التأريض الكهربائي: مفهومه وأهميته وأنواعه (2024)

التأريض الكهربائي أو الأرضي (Earthing or Grounding) هو أحد العناصر الأساسية لضمان سلامة الأنظمة الكهربائية. يلعب التأريض دورًا محوريًا في حماية الأفراد والمعدات من أخطار الصعق الكهربائي وأضرار الفولتية العالية. في هذا المقال، نستعرض مفهوم التأريض، أهميته، أنواعه، والمبادئ العامة لتصميم شبكات التأريض.

تعريف التأريض الكهربائي

التأريض هو اتصال كهربائي متعمد بين جهاز أو منظومة كهربائية وكتلة الأرض، بهدف تصريف التيارات غير المرغوبة الناتجة عن الأعطال الكهربائية أو الفولتية الزائدة إلى الأرض.
على الرغم من أن التأريض قد يبدو غير مهم أثناء التشغيل الطبيعي، فإن غيابه أو سوء تنفيذه يعرض الأفراد والمعدات لمخاطر كبيرة.

شروط التأريض الكهربائي الجيد:

1. مقاومة منخفضة:
   يجب أن تكون مقاومة التأريض منخفضة قدر الإمكان، وعادة تتراوح بين 1-5 أوم.
2. تصميم مناسب:
   استخدام عدد كافٍ من الأقطاب الأرضية، خاصة في التربة ذات المقاومة العالية.
3. مطابقة لقانون أوم:
   يتم تصميم الأرضي بحيث يتيح تصريف تيار كافٍ لتفعيل أجهزة الحماية.

فوائد التأريض الكهربائي

1. حماية الأفراد:

• يقلل من خطر الصعق الكهربائي الناتج عن أعطال العزل.
• يخفض جهد التماس بين المعدات المكشوفة والأرض.

2. حماية المعدات الكهربائية:

• يحمي من أضرار التغيرات المفاجئة في الفولتية.
• يعزز كفاءة التشغيل للأجهزة الكهربائية.

3. التحكم في التفريغ الكهربائي:

• يحمي من أخطار الصواعق.
• يمنع تكون الشحنات الاستاتيكية.

المبادئ العامة لتصميم شبكات التأريض الكهربائي

1. تقليل مقاومة الأرض:
   • استخدام مواد موصلة بجودة عالية.
   • اختيار أقطاب بأعماق تصل إلى تربة منخفضة المقاومة.
2. جودة التوصيلات:
   • تثبيت وصلات محكمة وآمنة.
   • إجراء فحوصات دورية للتأكد من الكفاءة.
3. اختيار موقع مناسب:
   • يفضل التربة الرطبة والمنخفضة المقاومة.
   • يمكن تحسين التربة بإضافة مواد مثل الملح مع مراعاة تأثيرها على التآكل.

أنواع أنظمة التأريض الكهربائي

نظام TT: يستخدم هذا النظام في معظم التأسيسات المغذاة بخطوط كهرباء هوائية ، حيث يكون الحيادي والأرضي في التأسيسات منفصلان ولا يتم توفير ارضي للتأسيسات من قبل الجهة المسؤولة عن التغذية وإنما من قبل المستهلك

نظام TN-S:يستخدم في معظم التأسيسات المغذاة بواسطة القابلوات حيث يجري توصيل نقطة الأرضي التابعة للمستهلك إلى نقطة المحايد التابعة لمحولة التغذية بواسطة موصل حماية والذي يمكن أن يكون بهيئة موصل أضافي أو غلاف معدني لقابلو التغذية.

نظام TN-C: ولكن بتوحيد وظيفتي (TN‐S) المبدأ مشابه لنظام (TN‐C) : ٣- نظام نوع المحايد والحماية بموصل .(PEN) والمحايد واحد يسمى موصل حماية الأرضي

نظام TN-C-s:هنا تكون وظيفته حماية الأرضي والمحايد بينما تكونان منفصلتين في التأسيسات (TN‐C) متحدتان في منظومة التغذية .(TN‐S) Protective ) PME ويسمى هذا النظام أيضا بتأريض الحماية المتعدد حيث يتم تأريض المصدر في عدة نقاط وقد يكون من ، (Multiple Earthing
الضروري توفير قطب ارضي عند أو بالقرب من تأسيسات المستهلك . (CNE) أيضا بموصل الحماية والأرض المتحد (PEN) يسمى موصل (Earth Conductor & Combined Neutral)

كيفية قياس مقاومة التأريض الكهربائي

• الطريقة المباشرة: باستخدام أنابيب الماء.
• طريقة هبوط الجهد: تُستخدم مع أجهزة قياس تعتمد على التيار المتناوب لضمان الدقة.

العوامل المؤثرة على التأريض الكهربائي:

• جودة التربة.
• تصميم شبكة التأريض.
• نوع الأقطاب المستخدمة.

أنواع الموصلات والأقطاب الأرضية

1. الموصلات:
   • Flat Tape
   • Solid Circular
   • Stranded Cable
2. الأقطاب:
   • قضبان أرضية (Rods): مصنوعة من الحديد أو النحاس.
   • أشرطة نحاسية (Strips): تُستخدم في التربة الجيدة.
   • صفائح معدنية (Plates): فعالة في التربة الضحلة أو ذات المقاومة العالية.

تقنيات تحسين التأريض الكهربائي

1. إضافة أقطاب جديدة وربطها على التوازي.
2. زيادة عمق الأقطاب للوصول إلى تربة أقل مقاومة.
3. تحسين التربة باستخدام مواد خاصة.

أهمية الصيانة والفحص الدوري

• الفحص الدوري يضمن كفاءة الشبكة.
• تسجيل القراءات ومقارنتها بالمعايير المسموح بها.
• إجراء الصيانة اللازمة عند ارتفاع المقاومة.

خاتمة

يلعب التأريض الكهربائي دورًا أساسيًا في حماية الأنظمة الكهربائية والأفراد. تصميم شبكة تأريض مناسبة وصيانتها بانتظام يعزز سلامة المنشآت ويقلل من احتمالات الحوادث والأضرار.

المراجع

• Understanding Earthing Systems – James L. Oschman, Ph.D.
• Praise for Earthing – Nicholas Perricone
• Earthing Principles – Schneider Electric