الجهد الشارد هو حالة من حدوث فرق في الجهد الكهربائي بين جسمين لا ينبغي أن يكون بينهما أي فرق في الجهد. عادةً ما يظهر هذا الجهد في الأماكن التي يجب أن تكون خالية من الجهد، مثل الأرض أو الأجزاء المعدنية المؤرضة. يظهر الجهد الشارد غالبًا في التجهيزات المؤرضة أو الهياكل المعدنية التي لا ينبغي أن تحمل أي جهد كهربائي.
الجهد الشارد غالبًا ما ينتج عن مرور التيار الكهربائي في أنظمة توزيع الطاقة، ويمكن أن يظهر في أماكن مختلفة بسبب خلل في العزل الكهربائي أو التأثيرات السلبية الناتجة عن التيارات التي تمر في خطوط النقل أو التوزيع.
كيفية حدوث الجهد الشارد
يحدث الجهد الشارد عادة في الحالات التالية:
- الفرق بين المحايد والأرض:
في أنظمة الكهرباء، يُفترض أن يكون خط المحايد (Neutral) عند جهد 0 فولت لأن وظيفته هي إتمام الدائرة الكهربائية بعودة التيار إلى المصدر. ومع ذلك، عندما يمر تيار كهربائي عبر خط المحايد، فإن مقاومة المحايد وعوامل أخرى قد تؤدي إلى رفع الجهد المحايد قليلاً عن 0 فولت. هذا التغير في الجهد بين المحايد و الأرض يمثل الجهد الشارد. لذلك، رغم أن المحايد يجب أن يكون عند 0 فولت نظريًا، قد يظهر عليه جهد طفيف ناتج عن مرور التيار في المحايد ووجود مقاومة بين نقاط الاتصال المختلفة في الشبكة. - التيار الناتج عن مقاومة الشبكة:
تنتقل الكهرباء عبر الأسلاك في الشبكة الكهربائية، وعندما يمر التيار في المكونات الكهربائية (مثل الأسلاك والأعمدة والمحولات) قد يحدث هبوط في الجهد بسبب المقاومة التي تقدمها هذه المكونات. في حال كان هناك عيب في العزل أو خلل في النظام، يمكن أن يتسبب ذلك في انتشار التيار على الأسطح المؤرضة أو الهياكل المعدنية، مما يؤدي إلى ظهور جهد شارد على هذه الأسطح. - الخلل في نظام العزل الكهربائي:
عندما يحدث انهيار في العزل، يمكن أن يحدث تسرب للتيار الكهربائي إلى المناطق غير المرغوب فيها مثل الأرض أو الهياكل المعدنية، مما يؤدي إلى ظهور الجهد الشارد في هذه الأماكن. هذا الخلل قد ينتج عن تلف العزل أو تآكل المواد العازلة بسبب الظروف البيئية أو التحميل الكهربائي المفرط.
الأسباب الرئيسية للجهد الشارد
- مرور التيار عبر المحايد:
كما ذكرنا سابقًا، عندما يتدفق التيار عبر خط المحايد، فإن المقاومة بين المحايد و نقطة الأرض قد ترفع الجهد المحايد إلى قيمة أعلى قليلاً من صفر. هذا يسبب فرقًا في الجهد بين المحايد والأرض، مما يؤدي إلى الجهد الشارد. - التيار المار في الأرض:
يمكن أن يتسبب التيار المتسرب نتيجة لالخلل في العزل أو العوامل البيئية في انتقال الطاقة إلى الأرض. وهذا التيار يمكن أن يرتفع الجهد في الأرض أو على الهياكل المؤرضة المجاورة. - التفاعلات مع الأنظمة الكهربائية الأخرى:
في بعض الحالات، قد يتسبب وجود أنظمة كهربائية متعددة متصلة ببعضها البعض في الشبكة في حدوث تفاعلات تؤدي إلى ظهور جهد شارد في الأماكن غير المتوقعة. هذه التفاعلات قد تكون ناجمة عن تغيرات في تيارات الحمل أو تغيرات في الأنظمة المؤرضة.
أمثلة على الجهد الشارد
- الأجهزة الكهربائية المؤرضة: في حال وجود خلل في العزل أو تلف في أسلاك الأرضي، يمكن أن يظهر جهد شارد في الأجهزة الكهربائية المؤرضة، مثل الثلاجات، الغسالات، أو المكيفات.
- الأنظمة الزراعية: يمكن أن يتأثر حيوانات المزارع مثل الأبقار أو الدواجن إذا تعرضت للتيار الناتج عن الجهد الشارد في الأسوار أو الأعمدة المؤرضة.
- الهياكل المعدنية: الهياكل مثل الأعمدة، الأبراج، أو الأنابيب المعدنية قد تحمل جهدًا شاردًا في حالة وجود خلل في العزل أو تسرب للتيار.
المخاطر المرتبطة بالجهد الشارد
- تأثيرات صحية: قد يتسبب الجهد الشارد في إحساس بالوخز أو الصدمة الكهربائية للأشخاص الذين يلمسون الهياكل المعدنية المؤرضة أو الأجهزة الكهربائية.
- تعطل الأجهزة الكهربائية: يمكن أن يؤدي الجهد الشارد إلى إجهاد العزل في الأجهزة، مما يزيد من احتمال حدوث تلف للأجهزة الكهربائية أو تعطل الأنظمة.
- الأضرار البيئية: في بعض الحالات، قد يتسبب الجهد الشارد في تعطل المعدات الزراعية أو إلحاق الضرر بالحيوانات التي قد تتعرض للتيار الكهربائي المتسرب عبر الأسوار أو الأسطح المؤرضة.
كيف يمكن تقليل أو منع الجهد الشارد؟
- تحسين نظام العزل: يجب تحسين العزل في الأنظمة الكهربائية لتقليل فرصة حدوث تسرب التيار الذي قد يؤدي إلى الجهد الشارد.
- التحقق من أسلاك الأرضي: يجب فحص أسلاك الأرضي بشكل دوري للتأكد من أنها مؤرضة بشكل جيد وتعمل بكفاءة.
- استخدام الفواقد العازلة: يمكن استخدام فواقد عازلة على الهياكل المعدنية لتقليل تأثيرات الجهد الشارد.
- استخدام الحماية الأرضية الجيدة: التأكد من أنظمة التأريض جيدة التصميم، بحيث يتم نقل أي تيار كهربائي غير مرغوب فيه إلى الأرض بشكل آمن.
خلاصة
الجهد الشارد هو ظاهرة كهربائية تنشأ عندما يحدث فرق في الجهد بين جسمين لا يجب أن يكون بينهما أي فرق في الجهد، مثل بين المحايد والأرض أو بين الأجهزة المؤرضة. يمكن أن ينشأ هذا الجهد بسبب التيار المتسرب نتيجة الخلل في العزل أو التفاعلات بين الأنظمة الكهربائية. وتعتبر تحسين العزل و التحقق من أسلاك الأرضي من أهم الإجراءات للحد من مخاطر الجهد الشارد.
