الدليل الشامل لتصميم الشبكة الكهربائية للمباني في المساحات الصغيرة

مقدمة

تصميم الشبكة الكهربائية للمباني الصغيرة يتطلب فهمًا عميقًا للمبادئ الكهربائية والمعايير الدولية لضمان الكفاءة والأمان. هذا الدليل يقدم منهجية علمية متكاملة لتصميم الشبكات الكهربائية في المباني ذات المساحات المحدودة.

1. التحليل الأولي للحمولة الكهربائية

1.1 تحديد الاحتياجات الكهربائية

• التصنيف الدقيق للأحمال: تصنيف الأحمال إلى إنارة، مقابس، أجهزة تكييف، مصاعد، وأنظمة أمن.
• حساب الحمل الكهربائي: تطبيق المعادلة:
  • Ptotal = Σ (Pappliance × Demand Factor) حيث:
    • Pappliance: قدرة الجهاز
    • Demand Factor: معامل الطلب (يختلف حسب نوع الحمل)

1.2 تقدير الحمل المستقبلي

• معامل النمو (Growth Factor): يُضاف 20-25% سعة إضافية للتوسعات المستقبلية.
• التنوع في الأحمال (Diversity Factor): يُحسب باستخدام:
  • DF = (Σ Individual Max Demands) / (Simultaneous Max Demand)

2. تصميم نظام التوزيع الرئيسي

2.1 اختيار نظام التوزيع الأمثل

• نظام أحادي الطور (230V): للمباني الصغيرة (<100m²)
• نظام ثلاثي الأطراف (400V): للمباني المتوسطة (100-500m²)

2.2 حساب سعة لوحة التوزيع الرئيسية (MDB)

• المعادلة الأساسية:
  • IMDB = Ptotal / (√3 × V × pf)
  • حيث:
    • IMDB: تيار اللوحة الرئيسية
    • V: الجهد (400V للأنظمة ثلاثية الطور)
    • pf: معامل القدرة (عادة 0.8)

2.3 حماية النظام الرئيسي

• قواطع الدورة الرئيسية: تُختار حسب: Irated ≥ 1.25 × IMDB

3. تصميم دوائر التغذية الفرعية

3.1 تقسيم الدوائر الكهربائية

• دوائر الإنارة: مساحة مقطعية 1.5mm² (10A)
• دوائر المقابس: مساحة مقطعية 2.5mm² (16A)
• الأحمال الخاصة: مساحة مقطعية 4-6mm² (20-32A)

3.2 حساب هبوط الجهد

• معادلة هبوط الجهد:
  • %VD = (2 × I × L × R) / (V × 1000)
  • حيث:
    • I: تيار الحمل
    • L: طول الكابل (m)
    • R: المقاومة (Ω/km)
• الحدود المسموحة:
  • الإنارة: ≤3%
  • الأحمال الأخرى: ≤5%

4. اختيار الكابلات والموصلات

4.1 طريقة التثبيت

• الكابلات الأرضية: في المواسير (PVC conduits)
• الكابلات الهوائية: في القنوات الكبلية (cable trays)

4.2 تصحيح عوامل البيئة

• عامل درجة الحرارة (Ct):
  • Ct = √(ΔTmax – ΔTactual) / (ΔTmax – ΔTstandard)
• عامل التجميع (Cg): 0.8 لـ 3-6 كابلات في نفس الماسورة

4.3 حساب مساحة المقطع

• المعادلة الأساسية:
  • A = (I × √t) / K
  • حيث:
    • A: مساحة المقطع (mm²)
    • t: زمن القطع (s)
    • K: ثابت المادة (115 للنحاس)

5. نظام التأريض والحماية

5.1 تصميم نظام التأريض

• مقاومة التأريض المستهدفة: ≤5Ω
• حساب مقاومة القطب الأرضي:
  • R = (ρ/2πL) × ln(4L/d)
    • حيث:
    • ρ: مقاومة التربة (Ω.m)
    • L: طول القطب (m)
    • d: قطر القطب (m)

5.2 حماية التيار الزائد

• تنسيق الحماية: Isc min at load end ≥ 1.3 × Ipickup of downstream device

5.3 حماية التسرب الأرضي (RCD)

• حساسية RCD: 30mA للدوائر العامة، 10mA للأماكن الرطبة

6. الاعتبارات الخاصة بالمباني الصغيرة

6.1 التكامل مع أنظمة الطاقة المتجددة

• أنظمة الهجينة: دمج الألواح الشمسية مع السعة: Psolar = Ptotal × Solar Fraction (0.2-0.4)

6.2 كفاءة الطاقة

• معامل الاستهلاك (UF): UF = (Σ Operating Hours × Load) / (24 × Pinstalled)

6.3 إدارة الأحمال الذكية

• تسلسل التشغيل (Load Shedding): أولوية الأحمال حسب الأهمية

الخاتمة

يجب أن يخضع التصميم النهائي للتحقق من:

1. التوافق مع المواصفات القياسية (IEC 60364، NEC، BS 7671)
2. تحليل التكلفة الدورة الحياة (LCCA)
3. اختبارات التشغيل الأولية (Megger testing، Polarity checks)

هذا الدليل يوفر الإطار العلمي المطلوب لتصميم شبكات كهربائية آمنة وفعالة في المباني الصغيرة، مع مراعاة الجوانب التقنية والاقتصادية معًا.