اليوم نريد ان نتحدث بتفاصيل أكثر عن خمسة أنظمة شائعة في العالم لتأريض الأجسام المعدنية الغير حاملة للتيار أو التركيبات الكهربائية #عند_المستهلك،
وهي تختلف أساسا فيما بينها في العلاقة بين أسلوب تأريض نقطة التعادل او النيوترال عند مصدر التغذية، وأسلوب تأريض معدات المستهلك.
والأسماء المختصرة لهذه الطرق الخمسة هي
1- TN-S
2- TN-C
3- TN-C-S
4- IT
5- TT
وقد اختيرت الحروف اللاتينية بعناية للتعبير عن أهم ما يميز كل نظام عن الآخر، كما يلي
: T وهي مشتقة من الكلمة الفرنسية Terre وتعني الأرض.Earth
: N وتعنى خط التعادل Neutral
: C وتعني شيئا مشتركا Combined.
: S وتعني شيئا منفصلا Separate.
: I وتعني شيئا معزولا Isolated.
والحرف الأول من اسم أي نظام من النظم الخمسة السابقة يرمز إلى طريقة توصيل نقطة التعادل Neutral Point عند مصدر التغذية، وهو أحد أسلوبين اثنين:
• إما موصلة بالأرض (في الأنظمة التي تبدأ بحرف الT
• وإما معزولة Isolated (في الأنظمة التي تبدأ بحرف الI ) ، وهو نظام وحيد IT
أما الحروف الثاني والثالث والرابع فهي تحدد نظام التأريض عند المستهلك.
فالحرف الثاني :
• إما أن يكون T: أي أن تأريض المستهلك له أرضي منفصل، وهذا يعني أنه منفصل تماما عن أرضي المصدر، ولهذا أصبح للمصدرT ، وللمستهلك T أخرى، وهو ما يحدث في نظام ال TT.
• أو أن يكون N فتعني أن التأريض عند المستهلك له علاقة بال Neutral. و هذه علاقة تتحدد حسب الحرف الثالث والرابع.
والحرف الثالث قد يكون C، كما في النظام:
• TN-C وفيه يكون خط الNeutral، وخط الأرضي PE ،Protective Earth يمثلان خطا واحدا مشتركا طوال المسافة من المصدر وحتى المستهلك، ومن ثم فإن خط تأريض المستهلك يعتبر متحد "Combined" مع ال " Neutral "، ومن هنا جاء الحرفين N-C.
كما قد يكون الحرف الثالث S، كما في النظام :
• TN-S وفيه يكون خط التعادل N وخط الأرضي PE منفصلين تماما طوال المسافة من المصدر وحتى المستهلك، ومن ثم خط تأريض المستهلك يعتبر مفصولا "Separate " عن خط ال " Neutral "، ومن هنا جاء الحرفين N-S.
وقد يكون لدينا حرف ثالث، و حرف رابع، كما في النظام:
• TN-C-S وفيه يكون خط ال Neutral وخط الأرضي (PE) خطا واحدا طوال المسافة من المصدر وحتى مدخل بيت المستهلك أي إنهما متحدان Combined في هذا الجزء، لكنهما ينفصلان داخل بيت المستهلك فيصبحان Separate، أي أن خط تأريض المستهلك يكون مع خط ال " Neutral " في جزء من الشبكة " لكنه أيضا Separate عن ال " Neutral " في جزء أخر، ومن هنا جاءت حروف هذا النظام. "
وفيما يلي تفاصيل أكثر عن هذه الأنظمة.
*النظام الأول 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 ال Neutral طوال المسافة من المصدر وحتى المستهلك، لكنهما يلتقيان عند المصدر فقط كما في الصورة المرفقة .
ويجب ألا يفهم من الرسم أن هناك دائما کابل خاص بخط الأرضي يمدد بجوار كابل ال Power على طول المسافة من المصدر وحتى المستهلك فهذا غير عملي، وإنما الواقع أن الحماية المعدنية للكابل Cable Sheath هي التي تستخدم لربط نقطة التأريض عند المستهلك بنقطة التأريض عند المصدر، وهذه الحماية المعدنية للكابل ممتدة بطبيعة الحال بطول الكابل من المستهلك وحتى المصدر، فليس هناك داع لكابل منفصل.
وهذا النظام كان شائعا في المدن الأوروبية القديمة، ويتميز بتأمين مسار من مكان المستهلك حتى مصدر التغذية التيار العطل الأرضي الحادث عند المستهلك.
لكن يعيبه وجود شبكة أرضية واحدة للجهد المنخفض والمتوسط. وقد يبدو للبعض - بطريق الخطأ - أن هذه ميزة اقتصادية، لكن الحقيقة أن تجميع عناصر شبكة الجهد المتوسط وعناصر شبكة الجهد المنخفض إضافة إلى نقاط تأريض المستهلك جميعهم على شبكة أرضي واحدة يعني أن أي عطل في شبكة الجهد المتوسط يمكن أن يتسبب في رفع الجهد عند المستهلك لقيم خطيرة فالجميع أصبحوا كما يقول المثل في "سفينة واحدة".
كما أن حدوث أي قطع في الحماية المعدنية للكابل في أي نقطة على طول المسافة - التي قد تكون طويلة - من المصدر وحتی المستهلك يعني أن أجهزة المستهلك صارت غیر مؤرضة.
**النظام الثاني TN-C
في هذا النظام يستخدم موصل التعادل Neutral كخط تأريض، ومن ثم فهناك نقطة تأريض واحدة عند المصدر (الحرف الأول من اليسار (T ، وهناك اتحاد Combined بين خط تأريض المستهلك PE وخط التعادل N، فهما في الواقع خطا واحدا على طوال المسافة من المصدر وحتى المستهلك كما هو واضح في الصورة المرفقة في البوست
ولذا يسمى هذا النظام أيضا ب (Protective Earthing Neutral) PEN- system.
وهذا النظام غير شائع في بلادنا وإن كان موجودا بكثرة في الولايات المتحدة. ويمكن استخدامه في بلادنا فقط إذا كانت التغذية من مصادر تولید خاصة، ولا يوجد أي اتصال بينها وبين الشبكة العمومية للدولة.
ويتميز النظام بأنه اقتصادي جدا فهناك موصل واحد مشترك بين خط التعادل وخط الأرضي لكن يعيبه أن حدوث أي قطع في هذا الخط المشترك في أي نقطة على طول المسافة سيرفع جهد الأجسام المعدنية عند المستهلك إلى قيم خطيرة لاسيما إذا كانت الأحمال غير متزنة.
***النظام الثالث TN-C-S
وهو الأكثر شيوعا في أوروبا، وهو نظام عالج جزئيا المشكلة السابقة في النظام الثاني بأن فصل بين الأرضي والتعادل داخل حدود المستهلك فقط، لكن ال Neutral والأرضي مشتركان في بقية المسافة بين المستهلك والمصدر كما في الصورة، ومن ثم فالحل غير كامل خاصة إذا حدث قطع في موصل ال Neutral الموحد، فعندئذ يمكن أن تتأثر بتيارات الأعطال الخاصة بالمستهلكين المجاورين.
**** النظام الرابع IT
وهو النظام الوحيد الذي تكون فيه نقطة التعادل عند المصدر معزولة isolated، ويتميز بأن تیار العطل الأرضي فيه أصغر من كل أنظمة التأريض الأخرى وقد لا يشعر به أحد، كما أنه أصلا لا يؤثر على استمرارية التغذية بالشبكة، وهذه النقطة الأخيرة هي التي جعلته مفضلا في بعض الأماكن الهامة مثل غرف العمليات في المستشفيات، وبعض العمليات الإنتاجية الحساسة لانقطاع التيار في المصانع. مع ملاحظة أن هذه ميزة قد تصبح عيبا في غير هذه التطبيقات !!
فجهد نقطة التعادل سيرتفع بدرجة كبيرة مقارنة بالأنظمة الأخرى، وقد ينخفض التيار إلى درجة أن أجهزة الوقاية تصبح غير قادرة على تمييزه عن التيار الطبيعي، ومن ثم لا يصلح إلا للتطبيقات الحساسة لانقطاع التيار كما ذكرنا.
وأخيرا نشير إلى أن هذا النظام يناسب فقط الشبكات المعزولة ) isolated Systems شبكات التغذية الخاصة الغير مربوطة بالشبكة العامة).
لاحظ أنه عند حدوث عطل سيمر تیار لكنه صغير جدا من خلال المكثفات الشاردة لأن النظام معزول ولا يوجد مسار أخر للتياروهذا يعني أن تیار العطل يعتمد على قيمة العزل.
والأعطال في هذا النوع لا تكتشف مباشرة إلا اذا حدث عطل ثاني متزامن مع العطل الأول فقط !! وهذه طبعا مشكلة لأنظمة الحماية !
لذا ينصح باستخدام Insulation monitoring relay لكشف ومراقبة مثل هذه الأعطال ويمكن استخدمه لارسال إشارة الى السكادا او فصل القاطع او كلاهما , وفي الأنظمة الكبيرة يفضل استخدام Residual current protection device للحماية من هذا النوع من الأعطال.
النظام الخامس TT
وهو أكثر الأنظمة أمانا، ويسمى نظام التأريض المباشر، فهناك فصل تام بين نقطة التأريض عند المصدر وبين تأريض المستهلك كما في الصورة المرفقة.
وتقوم الأرض بدور الموصل الرابط بين نقطة العطل ومصدر التغذية حيث يعود تیار العطل خلالها، وبالتالي فالمستهلك أصبح بعيدا عن مشاكل الشبكة العامة وكذلك مشاكل المستهلكين الآخرين.
لكن بالطبع هذا يستلزم أن يقوم المستهلك بعمل شبكة الأرضي الخاصة به، ومن ثم فهو أكثر تكلفة، إضافة إلى تركيب جهاز للوقاية ضد التسريب الأرض Earth Leakage Protection حيث صار معزولا عن أجهزة الوقاية بالشبكة الخاصة بالحماية ضد التسريب.
كما يجب في حالة نظام ال TT ما يلي:
1- تجنب ربط الأرضي بخط التعادل.
2- تجنب ربط الأرضي بمواسير المياه.
3- يمنع منعا باتا اعتبار خط التعادل على إنه خط للأرضي.
4- يمنع ربط أرضي الشبكة بأرضي المستهلك.
لاحظ أنه في منظومة التأريض من نوع TT تشكل مقاومة الإلكترودات الأرضية الجزء الأكبر من المقاومة الكلية لدائرة ال Earth Fault، لذا تلعب كفاءة شبكة الأرضي عند المستهلك دورا رئيسيا في فعالية شبكة الأرضي ككل، وهذا يتطلب الاهتمام بمراقبتها وصيانتها دوريا.
منقول من كتاب التركيبات والتصميمات الكهربائية للدكتور محمود الجيلاني ص485
تعليقات
إرسال تعليق