طرق حساب تيار القصر الكهربائي (Short Circuit) في السعودية لها أهمية قصوى في التصميم الكهربائي. ويقصد بتيار القصر بالتيار الكهربائي المرتفع جداً الذي قد يحدث بمجرد الاتصال غير المباشر بين نقطتين داخل شبكة الكهرباء، مثل التماس بين الفازات أو الفاز والأرضي أو الفاز والنيوترال. فإن ما يحدث هو انخفاض قيمة المعاوقة بشكل كبير، ما يؤدي ذلك للسماح بمرور تيار كبير خلال كافة مكونات الشبكة الكهربائية خلال فترة بسيطة جداً.
قيمة تيار القصر الذي يتولد نتيجة هذا التماس قد يصل إلى عشرات الكيلو أمبير، بالتالي فإنه من الطبيعي أن يحصل ارتفاع شديد في درجة الحرارة. ما يؤثر على قوى ميكانيكية كبيرة على الموصلات، وهذا بدوره يتسبب في تلف القواطع الكهربائية واحتراق الكابلات أو اندلاع الحرائق.
وفي سياق ذلك فإن تصميم وحساب تيار القصر لم يعد خياراً هندسياً بل متطلب أساسي تفرضه الجهات التنظيمية في السعودية مثل هيئة تنظيم الكهرباء والمياه وكذلك الشركة السعودية للكهرباء.
تحديات تواجه شبكات كهرباء السعودية
هناك بعض التحديات التي تواجهها شبكة الكهربائية في السعودية أهمها العمل على جهد منخفض 220 فولت و380 فولت مع أحمال صناعية وتجارية، إلى جانب درجات الحرارة العالية التي قد تؤثر على الكابلات والأجهزة، ما يجعل حساب تيار القصر عامل مهم ومعقد مقارنة بالبيئات المعتدلة.
في هذا الدليل سوف نركز على بعض التطبيقات العملية المعتمدة داخل السعودية، مع توضيح ذلك بأمثلة وحسابات تطبيقية إلى الجانب النظري.
أهمية حساب تيار القصر (Short Circuit)
تكمن أهمية حساب تيار القصر في الالتزام بالمعايير المحلية في السعودية، وتتم الحسابات عند كل نقطة توزيع رئيسية وفرعية. ويشترط التقيد بمعايير النظام الدولي IEC60909 كأساس للحسابات، مراعياً الظروف المحلية لمثل هذه الشبكات.
ومن جهة أخرى، فإن حساب تيار القصر الدقيق يسهم في خفض التكاليف بنسبة تصل إلى 20 -30%. وذلك باختيار القواطع الكهربائية واللوحات بقدرات تناسب النظام الكهربائي دون أي مبالغة. كما يحد ذلك من إعادة التصميم لاحقاً بسبب الرفض الصارم من الجهات المعنية والمشرفة.
أما من ناحية السلامة المهينة، فإن حساب القصر الكهربائي يحد من مخاطر الحرائق الناجم عن خطأ تقديري دقيق. خاصة في الأجواء الحارة مثل السعودية، فإن زيادة درجات الحرارة تؤثر بشكل كبير على تيار القصر ما يتطلب ضرورة حساب تيار القصر الدقيق.
أنواع تيارات القصر الكهربائية
هناك عدة أنواع لتيارات القصر في منظومة الكهرباء، ويرجع سبب التنوع إلى تقسيم مصادر الكهرباء لـ:
- القصر الثلاثي (بالإنجليزية: Three-phase fault): يعد أكثر الأنواع خطورة عند حدوث قصر بين الفازات الثلاثة، ونستعن بتيار القصر في اختيار سعة القاطع المناسب.
- القصر الأحادي (Single-phase to ground): يعد الأكثر شيوعاً في شبكات التوزيع الكهربائي وبالتحديد في الكابلات الكهربائية، وغالباً ما يحدث القصر بين الفاز والأرضي أو النيوترال.
قد يهمك: حساب تيار القصر للمحول الكهربائي 3 فاز
طرق حساب تيار القصر الكهربائي
يمكن حساب تيار القصر الكهربائي لشبكات الكهرباء باستخدام إحدى القوانين:
قانون أوم البسيطة
القانون المستخدم في حساب تيار القصر الكهربائي:
Isc = V / Z
بمجرد تحديد جهد النظام الكهربائي وحساب قيمة المعاوقة الكلية للشبكة التي تضم المحول والكابلات يمكن الاستعانة بالقانون أعلاه.
مثال: شبكة كهربائية بمصدر جهد 400 فولت ومعاوقة كلية 0.014 أوم، فإن قيمة تيار القصر لهذه المنظومة
تيار القصر = 400 ÷ 0.014 = 28 كيلو أمبير
ويمتاز هذا القانون بسهولة التعامل معه وبساطة توفر القيم التي من خلالها نوجد قيمة تيار القصر بوحدة الكيلو أمبير. لكن لا تأخذ تأثير الديناميكية وعامل X\R.
حساب القدرة الظاهرة MVA
بهذه الطريقة يمكن حساب قيمة تيار القصر الكهربائي باستخدام المعادلة التالية:
تيار القصر = MVA تيار القصر ÷ (1.732 × الجهد الكهربائي)
مثال: محول كهربائي قدرة 10 ميجا فولت أمبير بجهد 400 فولت، احسب تيار القصر الكهربائي لهذا المحول.
تيار القصر = 10000÷ (1.732 × 400)
تيار القصر = 10000 ÷ 692.8
= 14.43 كيلو أمبير
تستخدم هذه الطريقة في محطات الشركة السعودية للكهرباء بالتحديد عند حساب تيار القصر الكهربائي عند خرج المحولات الكهربائية.
طريقة IEC 60909 المتقدمة
تعتمد هذه الطريقة على بعض المعاملات المتغيرة مثل: معامل الجهد ومعامل التخفيض ونسبة X/R. إذ توفر هذه الطريقة قيم نتائج أكثر دقة وتضم التيار اللحظي الحراري والمغناطيسي. ومن أشهر البرامج المستخدمة في حساب تيار القصر ETAP التي تناسب المشاريع المتوسطة والكبيرة إلى جانب مشاريع الطاقة والبنية التحتية.
خطوات عملية لحساب تيار القصر
لكي تحسب القصر الكهربائي لا بد من جمع المعلومات الأولية حول ذلك من جهد النظام وقدرة المصدر أو المحول الكهربائي إلى جانب طول الكابل أو الكابلات ونوعها.
ويمكن حساب معاوقة المحول الكهربائي كالتالي: (%Z/100 × V² / MVA)، أما الكابلات (R + jX من الجداول المعتمدة في السعودية).
قد يهمك: القواطع الكهربائية المنزلية: الأنواع والفئات والاختيار المناسب
أخطاء تصميمه شائعة في حساب تيار القصر
قد يقع البعض في بعض الأخطاء أثناء القيام بالتصميم الكهربائي مثل تجاهل عامل X/R الذي بدوره يتسبب في احتمالية تزايد الخطأ ليصل لأكثر من 15% في شبكات السعودية.
وليس هذا فقط بل يقع البعض في سوء تقدير التحميل الكهربائي من خلال اعتماده على حمل اسمي غير واقعي يؤدي إلى صدور نتائج غير دقيقة. وهنا يكمن الحل في الاستعانة بمعاملات التزامن الفعلية.
الخلاصة
إن حساب تيار القصر الكهربائي يتطلب مهارة خاصة وتشكل خطوة أساسية في التصميم الكهربائي. ولكي تضمن السلامة المهنية والهندسية لا بد من الالتزام بمعايير ECSA وIEC 60909 للتقليل من التكاليف المبدئية وتفادي أعطال الكهرباء المستقبلية. يوصى دائماً الرجوع للشركة السعودية للكهرباء لتعرف كل ما هو جديد حول حسابات تيار القصر.
قد يهمك: تأثير تيار القصر على مقطع الكابلات
أسئلة شائعة حول تيار القصر الكهربائي
يمكن حساب تيار القصر المنزلي باستخدام المعادلة التالية: تيار القصر = الجهد الكهربائي ÷ المعاوقة. ويمكن حساب المعاوقة Z كالتالي: Z = √(R² + X²)
تيار القصر هو التيار الذي يحدث بمجرد أن يحصل تماس بين طرفي الفاز والنيوترال أو الأرضي، وبين الفازات. ومن هنا وجب اختيار القاطع الكهربائي المناسب لتحمل هذا التيار.
تيار القصر يحدث نتيجة حدوث تماس كهربائي داخل الدائرة الكهربائية أو الحمل الكهربائي. في حين الحمل الكهربائي يحدث نتيجة تشغيل أحمال كهربائية ذات قدرات عالية في وقت واحد ما يتسبب في مرور تيار كبير بالدائرة الكهربائية مؤدياً إلى فصل القاطع الكهربائي.
المصدر: شنايدر إلكتريك
