذائبة التي تحول التربة إلى حمضية.

وعند استخدام حديد تسليح في المنشآت الخرسانية كأقطاب تأريض، فإن الخرسانة المحيطة به تكون كافية لحمايته من التآكل عند اتخاذ الاحتياطات اللازمة لضمان استمرارية وجودة التوصيل الكهربائي.

وبما إن الجهد الكهربائي لحديد التسليح في الخرسانة يتساوي على وجه التقريب مع الجهد الكهربائي للنحاس، فلذا يتم ربطة مع أقطاب النحاس أو الصلب المكسو بالنحاس. أما في حالة استخدام صلب مجلقن كأقطاب أرضى والذي يعتبر ذا جهد كهربائي سالب بالنسبة لكل من النحاس وحديد التسليح في الخرسانة فلذا لا يتم ربط قطب الأرضى من الصلب المجلفن العاري مع أي من أقطاب من النحاس أو مع حديد التسليح فى أساسات المباني.

التآكل الناتج عن الربط بالمعادن الأخرى

من الملاحظ ان التلف الناتج في الكابلات والمواسير المعدنية المستخدمة في خدمة المنشآت والمدفونة تحت الأرض والمنشآت المعدنية في منطقة قطب الأرضى والتي يتم ربطها بنظام التأريض نتيجة الحت الالكتروليتي بين المعادن المختلفة لا يمكن تجاهله. وبينما يعتمد معدل التآكل بدرجة كبيرة على نوعية المعادن الموجودة، كما يعتمد بدرجة صغيرة على مساحة سطحها، وقد يحدث في بعض الأحيان من جراء ربط الأجسام المعدنية تحت الأرضى زيادة معدل تآكلها وعليه فإنه يجب في حالة الضرورة اختيار المواد الملائمة لربط المعادن مع بعضها أو أخذ الاحتياطات اللازمة. ويوضح جدول رقم (8) الأماكن والمنشآت والمواد المستخدمة لإنشاء نظام التأريض المختلفة والتي يراعي فيها آن يكون التآكل أقل ما يمكن.

جدول رقم (8) مناسبة المواد لبعضها عند الربط بينهما

المادة ذات المساحة السطحية الأكبر من تلك التي تلاصقها المادة ذات المساحة السطحية الأصغر
صلب صلب مجلفن نحاس نحاس مقصدر
صلب مجلفن
حديد تسليح في خرسانة × ×
حديد مجلفن  في خرسانة
رصاص

 

× ربما تتعرض جلفنة الأقطاب ذات المساحات الصغيرة للتآكل بدرجة كبيرة

× غير مناسبة للربط

√ مناسبة للربط