تحسين الـ Power Factor

قبل دراسة الاحمال و تاثيرها على معامل القدره يجب دراسة منظومة القدره الكهربيه .

هي شبكه مكونه من مجموعة عناصر متصله و مترابطة مع بعضها و مصممه بحث تقوم بنقل الطاقه الغير كهربيه بصفه مستمره الى طاقه كهربيه ثم تقوم بنقل هذه الطاقه عبر مسافات طويله عند جهود عاليه جدا الى مواقع الاحمال حيث يتم تحويل الطاقه الكهربيه الي صور اخرى من الطاقه يمكن الاستفاده منها (الاضاءه – التسخين – التحريك).

1- الامان في التشغيل .
2- الاعتماديه .
3- اقتصاديه في تكاليف التشغيل و الصيانه.
4- غير ملوثه للبـيـئه.

1- المنظومه الفرعيه للتوليد generating subsystem
2- المنظومه الفرعيه للنفل transmission subsystem
3- المنظومه الفرعيه القديمه للنقل sub transmission sub system  4-المنظومه الفرعيه للتوزيع distribution sub system
5- المنظومه الفرعيه للاحمال usage subsystem 

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 .

نظرا للتنوع الكبـير في الاحمال فانه يمكن تقسيمها من ناحية النوع الى قسمين
1- احمال استاتيكيه static load
2- احمال ديناميكيه dynamic load

وتعرف بالاحمال الساكنه وهي تلك الاحمال التي لاتحتوي على اجزاء متحركه مثل السخانات و الدفايات الافران الكهربيه و اجهزة الاضاءه .

و تعرف بالاحمال المتحركه وهي تلك الاحمال التي تحتوي على اجزاء متحركه مثل المراوح و المحركات .

وجد ان تقسيم الاحمال من حيث النوع يعتبر تقسيما غير دقيق نظرا لوجود بعض الاحمال الاستاتيكيه و التي بها اجزاء متحركه مثل مجففات الملابس و لهذا يمكن تقسيم الاحمال من ناحية الاستخدام الى ثلاث اقسام هما 

1- احمال منزليه.
2- احمال صناعيه.
3- احمال تجاريه.

هذه الاحمال عباره عن جميع الاجهزه التي تحتاج الى طاقه كهربيه لتشغيلها و يتم استخدامها في المنازل .

1- صغر حجمها .
2- تستخدم كميات صغيره من الطاقه الكهربيه.
3- تواجدها في مساحات جغرافيه شاسعة جدا.
امثلتها الثلاجات – المراوح – المكيفات – السخانات - ...............الخ.

وهذه الاحمال هي التي تستخدم كميات كبــيره من الطاقه الكهربيه بغرض التصنيع او تشغيل العمليات ذات النطاق الواسع .

1- كبيرة الحجم .
2- تواجدها و تمركزها في اماكن محدده من منظومة القدره الكهربيه.د
3- تستهلك كميات كبـيـره من الطاقه الكهربيه .
امثلتها المصانع و الورش الكهربيه.

وهي تقع في مكان متوسط بين كل من الاحمال المنزليه و الصناعيه من ناحية الحجم و استهلاك الطاقه الكهربيه و الانـتشار من خلال منظومة القدره الكهربيه .

1- متوسطة الحجم.
2- تستهلك كميات ليست بالصغيره من الطاقه الكهربيه.
3- تحتل مواقع عديده من منظومة القدره الكهربيه و ان كانت اقل من الاحمال الصناعيه.

امثلتها
المستشفيات - المطارات – الفنادق – مراكز التسوق...........الخ

هي حاصل ضرب الجهد في التيار (في التيار المستمر) p = V . I watt
هي حاصل ضرب الجهد في التيار في معامل القدره (في التيار المتغير)
P = V . I cos 0
حيث الجهد V التيار I معامل القدره cos 0

(فرق الجهد)
هو الشغل المبذول لنقل وحدة الشحنات الموجبه من نقطه الي اخرى
هو انسياب او تجمع الكتروني يتحرك في الموصل نتيجة مؤثر خارجي .

1- تيار مستمر DC
هو تيار الذي يمر في الموصل في اتجاه واحد بقيمه ثابته .

2- التيار المتغير
هو تيار الذي تتغير قيمته و اتجاهه مع الزمن و لا يكرر نـفسه.

3- التيار المتردد AC
هو التيار الذي تتغير قيمته مع الزمن بطر يـقه دوريه كما ان قطبيته تـتغير طبقا لتردد معين frequency 

التيار المتردد افضل في النقل
1- يمكن توليد كميات كبـيره من القدره الكهر بـيه عند جهود كبـيرة القيمه .
2- صيانة المحطات الفرعيه سهله و غير مكلفه.
3- يمكن رفع قيمة الجهد و خفضه بسهوله و بكفاءه تتعدى 98% بواسطة المحولات .

1- الاعفاء من دفع غرامه لانخفاض معمال القدره.
2- تخفيض الفقد في الكابلات و الخطوط .
3- زيادة قدرة الخط عند نفس الفقد.
4- زيادة القدره المتاحه في المحولات المغزيه للشبكه.
5- تحسين جهد ةالشبكه.

بما ان الطاقه الكهربيه الي يتم توليدها و نقلها في هيئة تيار متردد
لذلك يظهر لفظ معامل القدره وهو جيب تمام الزاويه بين متجهي التيار و الجهد في دائرة التيار المتردد حيث 0 هي الزاويه بين الجهد و التيار في دائرة التيار المتردد و هذه الزاويه تختلف مع كل حمل ان كان حثيا او سعويا او ماديا .

في الاحمال الماديه يكون معامل القدره الوحده وهي بطبيعتها المقاومات Resistances
او ما يكافئها و يكون التيار التي تسحبه في توافق مرحلي مع جهد المنظومه الذي يؤخذ كمحور مرجعي عادتا .... و الذي يفترض انه ثابت القيمه و التردد و يقاس .K W
وهو الافضل حيث ان التيار الذي يسحبه الحمل من مولدات التغذيه supply generator
و بالتالي فان التيار الذي يمر في خطوط التغذيه هو اصغر تيار يكفي لتغذية هذا الحمل .
و في الاحمال الماديه نجد ان القدره الغير فعاله معدومه.
0=0 p>0 Q=0

يمكن تمثيل الدائره ذات الحمل الحثي بدائره مكونه من ملف كهربي و ترتبط كل من الجهد و التيار في الدائره بالعلاقه e= L di / dt
فاذا كان الجهد الكهربي للمصدر عباره عن موجه جيبيه فان التيار الكهربي يكون موجه جيبيه ايضاIt = Im sinWt
حيث Im هي القيمه العظمى لمنحنى التيار .
نجد ان التيار الجيـبـي المار في المـلـف الحثي ينتج عن جهد جيـبـي يسبق التيار بزاويه 90 درجه.

تسمى الكميه WL بالممانعه الحثيه inductive reactance للملف ووحدتها هي اوم و يرمز لها بالرمز XL .

في حالة التيار المستمر لا توجد ممانعه حثيه لعدم وجود تردد
نجد ان الملف يعمل على تاخير قيمة التيار بمقدار 90 درجه عن قيمة الجهد
Lagging current
ونجد ان القدره تساوي
P= V I cos 0
Q= V I sin 0
اي انه يسحب قدره غير فعاله VAR كبيره جدا ويتضح من ذلك ان التيار الكلي الذي يسحبه الحمل من المنظومه يتاثر في هذه الحاله بقيمة معمامل القدره للحمل المتاخر حيث تصغر قيمته و كلما ذادت قيمة هذا المعامل حيث يبلغ اصغر ه وافضل قيمه له بالنسبه عندما يصبح معامل القدره الواحد الصحيح وذلك افضل بالنسبه لتحميل مولدات التغذيه و خطوط التوزيع .

الاحمال السعويه هي التي تنشاء عن وجود سعه في مقومات الدائره التي يتكون منها الحمل ويطلق علي قدرة هذا النوع اسم قدره سعويه غير فعاله و تقاس بالفولت امبير الممانع var و يكون التيار متقدم عن الجهد بمقدار 90 درجه leading current
P= V I cos 0
Q= V I sin 0

كلما كانت الزاويه صغيره قريبه من الصفر يكون جيب تممامها الواحد الصحيح و اذا كبرت الزاويه حتي وصلت الى 90 درجه فان جيب تما ممها يصل الى الصفر .
تتاثر مولدات التغذيه في هذه المنظومه بالاحمال التي تسحب قدره غير فعاله و كذلك خطوط التغذيه بالتيارات الناشئه عن محصلة هذه الاحمال .
يتضح ان مركبات الاحمال الحثيه يمكن ان تتعادل مع مركبات الاحمال السعويه التى تضادها في الاتجاه بما يؤدي الى تقليل مركبة الحمل الممانع المؤثر في معامل القدره المحصله و تحسين معامل القدره تقلل قيمة تيارات التغذيه و التوزيع وهو مايعمل علي زيادة سعة الخطوط و المولدات لاستيعاب مزيد من الاحمال .

توجد معدات كهربيه تحتاج لقدره غير فعاله لتشغيلها:

1- المحركات التاثيريه : تحتاج لقدره غير فعاله للحفاظ على وجود المجال المغناطيسي الاساسي لتشغيلها و تكون القيمه المتوسطه للقدره الغير فعاله المطلوبه للمحرك غير المتزامن عباره عن كيلو فار واحد قدره غير فعاله لكل كيلو وات قدره فعاله.

2- الملفات الخانقه :و مفاتيح لمبات التفريغ حيث تحتاج 2 كيلو فار مقابل كيلو وات قدره فعاله .

3- اجهزة تقويم التيار : تحتاج 1 كيلو فار مقابل كيل وات قدره فعاله و عموما فان المحركات و الكابلات و الخطوط المحمله تحتاج لقدره غير فعاله على حسب الظروف .

نجد ان الالات و المعدات التي لها معامل قدره منخفض هي جميع انواع المحركات التاثيريه و مقومات التيار ذات القدره العليه – و محولات التوزيع و القدره – و منظمات الجهد و الملفات الخانقه – اللمبات الفلورسنت.
جميع الالات التي لها معامل قدره منخفض تستهلك قدره غير فعاله تقدر بالكيلو فار و هي عباره عن المركبه الرأسيه للقدره الظاهريه التي تقدر قيمتها بالكيلو فولت امبـير.

في الدوائر احادية الوجه p=VI COS
I = P / v cos 0
اما في ثلاثية الوجه I= P / 3 V COS 0
نجد ان الجهد و القدره الفعاله ثابتين في القيمه و ان التيار يتناسب عكسيا مع معامل القدره فكلما قل معامل القدره ذاد التيار .

1- زيادة القدره الظاهريه من المعلوم ان جميع الاجهزه الكهربيه تقنن بالقدره الظاهـريه نجد ان القدره الظاهريه تـتـناسب عكسيا مع معامل القدره و كلما زادت القدره الظاهريه للاله الكهربيه كلما زاد حجمها و بالتالي تزداد تكاليف انشائها او شرائها .

2- زيادة قطر الموصلات الكهربيه عند نقل و توزيع الطاقه عند قيم ثابته لكل من القدره الفعاله و الجهد نجد ان الموصلات يجب ان تحمل تيارات لها قيم تتزايد كلما قل معامل القدره و هذا يستلزم زيادة اقطار الموصلات كلما قلت قيم معاملات التيار .

3- زيادة المفاقيد النحاسيه التيارات الكبـيره عند معاملات القدره المنخفضه تسبب زيادة المفاقيد النحاسيه المعروفه بـــــــــــــــــــــ I R
في كل عناصر الدائره الكهربيه و تكون النتيجه هي ان تقل كفاءة الاله او المعده.

4-قلة تنظيم الجهد من المعروف ان التيارات الكبـيره عند معامل القدره المنخفض تسبب زيادة فقد في الجهد voltage drop المعروف بـــــــــــــــــــــــــ I R في كل الالات وهذه الزيادة في الجهد المفقود ينتج عنها ان يصبح تنظيم الجهد ضعيف voltage regulation

5- زيادة سعر الوحده المتولده من الطاقه الكهربيه عند معامل القدره المنخفض يتسبب في زيادة القدره الظاهريه المقننه و كذلك زيادة اقطار الموصلات و كذلك زيادة التكاليف الثابته و ازدياد سعر الوحده للتوليد .

1- المكثفات المتزامنه (محركات متزامنه) synchronous motors.
2- المكثفات .capacitor

ياخذ المحرك التوافقي تيار متقدم في حالة التغذيه الذائد over excision و بذلك يعمل مثل المكثف تماما . و المحرك التوافقي الذي يدور بلا حمل في حالة التغذيه الزائده تسمى المكثف التوافقي .
عند توصيل الاله علي التوازي بالحمل الكهربي تسحب تيار متقدم الذي يعمل على تعادل المركبه الغير فعاله للتيار المتاخر للحمل و بذلك يتم تحسين معامل القدره
حيث الشكل يوضح توصيل المكثف التوافقي على التوازي مع الحمل لتحسين معامل القدره
حيث يسحب الحمل تيار متاخر شدة I L عند معامل قدره منخفض قيمته COS O L ويسحب المكثف التوافقي تيار شدة IM ويتقدم هذا التيار على الجهد المؤثر بزاويه مقدارها o m هذه الزاويه تقترب من 90 درجه نظرا لقلة المفاقيد فى المحرك التوافقى
الذى يدور بلا حمل و يكون التيار الناتج من كل من التيارين I L - IM هو التيار I الذي يتاخر عن الجهد المؤثر بزاويه 0 و نلاحظ ان الزاويه 0 اقل من الزاويه 0l كما في الرسم الاتجاهي و بذلك يكون cos o اكبر من cos o l اي ان معامل القدره قد تم تحسينه

1- يمكن التحسين عاى خطوات نتيجة تغيير تيار التغذيه للاقطاب .
2- تخمل ملفات المحرك تيارات القصر الكبـيره .
3- يمكن اصلاح اخطاءه بسهوله .

1-تكاليف صيانته باهظه.
2- ليست ذاتية الحركه.
3- تكاليف شرائها باهظه.
4- تسبب ضوضاء في دورانها.
5- مفاقيدها كبـيره.

في الاحمال احادية الوجه يوصل المكثف بالتوازي ام في الاحمال ثلاثية الاوجه فيتم توصيل المكثفات بالتوازى أما على شكل نجمة أو دلتا
* يسحب المكثف تيار متقدم الذى يقوم بمعادلة المركبة الغير فعالة التى تؤخذ تيار الحمل مما يسبب تحسين معامل القدر

1-مفاقيدها صغيرة
2-صيانتها محدودة
3- ليس بها أجزاء دوارة
4- يمكن عزلها بسهولة
5- خفيفة الوزن

1- عمرها قصير 10:8 سنوات
2-تتعرض للتلف بسرعة أذا زاد الجهد عن القيمة المقننة
3- أصلاحها فى حالة تلفها باهظ و غير أقتصادى

يتركب المكثف capacitor من سطحين من مادة موصلة متساويتان فى المساحة يفصل بينهما مادة عازلة قد تكون الهواء و يتصل بكل من اللوحين طرف التوصيل بالدائرة عند تعرض الفراغ (المادة العازلة) لفرق جهد يسلط على المكثف بين طرفى التوصيل يؤدى لتخزين الطاقة و يعرف اللوحين فى هذه الحالة بالقطب أو الالكترود Electrode و يطلق على الفراغ الدي اليكتريكdie electric و الفراغ بين لاسطح يمكن ان يكون الهواء و كان موصل توصيل منفصل اي كهربيه وواقع غليها فرق جهد يتكون المكثف تلقائيا ويتم اختزات الطاقه كما يحدث عند مد الخطوط الهوائيه
لكن في تصنيع المكثفات تكون الماده عباره عن طبقات متعدده يكون الغرض منها منع مرور التيار الكهربي و تسمى مقدرة الماده العازله على اختزان الطاقه الكهرواستاتيكيه او ثابت العزل و ناخد في الاعتبار اجهاد العازل و يمكن حسابه بالقانون الاتي =الجهد على العزل / سمك العزل .

تحتاج المكثفات لصيانه دوريه و سهله عباره عن نظافة المكثف و احكام ربط لاطرافه علما بأن الحرارة الناتجة من عدم الربط بأحكام قد تسبب أتلاف المكثف
*يجب قبل أدخال المكثف فى الخدمة التأكد من أجراء تفريغ شحنته
ولا يتم التفريغ عن طريق عمل قصر بين طرفى المكثف حيث يتسبب هذا فى أنهيار المكثف و أنما بأستخدام مقاومة تفريغ خاصة
يجب مراعاة تفريغه من الشحنة قبل نقله لأى مكان أخر.

اقرء المزيد

حماية التركيبات الكهربائية من تيار التسرب الأرضي

الجزء الأول : عام

1/1 تعاريف

من أهم المصطلحات الكهربائية الشائعة الاستعمال في مجال الكهرباء . 

الفولت : (VOLT)
هو وحدة قياس الجهد الكهربائي ويرمز له بالرمز (V). 

الأمبير: (AMPEER)
هو وحدة قياس شدة التيار الكهربائي المار في السلك ويرمز له بالرمز (I). 

الوات : (WATT)
هو وحدة قياس القدرة الكهربائية ويرمز له بالرمز (W). 

الوات ساعة :
نظراً لأن الوات يوضح كمية القدرة الكهربائية المستهلكة عند لحظة معينة فإنه لا يعطينا أي مقياس حقيقي لإحمال كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة خلال فترة معينة من الوقت لكن إذا ما ضربنا القدرة الكهربائية المستهلكة بالوات في عدد الساعات التي تم استهلاكها فيها فإننا نحصل على إجمالي كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة خلال تلك الفترة ووحداتها وات ساعة (W+). 

الكيلو وات ساعة :
هي وحدة الطاقة التي يدفع ثمنها المستهلك من خلال عداد الكهرباء وهى تعادل 1000 وات ساعة ويرمز لها بالرمز ك.و.س (KWH).
وتقاس القدرة في دوائر التيار المتغير التي تحتوي على مقاومات فقط بالوات.
ونظراً لأن معظم دوائر التيار المتغير تحتوي على ممانعات فإن حاصل ضرب (الفولت × الأمبير) يعطي فولت أمبير وليس وات.
وللحصول على القدرة الحقيقية بالوات فإننا نضرب الفولت × الأمبير × معامل القدرة للدائرة. 

معامل القدرة (Power Factor)
هو النسبة بين القدرة الكهربائية المستفاد منها بالكيلو وات إلى القدرة الكلية بالكيلو فولت أمبير. 

الهبوط في الجهد : (VOLTAGE DROP)
عند مرور التيار الكهربائي في موصل فإن جزءاً من الطاقة يفقد في ذلك الموصل وتعتمد قيمة الفقد على نوعية الموصل واختلاف مقاومته ، ونتيجة لذلك يحدث هبوط في الجهد في خط مسار الكهرباء وهذا الهبوط بتسبب في اختلاف قيمة الجهد الكهربائي عند المنبع عنها عند النهاية.
وهذا الهبوط في الجهد يظهر على شكل ارتفاع في درجة حرارة الموصلات مما يؤدي إلى فقدان الطاقة نتيجة لذلك وأيضاً يؤثر على تشغيل الأجهزة بدرجة خطيرة. لذلك فإن الهبوط في الجهد يجب أن يبقى أصغر ما يمكن ويتحقق هذا باختيار مقطع الموصلات المناسب ولا يجب أن يزيد الهبوط في الجهد فيما بين المحول وأبعد نقطة عن 5% .

قاطع الدائرة الكهربائية (CIRCUIT BREAKER)
هو جهاز لتوصيل التيار يدوياً وفصله آلياً عند مرور تيار أكبر من القيمة المقننة لهذا القاطع. 

قاطع الحماية من التسرب الأرضي : EARTH LEAKAGE CIRCUIT BREAKER
هو جهاز مماثل للقاطع السابق إلا أنه مزود بوسيلة حساسة لمرور تيار قد يصل على عدة (ميللي أمبير) فقط وهو يستخدم لحماية الإنسان عند ملامسته للأجزاء المكهربة. 

قطب التأريض :
هو القطعة المعدنية المدفونة في الأرض والموصلة بموصلات التأريض
NEC : النظام العالمي للكهرباء (NATIONAL ELECTRIC CODE)
TW: سلك معزول بمادة الثرموبلاستيك يصلح للتمديد في الأماكن الرطبة والجافة .
T: سلك معزل بمادة الثرموبلاستيك يصلح للتمديد في الأماكن الجافة.

الجزء الثاني : الطرق المختلفة لحماية التركيبات الكهربائية

تتكون التركيبات الكهربائية في المباني عموماً من العناصر التالية :
- الكابل المغذي للمبنى.
- لوحة التوزيع الكهربائية .
- تمديدات الدوائر الكهربائية .

2/1 الكابل المغذي للمبنى :

يتم حماية الكابل المغذي للمبنى بواسطة القاطع العمومي الموجود في لوحة التوزيع.

2/2 لوحة التوزيع الكهربائية :

وتتكون من :
- قاطع عمومي يتم تحديد سعته بالأمبير بما يتناسب مع مقطع الكابل المغذي للوحة.
- مجموعة من القواطع الفرعية لحماية الدوائر الفرعية الموصلة لوحدات الإنارة أو المخارج ويتم تحديد سعة القواطع الفرعية كل على حده حسب مقدار الحمل الموصل عليه.

2/3 تمديدات الدوائر الكهربائية :

هي عبارة عن الموصلات المستخدمة في نقل التيار الكهربائي من لوحة التوزيع حتى نقطة الإضاءة أو مخارج البرايز لمختلف الأغراض.

2/4 طريقة عمل القاطع :

يتكون قاطع الدائرة من موصل يتحمل مرور تيار بقيمة محدودة فإذا زادت هذه القيمة يفصل القاطع وتفتح الدائرة ويتوقف مرور التيار ويعمل القاطع كمفتاح لوصل وفصل التيار . ويتم اختيار القاطع عند حمل 110% من التيار المقنن بدون فصل.
وعند تصميم هذه القواطع فإنها تكون معدة لتحمل تيار أكبر من تيارها الأصلي بنسب متفاوتة ولمدد زمنية مختلفة.

2/5 تحديد سعة القاطع :

تعتمد سعة القاطع على مساحة مقطع الموصلات الموصلة عليه ويجب أن تكون سعته متناسبة مع مقدار التيار المار في الموصلات وفيما يلي جدول يوضح مساحة مقطع الموصلات وسعة القاطع المناسب لكل منها من واقع (National Electric Code)

جدول رقم (1)

مساحة مقطع الموصل (مم2)	سعة القاطع بالأمبير
2.5	15
4	20
6	30
10	40
16	50

 

الجزء الثالث : التأريض GROUNDING

3/1 أهمية التأريض :

يتم تأريض دوائر الأجهزة المختلفة للحد من ارتفاع الجهد الناتج من تأثير الصواعق أو تلامس موصلات الدوائر مع موصلات ذات جهد أعلى . كما يستخدم التأريض في المحافظة على ثبات الجهد أثناء التشغيل العادي وتسهيل عمل قواطع الوقاية من التسرب الأرضي .
ولأهمية تمديد موصل التأريض مع الدوائر المختلفة فقد أصدرت هذه الوزارة التعميم الوزاري رقم 1700/1/ع بتاريخ 29/10/1405هـ بضرورة فرض نظام التأريض على جميع المنشآت أياً كان نوعها لما له من فائدة في التقليل من الحوادث .

3/2 أدوات التأريض :

وهى عبارة عن موصل تأريض وقطب تأريض :

3/2/1 موصل التأريض (GROUNDING CONDUCTOR):

موصل التأريض هو موصل من النحاس أو الألمنيوم معزول باللون الأخضر أو اللون الأخضر/الأصفر ويتم تمديده مع موصلات الدوائر الكهربائية فيما بين لوحة التوزيع الفرعية والمخرج الكهربائي أما موصل تأريض اللوحات الفرعية والعمومية فيتم تمديده عن موصلات النحاس أو الألمنيوم وإما أن يكون عارياً أو معزولاً مصمتاً أو مجدولاً يربط اللوحات الفرعية مع اللوحات العمومية من جهة ويربط اللوحات العمومية مع قطب التأريض من الجهة الأخرى. ويوضح الجدول التالي مقاطع موصلات التأريض بالنسبة لمقطع الموصل الحامل للتيار. 

جدول رقم (2)

مقطع أكبر موصل نحاس حامل للتيار (مم2)	مقطع موصل الأرضي الرئيسي (مم2)
1	1
1.5	1.5
2.5	2.5
4	4
6	6
10	10
16	16
25	16
35	16
50	25
70	35
95	50
120	70
150	70
185	95
240	120
300	150
400	185

المعدات والأجهزة الواجب تأريضها في المباني :
لعمل شبكة تأريض جيدة للمبنى فإنه من الضروري أن يتم تأريض العناصر التالية :
- كل الأجسام المعدنية رأسياً ويزيد طولها عن 240سم أو الممدة أفقياً ويزيد طولها عن 150سم والمعرضة للملامسة .
- كل الأجهزة الكهربائية .
- جميع مخارج البرايز ووحدات الإناره.

3/2/2 قطب التأريض : (GROUNDING ELECTRODE)

يمكن استخدام أحد الوسائل التالية كقطب للتأريض وهى :
1- تمديدات المواسير المعدنية للمياه .
2- أسياخ التسليح للمبنى.
3- موصل معدني يتم تمديده حول المبنى وعلى لا يقل عن 75سم من سطح الأرض.
كما يمكن استخدام أقطاب التأريض الصناعية التالية : 

قطب تأريض صناعي (MADE ELECTRODE)
وهو عبارة عن قضيب أو ماسورة معدنية لا يقل طولها 240سم تدفن رأسياً ملامسة للتربة إلا إذا كانت الأرض صخرية فيمكن وضعها مائلة 45 درجة على المستوى الرأسي أو تدفن في خندق على عمق 75سم من سطح الأرض على الأقل. 

لوح التأريض (PLATE ELECTRODE):
وهو عبارة عن لوح معدني قد يكون من النحاس يسمك 1.5 مم أو من الحديد بسمك لا يقل عن 6.35 مم . ويجب ألا تقل المساحة المعرضة للتربة عن 0.186م2.
وعموماً يجب أن يكون قطب التأريض الملامس للتربة خالياً من الشحوم أوالزيوت لأنها تضعف خصائص قابلية التأريض للتوصيل الكهربائي .

3/3 الطرق المختلفة لخفض مقاومة التأريض :

بعد الانتهاء من تأريض المبنى واللوحات العمومية والفرعية يتم قياس مقاومة التأريض بواسطة أجهزة خاصة بذلك فإذا لوحظ أنها تزيد عن الحد المسموح به وهو 25 أوم فإنه يلزم خفض هذه القيمة باستخدام طريقة أو أكثر من الطرق التالية : 

زيادة قطر قضيب التأريض :
زيادة قطر قضيب التأريض لتزيد المساحة المعرضة لملامسة التربة إلا أن زيادة قطر القضيب لا يتبعها خفض ملموس في مقاومة التأريض بالإضافة إلى أنه لا يفضل استخدام أقطار أكبر من 18مم. 

زيادة طول قضيب التأريض :
يمكن أن يتم ربط أكثر من قضيب عن طريق جلبه وصل من نفس المعدن للحصول على الطول المناسب ورغم أن الطول الموصى باستخدامه في (NEC) هو 240سم للتربة العادية إلا أنه يمكن زيادة هذا الطول إلى 15 متر لأنواع التربة الرديئة.

زيادة عدد قضبان التأريض :
يمكن استخدام أكثر من قضيب مدفون في الأرض على مسافات لا تقل عن 240سم بين القضيب والآخر وذلك للحصول على أفضل قيمة ممكنة لمقاومة التأريض. 

معالجة التربة كيميائياً :
تعالج التربة المحيطة بقضيب التأريض كيميائياً للحصول على مقاومة للتأريض بأحد الطرق التالية:-
أ) تعمل حفره مجاورة لقضيب التأريض وتبعد عنه بمسافة لا تزيد عن 10سم وتملاً بأملاح كبريتات المغنيسيوم أو كبريتات النحاس أو ملح صخري حتى منسوب 30سم من سطح الأرض ويصعب تنفيذ هذه الطريقة في حالة عدم توفر فراغ كافي بجوار قضيب التأريض .
ب) أو يتم عمل خندق دائري حول قضيب التأريض بحيث لا يقل القطر الداخلي للخندق عن 45سم وعمق 30سم . ويملأ هذا الخندق بالمواد الكيميائية السابق ذكرها . ويجب ألا يكون هناك اتصال مباشر بين المواد الكيمائية وقضيب التأريض حتى لا يتسبب في تكوين طبقة من الصدأ على ذلك القضيب . والكمية التي يفضل وضعها تكون في حدود 18 إلى 40 كيلو جرام من مادة كبريتات النحاس لرخص ثمنها وجودة توصيلها الكهربائي ويستمر مفعول هذه الكمية لمدة سنتين ثم يكرر وضعها مرة أخرى .ويتم غمر بئر التأريض في بادئ الأمر بالماء حتى يساعد على تسرب المواد الكيميائية للتربة أما بعد ذلك فإن مياه الأمطار كافية للقيام بهذه العملية.

3/4 المقاومة النوعية للتربة :

تختلف المقاومة النوعية للتربة حسب نوعها ودرجة الرطوبة وفق ما يتضح من الجدول التالي : 

جدول رقم (3)

نوع التربة	المقاومة النوعية
	القيمة التقريبيةأوم . متر	القيمة الوسطيةأوم . متر
تربة رطبة	10 – 50	30
تربة طينية زراعة	20 – 200	100
تربة رملية رطبة عمق 2 متر	200 – 600	450
تربة رملية جافة	500-1500	1000
صخر جامد عمق 2 متر	200-2000	1500
تربة حجرية	300 – 800	3000
تربة صخرية	مقاومة عالية جداً

3/5 التيار الكهربائي المسموح بمروره في موصل التأريض

 

جدول رقم (4)

مقطع موصل التأريض (مم2)	التيار المسموح بمروره مدة طويلة بالأمبير		التيار اللحظي المسموح بمروره خلال ثانية واحدة بالأمبير
	نحاس	ألمنيوم	نحاس	ألمنيوم
16	150	-	2500	-
25	200	160	4000	2700
35	280	200	5500	3700
50	480	250	8000	5300
70	590	320	11500	7400
95	780	430	11600	10500
185	1380	760	32500	21000

 

الجزء الرابع : الحماية من تيار التسرب الأرضي 

 

4/1 قواطع الحماية من تيار التسرب الأرضي :

يتم حماية الدوائر الكهربائية الفرعية بقواطع فرعية عادية سعة 15 أمبير أو 20 أمبير إلا أنها قيمة مرتفعة جداً بمقارنتها بما ينتج عنها من أخطار حيث أن مرور تيار كهربائي صغير في حدود 60 مللي أمبير في جسم الإنسان يسبب وفاته.
ولهذا يفضل استخدام قواطع الحماية من تيار التسرب الأرضي ، وهذه القواطع مماثلة للقواطع العادية من حيث الشكل إلا أنها حساسة جداً لمرور التيار الكهربائي (مهما صغرت قيمته) في أي مسار يختلف عن الموصل المحدد لمروره كان يكون هذا المسار من خلال جسم الإنسان مثلاً. وفي هذه الحالة ، عند مرور تيار بسيط قد يصل إلى جزء من المللي أمبير فإن هذا النوع من القواطع يفصل الدائرة . 

4/2 أنواع قواطع الحماية من تيار التسرب الأرضي :

لهذه القواطع نوعان :
النوع الأول : يستطيع فصل الدائرة عندما تكون قيمة التيار المار فيها بحدود 6 مللي أمبير.
النوع الثاني :يصلح لفصل الدوائر التي يزيد تيارها عن 20 مللي أمبير ويوصي (NEC) باستخدام قواطع الحماية من تيار التسرب الأرضي في بعض الدوائر الكهربائية للمباني التجارية والسكنية وخاصة الموجودة في الأماكن المبتلة.

4/3 العلاقة بين شدة تيار التسرب الأرضي ومدة سريانه في جسم الإنسان .

فيما يلي جدول يوضح تأثير مرور تيار التسرب الأرضي في جسم الإنسان :

تيار التسربمللي أمبير	مدة سريان التيار	التأثير البيولوجي على جسم الإنسان
0 – 0.5	مستمر	التيار غير محسوس وليس له تأثير
0.5 – 5	مستمر	يبدأ الجسم بالإحساس بالتيار ويمكن للإنسان التخلص من المصدر إلا أنه يترك آثاراً في مكان التلامس
5 – 30	عدة دقائق	يصعب الانفصال عن مصدر الكهرباء ويسبب ارتفاع ضغط الدم وضيق تنفس
30 – 50	بضع ثواني	عدم انتظام نبض القلب – يرتفع ضغط الدم مع إغماء
50 – عدة مئات	أقل من مدة النبضة	الشعور بصدمة قوية
	أطول من مدة النبضة	إغماء مع ظهور آثار عند نقط التلامس
أكثر من عدة مئات	أقل من مدة النبضة	إغماء مع ظهور آثار عند نقط التلامس
	أطول من مدة النبضة	إغماء – موت أو حريق

جدول رقم (6)

اسم المدينة	تشيكوسلوفاكيا	ألمانيا الغربية	سويسرا	فرنسا	بلجيكا	هولندا
الجهد الكهربائي الآمن (فولت)	20	24	36	24	35	50

4/4 أماكن تركيب قواطع الحماية ضد التسرب الأرضي (Elcb) :

4/4/1 يمكن أن يوضع قاطع (Elcb) على الخط الرئيسي للوحة التوزيع وفي هذه الحالة تكون حمايته شاملة لجميع الدوائر .

ومن مساويء هذه الطريقة أنه لو كان هناك أي تسرب للأرض من وحدة إضاءة مثلاً فإن ذلك يتسبب في قطع التيار الكهربائي عن كل اللوحة.
4/4/2 أن يكون هناك لوحتان متجاورتان إحداهما للإضاءة والأخرى للقوى ويوضح قاطع (Elcb) قبل لوحة القوى بحيث يحمي فقط الأجهزة والآلات الكهربائية التي تتصل بدوائر القوى.

4/4/3 يمكن أن يستخدم قاطع (Elcb) لحماية جهاز معين فقط كغسالة مثلاً ويتم ذلك بتوصيلة قبل المآخذ الكهربائية (البريزة) والغسالة أو أي جهاز آخر يراد حمايته بشرط أن يتم توصيل الجهاز بالأرض .

كما يمكن أن يستخدم لحماية جزء من سكن أو مبنى أو فراغات معينة .

اقرء المزيد

خمسة اختراعات فذة لإنتاج الطاقة المتجددة من ضغط الهواء

تمكن المخترع الكندي اللبناني الأصل عفيف أبو رفائيل من ابتكار عدة اختراعات مختلفة باستخدام ضغط الهواء، منها محطة لتوليد الطاقة الكهربائية عن طريق الهواء المضغوط طبيعياً وضاغطا هيدروليكيا مميزا قليل التكلفة وعالي الفائدة، ومضخة لاستخراج البترول، وآلة لإنتاج الكهرباء تعمل على مدار الساعة، واختراع آخر يستخدم ضغط آبار الغاز لإنتاج كمية هائلة من الكهرباء، واستخدم المخترع مبدأ عمل ضاغط هواء للمخترع الكندي شارل تايلور الذي بقوّة الدفع العامودية للماء (قانون أرشميدس) في اختراعات أخرى فذة.

أما محطة توليد الطاقة الكهربائية والتي نال عنها المخترع براءة من مكتب براءات الاختراع الكندي يمكن أن تعمل على أي نهر أو بركة مياه لتنتج كميات كبيرة من الكهرباء تفوق ما ينتجه أي توربين عادي، وتستخدم المحطة المياه لضغط الهواء على عمق معين، ثم يخرج الهواء لأعلى بعد أن يعبئ مجموعة من الأوعية المثبتة على تروس أفقية، وذلك بفعل قوة الطفو الهائلة.
   
المحطة الجديدة تشمل:

1-    بركة ماء تملأ مرة واحدة، وعمقها وكبرها يحددان وفقا لكمية الطاقة المطلوبة ولضغط الهواء المستعمل لتشغيل كل محطة على حدة.

2-    جنزير يدور دون انقطاع داخل مياه البركة حول دولابان مغموران بالماء ومركزان واحد في أسفل البركة والثاني في أعلاها.

3-    أوعية مركزة على الجنزير بطريقة ما بحيث تكون فتحات الأوعية الصاعدة موجهة إلى أسفل البركة والنازلة موجهة نحو فتحة البركة وذلك أثناء تشغيل الآلة، وستكون كمية دخول الهواء إلى تلك الأوعية محددة ومدروسة حسب كبر أو صغر المحطة.

4-     موزّع للهواء المضغوط للأوعية الصاعدة، يركّز على محور الدولاب السفلي ويسمح للهواء بالدخول الى كل وعاء بدءاً من الوضع المنحني النازل حتّى الوضع العامودي الصاعد.

5-    نصف غطاء ثابت لكل وعاء يسمح للهواء بالدخول إلى الأوعية الصاعدة بدءاً من الوضع المنحني النازل دون خسارة أي جزء من الهواء المضغوط. هذا التصميم ضروري وأساسي لتعبئة الأوعية الصاعدة بكمية الهواء اللازمة لتشغيل المحطة وتوليد الطاقة المطلوبة منها.

6-    سرعة الأوعية داخل المياه بطيئة جداً للسماح للهواء بالدخول إلى الأوعية الصاعدة وبنفس الوقت لتخفيف الاحتكاك بين الأوعية المتحركة والماء حيث أن ضياع الطاقة يكون ضئيل جدا.

7-    مياه البركة تغمر كل وعاء يوضع أفقياً على الدولاب الأعلى حيث يسمح للمياه بدخوله وتسهيل عودته إلى الأسفل بسهولة فائقة دون خسارة الطاقة قبل بدء  دورة جديدة.

8-    محور الدولاب الأعلى يوصل الحركة الدائرية إلى علبة سرعة لزيادة السرعة اللازمة لتشغيل مولد كهربائي، ومنه يتم توليد الكهرباء على حسب تصميم المحطة.


9- يوجد (فلي ويل) دولاب موازنة مركّز على محور الدولاب الأعلى من أجل موازنة سرعة المحطة، ويوجد جهاز آخر لتحديد سرعة ثابتة للمحطة.

كيف تعمل المحطة؟

بما أن الأوعية مركزة على الجنزير الذي يدور بدون انقطاع وبما أن حجم الهواء الموجود داخل جميع الأوعية الصاعدة يعتبر كأنه حجم واحد موجود داخل وعاء واحد، فإن الضغط الحاصل الذي يساوي وزن الماء المزاح يدفع مجموع الأوعية إلى أعلى حيث يسحبون معهم الجنزير الذي يجعل الدولابين السفلي والعلوي يدوران حول محوريهما طول الوقت، ويدخل الهواء المضغوط إلى كل وعاء يمر فوق الدولاب الأسفل في قعر البركة.

عند وصول كل وعاء صاعد إلى الوضع العامودي الصاعد يكون قد حصل على كمية الهواء اللازمة والمخصصة لكل وعاء حسب تصميم المحطة. حجم الهواء المخصص لكل وعاء مدروس بطريقة تجعل الهواء المضغوط يلمأ الوعاء كلياً بعد تمدده الكامل، وعند وصول هذا الوعاء إلى الوضع العامودي الصاعد على الدولاب الأعلى.

عندما يبدأ الوعاء الموضوع عامودياً بالصعود ينقطع عنه دخول الهواء المضغوط من موزّع الهواء. ويبدأ حجم الهواء المحبوس داخل الوعاء الصاعد بالتمدد لأن ضغط الماء يخف على ارتفاعات أقل عمقا. وقتها وحسب قانون أرشميدس فإن حجم الهواء يزيح حجم من الماء مساوي لحجمه ويتلقّى قوّة دافعة عامودياً تساوي وزن الماء المزاح. وبما أن الهواء موجود داخل الوعاء فإنه يتلقّى الضغط العامودي نفسه.

بين الدولاب السفلي والدولاب العلوي يوجد عدد من الأوعية حسب التصميم لكل محطة، لهذا السبب يوجد كمية هواء متمددة و ثابة تساوي كل الهواء الموجود  في كل الاوعية الصاعدة التي لا تتغيّر رغم ان الاوعية تدور بطريقة متواصلة لأن كل وعاء يأخذ مكان الوعاء الذي يسبقه والهواء يتمدد ليساوي نفس الحجم الموجود سابقاً في الوعاء الذي ترك محله ليحل بدوره مكان الوعاء الذي يسبقه وهكذا دواليك.

بما أن المحطة تنتج كمية هواء ثابتة فإن كمية الدفع على الأوعية الصاعدة تكون بدورها ثابتة، لذا فإن قوة المحطة تكون ثابتة وأكبر بسبب الهواء الموجود في الوعاءين الموجودين على الوضعين المائلين الصاعدين للدولابين السفلي والعلوي.
العنفة من الداخل                        
وعندما يبدأ الوعاء الموجود على الوضع العامودي الصاعد للدولاب الأعلى بالانحناء يبدأ عندئذ الهواء بالخروج منه تدريجيا والمياه بدخوله لتحل مكان الهواء الذي خرج إلى أن يصل هذا الوعاء إلى الوضع الأفقي العلوي حيث الهواء يكون قد خرج كليّاً.
   
و بما أن المياه تغمر هذا الوعاء فوق النصف وفوق نصف غطائه الثابت، فإن المياه تدخله بدون عناء، هنا يبدأ هذا الوعاء بالنزول باتجاه الدولاب السفلي بادئاً مرحلة جديدة.

هذه المراحل يمر بها كل وعاء، ما يعطي المحطة سهولة العمل الدائم طالما الهواء المضغوط يصل إلى كل وعاء يمر فوق الدلاب السفلي.

تحسب قوة المحطة بضرب القوة الصاعدة (نيوتن) بالمسافة (متر) من محور الدولاب العلوي إلى نقطة ارتكاز الوعاء الموضوع على الوضع العامودي الصاعد للدولاب الأعلى.

بما أن سرعة الأوعية داخل المياه بطيئة جداً للسماح للهواء بالدخول إلى الأوعية الصاعدة وبنفس الوقت لتخفيف الاحتكاك بين الأوعية المتحركة والمياه حيث أن ضياع الطاقة يكون ضئيلاً جدا. يتوجّب تركيز علبة سرعة (كير بوكس) على محور الدولاب الأعلى بين المحطة ومولّد الكهرباء من أجل إعطاء المولّد السرعة اللازمة لتوليد الطاقة المطلوبة حسب التصميم، أيضاً بمساعدة دولاب الموازنة.

ضغط الهواء هو من يحدد عمق بركة المياه

الطاقة اللازمة لتشغيل هذه المحطة هو حجم الهواء الموجود داخل الأوعية الصاعدة، ومن أجل إدخال الهواء إلى داخل كل وعاء يمر فوق الدولاب السفلي في قعر البركة يتطلّب التغلّب على ضغط المياه حيث الهواء يدخل الوعاء.

هنا إذا كان لدينا هواء ضغطه كيلوجرام بالسنتيمتر المربّع، سيكون بإمكاننا صنع بركة عمقها حوالي عشرة أمتار، وإذا كان الضغط ستة كيلوجرامات بالسنتيمتر المربّع، سيكون بإمكاننا صنع بركة عمقها حوالي ستين متراً، وهكذا دواليك، لهذا السبب ووفقاً لكمية الهواء المضغوض وقوة ضغطه المراد استعماله يتم تحديد كبر البركة وعمقها.

تكلفة الهواء المضغوط

تكلفة الهواء المضغوط هي الطاقة، إذاً، إذا استعمل الهواء المضغوط بواسطة ضواغط هواء عادية فإن كل حصان بخاري سيعطي أربعة أقدام مكعبة من الهواء (ضغط جوي) مضغوطة على 6.78 كيلوجرامات بالسنتيمتر المربّع ما يعادل 100 بوند بالانش المربّع.

لكن هذه كلفة عالية ما يمنع استعمال هذا الوقود لتوليد الطاقة لأن إنتاج المحطة من الطاقة سيكون سلبيا. ومن أجل التغلب على هذه المشكلة، اعتمد السيد ابوروفايل الهواء المضغوط بواسطة ضاغض هواء للمخترع الكندي شارل تايلور.


كيف يعمل هذا الضاغط؟

من ضاغطات تايلور واحد موجود في مدينة كوبالط ـ اونتاريو – كندا ويعمل بالشكل التالي:

-    تدخل مياه النهر في البئر رقم 1 وعمقه 107 أمتار وتسحب معها الهواء، ومن ثم تسير في المغارة المسطحة وطولها 306 أمتار ويخرج الهواء من الماء ليستقر في القسم العلوي للمغارة ومن هناك يذهب إلى المناجم الموجودة على بعد أكثر من 16 كلم من الضاغط. وتصعد المياه إلى النهر ثانية بواسطة بئر ثاني رقم 2 وارتفاعه 90 متر.

-    الهواء يضغط بواسطة ثقل المياة الموجودة في البئر الثاني. وعملية الضغط هذه إجبارية بالنسبة للهواء، لأنه عندما يصبح في قعر البئر يحكم عليه بالضغط قبل أن يبدأ رحلته إلى المناجم.  

صنع هذا الضاغط في يداية القرن الماضي وبدأ بتوليد الهواء المضغوط في 1910 واستمر في العمل حتى عام 1981 حيث كان يعطي الهواء إلى جميع مناجم الفضة الموجودة في كوبالط. هذ ا الهواء المضغوط كان يستعمل لتشغيل جميع معدات المناجم من رافعات، مضخّات وغيرها.

قوة هذا الضاغط 3.7  ميجا وات أي حوالي 5000 حصان بخاري. وكميّة الهواء المولّدة 40000 قدم مكعّب (ضغط جوي) مضغوطة على 8.625 كيلوجرامات أو أكثر بما يعادل 127 بوند بالانش المربّع.

وهذه الأرقام تظهر فعالية هذا الضاغط فكل حصان بخاري يعطي حوالي 8 أقدام مكعّبة  (40000 / 5000 = 8) من الهواء بدلاً من 4 أقدام في أحسن الضاغطات العادية المعروفة في وقتنا الحاضر، ما يعادل أكثر من مرتين الكمية المولّدة في الضاغطات العادية بسبب فارق الضغط.

فعالية هذا الضاغط هي حوالي 83% استناداً لدراسة قام بها مخترعه السيد تايلور. وكميّة المياه التي كانت تدخل الضاغط من أجل توليد الـ40000 قدم مكعّب من الهواء هي 22.7 متر مكعّب بالثانية أي ما يعادل 1362 متر مكعّب من المياء في الدقيقة.

إذا قسمنا كميّة الهواء وهي 40000 قدم مكعّب ما يعادل 1132.69 متر مكعّب من الهواء على كميّه المياه وهي 1362 متر مكعّب بالدقيقة نحصل على 83% وهي فعالية ضاغط السيد تايلور. (كل هذه الأرقام موجودة في متحف المناجم في كوبالط).

ماذا يعطي هذه المحطة أهميتها؟

إذا أخذنا الـ40000 قدم مكعّب من الهواء المضغوط على 8.625 كيلوجرام بالسنتيمتر المربّع نستطيع أن نبني محطّة في بركة مياه عمقها حوالي 85 متر تقريباً. وإذا عملنا حساباتها نحصل على حوالي 6.5 ميجاوات.

أيضاً نهر مونتريال حيث يوجد هذا الضاغط فإن معدل مياهه 67.5 متر مكعّب من المياه. وإذا صنعنا ضاغطا قادر على استخدام كل هذه المياه، فباستطاعتنا أن نولّد ثلاثة مرات 40000 قدم مكعّب من الهواء المضغوط أي 120000 قدم مكعّب. ما يعني أن بإمكاننا أن نولّد حوالي 19.5 ميجاوات من الطاقة بدون حساب الطاقة الضائعة.

الطاقة الضائعة في مثل هذه المحطة لا يمكن أن يتجاوز الـ30%، ما يعني أن الـ19.5 ميجاوات تصبح: (19.5 – (19.5 × 30%) = 13.65 ميجاوات.


للعلم إنه ومنذ أن توقف توليد الهواء المضغوط في سنة 1981 حوّلت مياه النهر بكاملها إلى عنفات مائية تولّد الطاقة الكهربائية حتى يومنا هذا. لكن مجموع الطاقة المولّدة هي في حدود 6.7 ميجاوات فقط.

استنتاج هذه الدراسة يظهر:

إذا نظرنا إلى الأرقام نرى أن استعمال الطاقة الهيدروليكية لتوليد الهواء المضغوط ومن ثم استعمال الهواء المضغوط في عنفة السيد أبو روفائيل يكون باستطاعتنا أن نولّد حوالي مرتين الطاقة الكهربائية التي يمكن أن تولّد بنفس كمية المياه إذا استعملت العنفات المائية.

وبما أن الأنهر الكبيرة لا توجد في كل مكان. اخترع السيد ابوروفايل ضاغط هواء يعمل على المياه وبواسطة أي منسوب مياه حتى ولو كانت من الشتاء.

ضاغط هيدروليكي

وباستخدام نفس المبدأ السابق استطاع أبو رفائيل اختراع ضاغطا هيدروليكيا لإنتاج الكهرباء.

هذا الضاغط مؤلف من:
-    أنبوب لكي يجلب المياه من أعلى.
-    أنبوب موصول بغرفتي ضغط موجودتين في مكانٍ منخفض.
-    نظام تحكّم من أجل إدخال المياه وإخراجها من الغرفتين.
-    صمامات للتحكم بالهواء المضغوط.
-    خزّان لتجميع الهواء الضغوط.

طريقة العمل

يؤتى بالمياه بواسطة الأنبوب لتدخل في الغرفة الجاهزة لتلقي المياه، ويبدأ ضغط الهواء إلى أن تصل المياه في داخل الغرفة إلى أعلى نقطة.

يضغط الهواء حسب الطلب بمساعدة صمامات ضغط موجودة في أعلى الغرفة ومعدلة نسبياً مع ضغط الماء حسب الارتفاع الحالي بين نقطة دخول الماء إلى الأنبوب ومكان وجود صمامات الضغط.

عند هذا الحد، يقفل دخول المياه إلى هذه الغرفة ويفتح مخرج لكي تذهب المياه الموجودة فيها إلى مجراها الطبيعي في الوقت ذاته يدخل الهواء من جديد إلى نفس الغرفة.

أيضا ًوفي نفس الوقت يفتح مدخل للمياه لكي تدخل إلى الغرفة الثانية لكي تبدأ فيها عملية ضغط الهواء الموجود في داخلها، عندها يحدث نفس الشيء الذي حدث في الغرفة الأولى، ثم تعود المياه إلى الغرفة الأولى وهكذا دواليك لنحصل في النهاية على الهواء المضغوط اللازم لتشغيل محطة لتوليد الطاقة.

هذه الطريقة السهلة لتوليد الهواء المضغوط تسمح لنا توليد الطاقة الكهربائية النظيفة بكلفة ضئيلة وفي أي مكان تقريبا وخاصة في المناطق الفقيرة في العالم لأن كلفة المحطة ضئيلة جداً وسهلة للغاية، فالبركة يمكن أن تصنع من أنابيب بلاستيكية عندما يكون ضغط الهواء خفيف. أيضاً إذا كان لدينا انخفاض كبير بين مصدر المياه والوادي فبإمكاننا أن نبني عدة محطات على نفس المجرى ونفس كمية المياه تولد لنا كمية كبيرة من الكهرباء.


محطة ذاتية الدفع

استخدم عفيف أبو رفائيل المحطة السابقة الذكر وضاغط الهواء الهيدروليكي في ابتكار محطة ذاتية الدفع تعمل بنفس الطريقة التي يعمل بها ضاغط السيد تايلور.

المحطة والضاغط يتم بنائهم على بئر مقسوم إلى قسمين علوي وسفلي، وعمق هذا البئر يحدده ضغط الهواء المراد استعماله، تستخدم نفس العنفة التي استخدمت في كل محطات السيد ابو روفايل.

الضاغط الهيدروليكي للهواء يتكون من:
-    غرفة ضغط توجد في القسم الأسفل من البئر.
-    أنبوب لجلب المياه من صفحة البئر إلى غرفة الضغط.
-    مضخّة مياه لسحب المياه من غرفة الضغط إلى القسم العلوي من البئر حيث توجد العنفة.

كيف يعمل هذا الضاغط

عندما تبدأ المضخّة بالعمل، فإنها تقوم بسحب المياه من غرفة الضغط لترميه في القسم العلوي من البئر حيث توجد العنفة. عندها ومن أجل استبدال المياه المسحوبة من غرفة الضغط تبدأ كميّة من المياه بالنزول إلى القعر داخل الأنبوب الذي يستعمل لجلب المياه من صفحة البئر إلى غرفة الضغط. 

هذه المياه تسحب معها كميّة من الهواء بالطريقة نفسها التي تستعمل في كوبالط وضغط الهواء هو نفسه أيضاً (ضاغط السيد تايلور).

وبما أن من 80 إلى 94% من الطاقة المستعملة لضغط الهواء نخسرها في صورة حرارة، فإن ضغط الهواء في هذا الضاغط له ميّزة كبيرة لأن الحرارة تذهب في المياه، وتمدد الهواء داخل أوعية العنفة يتطلّب الحرارة التي فقدها عندما تم ضغطه. هذه الحرارة تعاد إلى الهواء من المياه الساخنة التي تضخ من غرفة الضغط إلى القسم العلوي من البئر (بركة العنفة).

هذه الطريقة لضغط الهواء تسمّى (ايزوترميك) وحتى الآن كانت مستحيلة و لكن طريقة السيد ابوروفايل جعلتها بمتناول اليد وبطريقة سهلة.

والطاقة المولّدة في هذه المحطة هي أكثر بكثير من الطاقة التي تستهلكها مضخّة المياه، حيث أن مكتب الاختراعات الكندي عجز عن إثبات العكس ولهذا السبب طلب من السيد أبو رفائيل نموذج لهذه المحطة من أجل إصدار براءة اختراع لهذه المحطة التي من المنتظر أن تحل مشكلة الطاقة في جميع أنحاء العالم حتى ولو كان في الصحراء او على رؤوس الجبال.

وللتأكيد أن مكتب الاختراعات الكندي أعطى السيد ابوروفايل كل الوقت الذي يريده من أجل إثبات ذلك في حين أن القانون الكندي يجبر مكتب الاختراعات أن ينهي المسألة في غضون ستة اشهر.

الاختراع خضع لدراسة من عدة أساتذة متخصصين كان منهم الدكتور الياس مصري والذي قام بدراسة متأنية لتلك المحطة وأعلن أنها الآلة الوحيدة التي تعمل ذاتياً دون الاستعانة بأي نوع من الطاقة بعد تشغيلها بادئ ذي بدء.

ويشير المخترع هنا إلى أن ضغط الهواء في كوبالط أثبت أن كمية 20% من الاوكسجين كانت تذوب في مياه النهر وهذا السبب يؤكد مرة ثانية أن ضغط الهواء في هذه المحطة يعطي كمية أكبر من التي كانت تولّد في كوبالط لأن مياه هذه المحطة متجددة وبعد فترة وجيزة من تشغيلها تصبح المياه مشبعة بالاوكسجين ولا تذيبه من بعد حيث أن الهواء المضغوط يمكن أن يزيد بنسبة لا بأس بها والنتيجة تظهر لاحقاً في كمية الطاقة الكهربائية المولدة.

محطة لتوليد الطاقة باستعمال هواء مضغوط بواسطة موج البحر
هذه المحطة تستعمل نفس العنفة الهوائية ولكن الهواء المضغوط من صنع ضاغط هيدروليكي جديد ومميز أيضا، ويعمل بواسطة أمواج البحر الكبيرة والصغيرة، عنفة هذه المحطة هي خاصة بها وتوجد في بركة مستوى ارتفاع المياه فيها متغير بسبب ضغط الهواء المتغير حسب ارتفاع الموج، أوعية عنفتها لينة لأنها تخرج من مياه البركة لتعود إليها ثانية لتبدأ مرحلة جديدة، وهذا التصميم يسمح بتوليد أكبر كمية ممكنة من الطاقة بحيث أن الطاقة الضائعة تكون أقل ما يمكن.

محطة لإنتاج الطاقة من ضغط آبار الغاز

هذه المحطة تستعمل عدة عنفات هوائية داخل عدة برك قليلة العمق ومتصلة بعضها ببعض وبداخلها مياه أو أي سائل آخر من أجل صنع ضغط هيدروستاتيكي عالي في أول عنفة، قريبا من ضغط الغاز المراد إنزال ضغطه، وهذا من أجل استعمال ضغط الغاز لتوليد الطاقة النظيفة، وبطريقة تصاعدية داخل العنفات، يدخل الغاز أول عنفة بكامل ضغطه ويخرج من آخر عنفة تحت الضغط المراد الحصول عليه.

ويشير المخترع إلى أن ضغط الغاز الطبيعي كبير جدا يصل إلى psi 3000-5000، ولكي يتم استغلال تلك الطاقة فإن الضغط يتم تحويله مثلا من 340 كيلو في كل سم2 ليصل إلى 0.1، وكل هذه الطاقة تضيع نتيجة تلك العملية، بل وتكلف ملايين الدولارات حتى يتم تضييع قوة الضغط الهائلة.

فكرة الماكينة الجديدة تعتمد على إنشاء 170 محطة على عمق 20 متر من الغاز، ويتم إرسال الغاز من أول وحدة إلى باقي الوحدات بالترتيب، وكل وحدة تحتوي على ماكينة تولد كهرباء بواسطة التوربينات، وأخيرا سيقل الضغط إلى 1 بار أو 2 بار على حسب الاحتياج، وبذلك فقد تم إنتاج كهرباء وفي نفس الوقت تم توفير الملايين التي يتم صرفها على تقليل ضغط الغاز.

وللمخترع أبو رفائيل اختراعات أخرى في مجال ضغط الهواء اصطناعيا وميكانيكيا منها:
1-    ضاغط هواء أفقي الحركة بواسطة برغي رافع (سكرو - جاك) وهو اختراع مسجل منذ 24 أكتوبر 2006، وهذه الطريقة تسمح بضغط كميات هائلة من الهواء داخل سلندرات عددها وقطرها غير محدد، فقط طولها يجب أن يكون نفسه لكل السلندرات في نفس الضاغط خلافا للضاغطات التي تستعمل الحركة الدائرية، حيث أن كمية الهواء المضغوط محددة بسبب حجم غرف الضغط، أيضا سلندرات هذا الضاغط تبرد من خارجها حسب الطريقة المعروفة وداخليا حسب طريقة جديدة تسمح للسائل المستعمل للتبريد من تبريد داخل السلندرات حيث أن السائل يمر داخل البستون نفسه وهذا يسمح أيضا لضغط كمية هواء أكبر.

2-    نفس الضاغط يستعمل لضغط الهواء تحت ضغط خفيف (من 1 إلى 7 كيلو بالسنتيمتر المربع) تقريبا وهو طلب اختراع لعفيف مسجل منذ 11 أغسطس 2005 ولكن الهواء يضغط داخل أنبوب مرن (لين – قابل للثني)، وليس داخل سلندر وبستون، حيث أن كلفته تكون رخيصة جدا وتسمح لصنعه في جميع أنحاء العالم، وخاصة في البلدان النامية، هذا الضاغط هو الحل الرخيص لصنع الهواء المضغوط الضروري لتحلية مياه الصرف التي تتطلب كميات هائلة من الهواء المضغوط.


3-    للمخترع أيضا مضخة أفقية مسجل طلب اختراع لها في 11 أغسطس 2005 تستعمل لضخ كميات هائلة من المياه وأيضا لاستخراج البترول من الآبار العميقة، ومن مميزات هذه المضخة أنها تضخ مرتين في برمة 360 درجة، في حين أن المضخات الموجودة حاليا لا تضخ إلا مرة واحدة في برمة 360 درجة، لذلك فإن المحطة الجديدة تقلل التكلفة إلى النصف فضلا عن أنها تستعمل طاقة من 35% إلى 50% أقل من أي مضخة عادية.

اقرء المزيد