الدراسة الفنية لشبكات التوتر المنخفض

الدراسة الفن ة لشبكات التوتر المنخفض المحاضر : الدكتور فيصل سميمان شعبان أستاذ مساعد في قسم هندسة الطاقة الكهربائية جامعة تشرين

الدراسة الفن ة لشبكات التوتر المنخفض الحساب الكهربائ لشبكات الجهد المنخفض تحد د األحمال الكهربائ ة اخت ار مقاطع النواقل اخت ار القواطع

يتطمب حساب شبكات التوتر المنخفض معالجة القضايا التالية : 1- يجب عمى مقاطع النواقل المختارة أن تؤمن التوتر المطموب لألحمال الكهربائية والتي بدورها تؤمن العمل االفني واالقتصادي المطموب 2- يجب أال تزيد الحموالت عمى النواقل عن الحد المسموح به حتى نتجنب الحريق 3- يجب عمى مقاطع النواقل المختارة أن تؤمن متانة ميكانيكية كافية وموثوقية عند تركيبها واستثمارها. ألجل إتمام الحسابات الكهربائية ينبغي قبل كل شيء إيجاد األحمال الحسابية

إ جاد األحمال الحساب ة االستطاعة الحق ق ة تتحدد انطالقا من االستطاعة المركبة ألجهزة االنارة والتجه زات الكهربائ ة المختلفة وه دائما أكبر من االستطاعة الحساب ة. االستطاعة الحساب ة تتحدد من االستطاعة المركبة بعد ضربها بعامل الطلب أي : p c. = k c pn عامل الطلب ب ن لنا أي جزء من االستطاعة المركبة هو المستخدم فعال و تعلق بالدرجة األساس ة بطب عة العمل ة االنتاج ة و عطى بالعالقة التال ة :

K c K Z K c o - Kz عامل التحم ل وهو مثل نسبة االستطاعة الفعل ة إلى االستطاعة االسم ة - Ko عامل التواقت أو التبا ن وهو ب ن عدم توافق المعدات أو التجه زات بحمولتها األعظم ة ف لحظة مع نة - c مردود الشبكة - مردود التجه زة الكهربائ ة

وعند انعدام المعط ات عن عامل الطلب فإنه ؤخذ الق م التال ة : 1 ألجل األبن ة الصغ رة ذات الصفة االنتاج ة 0.95 لألبن ة الكب رة 0.9 للمنشآت النجار ة 0.85 للمنشآت ذات الطابع الغذائ والمدارس التؤه ل ة 0.7 للفنادق 0.6 للمستودعات. ف المعامل الك م ائ ة تراوح معامل الطلب ف المجال 0.17 0.4 وف معامل النس ج تبلغ 0.3 0.6 والمجال 0.15 0.3 ف معامل الخشب.

هناك حاالت خاصة تتمثل ب : 1- وجود بعض اآلالت تعمل بنظام متقطع ( أجهزة اللحام النشر القطع... ) ف هذه الحالة االستطاعة الحساب ة تحسب انطالقا من االستطاعة األسم ة وزمن استمرار ة Pc Kc Pn عملها tb عند حساب شبكة تغذي عددا من األحمال لها خواص مختلفة ومنحن ات أحمال مختلفة ستخدم معامل الطلب منسوبا لكل مجموعة أحمال أو لكل نوع من أنواع االنتاج.

تقدير األحمال الكهربائية ) تعتبر طر قة الحمل الق اس أو النوع لوحدة المساحة ( الطرق المستخدمة ف تقد ر األحمال الكهربائ ة المتر المربع من أهم تقسم األحمال الكهربائ ة إلى : 1- األحمال الكهربائ ة الصناع ة : هذه األحمال خاصة بالمنشآت الصناع ة وتعتمد على العمل ة التكنولوج ة المستخدمة ف الصناعة. ف هذه الحالة الجداول الت تب ن األحمال الكهربائ ة النوع ة للصناعات تستخدم لتقد ر األحمال 2- األحمال الكهربائ ة غ ر الصناع ة : وتشمل المنشآت التجار ة والمبان العامة ( مدارس مستشف ات مراكز تجار ة ) ومبان الشقق السكن ة. هنا ف مرحلة التصم م األول البد من تقد ر األحمال الكهربائ ة وهنا نب ن جداول ألنظمة إنارة المرلفق العامة كما تب نها المواصفات الق اس ة العالم ة

نوع المرفق أماكن العبادة الحمل النوع لكل مترمربع 2 Watt/m 10.76 32.28 ) المنازل ( ما عدا الفنادق 21.52 21.52 53.8 21.53 32.28 المشاف الفنادق المكاتب المطاعم المدارس

نوع المرفق المستودعات مواقف الس ارات قاعات االجتماعات الممرات وبهو االنتظار الحمل النوع لكل مترمربع 2 Watt/m 2.7 5.37 10.76 5.37

األحمال النوع ة لبعض األجهزة الكهربائ ة المستخدمة ف الب وت اسم الجهاز مك ف الهواء مروحة جال ة متوسط الحمل الكهربائ Watt 1100 400 1500 350 Freezer مجفف شعر مكواة ثالجة تلفز ون فرن كهربائ مضخة الماء 100 1000 200 350 8000 700

األحمال المستقبمية عند حساب وتحديد األحمال الكهربائية الفعمية البد أن نأخذ بعين االعتبار التوسع المستقبمي ولقد استخدم معاممين لألحمال المستقبمية وهما 25% و 50% من األحمال الفعمية.هنا يجدر اإلشارة إلى أن تصميم لوحات التوزيع تتطمب وجود دا ارت احتياطية تعادل نسبتها 20% من الدا ارت الفعمية

تحد د مقاطع النواقل ألجل اخت ار مقاطع النواقل والكابالت حسب شروط التسخ ن المسموح به من الضروري إ جاد ت ار الحمل الحساب ) ) ألجل شبكة أحاد ة األطوار ( ثنائ ة النواقل 1ph+N ألجل شبكة ثنائ ة األطوار ( ثالث ة النواقل 2ph+N I C PC. 103 / 2U Ph, A )3Ph+N IC PC 10 3 / U Ph COS,. ألجل شبكة ثالث ة األطوار ( رباع ة النواقل IC PC 10 3 / 3U PhCOS,. A A

من خالل تحد د الت ار الحساب مكن تحد د مقطع الكابل المغذي بعدة طرق منها : طر قة كثافة الت ار اإلقتصاد ة : هذه الطر قة تؤخذ بع ن االعتبار الض اع األصغري لإلستطاعة و حسب المقطع بالعالقة : I max, A 2 F, mm 2 J e, A/ mm - J e كثافة الت ار االقتصاد ة وتتبع زمن االستخدام األعظم وطب عة الحمل المقطع الناتج حساب تم تقر به إلى أقرب ق مة نظام ة

تحد د مقطع الناقل حسب استطاعته لحمل الت ار استطاعة الناقل لحمل الت ار تبع مقطع الناقل نوع مادته )نحاس ألمن وم ) ونوع المادة العازلة ( بول ف ن ل كلورا د PVC مطاط ورق مشبع بالز ت.. ) وطر قة تمد ده ( ف الهواء ضمن قساطل ف األرض وعلى حوامل معدن ة ) كما تعتمد على درجة حرارة الوسط المح ط. تعط الجداول الفن ة استطاعة حمل الت ار للمقاطع المختلفة للنواقل عند حاالت مختلفة ( درجة الحرارة عدد النواقل عدد الكابالت... الخ ) استطاعة حمل الت ار نبغ تصح حها بعوامل تصح ح مناسبة ( درجة الحرارة تجاور الكابالت حسب طر قة التمد د وعدد الكابالت

تلخص طر قة تحد د مقطع الناقل المناسب حسب استطاعته لحمل الت ار ب : حساب الت ار الممكن مروره ف الناقل حسب االستطاعة المطلوبة أو المركبة تحد د عوامل التصح ح المناسبة لظروف التمد د والعمل من الجداول الفن ة تعد ل استطاعة المقاطع لحمل الت ار حسب عوامل التصح ح المناسبة تحد د المقطع الالزم بح ث تكون استطاعته لحمل الت ار أكبر من ق مة الت ار الممكن مروره.

مالحظة هامة : المقطع الذي تم اخت اره سواء بطر قة كثافة الت ار االقتصاد ة أو سعته لحمل الت ار نبغ أن تحقق هبوط جهد ضمن الحدود المسموحة والمحددة وفق المعا ر الدول ة والت تساوي ±5% للمحركاث و % ±2.5 لإلنارة وفي حال عدم تحقق ذلك نعتمد مقطع أعلى من السابق بدرجت واحدة ونعيد عمليت االختبار من تحقق شرط هبىط الجهد المسمىح عند أبعد نقطت من الشبكت.

تحد د مقاطع النواقل تبعا لهبوط الجهد : جري حساب الشبكات ثالث ة األطوار رباع ة النواقل 3Ph+N( ) عندما تكون األحمال موزعة بشكل متساو ب ن األطوار بالعالقة التال ة : U % 10 U 5 2 n r 0 Pl U 2 n 10 5 F Pl

ح ث إن : - التوتر االسم للشبكة Kv Un 2 mm - مقطع نواقل الشبكة F - الناقل ة النوع ة Kw االستطاعة الفعل ة السار ة - P. m طول جزء الشبكة - l

ف الح اة العمل ة وبدوافع االقتصاد ف المعادن الملونة ولتغذ ة أحمال إنارة قل لة باستطاعة تستخدم شبكة ثنائ ة األطوار ( 2Ph+N ) أو شبكة أحاد ة األطوار 1Ph+N( ) متفرعة من الشبكة الرباع ة النواقل الت تغذي تلك األحمال U Ph 10 3 0.75 F U n 3 2 10 U % Pl. ( 1Ph N ) FU 2 5 Ph Pl

حالة خاصة : ف الحالة الت تكون ف ها األحمال موزعة بانتظام على امتداد الشبكة عندها نكافئ هذه األحمال بحمولة مكافئة ق متها تساوي مجموع األحمال ومركزة ف منتصف المسافة.

أجهزة الحما ة من الت ار الزائد اخت ار القواطع والمنصهرات أخت ار الفواصم Fuses اخت ار القواطع اآلل ة Circuit breaker

اخت ار الفواصم الكهربائ ة الفواصم أبسط أجهزة الحما ة و تؤلف عنصر الحما ة ف ها من معدن قابل لالنصهار ( نحاس ألمن وم فضة...( تتحدد نوع ته وأبعاده حسب ع ار الت ار االسم للفاصمة. تتم ز الفواصم برخص كلفتها واستطاعة قطع كب رة بالمقارنة مع القواطع اآلل ة من مساوئها أنه تركب على األطوار بشكل مستقل مما إدي إلى إمكان ة فصل إحداها دون األخرى وبالتال فصل التغذ ة عن أحد األطوار واستمرار التغذ ة لألطوار األخرى وهذا سبب مشاكل فن ة. لذا تستخدم للحما ة من دارات القصر والتستخدم للحما ة من ز ادة الحمولة ( محركات محوالت

الت ار االسم للمنصهرة مع لون الختم المرافق 380 الت ار االسم I n, A 2 4 6 10 16 20 25 Volt التوتر االسم لون الختم وردي بن أخضر أحمر رمادي أزرق أصفر

تابع للجدول السابق 35 50 63 أسود أب ض برونزي

استخدام الفواصم كؤداة للحما ة من الت ار الزائد الناتج عن ز ادة الحمولة تستخدم الفواصم لحما ة النواقل والكابالت من الت ار الزائد الناتج عن ز ادة التحم ل و جب اخت ار ع اراتها حسب مقاطع هذه النواقل والكابالت واستطاعتها لحمل الت ار. هناك جداول مرجع ة تب ن ع ارات الفواصم لحما ة النواقل والكابالت حسب مقطعها واستطاعتها لحمل الت ار عند درجة حرارة مح ط ة 25 C o. الجد ر ذكره أن ع ار الفاصمة الوارد ف تلك الجداول مناسب لالستطاعة حمل الت ار حسب ( درجة الحرارة طر قة التمد د...( وح ن تعد ل استطاعة المقطع لحمل الت ار بعوامل التصح ح المناسبة نبغ تعد ل ع ار الفاصمة لتناسب استطاعة القطع ( المعدلة ) لحمل الت ار.

استخدام الفواصم كؤداة حما ة من ت ارات القصر ف حال استخدام الفواصم لحما ة النواقل والكابالت من الدارة القص رة تختار ع اراتها حسب مقطع هذه النواقل والكابالت بشرط تكون أكبر من ع ارات الفواصم ( المناسبة لحما ة نفس المقطع من الت ار الزائد ) بدرجة واحدة على األقل وثالثة درجات على أكثر تقد ر. على سب ل المثال : لد نا مقطع 10 mm 2 حمى من الت ار الزائد بفاصمة 50A ولحما ة نفس المقطع من ت ار القصر تختار فاصمة ع ار.100 max 63 min عند وجود أكثر من فاصمة على التسلسل جب اخت ار ع اراتها بح ث تكون الفاصمة األبعد عن الحمل أكبر بدرجة أو درجت ن على األقل لضمان انتقائ ة عملها.

استخدام الفواصم كؤداة حما ة خلف ة تستخدم الفواصم كؤداة حما ة خلف أجهزة حما ة أخرى لحما تها أو تعز ز قدرتها على قطع دارات القصر على سب ل المثال : 1- القواطع اآلل ة : الس ما ح ن تكون استطاعة القطع التغط ت ارات القصر المتوقع مرورها عبر القاطع. مثال القواطع بالقرب من مراكز التحو ل 2 الكونتاكتورات : لحما ة األجهزة الت تقوم بتشغ لها ( محركات ) من الدارة القص رة إضافة لحما ة الكونتاكتور من التصاق تماساتها عند مرور ت ارات القصر العال ة.

اخت ار القواطع اآلل ة القاطع اآلل عبارة عن أداة م كان ك ة تقوم بتمر ر وصل و فصل كامل الت ار االسم المحدد ضمن شروط عمل نظام ة وأن تحمل ق مة ت ار كب رة لمدة زمن ة محددة وفصل هذا الت ار و نبغ أن إمن ما ل : : العزل الحما ة من كافة األعطال حما ة من ز ادة الحمولة حما ة من الدارة القص رة : حما ة من العطل األرض over load Short circuit Earth fault

الحما ة من األعطال تم حما ة الشبكة من ز ادة الحمولة بواسطة الحما ة الحرار ة Thermal Relay المركبة ف القاطع الحما ة من الدارة القص رة بواسطة الحما ة المغناط س ة Magnetic Relay المركبة ف القاطع.

المم زات الهامة للقواطع اآلل ة حددت النظم العالم ة بعض المم زات الهامة للقواطع اآلل ة منها : - I n الت ار االسم للقاطع : الت ار الذي ستط ع القاطع تمر ره والق ام بعمل ت الوصل والفصل ضمن شروط عمل طب ع ة. - I cu ت ار القصر األعظم : الق مة األعظم ة لت ار القصر KA الذي ستط ع القاطع تحمله عند توتر عمل محدد وفصل هذا الت ار. KA ت ار القصر ف الخدمة : الق مة األعظم ة لت ار القصر I cs الذي ستط ع القاطع تحمله عند توتر عمل محدد وفصل هذا الت ار وتتحدد كنسبة من ( 100%.) 25, 50, 75, I cu

cw - I ت ار التحمل الحراري :الق مة األعظم ة لت ار القصر KA الذي ستط ع القاطع تحمله لفترة زمن ة محددة عند توتر عمل محدد وفصل هذا الت ار. الق م الدن ا لهذه الم زة :ألجل القواطع 5KA I n 2500A أو 12I n أ هما أكبر وللقواطع 30KA I n > 2500 A - I cm ت ار القصر عند اإلغالق: الق مة األعظم ة لت ار القصر KA الذي ستط ع القاطع تحمله عند االغالق على دارة قصرى و تحدد بالعالقة : cu I cm = n. I ح ث أن n عامل تصح ح تحدد وفق الجدول التال :

جدول حدد ق مة العامل n n 1.5 KA 4.5 ت ار القصر I cu 6 1.7 6 < I cu 10 2.0 10 < I cu 20 2.1 20 < I cu 50 2.2 50 < I cu

القواطع اآلل ة المستخدمة ف حما ة تجه زات التوتر المنخفض ح ن استخدام القواطع اآلل ة لحما ة محركات ثالث ة الطور تع ر الحما ة المغناط س ة على ق مة الت ار االسم والحما ة الكهرمغناط س ة على ( 10 12 ) أمثال الت ار االسم. ح ن استخدام القواطع االل ة لحما ة المولدات والمحوالت تع ر الحما ة الحرار ة على ق مة الت ار االسم والحما ة الكهرمغناط س ة على ( 3 6 ) أمثال الت ار االسم ح ن استخدام القواطع اآلل ة لحما ة الكابالت وخطوط النقل تع ر الحما ة الحرار ة على ق مة الت ار الدائم المسموح مروره ف هذا الكابل أو الخط مع األخذ بالحسبان عوامل التصح ح المناسبة. ح ن استخدام القواطع لحما ة المكثفات تع ر الحما ة الحرار ة على ( 1.2 1.3 ) أمثال الت ار االسم والحما ة المغناط س ة على 9 أمثال الت ار االسم إذا كان ت ار المكثف أقل من 100 A وعلى 6 أمثال الت ار االسم إذا كان أقل من 450A وعلى 4 أمثال الت ار االسم إذا كان أكبر من ذلك.

نماذج القواطع اآلل ة هناك نماذج متعددة للقواطع اآلل ة منها. K,,L,H G كل نموذج له منحن قطع خاص به. القواطع G,,L H تتم ز بؤن الحما ة الحرار ة بط ئة التحسس ( 10 دقائق لتفصل ت ارا قدره ) 1.75 I n لهذا تستخدم ف حما ة دارات االنارة والمآخذ العامة القواطع نموذج G تمتاز بؤن الحما ة الحرار ة سر عة التحسس عند ) 1.75I n لهذا تستخدم ف ز ادة الت ار ( دق قة واحدة لتفصل ت ارا حما ة دارات القدرة والتجه زات الكهربائ ة الحساسة مثل المحركات والمحوالت وأجهزة االنارة الفائضة... الخ.

المتطلبات األساس ة للقواطع اآلل ة فترض أن كون القاطع حر االعتاق بح ث إذا كانت ال د ف وضع التشغ ل ON تستط ع اآلل ة الداخل ة إعتاق القاطع ل صبح ف وضع OFF جب أن ش ر القاطع بوضوح إذا كان ف وضع ON أو OFF جب أن كون القاطع غ ر قابل للعبث به بح ث ال مكن إعادة ضبطه ( تغ ر الوقت الالزم لتشغ له ) بدون فك الجهاز أو كسر ختم الغالف الخارج جب أن كون ع ار القاطع موضوع على جسمه بصورة دائمة وثابتة أي قاطع له سعة قطع أعلى من 5KA فترض أن ب ن عل ه بصورة واضحة سعة قطعه.

أمثلة محلولة طلب تحد د مقطع الناقل المتصل مع اللوحة الرئ س ة باعتبار أن االستطاعة االجمال ة 128 kwatt استطاعة مركز التحو ل 200 kva الحل : نبغ حساب مقطع الناقل الرئ س على أساس الحمل الكامل لمركز التحو ل حدد مقطع الكابل الالزم لحمل الت ار اعتمادا على الجداول ) )2( و 1( I S 3 U n 10 3 200 3 400 290 A

-حسب الجدول 1 فإن الكابل 120 4 mm2 ممدا ف األرض وعند درجة حرارة 20Co نحاس مكنه أن حمل ت ار 310A عندما كون -عند األخذ بع ن االعتبار أن درجة حرارة التربة ف ظروف مناخ ة 25 C o ف جب تصح ح استطاعة حمل الت ار بعامل تصح ح مقداره 0.95 حسب الجدول ( 2 ) -عند األخذ بع ن االعتبار عامل تحم ل وسط بعامل تصح ح مقداره 0.93 من الجدول ( 3 0.85 ف جب تصح ح استطاعة حمل الت ار ) -بناء على ذلك فإن استطاعة حمل الت ار للمقطع 120 mm 2 4 لم تعد 310 A وإنما أصبحت = 273 A 0.93 0.95 310 ولم عد هذا المقطع مناسبا لحمل الت ار المتوقع مروره و جب االنتقال إلى المقطع األكبر وهو 150 mm 2 4. ونتؤكد من سعة حمله للت ار بعد استخدام عوامل التصح ح -استطاعة المقطع السابق لحمل الت ار وفق الجدول ( 1 ) وبعد إدخال عوامل التصح ح = 307 A 0.93 0.95 348 والمقطع مناسب التؤكد من هبوط الجهد على المقطع المختار :

U l % 3 I Z 1000 100 U n 50 m ح ث l طول الكابل و ساوي - التوتر االسم و ساوي 400 volt U n 0.8 ) 4 ( ممانعة الكابل ساوي 0.168 من الجدول باعتبار أن عامل االستطاعة - Z بالتعو ض نحصل على هبوط الجهد النسب : U % U % 3 I Z l 100 1000 U 50 1.73 290 0.168 1000 n 100 400 1.05% وهو ضمن الحدود المسموحة

مثال : تحد د ع ار قاطع آل مناسب لحما ة الكابل المغذي آللة مع نة بفرض لد نا كابل مقطعه 25 mm 2 4. من الجدول )4( ع ار القاطع المناسب لحما ة المقطع من ز ادة الت ار 100A وباعتبار أنه كابل وح د ممدد بالهواء وعند درجة حرارة مح ط ة. 25C o إذا أخذنا عوامل التصح ح ( 0.75 0.87 ) فإن ع ار القاطع المناسب س كون : 100 0.87 0.73 = 63.51A وأقرب قاطع آل لهذا الرقم هو قاطع آل ع اره 63 A

ودمتم سالم ن

انجدول : ( 1 ) استطاعة حمم انتيار نكابالت انقدرة انثالثية أو انرباعية

الجدول : )2( عوامل التصحيح الستطاعة حمل التيار لمنواقل والكابالت درجة ح اررة الوسط المحيط

الجدول : )3( عوامل التصحيح الستطاعة حمل التيار لمجموعة كابالت ممددة في األرض حسب نسبة عامل التحميل

ع ارات الفواصم المناسبة لحما ة النواقل والكابالت الكهربائ ة ( المصنوعة من النحاس ) من الت ار الزائد حسب مقطعها واستطاعتها لحمل الت ار عند درجة حرارة ( Co ) 25 الجدول ( )4 :