تحليل حماية الأعطال الأرضية في أنظمة التوزيع ذات الجهد المنخفض لمراكز البيانات

الشروط العامة لحماية الأعطال الأرضية

• يجب تصميم نظام حماية الأعطال الأرضية لمنع الصعق الكهربائي غير المباشر للأشخاص، وكذلك حوادث مثل الحرائق الكهربائية وتلف الأسلاك.
• يجب ربط الأجزاء الموصلة العارية للمعدات الكهربائية بشكل موثوق بماسح الحماية (الموصل PE) وفقًا للظروف الخاصة بالنظام. يجب ربط الأجزاء الموصلة الخارجية التي يمكن لمسها في نفس الوقت لنفس نظام التأريض لضمان تساوي الجهد.
• إذا لم تستطع حماية الأعطال الأرضية لتثبيت كهربائي تحقيق متطلبات قطع دارة العطل تلقائيًا خلال الفترة المحددة، يجب تنفيذ التوصيل المتساوي للجهد في المنطقة المحلية لتقليل جهد اللمس وتعزيز السلامة.

حماية الأعطال الأرضية في أنظمة TN

في أنظمة TN، يجب أن تحقق خصائص التشغيل لحماية الأعطال الأرضية لدوائر التوزيع الشروط التالية:

Zs × Ia ≤ Uo

حيث:

• Zs — المقاومة الكلية للحلقة الأرضية (Ω);
• Ia — التيار اللازم لإحداث قطع تلقائي للدارة العطل بواسطة جهاز الحماية (A);
• Uo — الجهد الاسمي بين الطور والأرض (V).

كما هو موضح في الرسم البياني أدناه، عندما يحدث عطل أرضي على الطور L3، يتدفق تيار العطل (Id) عبر موصل الطور L3، وغلاف المعدات المعدني، وماسح الحماية PE، ليشكل حلقة مغلقة. يمثل Zs المقاومة الكلية للحلقة بين الطور وماسح الحماية، وUo هو 220V.

متطلبات وقت القطع لحماية الأعطال الأرضية في أنظمة TN

بالنسبة لدوائر توزيع أنظمة TN ذات الجهد الاسمي بين الطور والأرض 220V، يجب أن يكون وقت القطع لحماية الأعطال الأرضية متوافقًا مع المتطلبات التالية:

• للدوائر التوزيعية أو الدوائر النهائية التي تغذي المعدات الكهربائية الثابتة، يجب ألا يتجاوز وقت القطع 5 ثوانٍ;
• للدوائر التي تغذي المعدات المحمولة أو المتنقلة، أو دوائر المقابس، يجب ألا يتجاوز وقت القطع 0.4 ثانية.

اختيار طرق حماية الأعطال الأرضية في أنظمة TN:

أ. عندما يمكن تحقيق متطلبات وقت القطع المذكورة أعلاه، يمكن استخدام حماية التيار الزائد كحماية للأعطال الأرضية أيضًا؛
ب. عندما لا يمكن لحماية التيار الزائد تحقيق المتطلبات ولكن حماية التيار الصفرية يمكن، يجب استخدام حماية التيار الصفرية. يجب أن يكون قيمة الضبط أكبر من التيار الغير متوازن الأقصى تحت ظروف التشغيل العادية؛
ج. عندما لا يمكن لاي من الطرق السابقة تحقيق المتطلبات، يجب استخدام حماية التيار المتبقي (RCD، أو "حماية التيار المسرب").

حماية الأعطال الأرضية في أنظمة TT

يجب أن تحقق خصائص التشغيل لحماية الأعطال الأرضية في دوائر توزيع أنظمة TT الشروط التالية:

RA × Ia ≤ 50 V

حيث:

• RA — مجموع مقاومة قطب الأرض للأجزاء الموصلة العارية ومقاومة التأريض للأرض للموصل N (Ω);
• Ia — التيار اللازم لضمان قطع تلقائي للدارة العطل بواسطة جهاز الحماية (A).

كما هو موضح في الرسم البياني أدناه، عندما يحدث عطل أرضي على الطور L3، يتدفق تيار العطل (Id) عبر موصل الطور L3، وغلاف المعدات المعدني، ومقاومة قطب الأرض للمعدات، والأرض، ومن ثم يعود إلى المصدر عبر مقاومة التأريض لنقطة الحياد، ليشكل حلقة العطل. يمثل قيمة 50 V الحد الآمن لجهد اللمس، مما يضمن أن الجهد الذي قد يتعرض له الشخص أثناء العطل لا يشكل خطرًا.