نظام التعادل: مؤرض أحاديًا أم متعدد التأريض؟

المقدمة

تتناول موضوعًا بالغ الأهمية في هندسة نظم القوى الكهربائية، وهو نظام التعادل (Neutral System) وطريقة تأريضه، سواء أكان مؤرضًا أحاديًا (Single Earthed) أم متعدد التأريض (Multi-Earthed).
تعتبر هذه القضية محورية في تصميم شبكات التوزيع الكهربائي، حيث تؤثر على موثوقية النظام، وسلامة الأفراد، وجودة الطاقة.

1. مفهوم نقطة التعادل (Neutral Point) في الأنظمة الكهربائية

في الأنظمة الكهربائية ثلاثية الأوجه (Three-Phase Systems)، تُعرف نقطة التعادل بأنها النقطة المشتركة بين اللفات الثلاثة للمحول، والتي تكون عادةً متصلة بالأرض. وظيفتها الرئيسية هي:

• تحقيق التوازن بين الأوجه.
• توفير مسار للتيارات غير المتوازنة.
• الحد من ارتفاع الجهد أثناء الأعطال.

2. طرق تأريض نقطة التعادل

تنقسم طرق تأريض التعادل إلى نوعين رئيسيين:

أ. النظام المؤرض أحاديًا (Single Earthed Neutral)

في هذا النظام، يتم توصيل نقطة التعادل بالأرض عند نقطة واحدة فقط، عادةً في محطة التوليد أو المحولة.
المميزات:

• التحكم في تيارات القصر، مما يقلل من الأضرار المحتملة.
• تقليل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) بسبب عدم وجود مسارات متعددة للتيار.
• مناسب للأنظمة ذات الجهد العالي حيث تكون مقاومة الأرض عالية.

العيوب:

• ارتفاع جهد اللمس (Touch Voltage) أثناء الأعطال الأرضية، مما يشكل خطرًا على السلامة.
• عدم استقرار الجهد عند حدوث عطل أرضي، مما قد يؤثر على الأحمال الحساسة.

ب. النظام متعدد التأريض (Multi-Earthed Neutral)

هنا، يتم توصيل نقطة التعادل بالأرض في عدة نقاط على طول خط التوزيع.
المميزات:

• تحسين السلامة عن طريق تقليل جهد اللمس.
• تحسين جودة الطاقة بسبب تقليل التغيرات المفاجئة في الجهد.
• تقليل الجهد العائم (Floating Voltage) على المحايد.

العيوب:

• زيادة تيارات الأرض، مما قد يؤدي إلى ارتفاع في فقدان الطاقة.
• زيادة احتمالية التداخل الكهرومغناطيسي بسبب تدفق التيار عبر مسارات متعددة.
• الحاجة إلى تناسق جيد في مقاومة الأرض لضمان توزيع متوازن للتيار.

3. العوامل المؤثرة في اختيار نظام التأريض

يعتمد الاختيار بين النظامين على عدة عوامل، منها:

1. مستوى الجهد الكهربائي: الأنظمة ذات الجهد المنخفض (LV) تميل لاستخدام التأريض المتعدد. الأنظمة ذات الجهد العالي (HV) قد تفضل التأريض الأحادي للتحكم في تيارات العطل.
2. السلامة الكهربائية: التأريض المتعدد يقلل من خطر الصعقات الكهربائية.
3. التكلفة والتعقيد: التأريض المتعدد يتطلب صيانة أعلى لضمان توازن مقاومة الأرض.
4. موثوقية النظام: التأريض الأحادي قد يكون أكثر موثوقية في الأنظمة المعرضة لأعطال متكررة.

4. التطبيقات العملية

• شبكات التوزيع الحضرية: تُفضل التأريض المتعدد لتحسين السلامة وجودة الطاقة.
• شبكات النقل عالية الجهد: تُستخدم التأريض الأحادي للحد من تيارات العطل.

5. الخاتمة

يعد اختيار نظام تأريض التعادل قرارًا هندسيًا معقدًا يعتمد على السلامة، الكفاءة، والموثوقية. في حين أن التأريض المتعدد يوفر مزايا في الشبكات المنخفضة الجهد، فإن التأريض الأحادي قد يكون أنسب للأنظمة عالية الجهد. يجب على المهندسين تقييم كل حالة بناءً على معايير الجهد، الحمل، والبيئة التشغيلية.