حساب مساحة مقطع الموصلات و الفقد في الجهد
1.حساب مساحة مقطع الموصل
إن عملية حساب مقطع الموصل (cross-section area (CSA أو حساب حجم الموصلات كما هوشائع ( الوصف حجم غير دقيق لان الاصل هي عملية حساب مساحة ) , هي عملية لاختيار المقاس المناسب للحمل او الشبكة المعينة , آخذين في الاعتبار شروط معينة.
1.1.خطوات إختيار مقاس الموصلات
هناك عدة خطوات يجب اتباعها لاختيار مقاس الموصل او الكيبل للحمل او الشبكة الكهربائية , فيما يلي[1] :
1.1.1. تحديد بيانات الموصل او الكيبل
يجب جمع بعض البيانات الأساسية عن الموصل مثل :
- نوع مادة الموصل (نحاس او ألمنيوم).
- نوع مادة العازل الذي يحمي الموصلات (PVC, XLPE, EPR) بالنسبة للمواصفات IEC او (TW, THHW, XHH) بالنسبة للمواصفات NEC.
- أحادي الطور(موصلين) single phase او متعدد الأطوار multi cores.
2.1.1. تحديد بيانات الحمل
تحديد مواصفات الحمل الذي يغذيه الموصل , مثل :
- حمل أحادي الطور او ثلاثي الطور
- جهد النظام او المصد , الجهد الذي يتم تغذية الحمل به من النظام الشمسي او من الكهرباء العامة utility power source.
- تيار الحمل الكامل.
- تحديد معامل القدرة للحمل الكامل full load power factor.
- حساب المسافة بين النقطتين المراد توصيل الكيبل بينهما.
2.1. طريقة تركيب الكيبل او الموصل
تعتمد طريقة تركيب او تمديد الكوابل على عدد من الاعتبارات مثل[1]:
- عبر حاملات كوابل cable trays او ladder او يمرر في مواسير conduits او الدفن buried او في الهواء.
- درجة الحرارة المحيطة او درجة حرارة التربة.
- cables grouping و المقصود به عدد الكوابل الاخرى التي تلامس او تركب بجوار الكيبل ا.
- cable spacing و مقصود به ما اذا كان توصل الكوابل مع بعض ام تترك مسافة تفصل بينهم.
- مقاومية التربة الحرارية Soil thermal resistivity.
3.1.اختيار الكيبل حسب الأمبير Ampacity:
المصطلح ampacity تعني اقصى تيار مسموح به عبر الكيبل لفترة مستمرة دون ان يحدث تلف او انهيار للعازل و يطلق عليه ايضاً مصطلح current carrying capacity of cable or CCC.كلما زادت قيمة CCC قلت الفقودات مثلا كيبل 10 ملم2 افضل من كيبل 6 ملم2 في تبديد الحرارة و الفقودات[1].
تعطى قيمة CCC في كتيب المصنع لكل كيبل (الجدول 1) لكن تلك القيم محددة على اساس شروط قياسية معينة, و لاستخدامه في منطقة او موقع ما تُطبق بعض العوامل التصحيحية derating or correcting factors (مثل grouping, laid cable or on trays , temperature on site , و غيرها تعطى من قبل المصنعين عادة)[1].
و يتم حساب CCC للكيبل كالتالي:
جدول (1): يوضح قيم ampacity لبعض مقاسات المواصلات DC
Ic = Ib . kd
حيث :
Ic تيار الكيبل الجديد بعد تطبيق عوامل التصحيح
Ib تيار الكيبل قبل تطبيق عوامل التصحيح
Kd محصلة عوامل التصحيح
مثال : اذا كان لدينا كيبل سعته الامبيرية 42 امبير (قبل التصحيح) و عامل درجة الحرارة المحيطة 0.94 و كان الكيبل ممدد مع مجموعة اخرى من الكوابل و كان عامل المجموعة grouping factor هو0.85. ما هو تيار الكيبل الفعلى في هذه الحالة ؟
اولا نحسب محصلة عوامل التصحيح Kd بضرب كل العوامل
0.799= 0.94*0.85
Ic=Kd .Ib
42*0.799 =
33.6A =
4.1 اختيار الكيبل اعتمادا على الفقد في الجهد
الفقد في الجهد voltage drop هو أحد الفقودات التي تحدث في الموصلات بشكل عام , و حدوث فقد في الجهد يجب تقليله لأقل حد ممكن او في أسوأ الأحوال يجب ألا يتخطى الشروط القياسية standards للهيئآت المسؤولة عن تنظيم الكهرباء في كل بلد و الهدف من ذلك توفير جهد كهربائي يتناسب مع الأجهزة المنزلية و غيرها, فمعلوم ان هذه الاجهزة مصنعة لتعمل على قيمة جهد محددة , اي تغيير يتجاوز او يقل عن القيمة المحددة قد يؤثر او يسبب تلف في تلك الأجهزة.
سنتناول الفقد في الجهد للكوابل DC (كوابل AC ستكون في جزء اخر). المعادلة التالية تستخدم لحساب الفقد في الجهد هو دالة في مساحة مقطع الكيبل ايضا , هذه المعادلة مشتقة من قانون أوم Ohm's law الشهيرلحساب الجهد الذي هو ضرب التيار في مقاومة الموصل[2].
مثال عملي:
في نظام طاقة شمسية كهروضوئية كانت المسافة بين الالواح و منظم شحن البطاريات 10 متر و تيار قصر مجموعة التسلسل 9.8 امبير , مساحة مقطع الكيبل الواصل بين الالواح و منظم الشحن 10 ملم2 و مادة موصلات الكيبل مصنوعة من النحاس (المقاومة النوعية 0.0183 اوم/متر/ ملم2 : هذه القيم تحدد بواسطة المصنع) , وكان جهد نظام 12 فولت, احسب فقد الجهد كنسبة مئوية؟
الحل
بالتعويض المباشر في المعادلة (1)
(VD=(2*9.8*10*0.0183)/(10
فولت 0.35 =
و للحصول على الفقد كنسبة مئويةالمعادلة (2) فنحصل على 2.9%
2. إعتبارت الفقد في الجهد للانظمة الكهروضوئية [2]:
- يجب ان يكون تيار الكيبل في مجموعة الواح التسلسل string cable اكبر من او يساوي تيار جهاز الحماية المركب في السلسلة , مثلا اذا كان تيار الكيبل 20 امبير يجب ان يكون تيار جهاز الحماية او قيمة ضبطه اقل من 20 امبير او تساوي تلك القيمة في أسوأ الظروف.
- في حالة عدم تركيب جهاز حماية في مجموعة التسلسل من الواح الطاقة الشمسية يجب ان تكون قيمة current carying capacity للكيبل.
CCC ≥ 1.25 × Isc ARRAY
Isc array تيار القصر او العطل لمجوعة التسلسل
- المقاومة النوعية لكل مادة موصل تختلف لذلك يجب أخذ المقاومة النوعية من المصنع في كتيب دليل الاستخدام.
- الفقد في الجهد بين الالواح الشمسية و بنك البطاريات لا يتجاوز 5%*.
- الفقد في الجهد بين بنك البطاريات و الحمل المستمر DC load لا يتجاوز5%*.
- الفقد في الجهد بين الالواح الشمسية و منظم الجهد لا يتجاوز 3% (DC bus )*.
ملحوظة :
* النقاط المذكورة اعلاه قد تختلف اعتماداً على المواصفات المتبعة في كل بلد standards and regulation.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
المصادر:
[1] :http://www.cablesizer.com
[2] http://www.seiapi.com
حقوق الطبع و النشر@ مدونة المعرفة العلمية 2020
إرسال تعليق
اجعل مشاركتك بناءة و احترم وجهات نظر المشاركين الآخرين
مرحبا دائماً بمشاركاتكم لاثراء جو معرفي من أجل تبادل الخبرات