logo

logo

logo

logo

logo

التأريض

تاريض

Earhing -

التأريض

نظام التأريض TN

نظام التأريض TT

نظام التأريض IT

أسس اختيار نظام التأريض

عبدالله ساميز

 

التأريض earthing هو ربط الأجزاء الناقلة من الأجهزة غير المطبق عليها توتر (جهد) كهربائي بالأرض، ويُعدّ التأريض في المنظومات الكهربائية من أهم الوسائل الفعّالة المستخدمة لضمان سلامة الأشخاص وحماية الأجهزة والمعدّات الكهربائية. إذ يسري تيّار عند تعرض التجهيزات الكهربائية لأعطال نتيجة انهيار عازليتها أو حدوث قصر في الدارة فتكتسب الأجزاء الناقلة غير المطبق عليها تأريض توتراً كهربائياً، فتحمله وتنقله؛ وهذا ما يعرض الإنسان للخطر إذا لامسها لمرور تيار نتيحة اتصال جسمه بالأرض.

ولما كانت المنظومات الكهربائية تتكون من مصدر تغذية بالطاقة الكهربائية ومن أجهزة تستهلك هذه الطاقة؛ فلابدّ من ربط هذه التجهيزات بها.

وقد اعتمدت النظم الهندسية القياسية لترميز نظم التأريض استخدام حروف معيّنة للدلالة على ترتيبات التأريض في كلا الطرفين، وفق ما يلي:

- يشير الحرف الأول من رمز نظام التأريض المنفذ إلى طريقة التأريض في مصدر التغذية الكهربائية. ويستخدم لهذا الغرض أحد هذين الحرفين:

الحرف T: ويشير إلى أن نقاط التأريض لمنبع التغذية تتصل اتصالاً مباشراً بالأرض.

الحرف I: ويشير إلى أن نقاط التأريض لمنبع التغذية غير متصلة بالأرض أو تتصل بالأرض من خلال ممانعة تحديد العطل.

- يشير الحرف الثاني من رمز نظام التأريض المنفذ إلى ترتيبات التأريض عند مستهلكي الطاقة الكهربائية. ويستخدم حرفان للدلالة عليها، وهما:

الحرف T: ويشير إلى أن جميع الهياكل ومرابط التأريض عند مستهلكي الطاقة الكهربائية تتصل اتصالاً مباشراً بالأرض.

الحرف N: ويشير إلى أن جميع الهياكل ومرابط التأريض عند مستهلكي الطاقة الكهربائية تتصل مباشرة بنظام التأريض في مصدر التغذية الكهربائية.

- ويشير الحرفان الثالث والرابع من رمز نظام التأريض إلى ترتيبات نواقل التأريض القادمة من المصدر، ويستخدم حرفان لهذا الغرض، هما:

الحرف S: يشير إلى أن نواقل الحيادي Neuter (N) والأرضي (PE) Protective Earth منفصلان.

الحرف C: يشير إلى أن نواقل الحيادي والأرضي مدمجان بناقل واحد PEN.

أما النظم القياسية الهندسية الكهربائية العالمية International Electrotechnical Commission (IEC) 60364 لشبكات التوتر المنخفض فتصنف نماذج نظم التأريض التالية:

- نظام TN: ويظهر هذا النظام على شكل TN-S أو TN-C أو TN-C-S.

- نظام TT.

- نظام IT.

أ - نظام التأريض TN

يمكن التمييز هنا بين النماذج التالية من الأنظمة:

1- النظام TN-S :

يستخدم في هذا النموذج خمسة نواقل: ثلاثة أطوارL1,L2,L3 وخط حيادي N وناقل حماية أرضي PE. ويمتاز هذا النظام بأن الأرضي مستقل عن الحيادي؛ مما يعطي وثوقية أكبر للنظام. كما أن تيار العطل يمثل عطلاً من نوع طور– حيادي (الشكل 1) .

الشكل (1) نظام التأريض TN-S.

وهذا يعني أنه يتوقع في هذا النوع من أنظمة التأريض سريان تيارات عطل كبيرة مقارنة بنظام TT. لذلك يُعتمد في فصل العطل على قواطع الحماية الحرارية المغنطيسية (ولا حاجة للقاطع التفاضلي). وتوتر التماس الذي يظهر في هذا النوع من الأنظمة كبير نسبياً (الشكل 2). ويُستبعد استخدام هذا النظام في مناطق تكثر فيها أخطار الحريق، كما يتطلب هذا النظام التأكد من قيمة تيار العطل، حيث يكون كافياً لتشغيل أجهزة الحماية؛ مما يتطلب إجراء حسابات لتيارات القصر في أثناء التصميم.

الشكل (2) نظام التأريض TN-S في حال لمس الهيكل بوجود العطل.

2- النظام TN-C:

في هذا النوع من التوصيل أربعة نواقل فقط، حيث يكون ناقل الحماية الأرضي والحيادي ناقلاً واحداً، يسمى ناقل الحماية الأرضي PEN (الشكل3). ومن ميزات هذا النظام التوفير؛ وذلك باستخدام الناقل الخاص، ولكن من مساوئه أن أي قطع بالحيادي سيسبب ظهور توتر تماس مساوٍ لتوتر الطور حين حدوث تماس أرضي.

الشكل (3) نظام التأريض TN-C.

3- نظام التأريض S-TN-C:

هناك أيضاً حالات يُجمع فيها بين النظامين السابقين TN-C+TN-S بشرط أن يسبق نظام TN-C نظام ـ TN-S من جانب المحول. كما في الشكل (4). وعندما تصبح مساحة مقطع الشبكة أقل من 16مم2 يجب استخدام نظام التأريض TN-S.

الشكل (4) مخطط التوصيل المشترك TN-C-S.

ب - نظام التأريض TT

يُؤرَّض حيادي المحوّلة في هذا النظام كما تُؤرَّض الهياكل المعدنية للأحمال، وتربط إلى قطب أرضي خاص يُنشَأ في موقع هذه الأحمال من طريق ناقل الحماية PE.

تتحدد قيمة تيار العطل الأرضي في هذه الحالة بمقاومة القطب الأرضي لحيادي المحول ومقاومة القطب الأرضي للمنشأة ، وترتبط هاتان المقاومتان على التسلسل على مسار تيار العطل (الشكل5). ويكون تيار العطل الأرضي في هذا النظام صغيراً نسبياً وغير كافٍ لتشغيل قاطع الحماية الذي يعمل عند زيادة التيار؛ مما يحتم في كثير من الأحيان استخدام قواطع الحماية التفاضلية إضافة إلى القواطع العادية. أي تُستخدم للحماية قواطع تفاضلية إضافة إلى القواطع الحرارية المغنطيسية (الشكل 6).

الشكل (5) نظام التأريض TT.

الشكل (6) نظام التأريض TT مع قاطع تفاضلي.

ج. نظام التأريض IT

يكون حيادي المحوّلة في هذا النظام غير مؤرَّض أو متصلاً بالأرض من طريق ممانعة كبيرة. وبذلك يكون الحيادي نظرياً غير مؤرّض، لكنه في الواقع موصول مع الأرض من خلال السعات الهوائية للشبكة؛ وذلك بوجود ممانعة كبيرة أو عدم وجودها. أما هياكل الأحمال فتكون موصولة بالأرض. وإذا حدث عطل في العازلية؛ فإنه ينشأ تيار صغير يتطور نتيجة وجود السعات الأرضية الشاردة stray. ولا يحدث في هذه الحالة انقطاع بالتغذية نتيجة العطل الأرضي. كما أن قيمة توتر التماس في هذه الحالة صغيرة؛ لأن ممانعات السعات الشاردة التي يعود عبرها تيار العطل تكون كبيرة جداً. وتكون أخطار الحريق هنا معدومة. ولا بدّ في هذا النظام من وضع أجهزة خاصة للتحري عن الأعطال الأرضية حيث توصل هذه الأجهزة بالحيادي، ويوصل خرج هذه الأجهزة إلى جهاز منبه ضوئي أو صوتي أو كليهما ينذر بحدوث العطل الأرضي لتنبيه المستثمر على وجود مثل هذا العطل.

يستخدم هذا النوع من الأنظمة في المناطق التي يجب فيها تفادي أخطار الحريق وفي المشافي؛ ولا سيّما في غرف العمليات والعناية المشددة، فإذا حدث عطل ثانٍ، ولم يُصلَح بعد العطل الأول؛ يتحوّل العطل إلى حالة قصر، ويجب توفير الحماية اللازمة بقاطع حراري مغنطيسي (الشكل7).

الشكل (7) نظام التأريض IT في حالة العطل.

ويمكن الانتقال من أي نظام من الأنظمة السابقة إلى نظام الـ IT بوساطة محولات عزل بنسبة1/1؛ إذ يزود بجهاز الحماية من تيار القصر Short- Circuit Protection Device (SCPD) في حال حدوث عطل مضاعف. كما يزود أيضاً بجهاز مراقبة العازلية Insulation Monitoring Device (IMD) لكشف أماكن انهيار العازل. ويدعم بقاطع تفاضلي Residual Current Device (RCD) لتجنب حدوث الصدمات الكهربائية.

لتحديد العطل الأول يوضع جهاز تحديد الأعطال الأرضية Good Failure Looking Device (GFLD)‬‏ لإصلاحه أو إزالته، وهذا يُجنِّب وجود عطل ثانٍ.

تطبيقات أنظمة التأريض

عند تصميم نظام تأريض لمنشأة ما يجب مراعاة أن يكون هذا التصميم أبسط ما يمكن، وأن يكون بأقل التكاليف الممكنة. ففي الأبنية السكنية يفضل -وكقاعدة عامة- توصيل ناقل الحماية الأرضي إلى الهياكل المعدنية من البناء، وإلى كل الوصلات أو التسليح المعدني فيه. أما في الصناعة فتستخدم أنظمة التأريض الثلاثة بدرجات متفاوتة، وهي مختلفة من دولة إلى أخرى، وذلك تبعاً لمزايا كل نظام تأريض؛ ويمكن إيجازها كما يأتي:

- نظام [TN-C]:

يستخدم نظام [TN-C] خصوصاً في البلدان الأوربية من أجل تصميم دقيق وتجهيزات ذات وثوقية في العمل، وتكون كل الأجزاء المعدنية لهياكل التجهيزات الكهربائية موصولة إلى ناقل حماية (يكون عادة مكشوفاً)، وتنخفض فيه مخاطر حدوث حرائق لأقصى درجة ممكنة، ولكن لا يوصى به في المنشآت والأبنية المزودة بأنظمة اتصالات إلكترونية (حواسيب، شبكات إدارة فنية مركزية)؛ وذلك بسبب التشويش الناجم عن تيارات العطل المرتفعة في هذا النظام.

وتجدر الإشارة إلى أن الحيادي في هذا النظام غير محمي، ومن ثَمَّ قد يقود إلى الإساءة إليه نتيجة التيارات الزائدة.

- نظام [IT]

يستخدم هذا النظام بحذر أكبر من سابقه؛ لأنه لابدّ من وجود مراقبة آلية دائمة للعزل مهمتها الإشارة إلى العطل. ولكن بتوفّر الأنظمة الرقمية للمراقبة أصبح الأمر أكثر سهولة؛ فهي تجري من بعد فلا يتوجب على المختص أن يكون حاضراً في الموقع، وتستمر على مدار الساعة وفي جميع أجزاء المنشأة. ويستخدم هذا النظام في كثير من البلدان من أجل استمرار تغذية المنشأة بالطاقة الكهربائية؛ أي في الأمكنة التي لا يسمح فيها بفصل التغذية عن التجهيزات حتى لو حدث عطل ما، كما في المشافي مثلاً؛ حيث تكون فيها غرف العمليات في حاجة إلى تغذية كهربائية مستمرة.

- نظام [TT]

يُعدّ نظام [TT] الأسهل فيما يخصّ التجهيزات الكهربائية كالآلات مثلاً. ولكن تيار العطل الأرضيّ في هذه الحالة يتحدد بمقاومة القطب (المسرى) الأرضي لحيادي المحول ومقاومة القطب الأرضي لشبكة التأريض، وتظهر هاتان المقاومتان بالتسلسل على مسار تيار العطل، وعادة يكون تيار العطل الأرضي في هذا النظام صغيراً نسبياً وغير كافٍ لتشغيل قاطع الحماية الذي يعمل على زيادة التيار؛ مما يحتم في كثير من الأحيان، استخدام قواطع الحماية التفاضلية إضافة إلى القواطع العادية.

أسس اختيار نظام التأريض

- إذا كان المطلوب استمرار الخدمة والصيانة يُختارIT.

- إذا كان المطلوب استمرار العمل مع عدم وجود خدمة الصيانة يُختار TT.

- إذا كانت الخدمة المستمرة غير أساسية مع خدمة الصيانة يُختار TN-S.

- إذا كانت الخدمة المستمرة غير أساسية؛ وليس ثمّة خدمة صيانة يُختار TT.

- لتفادي أخطار الحريق يُختار IT.

- في حال وجود شبكة طويلة يُستعمل TN-S.

- في حال استعمال الطاقة البديلة أو منابع التغذية الاحتياطية يُستعمل TT.

- في حال كانت الأحمال حساسة لأعطال التيارات العالية (محركات) يُستعمل TT أو IT.

- في حال وجود أفران، مرشحات كبيرة، حواسيب ضخمة يُستعمل TN-S.

- في حال الخدمة مستمرة يُستعمل IT ولتحقيق تساوي الكمون في أجهزة الاتصال في تغذية أنظمة التحكم والمراقبة يُستعمل TT.

مراجع للاستزادة:

- Institution of Engineering and Technology, Guidance Note 8: Earthing & Bonding (Electrical Regulations), The IET Wiring Regulations published, 2019.

- K. K. Maity, Industrial Cabling and Earthing Design Engineering Handbook, Prime, 2017.

- D. Stockin, McGraw-Hill&http://arab-ency.com.sy/tech/details/952/6#39;s NEC 2014 Grounding, McGraw-Hill Education, 2014.


التصنيف : كهرباء وحاسوب
النوع : كهرباء وحاسوب
المجلد: المجلد السادس
رقم الصفحة ضمن المجلد : 0
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 1026
الكل : 43826074
اليوم : 109469