ماذا تعرف عن جهد اللمس وجهد الخطوة
Step potential-touch potential
اعداد المقال م. محمد رفعت محمود
ما هو الفرق بين جهد الخطوة وجهد اللمس (touch potential-step potential)
جهد الخطوة (step potential)
هو فرق الجهد بين قدمي شخصا ما يقف بالقرب من جسم معدني تم تاريضه كهربيا وبالتالي يصبح هذا خطرا قاتلا غير مرئي .
في حالة حدوث fault عطل ما على أبراج النقل الكهربية أو على المحولات الجهد العالي، سينتقل تيار العطل والطبيعي ان ينتقل التيار الي موصل التأريض الكهربائي لكي يسلك مساره الى الأرض والتي تحمل جهدا يساوي صفر .
ولكن هذا التيار سوف ينتشر على سطح الأرض بشكل طولي في جميع الاتجاهات بعد تفريغ التيار العطل الكهربي بالأرض أو حتى بعد تفريغ شحنة البرق لان البرق أيضا يحمل شحنات و تيارات كهربيه وفي بعض الدول يتم عمل أبراج لتفريغ هذه الشحنات إلى الأرض.
وأثناء انتشارها يشكل خطرا كبيرا على من يتواجد في تلك المنطقة. وكلما اقتربنا من أرجل أبراج الكهرباء، كلما زاد تركيز التيار وزاد الجهد الكهربي.
إذا تحرك الشخص الموجود في هذه المنطقة التي تظل بها الشحنة لفترة من الزمن، سوف يحدث فرق جهد بين القدمين. لان الكهرباء او الشحنات الكهربيه سوف تستشعر فورا بان هناك منطقة بين قدميك بها فرق جهد وتستخدم الكهرباء قدميك كمسار للانتقال من منطقة ذات جهد العالي إلى منطقة ذات جهد المنخفض، مما يؤدي إلى حدوث صعق كهربائي قويه أو إصابة خطيرة.
يمكن تكرار التعريف مرة اخرى او بطريقه اخرى حتي تصل اليك الفكرة
عندما يحدث عطل أرضي في برج كهربائي او محطة تحويل كهرباء ، فإن التيار سوف يتجة الى قطب التأريض الموجود في الأرض. ومن المعروف ان توزيع المقاومة وفي التربة يكون على أبعاد متفاوتة (في الغالب يتم افتراض أن التربة تحتوي على طبقات أفقية) ويمكن أن يؤدي تولد الجهد في التربة المحيطة لنظام التأريض تعرض الأشخاص الموجودين بالقرب من هذه المنطقة لخطر كبير كما ذكرنا في التعريف السابقوكلما زادت شدة التيار الكهربي المسرب في الأرض ، زادت نسبة الخطر على من يتواجد في هذه المنطقة وتلعب مقاومة التربة ونوعها وطبقاتها دورًا كبيرًا في تحديد كمية الخسائر التي يمكن أن تحدث. تميل التربة العالية إلى زيادة قيم Step Potentials وتؤدي الطبقات العليا ذات المقاومة الكبيرة والطبقات السفلى ذات المقاومة المنخفضة إلى الحصول على قيمة الجهد الكهربي بالقرب من البرج الكهربي: .
أما في طبقات الأرض السفليه منخفضة المقاومة سوف تعمل على جذب المزيد من التيار الكهربائي من خلال الطبقات العليا ، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الجهد بالقرب من العمود أما بعيدًا عن تلك البرج الكهربائي ، قد يحدث الاحتمال الحالة الأخطر عندما يكون للتربة طبقات أعلى ناقلة وطبقات سفلية ذات مقاومة عالية وفي هذه الحالة ،كلما زاد الوقت الذي تستغرقه شركة الحمايات والقواطع الكهربائية لإزالة العطل ، كلما زاد احتمال أن يتسبب القلب البشري إلى التوقف والخلل.
ملاحظة مهمة لبعض شركات الطاقة الكهربائية
تستخدم آلية إعادة الإغلاق القواطع اوتوماتيك. في حالة حدوث خلل معين ،حيث يتم إيقاف سريان الطاقة الكهربية ثم يتم اعادة تشغيلها تلقائيًا مرة أخرى. ويتم ذلك في حالة حدوث أخطاء او مشاكل عابرة مثل الطيور التي تصطدم بخطوط النقل الكهربائية أو خطوط أسلاك الضغط العالي ، أو الرياح الشديدة
جهد اللمس (Touch Potential)
هو فرق الجهد بين جهد النقطة المعدنية التي الشخص الموجود بالمكان ، وبين جهد شبكة الأرضي التي يقف عليها هذا الشخص.وبالتالي سوف يكون فرق الجهد الكهربي على هذا الشخص مساويا لجهد نقطة اللمس ولكن يكون مطروحا منه جهد النقطة التي يقف عليها بقدمه، ويسمى هذا الحدث بالفرق في الجهد او بجهد اللمس Touch Voltageالتعريف بطريقة اخرى
عند حدوث عطل في برج كهربائي أو محطة كهرباء فرعية، يمر التيار العطل عبر جسم البرج او أي جهاز معدني تم تأريضه ويتجه إلى الأرض. اذا لمس اي شخص من الأشخاص الموجودين بالمكان شي موجود بالقرب من الجسم المعدني سوف يتعرضون لجهد اللمس والذي قد تكون خطرة.
مثال ، نفترض ان هناك شخص قام بلمس ساق من أبراج الجهد العالي لحظة حدوث عطل (fault)، فإن الكهرباء سوف تنتقل عبر ساق البرج إلى يد هذا الشخص ومن خلال جسم هذا الشخص.فى السريان متجها إلى قدمه ثم إلى الأرض. وبالتالي يكون على مصمم نظام التأريض بتحديد دقيق للتيارات الكهربية المقبولة والتي يستطيع تحملها جسم الإنسان.
طبقا للاكواد والمعايير الهندسية نستخدم مسافة وصول تبلغ مترًا واحدًا فقط أثناء حساب جهد اللمس. ويتم استخدام طول مترين في حالة افتراض تواجد شخصين في المكان و لتوضيح الفكرة اكثر بالمثال التالي
يمكن للشخص أن يمد ذراعيه ويلامس منطقتين في وقت واحد مثل ساق برج واي شي اخر معدنية من حين لآخر، واثناء الحسابات يتم استخدام مسافة قدرها 3 امتار بشكل خاص لتوخي الحذر ، حيث من الممكن أن الأشخاص يستخدمون أداة كهربائية بطوله 3 أمتار.
استخدام الأساليب التالية للحد من مخاطر جهد اللمس وجهد الخطوه:
- العمل على تقليل مقاومة نظام التأريض إلى الأرض.
- عمل المناسيب المناسبة للمواصلات الأرضية.
- العمل على إضافة طبقات سطحية مقاومة.
إن فهم الصحيح لتطبيق هذه التقنيات هو العامل الأساسي لتقليل أي مخاطر محتملة. فقط من خلال استخدام أحد البرامج الهندسية ثلاثية الأبعاد للمحاكاة وايضا يتم العمل على تقليل المخاطر المحتملة من جهد اللمس وجهد الخطوة من خلال أحد الطرق التالية
- من أهم أساليب تقليل المخاطر الكهربية المحتملة للخطوة واللمس هي ارتداء أحذية الأمان من الخطر الكهربائية. ولابد ان تكون الأحذية جافة، فإن أحذية الأمان من المخاطر الكهربائية المصنفة بشكل صحيح يكون لديها مقاومة كبيرة جداً تقدر بملايين الأزمات من المقاومة التي تكون في نعلها وهي أداة وسيلة ممتازة لسلامة الأفراد. من ناحية أخرى، ولكن احذر عندما تكون هذه الأحذية مبللة ومتسخة، فقد يتجاوز التيار نعال الحذاء عن طريق المادة التي تراكمت على الحذاء وعلي جوانب الحذاء. ويمكن أن يكون الحذاء المصنوع من الجلد الرطب مقاومة تصل 100 أوم. وايضا لا يمكن أن نفترض ، أن عامة الناس الذين يمكن أن يتواجدوا في هذا المكان يرتدون هذه الاحذيه او حتي لديهم علم بالمخاطر الكهربية،
- وهناك ايضا تقنية أخرى يتم استخدامها في التخفيف من المخاطر المحتملة لجهد للخطوة وجهد اللمس هي إضافة طبقات سطحية للأرض تكون أكثر مقاومة. غالبًا ما يتم إضافة طبقة من الصخور المكسرة او الظلط إلى برج أو محطة فرعية لتوفير طبقة عازلة بين الأفراد والأرض. وتعمل هذه الطبقات على تقليل كمية التيار التي يمكن أن تتدفق عبر شخص معين وإلى الأرض.
- تعتبر مكافحة الحشائش عاملاً مهمًا آخر من ضمن العوامل التي يتم الأخذ بها ، حث اثناء حدوث خطا تعتبر من ضمن الموصلات الكهربية من الارض الى جسم الانسان. يعتبر الأسفلت بديلاً ممتازًا في هذه الحاله ، حيث إنه يكون أكثر مقاومة من الصخور المكسرة، ولا يمثل نمو الحشائش مشكلة له . و تعمل إضافة طبقات من السطح المقاومة دائمًا على قدرتها علي تحسين سلامة الأفراد أثناء حدث GPR