كورس EEE-01 للمبتدئين في التصميم الكهربائي

متطلبات التصميم الكهربائي للمباني التجارية (الجزء 2) – المتطلبات الكهربائية الخاصة

مقدمة:

في الموضوع السابق، ناقشنا المتطلبات العامة للتصميم الكهربائي للمباني التجارية، حيث تم شرح أنواع المباني التجارية والمبادئ العامة للتصميم الكهربائي لهذه المباني. اليوم، سنتناول بالتفصيل المتطلبات الكهربائية الخاصة للمباني التجارية، والتي يجب أن يكون كل مهندس كهرباء على دراية بها إذا أراد تعلم أو ممارسة هندسة التصميم الكهربائي.

الجوانب التي يجب مراعاتها عند تصميم أنظمة توزيع الطاقة الكهربائية للمباني التجارية:

  1. تبسيط الإدارة التشغيلية: من خلال هياكل أنظمة الطاقة البسيطة والواضحة.
  2. تقليل تكاليف فقد الطاقة: عن طريق نقل الطاقة من جهود متوسطة إلى مراكز الأحمال.
  3. موثوقية عالية في الإمداد بالطاقة: مع ضمان السلامة التشغيلية حتى في حالة فشل بعض المعدات (من خلال الإمداد الزائد، انتقائية أنظمة الحماية، وتوافر عالٍ).
  4. سهولة التكيف مع التغيرات في الأحمال والظروف التشغيلية.
  5. تقليل تكاليف التشغيل: من خلال استخدام معدات سهلة الصيانة.
  6. القدرة الكافية على نقل الطاقة: أثناء التشغيل العالي وفي حالة الأعطال، مع مراعاة التوسعات المستقبلية.
  7. جودة عالية في إمداد الطاقة: أي تقليل التغيرات في الجهد الناتجة عن تقلبات الأحمال، مع الحفاظ على تناسق الجهد وتقليل التشوهات التوافقية.
  8. الالتزام بالمعايير القابلة للتطبيق والمتطلبات الخاصة بالمشروع.

العوامل العامة التي تؤثر على اختيار وتصميم شبكات التوزيع في المباني التجارية:

  1. مهمة الإمداد بالطاقة.
  2. أبعاد المبنى.
  3. عدد الطوابق فوق وتحت الأرض.
  4. استخدام المبنى.
  5. معدات المبنى وكثافة الطاقة.

احتياجات المستخدمين الفردية في تصميم المباني التجارية:

  • تكلفة استثمارية منخفضة.
  • هيكل شبكة بسيط وواضح.
  • موثوقية وجودة عالية في الإمداد بالطاقة.
  • فقد طاقة منخفض.
  • خيارات توسع مرنة ومفضلة.
  • تداخل كهرومغناطيسي منخفض.

خصائص أي هيكل شبكة كهربائية:

  1. عدد نقاط التغذية.
  2. نوع التوصيل (شبكة حلقيّة أو شعاعية) وحجم احتياطي انقطاع التيار.
  3. حجم ونوع مصادر الطاقة.

أنواع تكوينات شبكات الجهد المنخفض (LV):

تنقسم تكوينات الشبكات إلى نوعين رئيسيين:

1. الشبكات الشعاعية (Radial Networks):

تُفضل الشبكات الشعاعية في توزيع الطاقة داخل المباني، ولها المزايا التالية:

  • سهولة مراقبة النظام الكهربائي.
  • تحديد الأعطال بسرعة.
  • حماية بسيطة وواضحة للنظام الكهربائي.
  • تشغيل سهل.

2. الشبكات الحلقية/المشبكة (Ring/Mesh Networks):

تتطلب الشبكات الحلقية أو المشبكة مع نقاط تغذية موزعة متطلبات عالية في التصميم والتشغيل. تُفضل هذه الشبكات في العمليات الصناعية ذات الاستهلاك العالي للطاقة. مزاياها تشمل:

  • إمداد موثوق ومرن للمستهلكين.
  • حفاظ أفضل على الجهد، خاصة في حالة تغيرات الأحمال.
  • فقد طاقة أقل.

الهياكل الشهيرة لأنظمة الطاقة في المباني التجارية:

في دورة التصميم الكهربائي الأساسية (EE-2 – Level I)، سيتم شرح استخدام مفاهيم الشبكات الشعاعية والحلقية في المراحل التالية:

  1. تكوينات توزيع الطاقة على جانب الجهد المنخفض داخل المباني.
  2. التوصيل مع الشبكات العلوية (توزيع الطاقة على جانب الجهد المتوسط).
  3. تكوينات توزيع الطاقة على جانب الجهد المتوسط.

الهياكل المرجعية لأنظمة الطاقة في المباني التجارية:

تشمل الهياكل المرجعية الشهيرة لأنظمة الطاقة في المباني التجارية ما يلي:

  1. المباني المنخفضة، النوع 1: قسم إمداد واحد.
  2. المباني المنخفضة، النوع 2: قسمي إمداد.
  3. المباني الشاهقة، النوع 1: إمداد طاقة مركزي باستخدام الكابلات.
  4. المباني الشاهقة، النوع 2: إمداد طاقة مركزي باستخدام القضبان الناقلة (Busbars).
  5. المباني الشاهقة، النوع 3: محولات في مواقع بعيدة.
  6. المباني الشاهقة، النوع 4: إمداد موزع باستخدام الكابلات.
  7. المباني الشاهقة، النوع 5: إمداد طاقة موزع باستخدام القضبان الناقلة.

المتطلبات الكهربائية الخاصة للمباني الصناعية – الجزء الثاني

في الموضوع السابق، ناقشنا أن أي مصمم يسعى إلى تحسين تصميمه للمباني الصناعية من خلال تلبية الاحتياجات الفردية لمستخدمي هذه المباني، والتي تشمل:

  1. مرونة الورش والمكاتب.
  2. توفر مرافق الإنتاج واستمرارية الخدمة.
  3. التحكم في الوقت، التكلفة الاستثمارية، وتكاليف التشغيل.

كما أوضحنا أن هذه الاحتياجات يجب أن تُلبى من خلال ثلاث مستويات في التصميم الكهربائي لتوزيع الطاقة، وهي:

  • التوزيع العام.
  • التوزيع الفرعي.
  • التوزيع النهائي.

في الواقع، لكل موقع صناعي احتياجات خاصة تتطلب نوعًا محددًا من هيكل توزيع الطاقة بناءً على المبادئ التالية:

  • تحسين التكلفة: والذي يرتبط بشكل وثيق بموقع محطات التحويل من الجهد المتوسط إلى المنخفض (MV/LV).
  • التوفر: والذي يُحكم بشكل أساسي من خلال المستويات العليا لهيكل التوزيع.
  • المرونة: والتي تعتمد بشكل رئيسي على تصميم التوزيع الفرعي والنهائي.

أنواع هياكل توزيع الطاقة الشائعة:

في الجزء الأول، تم شرح النوع الأول من هياكل توزيع الطاقة، وهو “الهيكل الشعاعي المتفرع” (Radial Branched). اليوم، سنستكمل شرح النوعين الآخرين، وهما:

هيكل التوزيع المزدوج المحولات (Dual-Transformer Shared):

يُلبي هذا الهيكل احتياجات المرونة العالية والتوفر لجميع المباني الصناعية.

مستويات التصميم الكهربائي في هذا الهيكل:

التوزيع العام:

    • يشمل محطتي تحويل (MV/LV) لتغذية لوحة التوزيع الرئيسية (Main Switchboard) عبر كابلات أو قضبان ناقلة عالية الطاقة.
    • يتم تغذية قضبان ناقلة عالية التيار من اللوحة الرئيسية.

    التوزيع الفرعي:

      • يتم تغذية الأحمال الكبيرة (مثل معدات الطلاء) مباشرة عبر كابلات من اللوحة الرئيسية.
      • يتم تغذية الأحمال عالية الطاقة عبر قضبان ناقلة متوسطة أو منخفضة الطاقة.
      • يتم تغذية لوحات التوزيع الفرعية في منطقة المكاتب عبر كابلات من اللوحة الرئيسية.
      • يتم تغذية الأحمال الأخرى عبر القضبان الناقلة عالية الطاقة.

      التوزيع النهائي:

        • يتم تغذية الأجهزة المحمولة عبر منافذ صناعية.
        • يتم توزيع الإضاءة عبر قضبان ناقلة للإضاءة.
        • يتم تغذية محطات العمل المحمولة عبر أعمدة صناعية.
        تقييم هيكل التوزيع المزدوج المحولات:
        • المرونة
        • التوفر
        • التحكم في الوقت والتكلفة

        يتميز هذا الهيكل بتحسين التوفر والمرونة مقارنة بالهيكل الشعاعي، حيث يتم توزيع الطاقة على مستويات التوزيع العام والفرعي، مما يسهل توصيل الأحمال في جميع أنحاء المبنى الصناعي. كما يوفر إمدادًا محميًا يضمن استمرارية تشغيل المعدات الحساسة في حالة فشل إحدى المحطتين.

        2. هيكل التوزيع متعدد المحولات (Multiple-Transformer Shared):

        يُلبي هذا الهيكل احتياجات المرونة والتوفر العالية جدًا لجميع المباني الصناعية.

        مستويات التصميم الكهربائي في هذا الهيكل:

        التوزيع العام:

          • يشمل عدة محطات تحويل (MV/LV) متصلة في حلقة جهد منخفض عبر قضبان ناقلة عالية الطاقة.

          التوزيع الفرعي:

            • يتم تغذية الأحمال الكبيرة (مثل معدات الطلاء) مباشرة عبر كابلات من اللوحة الرئيسية.
            • يتم تغذية الأحمال عالية الطاقة (مثل مضخات الحرارة) عبر قضبان ناقلة متوسطة الطاقة.
            • يتم تغذية لوحات التوزيع الفرعية في منطقة المكاتب عبر كابلات من اللوحة الرئيسية.
            • يتم تغذية الأحمال الأخرى مباشرة من حلقة الجهد المنخفض.

            التوزيع النهائي:

              • يتم تغذية الأجهزة المحمولة عبر منافذ صناعية.
              • يتم توزيع الإضاءة عبر قضبان ناقلة للإضاءة.
              • يتم تغذية محطات العمل المحمولة عبر أعمدة صناعية.
              تقييم هيكل التوزيع متعدد المحولات:
              • المرونة
              • التوفر
              • التحكم في الوقت والتكلفة

              يُعتبر هذا الهيكل الأكثر تحسينًا، حيث يوفر توزيعًا للطاقة على مستويات التوزيع العام والفرعي، مما يسهل توصيل الأحمال في جميع أنحاء المبنى الصناعي. كما يضمن استمرارية تشغيل المعدات الحساسة في حالة فشل إحدى المحطات، حيث يبقى 3/4 من الطاقة متاحًا.

              مقارنة بين هياكل توزيع الطاقة الثلاثة:

              الهيكلالمرونةالتوفرالتحكم في الوقت والتكلفة
              الشعاعي المتفرع******
              المزدوج المحولات*********
              متعدد المحولات***********

              كيفية اختيار الهيكل المناسب:

              يعتمد اختيار هيكل توزيع الطاقة المناسب على:

              • نوع استخدام المبنى.
              • مستوى التجهيزات والمعدات.
              • ميزانية المشروع.
              • احتياجات المستخدمين.
              • لوائح شركات المرافق والسلطات المحلية.

              يمكن استخدام قائمة مراجعة التصميم الأولي (Preliminary Design Checklist) لتحديد الهيكل المناسب لكل حالة.

              في الموضوع القادم، سنناقش أنواع المباني التجارية ومتطلباتها الكهربائية العامة. تابعونا!

              الذهاب للموضوع التالي من هنا

              العودة للصفحة الرئيسية للكورس من هنا

              زر الذهاب إلى الأعلى