**حماية ابراج الضغط العالى الهوائية الناقلة للقدرة الكهربائية ضد الصواعق البرقية الرعدية **
وضد عوارض الاخطاء العابرة من تدميرها
اعداد المهندس / محمود العقاد بقسم القوى الكهربائية وتكنيك الضغط العالى بهندسة شبرا جامعة الزقازيق والدراسات العليا جامعة الازهر والمدير العام بمديرية الطرق والنقل بمحافظة القاهرة وعضو جمعية المهندسين 3555 ونقابة المهندسين 7778/10 .
انشئت محطات توليد القدرة ذات الجهد العالى بنظام جمهورية مصر العربية لضخ القدرة الكهربائية الفعالة من المحطة الرئيسية الى محطات الضغط المنخفض بادئة بجهد عالى قدرة 500 ك . ف - 380 ك ف - 220 ك ف - 110 ك.ف / 66 ك.ف / 11 ك . ف / 380 فولت / 220 فولت 50 ذبذبة لنقل الطاقة الى المستفيدين منها بالمدن ويتم نقلها على ابراج ذات هياكل حديدية متينة التركيب ترتكز على اربعة قوائم هى ارجل البرج ومجهز للنقل الهوائى باساليب الحماية المختلفة ضد الظواهر الطبيعية كالبرق وضربات تيارة وجهدة العاليان لتدميرموصلات وعوازل وقمم الابراج وهما مدمران للبرج على طول مسارها من المحطة المولدة للضغط العالى الى حتى محطات الضغط المتوسط 33 كيلو فولت و11 كيلو فولت / 380 فولت / 220 فولت ضغط متوسط / منخفض وهو نظام اساسى شائع الاستخدام دولى فى كل انحاء العالم .
ويبين الشكل رقم (1) برج الضغط العالى كنموذج من النماذج المثالية لتلك الابراج .
الشكل رقم (1) يبين برج ضغط عالى مفصلة فية الاجزاء المختلفة الهامة بالهيكل الحديدى
واليك تفاصيل موضوع حماية منظومة الابراج الناقلة للقدرة الكهربائية هوائيا للضغط العالى من المحطة الى المستهلك بالمدن المختلفة بجمهورية مصر العربية بالادوات المختلفة للحماية ونظم الحماية والتى تعمل خصيصا على تفريغ تيار وجهد العوارض الكهربائية المسببة للاخطاء التى تعطل اداء ارسال نظام الابراج للقدرة الى المستهلكين بضربها للابراج والتى تطرأ على نظام النقل الهوائى للابراج وتتمثل فى العديد من الاساليب التى سنوردها فى الدراسة لحماية الابراج الهوائية ضد عوارض كهربائية مدمرة تمر لحظيا بالبرج وتحدث ضاربة العوازل والموصلات الحاملة على ازرعة الحديدية القدرة من المحطة الى المدن اتلافات عديدة حيث مستهلكى الطاقة عند طرف محطات الضغط المتوسط والمنخفض كالبرق والكورونا وخطأ التلامس الارضى للموصلات والموجات التوافقية الرنينية المركبة والبسيطة بدراجاتها الفردية والزوجية التى تنشأ من معامل قدرة غير فعالة ردىء .
لذا كان امرا ضروريا ومدروسا ومصمما تصميما تكنيكيا كهربائيا خاصا لحماية الموصلات الناقلة للقدرة على الابراج هوائيا بالطرق المختلفة وهى ذا اهمية كبرى لضمان سلامة استمرار الابراج لنقل الطاقة الكهربائية الى المدن دون اعطال او انقطاع وكان جديرا ان يذكر كيف تعمل ادوات الحماية لتلك الابراج ضد احتمالية ارتفاع جهد الارض بعد اصابتها بنوبات البرق ودوراتة الحاملة للتيار والجهد العاليان المدمران من جو الطبيعة المحيطة بالابراج والمستمرة من اعلاة ضاربة قمتة وحتى قاعدتة عند حدوث الخطأ العابر عليها اللحظى المدمر للموصلات او عوازلها الحاملة لها على ازرعة الحديدية على الجانبين والتى هى بدون الحماية باسليبها المختلفة يعتبر تيارة وجهدة حتميان علينا لابد من التخلص منهما وتسريبهما الى الارض المقام عليها البرج والتى تعد اى الارض من اهم الوسائل التى تمهد لتيار وجهد الخطأ العابر ممرا تنزج الية دون رجوعها الى الهيكل الحديدى للبرج مرة اخرى فتكن تصميمات الحماية حينذا معكوسة مدمرة سيئة ان ارتفعت مقاومة النظام الارضى لحماية البرج الى حد الفشل اى اعلى من 25 اوم وانما لابد وان تصمم قيمتها بحيث لا تتعدى عند اى نقطة بقمة او قاعدة ارضى البرج مطلقا 22 اوم كهربى لسهولة تسريب التيار الكهربى الى الحصيرة الارضية على قاعدة البرج وغير ذلك انما يعتبر هو فشل الوسائل التى تحمى البرج وقدرتة من الضياع والدمار والانقطاع عن توصيل القدرة الى طرف المسهتلك عند الضغط المتوسط والمنخفض .
وتعود حقيقة الفشل فى ارسال القدرة من المحطة للابراج الهوائية الحاملة لها مسافات طويلة قد تصل الى 1500 كيلومترات الى اسباب عديدة نوجزها فيما يلى :-
-
سوء الحالة الجوية وتحدث بسببها ضربات البرق من السحب المشحونة بسماء صفوف الابراج اعلى مسارها (بتيارات عالية وجهود تعمل على تدمير عوازال وموصلات البرج الهوائى وهذا الخطأ يقع بفعل الطبيعة ) فتندفع تيارات كبيرة القيمة الى الارض من قمتة وخلال العوازل الحاملة لموصلات الطاقة الكهربائية وبحماية فاشلة او تغيير مفاجىء لتوقعات سوء الاحوال الجوية او خطأ ما تفشل ادوات البرج فى رد التيار الكهربى للبرق والجهد العاليان لنقل القدرة خلال موصلاتها . ولا تعد قادرة على تفريغ الخطأ العارض الى نظام الارضى اسفل قاعدة البرج وخلال ارجل البرج فيعود التيار الكهربى بجهد اعلى الى منطقة الاصابة من البرق لفشل فى تفريغ التيار الكهربى العارض لحظيا بقمة البرج وبجهد أعلى مما ينقلة البرج بجهدة وتيارة الكهربى من المحطة الاساسىية للقدرة الى البرج حيث تعود دورات تيار البرق مرة اخرى الى منطقة اصابتة اولا مرة اخرى لفشل تفريغ الحصيرة الارضية بمقاومة كهربائية ناجحة ويصيب العوازل والموصلات بتدمير وانهيار اويحدث كسر وانهيار وانصهار لها مما يؤدى لحدوث تلامس الخطوط مع الارض عبر حديد البرج ويفشل فى ضخ القدرة هوائيا من المحطة الى الطرف المستقبل وتنقطع الخدمة عن طرف الضغط المنخفض لامداد المستهلكين بالقدرة بالمدن . وتعد الدراسات الجوية للارصاد بالصلة مع مهندسى تصميم النظام الهوائى لنقل القدرة على الابراج الحديدية من اهم عوامل الدراسات الناجحة لتجنب حدوث فشل الحماية عند توقعات خاطئة بالدراسات الفاشلة لعدم وجود نظرية التوقع والاحتمال الضمنية للتصميمات لحدوث البرق والكورونا بالطبيعة المحيطة بمنطقة مسارات الابراج ويقع نجاح المهمة بالاتفاق مع رجال العمل بالارصاد الجوية بدراسة الاحوال الجوية اولا بالمنطقة قبل تركيب الابراج وتجنب المناطق النشطة للصواعق بمسارات الابراج ضمنيا بالتصميمات الكهربائية لمهندسى ابراج الضغط العالى ومحطات التوليد المرسلة للقدرة عبرها .
-
ظاهرة الكورونا وتحدث وقت الفجر بين الموصلات التى تحمل القدرة على ابراج 66 كيلو فولت و33 كيلو فولت وغيرها لانها منخفضة نسبيا من ناحية الارتفاع اى الطول فى فترة الفجر حيث تظهر بين الموصلات بؤرا ذات ازيز صفراء النصوع مؤينة بفعل القدرة العالية للتيار والجهد من المحطة وتعمل عند حد معين على تلامس الموصلات وحدوث خطاء ارضى مع جسم البرج الحديدى والكورونا ظاهرة طبيعية تحدث بالهواء الجوى فى هذة الساعات من الفجر مما يؤدى الى تاثر الشبكة الهوائية للنقل وموصلاتها بدرجة تاين عالية التيار الكهربى من الطبيعة وانهيار العوازل من البروسلين او من الفيبر جلاس او تلامس الموصلات على ازرع البرج بسبب هذا التاين الذى يعمل كموصل بين الموصلات الهوائية الحاملة للقدرة من المحطة .
-
العواصف الطبيعية العاتية التى تهتز لها الموصلات بسبب الرياح الشديدة المتوقعة فى فصل الشتاء والغير متوقعة وما تحملة من امطار وغيرها بالجو واغبرة محيطة بالابراج فتتارجح وتتلامس الموصلات وقد تنقطع لوصول الشد عليها الى حد عدم التحمل بالاهتزاز والتارجح والتصادم محدثة خطأ ارضى فيما بينها بتلامسها بعضها مع البعض ومحدثة تيار وجهد عالى وتلامس الموصلات مع الارض عن طريق جسم البرج المركب من الحديد اى الهيكل الحديدى الذى يفرغ التيار الكهربى للقدرة الى الارض عند قاعدة البرج بدلا من نقلها الى محطات الضغط المتوسط والمنخفض لدى المدن لانارة الشوارع والملاعب والاحياء السكنية والمحال التجارية والمدارس والمصانع والتى تتوقف كلها عن العمل بسبب انقطاع توصيل نظام القدرة المنقولة هوائيا على الابراج بسبب من الاسباب السابقة .
-
ظهور الموجات التوافقية المعقدة والبسيطة دون علاج مع القدرة الاتية من المحطة الرئيسية الغير فعالة التى تنقلها الابراج من داخل الى خارج المحطة هوائيا ويمكن تجنب هذة المشكلة التى تجعل هناك تغيرا ضارا ملحوظا على التردد الاساسى للتيار المتردد 50 ذبذبة / ثانية بركوب ترددات القدرة الغير فعالة المولدة من النقل للقدرة على معامل سىء منخفض للقدرة الظاهرية مع القدرة الفعالة وردىء جدا قد يكون عند هذة الاحوال 0.43 لزاوية معامل القدرة التى يجب لتنجنب المشكلة التى تقع بسببها كما قلت ارسالها محسنة بطريق الابراج والضغط المتوسط والمنخفض للمستهلك باساليب تحسين معامل القدرة الى 0.98 لزاوية القدرة الظاهرية بينها وبين القدرة الفعالة فتختفى تقريبا القدرة الغير فعالة ونتجنب الترددات التوافقية التى تشوة تردد النظام الاساسى 50 ذبذبة / ثانية .
ويؤثر تردد المجال المغناطيسى للقدرة الغير فعالة وهو تردد فردى وزوجى من الموجات الترددية التوافقية الفردية والزوجية والتى تعمل على ضرب الموصلات والموتورات بتردد غير فعال مضافا الى او راكبا علية توافقيا رنينيا على التردد 50 ذبذبة / ثانية مما يؤدى الى تلف الملفات والعزل الذى يحميها ويغير من سرعتها ويحدث لها ضوضاء وازيزا واحتراقها والترددا ت الزوجية التوافقية الرنين تتفق بترددها مع الاجهزة الاخرى كالكشافات واللمبات والكمبيوترات وانذارات الحريق وكواشفها ولوحاتها وللمبات الشوارع ذات التفريغ العالى بالمدارس والمصانع والموتورات التى تعمل بملفات الاستنتاج المحاثى فتؤدى الى اعطابها وفشل عملها واحتراقها . ويجب لتلافى هذة الموجات التوافقية البسيطة والمعقدة عمل تحسين معامل القدرة لزاوية القدرة الظاهرية والفعالة الى 0.98 لهذة الاجهزة كما قلنا امانا من الدمار والاحتراق لملفاتها ولمباتها وكابلاتها بتركيب وحدات المكثفات لتحسين معامل القدرة التى تخزن هذة القدرة الغير فعالة وتجنب الشبكة احداثها الاتلافية . -
حدوث اخطأ عند تصميم نظام النقل بالابراج الهوائية للضغط العالى والمتوسط من لدى الاساتذة والمهندسين المصممين للشبكات الهواية للابراج ومثال ذلك .
-
عدم دراسة طبيعة الطقس بالمسار الذى تعبرة الابراج بالاماكن التى قدرت للشبكة والمحطة ان تكون والمناطق التى ستغذيها فى نهاية منظومة النقل الهوائى قرب الضغط المتوسط والمنخفض ووقوع عواصف هوائية او برقية رعدية بناء على هذا الخطأ الغير مدروس مسبقا .
-
ادراج التصميمات للبرج على اعلى مستوى دولى وعالمى من حيث منظومة التاريض بالقضبان الارضية ذات المقاومة المنخفضة وعمل الاداء التصميمى جيدا وناجحا لبرامترات المسافات بين الابراج بعضها مع البعض والانحناء للموصلات عند منتصف المسافة بين البرج والاخر واختيار العوازل المناسبة للجهد والتيار التى تحمل على ازرع جانبى البرج الهوائى واقتناء المقاومة المناسبة للهيكل الحديدى المصنع من مادتة حديد البرج وخاصة ارجل البرج التى تقوم بالمساعدة على التفريغ الى نظام الارضى بالقضبان او الى نظام الحصيرة الارضية ويبين شكل رقم (3) بوضوح نظام تاريض مناسب للابراج الهوائية ذات الضغط العالى .
-
-
استخدام البرامترات التصميمية من ام المعادلات الكهربائية التى تربط دوال الحماية بادوات الحماية والمعادلات التى تضمن تركيبات متناسبة مع برامترات الموصلات والجهد والتيار والمقاومة وجسم البرج الحديدى والارضى وكلها دوال هندسية كهربائية مترابطة بمعادلات دولية كهربائية عند التصميم لاداء هذة الابراج نقل الطاقة ذات الجهد العالى بيد اساتذة التصميمات لهذة النظم الكهربائية للابرج الهوائية التى توصل الينا القدرة من المحطة الى مدننا منازل ومصانع ومدارس وشوارع وملاعب لتسير امور الحياة عادية ويعلو اقتصاد الدولة دون تعطيل مصنع او ورشة او مدرسة او … الخ بانقطاع التيار الكهربى المحمول على هذة الابراج الهوائية من المحطات الرئيسية بسبب فشل التصميم والحماية .
كانت هذة الاسباب من العوامل التى هى فى منتهى الخطورة على ان تفشل الابراج الهوائية فى نقل القدرة ذات الضغط العالى والتى تدمر العوازل والموصلات التى تنقل القدرة الى المستخدمين لها عند طرف الضغط المتوسط والمنخفض والتى تاتى الينا من المحطة الرئيسية الى المدن التى تاهلت بالسكان والشوارع والملاعب والمدارس والمصانع والمحال التجارية والورش . وكان لابد من ايجاد حلول لهذة الظواهر والاخطأ بها نحمى موصلات وعوازل القدرة المنقولة هوائيا على ابراجها الى المستهلك ناحية طرف الضغط المتوسط والمنخفض 11 كيلو فولت / 380 فولت / 220 فولت 50 ذبذبة / ثانية .
وهذة اهم عوامل نلخصها لادوات الحماية فيما يلى :-
اولا - حماية قمة البرج بموصل ارضى يتصل بحديد قمة البرج مثبتا باعلاة ذا مواصفات كهربية خاصة من حيث مساحة مقطعة المتناسب مع شدة التيار الضاربة لقمة البرج العارضة من البرق او الكورونا ونوع الموصل المعدنى لموصل الحماية الارضى ومقاومتة النوعية وقوة الشد التى تؤهلة لان لا يسقط بعد تركيبة اعلى البرج وزاوية حمايتة لموصلات نقل القدرة اسفلة وتسمى زاوية حماية الموصل الارضى وتعتمد على قيمة بعد المسافة الراسية للموصل الارضى عن الموصل للقدرة والعازل الحامل لة اسفلة على زراع البرج وقيمة المسافة الافقية التى يقع عليها كطول العازل الذى يحمل الموصلات وهى افقية وقيمة ظل هذة الزاوية وتسمى زاوية حماية الموصل الارضى اعلى قمة البرج وهى ذات قيمة من 32 الى 45 درجة ويبين الشكل رقم (4) الموصل الارضى للبرج اعلى قمتة للتفريغ العارض للبرق الى منظومة الحماية الارضية .
ثانيا - العوازل الكهربائية التى تحملها الموصلات من المحطة الرئيسية الى منظومة الضغط المنخفض وهى مبينة بالرسم رقم (5) و تصنع من البورسلين او من مادة الفيبر جلاس وكلا النوعين ذا قيمة تحميل عالية ضد الجهود العالية والفائقة والتيار الكهربى عالى الشدة المندفع من محطات الضغط العالى عبر الابراج الهوائية كما هو الحال بشكبة السد العالى بالشبكة الرئيسية والتى تبدء بجهد 500 كيلو فولت وتنتهى الى محطات الضغط المتوسط 11 كيلو فولت والمنخفض 380 فولت / 220 فولت 50 سيكل عند اطراف المدن للاستخدام وتلك العوازل مصممة خصيصا للخدمة الشاقة والتحمل العالى ضد الانهيار والكسر والانصهار والتى يسببها شدة التيار والجهد العاليان للقدرة المنقولة هوائيا بمثل هذة النظم .
ثالثا - الهيكل الحديدى للبرج وخاصة ارجل البرج التى تصمم خصيصا بمقاومة خاصة صغيرة لا تزيد عن 22 اوم وان قلت كان افضل ومثاليا قيمتها نسبيا ولانها متصلة بارض قاعدة البرج ومنها الطريق الوحيد لتفريغ التيار الكهربى والجهد مباشرة الى نظام ارضى البرج عبر ارجلة عند ضرب قمة البرج او عوازلة او موصلاتة بخطأ عارض مار لحظيا كالبرق يعترض الابراج وهذة القيمة لمقاومة رجل البرج تعمل على تفريغ التيار الكهربى العالى الشدة للبرق او الخطأ بسهولة وبدون رجوع تيار وجهد الخطأ عبر الارجل الى قمة وموصلات وعوازل البرج مرة اخرى ان كانت تعلوا عن القيمة المذكورة دوليا بالتصميمات 22 اوم .
وارجل البرج تعين باقى وسائل حماية االبراج كخط الموصل الارضى على قمتة والعوازل الكهربائية التى تعزل الموصل الحامل للقدرة عن جسم البرج الحديدى على تفريغ التيار الكهربى والجهد الى شبكة التاريض ( حصيرة قضبان الارضى ) اسفل قاعدة البرج والتى تبين بالشكل رقم (6) وتتميز بقضبانها التى تنزلق الى ما تحت الارض اكثر من خمسة عشرة مترا وتتصل بعضها مع البعض بموصلات خاصة ذات مقاومة صغيرة تعين النظام الارضى على تفريغ التيار الكهربى العارض والجهد بكفاءة عالية وسرعة وجيزة ولا تزيد من المفروض المقاومة الكلية الارضية للارض والقضبان عند اى نقطة عن 20 اوم وتلك مقاومة مثالية .
رابعا - النظام الارضى المساعد لارجل البرج المحيط بالارجل الاربعة ويسمى دوليا كونتربويز ويسمى ايضا رجل االغراب وتخصة قضبان تاريض خاصة ويجب ان لا تعلو مقاومتة عن 22 اوم كوحدة مقاومة اومية تتوافق مع مقاومة نظام البرج كلة بكل نقطة منة او ارجل البرج وتعين ارجل البرج على تفريغ التيار والجهد بالاضافة للنظام الارضى ذا الحصيرة المميزة بالقضبان الارضية المدفوعة اسفل قاعدة البرج الى الارض مسافات طويلة لضمان عمل تفريغ للتيار والجهد العارضان على البرج وقمتة وموصلات وعوازل القدرة للبرج بدقة وامان عبر ارجل البرج للشحنة التى تضرب العوازل التى تحمل موصلات القدرة الهوائية من برج الى برج للضغط العالى ويبين شكل (7) النظام الارضى المساعد لارجل البرج المسمى كونتربويز
.(7) كونتربويز مساعد ارجل البرج الهواى لتفريغ الشحنة الى الارض .
خامسا - كوابح التيار الكهربى وتسمى ارسترز والذى يضرب العوازل والموصلات من الصواعق البرقية الرعدية ويبينة الشكل رقم (8) وهو مركب من اقراص متتالية مرتبطة بعضها مع البعض بفجوات معزولة بحيث تشترك مع العازل الذى يحمل الموصل لحمايتهما عند معظم الوقت للخطوط المعرضة بالدراسة لضربات البرق والمناطق النشطة وحدوث الخطأ الارضى باشتراكة فى تفريغ التيار الكهربى الاعلى شدتة عن قدرة تحمل العوازال الحاملة لموصل القدرة ولجهدة حيث يقوم بالمساعدة على تفريغ الشحنة الى الارض.
سادسا - تحتاج ابراج الضغط العالى الهوائية اساسا الى نظام التأريض بالحصيرة الارضية المكونة من قضبان مدفوعة الى اعماق كبيرة بمقاومة مثالية صغيرة لا تزيد عن20- 22 اوم كهربى كلما امكن لخلق ممرا للتيار الكهربى جيد التوصيل من القمة عند الموصل الارضى الى الشبكة الارضية للقضبان بقاعدتة الى اعماق الارض لتصريف شحنات التيار الكهربى عند حدوث عوارض الاخطاء بهذة النظم لان ارتفاع الجهد الكهربى وتيارة المندفعان لابد فى كل الاحوال ان يجدا ممرا سهل المقاومة وطريق بلا مقاومة بارض البرج المرتكزة عليها ارجلة الاربعة لحماية النظام الكهربى المحمل للضغط العالى على عوازل ازرع البرج لارسال القدرة الكهربائية من المحطة الى المستهلكين بالمدن بنظام التفريغ الارضى كواحد من انظمة الحماية الهامة والاساسية والمضمونة عند عمل تصميمات لها سليمة وتركيبات دقيقة للتخلص من الجهد والتيار الزائدان على قدرة تحمل العوازل والموصلات الكهربائية للتيار العالى للبرج او تيار الخطاء العابر على نظام الشبكة وذلك عند حدوث اى خطا كان مثل تفريغ البرق وتلامس اطراف الموصلات اعلى الابراج وخطا انحناء الموصل والذى يجعلة قريبا من الارض فى بعض الاحيان لظروف قهرية يجب وضع احتملاتها ووضع سبل الحماية للموصل عندئذا وحدوث ظاهرة الكورنا وهى عوارض مؤقتة تضرب الابراج الهوائية للقدرة وتمر عليها لحظيا فى ثوانى معدودة عليها يحدث بسببها يحدث تدمير عوازل الابراج حيث يجب التخلص من تيارها وجهدها بتسريبة مندفعا الى حصيرة القضبان الارضية للبرج ومن قمتة الى قاعدتة مارا بادوات الحماية ومنها مبتدء بالموصل الارضى للحماية اعلى البرج . ولكن يحدث خسرانا كبيرا اقتصاديا ان لم تعاوق هذة العارضات الكهربائية المؤقتة وتمنع بالحماية الكلية للشبكة والتى تحدث تلفيات بالعوازل والموصلات الكهربائية الناقلة للقدرة من المحطة الى المدن للاستهلاك والتى كان الاهمال فى حمايتها يمثل بهذة الابراج تلفا وخسارة للدولة والمستهلك للقدرة اقتصاديا وان الاهمال فى عمليات المتابعة والصيانة يكلف الدولة والمستهلك خسارات كبيرة فى الاقتصاد والانتاج يجب تنجنبها .
شكل رقم (9) حصيرة الارضى اسفل قاعدة البرج والمكونة من قضبان تمتد للاعماق
ويتحقق نظام التأريض بمقاومة للتفريغ 22 اوم لا تزيد للارجل وللنظام المساعد "القدم الغراب " كنقطة واحدة عندما تكون جميع المعدات داخل هيكل النظام الارضى متصلة كانها وحدة واحدة و يجب تجنب مقاومة طبقات الارض المرتفعة التى يحتمل ان تتغير نقطها بمقاومة عالية تخرج نظام الارضى المتماثل النقاط والذى لا تزيد مقاومة تصميمة كما قلنا عن 22 اوم وعمل حسابات أوقات الارتفاع التفاضلية اى ازدياد الجهد تفاضليا بتغير المتوقع من تيارات التفريغ المدفوعة والغير محسوبة الاحتمالية للحدوث وغير المعتادة للمنطقة خصوصا البرق وتياراتة الكهربائية الهدامة من صاعقة برق او خطأ بالشبكة كلما لم نعمق القضبان الى نهاية تفريغ قدرة اعلى ما يمكن عند اكبر عمق اليكترودات للنظام الارضى بمقاومة منخقضة . وينبغي تصميم نظام التأريض للحد من مقاومة الارض ومقاومة القضبان واقل من مقاومة نقاط النظام الذى يندفع من خلالة التيار الى الارض حتى لا يحدث رجوع وفشل فى التفريغ عند نقطة خارج او داخل النظام الارضى متغيرة المقاومة عن المجموعة كلها من قمة البرج الى نهاية قضبان الحصيرة الارضية للتفريغ . وكما قلنا يمكن استخدام تقنيات كاونتربويز أو “القدم الغراب” الاشعاعي الذى يقلل من مقاومة التفريغ عند رجل البرج ويساعد الارجل على تفريغ تيار الخطاء سريعا دون رجوعة الى منظقة او نقطة الخطاء او اصابة البرق مرة اخرى بفشل التفريغ واللذين لا يجب ان تزيد المقاومة لهما عن مجتمعان 22 اوم لأنها تسمح لطاقة البرق عند تباعد كل موصل مدفونا بنقطة مقاومة منفصلة عن الاخرى بالقيم التفاضيلية على رجوع التيار بجهدة العالى الى مكان ضربة العوازل او الموصلات او قمة البرج مما يجعل الحماية بهذا النظام فاشلا للبرج كنظام متجانس المقاومة فى صد هذة العابرات الكهربائية الداخلة على موصلاتة وهو ينقل القدرة الى المدن لدى طرف الضغط المنخفض .
ومن اهم النقاط فى عمل حماية ناجحة عمل تصميم جيد يؤدى الى توحيد التدرج للارض فى مقاومة ثابتة الجهد حتى تتماثل وتتوحد نقاط المقاومة وتصبح كلها ذات قيمة ثابتة للجهد بطبقات الارض حول الهيكل الحديدى وينبغي ربط نظام الكاونتر بويز الرجل الغراب وحدها بقضبان منفردة ونظام اخر للتركيب حتى لا تفشل الحماية الكلية للنظام الارضى بربطهما بعضا مع البعض واقصد بالحصيرة الارضية اسفل قاعدة البرج ويوصى باختيار موصلات ربط القضبان بان تكن طاردة للحرارة عند نقاط اللحام الموصلة للاليكترودات بعضها مع البعض اى لحام القضيب بالموصلات (الملحومة) في جميع الظروف مع ثبات المقاومة الكلية للارضى . وينبغي أن تكون عمليات التفتيش والاختبار على نظام الحماية الارضية مستمرة الانتظام وجزء من برنامج للصيانة الوقائي المبرمج باوقاوات معينة .
يجب قبل عمل نظام التأريض معالجة مقاومة الأرض لجعلها ذات مقاومة منخفضة ودراسة طيفية للدافع النموذجي للبرق والذى يكشف عن كل من محتوى مناطق البرق عالية ومنخفضة التردد ويرتبط ارتفاع تيارة مع الارتفاع السريع لنموة بمعامل تفريغ لا يجب زيادتة عن 10 ميكروثانية لتيار الذروة فى زيل قصير الفترة الذى تتصف بة موجة البرق السريعة طبيعيا . ويقع عنصر التردد المنخفض في “ذيل” طويل، ويظهر نظام التأريض للدافع البرق كخط نقل للشحنة الضاربة الى الارض وحدة واحدة حيث تطبق نظرية الحماية من انتشار الموجات عند التصميم لابراج النقل الهوائية .
اوصى باستخدام الاسمنت الجديد فى عمل اضعاف لمقاومة الارض وتركيب الموصلات والقضبان بتصميمات خاصة قامت بها امريكا واليابان فى هذا الصدد وعملت هذة التكنولوجيا الحديثة على خلق نظام ارضى مقاومتة تقل كثيرا عن 22 اوم بالنسبة للارضى الاساسى والمساعد وهو رجل الغراب وهو يمكن توريدة بشاءن هذة النظم من الدول السابقة بدلا من استخدام الملح والفحم والمياة وعمرة الافتراضى كبيرا ولا يحتاج لفحم او ملح للحفاظ على المقاومة الارضية ثابتة بسهولة وانما ايضا يوفر عملية الاشراف والصيانة المبرمجة من لدى المهندسين والفنيين .
اولتى من المفروض عملها شهريا او كما هو ببروجرام الصيانة للشبكة . ومن سبل الحماية للابراج الناقلة للقدرة هوائيا استخدام قضبان مانعات الصواعق النحاسية والتى تصمد ضد البرق وتيارة العالى المندفع الذى يؤدى لخسارات بجهدة العالى تتلف العوازل والموصلات التى تحملها ازرع حديد البرج وينقطع امداد المحطة بضربها وانهيارها كلية عن توصيل القدرة الى طرف الضغط للمسهتلك اى الضغط المنخفض . يبين الشكل رقم (8) مانعات الصواعق اعلى الابراج مساعدة منها لخط الارض على الابراج الهوائية لنقل القدرة الى المدن بقمة البرج .
تاسعا ولتصفية ترددات معينة لا هوية لها تتطرا على الشبكة ، بمستويات الجهد المشتبك مع جهد الشبكة الاساسى اللابرج بمشتتات الترددات من السيراميك المصنعة مخصوص لهذا الغرض كما هو مبين بالشكل (9)
(10)
شكل وتسمى ارسترز أو تنفيذ مزيج من هذه المهام ويوصى بأجهزة لواقط الجهد القادرة اى ارسترز على التعامل مع أمبيرات التيار عالى الشدة للظواهر العابرة لحظيا كالكورونا والبرق والموجات التوافقية العابرة فردية وزوجية ومعقدة وبسيطة تضرب بمجالها الغير فعال قيمة التردد الاساسى للشبكة العمومية من المحطة وتركب على التردد 50 ذبذبة / ثانية مما يؤدى الى تدمير الأجهزة مثل عملية التحكم فى الأجهزة، أجهزة الكمبيوتر، الطابعات، إنذار الحريق، تسجيل البيانات و سكادا المعدات، واللمبات ذات التفريغ العالى والموتورات والموصلات ومفاتيح التلامس خاصة ملفاتها التى تزود بها …الخ. وعلاوة على ذلك، حماية البيانات الواردة والصادرة وخطوط الإشارة. حماية الأجهزة الكهربائية التي تخدم الأصول الأساسية مثل رؤوس الآبار، وأجهزة الإنذار الأمنية عن بعد، كاميرات الدوائر التلفزيونية المغلقة، ارتفاع الإضاءة اى عمود او برج الاضاة المقام على الصاري ويسمى قطب الاضاة ، إلخ ونظم التهوية بالاماكن الحرجة مثل الانفاق . وتحدث هذة الاندفاعات من تلك الموجات التوافقية بترددات عالية تركب على التردد الاساسى للشبكة 50 سيكل خاصة عند طرف استقبال الطاقة للمستهلك 380 فولت / 220 فولت وتسمى الموجات الترددية التوافقية المندفعة بسبب سوء معامل القدرة للقدرة الظاهرية مع القدرة الفعالة مما يؤدى الى تولد ترددات القدرة الغير فعالة الدخيلة لتؤدى الى تدمير ملفات وعوازل اسلاك الاجهزة المذكورة والمحولات والطريق الوحيد هو دفعها وهى قادمة من المحطة بالكوابح الماصة للتيار والجهد والتردد لمجالها الغير فعال وترددها العالى ودفعها الى الارض وتشتيتها حتى لا تصل الى اجهزة المستهلكين للقدرة عند طرف الضغط المتوسط للمحطة الفرعية من المحطة الرئيسية فتحدث اتلافات .
عاشرا - الموصلات الحاملة للقدرة الكهربائية والتى تقع تركيباتها تحت بنود دقيقة من التصميم حسب الجداول الدولية ومن التثبيت والشد من برج الى برج من اهم اسباب الحماية الثابتة والاكيدة من لدى شبكة العمل من الاساتذة والمهندسين المتخصصين فى عمل مثل هذة التصميمات لابراج نقل القدرة هوائيا عند تصميمات وتركيبات الابراج الهوائية وهى من نخبة من امهر المهندسين والاساتذة اللذين يعملون بمحطات الضغط العالى ونقل القدرة من المحطة عبر الابراج الهوائية الى اطراف المدن وكذلك تقدير وتصميم مساحة مقطع الموصلات والموصل الارضى للحماية اعلى قمة البرج بقيم دولية تناسبية مع قيمة تيار وجهد المحطة العاليان . وارتفاع البرج والمسافة بين البرج والذى يلية وكلها ترجع فى عملية التصميم والتصنيع الى الاساتذة والمهندسين بالمحطة الرئيسية وفرق التركيب وقت تركيبات الابراج من المحطة الى الطرف المستهلك للقدرة المنقولة عند محطات الضغط المنخفض والمتوسط 11 كيلوفولت / 380 فولت / 220 فولت 50 ذبذبة كل ثانية .
هذة كانت نبذة سريعة عن اهم ادوات حماية ابراج الضغط العالى النقل الهوائية من المحطة الى مدن المستهلكين للقدرة الكهربائية للضغط المتوسط والمنخفض .
اعداد / مهندس محمود العقاد منتدى المهندسين القسم الكهربى لتكنيك الضغط العالى والقوى الكهرباية