ما هي مزايا استخدام نظام تأريض مشترك في توزيع الكهرباء وما هي الاحتياطات التي يجب اتخاذها؟

ما هو التأريض المشترك؟

يشير التأريض المشترك إلى الممارسة التي يتم فيها استخدام نظام تأريض كهربائي واحد لتأريض الوظيفي (العملي) للنظام، وتأريض حماية المعدات، وتأريض حماية الصواعق. أو قد يعني ذلك أن أسلاك التأريض من عدة أجهزة كهربائية متصلة معًا ومرتبطة بواحد أو أكثر من أقطاب التأريض المشتركة.

1. مزايا التأريض المشترك

• نظام أبسط مع أقل عدد من أسلاك التأريض، مما يجعل الصيانة والتفتيش أسهل.

• المقاومة الأرضية المكافئة لعدة أقطاب تأريض متصلة بالتوازي أقل من المقاومة الكلية لأنظمة التأريض المنفصلة المستقلة. عندما يتم استخدام الصلب الهيكلي للمبنى أو قضبان التسليح كقطب تأريض مشترك بسبب مقاومته المنخفضة بشكل طبيعي، فإن فوائد التأريض المشترك تصبح أكثر وضوحًا.

• تحسين الموثوقية: إذا فشل قطب تأريض واحد، يمكن للآخرين التعويض.

• تقليل عدد أقطاب التأريض، مما يخفض تكلفة التركيب والمواد.

• في حالة حدوث فشل في العزل يؤدي إلى قصر دارة بين مرحلة وخزانة الجهاز، يتدفق تيار عطل أكبر، مما يضمن تشغيل الأجهزة الحامية بسرعة. وهذا أيضًا يقلل من الجهد اللمس عند لمس العاملين للمعدات المعيبة.

• يخفف من مخاطر زيادة الجهد الناتجة عن الصواعق.

نظريًا، لمنع الرجوع الخلفي الناجم عن الصواعق، يجب أن يكون تأريض حماية الصواعق على مسافة آمنة من هياكل المباني والمعدات الكهربائية وأنظمتها الأرضية. ومع ذلك، غالبًا ما يكون هذا غير عملي في الهندسة الواقعية. عادةً ما تحتوي المباني على العديد من خطوط المرافق الداخلة (الكهرباء، البيانات، المياه، إلخ) المنتشرة على مساحات واسعة. خاصة عندما يتم استخدام قضبان التسليح في الهياكل الخرسانية المسلحة كموصلات خفية للحماية من الصواعق، يصبح من المستحيل تقريبًا عزل نظام حماية الصواعق كهربائيًا عن أنابيب المبنى وخزانات المعدات أو أنظمة تأريض النظام الكهربائي.

في هذه الحالات، يُنصح بالتأريض المشترك - وهو ربط المحايد المحول وكل تأريضات الوظائف والحماية للمعدات الكهربائية ونظام حماية الصواعق بنفس شبكة القطب الأرضي. على سبيل المثال، في المباني الشاهقة، يمكن أن تكون دمج التأريض الكهربائي مع نظام حماية الصواعق فعالًا في تشكيل قفص فاراداي باستخدام الهيكل الفولاذي الداخلي للمبنى. وبالتالي، يتم حماية جميع المعدات الكهربائية الداخلية والمحفزات المتصلة بهذا القفص من الاختلافات المحتملة الناتجة عن الصواعق والرجوع الخلفي.

لذلك، عند استخدام هيكل المبنى المعدني للتأريض، يكون التأريض المشترك لنظام متعدد ليس فقط ممكنًا ولكنه مفيدًا، شريطة أن يتم الحفاظ على مقاومة التأريض الكلية دون 1 أوم.

2. الاعتبارات الرئيسية للتأريض المشترك

طبيعة تيارات التأريض:
يعتمد الخطر المرتبط بارتفاع الجهد الأرضي على حجم وتكرار ومدة تيارات التأريض. على سبيل المثال، قد تحمل صواعق البرق أو القضبان جرعات عالية جداً خلال الضربة، ولكن هذه الأحداث قصيرة وغير متكررة - وبالتالي فإن ارتفاع الجهد الأرضي الناتج يشكل خطرًا محدودًا.

ومع ذلك، يجب أن تلبي مقاومة التأريض المشترك الأكثر صرامة بين جميع الأنظمة المتصلة، وأفضل من ذلك ≤1 أوم.

في أنظمة التوزيع ذات الجهد المنخفض ذات المحايد الأرضي الثابت، قد يحمل القطب الأرضي المشترك تيارات تسرب مستمرة من جميع الأحمال المتصلة، مما يشكل تيارات أرضية دائرية. إذا انتقلت مقاومة التأريض فوق الحدود الآمنة، يمكن أن يعرض ذلك المعدات والعاملين للخطر.

بالإضافة إلى ذلك، مع الاستخدام الواسع لأجهزة الكمبيوتر والمعدات الإلكترونية الحساسة، غالباً ما يتطلب الأمر تأريض الفلترة. تقدم مرشحات EMI/RFI الكبيرة من الخط إلى الأرض تيارات تسرب سعتية كبيرة للأرض، والتي تساهم أيضًا في التيار الأرضي الإجمالي.

تأثير ارتفاع الجهد الأرضي على المعدات المتصلة:
خذ وحدة محطة التحويل الداخلية كمثال. تقليديًا، تم ربط المحايد المحول والحالة المعدنية ومعدات الحمل بتأريض مشترك. في الوقت نفسه، غالبًا ما يتم إعطاء صواعق البرق أرضية منفصلة لتجنب ارتفاع الجهد المحتمل الخطير أثناء التفريغ.

ومع ذلك، إذا تطورت عطل في العزل في جهاز الحمل ويتسرب منه التيار، يتدفق التيار الكامل للدائرة العطل عبر القطب الأرضي المشترك، مما يرفع الجهد الأرضي المحلي وجهد الحالة لمعدات التحويل. إذا فتح العاملون الباب الخزانة في هذه الظروف، يواجهون خطر الصعق الكهربائي. وقد حدثت مثل هذه الحوادث بشكل متكرر.

وبالتالي، غالبًا ما يتم عزل التأريض الوظيفي (مثل المحايد المحول) عن التأريض الحماية والصواعق في محطات التحويل الداخلية حتى لو كان ذلك يزيد من تعقيد التركيب.

3. المعايير واللوائح ذات الصلة (الصين)

• وفقًا للمعايير الحالية في صناعة الكهرباء الصينية:

• بالنسبة لتثبيتات الطاقة من الفئة B، إذا لم يكن محول التوزيع المغذي موجودًا داخل مبنى يحتوي على معدات من الفئة B، ويعمل جانب الجهد العالي في نظام غير مأهول بالأرض أو نظام مأهول بالأرض بواسطة ملف بيترسن (ملف قمع القوس) أو نظام مأهول بالأرض ذات المقاومة العالية، فإن تأريض العمل لنظام الجهد المنخفض قد يشارك نفس القطب الأرضي مع تأريض حماية المحول، شريطة أن تلبي مقاومة التأريض R ≤ 50/I (أوم) وR ≤ 4 أوم.

• بالنسبة لتثبيتات الطاقة من الفئة A التي تعمل في أنظمة مأهولة بالأرض بشكل فعال، يجب أن يكون تأريض عمل المحول خارج شبكة التأريض الحماية - أي أنه لا يُسمح بالتأريض المشترك.

• إذا تم تركيب محول التوزيع داخل مبنى يحتوي على تثبيتات طاقة من الفئة B، ويستخدم جانب الجهد العالي تأريضًا ذا مقاومة منخفضة، فيمكن أن يشارك تأريض العمل تأريض الحماية إذا:

• تلبي مقاومة التأريض R ≤ 2000/I (أوم)، و

• يقوم المبنى بتنفيذ نظام التوصيل الأساسي للجهد المتساوي (MEB).

• بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لأنظمة أعلى من 1 كيلوفولت والتي تصنف بأنها أنظمة تيار قصير كبير للتأريض، يمكن السماح بالتأريض المشترك إذا تم ضمان إزالة العطل بسرعة، ولكن يجب أن تكون مقاومة التأريض < 1 أوم.

• يمكن أن يشارك تأريض حماية محولات التوزيع في تثبيتات الفئة A نفس القطب الأرضي مع تأريض الصواعق المرتبطة بها.

4. الخلاصة

تشير الخبرة العملية إلى أنه في أنظمة التوزيع ذات الجهد المنخفض العامة، حيث غالبًا ما يكون من الصعب تحقيق فصل كامل لأنظمة التأريض، فإن التأريض المشترك - الذي يجمع بين تأريض العمل والحماية والصواعق - أكثر أمانًا واقتصادية وبساطة في التركيب وسهولة الصيانة.

للتخفيف من مخاطر التأريض المشترك، يجب على المهندسين:

• استخدام الصلب الهيكلي للمبنى كقطب أرضي طبيعي بشكل كامل،

• الحفاظ على مقاومة التأريض الكلية أقل من 1 أوم، و

• تنفيذ توصيل متساوي الجهد شامل في جميع أنحاء المنشأة.

هذه الإجراءات تقلل بشكل فعال من المخاطر وتعمل على ضمان التشغيل الآمن والموثوق به للتثبيتات الكهربائية الحديثة.