قد يبدو اختيار سمك الموصل المناسب لغزًا، ولكن باستخدام حاسبة جيدة لمقطع الكابل، يصبح القرار أسهل بكثير. تتقاطع هذه الأدوات مع... الطول والتيار والجهد والخسائر المسموح بها لتوفير حجم كابل آمن ضد ارتفاع درجة الحرارة وانخفاض الجهد. إذا كنت تعمل في منشآت الطاقة الشمسية أو الصناعية أو المباني، فإن اختيار المقطع العرضي المناسب لا يقتصر على تحسين التكلفة فحسب، بل يشمل أيضًا الأداء والسلامة.
لتأريض المفاهيم، تجدر الإشارة إلى أن المقطع العرضي للكابل هو مساحة مقطعه. كلما كبرت المساحة، انخفضت المقاومة وزاد التيار الذي يمكنه حمله. المقارنة الكلاسيكية مفيدة: كما هو الحال في الأنبوب، يسمح الأنبوب الأعرض بتدفق أكبر بضغط أقل. من قانون أوم وقانون بوييه تم استنتاج المعادلة المستخدمة لحساب المساحة المطلوبة للحد من انخفاض الجهد، وسوف نرى لاحقًا كيفية تكييفها للمرحلة الواحدة والثلاثية.
ما هو المقطع العرضي للكابل ولماذا هو مهم؟
المقطع العرضي، المعبر عنه بالمتر المربع أو عمليًا بالملم²، هو المساحة التي تحدد مقدار التيار الذي يتحمله الموصل مع انخفاض مُتحكم فيه في درجة الحرارة والجهد. كلما كبر المقطع العرضي، انخفضت كثافة التيار، وانخفضت الخسائر الناتجة عن تأثير جول. انخفاض الجهد على طول الكابللذلك، عندما تكون متردداً بين عيارين، فإن النهج المحافظ هو الذهاب إلى العيار الأعلى التالي.
يعتمد الحساب على دمج قانون أوم (الذي يربط الجهد والتيار والمقاومة) مع قانون بوييه (الذي يربط المقاومة بمقاومية المادة وطولها ومساحتها). في هذا الإطار، تظهر المتغيرات الرئيسية: V (انخفاض الجهد)، I (التيار)، R (المقاومة)، ρ (المقاومة)، L (الطول) وA (المقطع)تعتمد المقاومة ρ على المادة (النحاس، والألمنيوم، وما إلى ذلك) ودرجة الحرارة، وL هي المسافة الفعالة لتدفق التيار.
- V:انخفاض الجهد بين نقطة الأصل وأبعد نقطة، بالفولت.
- I: الحد الأقصى للتيار الذي سيتدفق عبر الموصل، بالأمبير.
- R: المقاومة الكهربائية لقسم الكابل، بالأوم.
- ρ:مقاومة المادة الموصلة، بوحدة Ω·m؛ النحاس والألومنيوم لهما قيم مختلفة.
- L:طول الخط (الذهاب الفعلي) بالأمتار؛ في CC، عادة ما يتم أخذ العودة في الاعتبار.
- A: مساحة مقطع الموصل، بالمتر المربع، والتي يتم التعبير عنها بعد ذلك بالملم².
بجمع هذه العلاقات وإعادة ترتيبها، يُحَلَّل تعبير المساحة A كدالة في V وI وρ وL، بالإضافة إلى العوامل الهندسية ونوع الدائرة. ولأن التعبير عن الأمتار المربعة غير عملي، فمن الشائع التعبير عن النتيجة بالملليمتر المربع. للقيام بذلك، ما عليك سوى تحويل الوحدات: اضرب النتيجة بالمتر المربع في 1,000,000 للحصول على ملم². هذا التحويل هو المعيار في الصناعة.
في البيئات التي تستخدم فيها مقاييس AWG (مقياس الأسلاك الأمريكي)، مثل الولايات المتحدة، من الشائع أن تقدم الآلات الحاسبة تكافؤ المساحة مع AWGتتمثل الممارسة الجيدة في التوصية دائمًا بالحجم الأكبر التالي: عند تحديد الحجم حسب AWG، تقترح الأداة "الحجم الأكبر التالي AWG"، مع إعطاء الأولوية للسلامة الحرارية وانخفاض انخفاض الجهد.
الحساب في التيار ثلاثي الطور
في أنظمة التيار المتردد ثلاثية الطور، تُستخدم ثلاثة موصلات نشطة بدلاً من موصل واحد. تُعدّل صيغة المقطع العرضي لأن العلاقة بين قيم الطور والخط تُدخل عامل يعتمد على √3تطلب الآلة الحاسبة عادة جهد التيار والخط (المجموع للتثبيت)، وتحول داخليًا للعمل بجهد الطور والتيارات عندما يكون ذلك مناسبًا.
هناك فارق بسيط مهم وهو أنه على عكس التيار المستمر أو العودة الصريحة، لا يوجد في التيار ثلاثي الطور موصل عودة يضاعف الطول الكهربائي، وبالتالي العامل 2 المرتبط بالعودة يختفيمن ناحية أخرى، يسمح العامل √3 بالتبديل من تيار الطور إلى تيار الخط (والعكس صحيح)، مما يضمن إجراء حساب انخفاض الجهد لكل كابل بالقدر الصحيح.
الآلات الحاسبة العملية والحقول المشتركة
يُعدّ "حاسبة الأقسام" من مونسولار مرجعًا شائع الاستخدام للاستهلاك الذاتي والطاقة المنخفضة، وهو ذو نهج عملي للغاية للتيار المستمر والجهد المنخفض. تُنظّم هذه الأداة المشروع إلى عدة خطوط (L1، L2، L3، L4...)، مما يسمح لكل قسم بإدخال شروطه وعرضها. قسم التجارة المقترح وانخفاض الجهد الفعليتم تصميم التطبيق لتوصيلات الطاقة الشمسية بجهد عمل محدد (على سبيل المثال، كابل الطاقة الشمسية RV-K 1000V)، ولكن يمكن تعميم المعايير.
يُقصد بمفهوم "الخط" في هذا السياق المقطع الفاصل بين جهازين (مثلاً، من صندوق توصيل اللوحة إلى المنظم). ولتسهيل الاستخدام، تفترض الآلة الحاسبة بالفعل ضعف الطول على كل سطر CCلأن الدائرة تتكون من موصل موجب وموصل سالب (خارجي وراجع). وبالتالي، عند إدخال المسافة الفيزيائية بين الأجهزة، تُحسب قيمتا الإرجاع والعودة داخليًا للمقاومة الكلية.
الحقول الرئيسية واضحة جدًا: الطول (م)، التيار (أمبير)، الجهد (فولت)، وخسائر الخط المسموح بها. توجد تحذيرات مهمة للتركيبات المجهزة بمنظمات MPPT: من ناحية المولدات الكهروضوئية، تيار المجال لا يتطابق مع تيار الحمل، لأن MPPT يفصل بين الجهد والتيارات؛ وبالمثل، يمكن أن يكون جهد المجال الكهروضوئي مختلفًا جدًا عن جهد البطارية، لذلك من المهم تحديد القيمة لكل قسم بعناية.
تُرجع الأداة، بالإضافة إلى القسم النظري، "القسم التجاري" الأعلى مباشرةً والمتاح، و"انخفاض الجهد الفعلي" المحسوب بهذه القيمة المعيارية. كما تحسب "سقوط كامل"من المجموعة عن طريق إضافة خسائر كل سطر، وهو أمر حيوي للتحقق من أن المشروع يقع ضمن هوامش التصميم واللوائح الداخلية.
فيما يتعلق بحدود الانخفاض، تستدعي شركة Monsolar المعايير لكل قسم تيار مستمر والتي يتم تقاسمها على نطاق واسع: بين الألواح والمنظم، 3% كحد أقصى، 1% موصى بهمن المُنظِّم إلى المُراكم (البطارية)، بحد أقصى ١٪، ويُوصى بنسبة ٠٫٥٪؛ ومن المُراكم إلى المُحوّل، بحد أقصى ١٪، ويُوصى بنسبة ١٪. تُوصي منظمات مثل IDAE وAVEN بـ لا يتجاوز إجمالي خسارة النظام 1,5٪. الخبرة الميدانية للشركة تجعلها تقترح ما لا يزيد عن 3% إجمالاً عندما لا يكون من الممكن أن تكون أكثر من ذلك.
القيم النموذجية؟ تُستخدم 4 مم² و6 مم² على نطاق واسع لتوصيلات الألواح المتسلسلة/المتوازية؛ ويُستخدم 16 مم² غالبًا من الألواح إلى المنظم؛ ومن المنظم إلى البطاريات، يتراوح بين 16 مم² و35 مم² حسب التيار؛ ومن مجموعة البطاريات إلى العاكس، والقيم الموصى بها هي: الحد الأدنى 35 مم² بسبب التيارات العاليةتعتبر هذه الأرقام بمثابة دليل، ولكن الحساب الفعلي هو أمر بالغ الأهمية، حيث أن كل تركيب له أطوال وكثافات مختلفة.
عند العمل مع المعادلات الإمبراطورية، تقدم الآلة الحاسبة أو جداول الدعم عادةً "التكافؤ مع النظام الأمريكي (AWG)"حتى يتمكن المثبت من التحويل بسرعة بين مقياس mm² ومقياس AWG، مع الحفاظ دائمًا على سياسة اختيار المقياس الأعلى التالي للسلامة.
حاسبة أخرى: حسب الطاقة أو حسب التيار، والمزيد من المعلمات
تتوفر أدوات للجهد المنخفض الصناعي والثالثي تتيح لك اختيار طريقة إدخال البيانات حسب القدرة (كيلوواط) أو التيار (أمبير). الخطوة الأولى في هذه الأدوات هي تحديد مادة موصلة (نحاس أو ألومنيوم)، بمقاومتها الحرارية المميزة وقدرتها على النقل الحراري، والتي تحدد النتيجة.
تتضمن الحقول الشائعة ما يلي: طول الخط بالأمتار؛ الطاقة بالواط (إذا اخترت حساب الطاقة؛ راجع المزيد حول واط، فولت، وأمبير); التيار بالأمبير (إذا اخترت الحساب حسب الكثافة)؛ عدد المراحل (مرحلة واحدة أو ثلاث مراحل)؛ جهد التيار الكهربائي الفولت؛ معامل قدرة الحمل (cos φ)؛ خسائر الجهد المسموح بها كنسبة مئوية؛ درجة حرارة تشغيل الكابل (درجة مئوية)؛ وطريقة التركيب أو التمديد (في الغلاف، أو مدفون، أو فوق صينية، إلخ). تتيح هذه المعلمات تطبيق التصحيح الحراري ومعاملات التجميع عند الاقتضاء.
- طول (م) ، قوة (و) أو تيار (أ) كمتغيرات ابتدائية.
- مراحل (1F/3F)، توتر (V) و كوس φ لتحديد النظام الكهربائي.
- الخسارة المسموح بها (٪) و درجة الحرارة من الكابل للمعايير الحرارية.
- طريقة وضع البيض لتطبيق جداول القدرات والتصحيحات.
يُتيح زر "حساب" القسم المُقترح، وأحيانًا اختيار الجودة التجارية. إذا كان المتصفح مُعطّلاً لجافا سكريبت، فعادةً ما تعرض هذه المواقع الإلكترونية مُطالبةً بتفعيله، نظرًا يتم تنفيذ الحسابات على العميلالتفاصيل مثل اللغة أو العلامات المشفرة الصغيرة لا تؤثر على النواة: الشيء المهم هو إدخال الأحجام الصحيحة وحدود الانخفاض.
المعايير وفقا للمعايير البريطانية والدولية
في العالم الناطق باللغة الإنجليزية، توجد آلات حاسبة تعمل وفقًا لمعيار BS 7671 (الطبعة الثامنة عشرة) ولوائح أسلاك IEE. تعمل هذه الأدوات مع انخفاض الجهد. 230 فولت و 415 فولت كمراجع لحساب الجهد، وفقًا للممارسات البريطانية. يركزون تحديدًا على الجهد المنخفض، بما في ذلك الكابلات المدرعة المصنوعة من الألومنيوم والفولاذ (AWA وSWA)، والموصلات المعزولة، والموصلات الأرضية والثنائية، و6491X، والمجموعات المعزولة والمغلفة بـ PVC أو LSZH مثل H07ZZ-F وSY.
وبالتوازي مع ذلك، هناك حسابات تعتمد على المعيار الدولي IEC 60364-5-52، تركز على اختيار وتجميع أنظمة كابلات الجهد المنخفضبالنسبة لكل من BS وIEC، تستخدم العديد من هذه الأدوات عامل قدرة قياسيًا يبلغ 0,8 عند استخدام الطاقة (كيلوواط)، مما يسمح بتقدير تيار التصميم لتحديد حجم القسم والتحقق من الانخفاضات.
على الصعيد التجاري، تُضيف بعض المنصات أداةً سريعةً لعرض الأسعار، مرتبطةً بالكتالوج، مما يُسهّل اختيار كابل يُلبي مواصفات المقطع العرضي والحرارة والتركيب. في حال وجود أي استفسارات أو عدم الحصول على نتائج، عادةً ما تُقدّم المساعدة الفنية عبر الهاتف (+34 919 034 906) أو البريد (technical@elandcables.com) لتوجيه الاختيار في الحالات الفريدة.
تطبيق Prysmian: المقاطع العرضية المثالية والموصلات المتعددة لكل مرحلة
تقدم مجموعة بريسميان تطبيقًا احترافيًا لحساب واختيار الكابلات، يساعدك في اختيار نوع الكابل والمقطع العرضي الأمثل لكل مشروع أو تركيب. يُقيّم التطبيق سيناريوهات مختلفة لتوجيه الكابلات، ويقترح المقطع العرضي بناءً على معايير الكفاءة، ويقدم نصائح لـ التوفير الاقتصادي وانبعاثات ثاني أكسيد الكربونيدمج الصور والوثائق الفنية، ويتيح روابط مباشرة للكتالوج، بالإضافة إلى حفظ النتائج أو طباعتها أو مشاركتها، ومتابعة أخبار الصناعة ومقاطع الفيديو. يمكن إجراء عمليات البحث باستخدام خصائص الكابل الأساسية أو معلمات النظام.
تقف وراءها شركة رائدة في مجال التصنيع، تتمتع بخبرة تقارب 140 عامًا، ومبيعات تُقدر بنحو 11.000 مليار يورو (2018)، ويعمل بها أكثر من 30.000 ألف موظف، وتنتشر في 50 دولة، ولديها 112 مصنعًا. وتُترجم هذه القوة الصناعية والبحثية والتطويرية إلى مجموعة واسعة جدًا من عائلات الكابلات ومحرك حسابي قادر على مراعاة حالات التثبيت الحقيقية المتقدمة.
الميزة البارزة غير المعتادة في التطبيقات المجانية هي أنها تقدم حلولاً عندما يتطلب الخط ذلك عدة موصلات لكل مرحلةتتوافق الأداة مع الأطر التنظيمية مثل REBT و RLAT، مما يجعل من الأسهل تصميم المرافق التي تتوافق مع اللوائح دون فقدان الطبيعة العملية للمشروع.
لنلقِ نظرة على مثال كلاسيكي لتحديد حجم ثلاثي الطور: طاقة ٥٠٠ كيلو واط، جهد خط ٤٠٠ فولت، جيب φ ٠.٩، طول ١١٧ مترًا، واختيار كابل ألومنيوم من نوع Al Voltalene Flamex CPRO (S) (Al XZ1 (S))، مُدمج في أنبوب ومُدفون. بناءً على هذه الظروف، يُحسب التيار، والذي يكون في هذه الحالة حوالي 802 أ عند الطلب للمجموعة، ويتم مقارنة الأقسام المتوفرة في المخزون.
عند مراجعة الجدول C.52.bis من UNE-HD 60364-5-52 (أو ما يعادله من IEC 60364-5-52)، يتبين أن أكبر مقطع متوفر، 300 مم²، يتحمل تيارًا أقصى مسموحًا به يبلغ 295 أمبير، مما يوضح أن موصلًا واحدًا لكل طور لا يكفي. من الضروري مراعاة عدة موصلات لكل طور، وعند القيام بذلك، يظهر ما يلي: عوامل تصحيح التجميع التي تقلل القدرة عن طريق التأثيرات الحرارية المتبادلة.
لحلها، الجدول ب.52.19 يوفر المعيار نفسه معاملات التجميع. بافتراض أن الأنابيب متلامسة عند وضع خيوط الكابلات، يُطبّق العمود الأول. يتيح لك التطبيق أيضًا اختيار خيارات أخرى. الفواصل القياسية (0,25 م؛ 0,5 م؛ 1 م)مما يُحسّن تبديد الحرارة ويزيد من معامل التوصيل. مع تلامس الأنابيب، تصبح العوامل أكثر تقييدًا، لذا يُنصح بمحاكاة سيناريو واقعي.
إذا تم اختبار 3 موصلات لكل طور، مع معامل 0,75، فإن السعة المصححة ستكون 3 × 295 × 0,75 = 664 أمبير، وهي غير كافية مقارنة بـ ~802 أمبير. مع 4 موصلات لكل طور ومعامل 0,7، ترتفع السعة إلى 4 × 295 × 0,7 = 826 أمبير، أعلى من الطلب. لذا، يكمن الحل في تركيب أربعة موصلات بمساحة 300 مم² لكل طور من نوع الكابل المحدد. يحسب التطبيق هذه القيمة في ثوانٍ، ويقدم تقريرًا بصيغة PDF قابلًا للتنزيل، يتضمن جميع بيانات الإدخال والافتراضات والنتائج.
لا يُدرج هذا النوع من القياسات المتعددة دائمًا في الآلات الحاسبة العامة، التي تُركز فقط على "موصل واحد لكل طور". ومن هنا تأتي أهمية البرامج. التي تدير التجمعات وطرق التثبيت والمخزون الفعلي، والتي يمكنها تصدير الوثائق الفنية للمشروع.
الشراء والتوفر والخصوصية في الأدوات والمتاجر
عند الانتقال من الحساب إلى الشراء، تعرض العديد من المتاجر والمصنعين بيانات مفيدة مثل المخزون في الوقت الفعلي والوحدات، التعبئة والتغليف المتاحة وكمية الطلب الدنياتساعد وحدات التجارة الإلكترونية هذه في تأكيد أوقات التسليم والتنسيقات المناسبة للمشروع (البكرات والملفات والقطع وما إلى ذلك) قبل الانتهاء من اختيار قسم الكابل وعائلته.
فيما يتعلق بالخصوصية والتحليلات، تُدمج بعض مواقع التجارة الإلكترونية خدمات مثل Shopware Analytics، التي تُديرها شركة shopware AG (Ebbinghoff 10, 48624 Schöppingen, Germany) تحت مسؤولية مشتركة. والأساس القانوني المُعتاد هو المادة 6.1.أ من اللائحة العامة لحماية البيانات (GDPR) (الموافقة)، وتُستخدم هذه الخدمات. تقنيات التخزين المحلية لجمع بيانات مثل مجموعة العملاء، والصفحات التي تمت زيارتها، ومسارات النقر، والتاريخ والوقت، ومعلومات الجهاز (الدقة والكثافة)، ونظام التشغيل، وعنوان URL المرجعي، والمتصفح، والموقع، واستعلامات البحث، والمنطقة الزمنية. الأغراض هي التسويق والتحليلات والإحصاءات، مع معالجة البيانات داخل الاتحاد الأوروبي. من الشائع توفير زر "تفعيل/إيقاف" للموافقة، وبيانات اتصال مسؤول حماية البيانات (مثل: legal@shopware.com)، ورابط لسياسة الخصوصية لمزيد من التفاصيل.
قبل الختام، يجدر تسليط الضوء على بعض المبادئ الشاملة التي، رغم أنها قد تبدو بديهية، تُحدث فرقًا. اعمل دائمًا مع الخسائر الواقعية المسموح بها لكل قسم وللنظام بأكمله، ضع في اعتبارك درجة الحرارة وطريقة التركيب (مدفونة، صينية، أنبوب) والتجمعات الممكنة؛ وإذا تطلبت البيئة ذلك، حوّل القياس إلى AWG واختر القياس الأعلى التالي. بين أحادي الطور وثلاثي الطور، لا تنسَ دور √3 وغياب الإرجاع في ثلاثي الطور. في التيار المستمر، احسب زمن الإرجاع والإرجاع بشكل صحيح لضمان دقة الطول الكهربائي.
باستخدام هذه المعايير، وبدعم من الآلات الحاسبة القائمة على أوم وبوييه، ومعايير مثل BS 7671 وIEC 60364-5-52، وأدوات عملية مثل Monsolar أو تطبيق Prysmian، ستتمكن من التحكم في القسم المطلوب، وانخفاض الجهد لكل قسم، و"الانخفاض الكلي" للنظام. في النهاية، يتعلق الأمر بدمج النظرية الكهربائية مع... حقائق البناء والمخزون التجاري واللوائح اتخاذ قرارات آمنة وفعالة، وإذا أمكن، توفير الطاقة وثاني أكسيد الكربون طوال عمر المنشأة.
