معلومات عامه عن الكهرباء

طرق توليد الطاقة الكهربائية

Generation of Electrical Energy

إن عملية توليد أو إنتاج الطاقة الكهربائية هي في الحقيقة عملية تحويل الطاقة من شكل الى آخر حسب مصادر الطاقة المتوفرة في مراكز الطلب على الطاقة الكهربائية وحسب الكميات المطلوبة لهذه الطاقة ، الأمر الذي يحدد أنواع محطات التوليد وكذلك أنواع الاستهلاك وأنواع الوقود ومصادره كلها تؤثر في تحديد نوع المحطة ومكانها وطاقتها .

أنواع محطات التوليد :

نذكر هنا أنواع محطات التوليد المستعملة على صعيد عالمي ونركز على الأنواع المستعملة في بلادنا :

محطات التوليد البخارية .
محطات التوليد النووية .
محطات التوليد المائية .
محطات التوليد من المد والجزر
محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي (ديزل – غازية)
محطات التوليد بواسطة الرياح.
محطات التوليد بالطاقة الشمسية.
1-محطات التوليد البخارية

تعتبر محطات التوليد البخارية محولا للطاقة (Energy Converter)

وتستعمل هذه المحطات أنواع مختلفة من الوقود حسب الأنواع المتوفرة مثل الفحم الحجري أو البترول السائل أو الغاز الطبيعي أو الصناعي .

تمتاز المحطات البخارية بكبر حجمها ورخص تكاليفها بالنسبة لإمكاناتها الضخمة كما تمتاز بإمكانية استعمالها لتحلية المياه المالحة ، الأمر الذي يجعلها ثنائية الإنتاج خاصة في البلاد التي تقل فيها مصادر المياه العذبة .

اختيار مواقع المحطات البخارية Site Selection of Steam Power Station

تتحكم في اختيار المواقع المناسبة لمحطات التوليد الحرارية عدة عوامل مؤثرة نذكر منها

ما يلي :

القرب من مصادر الوقود وسهولة نقله إلى هذه المواقع وتوفر وسائل النقل الاقتصادية.
القرب من مصادر مياه التبريد لأن المكثف يحتاج إلى كميات كبير من مياه التبريد . لذلك تبنى هذه المحطات عادة على شواطئ البحار أو بالقرب من مجاري الأنهار.
القرب من مراكز استهلاك الطاقة الكهربائية لتوفير تكاليف إنشاء خطوط النقل . مراكز الاستهلاك هي عادة المدن والمناطق السكنية والمجمعات التجارية والصناعية
وتعتمد محطات التوليد البخارية على استعمال نوع الوقود المتوفر وحرقه في أفران خاصة لتحويل الطاقة الكيميائية في الوقود الى طاقة حرارية في اللهب الناتج من عملية الاحتراق ثم استعمال الطاقة الحرارية في تسخين المياه في مراجل خاصة (BOILERS) وتحويلها الى بخار في درجة حرارة وضغط معين ثم تسليط هذا البخار على عنفات أو توربينات بخارية صممت لهذه الغاية فيقوم البخار السريع بتدوير محور التوربينات وبذلك تتحول الطاقة الحرارية الى طاقة ميكانيكية على محور هذه التوربينات . يربط محور المولد الكهربائي ربطا مباشرا مع محور التوربينات البخارية فيدور محور المولد الكهربائي (AL TERNATOR) بنفس السرعة وباستغلال خاصة المغناطيسية الدوارة (ROTOR) من المولد والجزء الثابت (STATOR) منه تتولد على طرفي الجزء الثابت من المولد الطاقة الكهربائية اللازمة .

لا يوجد فوارق أساسية بين محطات التوليد البخارية التي تستعمل أنواع الوقود المختلفة إلا من حيث طرق نقل وتخزين وتداول وحرق الوقود . وقد كان استعمال الفحم الحجري شائعا في أواخر القرن الماضي وأوائل هذا القرن ، إلا أن اكتشاف واستخراج البترول ومنتوجاته احدث تغييرا جذريا في محطات التوليد الحرارية حيث اصبح يستعمل بنسبة تسعين بالمئة لسهولة نقله وتخزينه وحرقة إن كان بصورة وقود سائل أو غازي .

مكونات محطات التوليد البخارية :

تتألف محطات التوليد البخارية بصورة عامة من الأجزاء الرئيسية التالية :

أ ) الفرن : Furnace

وهو عبارة عن وعاء كبير لحرق الوقود . ويختلف شكل ونوع هذا الوعاء وفقا لنوع الوقود المستعمل ويلحق به وسائل تخزين ونقل وتداول الوقود ورمي المخلفات الصلبة

ب ) المرجل : Boiler

وهو وعاء كبير يحتوي على مياه نقية تسخن بواسطة حرق الوقود لتتحول هذه المياه

الى بخار . وفي كثير من الأحيان يكون الفرن والمرجل في حيز واحد تحقيقا للاتصال

المباشر بين الوقود المحترق والماء المراد تسخينه .

وتختلف أنواع المراجل حسب حجم المحطة وكمية البخار المنتج في وحدة الزمن .

ج ) العنفة الحرارية أو التوربين Turbine

وهي عبارة عن عنفة من الصلب لها محور ويوصل به جسم على شكل أسطواني مثبت به لوحات مقعرة يصطدم فيها البخار فيعمل على دورانها ويدور المحور بسرعة عالية جدا حوالي 3000 دورة بالدقيقة وتختلف العنفات في الحجم والتصميم والشكل باختلاف حجم البخار وسرعته وضغطه ودرجة حرارته ، أي باختلاف حجم محطة التوليد .

د ) المولد الكهربائي : Generator

هو عبارة عن مولد كهربائي مؤلف من عض دوار مربوط مباشرة مع محور التوربين وعضو ثابت .ويلف العضوين بالأسلاك النحاسية المعزولة لتنقل الحقل المغناطيسي الدوار وتحوله إلى تيار كهربائي على أطراف العضو الثابت . ويختلف شكل هذا المولد باختلاف حجم المحطة .

هـ ) المكثف: Condenser

وهو عبارة عن وعاء كبير من الصلب يدخل اليه من الأعلى البخار الآتي من التوربين بعد أن يكون قد قام بتدويرها وفقد الكثير من ضغطه ودرجة حرارته ، كما يدخل في هذا المكثف من أسفل تيار من مياه التبريد داخل أنابيب حلزونية تعمل على تحويل البخار الضعيف إلى مياه حيث تعود هذه المياه إلى المراجل مرة أخرى بواسطة مضخات خاصة .

و) المدخنة : Chimney

وهي عبارة عن مدخنة من الآجر الحراري ( Brick) أسطوانية الشكل مرتفعة جدا تعمل على طرد مخلفات الاحتراق الغازية إلى الجو على ارتفاع شاهق للإسراع في طرد غازات الاحتراق والتقليل من تلوث البيئة المحيطة بالمحطة .

ز) الآلات والمعدات المساعدة : Auxiliaries

وهي عبارة عن عدد كبير من المضخات والمحركات الميكانيكية والكهربائية ومنظمات السرعة ومعدات تحميص البخار التي تساعد على إتمام العمل في محطات التوليد .

2-محطات التوليد النووية : Nuclear Power Station

محطات التوليد النووية نوعا من محطات التوليد الحرارية لأنها تعمل بنفس المبدأ وهو توليد البخار بالحرارة وبالتالي يعمل البخار على تدوير التوربينات التي بدورها تدور الجزء الدوار من المولد الكهربائي وتتولد الطاقة الكهربائية على أطراف الجزء الثابت من هذا المولد .

والفرق في محطات التوليد النووية أنه بدل الفرن الذي يحترق فيه الوقود يوجد هنا مفاعل ذري تتولد في الحرارة نتيجة انشطار ذرات اليورانيوم بضربات الإلكترونات المتحركة في الطبقة الخارجية للذرة وتستغل هذه الطاقة الحرارية الهائلة في غليان المياه في المراجل وتحويلها إلى بخار ذي ضغط عال ودرجة مرتفعة جدا.

تحتوي محطة التوليد النووية على الفرن الذري الذي يحتاج إلى جدار عازل وواق من الإشعاع الذري وهو يتكون من طبقة من الآجر الناري وطبقة من المياه وطبقة من الحديد الصلب ثم طبقة من الأسمنت تصل إلى سمك مترين وذلك لحماية العاملين في المحطة والبيئة المحيطة من التلوث بالإشعاعات الذرية .

أن أول محطة توليد حرارية نووية في العالم نفذت في عام 1954 وكانت في الاتحاد السوفيتي بطاقة 5 ميغاواط . .

ومحطات التوليد النووية غير مستعملة في البلاد العربية حتى الآن . ولكن محطات التوليد الحرارية البخارية مستعملة بصورة كثيفة على البحر الأحمر والبحر الأبيض المتوسط والخليج العربي في توليد الكهرباء ولتحلية المياه المالحة .

3-محطات التوليد المائية : Hydraulic Power Stations حيث توجد المياه في أماكن مرتفعة كالبحيرات ومجاري الأنهار يمكن التفكير بتوليد الطاقة ، خاصة إذا كانت طبيعة الأرض التي تهطل فيها الأمطار أو تجري فيها الأنهار جبلية ومرتفعة. ففي هذه الحالات يمكن توليد الكهرباء من مساقط المياه . أما إذا كانت مجاري الأنهار ذات انحدار خفيف فيقتضي عمل سدود في الأماكن المناسبة من مجرى النهر لتخزين المياه . تنشاء محطات التوليد عادة بالقرب من هذه السدود كما هو الحال في مجرى نهر النيل. وقد بني السد العالي وبنيت معه محطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 1800 ميغاواط . وعلى نهر الفرات في شمال سوريا بني سد ومحطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 800 ميغاواط .

إذا كان مجرى النهر منحدرا انحدار كبيرا فيمكن عمل تحويرة في مجرى النهر باتجاه أحد الوديان المجاورة وعمل شلال اصطناعي . هذا بالإضافة إلى الشلالات الطبيعية التي تستخدم مباشرة لتوليد الكهرباء كما هو حاصل في شلالات نياغرا بين كندا والولايات المتحدة . وبصورة عامة أن أية كمية من المياه موجودة على ارتفاع معين تحتوي على طاقة كامنة في موقعها . فإذا هبطت كمية المياه إلى ارتفاع ادنى تحولت الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية . وإذا سلطت كمية المياه على توربينة مائية دارت بسرعة كبيرة وتكونت على محور التوربينة طاقة ميكانيكية . وإذا ربطت التوربينة مع محور المولد الكهربائي تولد على أطراف العضو الثابت من المولد طاقة كهربائية .

مكونات محطة التوليد المائية : Components of Hydro-Electric Station

تتألف محطة توليد الكهرباء المائية بصورة عامة من الأجزاء الرئيسية التالية.

مساقط المياه (المجرى المائل) Penstock
وهو عبارة عن أنبوب كبير أو أكثر يكون في اسفل السد أو من أعلى الشلال إلى مدخل التوربينة وتسيل في المياه بسرعة كبيرة . يوجد سكر في أوله (بوابة) (VALVE) وسكر آخر في آخره للتحكم في كمية المياه التي تدور التوربينة .

تجدر الإشارة الى أن السدود وبوابات التحكم وأقنية المياه الموصلة للأنابيب المائلة تختلف حسب كمية المياه وأماكن تواجدها .

ب. التوربين: Turbine

تكون التوربينة والمولد عادة في مكان واحد مركبين على محور رأسي واحد . يركب المولد فوق التوربينة . وعندما تفتح البوابة في اسفل الأنابيب المائلة تتدفق المياه بسرعة كبيرة في تجاويف مقعرة فتدور بسرعة وتدير معها العضو الدوار في المولد حيث تتولد الطاقة الكهربائية على أطراف هذا المولد .

ج ) أنبوبة السحب : Draught Tubes

بعد أن تعمل المياه المتدفقة في تدوير التوربين فلا بد من سحبها للخارج بسرعة ويسر حتى لا تعوق الدوران . لذا توضع أنابيب بأشكال خاصة لسحبها للخارج السرعة اللازمة.

د) المعدات والآلات المساعدة : Auxiliaries

تحتاج محطات التوليد المائية آلي العديد من الآلات المساعدة مثل المضخات والبوابات والمفاتيح ومعدات تنظيم سرعة الدوران وغيرها .

4-محطات التوليد من المد والجزر Tidal Power Stations

المد والجزر من الظواهر الطبيعية المعروفة عند سكان سواحل البحار . فهم يرون مياه البحر ترتفع في بعض ساعات اليوم وتنخفض في البعض الآخر . وقد لا يعلمون أن هذا الارتفاع ناتج عن جاذبية القمر عندما يكون قريبا من هذه السواحل وان ذلك الانخفاض يحدث عندما يكون القمر بعيدا عن هذه السواحل ، أي عندما يغيب القمر ، علما أن القمر يدور حول الأرض في مدار أهليجي أي بيضاوي الشكل دورة كل شهر هجري ، وأن الأرض تدور حول نفسها كل أربع وعشرين ساعة . فإذا ركزنا الانتباه على مكان معين ، وكان القمر ينيره في الليل ، فهذا معناه أنه قريب من ذلك المكان وان جاذبيته قوية . لذا ترتفع مياه البحر . وبعد مضي أثنى عشرة ساعة من ذلك الوقت ، يكون القمر بالجزء المقابل قطريا ، أي بعيدا عن المكان ذاته بعدا زائدا بطول قطر الكرة الأرضية فيصبح اتجاه جاذبية القمر معاكسة وبالتالي ينخفض مستوى مياه البحر .

واكثر بلاد العالم شعورا بالمد والجزر هو الطرف الشمالي الغربي من فرنسا حيث يعمل مد وجزر المحيط الأطلسي على سواحل شبه جزيرة برنتانيا إلى ثلاثين مترا وقد أنشئت هناك محطة لتوليد الطاقة الكهربائية بقدرة 400 ميغاواط . حيث توضع توربينات خاصة في مجرى المد فتديرها المياه الصاعدة ثم تعود المياه الهابطة وتديرها مرة أخرى .

ومن الأماكن التي يكثر فيها المد والجزر السواحل الشمالية للخليج العربي في منطقة الكويت حيث يصل أعلى مد إلى ارتفاع 11 مترا ولكن هذه الظاهرة لا تستغل في هذه المناطق لتوليد الطاقة الكهربائية

بعض اجهزة الاتصالات:
اولا:المكثف Repeater :

وعي من اوائل الاجهزه التي استخدمت لغرض زيادة المسافه التي يمكن مدها بين الاجهزه ، وايضا من خلاله نستطيع زيادة عدد الاجهزه التي يمكن وصلها مع بعضها البعض في الشبكه الواحده، وهو مدعوم من قبل انظمة شبكات ايثرنت Ethernet اي انه يمكن وضعه في هذه الشبكات كاحد معدات الربط فيها، ويعمل هذا الجهاز على Physical Layer في ال OSI Model.
يعمل هذا الجهاز بشكل بسيط جدا ، حيث انه يستقبل الاشاره من مخرج ، ويقوم باعادة ارسالها من مخرج اخر على انه هو نقطة الاتطلاق لهذه الاشاره فيزيد في مسافتها

ثانيا: الجسر Bridge

يشبه في عمله الRepeater في انه يقوم بزيادة المسافه بين الاجهزه ، الا انه يعمل على Data Link Layer في OSI Model وايضا يقوم بعمل قوائم للPhysical Address او الMAC Address فيقوم بارسال الاشارات الى الاجهاز المراد بالاعتماد على MAC Address.

ثالثا: HUB

وهو عباره عن Repeater ولكن بعدة مخارج وايضا يعمل على Physical Layer .
مثال:

رابعا: Switch

وهو عباره عن hub مع Bridge مبني في داخله ، يعني هو عباره عن جمع بين الhub والbridge معا في جهاز واحد وهو يعمل على Data Link Layer في الOSI Model ، ومن مميزاته انه اسرع من الhub وانه لا يحتوي على الصدامات التي تحدث بين البيانات Without Collisions .
والصوره التاليه توضح مثال على الSwitch :

خامسا: MAU
وهو اختصار ل Multi Access Unit ، ويعمل هذا الجهاز على شبكات Ring Topology حيث يعتمد على Tokens في ارساله للبيانات.
يستخدم من كيبلات التوصيل نوع STP : Sheilded Twisted Pair ، وهو يستطيع ان يشبك لحد 260 كمبيوتر على ان تكون المسافه بين الكمبيوتر والMAU لا تزيد عن 100 متر .
وايضا يستخذم كيبلات من نوع UTP : Unsheilded Twisted Pair فيدعم اتصال 72 جهاز بالMAU ولحد 45 متر بين الجهاز والMAU .
يتم وصل الMAUs مع بعضها البعض باستخدام منافذ خاصه في نفس ال MAU تسمى Ring/in و Ring/out كما هو مبين في الصوره :

وتسمى هذه العمليه Cascading MAUs

كيف يمكن حساب مساحة مقطع الأسلاك بأكثر من طريقة و ذلك حسب العوامل التالية :

1- طبيعة الحمل ( single/three phase)
2- طول المسافة بين الحمل و التغذية
3- نوع الأسلاك المستخدمة
4- طريقة التمديد ( تمديدات ظاهرة أو تحت الأرض أو غاطسة في الحوائط ...................)

فأبسط طريقة هي حساب التيار( current ) من القدرة الكهربائية (Power) و بعد ذلك اختيار حجم السلك المناسب حسب الجداول المرفقة لكل نوع من اسلاك ( حسب كاتلوج الأسلاك و الصادر من المصنع ) و تكون الطريقة كالتالي :

1 - حساب التيار( current ) من العلاقات التالية :
P = I V CosQ للوجه الواحد (Single phase
و منه [( I = P /( V x CosQ ]

P = 1.732 x I V CosQ للثلاث أوجه (Three phase
و منه I = P /(1.732 V x CosQ
حيث أن Cos Q هو معامل القدرة الكهربائية والذي يحسب في أغلب الأحيان ب 0.8 ما لم يذكر غير ذلك .

2- بعد حساب التيار نرجع لجداول الأسلاك و التي توضح شدة التيار و حجم السلك المناسب لها .

و لكن في بعض الأحيان لا يوجد كتالوج للأسلاك فما العمل ؟؟؟؟؟؟

من الخبرة الشخصية وجدت علاقة ( تقريبية )بين التيار و حجم السلك و هي

1mm تغذي 4A

ماهي العوامل التي يجب ان تؤخذ في حسابات تصميم الانارة :يجب معرفة بعض المعلومات عن المكان الذي تريد عمل إنارة لهمثل :

1- طبيعة المكان ( سكن خاص أو صناعي أو تجاري ............ ) حيث أنلكل مكان اضاءة خاصة به تحسب باللكس ( Lux ) وهذه موجودة في جداول المواصفاتالحكومية ( عندنا في الكويت المواصفات البريطانية ) و اللكس هو شدة الإضاءة للمترالمربع

2- نحسب مساحة ( area ) المكان المراد إنارته بالمتر المربع .

3- الإضاءة الكلية للمكان ( Lumen ) و ذلك حسب ما يلي :

Lumen = area x luxو Lumen هو الإضاءة الناتجة من مصدرالإضاءة ( المصباح ) و تكون مسجلة عليه من المصنع و كذلك القدرة الكهربائية للمعلقة ( وحدة الإضاءة ) بالواط ( watt ) ومنه يمكن معرفة الحمل الكهربائي الكلي .

هذه هي إحدى الطرق المتبعة لحساب الإنارة و أود أن أشير هنا إلى أنه يوجدعوامل أخرى تدخل في عملي التصميم مثل الاستهلاك و النظافة و كفاءة المصباح هي عواملقد تعقد من عملي التصميم
المحولات الكهربية

تعريف المحول:
هو معدة ساكنة لا تحتوى على أي أجزاء متحركة تستخدم لنقل القدرة الكهربية من جهة إلى جهة أخري وذلك بتغيير قيم مكونات هذه القدرة (الجهد والتيار ) مع المحافظة على التردد.
وعادة يسمي الملف المتصل بمصدر الجهد بالملف الابتدائي كما يسمي الملف المتصل بالحمل بالملف الثانوي.

استخدامات المحولات:
1. تستخدم المحولات لنقل القدرة الكهربية لمسافات بعيدة من أماكن توليدها إلى أماكن توزيعها واستخدامها.
2. تستخدم المحولات مع أجهزة القياس والوقاية عندما تكون التيارات والجهود الكهربية عالية وذلك بخفض قيم التيارات أو الجهود إلى قيم صغيرة يمكن قياسها والتعامل معها.
3. تستخدم المحولات في العزل الكهربائي بغرض منع الشوشرة الكهرومغناطيسية في الدوائر الإلكترونية.
4. تستخدم المحولات في اغلب الأجهزة الكهربية والالكترونية للحصول على جهود تشغيل هذه الأجهزة والتي تعتبر صغيرة جدا بالمقارنة بجهد المصدر.
5. تستخدم المحولات أيضا للموائمة ( التوفيق ) بين الممانعات.

تركيب المحول:
يتركب المحول عموما من:
1- قلب حديدي مصنوع من رقائق من الألواح المصنوعة من الصلب السليكوني.
2- ملفين من الأسلاك الكهربية المعزولة احدهما هو الملف الابتدائي والآخر هو الملف الثانوي ويتم لفهما على جانبي القلب الحديدي.
أي انه يمكن اعتبار المحول مكون من دائرتين احداهما دائرة مغناطيسية والأخرى دائرة كهربية حيث يمثل القلب الحديدي الدائرة المغناطيسية و تمثل الملفات الدائرة الكهربية.

تصنيف المحولات من حيث نسبة التحويل:
1. محولات رفع Step-up
2. محولات خفض Step-down
ملحوظة:
أى محول يمكن ان يعمل كمحول خافض أو محول رافع أعتمادا على أتجاه الغذية و لا يوجد بين المحول الرافع او المحول الخافض أى اختلاف فى التركيب او التصميم.

* تصنيف المحولات من حيث الوظيفة الكهربية:
1. محولات قدرة ( Power Transformer ) وهى المحولات المستخدمة فى شبكات النقل الكهربية ومحطات التوليد الكهربية.
الشكل التالى يوضح صورة محول قدرة جهد 132/11 كيلو فولت

محولات نوزيع ( Distribution Transformer ) و هى المحولات المستخدمة فى شبكات التوزيع الكهربائية و تكون قدرة هذة المحولات أقل من MVA 5 .
3- محولات قياس و تنقسم إلى نوعين
1 - محولات جهد Voltage Transformer .
2 - محولات التيار Current Transformer.

* تركيب المحول Construction of Transformer
يتركب المحول من ثلاثة أجزاء رئيسية هى:
- الملف الأبتدائى Primary Winding
- الملف الثانوى Secondary Winding
- القلب الحديدى Core

العناصر الثلاثة الذكورة اعلاه هى اجزاء المحول الأساسية اما فى محولات الفدرة ( Power Transformer ) فيتم إضافة الأجزاء التالية
- خزان الزيت الرئيسى Main Tank
- خزان التمدد Conservator
- ريديتر ( مجموعة مواسير للتبريد الزيت ) Radiator
- طلمبة ضخ الزيت Oil pump
- مجموعة مراوح التبريد Cooling Fan
- منظم الجهد Tap Changer
- عازل أختراق الجهد العالى HV Pushing
- عازل أختراق الجهد المنخفض LV Pushing

حدوث الضوضاء فى المحولات بيكون راجع الأجزاء الميكانيكية الغير مثبته بالأسلوب الصحيبح و احيانا من عدم التثبيت الجيد لرقائق القلب الحديدى و تزداد هذة الضوضاء كلما ازدات الحمل نتيجة لزيادة التيار الكهربى و بالتالى زيادة المجال المغناطيسى.
و المواصفات العالمية IEC تحدد قيمة هذة الضوضاء بوحدة قياس الديسبل طبقا لحجم المحول و جهد التشغيل و قدرة المحول و هذة موضوعة فى جداول طبقا لمواصفات المحول و اذا زادت هذة القيم عن القيم المحددة فهذا معناه وجود خلل بالمحول.
بالنسبة للتردد اذا قل يزداد الفيض المغناطيسى و التالى من الممكن ان يكون له تاثير على زيادة نسبة الضوضاء

يتم حساب المفاقيد الحديدية فى المحول و بتحليل هذة المعادلة و معرفة المتغرات التى تتحكم فيها نعرف كيف بتم تقليل المفاقيد فى محولات القدرة
Pe= K * t^2 * B^2 *F^2/Ro W/Kg
حيث
Pe قية المفاقيد الحديدية بالوات لكل كيلو جرام من وزن القلب الحديد
K رقم ثابت يعتمد على نوع سبيكة الحديد المصنوع منها القلب الحديدى
t سمك شرائح الحديد المصنوع منها القلب
F تردد التيار الكهربى
Ro قيمة المقاومة النوعية للقلب الحديدى
B كثافة الفيض المغناطيسى

و من المعادلة السابقة نجد ان قيمة المفاقيد تتناسب طرديا مع مربع التردد و مربع الفيض المغناطيسى و مربع سمك الشرائح المصنوع منها القلب الحديدى و تتناسب عكسى مع المقاومة النوعية لمادة القلب
و مما سبق يمكن تقليل المفاقيد الحديد و التيارات الدوامية عن طريق
1- تقليل كثافة الفيض المغناطيسى
2- استخدام سبيكة من الحديد لها مقاومة نوعية عالية
3 - استخدام شرائح ذات سمك صغير

يصنع القلب الحديدى من شرائح الحديد السلكونى لتقليل التيارات الدوامية و تقليل المفاقيد

كيف يعمل جهاز انذار الحريق
جهاز انذار الحريق

جهاز كشف الدخان المستخدم للتحذير من اندلاع حريق في غرفة أو مبني من الاجهزة الهامة والضرورية فبالرغم من انخفاض تكلفتها التي تبلغ في حدود 15 دولار فإنها تقي من نشوب حريق قد يقضي على ممتلكات مؤسسة بكاملها. يتكون جهاز كاشف الدخان Smoke Detector من جزئين اساسيين اولهما مجس حساس للضوء وهو الفوتوديود Photodiode والجزء الثاني هو جهاز الكتروني يصدر صوت منبه مرتفع. يعمل جهاز انذار الحريق من خلال بطارية 9 فولت أو من خلال مزود الكهرباء المنزلي.

فكرة عمل جهاز انذار الحريق

يعتمد هذا النوع من كاشف الدخان على فوتوديود وهو حساس للضوء، وإذا ما تم تصميم دائرة إلكترونية بحيث اذا سقط الضوء على الفوتوديود تصدر الدائرة الإلكترونية جرس منبه ذو صوت عالي. وهذه فكرة عمل جهاز انذار الحريق حيث أن الجهاز يحتوي على شعاع ضوئي عادي يصدر من ديود باعث للضوء LED مثبت في نهاية انبوبة اسطوانية الشكل وعلى زاوية 90 درجة يتفرع اسطوانة اخرى مثبت في نهايتها فوتوديود.

في حالة تواجد دخان كثيف في الغرفة فإن هذا الدخان سيدخل من الجهة المقابلة للاسطوانة المثبت بها المصدر الضوئي وسيعمل على تشتيت الضوء ليسقط على الفوتوديود وبالتالي سيتم تفعيل الدائرة الإلكترونية التي بدورها ستطلق صفارة الإنذار

الأعطال الكهربائية
يمكن تحديد أنواع الأعطال الكهربائية التي تحدث في التمديدات الكهربائية أو الأجهزة والمعدات الكهربائية بحسب التعريفات التالية(1):
أعطال الدائرة المفتوحة
ويحصل عند انقطاع أحد الموصلات (الأسلاك) وعندها ينقطع التيار الكهربائي وتتوقف الآلات والأجزاء التي يغذيها هذا الموصل عن العمل أو الإضاءة، وهذا النوع لا يشكل خطورة تذكر وتعود الآلات إلى العمل بمجرد إعادة توصيل الدائرة.
قصر الدائرة
ويحصل عند تماس موصلين مختلفين أو أكثر فيما بينهما ويتسبب عن ذلك مرور تيار كبير وشديد الخطورة، وبسبب هذا التيار الكبير تعمل المنصهرات (fuses) أو القواطع (Circuit breakers) على حماية الجهاز بفصل الدائرة عن المنبع (أو المصدر) وبذلك نتجنب حصول حريق في التجهيزات الكهربائية أو خلل في أداء وظائفها.
تفتت أو انهيار العازلية
ويحدث عند تلف جزء من العازل (البلاستيك) المحيط بالموصل الكهربائي ما يؤدي إلى التماس بين الموصل وجسم الآلية، وتصبح الآلة عندئذ مصدر خطر لأنها تكهرب كل من يمسها أو تلامسه (إذا لم تكن هناك أجهزة حماية كالخط الأرضي) وقد تسبب الوفاة إذا كان ملامسها واقفًا على أرض رطبة أو كان ممسكًا باليد الأخرى أجسامًا معدنية موصولة بالأرض.

المزايا الإقتصادية والفنية لربط الأنظمة الكهربائية
▪ لقد إزدادت أهمية الربط بين أنظمة القوى الكهربائية ويعود ذلك بسبب إعتماد العالم كله على الكهرباء وسهولة نقلها بين أقطاره المترامية ، بالإضافة إلى فائدتها الإقتصادية والفنية المشتركة من إستقرار في الشبكات الكهربائية وإستمرارية في التغذية وتوفير في التكاليف ، ومما لا شك فيه أن الربط الكهربائي يشكل أساساً علمياً يجب الأخذ به ، ومحاولة تطبيقه على الأنظمة المتكاملة المعزولة عن بعضها البعض متى ما كان ذلك مناسباً .

حيث أن للربط الكهربائي مزايا متعددة ، ومن تك المزايا مجابهة الأحمال المستقبلية و مجابهة خروج الوحدات المولدة للطاقة الكهربائية من النظام ، بالإضافة إلى تقليل إحتمالية الإنقطاعات الكهربائية وما تسببه من تأثير وخسائر على المستهلكين بإختلاف فئاتهم وحاجاتهم للطاقة الكهربائية .

▪ لماذا الربط الكهربائي؟

إن الهدف الأساسي لاي نظام للقوى الكهربائية إمداد المستهلك بالطاقة الكهربائية بأقصى درجات الاعتماد الممكنة وبأقصى درجات الاقتصاد في تكاليف توليد الطاقة الكهربائية الممكنة . ومما لا شك فيه أن مخاطر فشل النظام الكهربائي وعدم مقدرته على مجابهة الأحمال المستقبلية وما يتبع ذلك يضل أمراً قائماً ، ذلك أن هذا الفشل ينتج لعجز في التوليد أو إرتفاع مفاجئ للأحمال أو غيرها ذو طبيعة عشوائية .
أثناء التخطيط لإنشاء أنظمة القوى الكهربائية يجب أن يراعى قابلية التوسع في قدرات التوليد متى ما كان ذلك ضرورياً ، وإنشاء الوحدات المولدة الجديدة هي أحد الخيارات المتاحة إلا أن تكاليف إنشاء هذه الوحدات الجديدة باهظة الثمن .
وهنا يأتي دور الربط الكهربائي إذ يعتبر هو الخيار الأفضل وخاصة إذا كان هذا الربط بين عدد من المناطق المختلفة في حيث قدراتها التوليدية ونمط أحمالها وإختلاف حدوث أحمالها الذروية .
فالربط الكهربائي يقلل من مخاطر القطع الكهربائي مما يؤدي إلى تحسين مستوى الإعتمادية .
الكونتاكتور
الكونتاكتور هو القاطع الالي نطلق عليه اسم القاطع الصناعي وهو قاطع يختلف عن القواطع المستخدمه في اللوحات الكهربائية المنزليه من ناحية الشكل والاستخدام والحجم وهو يستعمل في الكهرباء الصناعيه ويركب في اللوحات الصناعيه التي يستخدم بها التيار الثلاثي ( L1 –L2- L3- ) ويحتوي هذا القاطع علي عدة تماسات ومنها مايسمي تماسات دارة الاستطاعه – وتماسات دارة التحكم – ومنها التماسات المساعدة وتماسات التثبيت 0 ويقوم هذا القاطع بوصل او فصل التيار الكهربائي عن المحركات الكهربائية او الالات الكهربائية التي يتحكم بها هذا القاطع وهو يعمل علي مجال التحريض المغناطيسي عند توصيل التيار للملف ( البوبين) يتحرك الجزء المتحرك من الملف ويلتصق باالجزء الثابت ويتم بذلك وصل تماسات الاستطاعه فيصل التيار للمحرك وتتم عمليه تشغيل القاطع بواسطة ضواغط خاصه للتشغيل (ستارت) وضواغط خاصه للايقاف ( ستوب) وتحتوي هذة الضواغط علي تماس مغلق وتماس مفتوح كما ان القاطع ايضا يحتوي علي تماسات مغلقه واخري مفتوحه ولكل من هذة التماسات عملها الخاص بها 0 وللقواطع انواع واحجام واشكال مختلفه وقياسات تختلف عن بعضها ويتم اختيار القاطع مايتناسب مع لوحه موصفات المحرك – الاستطاعه – التيار – قوة التحمل – التوتر –
ولهذا القاطع مجالات كثيرة وعديدة في الاستعمال وله فوائد كبيرة كما انه يستعمل في لوحات المصاعد الكهربائية والسلالم المتحركه والروافع الكهربائية وفي لوحات ابار الماء والمولدات الكهربائية في عملية التحويل الالي للتيار الكهربائي عند الانقطاع ( يلاحظ ذلك في المستشفيات ) ويكون القاطع مرقم حسب الاستعمال وتكون تماسات الاستطاعه من الاعلي وترقيم تماسات الاستطاعه يكون بشكل متقابل ( 1 – 2 - 3- 4- 5- 6- ) مدخل ومخرج التيار وتكون تماسات دارة التحكم من الاسفل ولها ارقام خاصه لتوصليها ومنها تماسات مغلقه وتماسات مفتوحه وتماسات للتثبيت التشغيل وفي اغلب الاحيان يكون هذا التماس رقم ( 13- 14- ) اضافة الي تماس الملف الذي يوصل به فاز – نتر – عن طريق ضاغطه التشغيل ( L1—N ) ويرقم الملف بحرف – A B - - -ونستطيع ايضا تركيب تماسات اضيافيه اذا دعت الحاجه لذلك ويمكن تركيب علي القاطع من ناحية تماسات الاستطاعه ريلها ت حررايه للحمايه من ارتفاع زيادة التيار ودرجة الحرارة ولهل تماسات تصبح مشتركه مع تماسات الكونتاكتور ولها تماسات خاصه بها وهي تقوم بفصل التيا ر عن القاطع وبالتالي يفصل القاطع التيار عن المحرك في حال ارتفاع دراجة الحرارة ولها عدة تماسات ومنها تماس رقم 95 في اغلب الاحيان توصل من خلال هذا التماس لمبه اشارة تعرف بلمبة الخطاء توجد في اللوحه الكهربائية تضيء هذة الاشارة في وجود خطاء او عطل 0
ويستعمل القاطع الالي في امور كثيرة ومنها لتشغيل المحركات الكهربائية مع عكس حركة المحرك ( يمين - يسار ) والمعروف انه لعكس حركة دوارن المحرك الثلاثي يكون باستبدال فاز مكان فاز والقاطع الالي يقوم بهذا التبديل ومن الاستعمالات للقاطع يتم اقلاع المحركات الثقيله والتي تسحب شدة تيار كبيرة جدا عند اقلاعها ولتخفيف ذلك يقوم القاطع بعملية اقلاع مايسمي نجمي مثلثي واغلب الاستعمالات لهذا القاطع يكون في المجال الصناعي 0ولكن يستخدم في ايضا في مجالات اخري في الانارة العامه مثل انارة الشوارع والطرق الرئسيه والحدائق العامه ويستخدم ايضا في اشارات المرور الضوئيه ما استخدام الريلهيات الزمنيه المؤقت الزمني
وانا استخدم القاطع لتحكم بخليه ضوئيه للانارة العامه ( عند غياب الشمس )

هبوط التوتر في الاسلاك الكهربائية
______________________
ماهو هبوط التوتر وكيف يحصل ؟
من المتعارف عليه ان سريان التيار في الاسلاك الكهربائية يتحول جزء من التيار الي حرارة ناتجه عن المقاومه الأوميه للناقل الكهربائي وهذة الحرارة تؤدي الي مفاقيد للتوتر وينتج عنها ما يسمي بهبوط التوتر ويعود ذلك الي شدة التيار المرتفعه المارة في السلك ذو المقطع الغير مناسب ونيتجة ذلك امرين غير مرغوبا بهما الاول ارتفاع درجة الحرارة في السلك الكهربائي والامر الثاني هبوط التوتر عن الحد الغير مسموح به 0ويمكن معرفة ذلك من خلال قياس التوتر الكهربائي عند المنبع الكهربائي للمنزل ( العداد) وقياس التوتر عند ابعد نقطه كهربائية في المنزل سوف نجد بأن القياس اختلف واصبح التوتر عند قياس النقطه اقل من توتر المنبع وهذا هو الهبوط الذي حصل وتسبب في ارتفاع درجة حرارة السلك والهبوط المسموح به في التمديدات المنزليه ( الانارة ) هو3% وما فوق ذلك يعتبر غير مرغوب به ويجب ان نتفادي ذلك 0ولكي نتفادي هذا الهبوط ونتجنب ارتفاع درجة الحرارة0
يجب توفير عدة شروط ومنها
1- ان يكون مقاومة الناقل قليله ويتم ذلك باستخدام النواقل الجيدة ( النحاس يعتبر ناقل جيد )
2- اختيار مقطع ناقل مناسب
3-ان يكون الناقل ممدد بشكل مستقيم وان نتجنب العقد في الناقل
ولكي يتم الحد من الحرارة الزائدة يجب علينا ان نمنع حصول الهبوط الغير مسموح به0 ويكون ذلك بأختيار المقطع المناسب للناقل الكهربائي
كلما ارتفعت شدة التيار في السلك ارتفعت درجة حرارة السلك ونتجنب ذلك بزيادة مقطع السلك0ولكي نتوصل الي المقطع المناسب يجب ان نعرف شدة التيار المار في السلك الكهربائي وبمعرفة شدة التيار وكثافة التيار نتوصل لمعرفة المقطع0
وتعرف شدة التيار الاستطاعه تقسيم التوتر = شدة التيار ( الامبير)
وكثافة التيار هي شدة التيار المار في كل 1مم2 من مقطع السلك وتقاس بالامبير وهي الكثافه التي يتحملها هذا الجزء من المقطع والتي لاتصل معها الحرارة الي الدرجه الغير مرغوب بها وبذلك يكون اختيار مقطع السلك المناسب وحسب شدة التيار وطول مسافة الناقل يزداد مقطع السلك
مع الاخذ بعين الاعتبار درجة حرارة الجوء المحيط لانه عند انخفاض درجة الحرارة بشكل ملحوظ تقل مقاومة الناقل ويصبح ناقل جيد للتيار ومقياسا علي ذلك العكس 0ويوكد ذلك ان الشبكه الكهربائية العامه التي تمدد علي الاعمدة الكهربائية تكون النواقل غير معزوله بالطبقه البلاستكيه وذلك من اجل الاستفادة من التهويه وتخفيف حرارة السلك وهذا هو هبوط التوتر مع العلم ان هذا يعتبر من الاسس المهمه في التمديدات المنزليه لكي نؤمن سلامة التمديدات والاسلاك من ارتفاع درجة الحرارة التي ينبغي ان لاتكون فوق المعدل الطبيعي لها وبنفس الوقت حمايه لسلامة من يستخدمها