هي موضوع بالغ الأهمية في هندسة القوى الكهربائية. سأقدم ترجمة دقيقة مع شرح مفصل للنقاط الرئيسية:
أنظمة تأريض المحايد: التأريض الأحادي مقابل المتعدد
في أنظمة توزيع الكهرباء، تُعرف النقطة المحايدة (Neutral Point) بأنها النقطة التي تكون عندها الفولتية متوازنة في نظام ثلاثي الأطوار. كيفية توصيل هذه النقطة بالأرض (Earthing) تُحدد نظام التأريض المستخدم، والذي يؤثر على:
- سلامة الأشخاص والمعدات.
- استقرار الجهد.
- كشف الأعطال وتحديدها.
- التحكم في تيارات القصر.
1. النظام المحايد غير المؤرض (Unearthed Neutral)
- الوصف: لا يتم توصيل المحايد بالأرض إطلاقًا.
- المميزات:
- في حالة حدوث عطل أرضي (Earth Fault)، يستمر النظام في العمل دون توقف فوري لأن تيار العطل صغير جدًا.
- العيوب:
- قد يؤدي إلى ارتفاعات جهدية خطيرة (Overvoltages) بسبب ظاهرة الشحن السعوي (Capacitive Charging).
- صعوبة تحديد موقع العطل بسبب ضعف تيار الأرض.
2. النظام المحايد المؤرض أحاديًا (Single Earthed Neutral)
- الوصف: يتم توصيل المحايد بالأرض عند نقطة واحدة فقط، عادةً في محطة التوليد أو المحول الرئيسي.
- المميزات:
- يحد من ارتفاع الجهد أثناء الأعطال الأرضية.
- يوفر مسارًا واضحًا لتيار العطل، مما يسهل عمل أجهزة الحماية (Relays).
- العيوب:
- إذا انقطع اتصال التأريض، يفقد النظام حمايته.
- قد تحدث جهدًا متبقيًا (Residual Voltage) على الأجزاء المعدنية في حالة حدوث عطل.
3. النظام المحايد المؤرض متعدد النقاط (Multi-Earthed Neutral)
- الوصف: يتم توصيل المحايد بالأرض في عدة نقاط على طول خط التوزيع، وغالبًا ما يكون مصحوبًا بموصل محايد متوازي (Parallel Neutral Conductor).
- المميزات:
- يحسن استقرار الجهد ويقلل من تأثير الأحمال غير المتوازنة.
- يقلل من مقاومة الأرض الكلية، مما يضمن تصريفًا أفضل لتيارات العطل.
- يقلل من خطر الصعق الكهربائي بسبب تقليل جهد الخطوة (Step Voltage).
- العيوب:
- قد يسبب تيارات متداولة (Circulating Currents) بين نقاط التأريض.
- يتطلب صيانة دورية لضمان سلامة نقاط التأريض.
مقارنة بين التأريض الأحادي والمتعدد
| المعيار | التأريض الأحادي | التأريض المتعدد |
|---|---|---|
| السلامة | أقل أمانًا في حالة انقطاع التأريض | أعلى أمانًا بسبب تعدد المسارات |
| استقرار الجهد | قد يعاني من تقلبات جهدية | أكثر استقرارًا |
| كشف الأعطال | أسهل في التحديد | قد يكون معقدًا بسبب تيارات متعددة |
| التكلفة والصيانة | أقل تكلفة | أعلى تكلفة بسبب البنية التحتية الإضافية |
الاستنتاج والتوصيات
- النظام الأحادي مناسب للشبكات الصغيرة والمحدودة حيث تكون مقاومة الأرض منخفضة.
- النظام المتعدد هو الخيار الأمثل للشبكات الكبيرة والمنشآت الصناعية لضمان موثوقية أعلى.
- يجب مراعاة معايير السلامة الكهربائية (مثل IEC 60364) عند اختيار نظام التأريض.
شرح إضافي للتفصيل التقني
- جهد الخطوة (Step Voltage): هو فرق الجهد الذي قد يتعرض له الشخص عند السير بالقرب من نقطة تسرب تيار عالٍ إلى الأرض. في الأنظمة متعددة التأريض، يتم تشتيت التيار مما يقلل من هذا الخطر.
- تيارات متداولة (Circulating Currents): تحدث عندما تكون هناك مقاومة غير متساوية بين نقاط التأريض، مما يسبب تدفق تيارات غير مرغوب فيها في الموصل المحايد.
هذا التحليل يوضح أهمية اختيار نظام التأريض المناسب بناءً على حجم الشبكة الكهربائية ومتطلبات الأمان والكفاءة.
