الأحد، 16 فبراير 2020

الهدف من تأريض محطات التحويل الكهربائية.


يهدف تأريض المعدات الكهربية إلى وقاية العاملين من الصدمات الكهربية الناتجة من ارتفاع الجهد على المعدات المعدني المكشوف والمعرض للمس (جهد اللمس).

 وكذلك يهدف إلى الوقاية من الصدمات التي تنشأ من الجهد الذي يظهر على سطح الأرض بين قدمی شخص بالمحطة (جهد الخطوة) ، كما يعمل على زيادة فعالية أداء أجهزة القطع والحماية في حالة وجود تيار عطل أرضي في هذه المعدات ،
فتشعر بالعطل وتفصله بصورة أسرع .

بصفة عامة ، عند حدوث عطل فإن أقصى ارتفاع للجهد مقارنة بجهد باطن الأرض يسمى Ground Potential Rise , GPR ، ويساوی حاصل ضرب تيار العطل المتسرب مضروبا في مقاومة الأرضي.

وهذا ليس الجهد الذي يظهر على جسم الإنسان ، إنما هو فقط الأكبر على الإطلاق لذا ستلاحظ حتى في التصميمات الصحيحة أن هذا الجهد يصل إلى kVs دون أن يتسبب ذلك في مشاكل .

فتيار العطل في الصورة المرفقة هو 7000A سيتسرب الجزء الأكبر منه للأرض (وجزء منه يعود للمصدر من خلال أسلاك التأريض مثلا ولا يعود من خلال مقاومة الأرض) , ويتسبب الجزء المتسرب في ارتفاع جهد المناطق القريبة من نقطة العطل.

على سبيل المثال فإن أقرب منطقة للتسريب في الصورة  ارتفع جهدها إلى حوالي 4500 فولت وهو الذي يسمى GPR ، لكن يحدث تناقص في جهد الدوائر كلما ابتعدت عن نقطة العطل كما هو واضح  ، ويسمى هذا التناقص بال Potential Gradient .

ومن المهم أن يكون هذا ال Gradient صغيرا (بمعنى أن النقص يكون تدريجيا بدرجة بسيطة) حتى يكون الفرق في الجهد بين قدمي أي شخص صغيرا (أقصى فرق جهد بين قدمى أي شخص في الشكل السابق سيكون في حدود 200 فولت)

ويسمى هذا الجهد بال step volt أما جهد اللمس Touch voltage فهو يساوى فرق الجهد بين ال GPR ، وبين جهد المنطقة التي يقف عليها الشخص بقدمه. والمشكلة الكبرى في حالة ال Touch Voltage تحدث إذا كانت نقطة التأريض بعيدة عن الجهاز الذي به عطل والذي يلمسه شخص ما ، فعندها سيكون جهد اللمس يساوی GPR نفسه ، لأن جهد القدم تقريبا في هذه الحالة تساوی صفر فولت.

وهذا يبين أهمية ألا تكون نقطة التأريض بعيدة.

وهذا أيضا يبرر لماذا يكون التأريض في محطات الكهرباء عبارة عن شبكة مدفونة تغطى تقريبا كل مساحة المحطة.

المشكلة أيضا أن أي جسم معدنی متصل بالأرض (ماسورة ، خط تلفون ، إلخ) حتى لو كان خارج المحطة وبعيد عن منطقة العطل فإنه سيرتفع جهده بقدر معين ، وبالطبع يجب أن يكون هذا الجهد الذي يسمى Transfer Red Voltage صغيرا .

 والهدف في هذا الفصل التأكد من أن كل هذه الجهود في الحدود الآمنة التي لا تسبب صدمات للبشر الموجدين بالمحطة.

وفكرة الأرضي الأساسية أن تيار العطل إن لم يجد مسار معدنيا لكي يعود من خلاله إلى مصدره (على سبيل المثال ال Metallic sheath في الكابلات مثلا) فإنه يعود من خلال كتلة الأرض نفسها ک Return Path ، وبالتالي يكمل دائرته بالوصول لنقطة تعادل المصدر المنشأ له

و القيمة المسموح بها لأرضى المحطات الفرعية (الجهد العالی) تتراوح بين 0.5 إلى 1 أوم. بينما تصل القيمة إلى 5 أوم في محطات التوزيع (الجهد المتوسط). وهنا نعطي قيما لمقاومة ال Earthing في الأماكن المختلفة.

Permissible values

Power Stations....0.5 Ohms
EHT Substations....1.0 Ohms
33KV Stations....2.0 Ohms
D/T centers....5.0 Ohms
Tower foot resistance....10.0 Ohms

لاحظ أنه لو كانت مقاومة الأرضي مرتفعة لظهر جهد على سطح الأرض مرتفع جدا Ground Potential Rise ، ولذا نحتاج لتقليل هذا الجهد من خلال شبكة الأرضي ذات المقاومة المنخفضة جدا.