Loads Design

‫أسس تصميم العمال‬ ‫والتركيبات الكهربائيه فى المبانى‬

‫إعداد‬ ‫أ‪.‬د ‪ /‬عبد الرزاق إبراهيم نصير‬ ‫أستاذ القوى الكهربائية – بكلية الهندسة – جامعة عين شمس‬

‫يلزم معرفة وحساب الحمال الكهربائية المتوقعه للمبنى وتشمل الحمال‬ ‫الكهربائية ما يلى ‪:‬‬ ‫‪ -1‬أحمال إنارة‬

‫يتم تحديدها طبقاًٌ للمساحات المختلفه داخل المبنى والغـرض المخصص‬ ‫لكل من هذه المساحات وتتراوح عادة شدة الستضاءه من ‪ 150‬لكس‬ ‫إلى ‪ 700‬لكس طبقا للستخدام ‪0‬‬ ‫وتعتمد أحمال النارة على عدد ونوعية وحدات النارة المستخدمه والتى‬ ‫تتحدد طبقا لرتفاع السقف وألوان الحوائط ‪ ........‬ألخ‬

‫‪ - 2‬أحمال مخارج ‪: Socket load‬‬

‫يتم تحديدها طبقاًٌ لعدد الدوائر الكهربيه التى تقوم بتغذية هـذه المخارج‬ ‫ومعاملت التباين ‪ Diversity Factor‬التى يتم إستخدامها فى التصميم‬ ‫‪ -3‬أحمال قوى صغيرة ‪:‬‬

‫مثل السخانات الكهربائيه – أجهزة التكييف شباك أو سبليت ‪....‬إلخ‬ ‫‪ -4‬أحمال قوى كبيرة ‪:‬‬

‫مثل أحمال التكييف المركزى – التدفئة المركزية للمبنى – أحمال المصاعد‬ ‫…‪ .‬إلخ ‪0‬‬

‫‪ -5‬أحمال الخدمات الميكانيكية والطلمبات ‪:‬‬

‫تشمل أحمال طلمبات خزانات المياه وطلمبات إطفاء الحريق و طلمبات‬ ‫الصرف الصحى ومراوح التهوية والشفط ‪....‬إلخ ‪.‬‬

‫‪ -6‬أحمال متنوعة ‪:‬‬

‫مثل أحمال سنترال التليفونات – أحمال الحاسب اللى – أحمال أجهزة‬ ‫النذار بالحريق ‪......‬إلخ ‪0‬‬

‫الحمل الجمالى‬ ‫للمبنى‬ ‫يتم بعد ذلك تحديد إجمالى الحمال الكهربائية باستخدام معاملت التباين‬ ‫‪ Diversity Factor‬المناسبة ‪0‬‬ ‫ويتم توزيع الحمال على مختلف أدوار المبنى‬ ‫أو على مختلف المبانى والمساحات بالموقع‬

‫توزيع رأسى‬ ‫توزيـع أفقى‬

‫وذلك لتحديد أنسب مكان للوحة التوزيع الرئيسيه للمبنى ‪0‬‬

‫إختيار مكان لوحة التوزيع الرئيسيه‬ ‫للمبنى‬ ‫أنسب مكان للوحة التوزيع الرئيسية ( المحول الرئيسى) هو مركز ثقل‬ ‫الحمال الكهربائية المختلفة ويتم تحديده بحساب عزوم الحمال حول‬ ‫محور السينات وكذلك حول محور الصادات ‪0‬‬

‫ص‬

‫بأخد العزوم حول محور الصادات‬

‫ح‪1‬س‪+ 1‬ح ‪2‬س‪( = 2‬ح‪+1‬ح‪ )2‬س‬

‫س‪1‬‬

‫ح‪1‬‬

‫بأخد العزوم حول محور السينات‬

‫ح‪1‬ص‪+ 1‬ح‪2‬ص‪( = 2‬ح‪+1‬ح‪ )2‬ص‬

‫س‬

‫ص‪1‬‬

‫ح‪2‬‬

‫ص‬ ‫ص‪2‬‬

‫س‬ ‫وبذلك يمكن تحديد س ‪ ،‬ص‬

‫( إحداثيات مركز الثقل )‬

‫س‪2‬‬

‫الدور الثلثين‬ ‫‪L 2/3‬‬

‫‪C .G‬‬

‫الدور الثانى‬

‫الدور الول‬

‫‪L/3‬‬

‫‪Zero level‬‬

‫جراج ( ‪)1‬‬

‫مستوى الرض‬

‫جراج ( ‪)2‬‬

‫بالنسبة للمبانى الرأسية يكون عادة مركز الحمال عند ‪ 1/3‬المبنى من أسفل تقريبا‬

‫تقوم لوحة التوزيع الرئيسية‬ ‫بتغذية عدد من لوحات التوزيع الفرعية‬

‫(‬

‫يجب أل تغذى أى حمل مباشرة‬

‫)‬

‫قاطع رئيسى‬

‫‪ph + N + E 3‬‬ ‫قواطع‬ ‫تغذية اللوحات‬ ‫الفرعيه‬

‫إلى اللوحات الفرعيه للتوزيع‬

‫لوحة التوزيع الرئيسية‬

‫قواطع التيار الوتوماتيكية‬ ‫يتم توصيف قواطع التيار الوتوماتيكية بالتى ‪-:‬‬

‫ التيار المقنن ‪Rated Current‬‬‫ سعة القطع ‪Short – Circuit Capacity‬‬‫ الجهد المقنن ( يكون عادة ‪ 1000‬فولت بالنسبة للجهد المنخفض )‬‫‪ -‬عدد القطاب ‪No . of Poles‬‬

‫‪P-1‬‬ ‫‪P-2‬‬ ‫‪P-3‬‬

‫‪ -‬نوعية القاطع‬

‫‪m.c.b‬‬ ‫‪P-4‬‬

‫‪m.c.c.b‬‬ ‫‪Air – C.B‬‬

‫تكـون القواطـع الوتوماتيكية مـزودة عـادةً بالفصل الحـرارى‬ ‫‪ Thermal Trip‬وذلك للحماية من زيادة الحمل ‪Over – Load 0‬‬ ‫زمن الفصل‬

‫وكـذلك مـزودة بالفصل المغناطيسى‬ ‫‪ Magnetic Trip‬للحماية من حدوث‬ ‫دائرة قصر ‪Short - Circuit‬‬

‫زات‬ ‫يو‬

‫ص الف‬ ‫خوا‬

‫فصل حرارى‬

‫فصل مغناطيسى‬

‫التيار‬

‫‪I mag‬‬ ‫الخواص الزمنيه لقواطع التيار الوتوماتيكية‬

‫‪I C. B‬‬

‫تحتوى اللـوحة على البارات ( ‪ 4‬بارات للفازات الثلثة ولخـط‬ ‫•‬ ‫التعادل ) وتكون جميعها بنفس مساحة المقطع ‪ ،‬بالضافة إلى بارة‬ ‫الرضى ‪.‬‬ ‫• يتم تثبيت البارات داخـل اللوحـة باستخدام عـوازل كهـربائية‬ ‫• المسافة بين البارات تعتمد على جهد اللوحة وكذلك على قيمة تيار‬ ‫القصـر ‪ Short – Circuit Current‬حيث أنه يوجـد قـوى‬ ‫تجاذب أو تنافر بين البارات نتيجة مرور التيارات فى‬ ‫البارات‬

‫‪F ∞ I1 . I2‬‬

I1

+

+

Attraction Force

I2

‫تجاذب‬

‫قوى تجاذب‬

I1

-

+ ‫تنافر‬

‫قوى تنافر‬

I2

Repulsion Force

‫يتم توصيف لوحـة التوزيع بالتيار المقـنن للوحـة ‪ ،‬وكـذلك بتيـار القصر‬ ‫‪ Short – Circuit Current‬الذى يمكن أن تتحمله اللوحة‬ ‫كما يتم توصيف اللوحة طبقا لدرجة الحماية ‪ IP‬من دخـول المـواد الغريبة‬ ‫أو التربة وكذلك الحماية من دخول رذاذ أو رشاشات المياه داخل اللوحة‬

‫( ‪IP degrees ) Ingress Protection‬‬ ‫‪IP X X‬‬ ‫‪IP X . Y‬‬ ‫* الرقم الول ‪ X‬خاص بدرجة الحماية من التلمس مع البارات أو الحماية‬ ‫من دخول أجسام غريبة‬ ‫* الرقم الثانى ‪ Y‬فخاص بدرجة الحماية من دخول السوائل ( المياه ) داخل‬ ‫اللوحة‬

‫‪Ingress Protection ))I P Protection‬‬ ‫الرقم الكودى الثانى ‪Y .‬‬ ‫درجة الحمايه من دخول المياه‬

‫ل توجد حمايه‬ ‫الحمايه من قطرات المياه المتساقطه‬ ‫رأسيا‬ ‫الحمايه من قطرات المياه المتساقطه‬ ‫بزاويه حتى ‪ ْ 15‬مع الرأسى‬ ‫الحمايه من قطرات المياه المتساقطه‬ ‫بزاويه حتى ‪ ْ 60‬مع الرأسى‬ ‫‪ْ 60‬‬

‫‪water‬‬ ‫الحمايه من رذاذ المياه المتساقط من أى‬ ‫إتجاه‬ ‫الحمايه من المياه المندفعه من أى إتجاه‬

‫الرقم الكودى الول ‪X .‬‬ ‫درجة الحمايه من التلمس أو دخول‬ ‫الجسام الغريبه‬

‫ل توجد حمايه‬

‫الحمايه من تلمس الصابع للتوصيلت الحيه داخل الجهاز‬ ‫والحمايه من دخول أجسام غريبه أكبر من ‪50‬مم‬ ‫الحمايه من تلمس الصابع للتوصيلت الحيه داخل الجهاز‬ ‫والحمايه من دخول أجسام غريبه أكبر من ‪12‬مم‬

‫الرقم‬ ‫الكودى‬

‫‪0‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪2‬‬

‫الحمايه من دخول السلك أو الجسام الغريبه أكبر من ‪ 2.5‬مم‬

‫‪3‬‬

‫الحمايه من دخول السلك أو الجسام الغريبه أكبر من ‪ 1‬مم‬

‫‪4‬‬

‫الحمايه الكامله من دخول اجسام غريبه‬

‫‪5‬‬

Ingress Protection ))I P Protection 1st code digit : Degree of protection against

2nd code digit : Degree of protection against contact and ingress of liquids

0

contact and ingress of foreign bodies No protection

1

Protection against ingress of solid foreign bodies with diameters greater than 50 mm

Code digit

No protection Protection against vertically falling water drops

2

Protection against contact with the fingers , Protection against ingress of solid foreign bodies with diameters greater than 12 mm

3

Protection against contact with wires etc ., with diameters greater than 2.5 mm , or ingress of solid foreign bodies with diameters greater than 2.5 mm

Protection against obliquely sprayed water , up to an angle of 60 ْfrom the vertical

4

Protection against contact with wires etc ., with diameters greater than 1 mm , or ingress of solid foreign bodies with diameters greater than 1 mm

Protection against splash water from any direction

5

Complete protection against contact with live parts , protection against harmful deposits of dust

Protection against water – jets from any direction

6

Complete protection against contact with live parts , protection against ingress of dust

Protection against heavy seas , temporary flooding

Protection against obliquely falling water , up to an angle of 15ْ

‫‪Coordination Of C.B. Tripping Times‬‬

‫لوحة التوزيع الرئيسيه‬

‫قاطع رئيسى‬

‫قاطع أ‬

‫قاطع ب‬

‫إلى اللوحات الفرعية‬ ‫لوحة توزيع فرعية‬ ‫قاطع ج‬ ‫‪F‬‬

‫زمن الفصل‬

‫قاطع أ‬ ‫قاطع ب‬

‫قاطع ج‬

‫‪I‬‬

‫التيار‬

‫‪I mag‬‬

‫‪A‬‬

‫‪Imag‬‬

‫‪B‬‬

‫‪mag‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪I‬‬

‫‪I CB‬‬

‫‪I CB‬‬

‫‪A‬‬

‫‪B‬‬

‫‪I CB‬‬ ‫‪C‬‬

‫الخواص الزمنية لقواطع التيار أ و ب و ج (موضحاً التنسيق بين أزمنة‬ ‫القواطع )‬

‫‪T‬‬

‫فى حالة عدم توافر الخواص الزمنية للقواطع‬ ‫فإن الطريقه التقريبية لضمان التنسيق بين قواطع التيار هى أن يكون التيار المقنن‬ ‫للقاطع الرئيسى أكبر من ضعف التيار لى من القواطع الفرعية‬ ‫‪ 100‬أمبير‬

‫‪ 100‬أمبير‬

‫قاطع رئيسى‬

‫‪ 40‬أمبير‬

‫‪.‬‬

‫‪ 40‬أمبير‬

‫‪ 40‬أمبير‬

‫قاطع رئيسى‬

‫‪ 80‬أمبير‬

‫‪40‬أمبير‬

‫إختيار سليم لقواطع التيار‬

‫إختيار غير سليم لقواطع التيار‬

‫√‬

‫×‬

Earth Leakage m .c . b ‫تيار الوقايه من التسرب الرضى _ يستخدم لحماية الفراد فى حالت الحمال التى يمكن‬ ‫ألخ‬.... ‫أن يلمسها النسان أو فى حالت إناره حمامات السباحه والحدائق‬ ) ‫ملف ( أ‬ L

AMP

Trip Coil

Search coil

L Test Botton LD

N R

)‫ملف (ب‬

N

ILeakage = 5 m.A , 10 m.A , 20 m.A , 50 m.A

It is a 2-pole m.c.b When There is no leakage current to earth , . no flux will be in the iron core

‫إختيار الكابل المناسب ‪Selection of Suitable Cable‬‬ ‫‪Size‬‬ ‫بالنسبة للتوصيلت الداخلية فى المبانى تكون جميع الكابلت المستخدمة‬ ‫ذات موصلت نحاسية ( ذات موصل واحد أو عدة موصلت )‪.‬‬ ‫العزل المستخدم يكون عادة ‪ ( PVC‬أقصى درجة حوالى ‪C ْ70‬‬ ‫( أو ‪ XLPE‬أقصى درجة حوالى ‪) C ْ90‬‬ ‫يشترط أن تكون درجة الحرارة المولدة فى الموصل نتيجة مرور التيار‬ ‫( ‪ 2) RI‬ل تتسبب فى إرتفاع درجة حرارة الموصل أعلى من الدرجة‬ ‫القصوى المسموح بها للمادة العازلة المستخدمة فى عزل الكابل‬

‫‪L‬‬ ‫‪A‬‬

‫حيث ‪:‬‬

‫‪=R ρ‬‬

‫‪ : R‬المقاومة بالوم‬ ‫‪ :‬المقاومة النوعية‬ ‫‪ : L‬طول الموصل‬ ‫درجة حرارة الكابل تعتمد على ‪:‬‬

‫‪ : A‬مساحة مقطع الموصل‬

‫ التيار المار فى الموصل ( ‪) I‬‬‫ درجة حرارة الجو المحيط بالكابل حيث ترتفع خلل أشهر الصيف وتقل‬‫فى الشتاء‬ ‫‪ -‬وجود كابلت أخـرى مجاورة للكابل تقوم بتغذية أحمال أخـرى حيث‬

‫حتى يمكن تحديد مساحة مقطع الموصل يلزم التفرقة بين ثلث تيارات وهى‬ ‫أول ً ‪ :‬تيار الحمل التصميمى ‪Irated‬‬ ‫وهو التيار اللزم للحمل‬

‫‪P‬‬ ‫‪V cos φ‬‬

‫‪√3‬‬

‫حيث ‪ : P‬القدرة الكهربية للحمل‬ ‫‪V‬‬ ‫‪cosφ‬‬

‫‪ :‬الجهد بين طورين ‪Line Voltage‬‬ ‫‪ :‬معامل القدرة‬

‫= ‪I‬‬ ‫‪rated‬‬

‫ثانيا ً ‪ :‬التيار المقنن لقاطع التيار ‪IC.B‬‬ ‫وهو الذى سيتم عنده فصل الدائرة ويكون عادة‬

‫‪Irated‬‬ ‫‪Irated‬‬

‫>‪C.B‬‬

‫‪C.B∼ 1.2‬‬

‫‪I‬‬

‫‪I‬‬

‫أما بالنسبة للحمال الصغيرة فإن التيار المقنن للقاطع يمكن أن يصل إلى‬

‫‪Irated‬‬ ‫وسبب إختيار ‪ IC.B‬بحيث يكون أكبر من‬ ‫‪C.B∼ 1.5‬‬

‫‪I‬‬

‫‪Irated‬‬

‫هو أن يكـون القاطـع‬

‫قادر على تغذية الحمل بصفة مستمرة بدون أن يتسبب ذلك فى إرتفاع درجة‬ ‫حرارة أطراف التلمس ‪ Contacts‬الخاصة بالقاطع‪.‬‬

‫ثالثا ً ‪ :‬التيار المقنن للكابل أو سعة الكابل ‪Cable‬‬ ‫‪Current Rating‬‬

‫وهو التيار الذى يمكن أن يمر فى الكابل بأمان بدون رفع درجة حرارة‬ ‫الكابل إلى درجة أعلى من الدرجة القصوى المسموح بها للمادة العازلة‬ ‫المستخدمة فى عزل الكابل‬

‫‪Icable > IC.B‬‬ ‫أى يقوم القاطع بفصل التيار قبل أن يصل التيار إلى أعلى قيمة مسموح‬ ‫بها للكابل ‪ ،‬وقيمـة ‪ I cable‬تعتمد على درجة حـرارة الجـو وعلى‬ ‫العوامل الخرى التى تساعد على رفع درجة حرارة الكابل‬

‫ويتم حساب‬

‫‪ Icable‬كالتى ‪:‬‬

‫‪I C.B‬‬

‫‪I‬‬ ‫‪= cable‬‬

‫‪C.F‬‬

‫حيث‬

‫‪: C.F‬‬

‫وقيمة ‪: C.F‬‬ ‫حيث‬ ‫‪Cg‬‬ ‫)‬

‫هى معاملت التصويب ‪Correction Factors‬‬ ‫تكون أقل من ‪ 1‬وهى تشتمل على‬

‫‪C.F = Ca × Cg‬‬

‫التصويب الخاص بدرجة حرارة الجو ‪ambient temp‬‬

‫‪: Ca‬‬ ‫‪ :‬التصويب الخاص بتجميع الكابلت ‪grouping factor‬‬ ‫يعتمد على عدد الكابلت المجاورة لبعضها)‬ ‫أقل من ‪1‬‬ ‫وتكون‪Ca‬‬ ‫‪ : Cg‬أقل من ‪1‬‬ ‫وكذلك‬

‫وبالتالى يتم تحديد مساحة مقطع الكابل المناسبة باستخدام جداول الكابلت مع‬ ‫الخذ فى العتبار طريقة تركيب الكابل ( مثبت على الحائط أو على حوامل‬ ‫كابلت أو داخل مواسير ‪ ...‬إلخ )‬ ‫وبعد تحديد مساحة مقطع الكابل المناسب يلزم التحقق من أن الهبوط فى‬ ‫الجهد ‪Voltage Drop‬نتيجة مرور الحمل التصميمى ل تتجاوز الحدود‬ ‫المسموح بها وهى ‪ % 2.5‬من قيمته عند نقطة التغذية الرئيسية‬ ‫أى أن الهبوط فى الجهد بين نقطة التغذية الرئيسية فى المبنى وأبعد نقطة عن‬ ‫نقطة التغذية الرئيسية يجب أل تتجاوز ‪ 5.5‬فولت فى حالة جهد التغذية ‪220‬‬ ‫فولت‬ ‫أما إذا كان هبوط الجهد أكبر من ذلك ‪ ،‬فإنه يتم إختيار كابل ذو مساحة مقطع‬

‫ش‬ ‫كراً‬