قانون حساب مقطع السلك الكهربائي – معادلات وأمثلة

عند تثبيت نظام كهربائي، يعد اختيار الحجم الصحيح للسلك الكهربائي أمرًا ضروريًا لضمان توزيع الطاقة بشكل فعال وآمن. يعد فهم قانون حساب مقطع السلك الكهربائي أمرا ضروريا لتحديد حجم السلك المناسب بناءً على الحمل الكهربائي وطول الكابل ومعايير السلامة. ستوجهك هذه المقالة خلال المفاهيم الأساسية وصيغ الحساب المستخدمة لتحديد حجم السلك الكهربائي المطلوب لتطبيق أو مشروع معين، مما يتيح لك تحقيق التركيبات الكهربائية المثلى.

ما هو مقياس السلك ولماذا هو مهم؟

يشير المقطع العرضي للأسلاك الكهربائية إلى حجم المقطع العرضي للموصل المستخدم لنقل الكهرباء. يتم قياسها بوحدات المساحة، وعادة ما تكون بالمليمترات المربعة (mm²) أو AWG (مقياس الكابلات الأمريكية) في بعض البلدان. يعتبر المقطع العرضي للسلك الكهربائي مهمًا لأنه يحدد قدرة السلك على حمل التيار الكهربائي بأمان وكفاءة.

كيف يعمل؟

عندما يتدفق تيار كهربائي عبر سلك، يتم توليد قدر معين من الحرارة بسبب مقاومة مادة الموصل. إذا كان المقطع العرضي للسلك غير كافٍ بالنسبة للحمل الكهربائي، فقد تتراكم الحرارة الناتجة وتتسبب في ارتفاع درجة حرارة السلك، مما يزيد من خطر نشوب حريق وتعطل النظام. لذلك، من الضروري حساب مقطع السلك الكهربائي المناسب لتجنب مشاكل ارتفاع درجة الحرارة وضمان التشغيل الآمن والفعال للتركيبات الكهربائية.

وحدات قياس مقطع سلك كهربائي

وحدات القياس المستخدمة بشكل شائع للتعبير عن مقطع السلك الكهربائي هي كما يلي:

– مليمتر مربع (mm²): وحدة القياس الأكثر شيوعًا المستخدمة في العديد من البلدان. يشير إلى قسم التوصيل للسلك بالمليمتر المربع. على سبيل المثال ، يعني السلك 2.5 mm² أن المقطع العرضي له 2.5 مليمتر مربع.

– AWG (American Wire Gauge): هذه وحدة قياس تُستخدم أساسًا في الولايات المتحدة وكندا. يستخدم AWG نظام ترقيم معكوس، مما يعني أنه كلما كان رقم AWG أصغر، زادت مساحة المقطع العرضي للسلك. على سبيل المثال ، يحتوي سلك 10 AWG على مقطع عرضي أكبر من سلك 14 AWG.

ملاحظة:

من المهم ملاحظة أن التحويل المباشر بين وحدات القياس قد يختلف اعتمادًا على مادة الموصل المستخدمة (النحاس والألمنيوم وما إلى ذلك) واللوائح المحددة لكل بلد. لذلك يُنصح بالرجوع إلى المعايير واللوائح المحلية للاستخدام الدقيق لوحدات قياس مقطع السلك الكهربائي.

– إقرأ أيضا:
حساب استهلاك الكهرباء بالأمبير.
كيف احسب استهلاك الكهرباء.

عوامل حساب مقطع السلك الكهربائي 

العوامل التي يجب مراعاتها في قانون حساب مقطع السلك الكهربائي:

تيار الحمل الكهربائي

كيف تحدد الحمل الكهربائي الكلي لنظامك؟
– يعد تحديد إجمالي الحمل الكهربائي لنظامك أمرًا أساسيًا لحساب مقياس السلك المناسب. الحمل الكهربائي هو كمية الكهرباء التي تستهلكها أجهزتك الكهربائية ومعداتك. يتم قياسه بالأمبير (A) ويمكن الحصول عليه عن طريق إضافة التصنيفات الحالية لجميع الأجهزة المتصلة بالدائرة.

– لتحديد إجمالي الحمل الكهربائي، يمكنك الرجوع إلى مواصفات الأجهزة لمعرفة تصنيفها الحالي. ثم أضف هذه القيم للحصول على إجمالي حمل الدائرة. من المهم مراعاة كل من الحمل الحالي وإمكانية التمديدات المستقبلية أو إضافات الأجهزة من أجل اختيار قسم الأسلاك الذي يمكنه دعم الاحتياجات الحالية والمستقبلية للنظام.

طول الكابلات الكهربائية

كيف يؤثر طول الكابل على مقياس السلك؟
– يعد طول الكيبل عاملاً مهمًا يجب أخذه في الاعتبار عند حساب مقطع السلك الكهربائي. كلما زاد طول الكابل، زادت المقاومة الموجودة في الموصل، مما قد يؤدي إلى فقد الجهد. يمكن أن يؤثر فقدان الجهد على أداء الأجهزة الكهربائية ويسبب هبوط غير مقبول في الجهد في نهاية الدائرة.

– لتقليل فقد الجهد، يوصى باختيار مقياس سلك أكبر للكابلات الطويلة. يمكنك استخدام جداول حساب انخفاض الجهد أو برنامج حساب لتحديد القسم المناسب اعتمادًا على طول الكابل والحمل الكهربائي.

انخفاض الجهد

ما هو انخفاض الجهد وكيفية تقليله؟
– يحدث انخفاض الجهد عندما تواجه الكهرباء مقاومة في الموصل، مما يتسبب في انخفاض الجهد بين نقطة التوريد ونقطة الاستهلاك. يمكن أن يؤثر الانخفاض المفرط في الجهد على التشغيل السليم للأجهزة والمعدات الكهربائية ، خاصة تلك التي تتطلب جهدًا ثابتًا.

– لتقليل انخفاض الجهد، من المهم اختيار مقياس سلك مناسب يقلل المقاومة. يمكن استخدام معادلات محددة لحساب انخفاض الجهد كدالة لطول الكابل ومقاومة مادة الموصل والحمل الكهربائي. بشكل عام، يوصى بالحفاظ على انخفاض الجهد أقل من قيمة معينة، عادة حوالي 3٪ للتركيبات المنزلية و 5٪ للتركيبات الصناعية.

قانون حساب مقطع السلك الكهربائي

يشار إلى أن هناك طرقًا مختلفة تستخدم لحساب مقطع السلك الكهربائي كدالة للحمل الكهربائي. تتمثل إحدى الطرق الأكثر شيوعًا في الإشارة إلى جداول محددة من الكابلات والأسلاك الكهربائية ، وتستخدمها على نطاق واسع والتعرف عليها.

القانون الأساسي P = U x I

قانون P = U x I هي معادلة أساسية تستخدم لحساب الطاقة الكهربائية (P) كدالة للجهد (U) والتيار (I). على الرغم من أن هذه الصيغة لا تعطي المقطع العرضي للسلك بشكل مباشر، إلا أنه يمكن استخدامها لتحديد إجمالي الحمل الكهربائي للدائرة، وهو عامل أساسي في اختيار مقطع سلك كهربائي مناسب.

لاستخدام هذه المعادلة في سياق حساب المقطع العرضي للسلك ، تحتاج إلى معرفة إجمالي الطاقة (P) بالواط (W) للأجهزة والمعدات الكهربائية في الدائرة، وكذلك الجهد (U) بالفولت (V). ثم يمكنك حساب التيار (I) باستخدام قانون I = P / U.

بمجرد تحديد التيار، يمكنك الرجوع إلى جداول أو معايير محددة لاختيار حجم السلك الذي يمكنه حمل هذا التيار بأمان. عادةً ما توفر هذه الجداول أو المعايير علاقة بين المقطع العرضي للسلك والتصنيف الحالي وخصائص مادة الموصل (على سبيل المثال، النحاس أو الألومنيوم).

معاملات تصحيح اسلاك الكهرباء

معاملات تصحيح السلك هي قيم تؤثر على قدرة الكابل على حمل تيار معين. يتم تحديد هذه المعاملات من خلال عدة متغيرات، مثل نوع عزل الكابل (على سبيل المثال ، PVC أو XLPE) ، ودرجة الحرارة المحيطة ، وطريقة وضع الكابل (على سبيل المثال، في الأنبوب أو مطمور في التربة أوفي الهواء) ، مثل وكذلك موقعها (على الجدران أو مدفونة تحت الأرض) وعمق دفنها.

يجب أن تؤخذ هذه المتغيرات في الاعتبار عند تصميم مقطع السلك الكهربي. باستخدام عامل تصحيح يبلغ 0.8 تقريبًا ، والذي قد يختلف وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة ، يمكنك ضبط المقطع العرضي للكابل وفقًا لهذه العوامل.

يوصى بالرجوع إلى كتالوجات الكابلات المقدمة من الشركات المصنعة للحصول على معلومات مفصلة حول معاملات التصحيح الخاصة بكل نوع من أنواع الكابلات. ستسمح لك هذه المعلومات باختيار مقطع الكابل المناسب وفقًا لظروف التركيب المحددة.

– جدول معاملات التصحيح:

55	50	45	40	35	30	25	20	15	درجة الحرارة
0.55	0.66	0.75	0.84	0.92	1	1.07	1.15	1.21	PVC
0.72	0.78	0.84	0.9	0.95	1	1.05	1.1	1.15	XLPE

55	50	45	40	35	30	25	20	15	درجة الحرارة
0.55	0.63	0.71	0.77	0.84	0.89	0.95	1	1.05	PVC
0.71	0.76	0.8	0.85	0.89	0.93	0.96	1	1.04	XLPE

تطبيق قانون حساب مقطع السلك الكهربائي

مثال 1: طريقة حساب حجم الأسلاك لتركيب سكني قياسي

افترض أنك تريد حساب حجم السلك لدائرة كهربائية في منزل سكني قياسي. هذه هي البيانات ذات الصلة:

• إجمالي الطاقة للأجهزة: 5000 واط
• الجهد الكهربائي: 230 فولت
• متوسط ​​معامل القدرة: 0.9
• درجة حرارة الغرفة العادية: 25 درجة مئوية

– الخطوة 1: حساب الحمل الكهربائي

إجمالي الطاقة 5000 وات. اقسم هذه القيمة على الجهد للحصول على التيار:

I = P / U = 5000 W / 230 V = 21,74 A

– الخطوة 2: اختيار مقطع السلك

راجع المعايير والجداول المناسبة لاختيار مقطع عرضي من السلك يمكن أن يحمل تيارًا اسميًا يبلغ حوالي 21.74 أمبير. وفقًا للمعايير المحلية، يوصى باستخدام مقطع عرضي لا يقل عن 4 مم² لمثل هذا الحمل.

جدول تحديد مساحة مقطع السلك

مثال 2: كيفية حساب مقطع الكابلات لمنشأة صناعية ذات الأحمال العالية

تخيل الآن أنك تريد حساب المقطع العرضي للأسلاك والكابلات لمنشأة صناعية ذات الاحمال عالية. هذه هي البيانات ذات الصلة:

• إجمالي الطاقة للأجهزة: 15000 واط
• الجهد الكهربائي: 400 فولت
• متوسط ​​معامل القدرة: 0.8
• ارتفاع درجة الحرارة المحيطة: 40 درجة مئوية

– الخطوة 1: حساب الحمل الكهربائي

القدرة الكلية هي 15000 وات. اقسم هذه القيمة على الجهد للحصول على التيار:

I = P / U = 15000 W / 400 V = 37,5 A

– الخطوة 2: اختيار قسم الأسلاك

في هذه الحالة ، نظرًا للحمل العالي، يوصى باستشارة المعايير والجداول الخاصة بالصناعة لاختيار قسم الاسلاك المناسب. وفقًا للمعايير المعمول بها، يوصى بحد أدنى من 10 مم² لمثل هذا الحمل والظروف البيئية.

قانون حساب مقطع الكابل لحمل ثلاثة فاز

لحساب مقطع الكابلات المناسب للتحميل المكون من ثلاثة طور، يتم استخدام حساب القانون لمقطع الكابلات الخاص بهذا النوع، ويأخذ في الاعتبار كل من إجمالي الطاقة (بالكيلووات) والجهد (بالفولت) من النظام.

– فيما يلي القانون العام لحساب مقطع كابل الطور الثلاثة:

Section (mm²) = (Puissance (kW) x 1000) / (Tension (V) x √3 x Facteur de correction)

في هذا القانون:

• يتم التعبير عن الطاقة بالكيلووات (kW).
• يتم التعبير عن التوتر بالفولت (V).
• √3 هو عامل التصحيح لأنظمة ثلاث طور ويساوي حوالي 1.732.

– فيما يلي مثال لتوضيح حساب مقطع الكابل لحمولة ثلاثية الطور:

لنفترض أن لدينا حمولة ثلاثية الطور بالمواصفات التالية:

• إجمالي الطاقة: 50 كيلو واط
• الجهد: 400 فولت
• معامل التصحيح: 0.9

دعنا نطبق العملية:
Section (mm²) = (50 kW x 1000) / (400 V x √3 x 0,9)
المقطع (مم 2) = (50 كيلو واط × 1000) / (400 فولت × √3 × 0.9)

الآن سنقوم بحساب مقطع الكيبل:
Section (mm²) = 50,000 / (400 x 1.732 x 0.9)
المقطع (مم²) = 50000 / (400 × 1.732 × 0.9)

المقطع (مم 2) ≈ 40.86 مم²

بالنسبة لهذا الحمل ثلاثي الأطوار، يوصى باستخدام مقطع عرضي للكابل يبلغ حوالي 40.86 مم² باستخدام هذه القيم المحددة.

ما هي مقاومة النحاس ,الألمنيوم؟

تختلف المقاومة الكهربائية للنحاس والألمنيوم بسبب خواصهما الفيزيائية وموصليتهما. فيما يلي قيم المقاومة التقريبية للنحاس والألمنيوم:

مقاومة النحاس

تقدر المقاومة الكهربائية للنحاس عمومًا بحوالي 0.0175 أوم لكل مليمتر مربع لكل متر (ohm/mm²/m) عند 20 درجة حرارة مئوية. هذا يعني أنه لكل ملليمتر مربع من المقطع العرضي، تبلغ مقاومة النحاس حوالي 0.0175 أوم لكل متر.

مقاومة الألمنيوم

المقاومة الكهربائية للألمنيوم أعلى من مقاومة النحاس. يقدر عمومًا بحوالي 0.0282 أوم لكل مليمتر مربع لكل متر (ohm/mm²/m) عند 20 درجة حرارة مئوية. هذا يعني أنه لكل ملليمتر مربع من المقطع العرضي ، تبلغ مقاومة الألمنيوم حوالي 0.0282 أوم لكل متر.

هذه القيم تقريبية وقد تختلف قليلاً اعتمادًا على نقاء المادة وعوامل أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تختلف المقاومة أيضًا حسب درجة الحرارة. غالبًا ما تُستخدم هذه القيم كمرجع في حسابات منطقة الكبل وانخفاض الجهد، ولكن يوصى بالرجوع إلى المعايير والمواصفات الخاصة بمكان للحصول على قيم دقيقة ومحدثة.

خاتمة

يعد الاختيار الصحيح لمقطع وحجم الاسلاك الكهربائية أمرًا بالغ الأهمية لضمان تركيب كهربائي موثوق وآمن. من خلال فهم قانون حساب مقطع السلك الكهربائي، يمكنك اختيار حجم السلك المناسب لنظامك الكهربائي. تأكد دائمًا من اتباع معايير السلامة واستشارة متخصص إذا كان لديك شك. ستضمن التركيبات الكهربائية ذات الحجم الصحيح التوزيع الفعال للكهرباء في التطبيق المراد تشغيله، وتقليل فقد الطاقة وتجنب مخاطر الكهرباء وتلف الأجهزة الكهربائية.