طرق الحماية الخارجية من الصواعق يمكن تلخيص نتائج الكم الهائل من البحاث العلمية المخبرية والميدانية التي
أنجزت حول وسائل الحماية الخارجية من الصواعق ،استنادا إلى أساسيات الهندسة الكهربائية النظرية وقوانينها ،والمناقشات في الهيئات والمؤتمرات العلمية الهندسية
الكهربائية الختصاصية كمؤتمرات الـ ، CIGREومؤتمرات الحماية من
الصواعق ،ومؤتمرات هندسة التوتر العالي العالمية ، ISHبأن الوسيلة الوحيدة
والمضمونة للحماية الخارجية للبنية والمنشآت من أخطار الصواعق يتمثل في تنفيذ شبكات حماية من الصواعق تحجب الصواعق والحقول الخارجية عن هذه البنية والمنشآت .وأطلق عليها اسم شبكات قفص فاراداي حيث تقوم هذه الشبكات :
-1بتحجيب البناء ومحتواه من تأثير الحقول الكهربائية الخارجية الناشئة عن الجواء العاصفة المشحونة حيث ينطلق خطوط الحقل الكهربائي )النبعي( من السحب
العاصفة لتنتهي عند هذا القفص كمسرى مقابل إلى الرض .ول يمكنها تجاوز هذا القفص إلى داخل البناء .وبذلك تكون شدة الحقل داخل المنطقة المحمية بالقفص
مساوية للصفر. + + + + + + + + + + + + + + + ++
السحابة المنطقة المحمية E=0
قفص فارادي
التحجيب المثالي بواسطة كرة معدنية )قفص( -2وتمنع بذلك إصابة البناء ،أو أي جزء من أجزائه بالصواعق .إذ أن الصاعقة ستنمو بعد نشوئها من السحابة على امتداد مسار خطوط الحقل بين السحابة
والقفص المحيط بالبناء .وستنتهي عند إحدى نقاط هذا القفص المعدني ،لتكمل
مسارها نحو الرض عبر النوازل المعدنية المنخفضة الومية للشبكة ،إلى الشبكة الرضية ذات المقاومة الومية المنخفضة .
ول يمكن لبرة معدنية – حسب قوانين الكهرباء والحقول المعروفة – أن تقوم
مقام هذا القفص بتحجيب بناء أو منشأة ذات امتداد أفقي كبير .ويمكن الستعانة
بإبر فرانكلين كلواقط مساعدة للصواعق لتحسين أداء قفص فاراداي أو لحماية مواقع
مرتفعة غير واسعة المتداد .
وقد اعتمدت الهيئات الهندسية الكهربائية العالمية والدولية والوربية عدا
الفرنسية هذا المبدأ كنظام وحيد موثوق لحماية المباني والمنشآت من الصواعق ،
وبينت تفاصيله في مواصفاتها القياسية ،مثل :
المواصفة القياسية الهندسية الكهربائية
IEC 1024, IEC61305
المواصفة القياسية الهندسية الكهربائية
1329
العالمية
السورية
المواصفة القياسية الهندسية الكهربائية
الوربية
المواصفة القياسية الهندسية الكهربائية
النكليزية
المواصفة القياسية الهندسية الكهربائية
اللمانية
المواصفة القياسية الهندسية الكهربائية
البلجيكية
المواصفة القياسية الهندسية الكهربائية
الدانمركية
المواصفة القياسية الهندسية الكهربائية
المريكية
CENELEC ENV 61024-1 BS 6651 VDE 0185 NBN C 18-100 DS 453 NFPA 780 LP1175 AS 1768
المواصفة القياسية الهندسية الكهربائية
السترالية وقد رفضت أو لم تعتمد هذه النظم أي نظام آخر مغاير للحماية من الصواعق ، مثل البر النبضية أو المشعة .
وتتفق كافة هذه المواصفات القياسية على أن نظام الحماية لي بناء أو
منشأة يتكون من :
شبكة الحماية العلوية وشبكة النوازل
وشبكة التأريض .
وأن نظام الحماية من الصواعق كل ل يتج أز ،ول يمكن تحقيق المهمة
المناطة به إن لم تنفذ المكونات الثلث بصورة صحيحة وفق النظم -
الهندسية .
فشبكة الحماية العلوية يجب أن تنفذ بصورة صحيحة وبفتحات مدروسة وبنواقل ملئمة لضمان حماية كل جزء من البناء .
وشبكة النوازل يجب أن تنفذ بعددها الصحيح وبصورة نظامية ومدروسة لضمان تجزئة تيار الصاعقة ،وعدم حدوث انهيارات جانبية أو نشوء حقول كهرطيسية
تتسبب بأضرار داخلية في المبنى قد تكون أشد وأدهى . -
وشبكة الرضي يجب أن تنفذ بصورة صحيحة لضمان تفريغ مأمون للتيار بمقاومة صغيرة ،ولمنع نشوء توتر خطوة كبير قد يؤدي لصعق النسان
والحيوان ،ولتفادي ارتفاع كمون نقاط الربط مع الشبكة الرضية . أنواع نظم الحماية الخارجية : يشمل نظام الحماية من الصواعق جميع التجهيزات والنواقل المعدنية
المستخدمة في الحماية الخارجية والداخلية للموقع المدروس .
جهاز حماية للشبكة جهاز حماية للتجهيزات اللكترونية ثغرة هوائية
حماية خارجية حماية داخلية
الحماية الخارجية وتعني مجموع النواقل المعدنية المركبة على المحيط الخارجيللموقع المراد حمايته المعددة للتقاط شحنة الصاعقة وتفريغها في الرض عبر الطريق المختار . -الحماية الداخلية وتعني جميع التجهيزات والجراءات التي يجب أخذها بعين
العتبار لمنع تأثير الحقول الكهرطيسية الناتجة عن تيار الصاعقة التي تحرض في الجسام المعدنية الموجودة ضمن الموقع المراد حمايته توترات تحريضية تؤدي إلى
تلفها .
والجدير بالذكر أن نظام الحماية من الصواعق ل يمنع الصاعقة من السقوط
على المبنى المحمي وحتى الن ل توجد أجهزة أو طريقة ما تمنع تشكل الصاعقة وسقوطها كذلك لم تثبت أي جهة علمية وجود أجهزة تستطيع تحديد مكان سقوط
الصاعقة .
من المفيد جدا في البنية المزمع إنشائها إجراء مناقشة بين المهندس
المصمم لنظام الحماية من الصواعق والمهندس النشائي الدارس والمهندس المنفذ لنظام الحماية عند إنشاء البناء وهذا يلغي الكثير من العمال غير الضرورية ويخفض كلفة التنفيذ بشكل كبير جدا .
يوجد نوعان من أنظمة الحماية الخارجية من الصواعق :
نظام حماية غير معزول حيث تكون النواقل المعدنية المستخدمة للتقاط شحنةالصاعقة وتفريغها في الرض غير معزولة عن الموقع المراد حمايته ويتكون هذا النظام من شبكة هوائية )لواقط( ونوازل أرضية )نواقل نازلة( وشبكة تأريض .
نظام الحماية المعزول حيث تكون النواقل المعدنية المستخدمة للتقاط شحنةالصاعقة وتفريغها في الرض معزولة عن الموقع المراد من خلل مسافة محددة أو مادة عازلة . وتوجد أشياء تؤدي دو ار في الحماية من الصاعقة ولكنها غير مركبة
خصيصا لهذا الغرض مثل أعمدة النارة في الحدائق والملعب والسقف والجدران المعدنية للمنشآت وحديد التسلح للبنية ..الخ .
يعتمد النظام الكثر فعالية للحماية الخارجية من الصواعق على شبكة معدنية تمدد على الحواف الخارجية لسطح المبنى تسمى )اللواقط المعدنية( وتربط إلى آبار
التأريض بواسطة نواقل معدنية تسمى النوازل أما معدنها فيجب أن يتحمل جميع الجهادات الناتجة عن تفريغ تيار الصاعقة )ارتفاع درجة الح اررة -الجهادات
الديناميكية -النصهار( حيث يمكن أن يكون من النحاس أو اللمنيوم أو الفولذ المغلفن على شكل أمراس أو رقائق مبسطة ونورد فيما يلي الحد الدنى لمقطع
النواقل المسموح باستخدامها : نحاس
35 mm2
ألمنيوم
70 mm2
حديد مغلفن
50 mm2
الشبكة الهوائية الشبكة الهوائية في نظام قفص فاراداي : تكون اللواقط في نظام الحماية غير المعزول على شكل نواقل تمدد بشكل أفقيعلى سطح المبنى حيث تشكل هذه النواقل فيما بينها شبكة معدنية )قفص فردي(يمكن أن تدعم قضبان مدببة وتعرف باسم )قضبان فرانكلين(. تمدد النواقل المعدنية على الحواف الخارجية لعلى المبنى )ستارة السطح ل( وتحيط به تماما كذلك تمدد نواقل أخرى على السطح بحيث تكوون مع الولى مث ا شبكة متصالبة أبعاد فتحاتها تتعلق بدرجة الحماية المطلوبة الشكل ) (6-5حسب
الجدول ) (2-5 أبعاد فتحات الشبكة بـ m
درجة الحماية
55 10 10 15 15 20 20
1 2 3 4
لقط ) قضيب معدني(
فتحات الشبكة
نوازل
زاوية الحماية
تأريض
تثبت الشبكة الفقية بواسطة مثبتات بأبعاد أفقية متساوية ل تزيد عن 100سموتكون الحوامل من المعدن أو البلستيك . ،وفي حال عدم سماح المهندس النشائي
باستخدام مثبتات تحتاج إلى تثقيب على السطح يمكن استخدام مثبتات من مكعبات بيتونية أو قرميدية 10 × 10 × 10سم .
و يفضل أن تكون النواقل المعدنية المستخدمة في الشبكة من معدن واحد وعند ربط نواقل معدنية من الحديد أو اللمنيوم مع نواقل نحاسية يجب الخذ بعين العتبار أن
نقطة الوصل سوف تتأثر بالصدأ ولهذا تستعمل وصلت خاصة مصممة لهذه الغاية مكونة من وجهين كل منهما يتطابق مع المعدن المراد وصله ويجب أن يتم التلمس
بشكل جيد في نقطة الوصل .
-ينصح عند اختيار مواد الحماية من الصواعق في الماكن التي تحوي على أبخرة
ومواد كيميائية مراجعة أخصائي في المعادن لختيار المعدن المناسب .
-أثناء تمديد الشبكة الفقية يجب تجنب النحناءات الحادة في الشبكة بحيث يكون
النحناء على شكل قوس دائري وليس بشكل زاوية قائمة أو حادة .
-تمدد النواقل بحيث ل تجري قطرات المطر الساقطة عليها ثانية على أشياء
معدنية أخرى كما تمنع منع ا باتا أن تغمر النواقل بمياه المطار كذلك تمدد هذه النواقل بحيث ل يمكن للشبكة الكهربائية أن تسقط عليها.
-توصل نواقل الشبكة ببعضها البعض من جميع الزوايا بواسطة وصلت مصممه
لهذه الغاية .
-تمدد نواقل معدنية تحيط بالبناء كل 20mمن ارتفاعه الشكل في المباني التي
يزيد ارتفاعها عن 30م ول تحوي نواقل نازلة على جدرانها الخارجية ونورد فيما يلي بعض المثلة عن كيفية تمديد شبكة النواقل على سطوح البنية من أجل أشكال
مختلفة لها . فتحات الشبكة
نواقل معدنية تحيط بالمباني المرتفعة
تبين الشكال كيفية تمديد النواقل على سطح جمالوني و كيفية تمديد النواقل علىسطح له شكل خيمة أما من أجل سطح له عدة جمالونات فتمدد هذه النواقل على
قمة الجمالون فتحات
وعند عدم إمكانية المحافظة على أبعاد ثابتة لفتحات الشبكة )10م × 20م(بسبب زيادة المسافة بين نقطتين متتاليتين للجمالون عن 10م يمكن زيادة أبعاد
فتحة الشبكة بحيث تصبح 12م × 20م أو 10م × 23م دون خوف لن قمة الجمالون تؤمن زاوية حماية قدرها 45درجة .
-من أجل بناء على شكل تراسات متعددة تمدد النواقل كما هو مبين في الشكل
وفي أعلى الكتل البارزة من السطح تركب إبر مدببة يتراوح ارتفاعها بين - 50
100سم توصل مع شبكة النواقل
-ويبن الشكل كيفية تركيب هذه البر على مداخن البناء ومن أجل مداخن قليلة
العرض يكتفي بإبرة واحدة أما المداخن العريضة فتحتاج إلى اثنتين أو أكثر من هذه البر .
عند تمديد النواقل بالقرب من المداخن يجب أن آخذ التآكل بعين العتبار بشكل خاص جميع الكتل المعدنية الموجودة على السطح والتي يزيد ارتفاعها عن
30
سم أو مساحتها عن 1م 2يجب أن تربط مع نواقل الحماية الممددة على السطح . يمكن أن تعتبر الصفائح المعدنية التي تغطي المبنى المراد حمايته نواقل
هوائية )لواقط( إذا حققت الشروط التالية :
أ -أن تؤمن ناقلية كهربائية جيدة بين أجزائها المختلفة .
ب -أن ل تقل سماكة الصفيحة المعدنية عن القيم المعطاة في الجدول التالي السماكة
الماد
][mm
ة Fe
5
cu
7
Al
4
مستـوى الحمايـة 4-1
إذا كان ضروريا منع حدوث خرق في هذه الصفائح أما إذا لم يكن مهما منع حدوث خرق فيجب أن ل تقل سماكة الصفيحة المعدنية عن 0.5مم .
-وتستثنى المواد غير المعدنية الموجودة على أو فوق الصفيحة من المجال المراد
حمايته .
ل نحتاج في هذه البنية إلى تمديد نواقل معدنية على السطح إوانما تربط النوازل الرضية مباشرة مع الصفائح الشكل ) ( 14-5أما إذا كان الجدار معدنيا كما هو
الحال في المستودعات فل نحتاج إلى نوازل أرضية أيضا إوانما يكتفى بتأريض أسفل المعدن الشكل ). ( 15-5
.1
تمديد النواقل في بناء ذو بناء ذو سقف وجدران معدنية
تمديد
النواقل في سقف معدني ل( ومثبت ا على وعندما يكون سقف البناء مصنوعا من مادة غير ناقلة )أترنيت مث ا
أجزاء معدنية تحقق الشروط المطلوبة في نظام الحماية من الصواعق فإن حماية هذا
السقف ل يختلف كثي ار عنه عند تركيب الحماية على السطح حيث تركب لواقط
مدببة تثبت على الجزاء المعدنية تحت السقف بشكل جيد ،و البعد بين لقط مدبب
وآخر يليه . m 5أما ارتفاع اللقط المدبب فوق السطح فل يقل عن 30سم
نواقل معدنية
نواقل معدنية
نواقل معدنية
تمديد النواقل في بناء ذو سقف من مادة غير ناقلة مثبت على أجزاء معدنية نواقل معدنية
ويجب أن يحقق تركيب نظام الحماية باللواقط ما يلي : (aزاوية البناء حتى 45درجة وبالتالي يكتفى بتركيب البر على قمة الجمالون فقط
.
(bزاوية البناء أكبر من 45درجة في هذه الحالة يجب تركيب البر على حواف
المبنى أيضا .
الشبكة الهوائية واللواقط في نظام قضيب فرانكلين : ويتكون من قضبان معدنية لها رؤوس مدببة تحقق الشروط المطلوبة للمواد المستخدمة في نظام الحماية من الصواعق وتركب على سطح المبنى بشكل شاقولي
.
-
45 مجال الحماية لقضيب مدبب هو قاعدة مخروط رأسه رأس المدبب وزاويته 5 وتدعى هذه القاعدة دائرة الحماية ويكون نصف قطرها مساوي ا لرتفاع رأس
المخروط عن السطح .
وحتى تكون الحماية بواسطة قضيب فرانكلين فعالة يجب أن يقع كامل المبنى المراد
حمايته ضمن مخروط الحماية وفي حال عدم وقوع كامل المبنى ضمن هذا المخروط
يتم زيادة وطول القضيب أو تستخدم عدة قضبان.
في البنية التي يقل ارتفاعها عن 20م وعند استخدام أكثر من لقط مدبب
ل( البعد بينهما 5م فإن مجال الحماية لهما بالضافة إلى مجال الحماية )مدببين مث ا 45درجة أيضا لمستقيم وهمي لكل منهما هو المساحة التي تحصرها زاوية قدرها 5 يصل رأسيهما وهي عبارة عن مستطيل عرضه مساوي ضعفي الرتفاع .
H
H<20m
أما إذا كان البعد بين لقطين مدببين ارتفاعهما Hأقل من 30م فان مجال الحماية لهما بالضافة إلى مجال الحماية لكل لقط مدبب هو المساحة بينهما التي
تحصرها زاوية قدرها 45درجة لمستقيم وهمي يصل رأسيهما على ارتفاع hوهي عبارة عن مستطيل عرضه يساوي .h 2
و يعطى الرتفاع hبالعلقة h =H -H إوان قيم Hتؤخذ من المنحنيات المبينة في المراجع يجب أن تربط جميع البر اللقطة مع بعضها البعض جيدا بنواقل تحقق الشروط
المطلوبة للمواد المستخدمة في نظام الحماية من الصواعق ،إواذا كانت البعد بين لقطين المدبين أكثر من 30م فإن مجال الحماية لها هو مجال الحماية لكل واحد
منها على حدة فقط. -وفي البنية ذات المتداد الفقي المحدود والرتفاعات العالية نسبي ا )المآذن -أبراج
الكنائس -خزانات المياه -المداخن المرتفعة للمعامل( يمكن الكتفاء بقضيب حماية واحد يربط إلى الرض بواسطة خط نازل أرضي واحد على القل.
وعندما يزيد إرتفاع البنية المذكورة أعله عن 20م يجب أن يركب لها حمايةأفقية )ناقل معدني يحيط بها لكل إرتفاع قدره 20م( إذا لم توجد نوازل أرضية على
محيطها.
-يفضل إستخدام نظام قضيب فرانكلين في الحماية من الصواعق عند وجود
مناسيب مختلفة لسطح المبنى المراد حمايته للستفادة من فرق الرتفاع في زيادة
مجال الحماية للقضيب حيث يركب القضيب المدبب في أعلى البناء
-كذلك يفضل إستخدام هذا النظام عند وجود أجهزة كهربائية على السطح وفي
هذه الحالة يثبت القضيب المدبب على بعد ليقل عن 50سم من هذه الجسام والشكل يبين كيفية حماية الجهزة الكهربائية المتواجدة على السطح.
-وفي حال وصل هذه الجهزة مباشرة مع نواقل الحماية المستخدمة في قفص فان
جزءا من تيار الصاعقة سوف يسري في هذه الجهزة مسببا حدوث توترات زائدة في لوحات التوزيع الكهربائية التي تغذيها ولمنع سريان هذا الجزء من التيار تستخدم
ثغرات هوائية عندئذ يمكن وصل هذه التجهيزات بنظام الحماية من الصواعق أو يمكن أن يتم حماية هذه الجهزة بواسطة قضبان فرانكلين الشكل .
H
النواقل فرانكلين ( بوصلها مباشرة الى شبكة النواقل
a
(bبوصلها الى شبكة النواقل بواسطة ثغرة حماية (cبواسطة قضيب فرانكلين النوازل: هي نواقل معدنية تصل بين الشبكة الهوائية)اللواقط( وبين آبار التأريض مهمتها امرار التيار الذي يسري في اللواقط عند الصابة بصاعقة الى الرض
ويجب أن تتحمل جميع الجهادات الناتجة عن مرور التيار ويكون الحد الدنى لمقطعها المسموح باستخدامه كما هو مبين بالجدول المعقطع mm 2
المعدن
16
نحاس
25
ألمنيوم
50
حديد مغلفن
يجب أن يمدد نازل أرضي واحد لكل طول محدد من محيط البناء حسب درجة الحماية كما هو وارد في الجدول ) (5-5توزع بالتساوي اعتبا ار من إحدى زوايا البناء وذلك من أجل تأمين عدة مسارات تفرعية للتيار أما إذا كان محيط المبنى ل يقبل
القسمة على العداد المبينة في الجدول يضاف نازل واحد مهما كان حاصل القسمة
وتوزع المسافة بين النوازل بالتساوي )مثلا لبناء محيطه m 185ودرجة حمايته من
الدرجة الثالثة يجب تمديد 10نوازل أرضية البعد بين النازل والذي يليه( m 18.5/ البعد الوسطي بين النوازل بـ m
درجة الحماية
10
1
15
2
20
3
25
4
وعند تعذر المحافظة على السافة المحددة بين نازل وآخر لي سبب من السباب ل( يجب المحافظة على عدد النوازل ثابتا وزيادة هذا العدد في ) أبواب عريضة مث ا أحد الجوانب بحيث ل يقل بين نازل وآخر يليه عن 5م .
-
يجب أن يسلك النازل الرضي أقصر طريق بين الشبكة الهوائية والرض قدر
المكان كما يجب تفادي تشكل الزوايا الحادة في النازل الرضي إواذا تعذر ذلك بين نقطتين يجب أن ليقل طول الفجوة Sعن 50سم بين هاتين النقطتين .
يتم استخدام وصلة قابلة للفك على كل نازل تركب على ارتفاع 2م عن سطحالرض تستخدم لقياس مقاومة التأريض.و في حال العمل الطبيعي تكون مغلقة.
ويفضل أن يكون عدد الوصلت مساويا لعدد المآخذ الرضية كي نتمكن من قياس مقاومة التأريض لكل مأخذ على حده .
تحمى النوازل الرضية بين الرض ووصلة التفتيش من الصدمات الميكانيكية
واللمس بتركيبها ضمن قساطل بلستيكية متينة.
يجب أن ليقل البعد بين النازل والرضي وفتحات البواب والنوافذ المعدنية عن
50سم
في البنية العالية ذات المتداد الفقي المحدود)أبراج -كنائس -مآذن -مداخن(يستخدم النازل واحد حتى ارتفاع 20mويستخدم نازلن أو أكثرعندما يزيد هذا
الرتفاع عن . 20m
توصل النواقل النازلة مع بعضها بنواقل حلقية أفقية قرب مستوى الرض تسمى نواقل تساوي الكمون وحلقات اضافية كل 20mارتفاع .
-إذا كان الجدار مصنوعا من مادة غير قابلة للحتراق يمكن أن تتوضع النوازل
الرضية على سطح الجدار أو داخله أما إذا كان الجدار مصنوعا من مادة سريعة الشتعال فتوضع النواقل النازلة على سطح الجدران شريطة أل يشكل ارتفاع درجة
ح اررتها الناتجة عن مرور تيار الصاعقة فيها خط ار على مادة الجدار .
إذا كان الجدار مصنوعا من مادة قابلة للشتعال وكان ارتفاع درجة ح اررة النوازلالرضية يشكل خط ار عليه عندها تمدد النواقل النازلة بحيث ل يقل البعد بينها
وبين البناء المراد حمايته عن cm 10إواذا فرضنا أن تيار الصاعقة سوف يسري في ناقل نازل واحد فقط فان ارتفاع درجة ح اررة الناقل تعطى بالجداول المارة سابقا،
وتؤخذ القيم الكبيرة لرتفاع د رجة الح اررة بعين العتبار على الرغم من زمن تأثيرها
الصغير جد ا أما في حال استخدام أكثر من نازل واحد فيحسب ارتفاع درجة الح اررة لتلك الحالة .
يمنع تركيب النوازل الرضية ضمن المجاري أو الم ازريب النازلة حتى ولو كانتمغطاة بمادة عازلة لن الرطوبة الزائدة ضمن هذه المجاري تسبب تآكلا شديدا
للنواقل المعدنية الممددة فيها .
يمكن اعتبار الجزاء المعدنية من البناء نواقل نازلة شريطة تحقيقها استم ارريةكهربائية جيدة ودائمة بين الشبكة الهوائية وآبار التأريض وأن تحقق هذه الجزاء
يمكن استعمال حديد تسليح العمدة البيتونية كنواقل نازلة اذا كانت تؤمن ناقليةكهربائية جيدة بين الشبكة الهوائية وآبار التأريض وقد اثبتت تجارب أجريت في السويد وسويس ار أن حديد التسليح العادي يمكن استخدامه كنوازل عند الشروط
التالية التالية :
أ -لحام %50تقريبا من قضبان الربط الشاقولية والفقية أو ربطها باحكام .
ب -لحام القضبان الشاقولية أو تراكبها على طول يعادل 20مرة من قطرها
كحد أدنى وربطها باحكام بحيث تحقيق استم اررية كهربائية لفولذ التسليح بين الوحدات السمنتية المتجاورة مسبقة الصنع .
عندما لتستطيع قضبان التسليح تأمين ناقلية كهربائية جيدة فان نواقل خاصةيجب امدادها في العمدة تصل بين الشبكة المعدنية ومآخذ التأريض تربط مع
.1 .تأريض بواسطة الساسات 2m حديد التسليح للعمدة كل .وصلة تساوي الكمون2: .وصلة لربط الجسام المعدنية3: .النازل يربط كل 2م بشكل جيد مع حديد التسليح4:
تديد نواقل اضافية ضمن حديد التسليح للمعمدة -وعند إستخدام حديد التسليح أو نواقل خاصة ممددة في العمدة كنوازل أرضية
تركب وصلة التفييش المستخدمة في قياس مقاومة التأريض عند بداية النواقل التي تصل بين النواقل النازلة وآبار التأريض وفي حال التأريض بواسطة حديد
الساسات تركب هذه الوصلة على السطح في نقطة وصل النواقل النازلة مع الشبكة الهوائية )اللواقط(.
-الشبكة الرضية:
الشبكة الرضية هي مجموعة النواقل المعدنية المطمورة في الرض لتفريغ تيار الصاعقة فيها .
مفهوم مقاومة التأريض:المقصود بمقاومة التأريض هي المقاومة بين القطب الرضي وقطب أخر موجود
خارج مجال تأثير القطب الرضي أي التيار المار في القطب الرضي الذي ليسبب
أي فرق توتر في مجال القطب المساعد وهذا المفهوم يمكن فهمه بسهولة عند أخذ مفهوم التدفق في مجال القطب الرضي بعين العتبار الشكل )(27-5 يبين الشكل قطب تأريض على شكل نصف كره يفرغ من خلله تيار Iهذا التيار
سوف يتوزع بالرض في جميع التجاهات فإذا فرضنا أن المقاومة النوعية للرض
متجانسة وبتقسيم الرض بالقرب من القطب الرضي إلى عدة قطاعات صغيرة
عرض كل منها drونصف قطره roحيث يشكل كل قطاع مقاومة طولها dr
ومقطعها ) 2r2مساحة القطاع( ومادة هذه المقاومة هي الرض التي مقاومتها
النوعية ، فان مقاومة قطاع ما تعطى بالعلقة التالية:
.dr 2 2 r
Rs
والمقاومة الكلية التي يجتازها التيار هي مقاومة جميع القطاعات من سطح الكرة ذات نصف القطر r =D/2حتى rتكتب هذه العلقة رياضيا كمايلي: )(5-9
dr r2
r
rD2
2
RE
أن حل هذا المجموع )تكامل رياضي( سهل جدا مع R/D
وتعطى مقاومة التأريض بالعلقة: )(5-10
][
وهي الشكل المعروف لمقاومة التأريض على شكل نصف كرة .
RE D
حيث:
المقاومة النوعية بـ .m
Dقطر القطب الرضي بـ m
ول يوجد قيمة محددة لمقاومة التأريض في نظام الحماية من الصواعق ،إوان عدم حدوث توترات عالية خطيرة أثناء تفريغ التيار بالرض )توتر الخطوة –توتر التماس(
أهم بكثير من تحديد قيمة معينة لمقاومة التأريض الشكل )(28-5
فتوتر الخطوة هو التوتر الذي يطبق على جسم النسان عندما يسري التيار في الرض بين رجليه أما توتر التماس فهو التوتر الذي يطبق على جسم النسان عندما
يسري التيار فيه بين يديه أو بين يد ورجل والرض .
أن قيمة مقاومة الرض تحددها المقاومة النوعية للتربة التي طمرت فيها آبار التأريض وتتعلق هذه الخيرة بطبيعة التربة الجدول رقم ) (6-5وبدرجة الح اررة ففي أشهر الصيف تبلغ قيمتها الصغرى بسبب عامل التمدد الحراري للرض ) ( = 0.002 - 0.04أما في أشهر الشتاء فتبلغ قيمتها العظمى
كمون الرض: .توتر الرضي. ( - m) UE: =P بة ر الت ع نو FE . UBتأريض الساسات : .توتر التماس : بة ر للت النوعية المقاومة SE . USتأريض حلقي : .توتر الخطوة:
0.3
مياه البحر
10-100
مياه نهر أو بحيرات
20-40
مستنقعات
90-150
أرض زراعية
400-200
أرض رملية رطبة
1000-2000
أرض رملية جافة
100-3000
أرض صخرية
500-1500
أرض غضارية
150-500
بيتون
)وحل(
علقة المقاومة النوعية للتربة بطبيعتها
عمق الطمر < ca 1.5m عمق الطمر > ca 1.5m
تغير المقاومة النوعية للتربة السطحية خلل أشهر السنة ومن الخطاء الشائعة معالجة التربة إذا كانت مقاومتها النوعية كبيرة وذلك بإضافة ملح وفحم ،ولكن البحاث والتجارب بينت أن لهذه المواد أث ار عكسي ا على المعدن
المستخدم في التأريض إضافة إلى تسربها بالتربة خلل بضعة أشهر .ومن المتعارف
عليه حاليا هو إضافة سيليكات اللمنيوم الذي ل ينحل بالماء ول يسبب صدأ المعدن المستخدم وبهذه الطريقة يمكن تخفيض مقاومة التربة للرض الكلسية إلى النصف
والرض الصخرية حوالي %10ول تحتاج التربة إلى معالجة عندما تكون المقاومة
النوعية لها اقل . 300.m
وقد بينت الدراسات أن تغير قيمة المقاومة النوعية للتربة تتعلق بعمق طمر آبار
التأريض ،ففي حال آبار التأريض على عمق أقل من 150cmفإن الفرق بين القيمة
العظمى والقيمة الصغرى للمقاومة النوعية للتربة تقريب ا %60من القيمة الوسطى لها
وفي حال طمر المآخذ على عمق أكبر من 150cmفإن الفرق عن القيمة الوسطى يكون بحدود %20إن تغير قيمة المقاومة النوعية للتربة بالنسبة إلى أشهر العام
يكون جيبي ا تقريبا وبالعتماد على ذلك يمكن حساب القيمة العظمى المتوقعة لمقاومة الرضي عند قياس هذه القيمة في يوم محدد من السنة ،ففي حال إستخدام التأريض بواسطة الوتاد فإن قيمة مقاومة الرضي المقاسة في حالة أرض رطبة تضرب
بالعامل /3/وفي حالة أرض جافة تضرب بالعامل /2/وفي حال إستخدام التأريض السطحي فإن قيمة مقاومة الرضي المقاسة للرض الرطبة تضرب بالعامل ،/4/
وللرض الجافة تضرب بالعامل ./2/
مفهوم المقاومة الرضية النبضة :Rst
هي النسبة بين القيمتين العظميتين لتوتر وتيار شبكة التأريض اللتين لتحدثان عادة بشكل متزامن أو آني وتستخدم للدللة على فعالية شبكة التأريض.
وعند إستخدام أقطاب التأريض الطويلة مثل التأريض الحلقي أو التأريض بواسطة الوتاد فإن قيمة مقاومة الرضي أثناء مرور تيار الصاعقة في هذه الوتاد )مقاومة
الرض النبضية( Rstل تساوي قيمة مقاومة الرض الساكنة RAالمقاسةأو
المحسوبة عند مرور تيار متغير فيها ذي تردد مساوو أو قريب من 50هرتز إذا كان
طول هذه القطاب يزيد عن تسعة أمتار.
ويمكن إعتبار أقطاب التأريض الطويله عبارة عن عدد من رباعي القطاب
موصولة على التسلسل وهذا يؤدي إلى إنقاص الطول الفعال وبالتالي زيادة Rst
بالمقارنة مع RAكذلك تؤدي ش اررات النفراغ التي تحدث في الرض أثناء تفريغ
تيار الصاعقة إلى خفض قيمة مقاومة الرض النبضية بالمقارنة مع مقاومة الرض
الساكنة وذلك بزيادة نصف قطر الوتد الرضي.
-الطول الوفعال لقطاب التأريض:
يمكن إعتبار وتد التأريض إسطوانة محورية الشكل ) (29-5وتيار الصاعقة الذي
يسري في الوتد ذي الطول Lونصف القطر rيتوزع أفقيا في الرض إلى عدة
تيارات جزئية وتشكل التيارات الجزئية بذلك إسطوانة نصف قطرها raفإذا إفترضنا
المقاومة النوعية للتربة المحيطة بقطب التأريض r
E
E
وثابت العازلية
rوالسماحية
يمكن أن تأخذ عدة قيم أنظر الجدول رقم ) ، (6-5كذلك يتغير rبين عدة
قيم حسب متانة التربة ورطوبتها فهي تساوي ) (1للهواء و) (8للماء أما rفتساوي
الواحد تقريباا.
ومن أجل جزء طوله 1mمن الوتد فإن الشكل ) (30-5يعبر عنه برباعي أقطاب . /
وعلى هذا الجزء من الناقل تظهر المقاومة الطولنية /Rوالتحريضة الطولنية L
والسعات العرضانية ) /Cمقسومة إلى جزأين (C`/2والناقلية العرضانية /Gمقسومة
إلى جزأين أيضا G//2وباهمال /Rعلى إعتبار أنها صغيرة جدا بالمقارنة مع
المقاومة الصدمية للرض كذلك يهمل /Cبالمقارنة مع Gلن التيار السعوي الذي /
يسري في /Cصغير جدا بالمقارنة مع التيار الومي الذي يسري في G
عندئذ تعطى /Lو /Gلجزء الناقل بالعلقتين التاليتين:
0 ra ln 2 r 2 1 ءG . f E ln ra ءL
r
ويطرح السؤال نفسه حول قيمة raحيث أن raلها تأثير لوغارتمي فقط ويمكن
إعتبارها تساوي الواحد .
r
0.200ln lء L 2 1 . f E ln l r
ءG
حيث:
: Lطول الوتد بـ m : Rنصف قطر التوتد بـ m
:Eالمقاومة النوعية للتربة بـ .m ل تتحرك عليه موجات مسافره إواذا إعتبرنا جزء الوتد المبين في الشكل ) (31-5ناق ا وبإعتبار ممانعته الموجيه 3وسرعة الموجة )vمن أجل تربة طبيعية R`=0 , ( C`=0عندئذ تعطى rو vبالعلقتين التاليتين: ء 2fl ءG
r
4f ء Gء l
v
الشكل ) (32-5يبين علقة كل من المقاومة الموجية rوالسرعة الموجية v المحسوبة بالنسبة لسرعة الضوء cبالتردد وبأخذ تغير المقاومة النوعية للتربة بعين
العتبار من الشكل ) (29-5نرى أن المقاومة الموجية rمن أجل تردد الممانعة الموجية وسرعة الموجة في قطب أرضي r = 1cm l = 10 cm يقارب lookHZومقاومة نوعية تبلغ حوالي
E
= 100.mتبلغ حوالي 10أما
v/cفتبلغ قيمة صغيرة جدا من أجل القيم المذكورة حيث لتتجاوز هذه القيمة . 0.03
ولكل وتد طول يسمى الطول الفعال Leffلن السرعة الموجية في الوتد صغيرة جدا
اذا ماقورنت بسرعة الضوء إوان زيادة طول الوتد عن الطول الفعال ل يسبب أي خفض في قيمة مقاومة الرض الصدمية . إن الطول الفعال للوتد يعطى بالعلقة: ] 0.9 T1 . f E [ m
: T1الزمن الجبهي لتيار الصاعقة بـ s
T1 ء Gء l
: `Lتحريضية الوتد المحسوبة للمتر الواحد بـ H/m
Leff
’Gناقلية مادة الوتد محسوبة للمتر الواحد S/m E
:المقاومة النوعية للتربة بـ .m
أما مقاومة الرض الصدمية Rstفتعطى بالعلقة: 1 ][ Leffء G
Rst
'Gناقلية مادة الوتد محسوبة للمتر الواحد s/m
: Leffالطول الفعال للوتد بـ m
إواذا إعتبرنا T1تساوي 10sمن أجل النبضة الساسية للتيار أو s T1=0.25ومن أجل النبضة اللحقة لتيار الصاعقة فإن: ]leff 2.9 E [ m
من أجل نبضة التيار الساسية الموجبة أو السالبة أو : ]leff 0.45 E [m
من أجل ذيل النبضة اللحقة لتيار
:
أما التأريض السطحي فيمكن إعتباره على شكل إسطوانة محورية وبالتالي: )(5-21
3.14 1 ءG . E ln l r
)(5-3-2
إن الطول الفعال لطول سلك التأريض Leffومقاومة الرض النبضية يعطيان بالعلقتين التاليتين: ]leff 1.3 T1. E [m ] [
1 .leffء G
Rst
: T1الزمن الجبهي لنبضة تيار الصاعقة ب ـ s : fEالمقاومة النوعية للتربة بـ .m : Lطول سلك التأريض بـ m
: rنصف قطر سلك التأريض بـ m
مثال :
مثال