شرح التأريض ونظام الأرضى وأنواعه ومكوناته وطرق قياس مقاومة الأرضي وتقليل قيمتها

الطرق المختلفة لتقليل مقاومة التأريض

بعد الانتهاء من تأريض المبنى واللوحات العمومية والفرعية يتم قياس مقاومة التأريض بواسطة أجهزة خاصة بذلك فإذا وجد انها تزيد عن الحد المسموح به فانة يلزم خفض هذة القيمة باستخدام طريقة معينة من الطرق التالية 

1) زيادة قطر إلكترود التأريض

زيادة قطر إلكترود التأريض ينتج عنها زيادة المساحة المعرضة من الإلكترود لملامسة التربةوبالتالي إنخفاض مقاومة التأريض

 زيادة قطر الإلكترود لا يتبعها خفض ملموس في مقاومة التأريض حيث أن زيادة قطر قضيب التأريض إلي الضعف سوف ينتج عنه إنخفاض مقاومة التأريض بمقدار 10% فقط بالإضافة إلي انه لا يفضل استخدام أقطار أكبر من 18مم حتى يستطيع الإلكترود اختراق الارض.

2) زيادة طول قضيب التأريض

ان الوصول لأعماق 10- 12 مترأوأكثر يؤدي أحيانا إلي الوصول لطبقات في الأرض ذات توصيلية جيدة،هذا النوع من التأريض يعمل في الأماكن الرملية .

ان الأحجام القياسية للإلكترود تترواح من متر إلى 1.5 متر بقطر 16 مم ويكون على شكل قضيب من النحاس أو الصلب الملبس بالنحاس ،في حالة دفع الإلكترود مسافات عميقة يفضل ان يكون الإلكترود مفكك وكلما دفع جزء يضاف الآخر بواسطة وصلة ميكانيكية لضمان إستمرارية التوصيل حيث يتم ربط أكثر من قضيب عن طريق جلبه وصل coupling من نفس المعدن للحصول على الطول المناسب ورغم ان الطول المناسب استخدامه هو 240 سم للتربة العادية إلا انه يمكن زيادة هذا الطول إلي 5 متر لانواع التربة الرديئة.

زيادة طول إلكترود التأريض إلي الضعف ينتج عنه إنخفاض في مقاومة الأرضي بمقدار 40 %

زيادة طول قضيب التأريض

3) زيادة عدد إلكترودات التأريض 

تعتبر هذه الطريقة هى الأكثر فعالية فى خفض قيمة مقاومة التأريض من بين الطرق السابقة حيث يمكن استخدام أكثر من إلكترود مدفون في الأرض على مسافات متساوية وذلك للحصول على أفضل قيمة ممكنة لمقاومة التأريض.

زيادة عدد إلكترودات التأريض

ويجب أن تكون المسافة بين إلكترودات التاريض تساوي طول الإلكترود الواحد ويفضل أن تصل إلي الضعف علي ألا تقل المسافة بين أي إلكترودين عن 180 سم (طبقا لكود NEC) 

 

  - دفن إلكترودين في التربة (لهما نفس القطر وعلي أعماق متساوية) سوف ينتج عنه إنخفاض في مقاومة الأرضى بمقدار 40 %

 - أما دفن ثلاثة إلكترودات في التربة علي مسافات متساوية ومناسبة سوف يقلل مقاومة الأرضي بمقدار 60 %

 - وفي حالة دفن أربعة إلكترودات في التربة سوف تقل مقاومة الأرضى بمقدار 66 %

ملحوظة :-

•  يجب ترك مسافة لا تقل عن 1.5 متر بين إلكترودات التأريض وأي مبني مجاور من أجل أعمال الحفر والصيانة لأعمال الأرضي 
•  يجب أن يتم دفن موصل أو سلك الأرضي الذي يربط بين الإلكترودات المدفونة في الأرضي علي عمق لا يقل عن 50 سم 

طرق توصيل أكثر من إلكترود لخفض مقاومة الأرضي

1- توصيل الكترودين 

2- توصيل عدد (3)  إلكترودات على شكل مثلث متساوى الأضلاع (ضلعه 3 م)

3 - توصيل عدد (4) إلكترودات على شكل مربع 

طرق توصيل أكثر من إلكترود

ملحوظة : يفضل ان يكون سلك التأريض الذى يربط بين الإلكترودات من النحاس العارى bare cupper conductor وذلك لضمان أفضل توصيلية بين الموصل والأرض

طرق وضع قضبان التاريض

- يتحدد وضع قضبان التاريض على نوعية التربه طينيه أو رمليه أو صخرية

- طبقا لكود NEC يلزم دفن إلكترود التأريض رأسيا في الارض بحيث لا يقل عمق الدفن عن 2.44 متر حيث يمكن دفن القضيب كاملا أوترك جزء منه أعلي سطح الأرض ويكون محمياً بغرفة أرضي earth pit كي لايتعرض للتلف

- أما في حال وجود الارض الصخرية بالقرب من سطح الأرض وتعذر دفن إلكترود التأريض إلي العمق المطلوب ( 2.44 متر) فيمكن وضع الألكترود مائلا بزاوية 45 درجة  بحيث لا يقل الجزء المدفون منه عن 2.44 متر .

- أما إذا كانت الأرض الصخرية قريبة جدا من سطح الأرض فيمكن دفن الإلكترود أفقيا في خندق علي عمق لا يقل عن 75 سم .

4) المعالجة الكيميائية للتربة

تعالج التربة المحيطة بقضيب التأريض كيميائيا إذا لم نتمكن من خفض المقاومة بالطرق السابقة وتتم المعالجة بأحد الطرق التالية :-

- عمل حفرة مجاورة لقضيب التأريض وتبعد عنه بمسافة لا تزيد عن 10 سم وتملأ بأملاح كبريتات المغنسيوم أو كبريتات النحاس أو كلوريد الصوديوم حتى منسوب30 سم من سطح الأرض والكمية التي يفضل وضعها تكون في حدود 18 إلي 40 كيلو جرام من مادة كبريتات النحاس لرخص ثمنها وجودة توصيلها الكهربائي ويستمر مفعول هذة الكمية لمدة سنتين ثم يكرر وضعها مرة أخرى .ويتم غمر بئر التأريض في بادئ الأمر بالماء حتى يساعد على تسرب المواد الكيميائية للتربة أما بعد ذلك فان مياة الأمطار كافية للقيام بهذه العملية .
ويصعب تنفيذ هذه الطريقة في حالة عدم توافر فراغ كافي بجوار قضيب التأريض.

تنفيذ بئر أرضي

- يتم فى هذه الحالة عمل حفرة بالأرض ثم يتم وضع إلكترود التأريض بمقطع لا يقل عن 16 مم وبطول 1.5 متر أو أكثر حسب التصميم فى منتصف الحفرة تماما ويدق عليه للتثبيت ويتم لحام طرفة السفلى مع لوح من النحاس بينما يكون طرفه العلوى أسفل غرفة التفتيش 

- مواصفات غرفة التفتيش Earth pit

غرفـة التفتيش تبنى بأبعاد داخلية 40 × 40 × 50سم وسماكة جدران وأرضية 10سم من الخرسانة العادية مع وضع زاوية حديد 30 × 30 × 3مم على طول محيط غرفة التفتيش من الأعلى حيث تغطى بغطاء من حديد الزهر الثقيل أو الخرسانة المسلحة .

- يتم ردم الحفرة حول اللوح النحاسي بتربه ناعمة أولا ثم يتم وضع كميات من ملح الطعام ومسحوق الفحم بالمقادير المناسبة بحيث تجعل مقاومة الأرضي لا تزيد على 5أوم . وبحيث لا يكون ملح الطعام ومسحوق الفحم على تماس مع اللوح النحاسي أو قضيب الأرضي ثم يكمل ردم الحفرة بالتراب .

- يتم وضع انبوبة (ماسورة) من الحديد المجلفن قطر 2.5 بوصة بجانب قضيب الأرضي نهايتها العلوية على منسوب أرضية غرفة التفتيش ونهايتها السفلية بجوار اللوح النحاسي وذلك لصب الماء فيها وترطيب الأرض حول اللوح النحاسي. 

- يتم ربط سلك التأريض الرئيسي بمقطع 70مم2 من النحاس العاري من لوحة التوزيع أو من محطة التحويل إلي قضيب التأريض ضمن غرفة التفتيش بواسطة مربط خاص من النحاس .

تنفيذ بئر أرضي

استخدام مادة البنتونايت Bentonite في تقليل مقاومة الأرضي

وهى مادة شبيهة بالأسمنت تصل المقاومة النوعية لها إلى أقل من 3 أوم.متر ويمكنها إمتصاص كمية من المياه تصل إلى 5 أضعاف حجمها مما يساعد فى تقليل مقاومة الأرضى بشكل فعال إضافة الى مقاومتها النوعية المنخفضة جدا

 خصائص مادة البنتونايت 

يتميز البنتونايت بالخصائص التالية :

 1) البنتونايت له قدرة عالية علي إمتصاص الماء حيث عند خلطة بكمية من المياه سوف يقوم البنتونايت بإمتصاص ما يقرب من 5 أمثال وزنه من الماء كما سوف يزداد حجمه بمقدار 30 مثل حجمه الأصلي وبالتالي تزداد مساحة الإتصال بين إلكترود التأريض والتربة المحيطه به مما يساعد علي تقليل مقاومة الأرضى. 

 2) البنتونايت من المواد المستقرة التي لا تتغير خصائصها بمرور الزمن .

 3) البنتونايت من المواد الفعالة إقتصاديا حيث بإستخدام كميات قليلة ومناسبة من البنتونايت يمكننا الوصول إلي المقاومة المطلوبة للأرضي .

 4) تعتمد المقاومة النوعية resistivity للبنتونايت علي محتواه من الرطوبة حيث قد تتراوح قيمة المقاومة النوعية للبنتونايت من 3 أوم.متر (في الوضع الرطب) وتزداد لتصل إلي 18 أوم.متر (في الوضع الجاف)

 5) لا يتسبب البنتونايت فى تآكل أو صدأ قضيب التأريض بل ويعمل علي حمايته.

 5) لا يفضل استخدام البنتونايت في المناطق الجافة.

طريقة إستخدام البنتونايت في تقليل مقاومة الأرضى 

أولا : إستخدام البنتونايت في حالة الحفرة borehole

طريقة الإستخدام :

1) عند الموقع المراد دق الإلكترود فيه ، يتم حفر حفرة بعرض من 75 سم إلي 100 سم وبعمق يتم تحديده بواسطة مصمم نظام الأرضي .

 2) يتم دفع الإلكترود رأسيا في منتصف الحفرة مع مراعاة أن يكون رأس الإلكترود عند الموضع الصحيح لتوصيل سلك أو موصل الأرضي. 

 3) يتم ملأ الحفرة بمادة البنتونايت بعد خلطه بكميات مناسبة من المياه (بنسبة 1:2)

  ثانيا : إستخدام البنتونايت في حالة الخندق trench

طريقة الإستخدام :

1) عند الموقع المراد دق الإلكترود فيه ، يتم حفر خندق بعرض من 20 سم إلي 30 سم وبعمق 60 سم أو العمق الذي يتم تحديده بواسطة مصمم نظام الأرضي .

 2) يتم ملء قاع الخندق بطبقة من مادة البنتونايت (بعد خلطها بكميات مناسبة من المياه) بسمك من 25 إلي 50 سم ويتم وضع لوح التأريض earth plate أو شريط التأريض earth strip أفقيا داخل طبقة البنتونايت مع التأكد أن اللوح أو الشريط ليس بعيدا داخل الطبقة.

 3) يتم ملأ الحفرة بطبقة أخري من مادة البنتونايت (المخلوطة بالماء) بسمك من 25 إلي 50 سم ويلزم التأكد من أن لوح أو شريط التأريض مغطي تماما داخل طبقة البنتونايت.

 4) يتم ملء باقي الخندق بالتراب الناتج  من الحفر مع دك التراب جيدا

 

استخدام مادة (GEM) في تقليل مقاومة الأرضي

وهى من أكثر المواد فعالية فى تخفيض مقاومة الأرضى خصوصا فى الأراضى ذات الطبيعة الصخرية أو الرملية والأماكن ذات المساحة المحدودة للغاية والتى يصعب معها استخدام الطرق التقليدية لتقليل مقاومة الأرضى 

 خصائص مادة GEM 

 1) تعتبر  GEM مادة ذات توصيلية عالية جدا ولها قدرة عالية علي تحسين فعالية نظام الأرضي وتقليل مقاومته بشكل كبير خصوصا في الأماكن ذات التربة قليلة التوصيل  مثل التربة الصخرية والرملية وعند قمم الجبال كما له القدرة علي حل مشاكل الأرضي الأكثر تعقيدا.

 2) تتكون مادة GEM من أسمنت بورتلاندي والذي يتماسك في غضون ثلاثة أيام ويتصلب تماما في فترة تصل إلي 28 يوما ويصبح في النهاية أسمنت قليل التوصيلية ودائم ولا يحتاج لأي صيانة.

 3) تقوم مادة GEM بتقليل قيمة مقاومة الأرضى إلي أقل قيمة ممكنة وتحافظ علي تلك القيمة طوال فترة عمر نظام الأرضي دون تغيير.

 4) لا تؤثر مادة GEM علي التربة بأي شكل لعدم إحتواءها علي أي مواد كيميائية قد تتسبب في تلوث التربة أو المياه الجوفية.

 5) تحافظ مادة GEM علي توصيليتها المنخفضة بشكل دائم بدون الإعتماد علي تواجد مستمر للمياه أو الرطوبة بالتربة.

 6) تحتفظ مادة GEM بخصائصها بشكل دائم دون أن تتحلل أو تذوب أو تتسرب من التربة.

 7) مادة GEM سهلة الإستخدام ولا تحتاج إلي مواد خاصة لإستخدامها ولا تتطلب أي عمليات صيانة أو تغيير.

 8) مادة GEM لا تسبب الصدأ حيث تعمل علي تكوين طبقة حول الإلكترود تعمل كحاجز تمنع تعرضه للصدأ.

 9) تعمل مادة GEM بشكل فعال في جميع أنواع التربة بصرف النظر عن نسبة الرطوبة أو المياه في التربة.

 10) قيمة التوصيلية resistivity لمدة GEM منخفضة للغاية تصل إلي 0.02 أوم.متر (وهي تمثل نسبة 1 % من توصيلية البنتونايت)

 11) تستخدم مادة GEM في الأماكن التي يصعب فيها دفع الإلكترود إلي أعماق كبيرة أو في الأماكن محدودة المساحة والتي يصبح فيها إستخدام الطرق التقليدية لتقليل مقاومة الأرضى غير فعالة.

 12) يمكنها الحفاظ على قيمة ثابتة لمقاومة الأرضى اطول فترة ممكنة ولسنوات عديدة

مادة البنتونايت Bentonite material

  طريقة إستخدام مادة GEM في تقليل مقاومة الأرضى 

أولا : إستخدام مادة GEM في حالة الحفرة borehole

طريقة الإستخدام :

1) عند الموقع المراد دق الإلكترود فيه ، يتم حفر حفرة بعرض 7.5 سم وبعمق أقل من طول الإلكترود بمقدار 15 سم تحديده بواسطة مصمم نظام الأرضي .

 2) يتم وضع الإلكترود رأسيا في منتصف الحفرة ودفعه في قاع الحفرة لمسافة 30 سم وبالتالي يصبح مستوي رأس الإلكترود أقل من مستوي سطح الأرض بمقدار 15 سم وفي هذه اللحظه يتم توصيل سلك الأرضي إلي رأس الإلكترود. 

 3) يتم خلط مادة GEM بكمية مناسبة من المياه( يتم استخدام كمية مياه من 5.7 إلي 7.6 لتر لكل شكارة GEM)   4) يتم ملء الفراغ حول الإلكترود بكمية مناسبة من خليط ال GEM مع التأكد من عدم وجود فقاعات أو فراغات داخل الخليط.

 5) إنتظر مدة مناسبة (من 30 دقيقة إلي ساعة) ثم إملأ باقي الحفرة بالتراب الناتج من الحفر مع دكه جيدا.

  ثانيا : إستخدام مادة GEM في حالة الخندق trench

طريقة الإستخدام :

1) 1) عند الموقع المراد دق الإلكترود فيه ، يتم حفر خندق بعرض 10 سم وبعمق 76.2 سم (30 بوصة) أو بعمق يتم تحديده بواسطة مصمم نظام الأرضي .

 2) قم بخلط مادة GEM بكمية مناسبة من المياه بإستخدام خلاطة أسمنت أو صندوق للخلط أو وعاء مناسب ( يتم استخدام كمية مياه من 5.7 إلي 7.6 لتر لكل شكارة GEM) 

 3) قم بتغطية قاع الخندق بطبقة من خليط GEM بسمك 2 سم .

 4) إنتظر فترة من 15 حتي 20 دقيقة حتي تتماسك وتصلد طبقة ال GEM ثم قم بوضع سلك الأرضي فوق طبقة ال GEM. 

 5) ضع طبقة أخري من ال  GEM بسمك 2 سم مع التأكد أن سلك الأرضي قد تم تغطيته تماما.

 6) إنتظر فترة من 30 دقيقة إلي ساعة ثم إملأ باقي الخندق بالتراب الناتج من الحفر.