Moaz Mohamed Shahda - معاذ شهده

مساء الخير علي حضراتكم يا باشمهندسين ..

تعالوا يا باشمهندسين نتابع حديثنا عن نظام التأريض في محطات التحويل و نتكلم عن خطوات تصميم شبكة الأرضي :

الهدف الرئيسي من عملية تصميم شبكة الأرضى فى المحطات الكهربية ذات الجهد العالي وهوالـتأكد من أن Touch Voltage and Step Voltage ضمن الحدود الامنة.

وتحقيق ذلك يتم من خلال حساب العدد المناسب لالكترودات الــ Earthing والعدد المناسب للموصلات الافقية ، وكيفية توزيعها داخل المحطة ، و يعتبر البحث المرجعى رقم IEEE STD 80-2000 وعنوانه " Guide for safety in AC substation grounding " مرجعا أساسيا في عملية تصميم نظام التأريض فى محطات التحويل .

وسوف نقوم بشرح وتلخيص الخطوات القياسية لتصميم شبكة الأرضي على النحو التالى :
1. Measurements of Soil Resistivity .
2. Determine Surface Layer Derating Factor.
3. Determine Minimum Earthing Conductor Size.
4. Calculate Tolerable Step and Touch Potential.
5. Layout Preliminary Substation Grid.
6. Determine Preliminary Resistance of Grounding System.
7. Determine Grid Current.
8. Determine GPR. If Less than Tolerable Touch Voltage, Done.
9. Otherwise: Calculate Actual Mesh and Step Voltages.
10. If Mesh and Step Voltage Are Below Tolerable values, Done.
11. Otherwise: Revise Grid.

** تعالوا يا باشمهندسين نشرح كل خطوة بالتفصيل :

** الخطوة الأولى : قياسات المقاومة النوعية للتربة :
عند انشاء محطة فلابد من عمل قياسات عملية للوصول للقيم الحقيقية للمقاومة النوعية للتربة، ومن أشهر هذه الطرق طريقة Wenner four pin method ، والشكل (1) يعطى قيم تقريبية للمقاومة النوعية حسب نوع التربة ولا تستخدم هذه القيم فى تصميم حقيقي بل يجب عمل قياسات .

ويفضل أخذ القياسات عند أكثر من نقطة فى المساحة المقترحة لبناء المحطة ، كما يفضل جعل المسافات بين الالكترودات الأربعة المستخدمين فى القياسFour Electrode Method كبيرة نسبيا وفى حدود 50-100 متر وكلما زادت هذه المسافة كلما كانت القراءة معبرة عن قيمة المقاومة على أعماق كبيرة .
وقيمة المقاومة الكهربية للتربة تتوقف على كمية الأملاح بالتربة حيث تزيد بزيادتها وتتوقف أيضا على حجم حبيبات التربة وأيضا تزيد بزيادتها، فالرمل الخشن مقاومته أعلى من الرمل الناعم ، والزلط مقاومته أعلى من الرمل ، والرمل أعلى من الطين.

** الخطوة الثانية : حساب Surface Layer Derating Factor :
دائما تضاف طبقة من الحصى أو الزلط بسمك من 5 إلى 20 سم لزيادة المقاومة النوعية لسطح التربة من أجل أن يقل خطر الـــ Touch and Step Voltage ، وبالطبع ستتأثر المقاومة النوعية لهذه الطبقة بحالة التربة وهل هى رطبة أم جافة ولذلك ستجد في الشكل (2) جدول يعطى قيما تقديرية للمقاومة النوعية لهذه الطبقة حسب نوع المادة المستخدمة وحالتها وسمكها.
وأهمية هذه الطبقة تأتى من أنها تلمس مباشرة قدمى الشخص ولذا ستسهم في تحديد قيمة Rf, R-foot وهى الطبقة غير سميكة وسطحها غير منتظم ، ومن ثم سنحتاج لحساب معامل تصحيح Cs ،لتصحيح قيمة مقاومة سطح التربة ، و ستسهم هذه الطبقة فى تقليل مقاومة الأرضى إن وجدت وذلك بنسبة تساوى هذا المعامل Cs الذى تتوقف قيمته على المقاومة النوعية للتربة الأصلية وسمك الطبقة السطحية المضافة كما فى المعادلة شكل (3) .

وسنستفيد من هذا المعامل لاحقا عند حساب الــ Touch and Step Voltage
ومعامل التصحيح Cs يساوى واحد إذا لم تكن هناك طبقة على السطح ، ويصبح أقل من الواحد فى وجود هذه الطبقة الرقيقة .
وهذه الطبقة لها ميزات فهي بالإضافة الي كونها تعتبر مقاومة موصلة علي التوالي مع جسم الإنسان مما يعنى أن التيار خلال الجسم سينخفض وقد يصل إلى عشر قيمته ، وهذه هى الميزة الأساسية لها ، فهى أيضا تعيق تبخر الماء من التربة الأصلية فتحافظ على انخفاض قيمة مقاومة التربة .

** الخطوة الثالثة : حساب مساحة مقطع الموصلات الأفقية لشبكة التأريض :

أحد أهداف عملية التصميم هو حساب مساحة المقطع المناسب لكل إلكترود من إلكترودات الــ Earthing وعددهم وفى هذه الخطوة سنحسب مساحة المقطع المناسبة.
وكما هو معلوم فإن مساحة مقطع الموصل تتوقف أساسا على قيمة تيار الــ Short Circuit Current والتيار الطبيعى ، ولكن على عكس الكابلات العادية والتى تكون حدود تحملها لتيار القصر متوقفا على تحمل العازل لدرجة الحر melting ، فإن كابلات الــ Earthing لا يوجد عازل عليها ، ومن ثم فالحد الأقصى هو تحمل الموصل نفسه للحر معينة
قبل أن يحدث له melting وهذه الدرجة يمكن الحصول عليها من الجدول في شكل رقم (2) ، وقد تصل فى بعض المواد إلى فوق الــ 1000 درجة مئوية ، لكن للأمان فإن معظم التصميمات تكتفى بحساب حر 500 أو 800 درجة فقط.

لاحظ أن أقصى تيار قصر Short Circuit Current يتحمله الموصل يتوقف أساسا على المدة الزمنية التى يستغرقها مرور هذا التيار قبل فصله بأجهزة الحماية ، ولذا فمن المعلومات الأساسية المطلوب للتصميم هو زمن تشغيل أجهزة الوقاية،
والـــ IEEE-80 تعتبر زمن الفصل يمكن أن يتأخر حتى يصل إلى 3 ثوانى فى المحطات الصغيرة عند تصميم منظومة الأرضى . وعموما فحساب مقطع موصل الأرضى يعتبر خطوة عامة فى تصميمات الأرضى ، ولا علاقة لها بالـــ GPR أو جهد الخطوة ، وجهد اللمس.

طرق حساب هذا المقطع:
توجد طريقتان لحساب هذا المقطع :
الطريقة الأولى : باستخدام المعادلة التقريبية الواردة فى مواصفات الــــ IEEE وهى كما في الشكل رقم (4) .
والطريقة الثانية هى معادلة تقريبية أيضا ولكن أكثر تبسيطا وهى كما في الشكل رقم (5) ،
ويمكن فرض مقطع للموصل مباشرة حسب الـــ IEEE-665-1995 بحيث يتم اختيار مقطع يتحمل نصف قيمة تيار العطل أو 60% إذا أردت مزيدا من الأمان ، وذلك على اعتبار أن تيار العطل يتسرب من جهتين خلال شبكة الأرضى.

** الخطوة الرابعة : حساب الحدود الامنة لقيم جهد الخطوة وجهد اللمس :
عندما لا يجد تيار العطل مسار تكون هناك خطورة من ارتفاع جهد الأرض حول منطقة العطل ويسمى Ground Potential Rises GPR وهذا يعنى أن أى شخص يقف على هذه الأرض يكون معرضا لصدمة كهربية إما نتيجة فرق الجهد بين قدميه Step Voltage أو
Touch Volt نتيجة فرق الجهد بين الجسم المعدنى الذى لمسه وبين الأرض التي يقف عليها ،
فإذا كان لدينا شبكة تأريض مناسبة فستقوم بتبديد تيار العطل بعيدا فى عمق الأرض ، وبالتالى لا يظهر GPR على سطحها وهذا كما ذكرنا فى المقدمة هو الهدف الأساسى من التصميم وهو أن نحصل على شبكة قادرة على جعل جهد الخطوة وجهد اللمس ضمن الحدود الآمنة بالمحطة.
والمعادلات في الاشكال (6,7,8) تعطى قيم تقريبية لجهد الخطوة وجهد اللمس ،

لاحظ أن تتوقف على وزن الشخص وتتوقف على نوع التربة والطبقة السطحية ومدة بقاء تيار العطل قبل فصله بأجهزة الوقاية و لاحظ أيضا أهمية أن تكون منظومة الوقاية سريعة بالدرجة الكافية لتقليل هذه الجهود.
والرقم 1000 فى المعادلات يمثل قيمة مفترضة لمقاومة جسم الإنسان.
لاحظ أن القيم الناتجة من الحسابات السابقة ستكون مرتفعة لأنها تمثل جهد نقاط وليس فرق الجهد الذى سيظهر على جسم الشخص ، لذا لا تستغرب إذا وجدت ان القيم السابقة تتعدى الألف فولت.

نكتفي بكده وان شاء الله في البوست القادم نتكلم عن باقي خطوات تصميم شبكة الأرضي.

" سبحانك لا علم لنا إلا ما علمتنا إنك أنت العليم الحكيم "

مساء الخير علي حضراتكم يا باشمهندسين ..

تعالوا يا باشمهندسين نتكلم عن شبكات الـــ Earthing في المحطات الكهربية :

**فى الأماكن مثل محطات التوليد أو محطات المحولات ، يمكن أن تتسبب تيارات الأعطال فى ارتفاع قيمة الجهد على موصلات الــ Earthing لقيم خطيرة على العاملين فى هذه المحطات مالم تكون مقاومة الأرضى فيها شديدة الأنخفاض ، ولذا تخضع هذه الأماكن لنظام تأريض مختلف وهو المعروف باسم شبكة التأريض أو Grid حيث انها مكونة من مجموعة من الــ Meshed Electrodes فتكون المقاومة المحصلة لهم صغيرة جدا .

وغالبا تكون الشبكة من مربعات بأبعاد من 20-3 متروتتغير حسب التصميم وتغطى كافة مساحة المحطة ، كما فى الشكل (1) ، كما أن شبكة الــ Earthing يجب تخرج أبعد من سور المحطة Fence بحوالي متر ونصف.

** فى بعض الأحيان قد نستخدم ما يسمى حصيرة أرضية إضافية Ground mat وهذه لا تستخدم منفردة بل بالاضافة إلى شبكة الأرضى Ground Grid الأصلية ، وذلك فى الأماكن التى يكثر وجود البشر بها داخل المحطة مثل منطقة وقوف العمال أمام عدادات القياس مثلا ، وهى عبارة عن موصلات متقاطعة مع بعضها لتكوين شبكة تدفن فوق الشبكة الأصلية كما في شكل (2)، وأحيانا توضع فوق سطح الأرض مباشرة كما في شكل (3)، لأن مجرد الوقوف على سطح معدنى يعنى أن جميع أجزائه متساوية الجهد فلا يحدث فرق جهد بين قدمى من يقف عليه .

ويستخدم هذا الأسلوب فى المناطق التى يكون جهد الخطوة واللمس بها مرتفع نسبيا، وهذه الشبكة قد يتصل وقد لا يتصل بها Earthing Rods عند أركانها.

و الأهم كما قلنا أن توزيع الجهد فى المساحة المغطاة بالــ Meshed Electrodes يكون شبه متساوى Equi-potential ، وبالتالى ففرق الجهد بين نقطتين متقاربتين يكون صغيرا ويمكن أن يحدث تزايد تدريجى بدءا من نهاية حدود شبكة الـ Earthing.

**والشكل (4) يبين مستوى الارتفاع فى الجهد فى المناطق المختلفة من مساحة المحطة ، كما يظهر من خلال برامج التمثيل مثل الـــ ETAP .

**تعالوا يا باشمهندسين نتكلم عن أشكال شبكة الـــ Earthing Grid :

1. قد تكون شبكة الــ Earthing فى المحطات عبارة عن شبكة تغطى مساحة كافة العنبركما في شكل (5)، باستثناء المساحة تحت المعدات مباشرة فلا يوضع فيها موصلات للأرضى .

2. وقد تكون هذه الشبكة أيضا متصلة بأساسات المبنى كما فى الصورة شكل (6) ثم يصب عليهم الخرسانة جميعا بالطبع بعد توصيل طرف الشبكة خارج سطح الأرض وهذا الأسلوب مفيد جدا فى تخفيض جهد الخطوة واللمس لأن شبكة حديد التسليح تعمل كــ Ground mat .

و حسابات الــ Grid Ground يدخل فيها عدد كبير من المتغيرات وهذا سوف نخصص له بوست تفصيلي ان شاء الله .

**تعالوا نعرف ايه هو الــSecondary Earthing :
هذا المصطلح يقصد به طريقة توصيل كافة المعدات بشبكة الأرضى الرئيسية بالمحطة ، على سبيل المثال فالشكل (7) يمثل جزءا من تأريض الأجزاء المعدنية بغرفة التحكم Control Room بالمحطة.

** قبل الخوض فى تفاصيل تصميم شبكة الأرضي نذكر أن هناك معلومات يجب توافرها قبل البدء فى التصميم ، وهذه المعلومات المطلوب توافرها هى :
1. مخطط عام الموقع وتحديد مساحة المحطة .
2. أقصى تيار عطل متوقع مروره خلال شبكة الــ Earthing وهذا يحسب من خلال Short circuit Study.
3. أقصى زمن يستغرقه جهاز الحماية لفصل العطل وهذا يمكن معرفته بعد الانتهاء من الـــ Coordination Study Protective ، وسنستفيد منه فى معرفة قيمة الجهد الذى يظهر على جسم إنسان تعرض للصعق بالمحطة حيث أن هذه القيمة تعتمد على زمن بقاء العطل كما سنرى.
4. درجة حرارة التربة .
5. معرفة قيمة المقاومة النوعية للتربة Soil Resistivity بالقياس .
6. معرفة قيمة Resistivity لأي طبقة سطحية مضافة على التربة ( مثل الزلط مثلا ).

وان شاء الله بداية من البوست القادم هندخل في تفاصيل خطوات تصميم شبكة الأرضي ونمشي مع بعض خطوات لتسهيل عملية التصميم.

" سبحانك لا علم لنا إلا ما علمتنا إنك أنت العليم الحكيم "

مساء الخير علي حضراتكم يا باشمهندسين ..

**تعالوا يا باشمهندسين نكمل كلامنا عن أنواع منظومات التأريض ،

عرفنا في البوست السابق طرق التأريض في حالة الجهود المنخفضة والمتوسطة .. أما فى محطات الجهد العالي فالامر أعقد وأصعب من ذلك ، والسبب الرئيسي فى ذلك له علاقة بمسار تيار العطل ، فإذا كان مسار رجوع تيار العطل يمر من خلال الارض وليس من خلال Cable sheath مثلا فستكون لدينا مشكلة تتعلق بتوزيع الجهد على سطح الأرض الناتج من هذا عطل والذى يسمى Ground Potential Gradient .

ففى محطات التوليد أو محطات المحولات ، يمكن أن تتسبب تيارات الأعطال فى ارتفاع قيمة الجهد على موصلات الــ Earthing لقيم خطيرة على العاملين فى هذه المحطات مالم تكون مقاومة الأرضى فيها شديدة الانخفاض ، ولذا تخضع هذه الأماكن لنظام تأريض مختلف وهو المعروف باسم شبكة التأريض أو Grid مكونة من مجموعة من الــ Meshed Electrodes موصلات أفقية متقاطعة بالاضافة إلى إلكترودات رأسية تكون غالبا عند الأركان بالاضافة إلى إلكترودات خاصة بالـــ LA و تكون المقاومة المحصلة لهم جميعا صغيرة جدا ( أقل من نصف أوم ) كما في الشكل (1) .

كما يظهر الشكل (2) جزءا من التصميم التفصيلى لمحطة حقيقية حيث تظهر الموصلات الافقية(2x185 mm) وهى تغطى مساحة المبنى وتحيط كذلك بمبنى الــ GIS كما تظهر نقاط قضبان الــتأريض الرأسية عند أركان المبنى وكذلك بجوار كل( SA , Surge arrestor ) وتظهر بجوارها تفاصيل لحام الموصلات الأفقية ببعضها البعض.

فعندما نقول أن مقاومة نظام الأرضى فى محطة ما تساوى 0.5 Ω مثلا فهذا يعنى أن المقاومة الكهربية من نقطة تلامس أى سطح معدنى بالمحطة وحتى نصل إلى نقطة الــ Remote - earth (والتى تمثلها الكتلة المنصهرة بمركز الأرض) تساوى نصف أوم،
وبالتالى فعند مرور تيار العطل IF يساوى مثلا 10 kA خلال إلكترود مقاومته 8 أوم فإنه سيتسبب فى ظهور جهد تراكمى متزايد على سطح الارض Ground Potential Rise, GPR ،
يبدأ بقيمة مطلقة تساوى 80 kV عند الجسم المؤرض ويساوى ( RE x IF ) كما فى الشكل (3)، ثم يبدأ في التناقص كلما ابتعدت عن نقطة العطل كما سبق توضحيه في الشكل (4) والشكل (5) يبين توزيع الجهود على الــ Grid ، علما بأن فرق جهد بين مربعات شبكة التأريض يسمى بالــ Mesh Voltage .

نستنتج من الكلام السابق أن الأعطال فى محطات النقل أخطر من الأعطال فى محطات التوليد لأن فى محطات التوليد يعود تيار العطل من خلال شبكة الأرضى فى المحطة وهى قيمة منخفضة فلا يحدث ارتفاع فى الجهد ، بينما فى محطات النقل يعود تيار العطل الذى يقع على مسافة بعيدة عن المحطة من خلال مقاومة الأرض الممتدة من نقطة العطل خارج المحطة وحتى المحطة نفسها فيرتفع الجهد بقدر ارتفاع قيمة مقاومة مسار الرجوع.

تعالوا يا باشمهندسين نتعرف علي بعض المصطلحات اللي هتفيدنا في حسابات Earthing ان شاء الله :

1. جهد اللمس Touch Voltage :
هو فرق الجهد بين جهد النقطة المعدنية التى يلمسها الانسان ، وبين جهد شبكة الأرضى التى يقف عليها كما فى الشكل (6) ففرق الجهد الذى سيظهر على هذا الشخص سوف يساوى جهد نقطة اللمس مطروحا منه جهد النقطة التى يقف عليها بقدمه كما فى الشكل وليس كما يفهم البعض أنه يساوى جهد النقطة التي يلمسها الشخص فقط ، ويسمى هذا الفرق بجهد اللمس Touch Voltage ، مع ملاحظة أن قيمة الجهد عند قدم هذا الشخص سيتوقف على منحنى توزيع الجهد Potential Distribution الذي ظهر فى الشكل (5) .

2. جهد الخطوة Step Voltage :
اما إذا كان الشخص واقفا بجوارمحول ودون أن يلمسه فهناك احتمال كبير لظهور فرق جهد بين قدميه لاسيما كلما اقترب العامل من نقطة العطل كما فى الشكل (7) حيث يكون معدل ميل منحنى توزيع الجهد كبيرا كلما اقترب من نقطة العطل.

**كيف نقوم بحل مشكلة جهد اللمس وجهد الخطوة : هذه المشكلة سببها الرئيسى هو الميل الكبير فى منحنى توزيع الجهد ، فلو استطعنا أن نجعل منحنى توزيع الجهد شبه أفقى فهذا يعنى أن الفرق بين أى نقطتين عليه لن يكون كبيرا وبالتالى لن تظهر مشكلة جهد اللمس وجهد الخطوة. والشكل (8) يمثل مقارنة بين الجهد الذى يظهر على جسم شخص واقف على الأرض نتيجة لمسه لمحول مؤرض فى حالتين :
1. بواسطة إلكترود مدفون رأسيا فى الجزء الأيسر من الشكل.
2. شبكة تأريض Grid فى الجزء الأيمن من الشكل.

إذن فمن ميزات شبكة الــ Earthing أن توزيع الجهد على سطح الأرض Surface Potential Distribution الناشئ نتيجة مرور تيار العطل يكون أفضل من توزيعه فى حالة الألكترود الواحد المدفون رأسيا .

نكتفي بكده وان شاء الله في البوست القادم هنبدأ نتكلم عن Earthing Grid .

" سبحانك لا علم لنا إلا ما علمتنا إنك أنت العليم الحكيم "

مساء الخير علي حضراتكم يا باشمهندسين ..

**تعالوا يا باشمهندسين نتكلم النهارده عن موضوع جديد وشيق جدا وهو تأريض محطات التحويل أو Earthing System ، تعالوا مع بعض نعرف ايه فائدة التأريض ونمشي مع بعض خطوات نتكلم فيها عن كل ما يخص شبكات التاريض .

يهدف تأريض المعدات الكهربية إلى وقاية العاملين من الصدمات الكهربية الناتجة من ارتفاع الجهد على جسم المعدات المعدني المكشوف والمعرض للمس (جهد اللمس)، وكذلك يهدف إلى الوقاية من الصدمات التى تنشأ من الجهد الذى يظهر على سطح الارض بين قدمى 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 الارض يسمى Ground Potential Rise (GPR)، ويساوى حاصل ضرب تيار العطل المتسرب مضروبا في مقاومة الارضي ، وهذا ليس الجهد الذى يظهر على جسم الانسان ، إنما هو فقط الاكبر على الاطلاق لذا ستلاحظ حتى في التصميمات الصحيحة أن هذا الجهد يصل إلى kVs دون أن يتسبب ذلك في مشاكل.

فتيار العطل في الشكل (1) هو 7000Aسيتسرب الجزء الاكبر منه للأرض وجزء منه يعود للمصدر من خلال أسلاك التأريض مثلا ولا يعود من خلال مقاومة الارض ، ويتسبب الجزء المتسرب في ارتفاع جهد المناطق القريبة من نقطة العطل ، على سبيل المثال فإن أقرب منطقة للتسريب في الشكل (1) ارتفع جهدها إلى حوالى 4500 فولت وهو الذى يسمى GPR ، لكن يحدث تناقص في جهد الدوائر كلما ابتعدت عن نقطة العطل كما هو واضح في الشكل ، ويسمى هذا التناقص بالــ Gradient Potential ،
ومن المهم أن يكون هذا الــ Gradient صغيرا بمعنى ان النقص يكون تدريجيا بدرجة بسيطة حتى يكون الفرق في الجهد بين قدمى أي شخص صغيرا وأقصى فرق جهد بين قدمى أي شخص في الشكل السابق سيكون في حدود 200 فولت ويسمى هذا الجهد بالــ Step Volt ، أما جهد اللمس Touch Voltage فهو يساوى فرق الجهد بين الــ GPR وبين جهد المنطقة التي يقف عليها الشخص بقدمه ،
والمشكلة الكبرى في حالة الــ Touch Voltage تحدث إذا كانت نقطة التأريض بعيدة عن الجهاز الذى به عطل والذى يلمسه شخص ما ، فعندها سيكون جهد اللمس يساوى GPR نفسه
، لان جهد القدم تقريبا في هذه الحالة تساوى 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 معدنى 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 الذى يسمى Transfer Red Voltage صغيرا ، والهدف في هذا الفصل التأكد من أن كل هذه الجهود في الحدود الامنة التي لا تسبب صدمات للبشر الموجدين بالمحطة.

**طب ايه هي فكرة الأرضي نفسه ؟
والفكرة الأساسية أن تيار العطل إن لم يجد مسار معدنيا لكى يعود من خلاله إلى مصدره على سبيل المثال الــ Metallic sheath في الكابلات مثلا فإنه يعود من خلال كتلة الارض نفسها كــ Return Path ، وبالتالى يكمل دائرته بالوصول لنقطة تعادل المصدر المنشأ له.

و القيمة المسموح بها لأرضى المحطات الفرعية (الجهد العالى) تتراوح بين 0.5 إلى 1 أوم. بينما تصل القيمة إلى 5 أوم فى محطات التوزيع (الجهد المتوسط)، والجدول في الشكل (2) يعطى قيما لمقاومة الــ Earthing فى الأماكن المختلفة.
لاحظ أنه لو كانت مقاومة الأرضى مرتفعة لظهر جهد على سطح الأرض مرتفع جدا Ground Potential Rise ، ولذا نحتاج لتقليل هذا الجهد من خلال شبكة الأرضى ذات المقاومة المنخفضة جدا كما سنرى.

**تعالوا نتكلم عن أنواع منظومات التأريض :
تنقسم نظم الــ Earthing إلى:
1.تأريض نقطة التعادل Neutral earthed .
2.تأريض وقائى للجهد المنخفض .
3.تأريض وقائى للجهد العالي حيث يتم تأريض جميع الاجزاء المعدنية Frames الخاصة بالـــ switchgear و المحولات وحتى أغلفة الكابلات Cable sheath كما يظهر فى الشكل (1) ، وأيضا مواسير الكابلات الموجودة بالمحطة، حيث يوجد دائما أرضى عام تتصل به جميع معدات المحطة.

هناك طرق متعددة لعمل نظام الــ Earthing حسب مستوى الجهد وخطورة تيار الــ Short Circuit Current كما ذكرنا،
ففى الجهد المنخفض قد يكون كافيا استخدام إلكترود تأريض واحد فى حديقة المبنى ملا لتحقيق مستوى الامان وذلك بتوصيله للوحة العمومية ومنها إلى بارات الــ Earthing باللوحات الفرعية ومنها إلى النقاط المراد تأريضها، وهذا يعتبر كافيا في الجهد المنخفض بسبب أن تيار العطل ليس كبيرا كما في الجهود العالية .
وفى الجهود المتوسطة تستخدم أحيانا شريحة أفقية لها سمك a وطوله L وعرضها b ، ومدفونة أفقيا على عمق h كما فى الشكل (3) .
نكتفي بكده وان شاء الله في البوست القادم نتكلم عن طريقة التأريض في محطات الجهد العالي.

" سبحانك لا علم لنا إلا ما علمتنا إنك أنت العليم الحكيم "

مساء الخير علي حضراتكم ...
تعالوا يا باشمهندسين نكمل حديثنا عن اخر نظام من أنظمة الــ Bus Bars وهو Ring System :

**يتكون النظام من عدة مفاتيح كهربية مربوطة مع بعضها البعض على التوالي ، و تربط عدة دوائر كهربية وذلك من أجل الاستفادة من توزيع ونقل الاحمال الكهربية في حالات الصيانة على الدوائر الكهربية في المحطة وبالتالى استمرارية التغذية للأحمال الكهربية، وفى هذا النظام يكون عدد الــــــــــ Circuits مساويا لعدد القواطع Cicuit Breakers الموجودة في الشبكة، و لا يعتمد على وجود Main Bus Bar .
حيث أن هذه التوصيلة تتميز باعتمادية عالية كما في الشكل (1) ويسمى أيضا Mesh System .

و يمكن هنا عمل صيانة لأي CB بتحويل اتجاه Power flow إلى الجهة الاخرى دون الحاجة لفصل الدائرة ، و تكلفته تقترب من تكلفة نظام الــــ One and Half ، لكن الفرق أن الأخير يفضل استخدامه إذا كان عدد الدوائر كبيرا ، لان وضعها عندئذ فى Mesh System سيكون معقدا من عدة نواحي منها تنسيق الوقاية مثال بينما في حالة One and Half ستكون لكل دائرة عدد 1.5 من الـــ CBs لكنها منفصلة عن بقية الدوائر فى الشبكة.

لاحظ في Ring System أن أي عطل على دائرة سيتسبب في فصل 2CB و فصل الدائرة دون تأثير على بقية الدوائر .

**ويعيبه أن نظام الحماية معقد لانه يحتاج لفصل اثنين من القواطع Breakers Circuit لعزل الخط الذي حدث له عطلFault .
كما أنه يحتاج إلى محول جهد Voltage Transformer لكل دائرة لأنه يعتمد على الوقاية الاتجاهية Directional OC Protection ، وذلك بسبب احتمالية تغير اتجاه التيار من وقت لاخر.

**يعيب هذا النظام أيضا أن مرونته للتوسع مستقبلا ضعيفة جدا ، كما أنه عند الصيانة أو لأي سبب آخر لفتح الدائرة يصبح النظام مقسوما لجزئيين مفتوحين وأى عطل جديد على أى جزء منهما سيتسبب فى خروج كافة محولات هذا الجزء، بمعنى آخر أن اعتمادية النظام أثناء الصيانة ضعيفة على عكس منظومة الــــ One and Half والتى تظل كل Bay فيها مستقلة بذاتها سواء فى التشغيل العادى أو أثناء الصيانة.

**تعالوا بقي يا باشمهندسين نعمل مقارنة سريعة بين الأنواع المختلفة من Bus-Bars عشان نفرق بينهم أكتر :

اختيار نوع القضبان لأي محطة تحويل يعتمد على أهمية المحطة وموقعها وكيفية التوسع في المستقبل ، وهناك عناصر أخرى للمقارنة منها:
1. الأسعار: كما في الجدول في شكل (2).
2. الأعتمادية : كما في الجدول في شكل (3).

وبكده الحمد لله انهينا الجزء الخاص بالــ Bus Bars ونبدأ ان شاء الله في موضوع جديد البوست القادم .

" سبحانك لا علم لنا إلا ما علمتنا إنك أنت العليم الحكيم "

مساء الخير علي حضراتكم ...

تعالوا يا باشمهندسين نكمل حديثنا عن اخر نوعين من Bus Bars في نظام Double Bus Bar :

**النوع الثالث Double BB with One and Half CB :

هو حل وسط بين النظامين السابقين شكل (1) فلدينا هنا في الشكل 2-BB وبينهما تركب ثلاثة قواطع لكل دائرتين أي لدينا قاطع و نصف لكل دائرة و هذا يعني نوعا من التوفير في عدد القواطع، لكن نظام الوقاية سيكون نسبيا أكثر تعقيدا من الانظمة السابقة ، ولاهمية هذا النظام وكثرة وجوده بالمحطات سيتم شرحه هنا بصورة مفصلة.

الاصل أن الـــ 3-CB الموجودة على كل دائرتين كلهم مغلقين فى الظروف الطبيعية (تسمى المجموعة الواحدة Bay ) كما فى الشكل (1) ، وبالتالى فالــ BBs الاثنان يعملان أيضا فى الظروف الطبيعية ، ولذا يعتبر كل واحد منهماMain-BB ، ولا فرق بينهما ويسمى الــ CB الموجود فى الوسط بالـــ Tie-Breaker .

وعند حدوث عطل على 2-Bus مثلا سيتم فصل كل الــ CBs المتصلة بهذا الــ BB مع ملاحظة أن جميع الدوائر لم تتأثر لانها ستتغذى من Bus-1 (الــ CB في المنتصف يكون مغلقا) .
و عند حدوث عطل على أى خط فإن كلا الــ CBs المتصلان بالــخط المعطل يفصلان ( يمين و شمال الدائرة ) و بالتالى تعزل الدائرة المعطلة تماما دون تأثير على أي دائرة من الدوائر الاخرى بالمحطة ، فمثال لو كان هناك عطل على Feeder-8 في الشكل (1) فسيتم عزله بفتح الــCBs الموجودة فى Bay11و Bay12 .

ولو كان هناك عطل على الخط T2 فى الشكل (2) فسيتم عزله بفتح CBA1,CBA2 ، مع ملاحظة أن بقية الخطوط لا تتأثر بفتح هذين القاطعين ، فالخطT3 سيتم تغذية من المصدر S من خلال 5 CBA بينما الخط T2 سيتم تغذيته من المصدر S عبر القواطع 5 ثم 6 ثم 3 كما فى الشكل (2) .

لاحظ أيضا أنه يمكن صيانة أى واحد من الـــ CBs الثالثة الموجودة فى أى Bay بالمحطة بدون فصل أى من الاحمال ، كما فى الموضح الشكل (3) حيث افترضنا خروج 5 CBA ، ومع ذلك فمازال المصدر S قادرا على تغذية الخطوط الثلاثة .

فالخط رقمT1 يمكن تغذيته من خلال القاطع 4 ثم القاطع 1 ، بينما الخط T2 يمكن تغذيته من خلال القاطع رقم 4 ثم 1 ثم 2 ، وأخيرا فالخط رقم T3 يمكن تغذيته من خلال رقم 4 ثم 1 ثم 2 ثم 3 ثم 6 ومنه للخط، وهذا يعنى أن النظام لم يتأثر بخروج القاطع 5 CBA.

لكن هذا يستلزم أن تكون مواصفات القاطع رقم 4 مثال ملائمة لكي يتحمل تيار كل المغذيات.
يمكن أيضا فى هذا النظام فصل أي من الــ Two-BBS دون فصل أي دائرة ، كما فى المثال الموضح بالشكل (4) فرغم فتح الــ 1 Bus إلا أن الخطوط الثالثة لاتزال مغذاة بالمسارات الموضحة بالشكل وبالطبع يمكن بعد عزل الــ BB أن نضيف عليه أى دوائر جديدة ،
و هذا يعنى أن النظام يتميز بالقدرة على إضافة أى دوائر جديدة سواء كانت دوائر خروج أو دخول دون تأثير على بقية الدوائر الموجودة بالخدمة وهذا يساعد على استقرار الشبكة وتحقيق استمرارية التشغيل ، والشكل (5) يمثل نموذجا لنظام الـــ BB فى محطة شبرا الخيمة حيث أربع دوائر دخول وثمانية دوائر خروج.

**النوع الرابع Double BB (Main and Transfer) :

هذا نوع آخر من التركيبات التي بها 2BB، و الاصل هنا شكل (6) أن تدخل جميع الدوائر الدخول و الخروج على الـــMain BB ، فإذا أردنا عمل صيانة لــــ CB الخاص بأى دائرة فى الشكل فإننا نقوم بغلق دائرة الـــ Bus Coupler، وذلك بإغلاق السكاكين على كلا جانبي قاطع(Bus-Tie) coupler busاولا ، ثم إغلاق القاطع نفسه وذلك من أجل أن يصبح الجهد على كال الـــ BBs متساويا ، ثم نقوم بغلق السكينة الدائرة المراد صيانتها ثم نقوم بعزل الـــ CB الخاص بتلك الدائرة ومن ثم فتح السكاكين الخاصة به.

و يصبح الان الخط المراد صيانته متصلا بالــ Bus Transfer من خلال السكينة السفلية و في هذه الحالة يكون الــ CB الخاص بالـــ BC هو نفسه المختص بحماية تلك الدائرة أثناء عملية الصيانة وفى هذه الحالة يصبح النظام مشابها تماما لنظامDouble BB with Single CB الذى ذكر فى النوع الاول
لاحظ أن الــ Bus Transfer لا يستخدم إلا لدائرة واحدة في وقت واحد ولاحظ أيضا أن الـ BC Breaker يمكنه أن يكون بديلا لاي قاطع One at atime .

في هذا النوع أيضا يمكن إجراء صيانة للــ Line Circuit Breaker دون حدوث تأثير على الـــ Supply وبهذا يتميز عن Double Bus Bar with Single CB .
كما يتميز بإمكانية نقل الاحمال من الــ Main Busإلى الـــــ Transfer Bus في حالة حدوث عطل أو إجراء صيانة للـــ Main Bus ، ولكن يعيب هذه التوصيلة أنه في حالة خروج Main BB نفسه للصيانة فإن بقية الدوائر يمكن نقلها إلى الـــ BB الاخرى لكن بدون وقاية بمعنى أنه لا يوجد CB على الدائرة و إنما فقطDisconnecting Switch ، كما يعيبه تعقد نظام الوقاية له،

لاحظ أن كلا من النظامين (Double BB with Single CB- Main and Transfer)كلاهما يصنف في الظروف الطبيعية على أنه Single BB لان الــ Bus Coupler يكون دائما مفتوحا و هذا يجعل الاعتمادية في كلا النظامين تشبه الاعتمادية في نظام الــ Single BB .

هنكتفي بكده النهاردة بس اهم حاجة زي ما قولنا ترسم الدوائر بالايد عشان تطبق الكلام والموضوع هيبقي سهل جدا ان شاء الله ..وهنكمل حديثنا في البوست القادم عن اخر نظام معانا وهو Ring System .

" سبحانك لا علم لنا إلا ما علمتنا إنك أنت العليم الحكيم "

مساء الخير علي حضراتكم ...
تعالوا يا باشمهندسين نكمل حديثنا و هنتكلم النهاردة عن تقسيم الــ Bus Bars من حيث التركيب بس عاوزك في كل نوع هنذكره ترسم الدائرة بايدك وتطبق الكلام عليها والموضوع هيبقي سهل ان شاء الله نبدأ علي بركة الله:

يمكن تقسيم الــ BBs من حيث الـــتركيب إلى عدة أنظمة وكل نظام منهم يندرج تحته عدة أنظمة فرعية :
1. Single BB
2. Double BB
3. Ring System

ويوجد داخل كل Substation نوعان من الــ BBs أحدهما جهة الجهد العالي ، والاخر جهة الجهد المتوسط ، والهدف من الـــ BB الخاص بالجهد العالي كما ذكرنا هو ربط دوائر الدخول/ الخروج من / إلى الشبكة العامة من جهة ، وربطها مع محولات القدرة من جهة أخرى ، بحيث يمكن للمحطة أن تستقبل قدرة أو تنقل قدرة من / إلى الشبكة.

اما الـــ BB الخاص بالجهد المتوسط فوظيفته ربط الكابلات الخارجة من محولات القدرة الرئيسية بالمحطة بمجموعة كابلات الجهد المتوسط المتجهة خارج المحطة لتغذية أحمال المستهلكين، و السبب فى تنوع أشكال الـــ BB هو المزيد من تسهيل عملية اختيار النوع المناسب للمحطة من حيث التشغيل والتكلفة.

ويتم التمييز بين الانواع المختلفة حسب حجم توافر المميزات التالية فى نظام الـــ BB :
1. بساطة النظام.
2. سهولة الصيانة للمعدات المختلفة.
3. التقليل من مدة انقطاع الخدمة.
4. توفر إمكانية التوسع مع نمو الطلب.
5. توفر إمكانية إضافة دوائر جديدة للمحطة دون الحاجة لفصل الدوائر الموجودة بالخدمة أثناء عملية التركيب.
وبالطبع هذه الميزات جميعا قد يتوافر بعضها أو كلها فى نظام لا يتوافر فى الاخر ، وطبيعى أيضا أن التكلفة تزيد بزيادة الميزات .

تعالوا يا باشمهندسين نتكلم بشكل من التفصيل عن كل نظام من الثلاثة :
1. النظام الأول : Single Bus Bar : يستخدم في المحطات ذات القدرات المنخفضة والجهود المتوسطة ويوجد منه نوعان :

• محطات تحويل أحادية القضبان : و هذا النوع هو أبسط أنواع الـــ BB وأرخصها ، ويندر أن تجده فى محطة تحويل مهمة ، ولكن قد تجده فى محطات التحويل الصغيرة داخل شبكات التوزيع كما فى الشكل (1) وبالطبع يعيبه أنه فى حالة حدوث عطل بدائرة الدخول أو على أى جزء بين الـــ BB فستخرج كل الدوائر المتصلة على هذا الـــ BB وأيضا إذا أردت أن تضيف دائرة خروج جديدة على هذا الـــ BB أو حتى عمل صيانة فى خلية قديمة موجودة فيلزم أوال أن تفصل وتعزل الـــ BB كله حتى تنتهى من عمل التركيبات الجديدة.

• محطات تحويل أحادية القضبان مع فاصل القضبان : لتقليل المشاكل السابقة يمكن استخدام sectionalized Single BB كما فى الشكل (2) ، وهذا النوع له اعتمادية أعلى حيث أن كل جزء يتصل بمغذى مستقل ، فعند حدوث عطل على جزء ما فإننا نفقد فقط نصف أو ثلث الاحمال (حسب عدد الـ Sections) وليس كل الاحمال كما فى النوع الاول ، والصورة التالية شكل (3) تمثل نموذجا لـــ BB Single with 3-Sections فى محطة جهد 132 ك ف.
كما يمكن تغذية الجزئيين من مغذى واحد فى حالة حدوث عطل فى أحد المغذيين بشرط أن يتحمل المغذى الرئيسى لهذا الجزء الحمل بالكامل ، فإذا كان لا يمكنه أن يتحمل كل الحمل فيمكن أيضا توصيل الجزئيين ولكن مع فصل بعض الاحمال غير المهمة حتى يصبح المغذى قادرا على تحمل بقية الاحمال، وبالطبع فهذا النوع والنوع الذى سبقه أيضا لا تجدهما فى حالة المحطات المهمة.

ويعيب هذا النظام كما هو الحال بالنسبة لنظام single Bus System ، أن صيانة المعدات ( الـــ CB مثلا ) في أي Bay لا يمكن أن تتم من دون انقطاع التغذية أو المحولات المتصلة بهذا الــــ Bay.

2. النظام الثانى : Double Bus Bar : يستخدم هذا النظام في المحطات ذات القدرات العالية وأنظمة الجهد العالي ، وذلك من أجل الاستفادة من توزيع ونقل الاحمال الكهربية بطريقة تضمن استمرارية أفضل للتغذية ، ويوجد منه عدة أنواع :
• Double BB with Single CB .
• Double BB with Double CB .
• Double BB with One and Half CB .
• Double BB (Main and Transfer) .

ولكل شكل منهم ميزاته وعيوبه ، لكن الميزة المشتركة فيهم جميعا هى أنه إذا حدث عطل على أي من الـــ Two-BBs أو إذا تم فصل أحدهما لاضافة أو عزل دائرة جديدة فلن يتسبب ذلك فى أى مشكلة بسبب وجود الـــ BB الثاني الذى يمكن نقل جميع الدوائر إليه باستخدام رابط القضبان Bus Coupler CB كما سنرى، لكن عند حدوث مشكلة على دوائر الدخول أو دوائر الخروج سيكون هناك فرق بين الانواع الاربعة فى درجة الاعتمادية.
تعالوا يا باشمهندسين نتكلم عن كل نوع من الأنواع الأربعة :

1. النوع الأول Double BB with Single CB :

فى هذا النوع شكل (4) وعند الحاجة مثلا لاضافة دائرة جديدة على M-1 يمكن نقل كافة دوائر الدخول والخروج إلى M-2 بالخطوات التالية :
• غلق سكاكين الـــ Bus Coupler,BC
• غلق الــ CB الخاص الـــBC ( الان أصبح الـــ 2-BB لهما نفس الجهد)
• غلق سكاكين الدوائر الموصلة على M-2 ويلاحظ أن فرق الجهد على هذه السكاكين يساوى صفرا ومن ثم يمكن فتحها وغلقها بأمان.
• فتح سكاكين الدوائر على M-1 .
• فتح الـــ CB الخاص بالـــ BC .
• فتح سكاكين الـــ BB .

الان أصبحت جميع دوائر الدخول والخروج موصلة على الـــ BB الثانى ويصبح الاول جاهزا لاي صيانة أو إضافة تركيبات دون التأثير على الخدمة.

ويعيب هذا النوع عدم إمكانية عمل صيانة على الـــ CB الخاص بدائرة خروج دون فصل الاحمال على هذه الدائرة وتأثرها ، والوضع سيكون أسوأ إذا كانت الصيانة على الــ CB الخاص بدائرة الدخول إذا كانت هناك دائرة واحدة أو كانت الدائرة الاخرى ال تتحمل كافة الاحمال ، بمعنى أنه مفيد فقط فى صيانة الـــ BB ويعيبه أيضا استخدام ثلاثة سكاكين فصل Isolators لكل دائرة فضلاعن استخدام قاطع إضافى وهو الخاص بالـــ Bus Coupler أو عند إضافة أحمال .

2. النوع الثانى Double BB with Double CB :
فى هذه التوصيلة شكل (5) تكون دائما جميع الـــ CBs مغلقة فى الظروف الطبيعية.
و بالاضافة للميزات التى ذكرت فى النوع السابق فلدينا هنا ميزة إضافية وهى أنه فى حالة حدوث مشكلة فى الـــ CB المتصل بالــ BB الاول الخاص بالدائرة سواء الدخول أو الخروج فيمكن هنا مباشرة استخدام الـــ CB الثاني ، وهذه ميزة هامة على اعتبار أن مشاكل الـــ CB متكررة.

وهذا بالطبع مكلف جدا ويندر أن تجده فى محطات التحويل العادية ولكنه يستخدم في محطات التوليد ومحطات التحويل ذات الجهد العالي والفائق نظرا لاهمية هذه المحطات ويعيب هذا النوع بالاضافة إلى التكلفة والمساحة الكبيرتين أنه يحتاج لفصل 2CB لكل عطل وهذا يضاعف احتمالية حدوث Breaker Failure

هنكتفي بكده ونكمل حديثنا ان شاء الله عن اخر نوعين معانا في نظام Double Bus Bar وعن النظام الثالث وهو Ring System في البوست القادم .
" سبحانك لا علم لنا إلا ما علمتنا إنك أنت العليم الحكيم "