تجهيز نظام تأريض المحطات الشمسية

طلب صاحب مصنع من فني تركيب الطاقة المتجددة بناء نظام تأريض جيد لمحطّة شمسية، على أن يكون مطابقاً لمتطلبات شركة الكهرباء المحلية؛ حيث إنّ المحطّة الشمسية لم تجتاز اختبارات فحص التأريض المعمول من مهندسي شركة الكهرباء.

224 تأريض لوح التيار المتناوب ⁦(AC BOX)⁩ من خلال وصله ببسبار الإرث الرئيس في المحطة. تأريض لوح التيار الثابت ⁦(DC BOX)⁩ من خلال وصل ببسبار الإرث الرئيس في المحطة. تأريض الهيكل المعدني للألواح الشمسية. تأريض الألواح الشمسية، ووصلها بالهيكل المعدني من المكان المخصص. فحص مقاومة التأريض في المحطة الشمسية فحصاً كاملاً باستخدام جهاز ⁦(Earth Loop Tester)⁩، ومقارنها بالقيمة المطلوبة.

225

§ أناقش وجود نظام تأريض في المنظومة الكهربائية. § أناقش: تستغل أساسات المبنى، إضافة إلى إلكترودات التأريض.

أبحث عن الطرق المختلفة لتعزيز نظام التأريض في الأنظمة الكهربائية، والأنظمة الشمسية.

يعدّ نظام التأريض أحد أهمّ مكوّنات النظام الكهربائي؛ حيث يلعب دوراً أساسياً في اختيار أجهزة الحماية، إضافة إلى حماية الإنسان والأجهزة من الخطر الكهربائي، وكلمة تأريض تعني: التوصيل الجيد للأجزاء المعدنية التي لا يسري فيها تيار في الوضع الطبيعي للدارة الكهربائية مع الأرض، مثل الهيكل المعدني للألواح الشمسية. وبما أنّ الأشخاص على اتصال بالأرض، فإن ملامستهم لجسم معدني تظهر عليه شحنة كهربائية مما يعرضهم للخطر؛ بسبب تكوّن فرق في الجهد على جسم الإنسان. وبناءً عليه، فإنّه يتمّ توصيل جميع الأجزاء المعدنية بالأرض، وهو من أساليب الحماية الفعالة في النظم الكهربائية، ويُسمّى هذا الأسلوب التأريض الوقائي. وتجدر الإشارة إلى أنّ بعض الشركات الفِلَسطينية المزودة للكهرباء تعمل بنظام تأريض ⁦(TT)⁩، كما في الشكل (1) الآتي، حيث إنّ شركة الكهرباء لا تزوّد المستهلك بخطّ الإرث في هذا النظام، إنّما يكون المستهلك مُلزماً ببناء نظام تأريض خاصّ به، وتأسيسه، وعليه فإنّ لشركة الكهرباء والمستهلك نظام تأريض منفصل:

وهناك عوامل مختلفة تؤثّر على مدى فاعلية نظام التأريض، أهمها:

1. مقاومة وسيلة التأريض المستخدمة، مثل الأسلاك، والإلكترودات.
2. مقاومة التربة التي توضَع فيها.

ومع توفّر الأجهزة المناسبة التي يمكن من خلالها قياس مقاومة خطّ الإرث ومقاومة التربة، يمكن تصميم نظام تأريض فعّال، بحيث يُحقَّق الهدف الرئيس من هذين العاملين، وهو توفير أقلّ مقاومة ممكنة لمسار تيار التسريب.

1. التأريض باستخدام لحام شبكة حديد الأساسات في المبنى.
2. التأريض بالوصلة المباشرة (إلكترودات التأريض).

الإلكترودات: هي (قضبان) نحاسية، طولها نحو 150سم، تُغرَس في التربة؛ لإنشاء مسار للتيار بين نظام التأريض والأرض، وفي بعض الحالات تُستخدَم وسائل إضافية؛ لتحسين قيم التأريض، مثل الشبكات، أو الصفائح النحاسية، أو شبكة المياه. ويُستخدَم كابل تأريض نحاسي؛ لربط جسر التأريض الرئيس مع إلكترودات التأريض مباشرة باستخدام مربط نحاسي، وقد يمرّ هذا الكابل داخل أنابيب خاصّة، والشكل (2) الآتي يوضّح مكونات حفرة التأريض:

تعتمد قيمة المقاومة بين قضيب التأريض والتربة المحيطة به على مِساحة التلامس بينهما ومجال التأثير؛ لذلك يُفضل وضع قضيب التأريض عمودياً، ولكن لاعتبارات خاصّة بالتربة، مثل وجود صخور، يمكن أن يُركَّب بزاوية ميل مختلفة. وتمتلك بعض أنواع التربة مقاومة عالية؛ لذلك يُستخدَم عدد من الإلكترودات المتصلة بعضها مع بعض بكابل تأريض مدفون بمِساحة مقطعه (16ملم$^2$)، بحيث يكون السلك الواصل بينها متصلاً، ويُمنَع قطعه، كما في الشكل (3) الآتي، علماً أنّ المسافة بين الإلكترودات عادةً ما تكون (3 متر)، أو ضعف طول الإلكترود على الأقلّ.

يُعدّ نظام التأريض في محطّة التوليد الشمسيّة أمراً في غاية الأهميّة؛ حيث يؤمّن مسار جيّد للتيارات المتسربة في النظام إلى الأرض، وحماية المستخدمين من الصعقة الكهربائية، إضافة إلى أنّ لنظام التأريض أهميّةً كبيرة في حماية مكوّنات النظام من التيارات المتسرّبة، وتيار العطل، والشكل (4) الآتي يوضّح شكل لوح تأريض لنظام شمسي، ومكوناته الداخلية:

تُستخدَم علبة بلاستيكيّة للتأريض ذات درجة حماية عادية من المياه؛ كون دخول المياه إليها لا يسبّب مشكلة. ويتمّ إدخال كوابل التأريض بعد عمل فتحات، دون الحاجة إلى وصلات للكوابل، ثمّ يُثبَّت بسبار نحاسي مزوّد ببراغ؛ لتثبيت كوابل التأريض المزوّدة بنعل كابل. وتجدر الإشارة إلى أنّ الكابل الرئيس لنظام التأريض القادم من أساسات المبنى أو إلكترودات التأريض يجب أن يكون متصلاً بلوح التأريض بمِساحة مقطعه لا تقل عن (16ملم$^2$)، ويلزم وضع علامات مميّزة لكلّ كابل؛ للتعريف به. إضافة إلى أنه تُربَط الكوابل القادمة من الإنفيرتر، وألواح التيار المتناوب والثابت إلى جسر التجميع، ويُربَط أيضاً كابل من الهيكل المعدني الحامل للألواح الشمسية، وأيّ جسم معدني يوصَل بالبسبار، وجميع هذه الكوابل مِساحة مقطعها (10ملم$^2$)، كما في الشكل (5) الآتي. وفي حال مدّ قنوات أسلاك معدنية، يجب مدّ كابل تأريض مكشوف في كامل القناة بالسُّمك نفسه:

ولتأريض الألواح الكهربائية؛ تُستخدَم براغٍ مع وصلات التأريض، مع عمل وصلة تأريض بين الألواح والهيكل المعدني، كما في الشكل (6) الآتي:

1. تُقاس قيمة الأرضي باستخدام جهاز فحص التأريض ⁦(Loop Tester)⁩ الموضّح في الشكل (7) الآتي، من خلال وضعه على معايرة 200 أوم، ووضع الكابل الأحمر على مصدر الكهرباء الفاز، والكابل الأخضر على بسبار التأريض، ثمّ الضغط على كبسة ⁦(Test)⁩، ويُراعى أن يكون مصدر الكهرباء (الفاز) مباشرة (دون وجود قاطع التسريب الأرضي)، وبعد ذلك تُقرَأ القيمة وتُقارَن بقيمة التأريض المطلوبة من الجهة المختصة.
2. وتجدر الإشارة إلى أنّ قيمة المقاومة يجب أن تتراوح بين (2 - 5) أوم لأنظمة الطاقة الشمسية المنزلية، وأنّ كلّ شركة توزيع لها قوانين خاصّة بها لمقاومة نظام التأريض:

نشاط عملي: أجهّز لوح تأريض لمحطّة شمسية كاملة من خلال تأريض الألواح الشمسية وألواح التجميع من خلال ربطها بنظام تأريض رئيس، ثمّ أفحص مقاومة التأريض للنظام باستخدام جهاز ⁦(Earth Loop Tester)⁩.

1. أوضّح المقصود بالتأريض في الأنظمة الكهربائية.
2. أكمل الفراغات فيما يأتي:

• العوامل المؤثرة على مدى فاعلية نظام التأريض: ___، و____.
• مِساحة مقطع كابل التأريض الرئيس: __.

3. ما الهدف من تطبيق فحص التأريض؟
4. أذكر اسم الجهاز المستخدم في فحص نظام التأريض، موضحاً طريقة الفحص.

أ. د. مروان عورتاني د. بصري صالح أ. ثروت زيد