قبل دراسة الاحمال و تاثيرها على معامل القدره يجب دراسة منظومة القدره الكهربيه.
منظومة القدره الكهربية
هي شبكة مكونه من مجموعة عناصر متصلة و مترابطة مع بعضها و مصممه بحث تقوم بنقل الطاقه الغير كهربية بصفة مستمرة الى طاقة كهربية ثم تقوم بنقل هذه الطاقة عبر مسافات طويلة عند جهود عاليه جدا الى مواقع الاحمال حيث يتم تحويل الطاقه الكهربيه الي صور اخرى من الطاقه يمكن الاستفاده منها (الاضاءه – التسخين – التحريك).
صفات منظومة القدره الكهربية
الامان في التشغيل.
الاعتماديه.
اقتصاديه في تكاليف التشغيل و الصيانه.
غير ملوثه للبـيـئه.
مكونات منظومة القدره الكهربية من وجهة النظر الهندسية
المنظومه الفرعية للتوليد generating subsystem
المنظومه الفرعية للنفل transmission subsystem
المنظومه الفرعية القديمة للنقل sub transmission sub system
المنظومه الفرعية للتوزيع distribution sub system
المنظومه الفرعية للاحمال usage subsystem
المنظومه الفرعيه للاحمال
ليس هناك تعريف دقيق للحمل ولكن قد تم الاتفاق على ان الحمل الكهربي هو شدة التيار المطلوب لتشغيل الاحمال او القدره الكهربيه التي يستهلكها الحمل.
تعتبر معظم الاحمال الكهربيه اجهزه لتحويل الطاقه الكهربيه الى صور اخرى من الطاقه مثل: المحركات – السخان - الثلاجات – و غيرها فهذه الاجهزه هي اجهزة تحويل الطاقه energy conversion devices بما ان منظومة القدره الكهربيه تبداء باجهزة تحويل الطاقه ( المولدات ) فانها ايضا تنتهي باجهزة تحويل الطاقه وهي الاحمال الكهربيه.
تقسيم الاحمال من حيث النوع
نظرا للتنوع الكبـير في الاحمال فانه يمكن تقسيمها من ناحية النوع الى قسمين
احمال استاتيكيه static load
احمال ديناميكيه dynamic load
الاحمال الاستاتيكيه وتعرف بالاحمال الساكنه وهي تلك الاحمال التي لاتحتوي على اجزاء متحركه مثل السخانات و الدفايات الافران الكهربيه و اجهزة الاضاءه.
الاحمال الديناميكيه و تعرف بالاحمال المتحركه وهي تلك الاحمال التي تحتوي على اجزاء متحركه مثل المراوح و المحركات.
الحمل الكهربائي هو عنصر في الشبكة ويستهلك طاقة كهربائية وكماتعلمون عندما درسنا في الدوائر الكهربائية في السنة الاولى من الهندسة الكهربائية كنا نعتبر المقاومات هي الحمل الكهربائي ولكن عندما تعمقنا في التخصص وانتقلنا للسنوات المتقدمه من الدراسة اصبحنا نعرف الحمل الكهربائي بأنه كل ما يتصل بالشبكة ويستهلك طاقة كهربائية وتعددت انواع الاحمال فمنها الحمل المادي نسبة الى وجود المقاومات المستهلكة كاحمال اللمبات ومنها الحمل الحثي التي تحوي الملفات مثل احمال المكيفات ومنها الحمل السعوي ونحن كمهندسين او فنيين كهربائيين يهمنا تقدير الاحمال في التمديدات الكهربائية في المباني او المنشآت وقبل ان نعرف مراحل تقدير هذه الاحمال ينبغي اننعرف انواع هذه الاحمال ويمكن تصنيف الاحمال الى نوعين رئيسيين هما:
الاحمال الصناعية
تعتمد هذه الاحمال على العملية التكنولوجية المستخدمة في الصناعة وانواع الماكينات والاجهزة المركبة. وتتوافر جداول خاصة تبين الاحمال الكهربائية النوعية لكل صناعة على حده. أي ان هذه الاحمال معروفة من قبل المصنع ومحدده مسبقا وهذا يسهل الحسابات والتقديرات المستقبليه للاحمال
الاحمال الغير صناعية
وتغطي جميع انواع الاحمال الكهربائية - منازل - منشآت تجارية - مدارس - مستشفيات - جامعات. ويمكن تصنيفها كالتالي:
احمال الانارة ( الاضاءة)
احمال الاجهزة الكهربائية: مثل ماكنات التصوير غيرها اعمال التكييف: اجهزة التبريد والتسخين الاحمال الكهربائية لاجهزة المياه : مضخات - سخانات احمال اجهزة الانذار احمال الكهربائية للمصاعد والسلالم المتحركة وغيرها
مراحل تقدير الاحمال الكهربائية
المرحلة الابتدائية يتم تقدير الاحمال الكهربائية في هذه المرحلة باستخدام الاحمال الكهربائية النوعية بمعرفة المساحات الفراغيه المعارية الاليه في المشروع بهذه المرحلة يمكن تحديد الاحمال الكليه للمشروع ومنها يمكن معرفة متطلبات التجهيزات الكهربائية كمالحولات وغيرها.
مرحلة التصميم الاولي يتم في هذه المرحلة تحديد الخدمات الكهربائية المطلوبة وتحديد مخططات القدرة الاحادي للنظام او single line diagram واختيار الفولطية المناسبة للتوزيع المعتمد وفي هذه المرحلة يتم تحديد مساحات غرف الكهرباء بدقة وكيفية تمديد الكابلات.
مرحلة التصميم المتقدم يتم حساب مقاطع الكابلات بناء على الحسابات التي قمنا بها في المرحلة السابقة كما نقوم بتوزيع اماكن لوحات التوزيع الرئيسية ويتم في هذه المرحلة اعتماد نظام التأريض للمنظومة.
الاحمال الكهربائية في مرحلة التصميم النهائي عند الانتهاء من التصميم النهائي للمشروع تكون الاحمال الكهربائية قد تحددت بدقة وبالتالي يمكن تحديد احجام وسعات لوحات التحكم بالمحركات واللوحات الرئيسية والقواطع.
يقاس الحمل الكهربائي بوحدات الفولط. أمبير أو ( الواط) أو ( الكيلو. وات)
فئات المستهلكين
المستهلك المنزلي: يقصد به المنازل والشقق الصغيره والفلل والقصور
المستهلك التجاري: يندرج تحته المباني الحكومية والمجمعات التجارية والمطاعم
المستهلك الصناعي: المصانع والورش
المستهلك الزراعي: المزراع والمراعي التي تستخدم التجهيزات الكهربائية وهو يعامل معاملة المستهلك الصناعي في حساب القدرة المستهلكه.
عامل الطلب او demand factor (DF)
يعرف بانه العلاقة بين الطلب الاقصى والحمل المترابط ، ويعرف الحمل المترابط انه الحمل المقرر للمستهلك عند نقطة معينة
DF = الطلب الاقصى / الحملالمترابط اذن الطلب الاقصى = DF * الحمل المترابط علما ان DF للمعدات الافرادية يترواح قيمته بين 0.1 الى 1.0
تأثير الأحمال على معامل القدرة
تستهلك الأحمال الكهربية (المواتير - السخانات - الأفران - الخ.) مركبتين من الطاقة الكهربية:
الطاقة الفعالة: وهى تقاس بالكيلووات ساعة Kwh ويرمز لها بالرمز (P ) وهى تتحول الى شغل ميكانيكى أو حرارة أو إضاءة.
الطاقة الغير فعالة: وهى تقاس بالكيلوفارKVAR ويرمز لها بالرمز (Q) وتأخذ أحد الشكلين:
الطاقة الغير فعالة التي تتطلبها الدوائر الكهربية التأثيرية مثل المحولات والمحركات
الطاقة الغير فعالة التي تتطلبها الدوائر السعوية مثل مكثفات الكابلات ومكثفات القوى
ويعرف المجموع الاتجاهي لكل من القدرة الفعالة والغير فعالة بالقدرة الظاهرية ويرمز لها بالرمزS))
وهى بالكيلو فولت امبير KVA] S = P+Q]
عند توصيل مصنع أو شركة على شبكة الكهرباء فإن الأحمال الكهربية تسحب كل من القدرة الفعالة والقدرة الغير فعالة وتبعا لقيمة احتياجها من الطاقة الفعالة والطاقة الغير فعالة يتحدد معامل قدرة هذه الأحمال معامل القدرة: ويرمز له بالرمز(P.F) او(Ф(cos معامل القدرة=(القدرة الفعالة / القدرة الظاهرة)=[P/S] ويعرف ايظا بأنه جيب تمام الزاوية بين القدرة الفعالة والظاهرة وتتراوح قيمته من 0 الى 1 وكلما اقترب من الواحد كلم تعاظمت الفائدة العائدة على كل من المستهلك وشركة الكهرباء
متوسط قيمة معامل القدرة لبعض المعدات والأجهزة الكهربية
المحرك التأثيري الشائع بنسبة تحميل 100% =0.85
اللمبات التوهجية (التقليدية) =1.0
اللمبات الفلورسنت (بدون مكثف تعويض) =0.5
اللمبات الفلورسنت (بمكثف تعويض) =0.93
ماكينات لحام بالمقاومات الكهربية=0.8/0.9
وحدات لحام بالقوس الكهربي=0.7/0.9
لماذا يجب تحسين معامل القدرة؟
وحيث أن أغلب الأحمال الكهربية عبارة عن أحمال حثية (المواتير - الطلمبات - مصابيح الفلورسنت - الخ) فإنها تستهلك طاقة غير فعالة كبيرة لذلك يتم تركيب مكثفات قوى لتحسين معامل القدرة وذلك للحفاظ على القدرة الغير فعالة في مستوى أقل من القيمة التعاقدية التي يتم الاتفاق عليها مع شركة الكهرباء حيث تلزم الشركة المتعاقدين بألا يقل متوسط معامل القدرة عن 0.9 فى السنة وينص عقد توريد الكهرباء مع شركات التوزيع لبد معامل القدرة:
الأسعار موضوعة على أساس متوسط معامل القدرة 0.9 فى السنة
لكل 1/100 من انخفاض معامل القدرة عن 0.9 تزداد قيمة الطاقة بقدار 0.5% وذلك حتى معامل قدرة 0.7
لكل 1/100 من انخفاض معامل القدرة عن 0.7 تزداد قيمة الطاقة بمقدار 1%
معنى هذا أن المشتركين الذين يقل متوسط معامل القدرة لأحمالهم عن 0.9 تطبق عليهم فروقات الانخفاض طبقا لقيمة متوسط معامل القدرة
تحسين معامل القدرة من إستخدام محولات وكابلات وقواطع أصغر حجما بالاضافة إلى تخفيض الفقد والجهد الكهربي
كيف يمكن تحسين معامل القدرة؟
يعتمد تحسين معامل القدرة على تقليل القدرة الغير فعالة الازمة للأحمال الكهربية بمعنى اخر أن المكثفات تركب لتوفير الكمية المطلوبة من القدرة الغير فعالة للأحمال الكهربية.
تحتاج أغلب الأحمال في المصانع لتحسين معامل القدرة إلى مجموعة مكثفات تعرف بالمراحل Automatic self regulating capacitor bank وهى عبارة عن مجموعة من المكثفات ومصهرات وكونتاكتورات وقاطع تيار وجهاز تحكم وتوصل المجموعة على التوازي مع أحمال المشترك وهذه المجموعة تقوم بضبط قيمتها أتوماتيكيا حسب الاحتياج للقدرة غير الفعالة ويعتمد الضبط على قيمة الحمل غير الفعال بالدوائر المركب عليها المجموعة وكذلك بالتغير فيه والقيمة المطلوبة لمعامل القدرة.
منظومة القدره الكهربية
هي شبكة مكونه من مجموعة عناصر متصلة و مترابطة مع بعضها و مصممه بحث تقوم بنقل الطاقه الغير كهربية بصفة مستمرة الى طاقة كهربية ثم تقوم بنقل هذه الطاقة عبر مسافات طويلة عند جهود عاليه جدا الى مواقع الاحمال حيث يتم تحويل الطاقه الكهربيه الي صور اخرى من الطاقه يمكن الاستفاده منها (الاضاءه – التسخين – التحريك).
صفات منظومة القدره الكهربية
الامان في التشغيل.
الاعتماديه.
اقتصاديه في تكاليف التشغيل و الصيانه.
غير ملوثه للبـيـئه.
مكونات منظومة القدره الكهربية من وجهة النظر الهندسية
المنظومه الفرعية للتوليد generating subsystem
المنظومه الفرعية للنفل transmission subsystem
المنظومه الفرعية القديمة للنقل sub transmission sub system
المنظومه الفرعية للتوزيع distribution sub system
المنظومه الفرعية للاحمال usage subsystem
المنظومه الفرعيه للاحمال
ليس هناك تعريف دقيق للحمل ولكن قد تم الاتفاق على ان الحمل الكهربي هو شدة التيار المطلوب لتشغيل الاحمال او القدره الكهربيه التي يستهلكها الحمل.
تعتبر معظم الاحمال الكهربيه اجهزه لتحويل الطاقه الكهربيه الى صور اخرى من الطاقه مثل: المحركات – السخان - الثلاجات – و غيرها فهذه الاجهزه هي اجهزة تحويل الطاقه energy conversion devices بما ان منظومة القدره الكهربيه تبداء باجهزة تحويل الطاقه ( المولدات ) فانها ايضا تنتهي باجهزة تحويل الطاقه وهي الاحمال الكهربيه.
تقسيم الاحمال من حيث النوع
نظرا للتنوع الكبـير في الاحمال فانه يمكن تقسيمها من ناحية النوع الى قسمين
احمال استاتيكيه static load
احمال ديناميكيه dynamic load
الاحمال الاستاتيكيه وتعرف بالاحمال الساكنه وهي تلك الاحمال التي لاتحتوي على اجزاء متحركه مثل السخانات و الدفايات الافران الكهربيه و اجهزة الاضاءه.
الاحمال الديناميكيه و تعرف بالاحمال المتحركه وهي تلك الاحمال التي تحتوي على اجزاء متحركه مثل المراوح و المحركات.
الحمل الكهربائي هو عنصر في الشبكة ويستهلك طاقة كهربائية وكماتعلمون عندما درسنا في الدوائر الكهربائية في السنة الاولى من الهندسة الكهربائية كنا نعتبر المقاومات هي الحمل الكهربائي ولكن عندما تعمقنا في التخصص وانتقلنا للسنوات المتقدمه من الدراسة اصبحنا نعرف الحمل الكهربائي بأنه كل ما يتصل بالشبكة ويستهلك طاقة كهربائية وتعددت انواع الاحمال فمنها الحمل المادي نسبة الى وجود المقاومات المستهلكة كاحمال اللمبات ومنها الحمل الحثي التي تحوي الملفات مثل احمال المكيفات ومنها الحمل السعوي ونحن كمهندسين او فنيين كهربائيين يهمنا تقدير الاحمال في التمديدات الكهربائية في المباني او المنشآت وقبل ان نعرف مراحل تقدير هذه الاحمال ينبغي اننعرف انواع هذه الاحمال ويمكن تصنيف الاحمال الى نوعين رئيسيين هما:
الاحمال الصناعية
تعتمد هذه الاحمال على العملية التكنولوجية المستخدمة في الصناعة وانواع الماكينات والاجهزة المركبة. وتتوافر جداول خاصة تبين الاحمال الكهربائية النوعية لكل صناعة على حده. أي ان هذه الاحمال معروفة من قبل المصنع ومحدده مسبقا وهذا يسهل الحسابات والتقديرات المستقبليه للاحمال
الاحمال الغير صناعية
وتغطي جميع انواع الاحمال الكهربائية - منازل - منشآت تجارية - مدارس - مستشفيات - جامعات. ويمكن تصنيفها كالتالي:
احمال الانارة ( الاضاءة)
احمال الاجهزة الكهربائية: مثل ماكنات التصوير غيرها اعمال التكييف: اجهزة التبريد والتسخين الاحمال الكهربائية لاجهزة المياه : مضخات - سخانات احمال اجهزة الانذار احمال الكهربائية للمصاعد والسلالم المتحركة وغيرها
مراحل تقدير الاحمال الكهربائية
المرحلة الابتدائية يتم تقدير الاحمال الكهربائية في هذه المرحلة باستخدام الاحمال الكهربائية النوعية بمعرفة المساحات الفراغيه المعارية الاليه في المشروع بهذه المرحلة يمكن تحديد الاحمال الكليه للمشروع ومنها يمكن معرفة متطلبات التجهيزات الكهربائية كمالحولات وغيرها.
مرحلة التصميم الاولي يتم في هذه المرحلة تحديد الخدمات الكهربائية المطلوبة وتحديد مخططات القدرة الاحادي للنظام او single line diagram واختيار الفولطية المناسبة للتوزيع المعتمد وفي هذه المرحلة يتم تحديد مساحات غرف الكهرباء بدقة وكيفية تمديد الكابلات.
مرحلة التصميم المتقدم يتم حساب مقاطع الكابلات بناء على الحسابات التي قمنا بها في المرحلة السابقة كما نقوم بتوزيع اماكن لوحات التوزيع الرئيسية ويتم في هذه المرحلة اعتماد نظام التأريض للمنظومة.
الاحمال الكهربائية في مرحلة التصميم النهائي عند الانتهاء من التصميم النهائي للمشروع تكون الاحمال الكهربائية قد تحددت بدقة وبالتالي يمكن تحديد احجام وسعات لوحات التحكم بالمحركات واللوحات الرئيسية والقواطع.
يقاس الحمل الكهربائي بوحدات الفولط. أمبير أو ( الواط) أو ( الكيلو. وات)
فئات المستهلكين
المستهلك المنزلي: يقصد به المنازل والشقق الصغيره والفلل والقصور
المستهلك التجاري: يندرج تحته المباني الحكومية والمجمعات التجارية والمطاعم
المستهلك الصناعي: المصانع والورش
المستهلك الزراعي: المزراع والمراعي التي تستخدم التجهيزات الكهربائية وهو يعامل معاملة المستهلك الصناعي في حساب القدرة المستهلكه.
عامل الطلب او demand factor (DF)
يعرف بانه العلاقة بين الطلب الاقصى والحمل المترابط ، ويعرف الحمل المترابط انه الحمل المقرر للمستهلك عند نقطة معينة
DF = الطلب الاقصى / الحملالمترابط اذن الطلب الاقصى = DF * الحمل المترابط علما ان DF للمعدات الافرادية يترواح قيمته بين 0.1 الى 1.0
تأثير الأحمال على معامل القدرة
تستهلك الأحمال الكهربية (المواتير - السخانات - الأفران - الخ.) مركبتين من الطاقة الكهربية:
الطاقة الفعالة: وهى تقاس بالكيلووات ساعة Kwh ويرمز لها بالرمز (P ) وهى تتحول الى شغل ميكانيكى أو حرارة أو إضاءة.
الطاقة الغير فعالة: وهى تقاس بالكيلوفارKVAR ويرمز لها بالرمز (Q) وتأخذ أحد الشكلين:
الطاقة الغير فعالة التي تتطلبها الدوائر الكهربية التأثيرية مثل المحولات والمحركات
الطاقة الغير فعالة التي تتطلبها الدوائر السعوية مثل مكثفات الكابلات ومكثفات القوى
ويعرف المجموع الاتجاهي لكل من القدرة الفعالة والغير فعالة بالقدرة الظاهرية ويرمز لها بالرمزS))
وهى بالكيلو فولت امبير KVA] S = P+Q]
عند توصيل مصنع أو شركة على شبكة الكهرباء فإن الأحمال الكهربية تسحب كل من القدرة الفعالة والقدرة الغير فعالة وتبعا لقيمة احتياجها من الطاقة الفعالة والطاقة الغير فعالة يتحدد معامل قدرة هذه الأحمال معامل القدرة: ويرمز له بالرمز(P.F) او(Ф(cos معامل القدرة=(القدرة الفعالة / القدرة الظاهرة)=[P/S] ويعرف ايظا بأنه جيب تمام الزاوية بين القدرة الفعالة والظاهرة وتتراوح قيمته من 0 الى 1 وكلما اقترب من الواحد كلم تعاظمت الفائدة العائدة على كل من المستهلك وشركة الكهرباء
متوسط قيمة معامل القدرة لبعض المعدات والأجهزة الكهربية
المحرك التأثيري الشائع بنسبة تحميل 100% =0.85
اللمبات التوهجية (التقليدية) =1.0
اللمبات الفلورسنت (بدون مكثف تعويض) =0.5
اللمبات الفلورسنت (بمكثف تعويض) =0.93
ماكينات لحام بالمقاومات الكهربية=0.8/0.9
وحدات لحام بالقوس الكهربي=0.7/0.9
لماذا يجب تحسين معامل القدرة؟
وحيث أن أغلب الأحمال الكهربية عبارة عن أحمال حثية (المواتير - الطلمبات - مصابيح الفلورسنت - الخ) فإنها تستهلك طاقة غير فعالة كبيرة لذلك يتم تركيب مكثفات قوى لتحسين معامل القدرة وذلك للحفاظ على القدرة الغير فعالة في مستوى أقل من القيمة التعاقدية التي يتم الاتفاق عليها مع شركة الكهرباء حيث تلزم الشركة المتعاقدين بألا يقل متوسط معامل القدرة عن 0.9 فى السنة وينص عقد توريد الكهرباء مع شركات التوزيع لبد معامل القدرة:
الأسعار موضوعة على أساس متوسط معامل القدرة 0.9 فى السنة
لكل 1/100 من انخفاض معامل القدرة عن 0.9 تزداد قيمة الطاقة بقدار 0.5% وذلك حتى معامل قدرة 0.7
لكل 1/100 من انخفاض معامل القدرة عن 0.7 تزداد قيمة الطاقة بمقدار 1%
معنى هذا أن المشتركين الذين يقل متوسط معامل القدرة لأحمالهم عن 0.9 تطبق عليهم فروقات الانخفاض طبقا لقيمة متوسط معامل القدرة
تحسين معامل القدرة من إستخدام محولات وكابلات وقواطع أصغر حجما بالاضافة إلى تخفيض الفقد والجهد الكهربي
كيف يمكن تحسين معامل القدرة؟
يعتمد تحسين معامل القدرة على تقليل القدرة الغير فعالة الازمة للأحمال الكهربية بمعنى اخر أن المكثفات تركب لتوفير الكمية المطلوبة من القدرة الغير فعالة للأحمال الكهربية.
تحتاج أغلب الأحمال في المصانع لتحسين معامل القدرة إلى مجموعة مكثفات تعرف بالمراحل Automatic self regulating capacitor bank وهى عبارة عن مجموعة من المكثفات ومصهرات وكونتاكتورات وقاطع تيار وجهاز تحكم وتوصل المجموعة على التوازي مع أحمال المشترك وهذه المجموعة تقوم بضبط قيمتها أتوماتيكيا حسب الاحتياج للقدرة غير الفعالة ويعتمد الضبط على قيمة الحمل غير الفعال بالدوائر المركب عليها المجموعة وكذلك بالتغير فيه والقيمة المطلوبة لمعامل القدرة.
التعديل الأخير بواسطة المشرف:
