سيتحقق الكهربائي من أنواع التأريض في زيارته الأولى لتركيب وحدة مستهلك جديدة في منزل سكني في المملكة المتحدة، وسيقوم مهندس الموقع بفحص الترتيبات عند تحديد كيفية توزيع الكهرباء إلى مصنع جديد في ألمانيا. نوع نظام التأريض الذي تم تركيبه بين محول المرافق والحمل، وترتيب كل من الموصلات المحايدة وموصلات التأريض الوقائية سيحدد كيفية حماية التركيب ضد التيار الزائد/خطأ التأريض (سيحتاجون إلى تركيب الحماية المطلوبة)، والحد الأقصى لمقاومة حلقة خطأ التأريض المسموح بها، وفي النهاية، سرعة إزالة الخطأ/خطأ التأريض وكيفية سرعة أن يصبح الغلاف المعدني موصلًا للكهرباء (أي أن الغلاف المعدني عند جهد التأريض/جهد الأرض (/e) يمكن أن يحمل هذا الجهد حتى يتم إزالة الخطأ)). TN-C، TN-S، TN-C-S، TT، IT كلها رموز شائعة الاستخدام في جميع التركيبات والرموز لغرض إكمال التسجيل. فهم التعريفات المرتبطة بهذه الاختصارات أمر أساسي لضمان السلامة الكهربائية في جميع أنظمة التوصيل الكهربائي ذات الجهد المنخفض (LV).
لماذا نظام التأريض مهم لكل تركيب
يوفر نظام التأريض مسارًا موصلًا لتيار الخطأ للسفر من دائرة قصر إلى مصدر الكهرباء. يجب أن يكون لهذا المسار مقاومة منخفضة نسبيًا حتى يتمكن جهاز الحماية (قاطع الدائرة أو الفيوز) من الاستجابة بسرعة (وقت الفصل المطلوب) عند وجود حالة خطأ. إذا تم اختيار نظام التأريض أو تطبيقه بشكل غير صحيح، فقد لا ينقطع قاطع الدائرة أبدًا وقد يصبح الشخص الذي يلمس جهازًا معيبًا وسيلة لتوصيل تيار الخطأ إلى الأرض. تصنف اللجنة الدولية للكهرباء (IEC) أنظمة التأريض ذات الجهد المنخفض في IEC 60364‑1, ، ويتم اعتماد نفس التصنيف مع اختلافات طفيفة في الرموز الوطنية بما في ذلك BS 7671 في المملكة المتحدة، AS/NZS 3000 في أستراليا، و NEC في الولايات المتحدة. توفر الشركات المصنعة الكهربائية الكبرى مثل شنايدر إلكتريك و ABB أدلة تطبيق مفصلة لمطابقة أجهزة الحماية مع أنظمة التأريض.
خمسة أنواع قياسية لأنظمة التأريض
يستخدم نظام IEC رمزًا مكونًا من حرفين. يشير الحرف الأول — T أو I — إلى كيفية توصيل مصدر الإمداد بالأرض. يشير الحرف الثاني — N أو T — إلى كيفية تأريض الأجزاء المكشوفة الموصلة في التركيب. تصف الحروف الإضافية ترتيب الموصلات المحايدة والموصلات الوقائية. يلخص الجدول أدناه الأنواع الخمسة القياسية.
| النظام | الحرف الأول (تأريض المصدر) | الحرف الثاني (تأريض التركيب) | ترتيب الموصل المحايد وPE |
|---|---|---|---|
| أي إي سي 60364‑1 | T — المصدر مؤرض | N — الأجزاء المكشوفة متصلة بموصل المصدر المؤرض | موصل PEN مشترك (تأريض وقائي ومحايد) |
| TN-C | T — المصدر مؤرض | N — الأجزاء المكشوفة متصلة بموصل المصدر المؤرض | موصلات N وPE منفصلة من المصدر إلى الحمل |
| تي إن-سي | T — المصدر مؤرض | N — الأجزاء المكشوفة متصلة بموصل المصدر المؤرض | موصل PEN مشترك في الأعلى، مفصول إلى N وPE عند مدخل التركيب |
| TN-S | T — المصدر مؤرض | T — الأجزاء المكشوفة مؤرضة محليًا عبر قطب مستقل | N منفصل من المصدر؛ PE من قطب الأرض المحلي |
| تي إن-إس | I — المصدر معزول عن الأرض أو متصل عبر مقاومة عالية | T — الأجزاء المكشوفة مؤرضة محليًا | لا يوجد اتصال مباشر من المصدر إلى الأرض؛ PE محلي |
TN-C: الموصل PEN المدمج
يتم دمج وظائف النيوترال والأرض في موصل واحد (PEN) على طول كامل من المحول إلى الحمل في نظام TN–C. هذا يعني توفير النحاس باستخدام موصل واحد بدلاً من اثنين؛ ومع ذلك، فإنه يخلق خطرًا محددًا، حيث إذا انقطع موصل PEN أو انفصل، سيكون هناك جهد خط كامل على جميع الأسطح المعدنية المكشوفة أسفل نقطة الانقطاع أو الفصل. بسبب هذه النقطة، عادةً لا يُسمح باستخدام TN–C في تمديدات المباني بعد نقطة مدخل الخدمة، كما لا يُسمح باستخدامه للدوائر التي تحتوي على أجهزة RCD على جانب الحمل. حاليًا، يتم استخدام أنظمة TN–C في الغالب داخل شبكات التوزيع التابعة للمرافق فقط، وحتى ذلك الحين فقط في بعض البلدان.
TN-S: النيوترال والأرض منفصلان طوال الطريق
في نظام TN-S، هناك موصلان (النيوترال وPE) يمران عبر التمديد من محول الإمداد. اتصالات PE بمسار الأرض مستقلة ولا تعتمد على سلامة النيوترال (أي النيوترال المقطوع). غالبًا ما يُشار إلى TN-S كأكثر تكوين TN أمانًا/خيارًا للمستخدم النهائي وهو الطريقة المفضلة لإعداد أو تركيب خدمات كهربائية جديدة عندما توفر المرافق موصل أرض منفصل. في الواقع، العديد من المناطق الحضرية القديمة التي لديها إمدادات كهرباء تحت الأرض مُهيأة كنظام TN-S.
TN-C-S: التأريض المتعدد الوقائي (PME)
تي إن-سي التأريض المتعدد الوقائي (PME) يُستخدم عادة في المنازل في المملكة المتحدة. موصل PEN هو مسار إمداد الطاقة ويجمع بين سلكي النيوترال والأرض من المحول إلى رأس الخدمة، ويحدث هذا قبل فصل الكابل إلى أسلاك أرض ونيوترال منفصلة عند رأس الخدمة، ويتم تأريض الأرض إلى قطب تأريض محلي كإجراء أمان. تعني كلمة “المتعدد” أن موصل PEN متصل بالأرض في نقاط متعددة. بشرط أن يكون موصل PEN في حالة جيدة، فإن هذا يوفر مسار تيار خطأ منخفض المقاومة عبر النظام، مما يمكّن أجهزة القواطع من الفصل بسرعة. ومع ذلك، هناك خطر حدوث عطل في موصل PEN، كما هو الحال في نظام TN-C، مما يؤدي إلى تنشيط جزء مكشوف من النظام (قد يكون بجهد عالي) إذا انقطع موصل PEN قبل فصله إلى أسلاك منفصلة. إحدى الطرق المستخدمة للتقليل من هذا الخطر هي ربط أي أجزاء موصلة أخرى في المبنى (أنابيب المياه/الغاز، حديد التسليح، إلخ) واستخدام قطب تأريض محلي عند رأس الخدمة. دليلنا حول حجم قاطع الدائرة الذي تحتاجه يشرح كيف يؤثر ممانعة حلقة الخطأ على اختيار القاطع، والتي تتأثر مباشرة بنظام التأريض.
TT: قطب تأريض محلي، لا يوجد تأريض من المرفق
يتم تأريض محول الإمداد في نظام TT، ولكن موصل الأرضي للتركيب غير موجود. عادةً ما يكون للمبنى قطب أرضي محلي خاص به — والذي يعني عمومًا وجود قضيب أو أكثر مدفون في التربة — ويتم توصيل أي أجزاء معدنية مكشوفة داخل المبنى بالقطب الأرضي المحلي. نظرًا لأن مسار الخطأ العائد إلى جانب الإمداد يكون عبر الكتلة العامة للأرض، فإن مسار الخطأ يمتلك مقاومة نسبية أعلى مقارنة بالموصل البلاستيكي. علاوة على ذلك، بسبب المقاومة العالية لحلقة خطأ الأرض، قد لا يعمل جهاز الحماية القياسي بسرعة كافية عند حدوث خطأ أرضي. لذلك، تتطلب أنظمة TT استخدام أجهزة كشف التيار المتبقي (RCDs) لحماية من أخطاء الأرض. تُستخدم أنظمة TT عادةً في الإمدادات الهوائية الريفية في جميع أنحاء أوروبا وأستراليا، حيث توجد أوتاد/أعمدة أرضية فردية لكل مسكن.
IT: مصدر معزول أو مؤرض بمقاومة عالية
يفصل نظام IT الإمداد عن الأرض بطريقة إما تعزل الإمداد عن الأرض أو توصلها عبر مقاومة عالية. لا يولد أول خطأ أرضي يحدث في نظام IT تيار خطأ كبير، مما يلغي الحاجة إلى فصل الإمداد فورًا. هذا مهم بشكل خاص في غرف العمليات الطبية، والمناجم، والصناعات الثقيلة؛ حيث قد يؤدي فقدان الإمداد المفاجئ الناتج عن فصل نظام IT إلى عواقب كارثية. يراقب جهاز مراقبة العزل (IMD) المقاومة إلى الأرض في نظام IT باستمرار ويرفع إنذارًا مرئيًا وصوتيًا لتحديد موقع الخطأ الأول قبل حدوث الخطأ الثاني في طور آخر وخلق دائرة قصر. لا تُستخدم أنظمة IT في التركيبات السكنية أو التجارية العامة لأنها مخصصة للاستخدام في التطبيقات ذات الاعتمادية العالية فقط.
TN-C-S مقابل PME: نفس النظام، مصطلحات مختلفة
يمكن اعتبار TN-C-S وPME ككلمتين مختلفتين يمكن استخدامهما لوصف نفس نوع ترتيب التوزيع الكهربائي، على الأقل فيما يتعلق باستخدام هذه المصطلحات ضمن السياق الكهربائي في المملكة المتحدة. كلاهما يشير إلى ترتيب موصل PEN مشترك يأتي من المحول، ويتم فصله عند رأس الخدمة وله عدة نقاط تأريض مرتبطة على طول نظام التوزيع. المصطلح الذي يصف هذا النظام وفقًا للهيئة الدولية للكهرباء هو TN-C-S. يشير المصطلح البريطاني PME إلى وجود نقاط تأريض متعددة؛ لذلك، على الرغم من عدم وجود اختلافات كهربائية بين المصطلحين، إلا أنهما مجرد اختلاف في المصطلحات المستخدمة لوصف هذا النظام. من منظور المفتش أو الكهربائي، المعيار المعمول به هو BS 7671 (لوائح الأسلاك IEE)، الذي يستخدم مصطلح TN-C-S ويحدد متطلبات الربط والتأريض الخاصة بالتركيبات التي تستخدم هذا النظام.
TN-S مقابل TT: عندما تأتي الأرض من الشبكة أو من عمود أرضي
الفرق العملي الرئيسي بين أنظمة TN-S وأنظمة TT هو المكان الذي يتم توجيه تيار خطأ الأرض إليه. يوفر نظام TN-S مسار عودة محدد من خلال موصل معدني إلى المحول، مما يضمن مقاومة حلقة منخفضة جدًا لفصل مغناطيسي سريع لقاطع الدائرة، في حين يعتمد نظام TT على عودة تيار خطأ الأرض عبر الأرض والعودة إلى المحول باستخدام قطب الأرض الخاص به، وبالتالي ستكون مقاومة الحلقة دائمًا أكبر بسبب مقاومة مسار الأرض، مما يعني أن استخدام جهاز التيار المتبقي (RCD) لتوفير وسيلة بديلة للفصل هو مطلب عند استخدام نظام TT. عند تركيب عقار سكني جديد، ستحدد شركة المرافق ما إذا كان يجب استخدام TN-S أو TT وليس المالك؛ ومن ثم، تقع على عاتق المثبت مسؤولية تحديد نوع النظام الموجود واختيار الأجهزة الوقائية المناسبة.
اختيار القاطع المناسب لكل نظام تأريض
نظام التأريض هو عامل أساسي في تحديد نوع وتصنيف جهاز الحماية. في شبكات TN، مع مقاومة حلقة خطأ أرض منخفضة، يمكن لقاطع الدائرة المصغر (MCB) توفير فصل تلقائي عند الحمل الزائد والقصر الأرضي. ومع ذلك، في شبكات TT، بسبب مقاومة حلقة خطأ أرض أعلى، قد لا يلتزم القاطع القياسي بأوقات الفصل المطلوبة. لذلك، سيكون جهاز التيار المتبقي (RCD) مطلوبًا أيضًا عند الحاجة إلى الحماية ضد تسرب التيار الأرضي. يمكن لشركة HUYU توفير مجموعة كاملة من أجهزة الحماية لجميع أنواع أنظمة التأريض الخمسة، بما في ذلك قواطع الدائرة المصغرة AC لتركيبات نوع TN، وRCCB وRCBO عند الحاجة إلى الحماية ضد تسرب التيار الأرضي، وقواطع الدائرة المصغرة DC للعدد المتزايد من التركيبات خارج الشبكة والمدعومة بالبطاريات. يمثل القاطع ونظام التأريض مكونين من معادلة السلامة المتطابقة؛ إذا قمت بتحديد أحدهما دون الآخر، ستترك التركيب غير محمي.
الأسئلة الشائعة
ما هي أنواع أنظمة التأريض الخمسة؟
وفقًا للمعيار IEC 60364، هناك خمسة أنواع من أنظمة التأريض التي تُستخدم لحماية الجهود المنخفضة: TN-C، TN-S، TN-C-S، TT، وIT. تختلف هذه الأنظمة بناءً على كيفية تأريض المصدر، وكيفية تأريض المكون المكشوف، وما إذا كان الحيادي مؤرضًا مع الموصلات الوقائية أو منفصلًا عنها.
ما الفرق بين TNC وTNCS؟
يدمج نظام TN-C الموصلات الحيادية وموصلات الأرض الوقائية من مصدر الطاقة إلى الحمل. بالمقابل، في نظام TN-C-S، يتم دمج موصلات PEN (الأرض الوقائية والحيادية) فقط في قسم التوزيع وتنقسم إلى موصلات حيادية وأرض منفصلة عند نقطة التوريد. جعلت معايير البناء استخدام نظام TN-C قديمًا للمباني؛ لذلك تستخدم الآن جميع المنازل تقريبًا في المملكة المتحدة نظام TN-C-S (PME) كنظام التوريد الكهربائي الرئيسي.
ما الفرق بين PME وTNCS؟
الخصائص الكهربائية ليست مختلفة كثيرًا بين هذه الأمثلة حيث تسمي المملكة المتحدة ترتيب التأريض “PME” بينما تسميه IEC “TN-C-S”. كلاهما له نفس المعنى حيث يصف ترتيب تأريض يستخدم موصل PEN مشترك من المحول عند رأس الخدمة ويوفر عدة وصلات محلية للكهرباء/التأريض على طول التوزيع.
ما هو نظام TN-S و TT؟
TN-C يفصل نظام TT الموصلات المحايدة من المحول إلى التركيب ولا يحتوي على اتصال أرضي مع الإمداد من شركة المرافق، باستخدام أقطاب تأريض محلية فقط على التركيب نفسه. يوفر نظام TN-S مقاومة حلقة خطأ أرضي أقل من تلك التي يوفرها نظام TT، وبالتالي يتطلب نظام TT استخدام أجهزة التيار المتبقي (RCDs) أو وسائل أخرى للحماية من أخطاء الأرض.
المراجع
- IEC 60364‑1 — التركيبات الكهربائية منخفضة الجهد — الجزء 1: المبادئ الأساسية، تقييم الخصائص العامة، التعريفات — اللجنة الدولية للكهرباء.
- Schneider Electric — دليل تطبيق أنظمة التأريض — إرشادات عملية لاختيار أجهزة الحماية لأنظمة TT و TN و IT.
- BS 7671 — متطلبات التركيبات الكهربائية (لوائح الأسلاك IET) — مؤسسة الهندسة والتكنولوجيا، المعيار الوطني للمملكة المتحدة.
- البناء والصيانة الكهربائية (EC&M) — مقالات حول التأريض والربط في التركيبات التجارية والصناعية.
فهم نظام التأريض — سواء كان TN-C، TN-S، TN-C-S، TT، أو IT — هو الخطوة الأولى في تصميم تركيب كهربائي آمن. يحدد مسار الخطأ، ووقت الفصل، ونوع جهاز الحماية الذي يجب تركيبه. بالنسبة للكهربائي أو المفتش أو المهندس، فإن نظام التأريض ليس تفصيلاً يتم التحقق منه في نهاية التصميم. إنه نقطة البداية التي تتبعها كل قرارات الحماية الأخرى. توفر HUYU القواطع، وأجهزة التيار المتبقي، وأجهزة RCBO التي تتوافق مع متطلبات كل نظام تأريض محدد، مما يضمن أنه بغض النظر عن كيفية تأريض المبنى، يتم تحديد أجهزة الحماية بشكل صحيح.
