ما هو الغرض من توصيل السلك المحايد بالأرض؟ كيف يختلف التوصيل بالأرض عن الربط من حيث السلامة؟

غرض توصيل المحايد

تقديم إمكانية مرجعية

في نظام الطاقة، يقدم توصيل المحايد إمكانية مرجعية مستقرة للدارة بأكملها، والتي عادة ما يتم تعريفها كإمكانيّة صفر. هذا يساعد في تحديد قيمة الجهد للأدوات الأخرى (مثل الخط الحار) بالنسبة لهذه الإمكانية الصفر، مما يجعل قياس الجهد وتحليله أكثر سهولة ودقة. على سبيل المثال، في نظام التوزيع الكهربائي ذو ثلاث أطوار وأربعة أسلاك منخفض الجهد (380V/220V)، فإن الجهد بين الخط الحي والخط المحايد هو 220V، ويتم تحديد هذه القيمة بناءً على الإمكانية الصفر للخط المحايد.

ضمان التشغيل المستقر للنظام

بالنسبة للأحمال غير المتوازنة الثلاثية الأطوار، يمكن لتوصيل المحايد ضمان الاستقرار النسبي لجهد الأطوار الثلاثة. عندما تكون الأحمال الثلاثية غير متوازنة (على سبيل المثال، في بعض المناطق السكنية أو سيناريوهات الطاقة التجارية الصغيرة، يكون عدد وقوة الأجهزة الكهربائية المتصلة على الأطوار المختلفة مختلفة)، يمكن للخط المحايد توجيه التيار غير المتوازن إلى نقطة المحايد للطاقة لتجنب تأثير عدم توازن الجهد الثلاثي على التشغيل الطبيعي للأجهزة الكهربائية. إذا لم يتم توصيل الخط المحايد بالأرض، فقد يؤدي عدم التوازن الثلاثي إلى حدوث تقلبات كبيرة في جهد كل طور، مما يؤثر على عمر الجهاز وقد يؤدي إلى تلفه.

حماية الأعطال

في حالة حدوث عطل أرضي أحادي الطور، يمكن لتوصيل المحايد أن يساعد في تدفق التيار العاطل بسرعة. على سبيل المثال، عندما يتم توصيل خط حي بالأرض عن طريق الخطأ، يوفر الخط المحايد الذي تم توصيله بالأرض مسار عودة ذا مقاومة منخفضة للتيار العاطل، بحيث يمكن للأجهزة الواقية (مثل المصهرات والمفاتيح الكهربائية، إلخ) اكتشاف التيار العاطل في الوقت المناسب والعمل على قطع الدائرة، وبالتالي حماية السلامة الشخصية والأمان الأجهزة.

الفرق في الأمان بين التوصيل بالأرض والتوصيل بالصفر

مبادئ حماية مختلفة

• التوصيل بالأرض (الحماية بالأرض): التوصيل بالأرض هو الاتصال الموثوق به بين الغلاف المعدني أو الإطار للأجهزة الكهربائية والأرض. عند حدوث عطل تسرب في الجهاز، مثل تلف عازل ملف التحويل مما يجعل الغلاف مشحونًا، نظرًا لأن الغلاف متصلا بالأرض، سيتدفق التيار العاطل إلى الأرض عبر مقاومة الأرض. إذا كانت مقاومة الأرض صغيرة بما يكفي لجعل التيار العاطل يصل إلى عتبة التيار التشغيلي للأجهزة الواقية (مثل جهاز حماية التسرب)، فسوف يعمل الجهاز الوقائي على قطع الدائرة. إذا كانت مقاومة الأرض كبيرة، على الرغم من عدم تفعيل الجهاز الوقائي على الفور، عند ملامسة الجسم البشري للغلاف المشحون، وبسبب أن مقاومة الجسم البشري أكبر بكثير من مقاومة الأرض، فإن معظم التيار العاطل سيتدفق إلى الأرض عبر مقاومة الأرض، مما يقلل من التيار المار عبر الجسم البشري ويقلل من خطر الصعق الكهربائي.

• توصيل الصفر (الحماية بتوصيل الصفر): الحماية بتوصيل الصفر هي توصيل غلاف الجهاز الكهربائي بخط المحايد (خط الصفر). في النظام الثلاثي الأطوار رباعي الأسلاك، إذا حدث تسرب في الجهاز، مثل قصر دارة بين الخط الحار وغلاف الجهاز، فإن تيار القصر سيعود إلى مصدر الطاقة عبر خط الصفر، عادة ما يكون تيار القصر كبيرًا، مما يجعل المصهر على الخط يذوب بسرعة أو يعمل المفتاح الكهربائي على قطع التيار، وبالتالي قطع التغذية الكهربائية لمنع الصعق الكهربائي.

نطاقات التطبيق المختلفة

• التوصيل بالأرض: مناسب لنظم الطاقة التي تكون نقاط المحايد فيها غير متصلة بالأرض أو متصلة بالأرض بمقاومة عالية، مثل بعض أنظمة التوزيع البسيطة في المناطق الريفية أو بعض أنظمة الطاقة الصناعية الخاصة. في هذه الأنظمة، بسبب عدم القدرة على تحقيق حماية فعالة للأعطال عبر توصيل الصفر، يعتبر التوصيل بالأرض وسيلة مهمة لضمان الأمان.

• توصيل الصفر: مناسب بشكل أساسي لنظام التوزيع الكهربائي الثلاثي الأطوار رباعي الأسلاك مع توصيل مباشر للمحايد بالأرض (مثل النظام الشائع 380V/220V). في هذا النوع من الأنظمة، يتم توصيل خط الصفر بالأرض، ويمكن تحقيق الحماية من التسرب بسرعة وكفاءة باستخدام الحماية بتوصيل الصفر.

الفولتية عند حدوث العطل مختلفة

• التوصيل بالأرض: في نظام الحماية بالتوصيل بالأرض، عند حدوث عطل تسرب في الجهاز، تكون الفولتية بين الغلاف والأرض مساوية لتيار التسرب مضروبًا في مقاومة الأرض. إذا كانت مقاومة الأرض كبيرة، فقد يحمل غلاف الجهاز فولتية عالية بالنسبة للأرض. رغم أن التيار المار عبر الجسم البشري صغير نسبيًا، لا يزال هناك خطر من الصعق الكهربائي.

• توصيل الصفر: في نظام الحماية بتوصيل الصفر، بمجرد حدوث تسرب في الجهاز، وبسبب عودة تيار القصر إلى مصدر الطاقة عبر خط الصفر، ستنخفض الفولتية النظرية بين الغلاف والأرض بسرعة إلى حوالي الصفر فولت، مما يحسن الأمان بشكل كبير.