فهم توصيل المحول بالأرض

• سلامة وموثوقية وكفاءة الشبكة الكهربائية من حيث التكلفة؛
• اختيار مستويات العزل لمعدات النظام؛
• مستويات الفولتية الزائدة؛
• مخططات حماية التتابعات؛
• التشويش الكهرومغناطيسي على خطوط الاتصالات.

• النظام ذو تيار الخطأ الأرضي العالي: عند حدوث عطل أرضي في طور واحد، يكون تيار الخطأ الأرضي الناتج كبيراً جداً. ومن الأمثلة على ذلك الأنظمة المُصنَّفة بجهد ١١٠ كيلوفولت فأعلى، وكذلك أنظمة التوزيع ثلاثية الأطوار وأربعة أسلاك بجهد ٣٨٠/٢٢٠ فولت. ويُشار إليها أيضاً باسم «الأنظمة المؤرضة بكفاءة».
• النظام ذو تيار الخطأ الأرضي المنخفض: أثناء حدوث عطل أرضي في طور واحد، لا يتكون حلقة قصر كاملة، وبالتالي يكون تيار الخطأ أقل بكثير من تيار التحميل الطبيعي. ويُشار إليها أيضاً باسم «الأنظمة غير المؤرضة بكفاءة».

• النقطة المحايدة المؤرضة مباشرة
• النقطة المحايدة المؤرضة عبر مقاومة

• النقطة المحايدة غير المؤرضة
• النقطة المحايدة المؤرضة عبر ملف إخماد القوس (ملف بيترسن)

• يتطلب العطل الأرضي في طور واحد قطع التيار فوراً عن المعدات المعطوبة، مما يؤدي إلى انقطاع التغذية الكهربائية ويقلل من موثوقية النظام.
• يؤدي التيار الكبير الناتج عن القصر إلى إجهاد كهرودايناميكي وحراري كبير، وقد يؤدي ذلك إلى توسع نطاق الأضرار.
• تؤدي الحقول المغناطيسية القوية الناتجة عن التيارات العالية للعطل إلى تشويش كهرومغناطيسي على دوائر الاتصال والإشارات المجاورة.
• خلال العطل في طور واحد، ينخفض جهد الطور المعطوب إلى الصفر، بينما يبقى جهد الطورين الآخرين غير المعطوبين قريباً من جهد الطور الطبيعي. وبالتالي يمكن تصميم عزل المعدات لتحمل جهد الطور فقط، مما يقلل التكلفة، وهي ميزة مفيدة خاصة عند مستويات الجهد العالية.

• التأريض عبر مقاومة عالية
• التأريض عبر مقاومة متوسطة
• التأريض عبر مقاومة منخفضة

• تمكِّن من إزالة العطل تلقائياً وبشكل آلي، وتُبسِّط عمليات التشغيل والصيانة.
• عزل العطلات الأرضية بسرعة، مما يؤدي إلى انخفاض مستويات الفولتية الزائدة، والقضاء على الفولتية الزائدة الرنينية، والسماح باستخدام كابلات ومعدات ذات درجة عزل أقل.
• تقلل من تآكل العزل، وتزيد من عمر المعدات، وتحسّن موثوقيتها.
• تيارات العطل الأرضي (مئات الأمبير أو أكثر) تضمن حساسية عالية واختيارية عالية لأنظمة حماية التتابعات، دون الحاجة إلى أنظمة معقدة لتحديد خط العطل.
• تقلل من خطر نشوب الحرائق.
• تتيح استخدام مانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك (ZnO) بدون فجوات، والتي تتميز بقدرة امتصاص طاقة عالية وفولتية متبقية منخفضة لحماية النظام من الفولتية الزائدة.
• كذلك تكبح المكونات التوافقيّة من الرتبة الخامسة في الفولتية الزائدة الناتجة عن قوس العطل الأرضي، ومنع تفاقمها إلى أعطال بين الأطوار.

• التأريض عبر مقاومة عالية: مناسب للشبكات التوزيعية التي يكون فيها تيار الخطأ السعوي للأرض أقل من ١٠ أمبير، وكذلك للمولدات الكبيرة التي يتجاوز فيها تيار العطل الأرضي في طور واحد الحد المسموح به، لكنه يظل أقل من ١٠ أمبير. وتتراوح قيم المقاومة عادة بين مئات إلى آلاف الأوم.
• التأريض عبر مقاومة متوسطة ومنخفضة: لا يوجد حد فاصل صارم، لكنه عموماً:
• المقاومة المتوسطة: تيار عطل النقطة المحايدة بين ١٠ أمبير و١٠٠ أمبير
• المقاومة المنخفضة: تيار عطل النقطة المحايدة أكثر من ١٠٠ أمبير

تُستخدم هذه في شبكات التوزيع الحضرية المهيمن عليها بواسطة الكابلات، و أنظمة المساعدة في محطات توليد الكهرباء، وفي المصانع الصناعية الكبيرة—حيث تكون التيارات السعة عالية ومن النادر حدوث أعطال الأرض العابرة.

• تيار خطأ أرضي من مرحلة واحدة <10 A؛ يطفئ القوس ذاتياً، وقد تتعافى العزلة تلقائيًا.
• يتم الحفاظ على تناظر النظام؛ يمكن للنظام أن يعمل مؤقتًا مع خطأ لتقديم الوقت الكافي لموقع الخطأ.
• تداخل اتصالات ضئيل.
• بسيط واقتصادي.
• ومع ذلك، إذا كان التيار السعوي >10 A، قد يحدث فولتية عالية متقطعة بسبب القوس الأرضي هذه الفولتية طويلة الأمد، تؤثر على الشبكة بأكملها، وتشكل تهديدات خطيرة للمعدات ذات العزل الضعيف—خاصة الأجهزة الدوارة. هذه الفولتية قد تسببت بشكل متكرر في أعطال أرضية متعددة النقاط، حرق المعدات، وأعطاب كبيرة.
  غالبا ما تؤدي الفولتيات الرنينية إلى انفجار مفاتيح التحكم في محولات الجهد (VTs)، حرق VTs، أو حتى تلف المعدات الرئيسية.

• يتوازن التيار الحثي من ملف قمع القوس مع التيار السعوي الأرضي للنظام، مما يقلل تيار الخطأ إلى <10 A—ما يسمح بإطفاء القوس ذاتيًا.
• يمكن للعزل في نقطة الخطأ أن يتعافى تلقائيًا.
• يقلل من احتمالية حدوث فولتية عالية متقطعة بسبب القوس الأرضي.
• يحافظ على تناظر النظام أثناء الأعطال من مرحلة واحدة، مما يسمح بتشغيل مؤقت للعثور على موقع الخطأ.
• ومع ذلك، فإنه يقلل فقط من احتمالية—وليس يزيل—الفولتية المرتفعة بسبب القوس الأرضي، ولا يقلل من قيمتها. يظل مضاعف الفولتية مرتفعًا، مما يشكل إجهادًا كبيرًا على العزل—خاصة بالنسبة لنظم التحويل المدمجة وأنظمة الكابلات، والتي قد تعاني من انهيار العزل أو قصر بين المراحل، مما يؤدي إلى فشل كارثي للمعدات.

• جانب 110 kV أو 220 kV ذو الجهد العالي لمزارع الرياح عادة ما يستخدم أرضية المحايد عبر مفتاح عازل (مفصل).
• جانب 35 kV لنظام الجمع عادة ما يستخدم أرضية ملف قمع القوس أو مقاومة.
  • إذا استخدم نظام الجمع خطوط كابل كاملة، يكون التيار السعوي نسبيًا كبيرًا؛ لذلك، تُوصى بأرضية المقاومة.