ما هو التأريض؟ أنواعه، ومعاييره، ومقاومته للتربة، ودليل استخدامه

لا تقتصر ضمانة السلامة في التركيبات الكهربائية على اختيار المواد المناسبة فحسب، بل تشمل أيضًا تأريض النظام وفقًا للمعايير الدولية. يُعدّ التأريض أحد أهمّ عناصر التركيبات الكهربائية، سواءً لسلامة الأرواح أو لحماية المعدات. في هذا الدليل، سنناقش بالتفصيل، من منظور هندسي، ماهية التأريض، وأسبابه، وأنواعه، ومعاييره، وقياس مقاومة الأرض، وخطوات تطبيقه الأساسية.

ما هو التأريض؟

التأريض إجراء وقائي يضمن نقل تيار التسرب في الأنظمة الكهربائية إلى الأرض بطريقة مُحكمة ، عبر مسار المقاومة الأقل. يحمي نظام التأريض المصمم بشكل صحيح الأفراد من الصدمات الكهربائية، ويمنع تلف المعدات، ويضمن التشغيل الآمن للمنشأة.

وبعبارة أخرى، وفقًا لمعيار TS EN 60364-5-54 ، فإن التأريض هو الاتصال المباشر للأسطح المعدنية غير النشطة أو النقطة المحايدة بالأرض عبر موصل ذي استمرارية كهربائية.

لماذا يتم إجراء التأريض؟

بدون تأريض سليم، يمكن أن تتسبب الأعطال الكهربائية في إتلاف المعدات والمنشآت، والأهم من ذلك، الأشخاص. يقلل نظام التأريض السليم بشكل كبير من المخاطر التالية:

• تقليل خطر الصدمة الكهربائية: تتدفق تيارات التسرب عبر الأرض، وليس عبر جسم الإنسان.
• القضاء على اختلالات الجهد: هذا يمنع تلف الأجهزة في حالات مثل انقطاع السلك المحايد أو عدم توازن الطور.
• حماية المعدات والمنشآت: يتم جعل الأجهزة التي تتعرض لجهد الجسم آمنة بفضل التأريض.
• الحماية من الصواعق: يتم توجيه ضربات الصواعق والارتفاعات المفاجئة في الجهد إلى الأرض بطريقة محكمة.
• استمرارية التشغيل: يتم تحديد نطاق الأعطال، مما يمنع إغلاق المصنع بأكمله.

ما هي أنواع التأريض المختلفة؟

يمكن دراسة تطبيقات التأريض تحت ثلاثة عناوين رئيسية وفقًا لغرضها وهيكل المنشأة: التأريض الوقائي ، والتأريض التشغيلي ، والتأريض ضد الصواعق .

التأريض الوقائي

التأريض الوقائي هو عملية توصيل الأسطح المعدنية غير النشطة (مثل أغلفة الأجهزة، وألواح التوزيع، والأنابيب المعدنية، وما إلى ذلك) في التركيبات الكهربائية بالأرض. والغرض الأساسي منه هو حماية الأشخاص من الصدمات الكهربائية .

أمثلة على التطبيقات:

• أطراف التأريض لمنافذ الطاقة وأجهزة المستخدم النهائي.
• تأريض الآلات مثل المحركات والمضخات والمراوح.
• تأريض الألواح والخزائن والهياكل المعدنية.
• أعمدة الإنارة الخارجية والهياكل المعدنية

التأريض الصناعي

التأريض التشغيلي هو عملية توصيل نقطة التعادل أو بعض مكونات الدائرة الكهربائية بالأرض في ظل ظروف التشغيل العادية، وفقًا لمبادئ تشغيل النظام. والهدف من ذلك هو ضمان التشغيل المستقر والآمن للنظام.

أمثلة على التطبيقات:

• تأريض نقطة النجمة (المحايد) للمحول
• تأريض المولد
• تأريض نقطة النجمة في أنظمة الجهد المتوسط.

التأريض بالبرق

يُعدّ التأريض ضد الصواعق نظامًا ضمن أنظمة الحماية من الصواعق، يضمن نقل التيار عالي الطاقة بأمان من أطراف التوصيل وموصلات الهبوط إلى الأرض. ويحدد معيار TS EN 62305 معايير تصميم هذه الأنظمة.

يحمي التأريض ضد الصواعق المباني والمنشآت من الأضرار الميكانيكية والحرائق والجهود الزائدة وأضرار المعدات الإلكترونية التي قد تسببها الصواعق.

كيفية القيام بالتأريض؟

لا تقتصر تطبيقات التأريض على مجرد غرس قضيب في الأرض. بل يجب مراعاة خصائص التربة، والمقاومة الكهربائية، وعمق القطب، ومقطع الموصل، وتقنيات التوصيل، والمتطلبات التنظيمية. ستجد أدناه الخطوات الأساسية لتطبيق تأريض احترافي.

1) قياس وتصميم الأرض

يتطلب تصميم نظام تأريض سليم أولاً قياس مقاومة التربة (ρ) . والطريقة الأكثر شيوعاً لذلك هي طريقة وينر ذات الأقطاب الأربعة .

ρ = 2 · π · a · R

• ρ : مقاومة التربة (Ω·m)
• أ : المسافة بين الأقطاب الكهربائية (م)
• R : المقاومة المقاسة (Ω)

نطاقات المقاومة النوعية التقريبية وفقًا لأنواع عينات التربة:

2) وضع أقطاب التأريض

أكثر أنواع الأقطاب الكهربائية استخداماً هي قضبان الفولاذ المطلية بالنحاس وألواح الصفائح المجلفنة. ويتم تحديد موضع الأقطاب الكهربائية وفقاً للمقاومة النوعية للأرض ومقاومة التأريض المطلوبة.

• تُستخدم الأقطاب الكهربائية القضيبية بشكل عام بأطوال مثل 1 متر، أو 3 أمتار، أو 6 أمتار.
• يجب أن يبقى رأس القطب الكهربائي على عمق 30-40 سم تقريبًا تحت الأرض لحمايته من الصقيع والتأثيرات الخارجية.
• إذا تعذر تحقيق المقاومة المطلوبة، يتم استخدام أقطاب كهربائية متعددة في ترتيب نجمي أو حلقي أو شبكي.

ينبغي اختيار موقع قطب التأريض بحيث يكون أقرب ما يمكن إلى أساس المبنى وأبعد ما يمكن عن المرافق الموجودة تحت الأرض (المياه، والصرف الصحي، والغاز الطبيعي، وما إلى ذلك) لأسباب تتعلق بالسلامة.

3) تطبيق التأريض الأساسي

تُعدّ عملية تأريض الأساسات من أكثر الطرق الموثوقة لتأريض المباني حديثة الإنشاء. ووفقًا للمعيار TS EN 50522 واللوائح ذات الصلة، يتم تشكيل حلقة متصلة عن طريق وضع شرائح مجلفنة داخل الأساس الخرساني.

• يتم وضع شرائح مجلفنة (على سبيل المثال، 30 × 3 مم، 25 × 4 مم) على طول أساسات اللوح أو عوارض الأساس.
• يتم ضمان استمرارية التوصيل الكهربائي لحديد التسليح الخرساني.
• تُترك أطراف التوصيل الرأسية للتوصيل بالجزء الخارجي من الأساس، ويتم توصيلها بنظام التأريض الخارجي.

بفضل تأريض الأساسات، يتم الحصول على نظام تأريض ذي مساحة سطحية كبيرة ومقاومة منخفضة بين المبنى والأرض. يمكنك الاطلاع على المزيد من التفاصيل الفنية حول هذا التطبيق في دليل استخدام شريط تأريض الأساسات من شركة إيسكو إليكتريك.

4) توصيل موصلات التأريض

يُفضّل استخدام النحاس أو الشريط المجلفن أو قضيب النحاس المجدول كمواد موصلة لأسلاك التأريض. وتُعدّ متانة نقاط التوصيل ومقاومتها للتآكل من العوامل الحاسمة لضمان عمر النظام.

• اللحام الحراري: يوفر رابطة دائمة على المستوى الجزيئي بين قضبان التأريض والشرائح والموصلات. وهو الحل الأكثر موثوقية ضد التآكل.
• وصلات البراغي والمشابك: سهلة التركيب، ولكنها تتطلب صيانة دورية لتحمل الظروف الخارجية.
• قضبان التوصيل: تستخدم لتوصيل فروع مختلفة من نظام التأريض بنقطة واحدة.

تُفضّل الوصلات الملحومة حرارياً ، لا سيما في المنشآت الحساسة والتطبيقات الخارجية. سيساعدك دليل اختيار أوتاد وألواح التأريض من شركة إيسكو إليكتريك على اختيار المواد المناسبة.

5) قياس مقاومة التأريض

بعد اكتمال تركيب نظام التأريض، يجب قياس مقاومة التأريض للنظام . ولإجراء هذا القياس، يُفضل عمومًا استخدام أجهزة خاصة (أجهزة قياس مقاومة التأريض) التي تستخدم طريقة الأقطاب الثلاثة (3P) أو الأربعة (4P).

قيم المقاومة المستهدفة المقبولة عمومًا:

يجب تسجيل نتائج القياس وتكرارها على فترات منتظمة (عادةً مرة واحدة على الأقل في السنة في المنشآت الصناعية).

6) عمليات الفحص والصيانة الدورية

قد تتعرض أنظمة التأريض لتدهور في الأداء بمرور الوقت نتيجة للتآكل، والتغيرات في بنية التربة، والتأثيرات الميكانيكية. لذلك:

• في المنشآت الصناعية، مرة واحدة في السنة،
• ينبغي فحص أنظمة الحماية من الصواعق مرة واحدة على الأقل سنوياً.
• فترات زمنية أكثر تكراراً في البيئات الخطرة (البيئات القابلة للانفجار، وما إلى ذلك).

يوصى بالقياس والفحص البصري. يجب فحص نقاط التوصيل واللحامات الحرارية والشرائط والقضبان بشكل دوري واستبدالها عند الضرورة.

نقاط يجب مراعاتها عند إجراء التأريض

• يجب أن تكون أقطاب التأريض على مسافة آمنة من المياه الجوفية، ومياه الصرف الصحي، والغاز الطبيعي، والشبكات المماثلة.
• في الرمال الجافة شديدة الحصى أو التضاريس الصخرية، يصعب تحقيق مقاومة منخفضة باستخدام قضيب واحد؛ لذا يُفضل استخدام نظام متعدد الأقطاب الكهربائية والحلقات.
• تؤثر موصلية التربة بشكل مباشر على أداء النظام؛ لذا يُفضل استخدام التربة ذات المقاومة المنخفضة.
• يجب أن تكون الوصلات خالية من الارتخاء أو الأكسدة؛ وينبغي استخدام اللحام الحراري إن أمكن.
• يجب إجراء القياسات بعد التركيب، ولا ينبغي تشغيل الأنظمة التي تتجاوز القيمة المستهدفة.

كيفية تقليل مقاومة التأريض؟

يمكن استخدام الطرق التالية لتقليل مقاومة التأريض إلى المستوى المطلوب:

• قم بتركيب قضبان تأريض إضافية وزيادة المسافة بينها.
• لإعداد ترتيب أقطاب كهربائية على شكل نجمة أو حلقة أو شبكة،
• من خلال التغلغل إلى مستويات أعمق، يمكننا الوصول إلى الطبقات الرطبة والموصلة.
• باستخدام محسنات التربة مثل البنتونيت،
• زيادة مساحة السطح باستخدام شريط تأريض.

يقدم المحتوى التقني لشركة Esco Elektrik فيما يتعلق بطرق التأريض الصحيحة وأنواع التأريض إرشادات للمهندسين والفنيين أثناء مرحلة التطبيق.

المواد المستخدمة في التأريض

• قضبان تأريض فولاذية مطلية بالنحاس
• موصلات شريطية ومسطحة مجلفنة
• موصل نحاسي وسلك مجدول
• قضبان التأريض ومشابك التوصيل
• قوالب اللحام الحراري ومساحيق اللحام
• صناديق التأريض ونقاط التوصيل

يشكل الاختيار الصحيح لهذه المواد، وتقنيات التركيب المناسبة، والامتثال للمعايير ذات الصلة أساس نظام تأريض طويل الأمد وآمن.

فوائد أنظمة التأريض

• فهو يقلل من خطر الصدمة الكهربائية.
• يقلل من خطر نشوب حريق بسبب الأعطال الكهربائية.
• فهو يطيل عمر المعدات الكهربائية والإلكترونية.
• فهو يدعم استمرارية الإنتاج والأعمال.
• يضمن ذلك الامتثال للوائح والمعايير.

الأسئلة الشائعة

ما هي قيمة مقاومة التأريض المثالية بالأوم؟

في المباني السكنية والتجارية، القيمة المستهدفة المقبولة عموماً هي 5 أوم وما دون . في المحطات الفرعية والأنظمة الإلكترونية الحساسة ومرافق الاتصالات، يمكن تقليل هذه القيمة بشكل أكبر (في نطاق 1-3 أوم).

ماذا يحدث إذا لم يكن هناك تأريض؟

بدون تأريض سليم، قد تتراكم فولتيات خطيرة في أغلفة المعدات، مما يؤدي إلى مخاطر جسيمة كالصعق الكهربائي وتلف المعدات والحرائق. علاوة على ذلك، يمكن أن تتسبب الصواعق والارتفاعات المفاجئة في التيار الكهربائي بأضرار جسيمة للمنشآت والمعدات.

كيف ينبغي أن يكون شكل كابل التأريض؟

يُختار موصل التأريض عادةً من بين موصلات نحاسية ذات لون أخضر مصفر ، ويجب أن يتوافق مقطعه العرضي مع المعايير ذات الصلة وتيار قصر الدائرة الذي سيحمله. يحدد المعيار TS EN 60364-5-54 القيم الدنيا لمقاطع موصلات الحماية.

كم مرة يجب أخذ قياسات التأريض؟

في المنشآت الصناعية والأنظمة الحيوية، يُنصح بقياس مقاومة التأريض مرة واحدة على الأقل سنوياً، وكل ستة أشهر للتطبيقات الأكثر حساسية. كما يُعد الفحص والقياس الدوري المنتظم إلزامياً في أنظمة الحماية من الصواعق.

ما هي المعايير التي يجب اتباعها في أنظمة التأريض؟

تُعدّ المواصفات القياسية TS EN 60364-5-54 و TS EN 50522 و TS EN 62305 ، بالإضافة إلى لائحة التركيبات الكهربائية الداخلية ، المراجع الرئيسية لتطبيقات التأريض في التركيبات الكهربائية في تركيا. ويُعدّ الالتزام بهذه المواصفات أمراً بالغ الأهمية، سواءً من الناحية القانونية أو لضمان السلامة التشغيلية.