دليل على خطوة إلى الأمام لحساب الإعاقة في معيار آي إي إي إي إي إي إيه 80 لمسح الأرض

Understanding IEEE Standard 80 and Its Importance in Substation Grounding

المعيار 80-2013 الذي يحمل عنوان " دليل السلامة في الإنشاءات الفرعية لمحطة AC " ، يتعلق أساساً بالوحدات الفرعية للشركة الخارجية، سواء كانت تقليدية أو مزودة بالغاز، بما في ذلك التوزيع، والإرسال، وتوليد بدائل للمصانع، وهذا المعيار الشامل يوفر مبادئ توجيهية أساسية لتصميم نظم أرضية آمنة وفعالة تحمي الأفراد من أخطار الصدمات الكهربائية أثناء ظروف الخطأ.

ويعد حساب التلاعب وفقاً لمعيار IEEE 80 عنصراً حاسماً في تصميمات أرضية الإحلال، ويوفر المعيار مبادئ توجيهية لحساب البارامترات الآمنة لشبكة الأرض في محطات فرعية عالية الفولط، وضمان حماية الأفراد عن طريق التحكم في اللمسات والفولط، مع التقليل إلى أدنى حد من الإخفاقات الحالية، ويمكن أن يعني فهم هذه الحسابات وتطبيقها على النحو السليم الفرق بين التركيب الآمن ونقطة تشكل مخاطر خطيرة على الأفراد والمعدات.

ويستند هذا النهج إلى معايير السلامة التي تنطوي على إمكانية لمس وخطوات مقبولة، ويسلم بأن المقاومة الأرضية المنخفضة لا تشكل في حد ذاتها ضمانا للسلامة، ولا توجد علاقة بسيطة بين مقاومة النظام الأرضي ككل والصدمة القصوى التي يمكن أن يتعرض لها الشخص، وهذا المبدأ الأساسي يؤكد على سبب كون حسابات الاختراق المناسبة أساسية وليس مجرد هدف تحقيق أدنى قيمة ممكنة من المقاومة.

المفاهيم الأساسية: إعاقة، مقاومة، رد الفعل في نظم تحديد المواقع

قبل أن ندخل في إجراءات الحساب، من الضروري فهم المفاهيم الكهربائية الأساسية التي تحكم نظم الصناع تحتية، الإغماء يمثل المعارضة الكاملة للتدفق الحالي في دائرة تابعة للشركة، ويتألف من عنصرين رئيسيين هما المقاومة والرد الفعل.

المقاومة الأرضية

المقاومة الأرضية هي العنصر المقاومة للتشهير وتمثل المعارضة للتدفق الحالي عبر الأرض وأجهزة التحكم الأرضية، وتستند المعادلة إلى دليل السلامة في المنطقة الفرعية للبحر الأبيض المتوسط (EEE Std 80-2013)، والفرع 14-2، والمعادلة 57، وتجمع أساساً بين الخصائص المقاومة لطبق معدني، وأجهزة السلوك، والعمق الذي دفنت فيه.

وتُعد مقاومة الشبكة مقاومة مماثلة لشبكة الأرض الأرضية للأرض النائية، بالنظر إلى مقاومة التربة وقابلية الهندسة الشبكية، وتتأثر هذه البارامترات بعوامل عديدة منها طول مدفونين، والمنطقة التي تغطيها الشبكة الأرضية، وعمق دفن التربة، والأهم من ذلك مقاومة التربة في موقع التركيب.

رد الفعل الأرضي

ويُعزى عنصر رد الفعل إلى آثار مستحثة وخيمة داخل نظام الأرض، وقد يكون إعاقة الشبكات الكبيرة (أكثر من 000 40 متر مربع) المدفونة في الأرض ذات المقاومة المنخفضة (أقل من 75 متراً) التي لا توجد فيها مساحات ممتدة أعلى من المقاومة المقدرة، أو عندما يكون الموصلون البريون الممتدون متصلين بالشبكة، فإن التلاعب بالنظم الأرضية سيكون أقل من المقدَّر بمقاومة الشبكة.

ويصبح رد الفعل الاستباقي مهماً بوجه خاص في نظم أرضية أكبر وفي ترددات أعلى، وخلال ظروف الخطأ، يتفاعل تواتر الخطأ الحالي (نحو 50 أو 60 هرتز) مع محصول موصلي الشبكة الأرضية لإنتاج عنصر تفاعلي يجب النظر فيه في حساب العجز الكلي.

مجموع حالات العجز

ويجمع الازدحام الكلي بين عنصري المقاومة والتفاعل، ويُعبر عنه عادة كرقم معقد، ويمثل حجم هذا الازدحام المعارضة العامة للتدفق الحالي أثناء ظروف الخطأ، في حين أن الزاوية في المرحلة تشير إلى العلاقة بين المكونات المقاومة والعناصر التفاعلية، وبالنسبة لمعظم التطبيقات العملية القائمة على أساس الإحلال، فإن العنصر المقاومة يهيمن على ذلك، ولكن العنصر التفاعلي لا يمكن تجاهله في حسابات دقيقة.

جمع البيانات الأولية الأساسية

وتتوقف حسابات التخلف الدقيق اعتمادا كبيرا على نوعية البيانات المتعلقة بالمدخلات واكتمالها، وفي المرحلة الأولى، تعتبر تفاصيل المشروع أساسية، وينبغي أن توفر خطة الموقع العامة للاستبدال تقديرات جيدة للمنطقة التي ستغطيها شبكة الأرض، وتفصل الفروع التالية البيانات الهامة التي يجب جمعها قبل بدء الحسابات.

قياسات مقاومة التربة

ومن الملاحظ أن مقاومة التربة هي أهم البارامترات التي تؤثر على أداء نظام الأرض، إذ يلزم القيام بزيارات متعددة لموقع التخضّع لإجراء قياسات مقاومة التربة، وينبغي وضع سلسلة من القياسات باستخدام طريقة أربعة أساس، وهذه الطريقة، المعروفة أيضا باسم طريقة وينر ذات النقاط الأربع، تنطوي على دفع أربعة كهرباء مساحتة بالتساوي في الأرض وقياس المقاومة بينها.

إن مقاومة التربة هي مواصفات حرجة تقاس باستخدام أساليب وينر أو شلومبرغر، وينبغي أن تؤخذ القياسات في أعماق ومواقع مختلفة عبر موقع التخضّص لتصنيف التربة وتبايناتها، ويستخدم العديد من البرامجيات المتاحة تجاريا نموذج التربة متعدد الطوابق، في حين أن نموذج التربة الوحيد يُفترض أن يكون مقاوما للتربة متجانسا ومتجانسا بشكل عام ويُحسب باستخدام المتوسط الطارد للتربة.

ويمكن أن تتباين مقاومة التربة تبايناً كبيراً حسب تركيب التربة، ومحتويات الرطوبة، ودرجة الحرارة، ووجود أملاح مذوبة، ويمكن أن تتراوح القيم بين أقل من 10 أمتار للتربة العضوية الرطبة إلى أكثر من 000 10 متر للتضاريس الجافة، وتؤثر هذه التباينات تأثيراً كبيراً على تصميم نظام الأرض وأدائه.

Ground Grid Geometry and Layout

ومن الضروري إجراء عمليات حساب دقيقة لتفاصيل تفاصيل عن تشكيل الشبكة الأرضية، ويشمل ذلك المساحة الإجمالية التي تغطيها الشبكة، والفصل بين الموصلات، وطول الموصلات المدفونة، وعمق دفنها، ومقياس السلوك والمواد، ومجال نظام الأرض هو أهم عامل جغرافي قياسي في تحديد مقاومة الشبكة.

ويتكون تصميم الشبكة عادة من حلقة سلوكية محيطية تضم موصلين عبر موصلات تشكل نمطاً مشرقاً، ووفقاً للمرحلة 80 من الدراسة الاستقصائية الدولية للإحصاء، ينبغي أن يتضمن هذا التصميم حلقة سلوك حول المنطقة البرية بأكملها، بالإضافة إلى موصلات ملائمة، ويؤثر المباعدة بين المسافات على كل من المقاومة ودرجات التطاير على السطح، مع ارتفاع وتيرة الأداء عموماً، ولكن في ارتفاع تكاليف المواد.

البيانات الحالية

ويعتبر فهم الحد الأقصى للخطأ المتوقع أمرا حاسما بالنسبة لحسابات السلامة وتضخيمات الموصلات، ويشمل ذلك تحديد حجم الحد الأقصى للخطأ الأرضي، ومدة الخطأ (التي تستند عادة إلى أوقات المقاصة الواقية)، وعامل التقسيم الحالي الذي يُعزى إلى مدى الانقسام الحالي بين نظام الأرض ومسارات العودة الأخرى.

والمعادلة التي تُستخدم لحساب عامل الانقسام من المادة 15-9 من العهد الدولي الخاص بالحقوق الاقتصادية والاجتماعية والثقافية هي: f = ⁇ Zeq/(Zeq+Rg) ⁇ ، حيث يكون عامل التقسيم الحالي هو العامل المكافئ لحجم النقل و/أو أرض التوزيع، و Rg هو مقاومة أرضية فرعية في الحد الأدنى، وهذا عامل الانقسام أساسي لتحديد مدى وجود خطأ في النظام الحالي.

تفاصيل النظام

وتشمل المعلومات الإضافية عن النظام مستويات الفولط الموجودة في الإحلال، وتشكيلات المحولات، والشقائق، ووجود وخصائص أسلاك الدروع العامة، وتفاصيل عن أي موصلات أرضية ممتدة مثل المحايدين المدفونين أو الدروع الكابلية، ومعظم هذه المراكز الفرعية عادة ما تكون لديها خطوط (أو مغادر) مجهزة بأقسام دروع، وسيكون من المناسب لمهندس التصميم أن يحقق في ممتلكات هذه الأسلاك الدروع.

حساب المساعدة الأرضية

ويشكل حساب المقاومة الأرضية أساس تحديد العيوب، ويوفر معيار إي إي إي إيه إيه 80 عدة أساليب لحساب المقاومة الأرضية، حيث أن أكثرها شيوعا هو معادلة شوارز المبسطة لنظم القضبان الأرضية والشبكات المشتركة.

النموذج الأساسي لمقاومة الجريم

وتستند المعادلة إلى المادة 14-2 من النظام المتكامل للتعليم في سانت 80-2013، المعادلة 57: Rs = [(1/LT) + (1/(20A)) (1+1 +1/+/h 20/A))))[، حيث توجد المنطقة التي يشغلها الشبكة الأرضية في م2.

• Rs] is the ground resistance in ohms (وطن)
• (rho) هو مقاومة التربة في مقاييس الأورام (بالدرجة الأولى)
• LT] هو مجموع طول مداولة الموصلات المدفونة في متر (م)
• A] هي المنطقة التي تشغلها الشبكة الأرضية في متر مربع (م2)
• h] is the depth of burial of the grid conductors in meters (m)

وهذه المعادلة تُمثل بفعالية الشبكة الأرضية كمجموعة من شبكة السلوك الأفقي المدفونة وصحن معدني معادل، وهذا المعادلة تبين أن منطقة أكبر وطولا أكبر لموصل الأرض المستخدم ستؤدي إلى مقاومة أقل لشبكة الأرض.

حساب مجموع السلوك

ويشمل مجموع طول الموصلات المدفونة جميع الموصلات الأفقية للشبكة بالإضافة إلى طول أي قضبان أرضية عمودية، وبالنسبة لشبكة مستطيلة ذات مباعدة موحدة، فإن الحساب متصل مباشرة، مثلاً بالنسبة لشبكة تضم موصلات تعمل على 5 أمتار: عدد الموصلات لكل جانب = 50 أو 5 أو 1 = 11 أو 10 أو 11 أو 10 أو 10 أو 10 أو 10 أو 2 أو 100 متر.

وعندما تدرج القضبان الأرضية، يجب أن تضاف مساهمتها الفعلية في طول الموصل الأفقي، غير أن التفاعل بين الشبكة والقضبان الأرضية معقد ويتطلب النظر في آثار المقاومة المتبادلة.

المجمّع (غريد) و(جوود رود)

وعندما يشمل نظام أرضي شبكة أفقية وقرود أرضية عمودية، فإن المقاومة المشتركة ليست مجرد مزيج موازي.

(أ) صيغة المقاومة المشتركة هي: Rg = (R1 × R2 - Rm2) / (R1 + R2 - 2Rm)، حيث مقاومة الشبكة وحدها، R2 هي مقاومة جميع قضبان الأرض معاً، و Rm هي المقاومة المتبادلة بين الشبكة ونظام الطقوس الأرضية، وستظل المقاومة الأرضية المشتركة للشبكة وسرير القضبان أقل من المقاومة الأرضية لأي من العنصر وحده.

هذه المعادلة قد تكون حساسة للحساب بدقة المعادلة حساسة جداً للتغيرات الصغيرة في الأرقام و التقريب بين بعض الخطوات المتوسطة يمكن أن يُلقي النتيجة بما يكفي ليُصبح سلبياً لذا من الضروري الحفاظ على الدقة الكافية طوال عملية الحساب واستخدام الأدوات الحاسوبية عند الإمكان

نموذج عملي: حساب مقاومة الجريم

النظر في تقديم إعانة مالية بشبكة أرضية تبلغ 50 متراً، ومتوسط العمر الممتد 5 متراً، وعمق الدفن البالغ 0.5 متر، ومقاومة التربة بمقدار 100 متر، أولاً، حساب طول الموصل الإجمالي، حيث يبلغ عدد الموصلين 11 موصلاً (50 متراً مربعاً + 1 متراً)، ويبلغ إجمالي طولها 11 × 50 × 2 = 100 1 متر.

المنطقة الشبكية ألف = 50x50 = 500 2 متر مربع. وباستخدام صيغة المقاومة المبسطة: Rs = 100 × [1/1100] + (1/√(20 x2500)) × (1+1x0.5(20/2500))))].

ولذلك: Rs = 100 × [0.000909 + 0.00447 × (1 + 0.957)] = 100 × [0.000909 + 0.00447 × 1.957] = 100 × [0.000909 + 0.00875] = 100 × 0.00966 × 0.97 × وهذا انخفاض نسبيا في قيمة المقاومة يدل على أداء جيد في هذا التشكيل.

تحديد عناصر التفاعل الأرضي

وفي حين أن المقاومة تهيمن عادة على عدم وجود نظام أرضي، فإن العنصر التفاعلي يصبح كبيرا في بعض التشكيلات ويجب حسابه لتحديد التخلف الكامل.

رد فعل المستحضرات

وينشأ رد الفعل الحافز لنظام أرضي من الحقول المغناطيسية التي تنجم عن تيار العطلات التي تتدفق عبر أجهزة التحكم بالشبكة، ويتوقف هذا الاستقطاب على قياسات الموصلات، والمباعدة، وتواتر التيار الضارب، ويمكن حساب التردد الموصل باستخدام الصيغة: XL = 2fL، حيث تردد الموصلات في خطيها.

إن إنشاء شبكة أرضية أمر معقد لحسابه الدقيق ويعتمد على تشكيل الشبكة، وبالنسبة للشبكات الجاهزة، توجد صيغ تقريبية تراعي أبعاد الشبكة وفترة الموصلات، ونظرا لزيادة طول الموصل المدفون، فإن الازدحام في المدخلات يقترب من الازدحام، وستكون زاوية مرحلة الازدحام في النطاق يتراوح بين 35 و 40 درجة.

اعتبارات التردد

وتؤثر تواتر حالات الخطأ تأثيراً كبيراً على عنصر التخلف التفاعلي، إذ إن معظم عمليات حساب أرضية الإحلال تحت الاختبارات تفترض تواتراً للطاقة (50 أو 60 هرتز)، ولكن الظواهر العابرة مثل ضربات البرق تنطوي على ترددات أعلى بكثير، وقد تكون حماية البرق والمقاومة العابرة للحدود ومعايير التربة المعتمدة على الترددات ذات أهمية، مما يتطلب وضع نماذج متقدمة.

في تواتر الطاقة، تأثير الجلد في الموصلات لا يُذكر عموماً بالنسبة لحجم الموصلات الأرضية المعتادة، لكن في الترددات العالية، يتجه الوقت الحالي نحو التدفق قرب سطح الموصل، ويقلل بشكل فعال من المنطقة المتقاطعة للموصل ويزيد من مقاومته، ويجب اعتبار هذا السلوك المعتمد على الترددات لتحليلات المتقاطعة، ولكن عادة ما يُتجاهل لحسابات الترددات الثابتة.

الآثار الإيجابية

إن رد الفعل الإيجابي في نظم الأرض لا يذكر عموما في ترددات السلطة، ولكنه يمكن أن يصبح كبيرا عند ترددات أعلى، فالأداءات بين الموصلات المدفونة والأرض المحيطة بها، تشكل غطاء موزع على طول مدة الموصلات، ويمكن تجاهل معظم التطبيقات العملية القائمة على أساس الإحلال في 50/60 هرتز.

مجموع حالات العجز والرد على الحسابات

وبعد تحديد كل من العنصرين المقاومة والتفاعلية، يجب الجمع بينهما للحصول على التخلف الكامل لنظام الأساس، وهذا الجمع يتبع مبادئ تحليل الدائرة المكلّفة برقم الرياضيات المعقّد.

التمثيل المعقد

The total impedance Z is expressed as a complex number: Z = R + jX, where R is the resistance, X is the net reactance (XL - XC), and j is the imaginary unit (√-1). For grounding systems, the capacitive reactance is typically negligible, so X INT XL.

ويحسب حجم الازدحام على أنه: ⁇ Z ⁇ = √(R2 + X2). وهذا الحجم يمثل المعارضة الكاملة للتدفق الحالي ويستخدم في الحسابات الحالية الخاطئة وفي تحديد الارتفاع المحتمل للأرض، وهذه المرحلة التي يعطىها: ○ rctan(X/R)، مما يدل على العلاقة بين المكونات المقاومة والعناصر التفاعلية.

نموذج حسابي للإعاقة العملية

النظر في نظام أرضي محمي بمقاومة محسوبة قدرها 0.97 نقطة، وبرد فعل محفز يقدر بـ 0.15 درجة مئوية في 60 هرتز. ويبلغ إجمالي النقصان: صفر.97 + 0.15 درجة مئوية.

ويوضح هذا المثال أن حجم التخلف في النظم الأرضية النموذجية أعلى قليلاً من قيمة المقاومة، وأن زاوية المرحلة صغيرة نسبياً، وهذا يؤكد أن المقاومة هي العنصر الغالب في معظم التطبيقات التي ترتكز على الإحلال.

عندما يصبح رد الفعل مهماً

وفي حين أن المقاومة تهيمن في معظم الحالات، فإن رد الفعل يصبح أكثر أهمية في بعض الحالات، إذ يمكن أن يكون لنظم الهبوط الكبيرة التي لديها شبكات مدفونة واسعة النطاق من الموصلات الدافعة، وأن تكون أجهزة التحكم في الأرض الممتدة، مثل المحايدين المدفونين منذ فترة طويلة أو الأسلاك الأرضية العامة، تأثير كبير على المحركات، كما أن المعالم العالية التردد، مثل تلك التي تنجم عن عمليات البرق أو عمليات التحويل، تزيد من أهمية العناصر الرجعية.

معايير السلامة: حساب المس والخطوة

والغرض النهائي من حسابات الارتداد في المعيار 80 من المعايير الدولية للتعليم هو ضمان أن يكون نظام الأرض قادراً على التحلل الآمن للتيارات العيوب دون إحداث درجات حرارة خطيرة من الطوابق، وتتمثل المرحلة التالية في تحديد معايير اللمس والخطوة، حيث ينبغي ألا يتجاوز الحد الأقصى للحركة التي تُحدّد في الدائرة السطحية التي حددها المعهد الأوروبي للإحصاء الأوروبي للإحصاء والمواضيع الدنيا 80، وأن يحدد الحد الأقصى للعلامات السطحية.

فهم الفلكي

إن التطاير المس هو الفرق بين الهيكل الأرضي والسطح الأرضي الذي قد يلمسه الشخص أثناء الخطأ، وهذا يحدث عندما يلمس شخص في وقت واحد هيكلا معدنيا مثبتا (مثل سكن المعدات أو السياج) ويقف على سطح الأرض، وفي حالة حدوث خطأ، فإن الهيكل الأرضي في ارتفاع محتمل في الأرض، بينما يكون سطح الأرض عند قدم الشخص في مكان مختلف.

ويتوقف الحد الأقصى المسموح به للارتطام على عدة عوامل منها طول فترة الخطأ الحالي، ومقاومة المواد السطحية، ووزن الجسم للشخص، ويوفر معيار IEE 80 صيغا لحساب فولت اللمسات القابلة للتحمل استنادا إلى هذه البارامترات، وتشمل عادة عامل إصلاحي للطبقات السطحية الذي يُسدِّد مواد عالية المقاومة مثل الصخرة المحطمة أو العابد.

Understanding Step Voltage

فالتطوير التدريجي هو الفرق المحتمل بين نقطتين على سطح الأرض يفصلان ما بين 0.3 إلى متر واحد، مما يمثل الترتل الذي قد يتعرض له الشخص على نحو يقترب من الخطأ، وهذا التدرج الفولطي موجود لأن التدفق الحالي عبر الأرض يخلق توزيعا محتملا، مع وجود أعلى الإمكانيات قرب النقطة التي تدخل فيها الأرض وتتناقص فيها الإمكانات على مسافات أكبر.

فالفولط الطوي أقل خطورة عموما من اللمس لأن الطريق الحالي هو من قدم إلى قدم بدلا من خلال الجذع، غير أنه يمكن أن يظل قاتلا في ظروف معينة، لا سيما بالنسبة للحيوانات ذات الأربعة أقدام التي لها طول أكبر من خط الطول، ويحسب الحد الأقصى المسموح به للخطوة باستخدام صيغ مماثلة لصيغ التطاير المؤثر ولكن مع عوامل قياسية مختلفة.

الحد الأدنى

والارتفاع المحتمل للأرض هو أقصى قدر من الفول الذي يصل إليه نظام الأرض بالمقارنة بالأرض النائية خلال الخطأ، ويحسب على أنه: GPR = إذا × Rg، إذا كان الخطئ الأكبر الذي يحدثه التدفق الحالي من خلال نظام الأرض وال Rg هو المقاومة الأرضية، وفي ظل ظروف غير عادية، يمكن أن يكون هناك قدر من الأشعة الحرارية تبلغ 25 كيلوفولط، إلا أن معظم القيم تقل عن 10 كيلوفولط.

ويمثل نظام استعراض الأداء العام أسوأ فولتات يمكن أن تظهر عبر نظام الأرض، ويستخدم كأساس لحساب اللمسات الفعلية وفولاذات الطوابق في مختلف المواقع داخل وحول المكب، ويؤدي انخفاض المقاومة الأرضية إلى انخفاض معدل الانبعاث العام بالنسبة لحالتها المعيبة، وهو ما يجعل من المستصوب عموما التقليل إلى أدنى حد من مقاومة الأرض.

حساب مشط فولتاج

إن التطاير المائي هو أقصى ما يمكن أن يحدث في مشرق من الشبكة الأرضية، وهو يحدث عادة في وسط مشرق الزاوية حيث يكون التدرج الفولطي أأ، ويقدم معيار IEE 80 صيغا مفصلة لحساب الفولط المشرق الذي يُحسب في شكل قياس جغرافي للشبكة، وبطء السلوك، وعمق الدفن، ومقاومة التربة.

وتشتمل صيغة التطويع الطازج على عوامل قياسية جغرافية تعتمد على تشكيل الشبكة، وهذه العوامل مستمدة من نظرية الحقل الكهرومغناطيسي وتم التحقق منها من خلال اختبارات واسعة وقياسات ميدانية، ويجب أن تكون كمية المياش المحسوبة أقل من كمية اللمسات التي يمكن تحملها لضمان السلامة.

الاعتبارات المسبقة في حساب العجز

وإلى جانب إجراءات الحساب الأساسية، يمكن أن تؤثر عدة عوامل متقدمة تأثيرا كبيرا على دقة وقابلية تطبيق حسابات السلف بالنسبة لنظم الأساس تحتية.

نماذج التربة المتعددة الألياف

ويشمل تقطيع التربة طبقات جيولوجية ذات مقاومة مختلفة تتطلب تحليلا مركبا، ونادرا ما تكون التربة الحقيقية موحدة، ومعظم المواقع التي تُظهر هياكل تربة مطبقة بمقاومات مختلفة في أعماق مختلفة، وتُقترح أساليب مختلفة بمساعدة المعهد الأوروبي للتعليم العالي (EEE 80) لتقدير القدرة الظاهرية على مقاومة التربة لثلاث طبقات من التربة التي يتكون فيها نظام أرضي من شبكة تحتوي على قضبان.

ويستخدم نموذجان من نماذج التربة على خطين، يتألفان من طبقة أعلى ذات طبقة مقاومة من النوع 1 وسمك الهك 1، وطبقة أقل ذات قدرة مقاومة 2 تمتد إلى عمق لا نهاية له، ويصف عامل التأمل K = (DO2 - / / (O2 + / /) الوصل بين الطبقات، وتأثير عامل التأمل على الميوشات وفولط، ومقاومة النظام الأرضي.

وقد يكون من الضروري بالنسبة لبُنى التربة الأكثر تعقيداً، أن تكون ثلاثة طوابق أو نماذج متعددة الطوابق، وهي تتطلب تقنيات تحليل أكثر تطوراً، وتستلزم عادة استخدام برامج حاسوبية متخصصة، ويجب أن تحدد بدقة القدرة الظاهرية على مقاومة التربة المستخدمة في الحسابات استناداً إلى نموذج التربة وأبعاد نظام الأرض.

التغيرات الموسمية والآثار البيئية

فالرطوبة ودرجات الحرارة تغيرات موسمية تؤثر على مقاومة التربة وقد تتغير أداء الشبكة، ويمكن أن تختلف مقاومة التربة اختلافا كبيرا بمحتوى الرطوبة ودرجة الحرارة والظروف الموسمية، وتتمتع التربة المتجمدة بقدر أكبر بكثير من المقاومة التي تتربة غير متجمدة، وتصبح التربة الجافة أكثر مقاومة من التربة الرطبة.

وهذه التباينات تعني أن أداء نظام الأرض يمكن أن يتغير طوال العام، وأن ممارسات التصميم المحافظ تستخدم عادة أعلى قدرة مقاومية للتربة (مستجيبة للدروع أو لأبرد الظروف) لضمان الأداء الكافي في إطار سيناريوهات أسوأ الحالات، وتشمل بعض المنشآت أحكاماً تتعلق بمعالجة التربة أو الاحتفاظ بالرطوبة من أجل تثبيت قدرة التربة على مقاومة التربة.

الشعبة الحالية ومصنع سبليت

وفي معظم منشآت التخضّع، لا تتدفق جميع المنافذ الحالية عن طريق نظام الأرض المحلي، وسيعود مبلغ متناسب من التيار إلى المصدر وجزء من كل أرضية نقل أو توزيع، ويُعزى عامل الانقسام إلى هذا التقسيم الحالي ويؤثر تأثيرا كبيرا على الوضع الفعلي الذي يجب أن يتعامل معه نظام الأساس.

ويحصل على زيك من الجدول جيم - 1 من التصنيف الدولي الموحد للحساب الإلكتروني 80، وهو التخلف الذي يشاهده حالياً المرور عبر سلك الدرع العام وعن طريق منطقة النقل أو التوزيع، ويتطلب التحديد الدقيق لعامل التجزئة معلومات مفصلة عن تشكيل نظام المرافق، بما في ذلك عدد وخصائص خطوط النقل، والأسلاك الدروعية العامة، ومحايد التوزيع المرتبطة بالاستبدال.

أثر المواد المحتوية على مواد سطحية

عادة ما تستخدم طبقة سطحية وقائية من المقاومة العالية (مثل الحصى) للتقليل إلى أدنى حد من مرور الجسم البشري الحالي، وتوفير الأمان للأفراد داخل المستودعات الفرعية، وتؤثر المواد السطحية تأثيرا عميقا على اللمسات والفولط المتحملة، وتتمتع الأسفلت بقدر كبير من المقاومة (حوالي 000 10 متر أوتومات عند الرطب) مما سيزيد إلى حد كبير من الطراز المسموح به والمس.

المواد السطحية المشتركة تشمل الصخرة المحطمة والمقابر والزائفة والخرسانة، لكل منها خصائص مقاومة مختلفة تؤثر على التيار الذي يمكن أن يتدفق خلال قدم شخص أثناء الخطأ، ويورد معيار إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إيه 80 عوامل تصحيحية لمختلف المواد السطحية التي تطبق على اللمسات الأساسية وصيغ الفولطية، كما أن سميك طبقة السطح مهم، حيث تستخدم التركيبات النموذجية طبقات من 75 إلى 150 ملم.

التصويب والأداء الطويل الأجل

فالتآكل الكهربائي هو تدهور طويل الأجل لنظام الأرض، مما يؤثر على كل من السلوكية والسلامة الميكانيكية، كما أن الموصلات الأرضية المدفونة في التربة تخضع للتآكل بمرور الوقت، مما قد يزيد من المقاومة ويفضي إلى الفشل الميكانيكي، ويتوقف معدل التآكل على كيميائي التربة، ومحتويات الرطوبة، وحامض الماء، ووجود تيارات ضالة.

ويواجه الموصلون النحاس عموما مقاومة تآكل جيدة في معظم التربة، ولكن يمكن أن يحدث التآكل المغالون في الروابط بين الفلزات المتفرقة، وتستعمل بعض المنشآت أجهزة معالجة النحاس الملتوية أو تستخدم المعاطف الواقية لتعزيز مقاومة التآكل، وتشترط بعض الرموز استخدام الأسلاك الملوَّنة عندما تقل قدرة التربة على المقاومة عن 70 مترا/متر.

اختيار المواد والتصنيع

وتدرج عوامل مختلفة في تشكيل الموصلات مثل الخواص الحرارية المادية، والقدرة الحالية، والتشويش، فضلا عن توصيف التربة، ويكفل وضع الوصلات الملائمة أن يكون نظام الأرض قادرا على تحمل تيارات خاطئة بأمان دون التسخين المفرط أو الفشل الميكانيكي.

الاعتبارات الحرارية

ويتمثل الشاغل الرئيسي في تطيس السلوك في ضمان قدرة الموصل على تحمل الآثار الحرارية للخطأ الحالي دون أن يذوب أو يلحق ضرراً، ويوفر معيار 80 EEE صيغاً لحساب الحد الأدنى من المساحة الشاملة لعدة قطاعات استناداً إلى الحجم الحالي للخطأ ومدته، وتُحسب الصيغة للممتلكات المادية للموصل، بما في ذلك درجة حرارة الانصهار، والقدرة الحرارية، والقدرة على المقاومة.

وبالنسبة لموصلي النحاس، فإن الحساب ينظر في درجة الحرارة الأولية (درجة الحرارة المحيطة بالطبيعية)، ودرجة الحرارة القصوى المسموح بها (عادة ما تكون أقل من نقطة الانصهار لمنع التحلل)، والخصائص الحرارية للنحاس، وطول مدة الخطأ أمر حاسم لأن طول فترات الخطأ تتطلب من موصلين أكبر أن يزيلوا الحرارة التي تولدت.

متطلبات القوة الميكانيكية

وبخلاف القدرة الحرارية، يجب أن يكون لدى مرشدي المباني قوة ميكانيكية كافية لمواجهة ضغوط التركيب، وأن يظلوا على حالهم خلال حياة المنشأة، ويجب أن يربطوا نطاق التصليح البالغ 35 ملم2 (فريق عامل) أو أكبر، وأن توفر الجهات المسؤولة عن السلوك المُتشدد مرونة أفضل أثناء التركيب، وأن تحسن مقاومة الاهتزاز والإجهاد الميكانيكي.

وكثيرا ما يملي الحد الأدنى لحجم السلوك اعتبارات ميكانيكية بدلا من الاحتياجات الكهربائية، ويحدد العديد من المعايير الحد الأدنى لحجم الموصلات (مثل 2/0 للفريق العامل المخصص لموصلات الشبكات الرئيسية) لضمان القوام الميكانيكي الكافي وطول العمر، ويجب تجنب النحاس في جميع أجهزة التحكم الأرضية لمنع تركيزات الإجهاد التي يمكن أن تؤدي إلى الفشل الميكانيكي.

اختيار المواد

فالنحاس هو أكثر المواد شيوعاً للموصلات الأرضية التي تعمل تحت التخضّع بسبب ما تتمتع به من سلوك كهربائي ممتاز، ومقاومة تآكل جيدة، وسهولة التركيب، ويوفّر الفولاذ ذو الذراعين النحاس بديلاً فعالاً من حيث التكلفة، مع وجود مقاومة أعلى من النحاس الصلب، ويستخدم موصلات الألمنيوم أحياناً، ولكن يتطلب اعتبارات خاصة للوصلات وحماية التآكل.

ويؤثر اختيار المواد على الأداء الكهربائي وعلى موثوقية نظام الأرض على المدى الطويل، إذ أن تكاليف المواد، والتوافر المحلي، وممارسات التركيب، والظروف البيئية كلها عوامل في قرار الاختيار، وبالنسبة للتطبيقات الحرجة، يفضل الموصلون النحاس الصلبون عموما على الرغم من ارتفاع تكلفتهم.

أدوات نموذج الحاسوب والحياكة

ويمكن أن تكون الحسابات المحتملة للمس والخطوة مهمة شاقة وناجعة، ويوصي المعهد الدولي للإحصاء في المرحلة 80 باستخدام برامج حاسوبية لحساب مقاومة الشبكات، وكميات الميوشات والدرجات، وكذلك لخلق تصورات متطورة محتملة للموقع.

استحقاقات التصميم الحاسوبي المعيل

يمكن أن تُعالج البرمجيات الحاسوبية الحديثة الحسابات المعقدة التي يتطلبها معيار إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي 80 أكثر كفاءة بكثير من الأساليب اليدوية، ويمكن استخدام حزم البرمجيات الحاسوبية للمساعدة في تصميم الشبكة الأرضية عن طريق وضع النماذج ومحاكاة مختلف تشكيلات شبكات التراب، والأدوات إما أن تكون حزمة احتياطية أو وحدات نموذجية من الطراز الأول في برامج تحليل نظام الطاقة (مثل نظام تقييم البرمجيات الأرضية للتصميم PTW) أو نظام تقييم الشبكة العالمية.

وتتيح هذه الأدوات عدة مزايا، منها القدرة على وضع نماذج لجديات الشبكة المعقدة، والحساب التلقائي لجميع البارامترات ذات الصلة، وتصوير درجات التطاير والتوزيع الحالي، وتحقيق التصميم الأمثل للشبكة لتلبية معايير السلامة بأقل تكلفة، وتحليل الحساسية لفهم آثار تغيرات البارامترات.

الحلول المتاحة للبرمجيات

ومن أمثلة مجموعات المواد القائمة بذاتها نظام SES Autogrid و SafeGrid، وهذه البرامج المتخصصة مصممة خصيصا لتحليل نظام الأرض وتشمل عادة مكتبات واسعة النطاق لنماذج التربة وأنواع السلوك والتشكيلات القياسية، ويمكنها إجراء تحليل مفصل للعناصر المحددة لنموذج التوزيع الحالي والفولطية بدقة.

وكثيرا ما تشمل مجموعات التحليل المتكامل لنظم الطاقة وحدات أرضية تربطها بين تحليلات الدوائر القصيرة وغيرها من الدراسات المتعلقة بالنظم، ويتيح هذا التكامل إدارة متسقة للبيانات ويكفل استخدام حسابات الأساس للقيم الحالية الخاطئة ذاتها التي تستخدمها الدراسات الأخرى المتعلقة بالحماية.

التحقق من صحة المعلومات

وفي حين أن أدوات الحاسوب قوية، يجب استخدامها بفهم، وينبغي التحقق من نتائجها، وينبغي للمهندسين التحقق من صحة البيانات المتضمنة في المدخلات واكتمالها، والتحقق من أن النتائج معقولة ومتسقة مع حسابات اليد بالنسبة للحالات المبسطة، وفهم القيود والافتراضات المتعلقة بالبرامجيات، والتحقق من التصميمات الحرجة مع القياسات الميدانية عند الإمكان.

ولا تصلح نماذج الحاسوب إلا بقدر ما تكون بيانات مدخلاتها، فالنفايات في القمامة تنطبق تماما على تحليل نظم الأرض، ويكتسي الاهتمام الدقيق بقياس مقاومة التربة، وبيانات قياسات جيولوجي دقيقة، والقيم الحالية للخطأ الواقعي أهمية أساسية للحصول على نتائج ذات مغزى.

قياس واختبار النظم المثبتة

وبعد تركيب نظام أرضي، ينبغي إجراء قياسات للتحقق من أنه يفي بمواصفات التصميم ومتطلبات السلامة، ويوفر المعيار 81 من المعايير الدولية للتعلم الإلكتروني توجيهات مفصلة بشأن تقنيات القياس لنظم الأساس.

طريقة فشل القوة

إن طريقة سقوط القدرة هي أكثر الأساليب شيوعا لقياس المقاومة الأرضية، ومع وجود الكهرومغناطيسية الحالية والمحتملة في الأرض النائية، وعلى افتراض أن القياسات لا تتأثر بالجمع بينات المتبادلة أو التدخل في أغراض أخرى، يمكن العثور على الدافع الأرضي، وهذا الأسلوب ينطوي على إدخال القيد الحالي في نظام الأرض من خلال كهرباء تيار نائي وقياس الفولط في مختلف المسافات باستخدام احتمالية.

يتطلب القياس وضعاً دقيقاً لكهرباء الاختبار للتأكد من أنهم في الجزء "النكه" من الملامح المحتملة حيث يكون القياس غير محسّن نسبياً للتحري عن الوضع، وبالنسبة لنظم الهبوط الكبيرة، يمكن أن يكون المباعدة الكهرومغناطيسية المطلوبة كبيرة، مما يتطلب أحياناً خيوط اختبارية طويلة

تحديات قياس ومصادر الرهن

أخطاء الاقتحام المتبادل الناتجة عن التوجه الموازي لموصلي الاختبارات يمكن تقريبها من صيغة كارسون للموصلات النهائية، ولكن الدقة ستتوقف على طول فترة المباعدة الموازية بين الموصلين، والتواتر، والتقريب من القدرة على مقاومة الأرض، ويمكن أن تُحدث عدة عوامل أخطاء في قياس المقاومة الأرضية، بما في ذلك الانقلاب المتبادل بين أدلة الاختبار، والتدخل في خطوط الطاقة القريبة، والاختلافات الموسمية في مقاومة التربة.

قياسات الفولط

وبالإضافة إلى قياسات المقاومة، يمكن قياس اللمسات الفعلية والفولط التدريجي خلال اختبارات الأخطاء المفاجئة، وتوفر هذه القياسات التحقق المباشر من أن نظام الأرض يفي بمعايير السلامة في ظروف واقعية، غير أن اختبارات الأخطاء المُنظمة تتطلب رصدا دقيقا للتخطيط والسلامة، لأنها تنطوي على تهيئة ظروف خاطئة عمدا في الإحلال.

وتُجرى القياسات عادة باستخدام معدات متخصصة يمكن أن تقيس بشكل آمن ارتفاع حجم الفولاذ مع حماية الموظفين، وتقارن النتائج بالقيم المحسوبة وحدود الأمان للتحقق من أداء النظام، وينبغي التحقيق في أي اختلافات بين القيم المقيسة والمحتسبة، وقد تدل على أخطاء في بيانات مقاومة التربة أو قياسات الشبكة الأرضية أو افتراضات حسابية.

استراتيجيات التصميم الأمثل

وكثيرا ما تكون الشبكات الأرضية الفرعية للشركة الصناعية للصناعة التحويلية مصممة بسبب القيود المفروضة على البرمجيات الحاسوبية، والصعوبات في وضع معايير نموذجية بطريقة واقعية، واختلاس عامل التقسيم، ويؤدي الإفراط في تصميم المشاريع إلى ارتفاع تكاليف المشاريع بسبب المواد الإضافية المطلوبة، مثل النحاس، والقضبان الأرضية الإضافية، والعقارات الأكثر واقعية.

الموازنة بين السلامة والتكاليف

والهدف من تصميم نظام الأساس هو تحقيق سلامة كافية بتكلفة معقولة، وهذا يتطلب تحقيق أقصى قدر من الدقة في وضع مختلف معايير التصميم، بما في ذلك تحديد فترات زمنية للشبكات، وحجم السلوك والمواد، وعدد وتنسيب قضبان الأرض، ومواد الطبقات السطحية والسمك، واستخدام الموارد الأرضية القائمة.

ويؤدي ارتفاع عدد المناطق التي تُطغى عليها الأرض إلى انخفاض مقاومة الشبكة وبالتالي انخفاض حجم الموارد البشرية والفولط الميثل، غير أن توسيع نطاق المنطقة الشبكية يزيد من تكاليف المواد وقد لا يكون عمليا بسبب القيود المفروضة على المواقع، وبالمثل، فإن تقارب الموصلات بين السلوك يحسن الأداء ولكنه يتطلب مواد أكثر سلوكا.

استخدام الهياكل الأساسية القائمة

ويمكن الاستفادة المثلى من نظام الأرض باستخدام مساحات الأشعة فوق البنفسجية المتاحة مثل الكوابيس والقدم، ويمكن للكهرباء المكونين من طبقة خرسانية أن يقدموا أداءً ممتازاً في الأرض وينبغي إدماجه في التصميم عند توافره، ويمكن أن تسهم مؤسسات البناء، وأرباب المعدات، وغيرها من الهياكل الملموسة التي تُعاد صياغتها إسهاماً كبيراً في نظام الأرض العام.

ومن المهم أن ينسق المصممون الكهربائيون والمدنيون بعضهم بعضا لضمان استخدام التربة/المخلفات المناسبة، ولإعادة ضخ الأراضي المرفوعة، مثل الأقدام والجزر، وهذا التنسيق خلال مرحلة التصميم يمكن أن يؤدي إلى وفورات كبيرة في التكاليف وتحسين الأداء.

عملية التصميم المكرر

وتُجرى عادة مجموعات إجراءات التصميم إلى أربع مراحل رئيسية، كما أن عدة مرات من أجل تحقيق متطلبات السلامة التي تُعطى بموجب الأنظمة والقواعد الموحدة، وتشمل عملية التصميم عادة البدء في تصميم أولي يستند إلى خبرة وقواعد إبهام، وحساب معايير الأداء بما في ذلك المقاومة، وملامسة الفولط، ودرجات الفولط، ومقارنة النتائج بمعايير السلامة، وتعديل التصميم إذا لم يتم استيفاء المعايير.

وتستمر هذه العملية المتكررة إلى أن يُكتشف تصميم يفي بجميع متطلبات السلامة بتكلفة مقبولة، وتيسر أدوات الحاسوب هذه العملية إلى حد كبير من خلال إتاحة التقييم السريع لبدائل التصميم، ويمكن لتحليل الحساسية أن يحدد المعايير التي لها أكبر أثر على الأداء، وتوجيه الجهود الرامية إلى تحقيق التفاؤل.

الرواسب المشتركة وأفضل الممارسات

وقد حددت الخبرة المكتسبة من تصميمات عديدة لنظام الأساس أخطاء مشتركة وأرست أفضل الممارسات التي تحسن الموثوقية والسلامة.

قضايا نوعية البيانات

وربما تكون بيانات المدخلات المنخفضة النوعية هي أكثر المصادر شيوعا للأخطاء في الحسابات القائمة على أساس الأرض، إذ يلزم توفير بيانات ميدانية دقيقة (مثل مقاومة التربة) فضلا عن النطاقات المقبولة لمتغيرات التصميم بالنسبة لنظام التراب المعتبر، ويجب أن تكون القياسات المقاومة للتربة حديثة، وأن تمثل الظروف الفعلية للمواقع، وأن تؤخذ في أعماق ومواقع مناسبة.

وباستخدام قيم مقاومة التربة العامة أو المفترضة دون قياسات محددة في الموقع يمكن أن يؤدي إلى أخطاء كبيرة، وبالمثل، فإن البيانات الجيولوجية غير الدقيقة أو القيم الحالية غير الصحيحة ستسفر عن نتائج غير موثوقة، فمبدأ " التدبير مرتين، قطع مرة واحدة " ينطبق تماما على تصميم نظام الأرض.

معايير السلامة غير السليمة

ولا تشكل بدائل ذات مقاومة منخفضة مؤشراً على التصميم الآمن، ولا تشكل بديلاً ذا مقاومة عالية بالضرورة مؤشراً على تصميم غير مأمون، ومن المفاهيم الخاطئة الشائعة أن تحقيق قيمة مقاومة معينة (مثل 1 أو 5 أوم) يكفل السلامة تلقائياً، وفي الواقع، فإن السلامة تتوقف على العلاقة بين المقاومة الحالية والعيوب الأرضية وما ينتج عنها من لمس وثورات.

وينبغي أن ينصب التركيز على استيفاء معايير اللمس والدرجة بدلا من تحقيق هدف المقاومة التعسفية، وفي بعض الحالات، لا سيما مع ارتفاع مقاومة التربة، قد يكون من المستحيل أو من غير العملي تحقيق قيم مقاومة منخفضة جدا، ولكن النظام يمكن أن يظل آمنا إذا طبقت تقنيات التصميم السليمة.

شعبة التسلسل الحالية

وعدم حساب التقسيم الحالي على النحو السليم من خلال عامل الانقسام يمكن أن يؤدي إلى تصميمات متحفظة للغاية، وينبغي حساب عامل التجزئة على أساس تشكيل النظام الفعلي بما في ذلك أسلاك الدروع العامة، ومحايدة التوزيع، ومسارات العودة الأخرى، على افتراض أن جميع التدفقات الحالية الخاطئة من خلال نظام الأرض المحلي عندما توجد طرق عودة هامة تؤدي إلى تصميمات باهظة التكلفة لا داعي لها.

نوعية التركيب

وحتى أفضل تصميم يمكن أن يفشل إذا كانت نوعية التركيب سيئة، فالتحقق من نظام الشبكة يبدأ بعمليات تفتيش لخطة تصميم المحطة، مع إظهار جميع المعدات والهياكل الرئيسية، ومجال نظام الأرض هو أهم عامل جغرافي قياسي واحد في تحديد مقاومة الشبكة، ويجب أن تكون جميع الاتصالات على الوجه الصحيح باستخدام الأساليب والمواد المعتمدة، ويجب دفن الموصلات على عمق محدد، ويجب أن تغطي الشبكة المنطقة المقصودة، وأن تُجرى القضبان المحددة.

ومن الضروري مراقبة الجودة أثناء التركيب، وينبغي أن تتحقق عمليات التفتيش من أن النظام القائم على البناء يطابق رسوم التصميم وأن جميع الاتصالات سليمة آليا وكهربيا، وكثيرا ما يحدد اللحام الإثيري للوصلات الحرجة لضمان الموثوقية الطويلة الأجل.

الاعتبارات الخاصة لمختلف أنواع المواد الفرعية

وفي حين أن المعيار 80 من المعايير الدولية للحساب الإلكتروني يوفر إرشادات عامة تنطبق على معظم المنشآت الفرعية، فإن أنواعاً مختلفة من المنشآت لها اعتبارات فريدة تؤثر على حسابات السلف وتصميم الأساس.

(ج) الوحدات الفرعية المعزولة بالغاز

وفي حالة المرافق التي توجد فيها الغازات داخل المباني، قد يكون أثر تيارات الضبط الدائرية موضع قلق، إذ أن منشآت نظام المعلومات الجغرافية تحتوي على مساحات معدنية تحمل تيارات خاطئة ويمكن أن تخلق تحديات أرضية فريدة، ويجب أن تكون المضبوطات مثبتة على النحو الصحيح ومرتبطة لمنع حدوث فولتات خطرة، ويجب أن يُحسب نظام الأرضيات التوزيع الحالي من خلال الضواحي.

وكثيرا ما تعني الطبيعة المدمجة لمنشآت نظام المعلومات الجغرافية شبكات أرضية أصغر حجما، مما يجعل تحقيق مقاومة منخفضة أكثر صعوبة، غير أن انخفاض المساحة يعني أيضا انخفاض مستوى التأثر بالضغط والارتفاع التدريجي في بعض الحالات، ويجب إيلاء اهتمام خاص لفرض أجزاء الضبط والترابط بين الأقسام.

التوزيع الفرعي

وفي إطار عمليات التوزيع الصغيرة، يكون النطاق المقبول عادة من 1 إلى 5، رهنا بالظروف المحلية، وعادة ما تكون لمراكز التوزيع الفرعية تقل فيها معدلات الخطأ عن معدلات النقل الفرعية، التي يمكن أن تبسط متطلبات الأساس، غير أنها قد تكون لها أيضا آثار أقل وضغوط في الميزانية.

ويجب أن ينظر تصميم المباني في الخصائص المحددة لنظم التوزيع، بما في ذلك وجود محايدين متعددي الأرض، والصلة بنظام توزيع المرافق، وإمكانية نقل فولت من خلال وصلات العملاء، وحساب عوامل التوزيع المجزأة مهم بصفة خاصة بالنسبة لبدائل التوزيع.

محطة توليد

وتواجه محطات توليد الطاقة تحديات فريدة بسبب وجود حالات عطل كبيرة من المولدات وترتيبات المعدات المعقدة، ويجب أن يعالج نظام الأرض ليس فقط عيوب نظام النقل بل أيضا أخطاء المولدات التي يمكن أن تكون لها خصائص مختلفة، ويوفر المعيار 665 للشبكة توجيها إضافيا محددا لتوليد أرضية ثابتة.

إن وجود آلات تناوب كبيرة يُدخل اعتبارات إضافية تشمل الفول المتحرك والتيار المحتوي على التيار، ويجب تصميم نظام الأرض لتقليل التيارات المتداولة التي يمكن أن تلحق الضرر بالمعدات مع توفير مسارات ملائمة في الوقت الراهن.

الوثائق وحفظ السجلات

ومن الضروري توثيق تصميم نظام الأساس وتركيبه بصورة سليمة من أجل الصيانة والتعديلات والكشف عن المشاكل في المستقبل، وينبغي أن تتضمن السجلات الكاملة بيانات اختبار مقاومة التربة مع المواقع والتواريخ، وحسابات التصميم والافتراضات، والرسومات القائمة على البناء التي تبين مواقع ووصلات الوصل الفعلية، والمواصفات المادية، وتقارير الاختبارات، ونتائج القياس الناتجة عن اختبارات التكليف.

وتخدم هذه الوثائق أغراضا متعددة منها توفير خط أساس للقياسات المقبلة لكشف التدهور، ودعم التعديلات أو التوسعات في الإحلال، وإظهار الامتثال للمعايير والأنظمة، وتيسير فرز المشاكل إذا حدثت مشاكل، وتتزايد شيوع السجلات الرقمية التي تتضمن تكاملاً لنظام المعلومات الجغرافية، وتوفير أدوات قوية لإدارة المعلومات المتعلقة بنظام الأساس.

الصيانة والاختبارات الدورية

وتتطلب نظم تحديد المواقع إجراء تفتيش واختبار دوريين لضمان استمرار الأداء، ويمكن بمرور الوقت أن يزيد التآكل من المقاومة، ويمكن أن يتدهور الاتصال، كما أن ظروف التربة يمكن أن تتغير، وينبغي أن يشمل برنامج الصيانة عمليات تفتيش بصرية للوصلات والسلوك الميسورة، وقياسات المقاومة الدورية للكشف عن التغيرات، والتحقيق في أي شذوذ أو نتائج غير متوقعة، واتخاذ إجراءات علاجية عند تدهور الأداء دون المستويات المقبولة.

ويتوقف تواتر الاختبار على الأهمية الحاسمة للتركيب، والظروف البيئية، والمتطلبات التنظيمية، إذ تقوم العديد من المرافق بقياس المقاومة الأرضية كل بضع سنوات كجزء من برامج الصيانة الروتينية، وقد يكون من الضروري إجراء اختبارات أكثر تواترا في بيئات قاسية أو في منشآت حرجة.

الامتثال والمعايير التنظيمية

وفي حين أن معيار IEEEE 80 يوفر إرشادات تقنية شاملة، يجب على المصممين أيضا أن ينظروا في المعايير والأنظمة الأخرى المنطبقة، وقد وضعت معايير وطنية ودولية، فضلا عن أنظمة محلية لتحديد متطلبات تصميم شبكة الأرض وتحديد المعايير ذات الصلة.

وتشمل المعايير ذات الصلة المعهد الدولي للكهرباء في سلاسل الطاقة الكهربائية من محطة توليد الطاقة الكهربائية من محطة توليد الطاقة الكهربائية، ودليل الطاقة الكهربائية من محطة توليد الطاقة الكهربائية من طراز IEEE Std 81-2012، ودليل المعهد الأوروبي للكهرباء من أجل قياس القدرة على مقاومة الأرض، والتخلف الأرضي، والإمكانات الأرضية لنظام أرضي، ودليل الطاقة الخضراء المتجددة IE Std 142-1991،

80 - يجب أن يكون المصممون على دراية بجميع المتطلبات المنطبقة وأن يكفلوا استيفاء التصميمات لأشد المعايير صرامة، وفي بعض الحالات، قد تحدد الشروط التنظيمية أحجام السلوك الدنيا أو قيم المقاومة القصوى أو ممارسات التركيب المحددة التي يجب اتباعها.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

ولا يزال مجال ترزح تحت الأرض يتطور مع التكنولوجيات الجديدة وتحسين الفهم، إذ أن المواد المتقدمة مثل الخرسانة الجاهزة والرسوم البيانية المحسنة توفر إمكانية تحسين الأداء في ظروف التربة الصعبة، ويمكن لهذه المواد أن تقلل من قدرة مقاومة التربة الفعالة حول الموصلات وتوفر أداء أطول أجلا.

إن تحسين أساليب القياس، بما في ذلك تحليل تردد الدوافع واختبارات المسافات العابرة، يتيحان وصفا أفضل لسلوك نظام الأرض في ظروف مختلفة، ويمكن لهذه الأساليب أن تكشف عن آثار تعتمد على الترددات وتساعد على التحقق من نماذج الحاسوب بمزيد من الدقة.

فالتكامل مع تكنولوجيات الشبكات الذكية يتيح الرصد المستمر لأداء نظام الأرض، ويمكن للأجهزة الاستشعار أن تكتشف التغيرات في المقاومة أو حدوث أخطاء أرضية، مما يوفر الإنذار المبكر بالمشاكل المحتملة، ويمكن أن يحول هذا النهج التنبؤي في مجال الصيانة دون حدوث الإخفاقات وتحقيق الحد الأمثل من جداول الصيانة.

قائمة مرجعية للتنفيذ العملي

ولضمان التنفيذ الناجح لحسابات التخلف المعيارية 80 لنظام تحديد الأسعار، تتبع هذه القائمة المرجعية الشاملة:

المرحلة السابقة للتعيين

• إجراء مسح شامل لمقاومة التربة باستخدام طريقة أربع نقاط
• اتخاذ القياسات في مواقع وأعماق متعددة
• ظروف التربة وأي سمات غير عادية
• إجراء مسح دقيق للمواقع يبين جميع الهياكل والمعدات
• البيانات الحالية من دراسات النظام
• تحديد جميع أسلاك الدروع العامة ومحايدي التوزيع
• تحديد المعايير المنطبقة والمتطلبات التنظيمية

مرحلة التصميم

• وضع مخطط أولي للشبكة استنادا إلى قيود الموقع
• حاسبة المقاومة الأرضية باستخدام الصيغ المعيارية 80 للشبكة
• تحديد رد الفعل على الأرض إذا كان مهما
• مقاومة التكوين ورد الفعل لإيجاد عجز كامل
• حساب الارتفاع المحتمل للأرض
• اللمسات القابلة للتسامح والفولط
• حساب الميوشات الفعلية وفولاذ الخطوة
• Compare calculated volages against tolerable limits
• التصميم المكرر إذا لم يتم استيفاء معايير السلامة
• موصلات الحجم للمتطلبات الحرارية والميكانيكية
• تحديد المواد وطرق التركيب
• إعداد رسومات ومواصفات تفصيلية للتصميم
• التحقق من التصميم باستخدام أدوات المحاكاة الحاسوبية

مرحلة التركيب

• التحقق من أن المواد تفي بالمواصفات
• ضمان عمق دفن جميع الموصلين
• استخدام أساليب الاتصال المعتمدة (أفضل اللحام الخارجي)
• تركيب قضبان أرضية إلى عمق محدد
• تطبيق مواد طبقة سطحية على سمك سليم
• ظروف البناء حسب الصور والقياسات
• إجراء عمليات تفتيش على الجودة في المراحل الحرجة

مرحلة التكليف

• قياس المقاومة الأرضية باستخدام طريقة سقوط المواقع
• مقارنة القيم المقاسة بالتصميمات
• التحقيق في أي تناقضات كبيرة
• قياسات التلمس والدرجة إذا كانت عملية
• الوثائق جميع نتائج الاختبار
• إعداد الرسومات والوثائق النهائية بعد البناء

الصيانة الجارية

• وضع جدول زمني للاختبار الدوري
• إجراء عمليات تفتيش بصرية للعناصر الميسرة
• قياس المقاومة الأرضية على فترات منتظمة
• الاحتفاظ بسجلات جميع القياسات والملاحظات
• التحقيق في أي تغييرات في الأداء
• أداء العمل العلاجي حسب الحاجة
• تحديث الوثائق لتعكس أي تعديلات

خاتمة

(ب) إن حساب التخلف وفقاً للمعيار 80 من المعايير الدولية للتعليم هي عملية شاملة تتطلب اهتماماً دقيقاً بالتفاصيل، وجمع البيانات بدقة، وتطبيق الصيغ والأساليب المعمول بها تطبيقاً سليماً، وتشمل هذه العملية فهم المفاهيم الأساسية للمقاومة ورد الفعل، وجمع بيانات دقيقة عن مقاومة التربة ونظمها، وحساب المقاومة الأرضية باستخدام الصيغ المثبتة، وتحديد العناصر التفاعلية عند الكبر، والجمع بين المقاومة والتفاعل من أجل تحقيق الفعالية الكاملة، والتحقق من استيفاء معايير الأمان.

ويتيح فهم المرحلة 80 من النظام المتكامل للتعليم للجميع للمهندس توفير نظام أرضي فعال ومأمون وموثوق به من حيث التكلفة، ويوفر هذا المعيار إطارا صارما لضمان أن تكون نظم الخفض الفرعية قادرة على تفريق تيارات الخطأ بأمان دون إحداث درجات حرارة خطيرة يمكن أن تضر بالأفراد.

ولا يتطلب النجاح في تصميم نظام الأساس الكفاءة في الرياضيات فحسب بل يتطلب أيضاً إصدار أحكام هندسية، وفهم سلوك التربة، والمعرفة بعملية النظام الكهربائي، والاهتمام بالاعتبارات العملية المتعلقة بالتركيب، كما أن أدوات الحاسوب تيسر كثيراً عملية الحساب، ولكنها لا يمكن أن تحل محل الفهم الأساسي للمبادئ المعنية.

وباتباع النهج المنهجي المبين في المعيار 80 من المعايير الدولية للتعليم الإلكتروني وتطبيق أساليب الحساب المبينة في هذا الدليل، يمكن للمهندسين تصميم نظم أرضية توفر حماية موثوقة لكل من الأفراد والمعدات طوال فترة الإحلال، ويدفع الاستثمار في التصميم السليم والتركيب أرباحا في السلامة والموثوقية وسلام العقل.

For additional information and detailed technical specifications, consult the complete IEE Standard 80-2013 document, as well as related standards such as ]IEE Standard 81 for measurement techniques and IEE Standard 367[FLT:كهرباء] for ground potential rise calculations.