دليل شامل لتصميم الشبكة الكهربائية للمباني ذات المساحة الصغيرة: شرح وتفصيل

يمثل تصميم الشبكة الكهربائية لأي مبنى، regardless of its size، العمود الفقري لراحته وأمانه وكفاءته التشغيلية. يعتبر الدليل المنشور على موقع “Electrical Engineering Portal” والمعنون “Guideline to Design Electrical Network for Building (Small Area)” موردًا قيمًا للمهندسين والفنيين. تهدف هذه المقالة إلى شرح هذا الدليل بشكل مفصل، مع توسيع نطاق المفاهيم وتقديم أمثلة عملية لتسهيل الفهم. يركز الدليل الأصلي على الخطوات المنهجية اللازمة لتصميم شبكة كهرباء لمبنى سكني أو تجاري صغير. لا يقتصر الأمر على مجرد توصيل الأسلاك، بل هو عملية هندسية دقيقة تشمل التخطيط، والحساب، واختيار المكونات، ومراعاة معايير الأمان والكفاءة.

الخطوات التفصيلية لتصميم الشبكة الكهربائية

1. تحديد الحمل الكهربائي (Load Estimation)

هذه هي الخطوة الأولى والأهم. يجب حساب إجمالي الطاقة التي سيستهلكها المبنى (بالكيلوواط – kW أو الأمبير – A). يتم ذلك من خلال:

• جرد جميع الأحمال: إنارة، مآخذ كهربائية (برايز)، أجهزة تكييف، سخانات، مضخات، مصاعد (حتى لو صغيرة)، وأي أجهزة أخرى.
• تصنيف الأحمال: تقسيمها إلى:
  • أحمال إنارة: تعتبر أحمالًا ثابتة.
  • مآخذ عامة: تستخدم لأجهزة متغيرة (تلفاز، شاحن، مكنسة).
  • أحمال خاصة: مثل مكيف الهواء، السخان، الفرن الكهربائي. هذه أحمال عالية الطاقة.

المثال: لنفترض شقة صغيرة تحتوي على:

• إنارة: 10 مصابيح LED (10 وات لكل منها) = 100 وات.
• مآخذ: 15 مأخذ (تقدير حمل افتراضي 180 وات للمأخذ الواحد حسب بعض الكودات) = 2700 وات.
• أجهزة ثابتة: ثلاجة (150 وات)، غسالة (2000 وات)، مكيف هواء (1500 وات).
• إجمالي الحمل المحتمل = 100 + 2700 + 150 + 2000 + 1500 = 6450 وات أو 6.45 كيلوواط.

معامل الاستخدام (Diversity Factor): من غير المعقول أن تعمل كل هذه الأجهزة في نفس اللحظة. لذلك، نطبق “معامل استخدام” (مثلاً 0.7 أو 70%) للحصول على الحمل الكلي الفعلي الذي ستراه الشبكة في أغلب الأوقات: 6450 * 0.7 = 4515 وات. هذا الرقم هو الأساس لاختيار سعة القاطع الرئيسي والمغذي.

2. تقسيم الأحمال إلى دوائر (Circuit Division)

لا يمكن تغذية كل المبنى بدائرة واحدة. يجب تقسيم الأحمال إلى دوائر فرعية منطقية لكل منها قاطع حماية خاص (MCB) في لوحة التوزيع الرئيسية (DB).

• دوائر الإنارة: منفصلة عن دوائر المآخذ.
• دوائر المآخذ: يتم تقسيمها حسب الغرف (غرفة نوم 1، غرفة نوم 2، الصالون، المطبخ).
• دوائر للأحمال الكبيرة: كل حمل كبير (مثل مكيف الهواء، السخان، الفرن) يجب أن يكون له دائرة مستقلة خاصة به وقاطع خاص.

الفوائد:

• الأمان: عطل في جهاز واحد (مثل الغسالة) لن يؤدي إلى انقطاع التيار عن الإنارة أو عن الغرف الأخرى.
• الصيانة: يسهل عزل دائرة معينة للصيانة دون التأثير على باقي المبنى.
• التوازن: توزيع الأحمال على أكثر من طور (في حالة أنظمة 3-Phase) لتحقيق التوازن.

3. اختيار أساليب التوصيل والكابلات (Wiring and Cable Selection)

بعد معرفة تيار كل دائرة (I = P / V)، يجب اختيار مقطع الكابل (Cross-Sectional Area) المناسب بناءً على:

1. تيار الحمل: يجب أن تكون قدرة تحمل الكابل للتيار (Current Carrying Capacity) أكبر من تيار الحمل الأقصى للدائرة.
2. هبوط الجهد (Voltage Drop): يجب أن يكون هبوط الجهد من لوحة التوزيع إلى أبعد نقطة في الدائرة ضمن الحدود المسموح بها (عادةً 3% للإنارة و5% للمآخذ). المسافات الطويلة تتطلب كابلات بمقطع أكبر لتقليل هبوط الجهد.
3. طريقة التمديد: ( داخل أنابيب، مباشر في الجدار، إلخ) تؤثر على قدرة تحمل الكابل للتيار.
4. نوع العزل: حسب بيئة التمديد (جاف، رطب، مدفون).

المثال: دائرة مكيف هواء 1500 وات على جهد 230 فولت.

• التيار (I) = 1500 / 230 ≈ 6.52 أمبير.
• وفقًا للجداول القياسية (مثل IEC 60364)، كابل مقطع 2.5 مم² (قدرة تحمله ~18-20A) أكثر من كافٍ لهذا التيار ويوفر هامش أمان.

4. تصميم لوحة التوزيع الرئيسية (Main Distribution Board Design)

لوحة التوزيع هي قلب الشبكة الكهربائية. تحتوي على:

• القاطع الرئيسي (Main Circuit Breaker): يتحكم في تيار كامل المبنى ويوفر حماية من زيادة التيار والقصارة (Short Circuit).
• قواطع الدوائر الفرعية (MCBs): كل منها يحمي دائرة معينة. يتم اختيارها بناءً على تيار الدائرة (مثلاً 10A للإنارة، 16A للمآخذ، 20A للمكيف).
• قاطع التسريب الأرضي (Earth Leakage Circuit Breaker – ELCB أو RCD): جهاز حيوي للغاية يحمي الأرواح من الصعق الكهربائي. يكتشف أي تسرب للتيار إلى الأرض (مثل لمس شخص لسلك مكشوف) ويقطع التيار فورًا (خلال أجزاء من الثانية). يُنصح بوضعه على دوائر المآخذ والحمامات والمطابخ.
• شريط التوصيل (Busbar): لتوزيع الطور (Phase) والنيوترال (Neutral) والأرضي (Earth) على جميع القواطع.
• قضيب الأرضي (Earth Bar): لتجميع جميع أسلاك التأريض من مختلف الدوائر.

5. نظام التأريض (Earthing System)

هذا هو نظام الأمان الأساسي. يهدف إلى:

• حماية الإنسان: بتوجيه أي تيار تسرب غير طبيعي إلى الأرض، مما يحفز قاطع التسريب الأرضي (RCD) على القطع.
• حماية المعدات: بتوفير مسار آمن للتيارات العالية الناتجة عن الصواعق أو الأعطال.
• يتكون من قضيب أرضي مدفون في التربة، وسلك نحاسي عاري يصل هذا القضيب بلوحة التوزيع، ثم أسلاك تأريض (عادةً لونها أخضر/أصفر) تصل من اللوحة إلى جميع المآخذ والأجهزة.

6. الحماية من زيادة الجهد (Surge Protection)

التيارات الكهربائية العابرة الناتجة عن الصواعق أو مفاجئات الشبكة العامة يمكن أن تدمر الأجهزة الإلكترونية الحساسة (أجهزة الكمبيوتر، التلفزيونات). يُنصح بتركيب واقي زيادة التيار (Surge Protection Device – SPD) عند المدخل الرئيسي للتيار، أو على الأقل على دوائر الأحساسة.

تصميم الشبكة الكهربائية للمبنى الصغير هو عملية متكاملة تبدأ من الحساب الدقيق وتنتهي بالتنفيذ وفق أعلى معايير الجودة والأمان. الدليل المذكور يقدم إطارًا ممتازًا لهذه العملية. تذكر دائمًا:

• الالتزام بالكودات الكهربائية المحلية والدولية (مثل الكود الوطني السعودي SBC 401، أو IEC).
• أهمية عامل الأمان في جميع الحسابات واختيار المكونات.
• استشارة مهندس كهرباء محترف مرخص له للتأكد من أن التصميم آمن ومطابق للأنظمة، خاصة أن الأخطاء في التصميم قد تؤدي إلى كوارث مثل الحرائق.

باتباع هذه الإرشادات، يمكنك تصميم شبكة كهربائية لمبنى صغير تكون آمنة، موثوقة، قابلة للتوسعة، وفعالة في استهلاك الطاقة لسنوات عديدة قادمة.