كيف يتم تأريض الكابلات الارضية لنقل القدرة الكهربائية او الطاقة الكهربائية ؟
ج : تأريض منظومة الكابلات الارضية أحادية القلب لنقل القدرة الكهربائية لا يخفي على المختصين في هندسة القدرة الكهربائية أهمية تأريض منظومة توليد ونقل وتوزيع القدرة الكهربائية.?من حيث تحقيق الأمان للعاملين في مجال التركيبات وكذلك عمليات الصيانة وحتى حماية الجمهور العام فيما يعرف بالحماية الوقائية (Safety Earthing) ومن أهداف التأريض أيضا الحفاظ على عدم ارتفاع الجهود على الشبكة وتوفير نظم حماية لمكونات الشبكة الكهربائية والمحافظة على استمرارية تدفق الطاقة وتوفير الاتزان لها كذلك إنشاء ما يعرف بتأريض نقطة التعادل (Neutral Earthing).
وتعتبر الكابلات الارضية لنقل القدرة الكهربائية من أهم العناصر التي تحتويها شبكات نقل وتوزيع القدرة الكهربائية ولذلك وجب الاهتمام بها من حيث زيادة عمرها والحفاظ عليها من الانهيارات التي قد تحدث لها نتيجة لارتفاع درجة الحرارة أو زيادة الجهود.
زيادة الجهود في الغلاف المعدني الخارجي للكابلات :
تظهر في الكابلات الأرضية أحادية القلوب جهد زائدة نتيجة لمرور تيار الحمل في الموصلات أو في حالة حدوث قصر ما يتسبب في ظهور جهود على الغلاف الخارجي للكابل (Induced Voltages) وبالتالي مرور تيار في هذا الغلاف الخارجي يتسبب في حدوث فقد في القدرة على الغلاف المعدني الخارجي(metallic Sheat) وارتفاع في درجة حرارة الكابل قد يتسبب في انخفاض السعة التيارية للكابل أو حتى حدوث انهيار حراري للعازل.
وقد يتسبب الجهد المتواجد في الغلاف الخارجي للكابل في حدوث صدمات كهربية للعاملين ولذلك تتناول هذه المقالة طريقة تأريض الغلاف الخارجي للكابلات الأرضية للتقليل من تأثيرالجهود الزائدة على الغلاف المعدني للكابل وكذلك التيارات الناشئة عن هذه الجهود.
تظهر في الكابلات الأرضية أحادية القلوب جهد زائدة نتيجة لمرور تيار الحمل في الموصلات أو في حالة حدوث قصر ما يتسبب في ظهور جهود على الغلاف الخارجي للكابل (Induced Voltages) وبالتالي مرور تيار في هذا الغلاف الخارجي يتسبب في حدوث فقد في القدرة على الغلاف المعدني الخارجي(metallic Sheat) وارتفاع في درجة حرارة الكابل قد يتسبب في انخفاض السعة التيارية للكابل أو حتى حدوث انهيار حراري للعازل.
وقد يتسبب الجهد المتواجد في الغلاف الخارجي للكابل في حدوث صدمات كهربية للعاملين ولذلك تتناول هذه المقالة طريقة تأريض الغلاف الخارجي للكابلات الأرضية للتقليل من تأثيرالجهود الزائدة على الغلاف المعدني للكابل وكذلك التيارات الناشئة عن هذه الجهود.
وتعتمد هذه الدراسة على المواصفات القياسية العالمية ICE 60287 وفي ظل الحاجة المتزايدة لاستخدام الطاقة الكهربائية وتزايد الاعتماد على الكابلات الأرضية فإنه يتم استخدام الكابلات احادية القلوب (Single Care Cables) بدلا من الكابلات ثلاثية القلوب (three core cables) وذلك لنقل كمية أكبر من الطاقة الكهربائية مما يتسبب في ظهور الجهود الزائدة على الغلاف الخارجي للكابل (Induced voltage) وكذلك مرور تيار في الغلاف الخارجي (Sheeth current) وبالتالي يتسبب في حدوث انخفاض في السعة التيارية للكابل وحدوث انهيار حراري للعزل الكهربي وكذلك انهيار الغلاف غير المعدني للكابل Cable Jacket أو تآكل للغلاف المعدني.
ولتقليل الفقد في الغلاف المعدني للكابل يتم استخدام العديد من الطرق لتوصيل الغلاف الخارجي بالأرض .
طرق توصيل الغلاف الخارجي بالأرض
قدمت المواصفات القياسية IEEE 575 شرحا للطرق المختلفة لتأريض الغلاف الخارجي للكابل ويمكن الاشارة إليها كما يلي:
أ - تأريض الغلاف الخارجي للكابل من طرفيه(Sheeth bonded at two points solid) في حالة تأريض دوائر الكابلات أحادية القلب (Single Core) ثلاثية الأوجه مباشرة إلى نظام التأريض (Solid bonding)
- وهذه الطريقة تحافظ على امتداد مسار الكابلات وتؤدى الى عدم مرور تيار الغلاف المعدنى ومن ثم عدم ارتفاع درجة حرارتة نتيجة لعدم فقد فى الطاقة من خلال الغلاف المعدنى حرارتة نتيجة صيانة ونظرا لزيادة الجهد على احد طرفى الكابلات وغير المؤرضة فانه يفضل استخدام ما يعرف بمثبت جهد الغلاف المعدنى ( Sheath voltage limier SVL) فى الجهة غير المؤرخة من الكابلات وبالاضافة لحماية الغلاف المعدنى للكابلات من زيادة الجهد الناتج عن تيار التحمل فانه يوفر حماية الكابلات من زيادة الجهود الناتجة عن الصواعق الكهربية وكذلك الموجات الناتجة من عمليات فتح الدوائر الكهربية (surges Switching) وكذلك زيادة الجهود على الغلاف المعدنى نتيجة حدوث زيادة كبية فى تيار الحمل فى حالة حدوث فقد.
- لتحويل SVL بدائرة كابلات احادية القلوب من جهة الطرف غير المؤرض. ويفضل استخدام طريقة التأريض من طرف واحد فى الكابلات القصيرة والتى يصل طولها فقط الى عدة مئات من الامتار.
ب- تأريض الغلاف الخارجى للكابلات من منتصفها.
- فى هذه الحالة فان الغلاف المعدنى لدائرة الكابلات الثلاثية احادية القلوب يتم توصيلة مباشرة بالارض عند منتصف مسار الكابل وتساعد هذه الطريقة على تقليل الجهد فى الغلاف الخارجى للكابل الى النصف .
ج- تأريض الغلاف الخارجى للكابلات بطريقة ( Sheath Sectionalizing Joints)
- وتستخدم هذه الطريقة بتقسيم الغلاف الخارجى للكابلات الارضية احادية القلوب المكونة للدائرة ثلاثيى الاوجه الى اجزاء وعمل وصلات يتم توصيلها بالارض عن طريق وحدات محدد جهد الغلاف المعدنى (ٍSheath voltage Limiter Svl ). ويستخدم موصل لتوصيل ارضى محدد جهد الغلاف المعدنى SVL يعرف ب ( Earth Continuity Conductor ecc) .
- (Cross bonding System) اول عدد يقبل القسمة على ثلاثة وفى هذه الطريقة يتم تقسيم الغلاف الخارجى المنظومة الكابلات الارضية الى ثلاثة اجزاء متساوية او الى عدد يقبل القسمة على ثلاثة ( ستة اجزاء أو تسعة أجزاء ------) وعمل وصلات فتكون الزيادة فى الجهود على كل جزء متساوية ثم يتم تبادل توصل الاوجه وبالتجميع على طول دائرة الكابلات يكون محلة الجهود على طرفى دائرة الكابلات تساوى صفر وذلك لتساوى الجهود فى القيم مع وجود 120 درجة اختلاف فى الاتجاه .
- وغالبا ما يصعب تقسيم الغلاف المعدنى للكابلات الى اجزاء تقبل القسمة على (3) أو كمضاعفاتها مما ينشأ عنه وجود زيادات فى ارتفاع الجهود على الغلاف الخارجى للمنظومة.
- الكابلات المستخدمة احادية القلوب نتيجة لعدم التماثل فى تقسيم اطوال الكابلات وكانت حتى الان الطريقة المفضلة فى تأريض الكابلات ذات المسافات الطويلة لانها تساعد بشكل كبير على تقليل قيمة التيار المار فى الغلاف الخارجى للكابلات يعتمد اساسا على طول الكابل وطريقة تقسيم هذه الطريقة على طبيعة مسار الكابلات بالاضافة لتكلفة عمل الوصلات والتقاطعات (Junctions) على امتداد مسار الكابل واجهزة الحماية الخاصة بها ولذلك يجب المقارنة بين تكلفة فقد الطاقة فى الغلاف الخارجى للكابل وتكلفة تقسيم الغلاف الخارجى للكابل على افتراض ان عمر الكابل حوالى 30 سنة ومع الاخذ فى الاعتبار ان الحد من التيار المار فى الغلاف الخارجى للكابل يؤدى الى صفر مساحة مقطع موصلات الكابل الحاملة لنفس التيار
- وعلى سبيل المثال فان هذه الطريقة تكون اقتصادية للكابلات ذات مساحة مقطع 500 مم2 واكثر بطول 3 كيلو مترات فأكثر .
د - تقسيم الغلاف الخارجى للكابل مع تبادل موصلات قلوب الكابلات :
بالاضافة الى تقسيم الغلاف الخارجى للكابلات الارضية احادية القلوب بالطريقة السابقة فانه يتم عمل تبادل لوصلات قلوب الكابلات بعد تقسيم اطوالها الى اجزاء تقبل القسمة على 3 أو مضاعفاتها.
?العوامل المؤثرة على الفقد فى الغلاف الخارجى للكابلات احادية القلوب .
تتوقف قيمة الفقد فى الغلاف الخارجى للكابلات احادية القلوب على عدة عوامل اهمها :
طريقة تأريض الغلاف المعدنى للكابل كما سبق ذكره.
طريقة مد الكابل فى التربة فاما تمد الكابلات على شكل مثلث يعرف ب TreFoil او ان تمد الكابلات متجاوزة فى مستوى افقى يعرف ب Flat Formation وفى كل من الحالتين فان التيار المار فى الغلاف الخارجى يختلف من حيث القيمة وبالتالى فان الفقد فى الغلاف المعدنى هو الاخر .
بالاضافة الى تقسيم الغلاف الخارجى للكابلات الارضية احادية القلوب بالطريقة السابقة فانه يتم عمل تبادل لوصلات قلوب الكابلات بعد تقسيم اطوالها الى اجزاء تقبل القسمة على 3 أو مضاعفاتها.
?العوامل المؤثرة على الفقد فى الغلاف الخارجى للكابلات احادية القلوب .
تتوقف قيمة الفقد فى الغلاف الخارجى للكابلات احادية القلوب على عدة عوامل اهمها :
طريقة تأريض الغلاف المعدنى للكابل كما سبق ذكره.
طريقة مد الكابل فى التربة فاما تمد الكابلات على شكل مثلث يعرف ب TreFoil او ان تمد الكابلات متجاوزة فى مستوى افقى يعرف ب Flat Formation وفى كل من الحالتين فان التيار المار فى الغلاف الخارجى يختلف من حيث القيمة وبالتالى فان الفقد فى الغلاف المعدنى هو الاخر .
- المسافة بين كل كابل والاخر .
- المادة المصنوع منها الغلاف المعدنى حيث تتوقف قيمة التيار المار فى الغلاف المعنى على مقاومة المادة المصنوع منه وبالتالى على الفقد فى غلاف الكابل وكذلك على سمك الغلاف المعدنى .
- قيمة التيار المار فى موصل الكابل فكلما زاد التيار ادى الى زيادة الجهد الناشئ على الغرف وزيادة التيار المار فى الغلاف الخارجى للكابل .
- يختلف الفقد الخارجى فى الغلاف الخارجى للكابل المسلح (Armored Cable) عنه فى الغلاف الخارجى للكابلات غير المسلحة ويمكن الرجوع فى ذلك للمواصفات القياسية العالمية IEC60287 .