لقد أمضيت سنوات في توريد محطات فرعية على الطراز الأمريكي، وإذا كان هناك موضوع واحد يتم الاستهانة به باستمرار، فهو التأريض. يتحدث المهندسون عن المحولات والمفاتيح الكهربائية طوال اليوم، لكن نظام التأريض؟ هذا هو الجزء الذي لا تراه، حتى يحدث خطأ ما. وعندما تسوء الأمور، فإنها تسير بشكل خاطئ للغاية.
دعونا نتحدث عما يحدث بالفعل تحت الحصى في محطة فرعية أمريكية.
ما يفعله التأريض في الواقع
قبل أن نتعمق في المكونات، دعونا نوضح الغرض. لا يقتصر نظام التأريض في المحطة الفرعية على إعطاء التيار الخاطئ مكانًا للذهاب إليه. يتعلق الأمر بالتحكم في تدرجات الجهد عبر الموقع أثناء حدوث خطأ. عندما يحدث خطأ من الخط إلى الأرض، يتدفق تيار هائل إلى الأرض. يخلق هذا التيار اختلافات في الجهد بين النقاط الموجودة على سطح الأرض. إذا أصبحت هذه الاختلافات عالية بما فيه الكفاية، فإن الشخص الذي يقف هناك يمكن أن يصبح جزءًا من جهد خطوة الدائرة وجهد اللمس هو المصطلح الذي ستسمعه.
إن نظام التأريض المصمم بشكل صحيح يبقي تلك التدرجات تحت العتبات الخطرة. كل شيء آخر - حماية المعدات، وتبديد الصواعق - يعد أمرًا ثانويًا لإبقاء الأفراد على قيد الحياة.
مكونات نظام التأريض
الشبكة الأرضية-هذا هو العمود الفقري
ننسى فقط "قضبان الأرض". قلب أي نظام تأريض لمحطة فرعية أمريكية هو الشبكة الأرضية المدفونة. إنه بالضبط ما يبدو عليه الأمر: شبكة من الموصلات النحاسية العارية، عادة 4/0 AWG أو أكبر، مدفونة بحوالي 12 إلى 18 بوصة تحت السطح، وتغطي منطقة المحطة الفرعية بأكملها.
هذه الشبكة تفعل شيئين. أولاً، يوفر مسارًا منخفض المقاومة لانتشار تيارات الصدع في الأرض. ثانيًا، وهذا أمر بالغ الأهمية، فهو يعادل الإمكانات عبر الموقع. كل نقطة على الشبكة تكون بنفس الجهد بشكل أساسي أثناء حدوث خطأ، مما يعني أنه يتم التحكم في تدرجات الجهد السطحي.
يتم تحديد حجم الشبكة بناءً على حجم الخطأ الحالي ومدته. يتطلب خطأ 40 كيلو أمبير لمدة 30 دورة مقطعًا عرضيًا معينًا للموصل. صغر حجمها، وسيتبخر النحاس. لقد رأيت عواقب ذلك. انها ليست جميلة.
قضبان الأرض - الواجهة للأرض
الشبكة وحدها ليست كافية. أنت بحاجة إلى أقطاب كهربائية لربط تلك الشبكة بالتربة المحيطة. هذا هو المكان الذي تأتي فيه القضبان الأرضية من الفولاذ المرتبط بالنحاس، بطول 8 إلى 10 أقدام، ويتم دفعها على فترات عبر الموقع وربطها بالشبكة.
في التربة عالية المقاومة، قد ترى قضبانًا أعمق - 40 أو 60 أو حتى 100 قدم - أو قضبان معززة كيميائيًا بمواد ردم لتقليل المقاومة. الهدف هو أن تكون مقاومة قطب الشبكة مجتمعة منخفضة بدرجة كافية للحد من ارتفاع الجهد أثناء الأعطال. الأهداف النموذجية هي 1 أوم أو أقل، على الرغم من أن ظروف التربة تجعل ذلك مستحيلًا في بعض الأحيان.
موصلات التأريض - ربط كل شيء معًا
كل قطعة من المعدات في خزانات محولات المحطات الفرعية، ومرفقات القواطع، وإطارات المفاتيح الكهربائية، وبوابات السياج، حتى المحايد لخط النقل الوارد، يتم ربطها مرة أخرى بهذه الشبكة. تستخدم هذه الوصلات اللحام الطارد للحرارة (Cadweld هو اسم العلامة التجارية الذي ستسمعه) أو تجعيد عالي الضغط. تتآكل الاتصالات المسدودة مع مرور الوقت. الاتصالات الملحومة لا تفعل ذلك.
وظائف نظام التأريض
يخدم نظام التأريض في المحطات الفرعية الأمريكية عدة وظائف مهمة:
سلامة الموظفين - الخطوة والتحكم المحتمل باللمس
هذه هي الوظيفة الأولى. تم تصميم الشبكة باستخدام IEEE 80، "الكتاب الأخضر"، الذي يوفر صيغًا للحد الأقصى المسموح به من جهد الخطوة واللمس بناءً على مدة الخطأ ووزن الجسم. يتم حساب تباعد الشبكة وحجم الموصل والعمق للتأكد من أنه أثناء حدوث خطأ، يظل الجهد بين قدم الشخص (الخطوة) أو بين اليد والقدمين (اللمس) أقل من العتبات المميتة.
حماية المعدات
ترتكز المحولات المحايدة بشكل متين في معظم محطات الخدمات الفرعية الأمريكية. أثناء حدوث خطأ، يوفر نظام التأريض مسار العودة. وبدون ذلك، تصبح الأعطال من الطور إلى الأرض إلى الأعطال من الطور إلى الطور - طاقة أعلى بكثير، وأضرار أكثر بكثير. يعمل نظام التأريض أيضًا على تبديد طاقة الصاعقة ويستنزف الشحنات الساكنة من الكابلات المحمية.
مرجع النظام
تنشئ الشبكة الأرضية مرجعًا ثابتًا للجهد للمحطة الفرعية بأكملها. يتم قياس جميع الفولتية الطورية بالنسبة لهذه الأرض. كما أنه يساعد أنظمة الكشف على رؤية الأعطال الأرضية - إذا تم تأريض المحايد، فإن خطأ الطور إلى الأرض يخلق مسار تيار واضح يمكن للمرحلات الواقية اكتشافه ومقاطعته.
اعتبارات التصميم - ما الذي يحرك الهندسة فعليًا
مقاومة التربة - المتغير الذي لا يمكن السيطرة عليه
يمكنك تصميم الشبكة المثالية على الورق، لكن التربة هي التي تقرر مدى نجاحها. قياسات المقاومة هي أول ما يتم إجراؤه في أي موقع محطة فرعية جديدة. طريقة Wenner ذات الأربعة سنون عبارة عن محرك قياسي لأربعة مجسات في خط، وحقن التيار بين الاثنين الخارجيين، وقياس الجهد بين الاثنين الداخليين، وحساب المقاومة.
قد تمنحك التربة الرملية الجافة آلاف الأمتار من الأوم. الطين الرطب قد يعطيك العشرات. تم تصميم الشبكة حول ما هو موجود بالفعل في الأرض. إذا كانت المقاومة عالية جدًا، يمكنك إضافة قضبان أو تمديد الشبكة أو استخدام المعالجات الكيميائية.
خطأ الحجم الحالي لأسوأ الحالات
يجب أن تتحمل الشبكة الحد الأقصى لتيار العطل الذي يمكن أن توفره الأداة المساعدة، للحصول على أقصى وقت لتطهير أجهزة الحماية. ولا يقتصر الأمر على السعة الحرارية فحسب، بل يتعلق أيضًا بتوزيع التيار. أثناء حدوث خطأ، لا يتدفق التيار بشكل موحد إلى الشبكة. يتركز في نقاط الحقن. يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار هذه التدرجات لمنع ارتفاع درجة الحرارة المحلية أو الفولتية السطحية الخطيرة.
IEEE 80- الكتاب المقدس
كل تصميم أمريكي لتأريض المحطات الفرعية عملت عليه يشير إلى IEEE Std 80، "دليل السلامة في تأريض المحطات الفرعية للتيار المتردد". إنها ليست قراءة خفيفة، ولكنها تحتوي على المعادلات والأساليب ومعايير القبول التي تحدد ما إذا كان نظام التأريض آمنًا. الشبكة المتناظرة، وحسابات التباعد، وصيغ الجهد المسموح بها - كلها تأتي من هذا المعيار.
زاوية إن إي سي
بالنسبة لمدخل الخدمة والأجزاء من جانب العميل في المحطة الفرعية، ينطبق القانون الكهربائي الوطني (NEC). وهذا يتحكم في أشياء مثل حجم موصل قطب التأريض، وربط الأنظمة المشتقة بشكل منفصل، والوصلات إلى أقطاب أنابيب المياه إذا كانت موجودة. غالبًا ما تتبع الأجزاء المملوكة للمرافق معايير IEEE والمعايير الخاصة بالمرافق بدلاً من NEC، ولكن الحدود يمكن أن تكون غير واضحة.
المقارنة مع الأنواع الأخرى - ليست النقطة المهمة حقًا
أرى مقالات تقارن تأريض المحطات الفرعية الأمريكية بـمحطة فرعية من النوع الأوروبيومحطة فرعية تحت الأرضوبصراحة، الفيزياء هي نفسها في كل مكان. الاختلافات ليست في الأساسيات، بل في المعايير المشار إليها وممارسات البناء النموذجية. قد تشير التصاميم الأوروبية إلى المواصفة IEC 61936، لكن الأهداف متطابقة: مقاومة منخفضة، وتدرجات يمكن التحكم فيها، ومعدات مرتبطة. والفرق الحقيقي هو أن محطات النقل الفرعية ذات الحجم الأمريكي تميل إلى أن تكون أكبر، مع تيارات خطأ أعلى، مما يتطلب شبكات أكثر اتساعًا.
الصيانة-ما يفشل بالفعل
يتم دفن الشبكات الأرضية. لا يمكنك رؤيتها تتآكل. لا يمكنك رؤية الاتصالات تخفف. الطريقة الوحيدة لمعرفة أن النظام لا يزال سليمًا هي الاختبار.
يقيس اختبار سقوط الإمكانات مقاومة الشبكة. تؤكد قياسات الخطوة واللمس المحتملة على السلامة أثناء التشغيل النشط. في الحالات الشديدة، يمكنك التنقيب لفحص التوصيلات أو استخدام الطرق الكهرومغناطيسية لرسم خريطة للشبكة. التآكل هو أن المعادن المختلفة للعدو، والتربة الحمضية، وتيارات التيار المستمر الضالة من السكك الحديدية القريبة أو خطوط HVDC كلها تعمل على تسريعه.
ماذا أقول للعملاء
إذا كنت ستشتري محطة فرعية أمريكية، فإليك ما أريدك أن تسأله عن نظام التأريض:
ما هي مقاومة الشبكة المستهدفة، وكيف تم حسابها بناءً على اختبارات التربة الفعلية في الموقع؟
ما هو الخطأ الحالي المفترض وما هو وقت التطهير؟
هل تمت مراجعة التصميم للتأكد من توافقه مع معايير IEEE 80؟
هل جميع التوصيلات ملحومة طاردة للحرارة أم يتم استخدام العروات الميكانيكية؟
ما هي خطة الفحص والاختبار بعد التثبيت؟
لأن هذه هي الحقيقة - سيصل المحول لامعًا وجديدًا. سيكون لدى المفاتيح الكهربائية شهادات اختبار. سيتم دفن نظام التأريض في الأوساخ ونسيانه. ولكن عندما يحدث خطأ، فإن النحاس المدفون هو الشيء الوحيد الذي يقف بين انقطاع التيار الكهربائي الآمن والوفاة.
خاتمة
في الختام، يعد نظام التأريض في المحطات الفرعية الأمريكية عنصرًا معقدًا وحاسمًا في البنية التحتية الكهربائية. إنه يلعب دورًا حيويًا في ضمان السلامة الكهربائية وحماية المعدات والحفاظ على استقرار النظام. كمورد لمحطة فرعية أمريكيةأدرك أهمية توفير أنظمة تأريض عالية الجودة تلبي المتطلبات التنظيمية الصارمة والاحتياجات المحددة لكل محطة فرعية.
إذا كنت في السوق لشراء محطة فرعية أمريكية أو كنت بحاجة إلى ترقية نظام التأريض الحالي لديك، فأنا أشجعك على التواصل معنا للحصول على استشارة. يمكن لفريق الخبراء لدينا مساعدتك في تصميم وتركيب نظام تأريض موثوق يلبي متطلباتك. لا تتردد في الاتصال بنا لمناقشة احتياجات الشراء الخاصة بك وبدء عملية التفاوض.
مراجع
- IEEE Std 80-2013، دليل IEEE للسلامة في تأريض محطات التيار المتردد الفرعية.
- IEEE Std 81-2012، دليل IEEE لقياس مقاومة الأرض، ومقاومة الأرض، وإمكانات سطح الأرض لنظام التأريض.
- الكود الكهربائي الوطني (NFPA 70)، المادة 250-التأريض والربط.
