حساب الكابل الكهربي مع مراعاة المسافة
حساب الكابل الكهربي مع مراعاة المسافة
حساب الكابل الكهربي مع مراعاة المسافة، تعتبر الكابلات الكهربائية إحدى عناصر التصميمات الكهربائية الهامة والتي لا تخلو من أي شبكة كهربائية، فهناك خطوات وعوامل تؤثر على اختيار مقطع الكابل الكهربائي المناسب، فبالتالي دعنا نتعرف على كيفية حساب الكابل الكهربي مع مراعاة المسافة خطوة بخطوة.
حساب الكابل الكهربي مع مراعاة المسافة
علاقة القواطع الكهربائية بمقطع الكابلات
في بداية التصميم الأولي يتم اختيار سعة القاطع الكهربائي المناسب للحمل الكهربائي ثم مقطع الكابل وليس العكس بهدف حماية الكابل بواسطة القاطع، ولا يعتبر ذلك التصميم النهائي إلا إذا تم التأكد من صحة الاختيار بواسطة ثلاثة اختبارات رئيسية ومهمة، وهي:
- التحمل الحراري للكابل من خلال دراسة درجة حرارة الجو، وظروف التمديد وغيرها من الإجراءات التي يجب اتباعها لكي يتحمل الكابل هذه المتطلبات.
- مدى الهبوط في الجهد (بالإنجليزية: Voltage Drop) للتأكد من أن القيمة عند نهاية طرف الكابل لا يتعدى الحدود المسموح بها.
- تحمل الكابل وكذلك تحمل القاطع الكهربائي لأقصى تيار قصر متوقع مروره بالكابل والقاطع الكهربائي.
ملحوظة مهمة: يتم تطبيق هذه الاختبارات على الكابلات الرئيسية وبعض الحالات الخاصة إذا كانت المسافة بين لوحة التوزيع والحمل طويلة جداً فقط ،وليس دوائر الإنارة الفرعية أو الأحمال الصغيرة المتقاربة كالأحمال الموجودة بالمنزل.
قواطع كهربائية وكابلات كهربائية
العوامل المؤثرة على اختيار مقطع الكابل
هناك عوامل تؤثر على اختيار مقطع الكابل الرئيسي والمصمم لمسافات بعيدة كالتالي:
- معاملات تصحيح تحميل الكابلات: ومنها تأثير درجة الحرارة، وعمق الدفن, وتأثير الحرارة النوعية للتربة، والكابلات المتجاورة فوق الحوامل أو تحت الأرض.
- نسبة هبوط الجهد.
- أقصى تيار قصر متوقع: حيث يجب التنسيق بين أقصى تيار قصر يتحملها القاطع الكهربائي والكابل وزمن الفصل.
ويمكن أن تحصل على القيمة القصوى التي يتحملها الكابل أثناء القصر بإحدى الطرق التالية:
- من خلال الجداول الخاصة التي تقدمها شركات الكابلات.
- الاستعانة بالمنحنيات الخاصة بشركات الكابلات.
- باستخدام الحسابات التقريبية (تختلف من شركة لأخرى).
ملاحظة مهمة: نذكر هذه الخطوات يجب أن يلتزم بها كل فني ومهندس والاستعانة بكتالوجات الكابلات التي تستخدمها في التصميمات الكهربائية، وذلك لأن القيم والقوانين والحسابات التي تضعها الشركات داخل الكتالوج تختلف من شركة لأخرى.
الكابل (السلك) المناسب للقاطع الكهربائي
| مقطع الكابل (السلك) | سعة القاطع الكهربائي |
| 1.5 ملم مربع | 10 أمبير |
| 2.5 ملم مربع | 16 أمبير |
| 4 ملم مربع | 20 أمبير |
| 6 ملم مربع | 25 أمبير أو 32 أمبير |
| 10 ملم مربع | 32 أمبير أو 40 أمبير |
| 16 ملم مربع | 40 أمبير |
| 25 ملم مربع | 63 أمبير |
| 35 ملم | 80 أمبير |
| 50 ملم مربع | 100 أمبير |
| 70 ملم مربع | 125 أمبير أو 160 أمبير |
الكابل (السلك) المناسب للقاطع الكهربائي
أقصى تيار يتحمله مقطع الكابل الكهربائي
إليك جدول تقريبي يتم تدريسه لطلاب الكهرباء يوضح قيمة أقصى تيار يتحمله مقطع الكابل الكهربائي.
| مقطع الكابل | أقصى تيار يتحمله |
| 1.5 ملم مربع | 18 أمبير |
| 2.5 ملم مربع | 21 أمبير |
| 4 ملم مربع | 27 أمبير |
| 6 ملم مربع | 35 أمبير |
| 10 ملم مربع | 48 أمبير |
| 16 ملم مربع | 65 أمبير |
| 25 ملم مربع | 88 أمبير |
| 35 ملم | 110 أمبير |
| 50 ملم مربع | 140 أمبير |
| 70 ملم مربع | 175 أمبير |
| 95 ملم مربع | 215 أمبير |
| 120 ملم مربع | 255 أمبير |
| 185 ملم مربع | 338 أمبير |
أقصى تيار يتحمله مقطع الكابل الكهربائي
ملاحظة: هذه القيم تقريبية وتختلف بحسب وضعية الكابل والشركة المصنعة.
ننوه إلى أن القيم الموجودة في الجدول أعلاه محسوبة بشكل مبدئي على أساس موصل نحاسي بطول لا يتجاوز 40 متر دون الاعتماد على طول الكابل ونوع الموصل (نحاسي – ألمنيوم – خليط بين النوعين) ومكان وجود الكابل (في الهواء – تحت الارض – داخل ماسورة – متجاور مع كابل آخر) ونسبة الهبوط في الجهد وتيار القصر ومعامل تصحيح درجة الحرارة.
كل الأمور التي ذكرتها تؤثر على اختيار مقطع الكابل المناسب ومقدار التأثير تكون بالزيادة.
خطوات حساب الكابل الكهربي مع مراعاة المسافة
ببساطة دون الدخول في تفاصيل هبوط الجهد والمسافات هناك ثلاث خطوات رئيسية يمكن استخدامها للتمديدات المنزلية:
- أولاً: حساب تيار الجهاز الكهربائية
التيار الكهربائي (I) = قدرة الجهاز الكهربائي (P) ÷ (جهد المصدر (V) × معامل القدرة (PF))
حيث أن:
وحدة قياس التيار الكهربائي الأمبير (A)
وحدة قياس الجهد الكهربائي الفولت (V)
تكون قيمة معامل القدرة ما بين 0.8 وحتى 1 صحيح، حسب ما هو مكتوب على الجهاز.
- ثانياً: حساب سعة تيار القاطع الكهربائي:
سعة تيار القاطع الكهربائي = تيار الجهاز الكهربائي × نسبة معامل أمان (1.25)
ومن ثم نختار أقرب سعة قاطع متوفر في السوق بحيث تكون السعة أكبر من القيمة التي ظهرت في الناتج.
- ثالثاً: حساب مساحة مقطع الكابل الكهربائي
مقطع الكابل الكهربائي = سعة تيار القاطع × نسبة معامل أمان (1.2)
ومن ثم نحتار مقطع كابل يتحمل تيار أعلى من القيمة التي ظهرت في النتيجة، ويتم ذلك بالاعتماد على الداتا شيت الخاص بالكابل والبحث عن جدول سعة التيار الذي يتحمله كل مقطع كابل.
ملاحظة مهمة: هذه الحسابات تناسب الكابلات المستخدمة في التمديدات المنزلية والمباني الصغيرة،
وللمسافات القصيرة، حيث أن المسافات الكبيرة تحتاج إلى حسابات إضافية مثل: نسبة الهبوط في الجهد وتيار القصر ومعاملات التصحيح.
حساب الكابل الكهربي مع مراعاة المسافة
حمل كهربائي بقدرة 2000 واط ويعمل على جهد 220 فولت، ومع العلم أن معامل قدرة هذا الجهاز 0.9.
احسب تيار الحمل وسعة القاطع المناسب ومساحة مقطع الكابل المناسب لهذا الحمل؟
الحل:
التيار الكهربائي (I) = قدرة الجهاز الكهربائي (P) ÷ (جهد المصدر (V) × معامل القدرة (PF))
= 2000 ÷ (220 × 0.9)
= 2000 ÷ 198
تيار الحمل = 10 أمبير
سعة تيار القاطع الكهربائي = تيار الجهاز الكهربائي × نسبة معامل أمان (1.25)
= 10 × 1.25
=12.6 أمبير
أقرب تيار قاطع كهربائي متوفر في السوق بسعة 16 أمبير.
مقطع الكابل الكهربائي = سعة تيار القاطع × نسبة معامل أمان (1.2)
= 16 × 1.2 = 19.2 أمبير
أقرب مقطع كابل متوفر في السوق 2.5 ملم مربع يمكنه تحمل تيار قدره 21 أمبير.
حساب الكابل الكهربي مع مراعاة المسافة
حساب الكابل الكهربي مع مراعاة المسافة
اختيار الكابل المناسب للمسافات البعيدة، موضوع في غاية الأهمية قد يتجاهله البعض في الحسابات بالاكتفاء في تحديد تيار الحمل والقاطع الكهربائي دون مراعاة طول المسافة بين الحمل والمصدر، ونسبة هبوط الجهد.
في هذا المقال سنتعرف على أفضل الطرق التي من خلالها تمكننا في تحديد مساحة مقطع الكابل المطلوب للحمل بالاعتماد على الكتالوج السويدي للكابلات.
الخطوات المطلوبة لتحديد مقطع الكابل المناسب
يتم اختيار مساحة مقطع الكابل المناسب للمسافات البعيدة طبقاً لـ:
- تيار الحمل.
- الفقد في الجهد أقل من 5%.
- تيار القصر وزمن الفصل.
في البداية تحسب تيار الحمل باستخدام القانون التالي:
التيار (3 فاز)= (كيلووات× 1000) ÷ (1.73 × الجهد × معامل القدرة)
بعد ذلك تختار القاطع المناسب بإضافة معامل أمان نسبة (25%) فوق قيمة تيار الحمل، وأخير تأتي أهم مرحلة وهي اختيار مساحة مقطع الكابل المناسب بالاعتماد على جدول معامل التصحيح ونسبة هبوط الجهد، وتيار القصر وزمن الفصل.
- معامل التصحيح عند تمديد الكابل في الأرض بعمق 80 سم، ودرجة حرارة 70 درجة مئوية (PVC=0.76/ XLPE=0.85).
- معامل التصحيح عند تمديد الكابل في الهواء ودرجة حرارة 70 درجة مئوية (PVC=0.82/ XLPE=0.89).
- تحديد نسبة هبوط الجهد من جدول الكابلات.
- تيار القصر وزمن الفصل: كل قاطع كهربائي يتحمل قيمة تيار قصر قصوى تجدها مكتوبة على القاطع بوحدة الكيلو أمبير، كما أن القاطع له زمن فصل يفصل عنده، لذلك لا بد من اختيار الكابل المناسب بحيث يتحمل تيار قصر القاطع القصوى، وأن يكون قادر أيضاً على تحمل زمن الفصل.
كيف تختار الكابل المناسب للمسافات البعيدة
مثال تطبيقي:
محرك كهربائي به المواصفات التالية
- القدرة بالحصان= 50 حصان.
- جهد التغذية= 380 فولت.
- معامل القدرة= 0.8
- المسافة بين الحمل والمصدر= 150 متر.
اختر الكابل المطلوب لحمل المحرك الكهربائي؟
أولاً: حساب تيار الحمل
القدرة بالكيلووات= القدرة بالحصان × 0.746
= 50 × 0.746 = 37.3 كيلووات
التيار (3 فاز)= (الكيلووات × 1000) ÷ (1.73 × الجهد × معامل القدرة)
= (37.3 × 1000) ÷ (1.73 × 380 × 0.8)
= 37300 ÷ 525.9
= 70.9 أمبير
ثانياً: حساب سعة القاطع المناسب
سعة القاطع المناسب= تيار المحرك × 1.25
= 70.9 × 1.25
= 88.6 أمبير
أقرب قاطع متوفر هو 100 أمبير.
ثالثاً: اختيار مساحة مقطع الكابل
الكابل المناسب= تيار القاطع ÷ معامل التصحيح (كابل PVC ممدد في الهواء)
= 100 ÷ 0.82
= 122 أمبير
أقرب مساحة مقطع يتحمله القاطع 35 ملم2
قد يكتفي البعض عند هذه النقطة، ولكن هناك بعض الخطوات التي تؤثر على زيادة مساحة مقطع الكابل المطلوب.
رابعاً: حساب الفقد في الجهد (V.D)
لا بد من مراعاة أن يكون هبوط الجهد أقل من 5% كالتالي: (0.05 × 380 فولت= 19 فولت)، بالتالي أقصى قيمة هبوط جهد مسموح بها تساوي 19 فولت فقط.
من الجدول نلاحظ أن قيمة هبوط الجهد (mv/ Amp / meter) عند تقاطع مساحة مقطع الكابل مع عامود موصل نحاس PVC تساوي 0.726، بالتالي فإن هبوط الجهد ستكون:
هبوط الجهد (V.D)= 0.726 × 122 × 150
= 13.2 فولت
إذاً التصميم في السليم حتى هذه اللحظة، لأن القيمة أقل من أقصى قيمة هبوط جهد مسموح بها وهي 19 فولت.
خامساً: مدى تحمل الكابل لتيار القصر
إذا كان أقصى تيار القصرالذي يتحمله القاطع خلال 0.5 ثانية يساوي 10 كيلو أمبير، فإن مساحة مقطع الكابل الجديد يساوي 70 ملم2.
إذاً يحتاج المحرك الكهربائي إلى الآتي:
- قاطع كهربائي 100 أمبير/ 10 كيلو أمبير
- كابل بمساحة مقطع (4×70)+35
حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية
حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية، تعمل الكابلات على وصل مكونات النظام الشمسي جميعها، لذلك فهي عصب منظومة الطاقة الشمسية.
ومن الضروري دراسة موضوع كابلات الطاقة الشمسية بدقة والاعتماد على القوانين الكهربائية الصحيحة في عملية الحساب لكي تسهل عليك تحديد قطر الكابل الكهربائي المناسب.
ولا يفوتنا أن ننوه إلى أن التصميم الصحيح للنظام الشمسي وخصوصاً حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية هو ما يحدد لك جودة العمل السليم، ولذلك ينبغي علينا الحرص على أبعد الحدود عند اختيار قطر الكابل الكهربائي للتيار المستمر.
توصيل كابلات الطاقة الشمسية
نحتاج إلى كابلات مخصصة للنظام الشمسي من أجل توصيل التيار ما بين المكونات المتواجدة بالنظام، ويمكننا أن نجدها في مواضع خمس كالآتي:
- بين اللوحات الشمسية والشاحن.
- بين الشاحن والبطارية.
- بين البطارية والعاكس.
- بين العاكس وأحمال التيار المتناوب.
- بين الشاحن وأحمال التيار المستمر.
إلا أن الكابلات تعد مصدراً مهماً للفاقد الكهربائي نتيجة هبوط الجهد خلالها والخسائر الحرارية لذلك علينا تصميم هذه الكابلات بحيث لا نتجاوز المعايير المبينة في الجدول الآتي:
| مسار الكابل بين | الحد الأقصى لهبوط الجهد |
|---|---|
| اللوحات الشمسية ومنظم الشحن | 3% |
| منظم الشحن والبطارية | 1% |
| البطارية والعاكس | 1% |
| العاكس وأحمال التيار المتناوب | 3% |
| منظم الشحن وأحمال التيار المستمر | 3% |
قوانين حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية
عادة تعمل أنظمة الطاقة المنفصلة على فرق جهد منخفض وتيارات كهربائية عالية؛ فإننا بحاجة إلى حساب مقطع كابلات القادرة على تحمل هذه التيارات العالية مع الحفاظ على مستويات هبوط فرق الجهد المشار إليها في الجدول السابق.
يمكن حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية باستخدام المعادلات الآتية:
مقطع كابل التيار المستمر (DC) = (1.4 × 2 × L × I × P) ÷ (V × نسبة الهبوط في الجهد %).
مقطع كابل التيار المتناوب (1 فاز) = (1.4 × L × I × P) ÷ (V × نسبة الهبوط في الجهد %).
حيث أن:
| 1.4 | معامل أمان |
| L | طول الكابل |
| I | شدة التيار المار |
| P | المقاومة النوعية (للنحاس 0.01724) |
| V | فرق الجهد |
حساب مقطع الكابل بين الألواح ومنظم الشحن
خطوات الحساب:
- بداية عليك مراعاة أن الهبوط في الجهد يجب ألا يتجاوز عن 3%.
- قياس طول الكابل بين الألواح ومنظم الشحن.
- تحديد إجمالي جهد الألواح في حالة التوصيل على التوالي (أي على شكل سترينجات).
- تحديد إجمالي التيار المار في هذا المسار، وذلك بتحديد عدد السترينجات الموصلة على التوازي وضربها في تيار اللوح الواحد لكل سترينج
- استخدام قانون حساب مقطع كابلات التيار المستمر.
تحديد مقطع الكابل المناسب بين الألواح والمنظم
تم توصيل أربع ألواح شمسية كالآتي: كل لوحين موصلين على التوالي لتشكيل سترينج (String)، وربط السترينجين على التوازي معاً. علماً بأن المسافة بين الألواح ومنظم الشحن 20 متر، والمقاومة النوعية للنحاس 0.01724، وأقصى هبوط مسموح به في الجهد 3%.
- احسب إجمالي الجهد والتيار الكلي الخارج من الألواح.
- احسب مقطع الكابل المناسب بين الألواح ومنظم الشحن.
بيانات اللوح الشمسي
| جهد اللوح عند العمل | 34.2 فولت |
| تيار قصر اللوح (Isc) | 12.28 أمبير |
الحل:
الخطوة الأولى: حساب إجمالي جهد الألواح:
إجمالي جهد الألواح الشمسية (Vmp) = جهد اللوح الواحد × عدد الألواح المتصلة على التوالي
= 34.2 فولت × 2
= 68.4 فولت
الخطوة الثانية: حساب إجمالي تيار الألواح
إجمالي تيار الألواح (Isc) = تيار اللوح الواحد × عدد السترينجات المتصلة على التوازي
= 12.28 × 2
= 24.56 أمبير
الخطوة الثالثة: حساب مقطع الكابل المناسب
مقطع كابل التيار المستمر (DC) = (1.4 × 2 × L × I × P) ÷ (V × نسبة الهبوط في الجهد %).
= (1.4 × 2 × 20 × 24.56 × 0.01724) ÷ (68.4 × 0.03)
= 23.7 ÷ 2
= 11.85 أمبير
أقرب مساحة مقطع كابل متوفر في السوق 16 مم2
حساب مقطع الكابل بين البطاريات ومنظم الشحن
في هذا المسار يسمح لنا بهبوط جهد لا يتجاوز 1%، كما أن التيار الداخل إلى منظم الشحن هو ذاته الخارج منه للبطارية. وعادة ما يكون مساحة مقطع الكابل بين البطارية ومنظم الشحن سميك في أنظمة الجهد المنخفض.
تحديد مقطع الكابل المناسب بين البطاريات والمنظم
لدينا بطارية واحدة بمواصفات كهربائية (12V/100Ah) ومسافة الكابل النحاسي بين المنظم والبطارية 2 متر، ونسبة الهبوط في الجهد المسموح به 1%. احسب مساحة مقطع الكابل المناسب إذا عملت أن تيار المنظم 40A؟
الحل:
مقطع كابل التيار المستمر (DC) = (1.4 × 2 × L × I × P) ÷ (V × نسبة الهبوط في الجهد %).
= (1.4 × 2 × 1 × 40 × 0.01724) ÷ (12 × 0.01)
= 1.93 ÷ 0.12
= 16 مم2
نختار مساحة مقطع كابل 16 مم2 ، ويمكنك أيضاً اختيار مساحة مقطع 25 مم2.
حساب مقطع الكابل بين البطارية والعاكس (الانفرتر)
يتم حساب قدرة العاكس بناء على قدرة إجمالي الأحمال الكهربائية بالواط، ويحسب مقطع الكابل ما بين البطارية والعاكس بتقسيم قدرة العاكس على جهد الدخل لديه.
- مثال على تحديد مقطع الكابل المناسب بين البطارية والعاكس
إذا كان لدينا أحمال بقدرة 500 واط ويعمل العاكس على جهد دخل 24V/DC، والمسافة بين العاكس والبطارية 3 متر، ونسبة هبوط الجهد المسموح به لا يتجاوز 1%، احسب مساحة مقطع الكابل المناسب؟
الحل:
تيار الأحمال = (قدرة إجمالي الأحمال × 1.25) ÷ جهد دخل العاكس
= (500 × 1.25) ÷ 24
= 625 ÷ 24
= 26 أمبير
بما أن التيار مستمر نستخدم القانون الآتي:
مقطع كابل التيار المستمر (DC) = (1.4 × 2 × L × I × P) ÷ (V × نسبة الهبوط في الجهد %).
= (1.4 × 2 × 3 × 26 × 0.01724) ÷ (24 × 0.01)
= 3.76 ÷ 0.24
= 15.68
أقرب مساحة مقطع كابل متوفر 16 مم2
ولكن يفضل دائماً حساب مساحة مقطع الكابل بين البطاريات والعاكس بناء على قدرة العاكس وليست الأحمال لكي نضمن تحمل الكابل أقصى تيار يمكن أن يمر عبره من العاكس، ولأننا لا نضمن أيضاً بأن يقوم شخص ما بإضافة حمل إضافي فوق الحمل الذي قدرنا عليه التيار المار.
نفس الشيء ينطبق على حساب مساحة مقطع الكابلات بين العاكس وأحمال التيار المتناوب ومنظم الشحن وأحمال التيار المستمر، واحرص على استخدام القانون الصحيح في عملية الحساب، بمعنى إذا كان الكابل المراد حساب مساحة مقطعه بين العاكس وأحمال التيار المتناوب استخدم قانون التيار المتناوب، وهكذا.
[embeddoc url=”https://www.gahzly.com/wp-content/uploads/2022/06/حساب-الكابل-الكهربي-مع-مراعاة-المسافة-1.pdf” download=”none” viewer=”google”]
حساب مقطع الكابل الكهربائي المناسب
يسعدنا زيارتكم صفحاتنا على مواقع التواصل الاجتماعي حيث نقوم بنشر عروض حصرية على موقعنا الالكتروني.
صفحتنا علي الفيسبوك هنا.
حسابنا على تويتر هنا.
