توجد خمسة نظم شائعة في العالم لتأريض الأجسام المعدنية الغير حاملة للتيار عند المستهلك، وهى تختلف أساسًا فيما بينها في العلاقة بين أسلوب تأريض مصدر التغذية وأسلوب تأريض معدات المستهلك. وفي المقال شرح لأنواع أنظمة التأريض الكهربائية.
تعريف التأريض الكهربائي
عملية التأريض الكهربائي تتم عن طريق وصل الغلاف المعدنية للأجهزة والمعدات الكهر بائية بالأرض عن طريق وصلة معدنية تسمى وصلة الأرضي الواقي (PE) Protective Earth connection بحيث تضمن هذه الوصلة أن يكون الجهد الكهربائي على تلك السطوح مساويا للجهد الكهربائي على سطح الأرض،
وبالتالي تجنب احتمال حدوث صدمة كهربائية في حالة أن لامس شخص جهاز فيه تسريب كهربائي نتيجة خلل في العازلية مثلًا، وكذلك تضمن هذه الوصلة مرور تيار قصر عالي عبرها في حال حدوث خطأ أو دارة قصر ما يؤدي إلى تفعيل أجهزة الحماية كقواطع الدارة والتي تقوم بفصل مصدر الطاقة عن الحمل. وتوجد العديد من طرق التأريض لكل نوع مميزاته وعيوبه.
أنواع أنظمة التأريض الكهربائي
تم تقسيم أنظمة التأريض حسب المقياس العالمي 60364 IEC إلى ثلاثة مجموعات تم ترميز كل مجموعة بحرفين وهي TT ، TN ، و IT.
الحرف الأول من اليسار يبين حال وصلة الأرضي مع مصدر الطاقة (مولد أو محول) وهذا الحرف يكون أحد الحرفيين (I أو T)
- T: وتعني توصيل مباشر لنقطة ما مع الأرضي وهي مشتقة من الكلمة الفرنسية (Terre).
- ا: وتعني انه لا يوجد اتصال مع الأرضي من أي نقطة (معزل lsolation)، أو اتصال من خلال مانعة عالية.
الحرف الثاني يبين حال وصلة الأرضي مع الأجهزة الكهربائية الذي يتم تزويدها بالطاقة (الحمل) ويكون احد الحرفين (T أو N)
- T: وتعني توصيل مباشر للحمل مع الأرضي، بمعزل عن أي وصلة ارضي في شبكة توزيع الطاقة.
- N: وتعني أن الحمل موصول مع الأرضي من خلال شبكة التوزيع (Network).
نظام TN
في هذا النظام توصل إحدى النقاط عادة نقطة ستار في النظام ثلاثي الأطوار في المولد أو المحول مع الأرض. أما الهيكل الخارجي للجهاز الكهربائي (الحمل) يوصل مع الأرض من خلال وصلة الأرضي للمصدر كما هو موضح في الشكل وبالتالي فان حدوث أي خلل في العازلية يؤدي الى مرور تيار قصير عالي في الوصلة الواقية مما يؤدي الى تفعيل قاطع الدائرة او الفيوز وبالتالي فصل التيار عن الحمل.
السلك (الموصل) الذي يقوم بتوصيل الأجزاء المعدنية المكشوفة لأجهزة المستهلك مع أرضي المصدر يسمى خط الوقاية (PE). السلك الذي يتصل مع نقطة النجمة النظام ثلاثي الأطوار أو الذي يحمل التيار الراجع في نظام أحادي الطور يسمى خط التعادل (N) Neutral. من ناحية اقتصادية فان نظام TN يوفر تكلفة انشاء وصلة ارضي ذات ممانعة صغيرة في موقع كل واحد من المستهلكين. وينقسم هذا النظام إلى ثلاثة أنواع: نظام TN-S، نظام TN-C، نظام TN-C-S
نظام TN-S
في هذا النظام توجد نقطة تأريض واحدة عند المصدر. وكما هو واضح من اسمه، فلدينا تأريض خاص بالمصدر (الحرف الأول من اليسار T) ، ولدينا أيضا خط تأريض للمستهلك منفصل تماما Separate عن خط المحايد Neutral طوال المسافة من المصدر وحتى المستهلك، لكنهما يلتقيان عند المصدر فقط كما في الشكل .
ومن الجدير بالذكر أنه لا يوجد دائمًا كابل خاص بخط الأرضي يمدد بجوار كابل ال Power على طول المسافة من المصدر وحتى المستهلك فهذا غير عملي، ولكن يستخدم غلاف الحماية المعدني للكابل Cable Sheath لربط نقطة التأريض عند المستهلك بنقطة التأريض.
يتميز نظام TN-S بتكلفته المنخفضة وبتأمين مسار من مكان المستهلك حتى مصدر التغذية لتيار العطل الأرضي الحادث عند المستهلك. لكن يعيبه وجود شبكة أرضية واحدة للجهد المنخفض والمتوسط. وأي عطل في شبكة الجهد المتوسط يمكن أن يتسبب في رفع الجهد عند المستهلك لقيم خطيرة، كما أن حدوث أي قطع في الحماية المعدنية للكابل في أي نقطة على طول المسافة من المصدر وحتى المستهلك يعنى أن أجهزة المستهلك صارت غير مؤرضة.
نظام TN-C
في نظام TN-C يجتمع خط التعادل (N) والوقاية (PE) معًا في خط واحد يسمى بخط (PEN)، كما يتضح من الشكل، حيث يُستخدم الخط المحايد للمصدر كخط أرضي في جهة المستهلك لتأريض أجسام التركيبات الكهربائية، ويكون خط المحايد مؤرض عند المصدر.
يتميز نظام TN-C بأنه اقتصادي جدًا فهناك موصل واحد مشترك بين خط التعادل وخط الأرضي لكن يعيبه أن حدوث أي قطع لهذا الخط المشترك في أي نقطة على طول المسافة سيرفع جهد الأجسام المعدنية عند المستهلك إلى قيم خطيرة لاسيما إذا كانت الأحمال غير متزنة.
نظام TN-C-S
نظام TN-C-S هذا النوع يجمع بين النظامين السابقين حيث أن خط الوقاية والتعادل مجتمعان في خط PEN (يحصل عادة في المسافة بين المحطة الفرعية حتى مدخل البناية) ويتم فصلهما عند مدخل البناية التي تحتوي الأحمال إلى خطين مستقلين (خط الوقاية وخط التعادل).
في بريطانيا يعرف هذا النظام أيضًا باسم (PME) Protective multiple earthing ويعود سبب التسمية لان خط PEN يتم توصيله بالأرض في مواقع مختلفة للتخفيف من خطر حدوث انقطاع في خط التعادل، ويستخدم هذا النظام في معظم البيوت الحديثة في أوروبا.
نظام TT
النظام TT: هو أكثر الأنظمة أمانًا، ويسمى نظام التأريض المباشر، فهناك فصل تام بين نقطة التأريض عند المصدر
وبين تأريض المستهلك.
وتقوم الأرض بدور الموصل الرابط بين نقطة العطل ومصدر التغذية حيث يعود تيار العطل خلالها، وبالتالي المستهلك أصبح بعيدًا عن مشاكل الشبكة العامة وكذلك مشاكل المستهلكين الآخرين. لكن هذا يستلزم أن يقوم المستهلك بعمل شبكة الأرضي الخاصة به، ومن ثم فهو أكثر تكلفة، إضافة إلى تركيب جهاز للوقاية ضد التسريب الأرضي.
نظام IT
في هذا النظام تكون شبكة التوزيع معزولة نهائيًا عن الأرض، أو تتصل بالأرض من خلال وصلة ذات ممانعة عالية، أما الحمل فيتم توصيله بالأرض من خلال وصلة تأريض مستقلة كما هو موضح في الشكل.
.ويستخدم هذا النظام في الأماكن التي تحتوي على أجهزة ومعدات حساسة وباهظة الثمن مثل الأجهزة الطبية وغرف المختبرات حيث يؤدي حدوث خلل في العازلية في هذه الأماكن إلى خسائر اقتصادية كبيرة، وقد يستخدم
محول عزل إضافي لزيادة الحماية والأمان.
نظام TT و Tا يتطلب استخدام قواطع التسرب الأرضي RCD لتوفير الحماية والأمان في جهة المستهلك.
