بوهر للتدريب الفنى الهندسة الكهربية والكهروميكانيكية المحاضرة السابقة : https://wp.me/paiFWG-TP
الدائرة الفرعية Branch Circuit
تمثل الدائرة الفرعية فى شبكة التوزيع الكهربية النهاية الطرفية للشبكة والمسئولة مسئولية مباشرة عن نقل الطاقة الكهربية للحمل فهى الدوائر النهائية التى تنتهى بالحمل لذا فعناصرها ثلاث :-
1- الحمل 2- الموصل الكهربى (كابل/سلك) 3- مفتاح القاطع (Circuit Breaker -CB)
أولا : الحمل الكهربى (Electrical Load)
الحمل (Load) هو العنصر فى الدائرة الكهربية الذى تتحول فيه الطاقة الكهربية إلى نوع آخر من الطاقة التى يريدها المستهلك فاللمبات الكهربية كحمل تحول الطاقة الكهربية إلى حرارية يتوهج على أثرها فتيله التنجستين فتشع ضوءا والسخان الكهربى كحمل يحول الطاقة الكهربية إلى طاقة حرارية فنغلى بها الماء والمحرك كحمل يحول الطاقة الكهربية إلى طاقة (ميكانيكية ) حركية دورانية ، والأحمال الكهربية يمكن تصنيفها طبقا لنوع القدرة التى تحتاجها :-
1- أحمال استاتيكية : وهى مقاومات نقية وفيها تستهلك جميع الطاقة الواردة للحمل أى أن القدرة الظاهرية (S)تساوى القدرة الفاعلة (الحقيقية ) (Active Power- P) ومثالها الإنارة والسخانات
2- أحمال ديناميكية : وهى ذات المعاوقة (Z) أى بها مركبة ممانعة حثية أو سعوية مثل المحركات فالطاقة الواردة للحمل تتوزع داخله إلى نوعان
A – قدرة فاعلة Active Power وهى الممثلة فى الطاقة الميكانيكية والحرارة المفقودة فى النحاس والجسم بالتيارات الدوامية ،
B- قدرة غير فاعلة Reactive Power والتى تذهب فى إنشاء المجال المغناطيسى المحدث للحركة
وتصنف الدوائر الفرعية طبقا للأحمال فدوائر الانارة غير دوائر المخارج (البرايز) غير دوائر السخانات غير دوائر المكيفات لتتجمع فى لوحات التوزيع الفرعية
ثانيا : الموصل الكهربى فى الدائرة الفرعية
هو حامل الطاقة وناقلها من المفتاح القاطع CB بلوحة التوزيع الفرعية إلى الحمل ومحددات اختياره هى تيار الحمل وأقصى تيار قصر يتحمله ومدته وتحمله الحرارى وطريقة تمديده ، والكابل إما أحادى الموصل أو متعدد الموصلات
ثالثا : مفتاح القاطع CB
هو حامى الدائرة الفرعية والمتمم أو القاطع للتغذية عنها ويتم اختياره بسعة أمبيرية أعلى من تيار الحمل مرة وربع أى أى Icb≥ IL والقواطع لها سعات قياسية ( 6-10 -16 -25- 32- …-…) فيتم اختيار الأقرب منها إلى قيم 1.25 IL
تصميم الدائرة الفرعية
المقصود من تصميم الدائرة الفرعية هو اختيار القاطع (CB)ومقطع الكابل المناسبين لتيار الحمل والقاعدة أن القاطع بسعة أمبيرية 1.25 IL (أكبر أو يساوى مرة وربع من تيار الحمل ) أما تيار الكابل المقنن Rated Current فهو أكبر من تيار القاطع لأن القاطع هو الحامى للدائرة ومن جداول الشركة المنتجة للكوابل فإنه بمعرفة التيار المقنن للكابل يتم معرفة مساحة مقطعه بالمللىمتر المربع مع الأخذ فى الاعتبار معاملات التصحيح إذا كان الكابل يعمل فى ظروف مغايرة للحالة العادية من درجة حرارة وطريقة تمديد ومجاورته لكوابل أخرى فى نفس الدكت
مبادىء عامة فى تصميم الدوائر الفرعية
1- كل دائرة فرعية تخص أحمال متشابهة فللإنارة دوائرها وللمخارج دوائرها المنفصلة عنها
2- دوائر القوى كل منها يخص حمل معين فمثلا لكل مكيف دائرة ولمحرك طلمبة المياة دائرة
3- دوائر الانارة حملها السكنى من 4: 6 أمبير وقاطعها 10 أمبير ودوائر المخارج حملها 8 أمبير وقاطعها 16 أمبير
4- أحمال الطوارىء فى دوائر منفصلة
5- التيار المقنن للكابل أكبر من التيار المقنن للقاطع والأخير أكبر أو يساوى مرة وربع من تيار الحمل المصحح بمعاملات التصحيح
تصميم الدوائر الفرعية الديناميكية أى التى تغذى المحركات الكهربية
تختلف تلك الدوائر فى تصميمها عن الدوائر الاستاتيكية فى كونها لها تيار بدء يصل إلى 6 أضعاف تيارها الطبيعى FLA لذا يتم اختيار سعة القاطع أخذا فى الاعتبار قيمة تيار البدء فيكون أقرب إلى أعلى قيمة قياسية من القواطع أما تيار الكابل المقنن فيكون مرة وربع من تيار الحمل الطبيعى وبالتالى نحتاج لعنصر حماية آخر يقى الدائرة فى حال تجاوز تيار الحمل قيمة تقع بين تياره المقنن وتيار أدنى من التيار المقنن للقاطع وهو وحدة الأوفر لوود الذى يعمل بتأثير الحرارة نتيجة مرور التيار به ونقاط تلامسه توالى فى دائرة التحكم فى دائرة القوى المغذية للمحرك خاصة فى محركات القدرات العالية ويضبط تيار الاوفرلوود على تيار أعلى من التيار الطبيعى للكابل بنسبة 5%
لا يتأثر الأوفرلوود بالتيار اللحظى للبدء فزمن تيار البدء بضع ثوانى لا تسمح للأوفرلوود بالاحساس الحرارى به كما أن القاطع لا يشعر بتيار فاصل الأوفرلوود لأنه يعمل مغناطيسيا بتيار أعلى
تصنف المحركات إلى محركات منخفضة القدرة (أقل من 15 حصان ) وأخرى (أكبر من 15 حصان) ولكل قواعد لتصميم دوائرها
أ- تصميم دوائر المحركات منخفضة القدرة
1- بمعلومية القدرة والجهد والكفاءة ومعامل القدرة احسب تيار الحمل (I load)
2- احسب تيار مفتاح القاطع أكبر من تيار البدء I st
3- اختر تيار الكابل أعلى من تيار القاطع ليتحقق تأمين الكابل من قبل القاطع Icable>Icb
4- لاحاجة لتطبيق معاملات تصحيح فتيار الكابل أكبر من تيار القاطع وأكبر من تيار البدء الذى هو بالطبع أكبر بكثير من تيار الحمل FLA
5- من جداول الكابلات استخرج مساحة مقطع الكابل المقابل لتيار الكابل
محرك طلمبة رفع مياة أحادى بقدرة ميكانيكية 3 HP وجهد 220 فولت فما القاطع المناسب له وكذا مقطع الكابل المغذى له )، تيار البدء 2.5 من تيار الحمل ، الكفاءة 90% ومعامل القدرة 0.85
1- قدرة المحرك3 HP هى قدرة الخرج بعد استبعاد المفاقيد من حرارة واحتكاك وعليه يؤخذ فى الاعتبار كفاءته
2- للمحرك قدرة فاعلة وأخرى غير فاعلة لذا يؤخذ فى الاعتبار معامل القدرة للمحرك ولنفترض انها 85%
Il = 3 ×746 /(0.9 × 0.85×220)=13 .28Amp
I st > 2.5 × 13.28= 33.2 Amp
مفتاح القاطع القياسى هو 40 أمبير
تيار الكابل = 40 أمبير
فيكون مقطع الكابل المناسب من الجداول لدائرة المحرك 6mm2
ب- تصميم دوائر المحركات منخفضة القدرة
1- حساب تيار الحمل من القدرة والجهد ومعلومية الكفاءة ومعامل القدرة ويفترضونها 90% ، 85% إن لم تكن معلومة
2- حساب تيار البدء إما من كود) KVA (A-B-…-K فالرمز الأبجدى رقم يعبر مقدار القدرة الظاهرية بال KVA لكل حصان المطلوبة للمحرك أثناء الإقلاع ، مثال لو أن قدرة محرك 20 حصان والكود KVA هو A وقيمته 3.4 فإن المحرك بستنفذ قدرة لحظة الانطلاق مقدارها 3.4 × 20 = 68 KVA ومنها يستخرج تيار البدء بالقسمة على جهد الخط فمثلا لو الجهد 380 فيكون تيار البدء 68000÷ (380 × 1,73) = 103 أمبير ، وأحيانا تجد على لوحة بيانات المحرك تيار البدء صراحة تحت مسمى LRA
3- من تيار البدء نحسب تيار القاطع وهوأقرب مفتاح قاطع بتيار قياسى ففى مثالنا وتيار البدء 103 أمبير يكون مفتاح القاطع 125 أمبير
4- احسب تيار الكابل> 1.25I(Load)
تيار الحمل = 20 ×746 ÷( 380 × 1.73 ×0.9 ×0.85) = 29.66 أمبير
تيار الكابل = 29.66× 1.25 = 31.134 أمبير
مساحة مقطع الكابل 6 مللى مربع
5- أضبط حساس الاوفرلوود على 1.05 من تيار الحمل
تيار ضبط الأوفرلوود = 31.134 ×1.05 = 32.69 أمبير
فلو ارتفع الحمل ارتفاعا لايصل التى تيار فصل مفتاح القاطع ترتفع حرارة حساس الوقاية الحرارى وتفصل نقاط تلامسة التى هى فى دائرة التحكم فى دائرة القوى المغذية للمحرك
لماذا يفصل القاطع بتياره العالى عن تيار ضبط الأوفرلوود بينما لا يتأثر الأوفرلوود ؟
راجع :
