كل محطة تحويل ومحطة طاقة شمسية وبرج اتصالات يحتاج إلى نظام تأريض، وكل تصميم تأريض يبدأ برقم واحد: مدى قدرة الأرض على توصيل الكهرباء. يطلب منا المهندسون الكهربائيون هذا الرقم باستمرار، وغالباً بموعد تسليم قصير وفي موقع ليس فيه سوى رمل جاف وصخر. يشرح هذا المقال كيف نقيس مقاومة التربة في المواقع السعودية، وما الذي قد يسير بشكل خاطئ، وما الذي يجب أن يستلمه المصمم في النهاية.
لماذا يحتاج مصمم التأريض إلى قيم مقاسة
يجب أن تنقل شبكة التأريض تيار العطل إلى الأرض بأمان وأن تُبقي جهود اللمس والخطوة ضمن الحدود الآمنة. وتعتمد مقاومة هذه الشبكة مباشرة على المقاومة النوعية للتربة المحيطة بها. وفي معظم أنحاء المملكة تكون الأرض جافة أو رملية أو صخرية، وقد تكون مقاومتها مرتفعة جداً، غالباً من مئات إلى آلاف الأوم.متر قرب السطح. فإذا افترض المصمم قيمة منخفضة جاءت الشبكة أصغر من اللازم، وإذا افترض قيمة مرتفعة احتياطاً دفع المشروع ثمن نحاس وقضبان ومواد ردم كيميائية قد لا يحتاجها.
المقطع المقاس يزيل التخمين ويعطي المصمم قيماً حقيقية للطبقات يعمل بها.
كيف يعمل الاختبار
نستخدم طريقة الأقطاب الأربعة؛ إذ تُدق أربعة أقطاب فولاذية على خط مستقيم، ويُمرَّر تيار بين القطبين الخارجيين ويُقاس الجهد بين القطبين الداخليين. يعطي الجهاز قيمة مقاومة، ومن المسافة بين الأقطاب نحسب المقاومة النوعية الظاهرية.
في ترتيب وينر، حيث تكون الأقطاب الأربعة متساوية المسافات بمقدار a، تكون المعادلة بسيطة: المقاومة النوعية الظاهرية = 2 × π × a × R. فالقراءات عند المسافات القصيرة تصف الأرض الضحلة، ومع زيادة المسافة ينتقل التيار أعمق فتعكس القراءة الطبقات الأعمق. وتكرار الاختبار بسلسلة من المسافات، مثل 1 و2 و3 و5 و10 و15 و20 و30 م، يعطي منحنى المقاومة مقابل المسافة الذي يحوله المصمم إلى نموذج للتربة.
وفي القطع الكبيرة نستخدم أحياناً ترتيب شلمبرجر بدلاً منه؛ إذ تبقى الأقطاب الداخلية متقاربة وتتحرك الخارجية فقط، مما يوفر الوقت ويعطي إشارة أقوى عند المسافات الواسعة.
توزيع مسارات الاختبار
نادراً ما يكفي خط واحد من القراءات؛ لذا ننفذ عادة مسارين متعامدين على الأقل في كل موقع اختبار، حتى لا يشوّه عنصر مدفون أو تغير في الأرض باتجاه واحد النتيجة كلها. وقد تحتاج فيلا أو مبنى صغير إلى موقع واحد، بينما تحتاج محطة التحويل أو محطة الطاقة الشمسية عادة إلى عدة مواقع موزعة على مساحة شبكة التأريض، لأن ظروف الأرض قد تتغير خلال بضع مئات من الأمتار.
نُبعد الخطوط عن الأنابيب والكابلات المدفونة والأسوار والتأريض القائم، لأن المعادن القريبة من الخط تختصر مسار التيار وتعطي قراءات منخفضة جداً. وفي المواقع المطورة نتحقق من الخدمات أولاً بجهاز كشف الكابلات أو مسح GPR قبل توقيع الأقطاب.
مشكلات نواجهها في المواقع السعودية
- الرمل السطحي الجاف: قد يكون التلامس بين القطب والأرض ضعيفاً جداً، فنرطب الأقطاب، أحياناً بقليل من الماء المالح، ونفحص التلامس قبل كل قراءة.
- الصخر أو الكاليش قرب السطح: لا يمكن دائماً دق الأقطاب بعمق كافٍ، فنسجل العمق المحقق ونحرك الخط بضعة أمتار عند الحاجة.
- الموسم: تعطي الأرض الجافة صيفاً قراءات أعلى من الأرض نفسها بعد المطر، لذا نسجل الظروف يوم الاختبار ليأخذها المصمم في الحسبان.
- القراءات الغريبة: إذا لم تتوافق قيمة مع المنحنى نعيدها في الحال بدلاً من تبريرها في المكتب.
اختبارات نقطية أم مقطع مقاومة؟
يعطي اختبار الأقطاب الأربعة مقطعاً عند كل موقع، وهو ما تحتاجه معظم تصاميم التأريض. أما حيث تكون الأرض متطبقة بوضوح أو تتغير في أنحاء الموقع، أو على امتداد مسارات خطوط النقل والأنابيب الطويلة، فإن مسح التصوير المقطعي للمقاومة الكهربائية (ERT) يعطي مقطعاً متصلاً بدلاً من بضع نقاط. تقوم الطريقتان على الفيزياء نفسها لكنهما تجيبان عن أسئلة مختلفة قليلاً، وفي المشاريع الأكبر نستخدم الاثنتين غالباً.
ما الذي يجب أن يستلمه المصمم
- صحائف ميدانية بالمسافة والمقاومة المقاسة والمقاومة النوعية الظاهرية لكل قراءة
- منحنيات المقاومة مقابل المسافة لكل مسار
- نموذج تربة ثنائي أو متعدد الطبقات حيثما تدعمه البيانات
- مخطط مواقع جميع المسارات بإحداثياتها
- ملاحظات عن الطقس وظروف الأرض وأي عامل قد يكون أثّر في القراءات
اختبار مقاومة التربة ليس هو اختبار مقاومة التأريض؛ فالأول يقيس الأرض قبل التصميم، والثاني (طريقة هبوط الجهد) يفحص قطباً أو شبكة مكتملة بعد تركيبها. وإن لم تكن متأكداً أيهما تطلبه مواصفاتك، أرسلها إلينا وسنخبرك.
الأسئلة الشائعة
كم موقع اختبار تحتاجه محطة التحويل؟
يعتمد ذلك على حجم شبكة التأريض ومدى تجانس الأرض. قد تحتاج المواقع الصغيرة إلى موقع واحد بمسارين، بينما تحتاج محطات التحويل والطاقة الشمسية عادة إلى عدة مواقع على مساحة الشبكة.
كم يستغرق اختبار مقاومة التربة؟
يمكن عادة إنجاز موقع واحد بمسارين خلال بضع ساعات، بينما تستغرق المحطات الكبيرة ذات المواقع المتعددة يوماً أو أكثر، إضافة إلى وقت إعداد التقرير.
هل يمكنكم الاختبار في الأرض الصخرية؟
نعم، وإن كان عمق الأقطاب والتلامس أصعب تحقيقاً. نسجل الظروف ونعدّل التوزيع لتبقى القراءات موثوقة.
تحتاج إلى بيانات مقاومة التربة؟
تنفذ إيرث سكيب اختبارات مقاومة التربة ومسوحات التأريض في جميع أنحاء المملكة العربية السعودية. أرسل لنا موقع المشروع ومساحة القطعة أو الشبكة ومتطلبات التصميم عبر صفحة طلب عرض سعر، وسنقترح عدد مواقع الاختبار وبرنامجاً زمنياً.
