PORT SAID UNIVERSITY

كهرباء المدن

City Electricity

Mohamed Hamed [3002]

This book presents the concept of application and installation for the electric network in the distribution systems of a city. It illustrates the standard load curves in cities as well as the distribution target for less loss. The cables have included as a major item inside cities for electric distribution. The illumination of normal domestic and streets is studied in details. Also, the theatre as well as the traffic utility and control would be explained. All rights are reserved.

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

2

2002/ 11111رقم اإليداع ISBN 977 – 6079 – 06 - 7

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

3

احملتوايت 5 مقدمة

7 مدخالت الشبكات الكهربية في المدن: الفصل األول 8 ألحمال النمطية ا 1-1

18 المعامالت الفنية 1-2

27 توزيع الطاقة الكهربية 1-3

31 في المدنالكبالت الكهربية : الفصل الثاني 31 األنواع 2-1

36 الخواص الكهربية 2-2

42 تصميم العزل الكهربي 2-3

50 صيانة الكبالت 2-4

66 القواطع الكهربية 2-5

73 اإلضاءة الكهربية في المدن: الفصل الثالث 75 خصائص الضوء 3-1

81 مصباح الفتيلة 3-2

85 مصباح تنجستن هالوجين 3-3

88 مصباح الفتيلة الكربونية 3-4

91 اإلنارة الغازية للشوارع: الفصل الرابع 91 خصائص التفريغ الكهربي في المصابيح 4-1

94 المصباح الفلورسنت 4-2

106 مصباح النيون 4-3

107 مصابيح تفريغ ضغط عالي ومنخفض: الفصل الخامس 107 مصباح الصوديوم 5-1

112 مصباح الزئبق 5-2

115 مصباح الهاليد 5-3

117 نظرة شاملة 4 -5

120 التحليل الرياضي 5-5

135 اإلضاءة المسرحية: الفصل السادس 135 نبذة عامة 1-1

143 تقنيات وسائل اإلضاءة 1-2

155 إشارات المرور :1-3

157 المراجع

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

4

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

5

بسمميحرلا نمحرلا هللا

مقدمة

تعد كهربة المدن من الموضوعات التي تحظى باهتمام المتخصصين في اآلونة األخيرة

وال بد وأن تدخل ضمن أعمال التخطيط خصوصا ومع النشاط التعميري المتزايد مما يضع

ورة التعرض لهذا الكتاب ضرهذا الموضوع علي قائمة التخطيط الكهربي وهو ما يزيد من

بما تضمنه من معلومات وأساسيات هندسية للنظر فيه من الناحية التكنولوجية

.والتخطيطية

ولما كانت اإلضاءة أكثر األحمال تأثيرا في المدن عموما فقد حاولنا إلقاء الضوء علي

للواقع ومتمشية األحمال من الناحية القياسية ثم كيفية تحويلها إلي أحمال واقعية مطابقة

تحت مع التخطيطي السليم ثم التوجه بكيفية نقل هذه األحمال داخل المدينة عبر كابالت

ألفراد والمواطنين القاطنين بها وتعرضنا بشكل أكبر وضوحا مع هندسة احماية أرضية ل

االنارة والتي تتبع في إنارة الشوارع ومنها تم التحول إلي الهندسة الخاصة بالتحكم في

إلضاءة من خالل أجهزة خاصة وكيفية التحول بها والتعامل مع إشارات المرور في المدن ا

والتغلب علي مشكلة التتالي المتتابع لإلشارة الخضراء وفتح الطريق مع السرعات الثابتة

.للسيارات والناقالت داخل طرق المدينة

للطاقة عليالرغم من أن تظهر أهمية موضوع اإلضاءة مع ظهور المصابيح الليد والموفرة

هذا الكتيب لم يتعرض لها بل شرح أسس اإلضاءة التقليدية مع تنوعها علي مختلف

. النواحي

المادة العلمية هنا قد تكون مفيدة للطالب المتخصصين والمهندسين كما أنها تضع هذه

الموضوعات أمام القاريء العادي كي يفهم ما تحتويه من أسس جوهرية للشبكات

.كهربائية داخل المدنال

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

6

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

7

الفصل األول

المدنمدخالت الشبكات الكهربية في

Electric Networks Input in Cities

نستطيع أن نعتمد علي الخطوط الهوائية سواء علي هاالشبكات الكهربية داخل المدن تختلف عن تلك خارجها ففي خارج

ستوى الجهد العالي والفائق بجانب الجهد المنخفض بينما داخل المدن ال يجوز هذا النمط من نقل الطاقة من مكان ما م

داخل المدينة إلي أخرى بل يجب أن تستبدل تلك الخطوط الهوائية بغيرها من الكابالت سواء كانت كبالت جهد عالي أو

نرى أن االمتداد العشوائي العمراني بجانب الضرورة الملحة للتعمير من الناحية األخرى . منخفض وهو ما يجب اتباعه

المنتظم في ضواحي المدن المختلفة تدخل المباني في إطار الخطوط الهوائية ذات الضغط العالي ومع انتشار هذا التصور

. ومحال إقامتهملمدنيين دخلت الخطوط الهوائية داخل المدن ورفعت من معامل الخطورة لتواجد مثل هذه األسالك بجوار ا

من هنا يلزم من الضرورة إما إحالل األسالك الهوائية بالبديل من الكبالت الكهربية أو بوضع مناطق عازلة بين مسار

الحل األخير يعتبر من الصوبة البالغة لتحقيقه نظرا . ( 1-1أنظر الشكل رقم ) هذه األسالك واألفراد ومعداتهم وأجهزتهم

وقد يستحيل تنفيذه أو اتباعه ومن ثم يصبح من األفضل اللجوء إلي إحالل تلك األسالك متشدد ظام إداري للحاجة إلي ن

. بالكبالت تحت األرضية

وبالرغم من ذلك فيمكن في بعض المناطق عند عبور الشوارع سواء بجوار المدن أو خارجها أو في الضواحي أن توضع

لعالي كما لو كانت أرضية متكاملة ال تسمح بسقوط أي من أسالك الجهد العالي إلي طبقة أسالك أفقية تحت أسالك الجهة ا

كما أن نوعية األبراج التي تتصل بها هذه األسالك العابرة للطرق ال بد وأن تكون من .اآلرض حماية لألفراد ومعداتهم

.أو الناقالت عمومانوع أبراج الشد وهذه هي الضمانات الهندسية لتأمين عبور المشاة أو السيارات

في المدن نحتاج إلي توزيع منتظم للقدرة داخل المدن ومن ثم نضع النقاط التالية أساسا لوضع التخطيط السليم لتوزيع

. القدرة الكهربية في المدن

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

8

STANDARD LOADS األحمال النمطية: 1-1

بة االعتمداد علدي األجهدزة الكهربائيدة لخدمدة البشدرية فدي تتفاقم الكميات المستهلكة بصورة متزايددة لجاندب ارتفداع نسد

كافة الميادين وقد صاحب ذلك حالتين من التغيدر الهدام وهمدا الشدكل العدام لالسدتهالك اليدومي للطاقدة الكهربائيدة ونسدبة

ين المحدورين مدع التداخل بين النوعيات المختلفة من األحمال الكهربائيدة ويقددم هدذا الكتيدب شدرحا علميدا وهندسديا لهدذ

تغطية كل الموضوعات ذات العالقة معهما مبينا مدي أهميدة التعامدل مدع هدذه الموضدوعات سدواء فدي مجدال التخطديط أو

يعتبددر هددذا الكتدداب نافعددا للمهندسددين العدداملين فددي مجددال التخطدديط والتصددميم والتنفيددذ بشددكل خدداص ولمهندددس .التصددميم

في كليدات الهندسدة والمعاهدد الفنيدة وكدذلك المددارس الفنيدة وهدو مبسدط لدرجدة الكهرباء عموما كما يستفيد منه الطالب

.العربية يعين في الفهم ةكبيرة مساهما في إزالة عثرات اللغة األجنبية والتعامل المباشر مع أدق البيانات باللغ

قواعد المنظمة لبناء الهيكل الصحيحة علي دراسة كل ما هو متوقع مستقبال طبقا لل planningتعتمد أعمال التخطيط

probabilities ذاته ويزيد علي ذلك أن نوضع في االعتبار كل المفاجآت والتوقعات غير المنتظمة لكل االحتماالت

electricمستقبال وتختلف هذه األعمال حسب النوعية المطلوبة للدراسة وحيث أننا بصدد الشبكات الكهربائية

networks ل الكهربائية توجه إلي األحمانفelectric loads غير أنها لم والمخطط التي تعني الكثير للمصمم هي و

وهنا نجد أنفسنا مضطرين للخوض في .تلقي االهتمام ا لكافي وتحصل هذه األحمال علي وزنها من الشرح والتفصيل

تحديدا بقيمة الكمية الكهربائية تعبر األحمال الكهربائيةوالفروع األصلية لها بل والبدء من حيث المعني والمغزى

Electric amount التي تتم دراستها أو الكمية المعنية بصرف النظر عن أنها طاقةenergy أو قدرةpower أو

غيرهما ويتسع األفق في هذا المجال عندما يكون الحديث عن األحمال بصورة مطلقة كهربائية أم غيرها فنجدها تأخذ

فنجدها تتمثل بكميات الوزن المارة علي عليه سواء bridgesت أحمال علي الكباري والجسورنفس المعني سواء كان

فتعني trafficأو غيرهما ولنفس الحمل ولكن في تخصص آخر مثل المرور momentأو عزم weightكانت وزن

مكالمات التي تتم في آن واحد فنجد أعداد ال telephonesكميات أو عدد السيارات المارة وعندما ننتقل إلي الهاتف

والتحليل هنا يصلح من حيث المبدأ ألي تخصص ما دام التعبير عن هذه األحمال داخل كل مجال يدور بنفس األسلوب

.ولهذا نجد أن التعميم جوهري حتى نحصل علي أقصى مفهوم شامل ويكون صحيحا من الناحية الهندسية

األحمال " لمعني أي أنها تتكون من أحمال ولذلك نذكر مكوناتها األصلية بالمسمىجدير بالذكر أن كلمة أحمال تشمل ا و

حيث أنها تمثل أحماال بالفعل قياسية الطابع نمطية المعني وبهذا نصل إلي المعني " standard loadsالقياسية

البداية بتصنيف األحمال القياسية هكذا نجد . تحديدا حيث يجب البدء في دراسة األحمال كلها من هذه األحمال القياسية

بصرف النظر عن قيمتها فنأخذها تبعا للتحميل الكهربي كنسبة مئوية من القيمة القصوى للحمل ولذلك نسميها أحماال

قياسية مطلقة ألنها بدون وحدات هندسية أو فنية وهذا ما سوف نسرده في الفقرات التالية حيث نأخذ ستة أصناف من

ل القياسية لنتدارسها سويا وليصبح معها مفهوم األحمال القياسية واضحا جليا ال يحتاج إلي المزيد من تنويع األحما

.الشرح

Industrial Loads الصناعية األحمال -1

:تمثل األحمال الصناعية تلك الخاضعة ألعمال الصناعة بشكل عام ولذلك نضعها في شكل أكثر تفصيال علي النحو التالي

وهي الصناعات الكيميائية أو تلك الصناعات التي تعمل بأسس كيميائية فمنها منتجات المواد : صانع كيميائية م (أ

.الكيميائية أو البويات أو األدوية وغيرهم

وتعبر عن كل الصناعات التي تتم فيها العمليات الصناعية باألسلوب اإلنتاجي مثل مصانع : مصانع إنتاجية (ب

كما أن هذه األحمال تتصرف بشكل شبه موحد وثابت . هزة أو مصانع العبوات سواء الغذائية أو بشكل عام المالبس الجا

فنجدها علي مدار اليوم الواحد تأخذ ثالث مستويات من الطاقة المستهلكة فنجدها مثل النظام ثالثي الوردية فهي نهارا

لفترة % 00ة االستهالك وينخفض مع انتهاء إلي نسبة أقل ومن بداية الوردية األولي ومن السابعة صباحا تصل الي قم

محدودة يكون فيها العمل علي مستوي أدق لكل ما تم إنتاجه نهارا فتعود الي أعلي استهالك ثم تنخفض ليال وحتى

داخل الشكل الصباح وتدور الدورة الزمنية يوميا بنفس األسلوب ولذلك يكون التغير فيها ضئيال وال يمثل وزنا ذو تأثير

العام للحمل

هامة مثل الحديد والصلب أو األلومنيوم أو األسمدة الصناعات كنوع من التمثل الصناعات الضخمة : صناعاتال( ج

وهذه النوعية تكون غير متغيرة تقريبا من ناحية االستهالك الكهربائي إال في أضيق الحدود فتأخذ مستويين . وغيرها

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

9

75نهارا ثم % 100حيث األحمال 2-1كما نراها في الشكل % 25النزول إلي تخفيضا بقيمة هما القيمة القصوى و

.ليال %

النوعية منتشرة بكثرة وتعمل علي كافة المستويات سواء القطاع العام أو الخاص فهي وهي خفيفة الصناعات كما أن ال

تليفزيون ومكونات الكمبيوتر وملحقاته وغير ذلك من تشمل الصناعات الكهربية اإللكترونية مثل مصانع المذياع وال

الدوائر التكاملية والمطبوعة وهكذا فهي تعبر عن قطاع كبير شامل من الصناعة وتعمل غالبا في فترة عمل واحدة وهي

يوم منها في الباقي بينما باقي ال% 80لنصف المدة وحوالي % 100وهي تعمل فترة نهارية بمعدل . الفترة الصباحية

الصناعات الغذائية وهي التي كثرت وتزايدت في العقود األخيرة فهي تستهلك القسط األكبر من حياة البشرية و .بال عمل

علي البسيطة مما يضعها في مقدمة الصناعات الحديثة بعد تكنولوجيا اإللكترونيات ولهذا أدخلت هذه الصناعة نفسها

المعارضين ولذلك أصبحت أساسية بالنسبة للصناعة ويدخل في إطار داخل الوسط الصناعي وبشكل فعال رغم أنف

الصناعات الغذائية التعليب الغذائي من الصلصلة والمياه الغازية والهامبورجر والمأكوالت نصف المطهية وغيرها ونري

سية المتشابهة يكون من هذا المنطلق وعلي أساس التصرفات الهند .التسلسل لهذه النوعية من األحمال 2-1في شكل

من الممكن أن نضح أشكاال نمطية للتصرف الكهربائي من الناحية الفنية وكيفية استهالك كل منها للطاقة الكهربية وهو

.ما نستطيع إطالق مسمي األحمال القياسية عليها

ةالنسبة المئوية لمكونات األحمال القياسية داخل األحمال الصناعي: 1 -1جدول رقم

غذائية ثقيلة ورديتين ثالث ورادي كيميائية خفيفة الحالة

5 20 30 30 5 10 األولي

20 40 10 10 20 الثانية

20 10 20 20 10 20 الثالثة

20 20 30 20 10 الرابعة

20 20 20 20 20 الخامسة

10 10 20 10 20 30 السادسة

حمال القياسية وبالشكل األساسي لتغيرها الزمني المشار إليه ولكن في الحقيقة تتجمع هذه النوعيات المختلفة من األ

بنسب متباينة وتعتمد هذه النسب فيما بينها علي طبيعة المكان أو الموقع أو المدينة أو القرية فمثال في المناطق

بقية األحمال كبيرة وفي الصناعية نجد أن نسبة الحمل الكهربائي بالطابع الصناعي أكثر من غيره ألن نسبة تواجده بين

المناطق الصناعية ذاتها تتفاعل طبيعة األعمال الصناعية من كيميائية إلي ثقيلة أو خفيفة حسب األحوال ولذلك كان من

الواجب علينا دراسة التأثيرات المختلفة لطبيعة األحمال الكهربية عندما تتباين هذه األحمال بقيمتها فيما بينها داخل

.بعضا من هذه النسب للدراسة والتحليل 1-1ناعي ذاته كما بالجدول اإلطار الص

نجد النسب المختلفة بين األحمال القياسية المختلفة داخل الحمل الصناعي قد جاءت في ستة مجموعات ولكل من هذه

بجانب الصناعة % 10الحاالت الستة نري التجميع الشامل لك حالة ففي الحالة األولي حيث أحمال الوردية تصل إلي

تعطي انطباعا عن موقع صناعي من الدرجة األولي حيث نوعية الصناعة ومدة عملها فنري الحمل % 20الثقيلة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

01

وهو ما يشير إلي الشكل النمطي لألحمال في هذه الحالة والتي تعبر ( 3-1شكل )اإلجمالي من الناحية القياسية المطلقة

. ناء المواقع من هذا الطابع فتفيد إلي حد كبير في التخطيط إلنشاء الشبكات الكهربية بشكل عام عن ما هو متوقع عند ب

حيث نري الفارق بين الحالتين األولي والثانية بشكل % 40أما مع الحالة الثانية حيث ترتفع نسبة الصناعة الثقيلة إلي

من تلك في الصناعة الثقيلة فيكون علينا النظر ملحوظ وإن كان بدرجة بسيطة نتيجة أن األحمال بالوردية قريبة الشبه

.في التغير التالي

بالتوجه ألي الحالة الثالثة نري انخفاضا ملحوظا في الصناعة الثقيلة وتوزيع الفارق علي الوردية والصناعة الخفيفة

مال الكهربية القياسية صناعية مما يضع لنا التأثير الفعال عند النزول بمستوي الصناعة الثقيلة وتأثير ذلك علي األح

وجدير بالذكر أن هذه األحمال سوف تستكمل دراستها في الفصل القادم حتى نصل ألي المفهوم ( 4-1شكل ) الطابع

.. الصحيح ألهمية دراسة األحمال وطرزها وما يطرأ منها حديثا

Agricultural Loadsاألحمال الزراعية -2

لتي تأخذ الصبغة القياسية تأتي األحمال الزراعية وهي تلك التي يمكن أن تتنوع إلي خمسة من أهم األحمال الثانية وا

( : 5 – 1الشكل رقم ) أنواع من حيث المبدأ عالوة علي أنه من الممكن أن تنضم إليها أحمال أخري عديدة

الزراعة التقليدية ( أ

ة الزراعية منذ القدم والتي تعتمد علي نمط الطاقة المستهلكة في هي األحمال التقليدية التي كانت متواجدة علي الساح

هذه النوعية فنري في الشكل الشكل االستهالكي للطاقة الكهربائية اعتمادا علي نظام الزراعة التقليدية والتي تبدأ

. أعمالها فجرا وتنتهي قبل حلول المساء

(الميكنة) الزراعة الحديثة ( ب

الحديثة حيث لجأت أساليب الزراعة نحو الزراعة الشاملة والعامة وتحويل كل أعمال الزراعة إلي تمثل الزراعة

األسلوب اإلنتاجي فنجدها تسمي الميكنة الزراعية وتأخذ النمط االستهالكي المبين حيث تعمل العمالة الزراعية ليال

عة في العقود األخيرة نظرا للحاجة الملحة لإلنتاج ونهارا وال تتوقف مثل التقليدية حيث ظهرت النظم الحديثة للزرا

الزراعي الوفير لتغطية حاجات البشر والناس في كافة أنحاء البالد فظهرت االبتكارات الحديثة ومنها صوب زراعية

ان ويكون فيها التغير الكهربائي في األحمال كما وردت وإن توقفت فتكون لفترة بسيطة وليس مثل العهد الماضي مما ك

كما تعتبر البساتين من أضل المواقع الزراعية في مصر . يفيد المنتجات الزراعية ويوفرها للمستهلك في كل األوقات

علي وجه العموم خصوصا وإنها تدر من الربح الوفير علي مالكها وقد أصبحت األحمال الكهربية في كافة الشئون

.ول اليوم الواحد استغالال للزمن والوقت وتوزيعا للعمل والدقة فيهالزراعية ذات أهمية وقيمة عالية حيث تتوزع علي ط

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

00

استصالح األراضي ( ج

وقد زادت رقعة األراضي المستصلحة وما زالت ولها 1052ظهرت في مصر أعمال استصالح األراضي منذ ثورة يوليو

أخيرا وتجميعا لهذه األحمال . حت تختلف عن ذي قبل من األحمال الكهربائية حيث تتطور هذه النوعية من األحمال وأصب

كافة في إطار التباين في نسبة المكونات داخل األحمال الزراعية علي غرار ما تم بالنسبة لألحمال الصناعية فنأخذ ستة

التساوي التام بْدا من 2-1من الحاالت المتباينة لتداخل هذه النوعيات من األحمال الزراعية كما وردت في الجدول رقم

.بين كل األحمال إلي اختفاء أي منها وغير ذلك

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

02

النسبة المئوية لمكونات األحمال القياسية داخل األحمال الزراعية: 2 -1جدول رقم

استصالح أراضي بساتين صوب حديثة تقليدية الحالة

20 20 20 20 20 األولي

10 20 30 30 10 الثانية

30 30 30 10 الثالثة

30 30 40 الرابعة

10 10 10 20 الخامسة

10 10 10 10 10 السادسة

ومن حالة التساوي بين مكونات األحمال الزراعية القياسية نري التغير التلقائي لنوعية األحمال الزراعية بالرغم من أنها

ن األعظم في المناطق الصحراوية حيث أحمال عادة ما تكون ضئيلة داخل األحمال كافة في المواقع المدنية إال إنها تكو

استصالح األراضي كما أن األحمال الزراعية تتزايد يوما بعد آخر ألن التطور العلمي ال يهدأ والهندسة الوراثية تؤتي

.بالثمار الجديدة وتستحدث المزروعات وتزيد منها كما وكيفا وتقدم للبشرية الحديث والمبتكر

األحمال الكهربائية لذات الحمل بعد فترة ما قد يتغير نتيجة االبتكارات التي تظهر هنا وهناك فتزيد غير أن التغير في شكل

من أحمال نوعا وتقلل من اآلخر وتضيف أنواعا بينما يختفي غيرها وهكذا فالعلم يسير ونحن نتبعه لنتطور معه ونضع

أتي الحالة الثانية حيث ترتفع وت. عنوانا لنا هدأ مادام العلم الحلول القياسية لكل ما هو مبتكر وهذا واجبنا وعلينا أال ن

فيها األحمال الحديثة من صوب أو زراعة حديثة فنري األحمال األكثر يوميا وعلي مدار اليوم كامال وقد تكون أكثر قليال

ت الكهربائية من حيث من تلك السابقة حيث كان التساوي ولذلك تظهر األحمال القياسية عامال أساسيا في كل الدراسا

.التخطيط وإنشاء الشبكات الكهربائية في المناطق الجديدة أو القديمة علي حد سواء

وهكذا نجد األحمال المستحدثة تعتمد علي الطاقة الكهربائية أكثر من غيرها سواء التقليدية أو تلك التي تخص استصالح

حقيقي قد يختلف في وقت عن غيره أو من موسم إلي آخر فهذه األحمال األراضي فجميعها أظهرت هذا غير أن التغير ال

تأخذ الطابع النمطي والمتوقع نتيجة االستهالك المعتاد كل في مجاله وهي جميعا أحمال توقعية وليست حقيقية ولكنها

األحمال القياسية عند تقارب الواقع إلي حد كبير حتى في حالة االختالف فيكون بسيطا ولذلك يتم االعتماد علي هذه

.التصميم وتعطي نتائج صحيحة دون خلل

وأخيرا .األحمال القياسية التي تم حسابها بالنسب المقررة فأما عن الحالة الخامسة عندما تختفي البساتين من الموقع

صل نسبة أحمال نجد الحالة السادسة حيث ترتفع نسبة تواجد أحمال االستصالح أي تلك المناطق تحت االستصالح فت

.من إجمالي األحمال % 10االستصالح إلي

Commercial Loadsاألحمال التجارية -3

جدير بنا أن نتعرض لموضوع نوعية األحمال التجارية وهي التي تتبع نظم التسويق والعرض ولذلك نجدها في تقسيم

هي التي تختص بصغار و المحال الصغيرة ومنها 1-1 مبسط علي النحو الوارد في النقاط التالية كما يوضحها الشكل

التجار وتشمل نوعيات عديدة مثل البقالة واأللبان واإلسكافي واألعمال التسويقية الصغيرة وغيرهم من األعمال التي

منتصف وجدير بالذكر أن الحمل الكهربائي يتالشى بعد. نراها في الطريق للبيع من مأكوالت ومحالت التسالي وغيرهم

تمثل المحالت الكبيرة لكبار التجار ورجال األعمال في مجال والتي المحالت الضخمة وأيضا الليل وحتى الصباح

التسويق والبيع وهي عديدة ومنها علي سبيل المثال محالت البيع للقطاع العام مثل بنزايون والصالون األخضر وكذلك

ماركت وسلسلة الفروع الخاصة بالمأكوالت الشهيرة ومحالت األدوات محالت القطاع الخاص الكبيرة مثل السوبر

المنزلية الكبيرة وغيرهم

هي مجموعة المحالت الكبيرة في مكان محدد معا لعرض المبيعات في كافة التخصصات و األسواق الشاملةكما نجد

سابقه من أجل اإلضاءة والحماية اآللية والمجاالت وهي أكبر من المحالت الضخمة حيث تزداد األحمال الليلية عن

تعتبر هذه المكاتب المقار اإلدارية والمختصة بالبيع والشراء مثل البورصة ومقار حيث المكاتب التجاريةوأحيرا تظهر

وهذا عمل كبار التجار وتجار الجملة وغير ذلك وأحمالها قد تندمج داخل األحمال الخاصة بالمناطق التجارية الشاملة

.ال يمنع أن تكون لها األحمال الخاصة بها إال أننا نكتفي هنا بأسلوب دمجها داخل األسواق الشاملة للتبسيط

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

03

لمزيد من البساطة

نضع الحاالت الستة

للنسب المئوية لهذه

األحمال التجارية

علي نفس النمط

السابق لألحمال

الصناعية والزراعية

نجد الحسابات

األحمال في الخاصة ب

الحالة الثانية قد

-1وردت في الشكل

حيث تعبر الحالة 7

األولي عن كثرة

أحمال المحالت

بينما الثانية تزيد

فيها أحمال المحالت

الصغيرة مثل األحياء

الشعبية وفي

الحالتين الثالثة

والرابعة تختفي

أحمال المناطق

التجارية تماما وهو

ما يعني التواجد في

متوسطة أو مناطق

مرتفعة أو مشتركة

بين هاتين الحالتين

مما يظهر معه زيادة

كبيرة للمحالت

الصغيرة وتصل إلي

.في الرابعة % 50في الحالة الثالثة و % 10

النسبة المئوية لمكونات األحمال القياسية داخل األحمال التجارية: 3 -1جدول رقم

مناطق تجارية سواقأ محال ضخمة المحال الصغيرة الحالة

20 20 30 30 األولي

10 20 30 40 الثانية

10 30 10 الثالثة

10 40 50 الرابعة

10 20 40 30 الخامسة

20 30 50 السادسة

أما الحالتان الخامسة والسادسة فنجدها حيث األماكن األكثر رقيا نوعا ما في المدينة عن الحاالت السابقة جميعا فتظهر

اطق التجارية في الحالة الخامسة فتتعدد الحاالت كي تسمح لنا بالرؤية الشاملة كما نستطيع وضع نسب أخري غير المن

.المعروضة هنا كل حسب األحوال

0

20

40

60

80

100

120

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

valu

e

hour

Fig. 1.6: 3rd Case

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

04

Domestic Loadsاألحمال المنزلية - 4

في كل المواقع وعلي كل حال فإن تأتي األحمال المنزلية في المرتبة األولي بين كل األحمال حيث أنها أساسية وتدخل

األحمال المنزلية بدأت في التغير عن ذي قبل وقد تتغير مرات أخري تبعا للتطور التكنولوجي المستمر لخدم اإلنسان

وخاصة في المنزل بدءا من استخدام الخالط والمطحنة وحتى الغساالت والسخانات والتليفزيون والمذياع وأجهزة

من هنا نضع الفروع المختلفة لألحمال المنزلية علي نفس النسق الغدإلي ما سوف يبزغ علينا في الفيديو والكمبيوتر

(.8-1شكل )السابق اتباعه في حلقات طبقا للتطور في االعتماد علي الكهرباء عن ذي قبل

الثالجات الكهربية : أوال

ية من حيث انتشارها علي مستوي كبير بحيث قد ال يخلو تمثل هذه األحمال الجزء األكبر والمؤثر داخل األحمال القياس

منزال من مثل هذه الثالجة والتي أصبحت من الضروريات األساسية بدال من المسمي المعروف القديم وهو الكماليات

.وإضافة إلي ذلك نجد أن طبيعة استهالك الطاقة المنزلية قد تباينت بشكل كبير عن ذي قبل

المدنفي ف والتهويةالتكيي: ثانيا

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

05

لجأ معظم األسر إلي االعتماد علي أجهزة التكييف مع التطور النسبي في الشبكات الكهربائية والتي تتواكب مع القدرة ت

علي تغطية هذه النوعية من األحمال وبدأت األحمال الكهربية في التكييف تزداد بشكل مذهل بجانب األسلوب التقليدي في

كما نجد أن األحمال الكهربية في هذه النوعية تختلف شتاءا عن لذي يستخدم المراوح الكهربائية التهوية وهو ا

.الصيف ولذلك نضع هنا األحمال الشتوية ألنها األكبر

اإلضاءة : ثالثا

ن الطابع العام كذلك نري أن استخدام اإلضاءة قد تباين عن الماضي وأخذ شكال مغايرا كما نراه وبالرغم من ذلك إال أ

.وسوف نتطرق إلي هذه النوعية من األحمال الكهربية فيما بعد من هذا الكتاب مازال كما هو

مال الخدمية في المدنحاأل :رابعا

وهي ما تخص سحب المياه من الترع والقنوات أو ( كأحد أنواع الخدمات الرئيسية في المدن ) تعتمد محطات المياه

يرها ثم تخزينها وضخها إلي المرافق األخرى سواء الحكومية أو الخاصة بما في ذلك المنازل النهر وتنقيتها وتطه

ومن هنا نجد أن هذه الخطوات ككميات تعتمد علي الطريقة العامة لمعيشة الفرد وحاجته للمياه ومحاور استخدامه لها

.لمحطات له من الطابع الثابت تقريباولذلك نجد أن التغير اليومي في مستوي استهالك الطاقة لتشغيل هذه ا

النسبة المئوية لمكونات األحمال القياسية: 4 -1جدول رقم

مستشفي مدارس فنادق مترو ورش شارع غاز إرسال صرف كهرباء مياه حالة

1 10 10 10 5 5 10 10 10 10 10 10

2 20 10 20 5 5 10 5 5 5 5 10

3 20 10 20 5 10 10 10 5 10

4 20 10 20 1 0 5 20 5 10

5 20 10 10 1 10 20 0 20

1 20 20 20 1 10 14 15

الكهرباء تغذية محطات - 1

يتزايد اإلقبال علي استخدام الكهرباء مما أعطي الفرصة في انتشار محطات الكهرباء بكافة أنواعها في كافة األرجاء

وهي أيضا تستهلك الطاقة بشكل منظم يكاد يكون ثابتا ولذلك نرى التغير وبذلك ال نجد مكانا يخلو من هذه المحطات

اليومي الستهالك الكهرباء في هذه المحطات وهو ما يضاف إلي قطاع الخدمات وإن كانت تتداخل هذه األحمال بنسبة

.فيما بينها لتوزيع هذه األحمال 4-1شبه ثابتة بين بقية األحمال كما جاءت الحاالت الست في الجدول رقم

محطات الصرف الصحي -2

تمثل أحمال الصرف الصحي أحمال الطاقة الكهربائية الالزمة لشبكة الصرف الصحي وتتضخم هذه األحمال في المدن

الكبرى وتصل إلي ذروة األحمال في العواصم الكبرى المزدحمة بالسكان وتتالشى أو تنخفض بشدة في المناطق النائية

. بالسكان وهي تأخذ أشكاال شبه ثابتة يوميا حيث التغير اليومي بشكله المعتاد والمتوقع غير اآلهلة

محطات اإلرسال اإلعالمي - 3

مع التطور السريع في قطاع اإلعالم تنتشر محطات اإلرسال اإلذاعي والتليفزيوني في كافة األرجاء وتتواجد علي الساحة

.ها عند حساب األحمال في منطقة ما مدينة أم قرية الهندسية مما يجل من الضرورة دخول

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

06

محطات رفع الغاز الطبيعي - 4

مع ظهور الغاز الطبيعي واكتشافه في العديد من المواقع وحيث أنه من الوقود الصديق للبيئة تقبل الدولة علي تحويل

في كثير من المدن ودخلت في االعتبار هذه كافة االستخدامات نحو الغاز وقد بدأت في تنفيذ العديد من شبكا ت الغاز

المحطات الالزمة لرفع ضغط الغاز ونقله وتخزينه والسهر علي وقاية األفراد والمعدات ضد األخطار وهو ما يحتاج إلي

استهالك بعضا من الطاقة الكهربائية وإن كانت قليلة نسبة غلي غيرها من نوعيات االستهالك القياسية داخل قطاع

. ت الخدما

إنارة الشوارع - 5

تعتبر إنارة الطرق العامة داخل المدن والشوارع الرئيسية والفرعية أساسا للرقي والتمدين وهو من الموضوعات التي

. تعتم بها الدولة فأحمالها الكهربائية محددة وتظهر ليال فقط

(الحالة الخامسة)األحمال القياسية المئوية : 5 -1جدول رقم

مستشفي مدارس فنادق شوارع إرسال صرف كهرباء مياه الساعة

12 8 3 2 1 10 8 0.0 2

2 4 3 2 0.5 10 8 0.0 2

4 4 3 2 0.1 10 10 0.0 2

1 20 2 2 0.1 10 0.0 1

8 20 4 10 0.7 10 2.7 11

10 14 1 2 0.7 2 0 11

12 10 1 2 0.8 20 0 11

2 14 1 10 0.0 2 0 11

4 11 5 10 0.0 8 20

1 12 10 2 1 10 10 0.0 20

8 12 10 2 1 10 1 0.0 14

10 10 10 10 1 10 18 0.0 1

مترو األنفاق والسكك الحديدية - 1

ظهرت بالقاهرة الكبرى األنفاق الكبرى تحت األرضية ومترو األنفاق إضافة إلي مترو حلوان الذي يعتمد علي الكهرباء

حمال ما يجب أن يدخل في الحسبان عند القيام بتصميم أو تخطيط ألعمال الكهرباء في هذه المدن مما جعل لها من األ

( .الحالة الخامسة ) 5-1وهذه األحمال تختفي في المدن العادية والقرى كما في الجدول رقم

أحمال فندقية - 7

لمستوي السياحي ورفع كفاءة الخدمات لهذا القطاع تنتهج الدولة أسلوبا فريدا لزيادة الدخل القومي من خالل انتعاش ا

الخالة السادسة عندما تختفي ونرى حيث تظهر بالمناطق السياحية أو المدن الساحلية والعواصم فنجد الفنادق الراقية

.أحمال الفنادق كما في القرى والمدن البعيدة

داخل األحمال اإلداريةالنسبة المئوية لمكونات األحمال القياسية : 1 -1جدول رقم

شبكات معلومات أعمال إدارية أبنية حكومية الحالة

1 50 30 20

2 70 25 5

3 00 5 5

4 80 15 5

5 70 20 10

1 70 10 20

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

07

أحمال مدرسية ومستشفيات - 8

اية أبنائها وال يجب أن تشمل أيضا أحمال الخدمات كال من األحمال الخاصة بالتعليم والعالج وهي ما تقوم به الدولة لرع

ننسي مجهودات الدولة في بناء المدارس والمستشفيات علي أحدث النظم العالمية ونري األحمال الكهربية لكال الفرعين

كما أنه من النتائج السابقة نستطيع الحصول .داخل قطاع الخدمات بالرغم من أنه يتضمن العديد من الخدمات األخرى

( . 0 – 1الشكل رقم ) القياسية للحاالت الست علي إجمالي األحمال

Administrative Loadsاألحمال اإلدارية : خامسا

نظرا لما تم من ميكنة وآلية في العمل اإلداري أصبح هذا النوع من العمل يعتمد إلي حد كبير علي األجهزة الكهربائية مثل

إلي وضع المراجعات واتخاذ القرار والتعامل بين المكاتب من خالل الكمبيوتر والكاتبات العربية واإلنجليزية إضافة

الشبكات المعلوماتية مما أدي إلي االعتماد الكلي أحيانا علي األجهزة واألدوات الكهربائية وبذلك تغير شكل األحمال

.الكهربائية وزادت في تأثيرها ووصلت الي تلك المتغيرات

:ال اإلدارية والتي تأخذ المجاالت التاليةكما نجد التنوع في أشكال األحم

(الحالة الثالثة والرابعة)األحمال القياسية داخل األحمال اإلدارية : 7 -1جدول رقم

الرابعة الثالثة الحالة

إجمالي معلومات أعمال أبنية إجمالي معلومات أعمال أبنية الساعة

12 27 0.5 0.5 28 24 1.5 0.5 21

2 27 0.5 0.5 28 24 1.5 0.5 21

4 27 0.5 0.5 28 24 1.5 0.5 21

1 27 0.5 0.5 38 24 1.5 0.5 21

8 00 5 3.5 08.5 80 15 3.5 08.5

10 00 5 5 100 80 15 5 100

12 00 5 5 100 80 15 5 100

2 00 5 5 100 80 15 5 100

4 18 2 1 21 11 1 1 23

1 18 2 1 21 11 1 1 23

8 27 2 1 30 24 1 1 31

10 27 2 1 30 24 1 1 31

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

08

األبنية الحكومية - 1

تمثل األبنية الحكومية الموقع الهام داخل اإلطار الكهربائي استخداما فمنها األبنية الضخمة مثل مجمع التحرير في

القاهرة أو مواقع األحياء أو المحافظات والمديريات المتنوعة وكلها تأخذ الشكل المحدد بينما تتواجد هذه األحمال

والذي يظهر فيه التواجد المستمر 1-1كان آلخر كما تراها في الحاالت الست الواردة في الجدول بدرجات متفاوتة من م

.لكافة األنواع في كل الحاالت

األعمال اإلدارية - 2

تدخل في االعتبار كل االستخدامات الكهربائية ألداء العمل المنوط وهو ما نعتبره جوهريا في العمل ويشمل تلك األحمال

ترتفع هذه القراءات مع التطور القادم في العالم وقد

شبكات المعلومات - 3

ظهرت شبكات ا لمعلومات وما يشملها من نظام البريد اإللكتروني واإلنترنت وما قد يظهر منها مستقبال كأحدث وأفضل

.وذلك ساعد علي زيادة األحمال الكهربية باستخدام شبكات المعلومات

.للحالتين الثالثة والرابعة 7-1ار األسلوب فنصل إلي القراءات الواردة بالجدول مما سبق وبتكر

وجدير بالذكر أننا سوف نتطرق لحساب الطاقة من قراءات األحمال للقدرة وهي ما تعني المساحة تحت منحني األحمال

:تكون الطاقة هي حيثوحتى تكون الدقة في الحسابات واضحة الرؤية

(1-1) فترة القراءة ×القدرة عند كل قراءة = ة الطاقة الكلي

في الحالة الثالثة تتحول المنحنيات بين القراءات إلي خطوط مستقيمة مما يجعلها شبه منحرف الشكل والذي يتم في

قراءة ويمكن حسابه بدقة بالمعادلة 24فترات زمنية ساعة كاملة فتكون

Energy = { ( Pi + P(i+1) ) / 2 } x 1 H , i =1,24 (1-2)

Technical parametersالمعامالت الفنية : 1-2

مما سبق يبين لنا أنه من الضروري اإللمام بمنحنيات األحمال وفهمها جوهريا لوضع التوقعات السليمة المستقبلية التي

يذكر عن الواقع كما أنه ال بد من وضع التنسيق الهندسي عند التخطيط علي أن يكون متواكبا سوف تظهر دون إنحراف

مع كال من التخطيط قصير و طويل المدى وهو ما يضع أمامنا أسلوب التجزئة بين األجزاء المختلفة داخل المدينة ولذلك

:ألسباب التالية متساوية في القدرة المستهلكة لالمدينة إلي مناطق يجب أن يتم تقسيم

وضع محوالت توزيع بذات القدرة لكل منطقة مما يقلل من التكلفة الكلية إلنشاء المدينة وكذلك تعطي الفرصة لوضع - 1

.محول احتياطي يكفي أي موقع دون الدخول في التعدد من هذه المحوالت اإلحتياطية

.بالمدينة استخدام تصميم واحد لكل مواقع محطات التوزيع الداخلي - 2

(سعة ومداخل ومخارج )توحيد لوحات التوزيع بمواصفة واحدة - 3

.توحيدالقواطع الكهربية المستخدمة علي مستوى المدينة - 4

ولهذا يجب أن تكون القدرة لكل قطاع متساوية بصرف النظر عن شكل المنحنى الخاص باألحمال ولكنه ال بد وأن يتواكب

.كل المناطق بال إستثناء مع أقصى منحني أحمال ل

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

09

الكميات الكهربية الالزمة للمستهلك أو هي في الحقيقة تلك الكميات التي يحصل عليها المستهلك من الشبكة هياألحمال

الكهربية وهي الطاقة التي يحتاجها الفرد وتتجمع هذه األحمال معا في صورة مباشرة والتي ترسم دائما في شكل منحني

وهي بذلك تظهر عاليههذه األحمال يمكن ردها في حقيقة األمر إلي تلك األجمال القياسية التي وردت متغير الطابع و

المنطق العكسي للمفهوم والذي يوضح العالقة بين منحني األحمال وتلك األحمال القياسية التي سبق التعامل معها

حمال القياسية بشكل عام وحتى نصل إلي المفهوم وهذا هو ما يتطلب منا المزيد من الدراسة والتوضيح لمعني األ

التصميمي والتخطيطي ألهمية األحمال الكهربائية وهو ما نود وضعه في صورة مرجعية غير مسبوقة وباللغة العربية

لية الكلمصلحة المهندس المصري والعربي بهذا نفصل في الفقرات التالية النقاط الرئيسية لبحث المفهوم العام لألحمال

% 100علي القيمة القصوى للحمل من المنحنيات الكلية للحاالت المعطاة عاليه نستطيع التعرفو .الكهربائية والفعلية

وهو من ( 10—1الشكل رقم ) وهي التي تحدث في الساعة الثالثة صباحا 48.12بينما نري القيمة الدنيا أصبحت

وهنا في تمام الساعة الثالثة عصرا نتيجة التزايد الكبير في الحمل األمور المعتادة حيث يكون الحمل األقصى مساءا

الصناعي داخل بقية األحمال القياسية كما نوهنا إليه من قبل لكون األحمال الصناعية هي الطاغية النخفاض تواجد

. األحمال األخرى

فقط بينما ترتفع األحمال الزراعية إلي % 20عندما تختفي األحمال اإلدارية وتنخفض األحمال الصناعية وتصل إلي

وهي نسبة مرتفعة ولكنها تمثل مناطق استصالح األراضي الكبرى والمجتمعات الخاصة بها ولذلك نجد هذا % 50

الشكل مختلفا عن السالفة فهنا تصل الذروة في الساعة التاسعة مساءا وهو من األمور العادية تماما وتظهر القيمة الدنيا

. في الساعة الثالثة صباحا وهو أيضا معتادا % 24.17حمل وهي لل

تختفي األحمال الزراعية وتتفاقم األحمال التجارية مثل المناطق الحرة والمدن التجارية الحرة كمدينة بور سعيد وعندما

والقيمة األدنى وهي من إجمالي األحمال فنجد الذروة في الساعة الثامنة ليال وهو معتاد % 50وتصل نسبتها إلي

40غير أن الشكل األخير يزيد من األحمال المنزلية بنسبة . تحدث في الساعة الثانية صباحا وهو معتادا أيضا 54.82

في هذه .بينما تتوزع بقية األحمال وهو ما يعبر عن المناطق المزدحمة بالسكان والتي غالبا ما تكون األحياء الشعبية%

14.71حياء الشعبية نجد األحمال قد وصلت الذروة في تمام الساعة الثامنة ليال بينما أدني قيمة وهي الحالة الممثلة لأل

وهو أمرا طبيعيا ويتماشى مع الواقع فعال وهذا يثبت بأن هذه األحمال المقترحة ( فجرا ) تأتي في الرابعة صباحا %

.يط والتصميم وتؤدي إلي نتائج سليمة نستطيع األخذ بها تعبر عن الواقع ويمكن االعتماد الكامل عليها عند التخط

التوصل إلي األشكال السابقة لمنحني األحمال يكون ضروريا التعرف علي أسس ومعايير المقارنة بينهم للمفاضلة

ية واختيار األفضل عند التصميم أو التخطيط كما سبق اإلشارة ومن هنا بدأت األهمية لما نضعه من معامالت جوهر

لقياس المزايا والعيوب في منحني األحمال ومن أجل تحديد الخصائص الفنية الكاملة عن هذه المنحنيات وهو ما نبسط

.له الصفحات التالية

Load Factorمعامل التحميل : أوال

:يعبر هذا المعامل عن نسبة التحميل ولهذا يجب البدء من التعريف األصلي للتحميل في

وهو يساوي القيمة القصوى للحمل علي منحني األحمال وبذلك تصبح قيمته : peak loadألقصى الحمل ا -1

في المنحنيات السابقة محل الدراسة بينما نجدها ال تحدث بصفة مستمرة طوال الوقت بل في فترة % 100

.قصيرة وتتباين هذه القيمة من مكان آلخر وبين األشكال األربعة الكلية

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

21

تمثل هذه الطاقة المساحة الكلية تحت منحني الحمل رياضيا وتعبر عن : total energyكلية الطاقة ال -2

إجمالي الطاقة المطلوبة علي مدار األربعة وعشرين ساعة

يساوي القيمة المكافئة للحمل إذا ما استمر ثابتا في القيمة علي مدار : average loadالحمل المتوسط -3

:ياضيا بالمعادلة اليوم ويعبر عنه ر

(3-1) 24/ المساحة الكلية تحت منحني األحمال اليومية = القيمة المتوسطة

حيث تعبر ساعات اليوم الواحد علي عدالة التوزيع للحمل وهو ما تم حسابه من قبل في الجداول التي تخص الحاالت

حيث كان يتم الجمع الحسابي لألحمال المتتالية بفرض أنها تشكل الستة في الفصل األول واألشكال األربعة في الحالي

مستطيال لكل ساعة بينما في الواقع تأخذ شكل الشبه منحرف وإذا تم تجميع كل أشباه المنحرف لتوصلنا لنفس النتيجة

.بدقة كاملة

في الحسبان بل ويجب أن تندرج وهي قيمة جديدة يجب أن تدخل وبقوة oscillation differenceفرق التذبذب -4

تحت مسمي المعامالت الفنية ألنها ال تقل أهمية عن غيرها وهي قيمة التذبذب في التحميل أو فرق التذبذب وهو ما يتبع

الصيغة

(4-1) أدني حمل –القيمة القصوى = فرق التذبذب

طورة علي التشغيل لبدء وحدات التوليد ومن ثم إيقافها أو وضعها علي أهبة االستعداد وهي من فهي ثمل معامل الخ

األعمال الخطيرة من الناحية الفنية لتشغيل المحطات ويقع العبء األكبر علي هذه المحطات كلما كان الفرق كبيرا ويعتمد

اعتمادا علي هذه .رق كلما أصبح العمل مريحا العمل في مراكز التحكم الرئيسية علي هذا الفارق وكلما قل الفا

:التعاريف الهامة نستطيع وضع التعبير الرياضي لمعامل التحميل بالصورة

(5-1) القيمة القصوى / القيمة المتوسطة للحمل = معامل التحميل

الصرب بالقيمة الزمنية كما يمكننا تحويل هذه المعادلة إلي صورة عامة أخري إذا تم

:لمنحني األحمال في كال من البسط والمقام فتصبح

(1-1)( الفترة الزمنية × القيمة القصوى / )الزمن ×القيمة المتوسطة = معامل التحميل

حيث تم تضمين الجدول القيمة المحسوبة 8 – 1الجدول لحاالت حملية كما وردت عاليه ولذلك نجد هذه القراءات

وهو االستنتاج الواضح ( أقل من الواحد الصحيح)لمعامالت التحميل األربعة وهي التي البد وأن تقل عن القيمة الوحدة

.من المعادالت الرياضية المختلفة المحددة لقيمته

اختيار الحاالت السابقة لنوعية األحمال القياسية : 8 - 1جدول رقم

ابعالر الثالث الثاني األول الشكل

الطاقة اإلجمالية

القيمة القصوى

زمن الذروة

القيمة المتوسطة

القيمة األدنى

زمن أدنى حمل

فرق التذبذب

معامل التحميل

1825.14

100

عصرا 3

71.01

48.12

صباحا 3

51.88

71.01

1701.31

100

صباحا 0

71.1

24.17

صباحا 3

75.83

71.1

1315.71

100

ليال 8

54.82

14.05

احاصب 2

75.05

54.82

1554.42

100

ليال 8

14.71

41.71

صباحا 4

58.20

14.71

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

20

حيث يظهر لنا الفارق بين الحاالت المختلفة حيث عاليه جدير بنا أن نجدول قيمة معامل التحميل للحاالت الستة الواردة

100وسطة نسبة إلي الحمل األقصى جاءت قسمة الطاقة اإلجمالية علي المدة الزمنية بعدد الساعات فتعطي القيمة المت

. ( 0 – 1جدول رقم ) %

معامل التحميل لألحمال النوعية للحاالت الستة القياسية السابقة: 0-1جدول رقم

الحالة الحمل

األولي

الحالة

الثانية

الحالة

الثالثة

السادسة الخامسة الرابعة

0.7281 0.7833 0.8004 0.7411 0.742 0.5807 صناعية

0.5005 0.4083 0.5570 0.5454 0.541 0.5233 زراعية

0.3825 0.4005 0.3745 0.312 0.4133 0.415 تجارية

0.5787 0.5117 0.5302 0.1182 0.511 0.534 منزلية

0.7275 0.7502 0.7125 0.1801 0.1011 0.1875 خدمات

0.4741 0.4770 0.4852 0.4843 0.481 0.4758 إدارية

بين لنا أهميته وضرورة االعتماد علية كمعامل 10-1فرق التذبذب في الجدول نري كما

.جوهري فرق التذبذب لألحمال القياسية النوعية للحاالت الستة السابقة: 10-1جدول رقم

الحالة الحمل

األولي

الحالة

الثانية

الحالة

الثالثة

السادسة الخامسة الرابعة

52.1 44.8 30.8 48 41 41.7 صناعية

84 81 81 81 88 88 زراعية

03 01 04 05 87 01 تجارية

70.5 80 82 73.5 77.1 74 منزلية

13 55.0 11.1 14.4 17.1 11.8 خدمات

78 71 77 70 71 80 إدارية

مال التجارية في األح 100نسبة إلي الذروة 05هذه األرقام تعني الكثير حيث يظهر التذبذب األوسع والذي يضل إلي

( 80 – 77) ثم اإلدارية ( 88 – 84) والتي تأخذ بشكل عام اكبر تذبذب بين بقية األحمال يليها األحمال الزراعية

( . تقريبا 52 – 41) تذبذب مع األحمال الصناعية والذي يتأرجح حول النصف ( أقل)فاألحمال المنزلية وحتى أفضل

كان التشغيل مستمرا لفترات أطول لوحدات التوليد مما يعطي االطمئنان للعاملين والقائمين وكلما قلت قيمة التذبذب كلما

.علي اإلشراف في مراكز التحكم ومحطات التوليد

Use Factorمعامل االستغالل : ثانيا

: يعبر هذا عن الطاقة المهدرة من تلك المتاحة بالشبكة ولذلك يتم وضعه في الصيغة

(7-1) الطاقة المتاحة / الطاقة المستخدمة فعال = ستغالل معامل اال

وذلك يوضح لنا أهمية أن تزيد قيمته ويكون وهو شكال آخر من معامل التحميل ويعبر البسط عن شكل مستطيل بطول

الطاقة المستهلكة فعال بينما قيمته القيمة المتوسطة وهي مساحة مستطيل تساوي( ارتفاع ) الفترة الزمنية وعرض

installed capacityالحمل المركب ( االرتفاع ) المقام يمثل مستطيال بطول نفس الفترة الزمنية للمنحني وعرض

معبرا عن مساحة مستطيل قيمتها الطاقة الكلية المتاحة أي يتم قسمة مساحة مستطيلين كما أنه يجوز التعبير عن

:النحو التالي نفس المعامل علي

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

22

معامل االستغالل لألحمال القياسية النوعية للحاالت الستة السابقة: 11-1جدول رقم

الحالة الحمل

األولي

الحالة

الثانية

الحالة

الثالثة

السادسة الخامسة الرابعة

0.1017 0.1527 0.117 0.3071 0.1183 0.4014 صناعية

0.4245 0.4152 0.4140 0.4545 0.4508 0.431 زراعية

0.3187 0.3412 0.312 0.3011 0.3444 0.3458 تجارية

0.4822 0.4305 0.4418 0.5518 0.4711 0.445 منزلية

0.1012 0.1321 0.5037 0.5741 0.5750 0.5720 خدمات

0.305 0.3082 0.4043 0.4035 0.405 0.3015 إدارية

(8-1) الطاقة المتاحة الكلية / مل المساحة تحت منحى الح= معامل االستغالل

وهو أقصي يمكن لمحطات التوليد أن تبثه إلي installed capacityهكذا نجد لزاما علينا تعريف الحمل المركب

من الحمل % 120في حدود الشبكة الكهربية والطاقة المركبة هي عادة أكبر من الحمل األقصى وغاليا ما تكون

وهكذا يجلو لنا الفارق بين % 120األقصى ولهذا سوف نفترض في هذا الكتاب أن قيمة الحمل المتاح المركب بقيمة

في الصورة 8-1الحمل األقصى وذلك المركب ويمكن أن نضع المعادلة رقم

(0-1) النسبة بين الحمل المركب واألقصى/ معامل التحميل= معامل االستغالل

. 11-1واآلن نقدم معامل االستغالل للحاالت الستة السابقة في الجدول رقم

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

23

-1إضافة إلي ما سيق نجدول قيمة معامل االستغالل الخاص باألشكال األربعة الكلية للحمل كما وردت في الجدول رقم

.ربعة لنري الفارق بين المعاملين التحميل واالستغالل لألشكال األ 12

معامل التحميل ومعامل االستغالل لألحمال القياسية الكلية السابقة: 12-1جدول رقم

الرابع الثالث الثاني األول الشكل

0.5301 0.4518 0.5025 0.1338 معامل االستغالل

كما يمكننا أن نعبر عن معامل االستغالل حسابيا بالمعادلة

(10-1) القيمة المركبة / متوسطة القيمة ال= معامل االستغالل

وهو ما نستطيع مالحظته من الجداول األخيرة حيث أنه يعتمد علي النسبة بين القيمة المركبة والتي تعتمد علي المحطة

عن ما هو متاح أم ذاتها دون النظر إلي منحني الحمل وبين الحمل األقصى وهو ما يظهر من منحني الحمل بغض النظر

ومن ذلك نري أن معامل االستغالل يشير إلي مدى استغالل الطاقة المتاحة لدينا أو نسبة ما نستغله من كل . ال في الشبكة

.ما يمكننا الحصول عليه

Power Factorمعامل القدرة : ثالثا

تشغيل الشبكة الكهربائية لرفع االعتمادية تعتبر عملية تشغيل المولدات من أهم الموضوعات الرئيسية المؤثرة في

فيها مما يضع كل المعامالت المتعلقة بتشغيل المولدات علي قمة األساسيات التي تحدد الشكل الهندسي لمستوي أداء

الشبكات الكهربائية عموما ولما كانت إجراءات تشغيل المولدات وتوصيلها إلي الشبكة أو فصلها عنها تعتمد علي

ألحمال العاملة فيها في تلك اللحظة مما يجعل أسلوب توزيع األحمال في مقدمة هذه المؤثرات والتي تحتاج إلي مستوي ا

أن النظرة إلي دراسة سريان األحمال تحتاج إلي إضافة توزيع . المزيد من التحليل والبحث وصوال إلي التشغيل األمثل

ة البحثية من أجل الوصول إلي التشغيل االقتصادي األمثل للشبكة األحمال من خالل وضع منحنيات األحمال داخل العملي

.الكهربائية خصوصا في شبكات التوزيع

ال يتوقف التشغيل االقتصادي للشبكة الكهربائية علي مكوناتها فحسب تبعا للعمليات الحسابية المحددة لهذا الغرض

ات والمساعدات الالزمة ألداء هذا التشغيل علي الوجه األمثل وباألسلوب المعتاد بل يشمل تكلفة كل المعوقات أو الملحق

فإذا تحدد تشغيل وحدة معينة بعينها في فترة ما فال بد من أن تكون جاهزة للتشغيل في ذلك الوقت أو عند االحتياج لها

المحطات البخارية وهو وهذا التجهيز يمر بالعديد من المراحل المتتابعة خصوصا بالنسبة للمحطات الحرارية وبالتحديد

األمر الذي يحتاج إلي الوقت والمجهود والمال مما يرفع التكلفة الكلية لتشغيل الوحدة بدرجة غير مدرجة في المعادالت

علي الجانب اآلخر نجد المحوالت . الرياضية المستخدمة وفي حزم البرامج الحاسوبية المتعلقة بهذا الموضوع

الخاصة بها وهو ما يمكن Isolatorsوالسكاكين CBا تنتظر التوصيل من خالل المفاتيح الكهربائية قابعة في أماكنه

أن يتم فوريا تقريبا وبالمثل خاليا الخطوط والمغذيات ولهذا تختلف طريقة دراسة تطوير وتحسين أداء الشبكات

:ء الثالثة اآلتية الكهربائية باختالف الغرض من الدراسة والجزء من المنظومة التي تشمل األجزا

التي تعمل مع األحمال المطلوبة سواء كانت تلك الدائمدة مدن الشدبكات الرئيسدية للتوليدد أو Alternatorsالمولدات -1

. Power Sourcesتلك الطارئة التي تعمل في ذات الموقع الذي به األحمال وكذلك مصادر التغذية األخرى

وأجهزة الخدمة الملحقة بها Transmission & Distributionشبكات النقل والتوزيع -2

األحمال المختلفة الرابضة علي أطراف الشبكة حيث تستلم الشبكة تلك الطاقة من مصادر توليدها و تسلمها لألحمال -3

ك وقضبان استهال ( المولدات)عند نقاط تواجدها وعلي ذلك فإن شبكة التوزيع تتأثر بكل من مصادر توليد القدرة

( .األحمال)الطاقة

المطلوبة منها التي تناظر قدرة Reactive Powerففي حالة المولدات يكون الهدف هو خفض كمية القدرة الردية

خفض كمية القدرة الردية التي تطلبها تلك فعالة معينة أما في حالة األحمال ومنها المحركات فأن الهدف يصبح

المواقع المختلفة ي ارتفاع معامل القدرة سواء عند المولدات أو األحمال أو فيالمحركات من مصدر التغذية ولذلك يؤد

. أدائها منعكسا علي ثالث نقاط جوهرية نسطرها في البنود التالية إلى تحسين بالشبكة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

24

خصوصا عند بالمدينة علي القضبان المختلفة بالشبكة voltage regulationمن الهام تنظيم الجهد

مصادر القدرة الردية في خطوط النقل لتنظيم الجهد بصفة أساسية والتي ترفع الجهد ستهالك حيث يستعان بأحمال اال

لهبوط الجهد الذي يعتمد بدورة علي مقدار التيار أما في شبكات التوزيع الصناعية أو المدارس الصناعية والتي بها

ط ال يمكن تبريره اقتصاديا حيث توجد طرق أخرى اقل العديد من الورش فان استخدام المكثفات بهدف رفع الجهد فق

تكلفة واسهل استعماال ألن المكثفات في الشبكات بهدف تحسين معامل القدرة يضيف ميزة إضافية هي تحسين تنظيم

لي جهد تلك المنظومات ويرتبط كل من معامل القدرة والتيار وتنظيم الجهد معا بحيث أن التغير في أي واحد منهم يؤثر ع

.اآلخرين

ويحدث تنظيم I 0المصاحب لتيار الحمل Eبأنة التغير النسبي في جهد مصدر التغذية % Rيعرف تنظيم الجهد

.الحاملة للتيار من مصدر التغذية إلى نقطة الحمل impedance (Z ) الجهد بسبب الهبوط في الجهد خالل المعوقة

R%={(E-V)/V}100 , E=V+I Z =V+I (R + j X) (1-11)

Loss Reductionخفض الفاقد في الشبكة - 4

خفض التيار وبالتالي الفاقد الذي يتناسب مع مربع قيمة التيار ومن ثم ببتقليل lossesالفاقد يمكن التوصل إلي خفض

رة الفعالة ال تتغير كما هو الحال عادة فإن معامل القدرة الردية المارة في الشبكة يقل تيار الشبكة وإذا اعتبرنا أن القد

الردية وعندما تصبح القدرة الردية مساوية للصفر يصبح معامل القدرة بانخفاض قيمة القدرة ( يرتفع ) القدرة يتحسن

يعرف معامل القدرة بالنسبة المستعملة من الطاقة الموجودة فعال التي تنتج عن ظاهرة و % 100مساويا للوحدة

التفاوت بين زاويتي الجهد والتيار مما ينشأ عنه ثالث كميات من القدرة كال في اتجاه مخالف لآلخرين كما تختلف

مثلث القدرة في الدوائر الكهربية و. الطاقة الموجودة عن تلك سابقة الذكر عالية والتي تعرف باسم المتاحة أو المركبة

وهي المؤثرة بدرجة كبيرة في كمية القدرة لجهد والمسماة بالزاوية يعتمد علي الزاوية بين كال من التيار وا

المستغلة والمنتفع بها من كامل القدرة المهدرة وكلما تساوت هاتين القدرتين كلما كانت الزاوية هذه مساوية للصفر وهو

تعني المميزات بينما علي النقيض ما يجعلنا أن نميز هذه الزاوية الصفرية عن غيرها ويتم ذلك بأن جعلنا الزاوية صفرا

درجة تالشت القدرة الفعلية وأهدرت القدرة بالكامل ولذلك تك وضع معامل القدرة مساويا جتا الزاوية 09إذا كانت

المشار اليها ألن هذه النوعية من الدوال التي تحقق هذا المعني المراد وهو أيضا ما يظهر من خالل المعادالت

.ة انواع التحليالت الرياضية والهندسية ولذلك نعبر عن معامل القدرة بالصيغة الحسابية المستنتجة في كاف

(1-12) ( cos ) جتا الزاوية بين الجهد والتيار = معامل القدرة

لظاهرية والممانعة ا resistanceوأضالعه هي المقاومة impedance triangleفي مثلث المعوقة

reactance ووتره المعوقةimpedance ومن أسس المتجهاتvectors يمكننا ضرب كل هذه المتجهات الثالث

voltageمثلث الجهد المار بهذه المعوقة فنحصل آليا علي current vectorفي متجه واحد وهو متجه التيار

triangle فتصبح الجهدvoltage د علي المقاومة ضلعان بينما الجهد علي المعوقة يظل وترا علي الممانعة والجه

في نفس التيار فنحصل voltage triangleوبذلك يسمي بمثلث الجهد وبالضرب مرة أخري أضالع مثلث الجهد

والقدرة الظاهرية active powerوأطرافه تصبح القدرة الفعالة power triangleعلي مثلث القدرة

reactive power والقدرة الكليةtotal power . ومن المنطق الفيزيقي لمعني معامل القدرة يمكننا صياغته

بشكل آخر مثل

=القدرة الكلية الممكنة / القدرة الحقيقية الفعالة المستهلكة فعال = معامل القدرة

=جهد معوقتها / الجهد علي المقاومة المستهلة للطاقة =

(13-1)معوقة الجهاز / مقاومة الجهاز =

ألنه يعتمد علي مكونات الشبكة ولهذا يمكننا تعديل قيمته ( (.p. fلذلك يهمنا من الدرجة األولي تحسين معامل القدرة

وفي جميع األحوال laggingأو اآلخر المتأخر leadingوالتحكم في نوعيته فمنه ما يسمي معامل القدرة السابق

فانه يؤثر بشكل مباشر في فقد الطاقة المطلوبة والمتاحة غير أن قيمته تعتمد علي نوعية المعوقة وهو ما يعني نوعية

ص بعض القيم التقريبية لمعامل القدرة الخا 13-1الحمل وهنا عندما نتحدث عن األحمال القياسية ويجدول الجدول رقم

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

25

وهو ما يدعونا إلي مزيد من الدراسة للوصول 0.4ببعض نوعيات األحمال القياسية ونجدها تتأرجح بين الوحدة و

.إلي أفضل معامل قدرة من خالل التعامل مع منحنيات األحمال

بيان بمعامالت القدرة التقريبية لبعض األحمال القياسية: 13-1جدول رقم

( (.p. f نوعية الحمل ( (.p. f الحمل ( (.p. f نوعية الحمل

مصابيح تنجستن

مصابيح فلورية

مصابيح فلورسنت

مصابيح فلورسنت

محسنة

أجهزة طهي

محركات سريعة

1

0,1

0.4

0.8

0.05

0.8

محركات

غساالت

ثالجات

تهوية

تكييف

سخانات

0.7

0.75-0.8

0.1-0.8

0.8

0.7-0.8

0.0-1

كيميائي

زراعي

تجاري

إليكترونية

صناعة ثقيلة

دفايات

0.05

0.7

0.8

0.0

0.1-0.8

0.05

من هنا نستطيع التوصل إلي أفضل معامل قدرة بجمع األحمال التي تعطي أفضل معامل قدرة لألحمال الكلية وهو ما سوف

.نتعرض له الحقا في الفصول القادمة

Loss Factorمعامل الفقد : رابعا

لمرآة الناقدة لمعامل التحميل حيث يلقي النظرة علي الضائع من الطاقة بالرغم من إمكانية استخدامها يعتبر معامل الفقد ا

ويحاول توضيح ماهية الطاقة الضائعة وبالتالي يذكرنا باستمرار بأوجه القصور من ناحية االستغالل أي يكون ضوءا

ب الهندسي الحديث حتى نصل إلي الوسائل المثلي مشعا علي معامل االستغالل ولذلك يجب االعتماد عليه في األسلو

الالزمة للتصميم ولوضع التخطيط المستقبلي في أبهى صورة ويمكننا التعبير عنه بالمعادلة الرياضية التالية

(14-1)المساحة الكلية للمستطيل كله / المساحة فوق منحني الحمل = معامل الفقد

بأنه ال بد وأن نتبع معادلة العالقة بين معاملي التحميل والفقد وهي وهذا يوضح لنا معلومة أخري

(15-1) 1= معامل التحميل + معامل الفقد

ما أن يتساوى مع وهو ما يعني أن كال من معاملي التحميل والفقد مساويا لعدد أقل من الواحد الصحيح وال يمكن ألحده

.الصفر

Reserve Factorمعامل االحتياطي : خامسا

نحتاج إلي معامل االحتياطي كي يذكرنا بما لدينا من مخزون ممكن توليده عند الحاجة إليه وفي الحقيقة يتواجد هذا

ك تكون هذه اللحظة هي المخزون بكثرة طوال اليوم ولكنه يقل تدريجيا كلما اقتربنا من القيمة القصوى للحمل ولذل

.الحرجة والتي يتم تقييم معامل االحتياطي عندها

(11-1) الحمل األقصى / السعة الكلية = معامل االحتياطي

ومن معناها نعلم اإلمكانية االحتياطية لدي الشبكة لتغطية حاالت الطوارئ وخصوا وقت الذروة

Diversity Factorمعامل التشتت : سادسا

يهم المهندسين أن تقل القيمة القصوى للحمل وهو ما نتطلع إلي تحقيقه باستمرار ونجد أن معامل التشتت ما يعطي لنا

الفرصة لتحقيق هذا خصوصا وانه يتعلق بتجميع األحمال الفرعية داخل األحمال الكلية حيث يأخذ الصورة الرياضية

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

26

(17-1) الحمل األقصى الكلي / مجموع القيم القصوى لألحمال الفرعية = لتشتتمعامل ا

لقيمة معامل التشتت في الحاالت الستة السابقة نسبة ( 14-1الجدول رقم )بذلك البد وأن يكون أكبر من الواحد الصحيح

القصوى لألحمال القياسية الفرعية إلي مكونات األحمال القياسية حيث نري القيمة األكبر للتشتت الجيد بين القيم

بالرغم من ان القراءات في الجدول تشير إلي العديد من المعامالت المساوية للواحد الصحيح وهو ما يعني أن جميع

القيم القصوى لألحمال الداخلة في التجميع في وقت واحد دون زحزحة زمنية أما القيم األكبر فيكون التزحزح من ناحية

ونات من الجهة األخرى والتي تؤثر بشكل مباشر في قرب القيمة القصوى لهذه األحمالونسبة المك

معامل التشتت لألحمال القياسية النوعية للحاالت الستة السابقة: 14-1جدول رقم

السادسة الخامسة الرابعة الحالة الثالثة الحالة الثانية الحالة األولي الحمل

1.02 1.04 1.02 1.01 1 1.01 صناعية

1 1 1 1 1 1 زراعية

1 1 1 1 1 1 تجارية

1.28 1.25 1 1.47 1.12 1 منزلية

1.37 1.45 1.20 1.27 1.24 1.28 خدمات

1 1 1 1 1 1 إدارية

ومن هذه األرقام نجد الواحد الصحيح في األحمال الصناعية أحيانا والزراعية والتجارية دائما الشتراكهم في القيمة

في ذات الوقت بينما تظهر أكبر معامالت عند األحمال المنزلية والخدمات لتنوع الطلب عليها ولذلك نضع القصوى

لتنوع األحمال المختلفة طبقا 15-1معامل االستغالل لألشكال األربعة الخاصة باألحمال الكلية القياسية في الجدول رقم

.لما سبق شرحه

حمال القياسية الكلية لألشكال األربعةمعامل التشتت لأل: 15-1جدول رقم

الرابع الثالث الثاني األول الشكل

1.21 1.12 1.10 1.1781 معامل التشتت

Load Timeزمن التحميل : سابعا

يهمنا هنا فترة التحميل للحمل عند الحدود سواء كانت القصوى أو الدنيا ولذلك يجب تحديد معامالت زمن التحميل في

:ما يلي الحالتين ك

Peak Durationفترة الذروة -1

هو ما تكون فيه كل المولدات والمحوالت عند القيمة القصوى للتحميل وقد يكون منهم ما هو فوق المقنن بالمعدالت

المسموح بها وترتفع درجة االستعداد في مراكز التحكم الرئيسية واإلقليمية وتعلن حاالت الطوارئ من الناحية الفنية

كون البدائل جاهزة عند الضرورة كما أن هذه الذروة وبقية األحمال تعتمد علي الشكل الزمني للحمل والذي نضعه علي لت

. load duration curveشكل يسمي منحني الحمل الزمني

Rate of a Unit Loadingمعدل تحميل وحدات التوليد -2

أس القائمة حيث أن كل المعدالت السابقة تمثل األساس للتعرف علي يأتي دور تحميل الوحدات في محطات التوليد علي ر

معدل تحميل المولدات وخصوصا في الحاالت الطارئة وهو ما نبحث عنه من أجل استقرار التشغيل للشبكة ككل وللمولد

: يل رياضيا بالمعادلة كما يمكننا التعبير عن معدل التحم.بصفة خاصة حيث أنه أول المكونات التي تتأثر بالحاالت الطارئة

مساحة المستطيل الكامل ( / A)مساحة الحمل الفعلية = معدل التحميل

(1-18) (( a) الجزء الضائع + المساحة الفعلية (/ ) A)مساحة الحمل الفعلية =

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

27

Outdoor Stations بيانات محطات المحوالت خارج المدن أو داخلها تبعا للجهد : 11 – 1الجدول رقم

Parameters, (cm)

توزيع الطاقة الكهربية : 1-3

يتمتع التوزيع الكهربي في المدن بالمرونة حيث تتباين المعامالت الخاصة بالمحطات التي تقوم علي تغذية المدن كما

لي الجانب اآلخر تلك والمجدول للبيانات الخاصة بمحطات المحوالت بالهواء الطلق وع 11 – 1يبين من الجدول رقم

: وهو ما يمكن وصفه علي عدة محاور هي 17 – 1مثل ما ورد في الجدول رقم ( داخل المباني ) المحطات الداخلية

رق التصميمط: أوال

:عند توزيع الطاقة الكهربية في مدينة ما يمكننا اتباع طريقتين هما

مة مجددة من الطاقة لكل مساحة ويتم الحساب هنا بسهولة ولكنه حساب القدرة لوحدة المساحة وفيها يتم وضع قي -1

سوف يكون بعيدا عن الواقع وبهذا يتم التوصل إلي القيمة النهائية للمدينة كقدرة وبسهولة غير أنه من الممكن أن

ك التجارية وهكذا تكون القدرة لوحدة المساحة متباينة بين المناظق الصناعية عن تلك المنزلية أو بين الزاعية عن تل

.ولكنه في هذه الحالة يمكن اعطاء معامل التصميم بحيث يكون التوزيع متماثال

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

28

حساب األحمال الكهربية للمناطق المختلفة واستكمال التصميم تبعا للتخطيط الكهربي حيث نحصل علي أقصى منحنى -2

وتوزيع المحطات علي كافة المناطق بالتساوي ومن ثم حمل لكل منطقة وبالتالي يتم اختيار األقصى فيهم لبدء التصميم

بقدر اإلمكان تقليال لللفقد في ( 11 – 1ألشكل رقم ) يتم وضع محطات التوزيع للجهد المنخفض في مركز األحمال

) يلي هذا توزيع هذه المحطات بالنظام المحوري علي مستوى فروع . ساعة يوميا 24الطاقة التي عادة تستمر لمدة

ويوضع أما نقاط فصل أو تفريع كهربي للكابالت ولذلك سوف نتطرق في الفصل القادم إلي هذه ( 12 – 1شكل رقم ال

. الكبالت من حيث التركيب واألنواع المستخدمة داخل المدن

ينة وكلها من نصل اآلن إلي التوزيع النهائي للقدرة الكهربية في الشوارع أو إلي المصانع أو إلي مواقع الخدمات في المد

ف كما يلزم أن يتم التوزيع 220/ 380خالل المعذيات بكبالت تحت أرضية إما ثالثية الطور أو أحادية علي الجهدين

من حيث المبدأ في الكبالت أحادية الطور علي المناطق بقدر اإلمكان بالتساوي علي األوجه المختلفة من أجل الحصول

بهذا المبدأ نجد أن الكبالت الكهربية من أول األدوات الالزمة . ار وهو النظام المثالي علي أحمال متزنة علي الثالث أطو

.للتعامل مع التوزيع الكهربي في المدن ولهذا سوف يتطرق الفصل التالي لهذه النوعيات من الكبالت

( داخل المباني ) ن الظراز الداخلي بيانات محطات المحوالت خارج المدن أو داخلها تبعا للجهد م: 17 – 1الجدول رقم

Indoor Stations Parameters, (cm)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

29

نظم توزيع القدرة الكهربية: ثانيا

مصدر القوى الكهربية يأتي من مجطات التوليد حيث يتم نقلها برفع الجهد من خالل محطات محوالت لتصل هذه القدرات

يث نجد أن الظم المتبعة في التخطيط الكهربي لشبكات المدن تعتمد علي إلي مشارف المدن لتغذيتها بالطاقة الكهربية ح

:الكثير من البيانات واجتماالت األحمال كما سبق شرحها وتبعا لجهة التغذية وهو ما نضعه في النقاط التالية

Single side supply networkنظم التغذية وحيدة المصدر - 1

لمدن صغيرا كانت أو قرى وهي تعني أن مصدر التغذية يأتي من ناحية واحدة من المدين تلك هي النظم التي تتواكب مع ا

وهو ما يمكن اتباعه في المدن الصغيرة مثل المراكز والقري 12 – 1والشكل رقم 11 – 1كما هو مبين في الشكل رقم

ية أطراف األحمال سواء كانت ويكون األسلوب المحوري هو الوسيلة المناسبة إلستكمال التوزيع الفرعي حتي نها

وجدير بالذكر أن هذا النظام معيب بنسبة االعتمادية المنخفضة مما يجعله غير مالئم . صناعية أم منزلية أو غيرهما

وجدير بالذكر أن تلك المحطات ال بد وأن تنشأ خارج المدرين من . للمدن الكبرى والعواصم مثل القاهرة واإلسكندرية

– 1ية ولتقليل التكلفة الكلية حصوصا وأن أبعادها المساحية ليست بسيطة كما نراها في الجدول رقم الوجهة اإلقتصاد

18 .

المساحات األرضية الخاصة بمحطات المحوالت من الطراز الداخلي: 18 – 1الجدول رقم

Standard Dimensions of Indoor Sub Stations, m

Double side supply networkنظم التوزيع الكهربي مزدوجة التغذية – 2

هنا تبدأ الخصائص الكهربية للتشغيل من التحسن ويكون من الهام القابلية للتعامل مع النظام الحلقي للتوزيع كي يرفع

من الطاقة الكهربية وهو ما نراه من معامل االعتمادية ويزيد من كفاءة تشغيل الشبكة مالتمكن من تقليل الفاقد الفني

حيث يكون النظام مزدوج التغذية بينما يكون التوزيع الداخلي محوري ومنفصال وهو بذلك ال 13 – 1في الشكل رقم

يمكن أن يرفع االعتمادية ولهذا نجد النظام الحلقي علي مستوى التوزيع المزدوج التغذية حلقي التوصيل كما هو وارد

ويتاح ذلك بأن تكون التغذية المزدوجة الجهة أن تكون أيضا مزدوجة الجهد خصوصا وأن النقل . 14 – 1في الشكل رقم

الكهربي من المناطق المختلفة إلي المدينة قد يتباين فيها الجهد تبعا للمواصفات القياسية لكمية الطاقة المنقولة

( . 10 – 1الجدول رقم ) والمسافة المسموح بها اقتصاديا علي كل جهد

Multi side supply networkنظم التوزيع الكهربي متعددة التغذية – 3

فيكون هناك نظام حلقي خول المدينة 14 – 1هي تلك النظم األكثر مالءمة للمدن الكبرى كما هو موضح في الشكل رقم

خفض من كل ناحية بحيث تزيد من دائريا بحيث يخرج من كل جهة مجطة محوالت من الجهد العالي لتعطي الجهد المن

نسبة االعتمادية للتوصيل حلقيا وإعطاء الفرصة للتغذية من أي محطة خارج المدينة إلي أي موقع أو منطقة داخل

.المدينة

Voltage (kV) Rating of

Transformers

MVA

Out going lines Station

Dimensions, m

x m

Weight

without transformers

110/35/6-11 1 x (5.6-20) 4x(6-11) + 2x35 30x35 35

110/35/6-11 2 x (5.6-20) 8x(6-11) + 4x35 34x57 35

110/6-11 1x(5.6-15) 4x(6-11) 20x27.5 18

110/6-11 2x(5.6-15) 8x(6-11) 27x35 37

35/6-11 1x(3.2-15) 4x(6-11) 12x14 15-20

35/6-11 1x(0,56-3.2) 4x(6-11) 12x14 10

35/6-11 2x(0,56-3.2) 8x(6-11) 14x20 14

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

31

Transmittedالطاقة المنقولة تبعا للحاالت القياسية المناسبة للحسابات االقتصادية : 10 – 1الجدول رقم

Power

Voltage

, (kV)

Surge

Impeda

nce of

400

Surge

Impeda

nce of

300-315

Surge

Impedanc

e of 250-

275

Max. Transmitted,

MW

Max. Distance

of Transmission,

km

35

110

220

330

400

500

750

-

30

120

270

400

600

-

-

160

350

500

-

-

-

-

580

900

2100

-

25-50

110-200

300-400

500-700

700-900

1800-2200

50-60

50-150

150-250

200-300

600-1000

800-1200

1200-2000

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

30

الفصل الثاني

الكبالت الكهربية في المدن

Electric Cables in Cities

تختلف الكبالت الكهربية عن الموصالت في احتوائها علي موصل بجاندب العدزل ومكوندات

كندده مددن العمددل تحددت األرض علددي عكددس الموصددالت التددي ال تصددلح إال أخددري وهددو مددا يم

( ألومونيوم أو نحداس)للخطوط الهوائية ولكنهما يشتركان في معدن الموصل في الحالتين

وتعتبدر الموصدالت كأحدد حداالت الكدبالت بددون عدزل 1-2وتتنوع الكبالت كمدا فدي الشدكل

.بشكل عام

Typesاألنواع : 2-1

تشمل كبالت االتصاالت كل من كبالت التليفونات والهوائيات والمعلومات والتحكم أما كبالت القوي فمنها العارية أو

معزولة وتدخل فيها تلك المعزولة جافة أو بالورق المشبع بالزيت أو الزيتية أو الغازية أو بالورنيش أو كبالت خاصة

.يسية أو أخرىسواء مغناط( 2-2الشكل )

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

32

:إلي ( 3-2الشكل رقم ) يتم تنويع كبالت الجهد المنخفض في شبكات التوزيع

كبالت زيتية -1

ضغط جوي للقدرة الضخمة 15للقدرة البسيطة وحتى 1كبالت ثالثية القلب وتتحمل الضغط الجوي بمستوي ( أ)

حمل الضغط السابق أيضا كبالت وحيدة القلب وتت( ب)

كبالت غازية -2

جوي إضافة إلي إمكانية االعتماد علي الجراب الرصاصي أو األلومونيوم ومنها أحادية 15 3 1تعمل عند ضغط

.وثالثية القلب

كبالت مسلحة مدعمة -3

Compressed gas)غوط بها أصناف عديدة منها الجراب الصلب أو مزدوجة الجراب أو ذو ماسورة بالغاز المض

with polythilin sheath ) الشكل ) قطاعا بالكبل الزيتي ذو ماسورة ويندرج هنا الكبالت البحرية 4-2ويقدم الشكل

لتحمل الضغط المائي في األعماق أو بالمعابر البحرية مثل قناة السويس ومضيق جبل طارق والقناة ( 5-2رقم

نلجأ إلي الكبالت غير البحرية إذا ما تواجد جسر أو نفقي للمرور من خالله ونجد اإلنجليزية وهي باهظة الثمن ولذلك

( 1-2الجدول ) PVCكبالت الجهد المنخفض شائعة االستخدام ولكنها تتأثر بشدة مع ارتفاع درجة الحرارة مثل كبالت

الستيكبيان بأقل قيمة مقاومة للعزل الكهربي في الكبالت المعزولة بالب: 1-2جدول

م 15ْ م 10ْ م 50ْ م 24ْ نوع العزل .ف. جهد ك

1 PVC 30 - 0.005 100 - 5 بولي اثيلين

1 PVC 30 - 0.05 100 - 30 بولي اثيلين

30 100 بولي اثيلين 10

30 100 بولي اثيلين 35

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

33

( 2-2الجدول ) لكهوف والمناجم واألنفاق المواصفات الخاصة بكبالت التوزيع المستخدمة في ا 2-2يبين الجدول

700وتظهر تغيرات هائلة في أنماط الكبالت لتتيح الفرصة في تنوع التامل معها أما كبالت الناقالت البترولية والبحرية

% 3 ± 07 م برطوبة نسبية تصل إلي 30ْ – م و 40ْ+ مستمر وتعمل عند حرارة بين . ف. ك 1ف متردد أو

مم 3.2 – 1)كم سمك /ميجا أوم 5حاسية بعزل مطاطي وموصالتها ن2مم 4.5– 2بجراب رصاص (

2 2.5وتختبر بجهد

م للنوع المطاطي أما كبالت أجهزة األشعة 20ْكم علي األقل عند/ ميجا أوم 100ق بعزل أكبر من 15لمدة . ف. ك

– 10.0)بسمك عزل مطاطي . ف. ك 110– 55أكس فلها مواصفات خاصة تمنع التسرب اإلشعاعي وتعمل علي جهد

مم مع استخدام القطن األسود الداكن المصقول والفبر الكربوني 0.25وبقطر حلقة حماية ( مم علي التوالي للجهد 13.5

.بطبقات متتالية

المواصفات الفنية األساسية للكبالت المستخدمة في األنفاق والكهوف والمناجم: 2-2جدول رقم

ومانعة كبالت االتصاالت ومنها الضوئية وتستخدم في التليفونات وهي عالية القدرة والكفاءة وتحملها عالي للضغط

( .3-2جدول ) للتسرب المائي بينما كبالت الجهد المنخفض تعمل في ظروف قاسية بمواصفات أعلي

مواصفات سمك العزل الكهربي في كبالت جهد التوزيع: 3-2جدول رقم

عزل بالستيك عزل مطاطي (ف)جهد

500 1 –2.4 1 –2.4

1000 1.1 - 2

كم وسعة / أوم 31.0الضئيلة للتيار الخفيف وذبذبة استخدام محددة بمقاومة تقرب من وتظهر كبالت االتصاالت بالقدرة

يضع الخواص الكهربي للكبالت التليفونية 5-2كما أن الجدول رقم ( 4-2الجدول ) م 20ْكم عند / نانو فاراد 25

الهندسي للوقوف علي صالحيتها المقواة عديدة األسالك والمستخدمة بنجاح عمليا والتي تساعد في عمليات التفتيش

وتتميز بصغر السمك ( 1-2الجدول رقم ) Fiberوالفبرية Enamelبينما هذه الصفا تتغير قليال مع الكبالت الخزفية

.والحجم والجودة الفائقة في التشغيل

( 1-2الشكل رقم ) اعا كثيرة ف ومنها أنو 220/ 380في شبكات التوزيع ( مطاطية و بالستيكية العزل ) تنتشر الكبالت

:من حيث شكل القلب أو الجراب أو العزل الداخلي سواء لكل قلب أو بين األوجه أو مع األرض ومنها

مقطع الموصل مم .(ف. ك)جهد 2 عدد موصالت األرضي عدد موصالت القلب

0.5 1.5 - 70 2 – 3 1 – 2 – 3

0.11 1 - 35 3 4

0.5 3 1 1 - 70 3 1

3 1 10 - 150 5 0 – 1 - 3

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

34

كم/ هيرتز 800الخواص الكهربية لكبالت االتصاالت العادية عند : 4-2جدول رقم

معوقة nFسعة mHحثية مقاومة قطر مم

0.5

0.1

0.7

0.8

0.0

1

1.2

1.4

1.8

184

123

02.5

10.8

54.1

44.3

30.8

22.1

13.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.1

0.1

31

32

32.5

33

33.5

34

34.5

35.5

37

1040

880

730

150

570

540

425

310

275

PVCكبالت بعزل بولي اثيلين وجراب -1

مقواة بدون جراب غير PVCكبالت -2

مدعمة بشرائط صلب مزدوجة بجراب أو بدونه PVCكبالت -3

(مدعمة بشرائط صلب مزدوجة –غير مقواة وبدون جراب ) ومنها نوعان ( بولي كلور وبرين)كبالت مطاطية -4

مدعمة بأسالك – مدعمة بشرائط صلب –بدون جراب ) كبالت مطاطية العزل بجراب رصاص ومنها ثالث حاالت -5

. وعادة ما يزيد العزل عند النهايات لرفع مستوى العزل السطحي لمنع حدوث شرارة ( صلب بالجراب أو بدون جراب

:وبالرغم من ارتفاع سعرها إال أنها تتميز عن األسالك الهوائية بما يلي Power Cablesأما بالنسبة لكبالت القوى

خصوصا عند قطع أحد األسالك Risk Factorانخفاض معامل الخطورة -1

ألن التيار ال ينقطع بسببه تكراريا نسبة إلي الخطوط الهوائية Reliabilityارتفاع معامل االعتمادية -2

. والعواصف واألعاصير والظروف المناخية القاسية Surgesال تتأثر بالصواعق -3

ليفونات المستخدمة في المدن الكبرى لكل كم طوليالخواص الكهربية لكبالت الت: 5-2جدول رقم

القط

ر ممسعة متوسطة مقاومة

زوج 50حتى

F

50أقصى سعة حتى

Fزوج

سعة متوسطة

زوج 50أكثر من

F

50أقصى سعة أكثر من

Fزوج

0.4 148 0.05 0.055 0.05 0.055

0.5 05 0.055 0.055 0.05 0.055

0.1 15.8 0.041 0.045 0.03 0.043

0.7 48 0.042 0.041 0.04 0.044

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

35

(الخزفية والفبرية ) بيان باألسالك المغناطيسية : 1-2جدول رقم

سمك العزل مم قطر القلب مم عزل األسالك

5.2 – 0.38 نسيج قطني مزدوج الطبقات

(2.1/15 – 0.0/5.5) مستطيل

0.22 – 0.33

0.27 – 0.44

بقة من نسيج خزف بالراتنجات وط

القطن المغزول

0.38 – 2.1 0.17 – 0.22

0.11 – 0.08 1.51 – 0.05 طبقة خزفية وطبقة من الحرير الطبيعي

0.17 – 0.00 1.3 – 0.01 طبقة خزفية وطبقة فبر مغسول

طبقات متتالية من ورق الكبالت أو

التليفونات

1.2 - 2!.

2.21 – 5.2

(3/10.1 – 1/5.1) مستطيل

0.3 – 1.2

0.3 – 5.71

0.45 – 1.02

4.4 – 2 (2.1/14.5 – 1.8/5.1)مستطيل طبقات من ورق الكبالت

ثالث طبقات فبر مغسول وطبقة قطن

مغزول

0.53 – 0.38 (2.1/14.5 – 0.0/5.5)مستطيل

وما تسببه من أعطال في األسالك الهوائية Birdsال تتأثر بوجود الطيور -4

:العيوب غير الجوهرية مثل بينما تظهر لها بعض

ارتفاع سعرها وبالتالي التكلفة -1

Stray Currents to Earthارتفاع قيمة التيارات المتسربة إلي األرض -2

:وهذه الكبالت ال بد وأن تتوافر فيها عددا من المبادئ األساسية وهي

Over Loadingمنع أي تحميل زاد عليها -1

واالعتمادية عند جهد التصميم Safety Factorعزل لرفع درجة األمان ضرورة زيادة سمك ال -2

كيميائيا وفيزيائيا Stableيجب تصنيع جميع المكونات من مواد مستقرة -3

تحتاج إلي حماية ميكانيكية لتحمل الضغوط الخارجية أثناء التركيب والتشغيل -4

: وهي التي يجب أن تتوافر فيها بعضا من الخصائص منها Marinومن أهم هذه الكبالت وجدنا الكبالت البحرية

أن توضع في أماكن بعيدة عن التيارات المائية وتأثيرها الديناميكي -1

ضرورة وضع عالمات إرشادية وتحذيرية عن وجود كبالت أمام العاملين بالمالحة البحرية -2

يجب تالفي اللحام في الكبل -3

Connection Boxل بين نقاط ثابتة بصناديق التوصيل يجب التوصي -4

يتم اختيار الموقع في أقصر مكان عبور مائي -5

.أال يكون الموقع به أعمال جرف ممكنة وبعيدا عن األرصفة والموانئ -1

سددم مددن القدداع تغطددى 10 – 50البحددر أو النهددر علددي عمددق االلتددزام برمددي الكبددل فددي خددط مسددتقيم وفددي حفددرة بقدداع -7

.بشريحة أسمنتية

اسددتخدام مواسددير صددلبة لتمريددر الكبددل مددن داخلهددا ويشددترط أن يكددون قطرهددا الددداخلي ضددعف القطددر الخددارجي للكبددل -8

تقريبا

يةم للنهر علي كل جانب بصفة احتياط 10م للبحار و 30وضع نهايات علي الضفتين وترك جوالي -0

سم في مجموعات عند الحاجة إلي ذلك 25ترص الكبالت في عدد من الحفر بالقاع متجاورة بينها ما ال يقل عن -10

أما عن أعمال التركيب والتي تعتمد علي نوعية القاع ووقت العمل صيفا أم شدتاءا أو فدي موقدع جليددي أو غيدره وكدذلك

:تنظيم التالي طريقة التركيب المتبعة ولهذا فهي تحتاج إلي ال

( متجاورة) تجميع الكبالت في مجموعات -1

التركيب لمجموعات الكبالت علي مراحل تبعا للحاجة المطلوبة من األحمال الكهربية -2

عدم تداخل المجموعات منعا للضرر الناتج عن أعمال التركيب التالي -3

لتتم أعمال التركيب بواسطة غواصين متخصصين في هذه األعما -4

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

36

اختبار الكبل بعد التركيب وبعد كل إضافة لوصلة جديدة -5

وضع خرائط مساحية ثالثية األبعاد لتحديد مسار الكبل وصناديق التوصيل والبيانات الفنية الخاصة بها -1

:ومن أهم صفات هذه الكبالت نجد

خفة الوزن -1

مقاومة التفاعالت الكيميائية -2

خواص ميكانيكية عالية مع درجات الحرارة العالية -3

مضاد للشرخ -4

ال تتأثر بالتآكل الحراري الزمني -5

مجال التوزيع الحراري جيد ومتماثل -1

خواص كهربية مميزة -7

Characteristicsالخواص الكهربية : 2-2

يعتمد تصميم الكبالت علي توفير الحماية الذاتيدة بأقدل تكلفدة مدع وضدع المروندة وأسدلوب الرمدي أو الصديانة أو الكشدف

:والتفتيش في االعتبار مما يستلزم الدقة في اختيار مكونات الكبل وصفاته الهندسية ومن أهمها

مقنن التيار -1

مقنن جهد التشغيل -2

شكل تغير األحمال علي الكبل -3

االحتماالت لقيمة وشكل موجات الجهد الصاعقي -4

طريقة رمي الكبل -5

.الظروف البيئية المحيطة -1

تبعددا للتيددار والمقاومددة تعطددي المعددامالت الكهربيددة للكددبالت مؤشددرا لحالددة الكددبالت ويددتم حسدداب الكددبالت ضددئيلة التيددار

الميكانيكية للعزل بينما ينضم إليهما التدأثير الحدراري ويصدبح أساسديا فدي التصدميم للجهدد األعلدى ومدن أهدم المؤشدرات

:ويتبع في التصميم ما يلي tan الكهربية تظهر زاوية العزل

اختيار مقطع القلب المعدني المناسب للتيار المقنن -1

المجال وسمك العزل الكهربي الضروري حساب توزيع -2

حساب تأثير االنتقال الحراري -3

تعديل ما سبق حسابه تبعا للتأثير الحراري والتأكد ثانية -4

لنقدل ( السداري أو المضدغوط ) يمكن إدخال نظدم التبريدد الحدراري عندد الضدرورة فدي األحمدال العاليدة سدواء بالزيدت -5

الحرارة إلي الخارج

كد مرة أخري التأ -1

بداللدة الشدحنة Vمع التيار المتردد حيدث يظهدر المجدال الكهربدي rينتج المجال الكهرومغناطيسي في العزل لكبل بقطر

Q في وحدة العزل فراغيا والنفاذية التخلخلية = (0.0885 م / فاراد ) بشدة قدرها فنحصل علي:

2

V + Q / () = 0 (2-1)

البالس ( Laplacian)والتحويلية حيث القيمة النسبية للعزل

2 فيكون معدل انتقدال Tوذلك مع حرارة العزل

: Cوسعة حرارية بتوصيلية حرارية كثافته qالحرارة من وحدة حجم العزل

2

T + q / = 0 =(C / ) T/ t (2-2) ( : وزاوية z مسافة ) ومن ثم نحصل علي المعادلة األخيرة في المحاور األسطوانية

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

37

2 V = (1/ r ) / r ( r V/ r) + (1/ r ) V / V/ z =

= (1/ r ) / r ( r V/ r) (2-3)

:باعتبار عدم وجود شحنات حجمية في العزل الكهربي وعدم تراكم حراري في منطقة العزل نصل إلي

2 V =

2 T =0 (2-4)

A=(r V/ r ) ]بالنسبة للكبالت دائرية المقطع وحيدة القلب تكون المعادلة بثابت تكامل

(1/ r ) / r ( r V/ r)=0 (2-5)

:لتكامل بالقيمة مع فرض أن جهد الجراب صفريا نستنتج ثابت ا r بقطر Vلجهد القلب المعدني

A = - V / ln (R/r) (2-6)

:بالصيغة Eونحصل علي قيمة شدة المجال الكهربي

E = - V/ r = V / r ln (R/r) (2-7)

هذه العالقة صحيحة فقط إذا كان العزل ثابتا بين الجراب والقلب وحيث أن الحلي الرياضي يصعب مع عدم ثبات هذا

العزل فيلزم محاولة توزيع المجال بالتساوي علي طول عمق العزل وهذا ال يمكن تحقيقه عمليا ولكن يمكن تحسين

رت الحاجة إلي تعدد طبقات العزل داخل الكبل ويكون العزل الفارق بين طرفي شدة المجال األقصى واألدنى ولهذا ظه

مع تيار ( مقلوب المقاومة األقوى هو األقرب من القلب المعدني للكبل وكبالت التيار المستمر ذات توصيلية

بينما امتصاص عن تسرب الشحنات الساكنة المتراكمة علي األسطح والذي يتأثر بالثابت الزمني لحاالت االنتقالية

:تبعا للصيغة Dلكبالت التيار المتردد يطوال لثابت الزمني أو يقصر ويصبح توزيع المجال بتزحزح كهربي للشحنات

D = () E = - () V/ r (2-8) : jار إذا قل هذا الزمن عن نصف دورة فتزيد كثافة التي

j = E = - V/ r (2-9)

: محددا بالعالقة qويكون االنتقال الحراري في وحدة الحجم

- / r =q (2-10)

: Tودرجة الحرارة عند بداية العزل Tshتعبر عن الفرق الحراري بين حرارة الجراب فالزيادة الحرارية

=T – Tsh (2-11)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

38

:ومن الوضع التماثلي فيمكننا اعتبار

D ~ j q & () ~

فنحصل علي المعادلة التفاضلية

V/ r / r , V = T (2-13)

داخددل السددطح المغلددق فتكددون Qtمددع الحددرارة الكليددة التسددرب لمنددع تيددار Sباعددادة توزيددع الشددحنات علددي السددطح

:المعادالت التكاملية

Integral D ds = Q , Integral jdS = I , Integral qdS = Q (2-14)

فنجد للوحدة ( Space Charge)بفرض عدم تواجد مصدر حراري خارجي واختفاء ظاهرة التكتل الفراغي للشحنات

الممثل للحرارة الكلية داخل الكبل نجد pcلية من الكبل مع الفقد الحراري الطو

V/ r = E = Q/(2 r ) =I/ 2 r = pc / 2 r (2-15)

للكبل Cبتكامل المعادلة السابقة نستنتج السعة

C = Q/V = 2 r / ln R/r (2-16)

وشدة المجال الكهربي وضع بالعالقة

E = V/(r Integral [ dr / r ) (2- 17)

بالصيغة Rinsونحصل علي قيمة مقاومة العزل

Rins = V/ I = ½ ln R/r (2-18 )

:فوق درجة حرارة الجراب الخارجي فتتحدد بالقيمة أما الزيادة الحرارية األعلى

= pc ln R/r (2-19 )

هي Sinsمة الحرارية لوحدة الطول ومن الصورة العامة لقانون أوم تكون المقاو

Sins = ½ ln R/r (2- 20)

:مما يشير إلي إمكانية التقارب بين المعامالت المختلفة بالشكل

1/C ~ Rins ~ Sins (2- 21)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

39

هذا التشابه نتيجة اعتمادهم علي المعامل الهندسي للنسدبة بدين أبعداد الكبدل والتدي ظهدرت تحدت اللوغداريتم ولدذا يمكنندا

الحصول علي بقية المعامالت إذا تعرفنا علي أيهم باالستعانة بهذه النسبة بل وتقدم الجداول التطبيقية هدذا النسدق بشدكل

:يد ونستعرض بعض الحاالت فيما يلي ج

كبالت التيار المستمر: أوال

بوضع الفروض العامة السابقة في التحليل الرياضي وعند التحميل للجهد بدون تيار بالكبل نستطيع التعامل مع التأثير

والعزل الكهربي مما يقلل الحراري نتيجة الفقد الكهربي تبعا لقانون جول حيث يتم التصرف الحراري علي أبعاد القلب

منسوبا إلي الجراب ERمقاومة العزل مع ارتفاع الحرارة وتتغير التوصيلية الحرارية معتمدة علي شدة المجال النسبي

:تبعا للصيغة الخارجي والفقد في الجراب

= e ()

(E/ER )k

= (R / r) m (2-22 )

علي مستوى تدرج شدة المجال داخل العزل حيث أن هذا ( m)مدي تأثير هذا المعامل -7كما يظهر الشكل رقم

بينما للعزل الورقي المغمور بالزيت تصل - 2المعامل يتحدد لكل نوعية عزل فمثال للكبالت البولياثيلين قيمته

:إلي الصفر كما أن النسبة بين شدتي المجال تأخذ الصورة قيمته

(E/ER)=R R/r , m= [k + (pc)]/(k+1) (2- 23)

كبالت وحيدة القلب: ثانيا

سي وكنه يكون يتميز الكبل المفرد بالتماثل الهندسي حول المحور مما يجعل التوزيع متجانس للمجال الكهربي والمغناطي

مرتفعا عند القلب ويقل بشدة بجوار الجراب ولذلك يفقد العزل البعيد عن القلب الكثير من قدرته وإمكان قلة الضغط

بمجال N= R/roبداللة النسبة الكهربي عليه وبذلك تزداد التكلفة بينما نستطيع تحديد معامل االستغالل الفعلي

:بالمعادلة Eavمتوسط

= Eav / E m = r ln R/r /(R- r ) = ln N/(N-1) (2-24 )

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

41

سمك العزل يحدد الجهد التشغيلي األقصى للكبل ويكون معامل االستغالل مساو للوحدة لثبوت المجال ومساوية النسبة

ت التيار المتردد حيث يتم استخدام بين جهد التشغيل وسمك الزل وهذا محتمل في كبالت التيار المستمر علي عكس كبال

وبذلك نرفع قيمة معامل 8-2مواد عازلة متتالية كطبقات فوق بعضها كي ال يكون معامل االستغالل ضئيال كما في الشكل

:وتصبح شدة المجال علي النحو Graded Insulationاالستغالل كما يعرف باسم العزل المتدرج

E= V/r{ln( r1/ro)/1+1/ ln( r2/r1)/2+…+ ln( R/rn-1)/n} (2-25 )

:وتكون قيمة السعة هي

C= 2o / {[ ln(ri /ri-1i ]} (2- 26 )

ي النسبة بين بجانب تساو iففي الحالة المثالية إذا تساوى المجال األقصى علي كل نوعية عزل في كل طبقة عازلة

:أقصى وأدني شدة مجال في كل طبقة فتكون النفاذية هي

ويكون الناتج لقيمة شدة المجال هو

E= V/r{ln( r1/ro)/1+ln( R/r1)/2} (2- 27 )

صورة حيث نجد معامل االستغالل بال

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

40

N= R/ro= k n-1 fn-1e n-1

= kfe

= V/ ro E1m- ln kf (2-28)

بشرط الحفاظ علي أفضل استغالل تبعا للشرط التالي والممكن للكبالت المطاطية والبالستيك كما نستخدم كبالت مزدوجة

بقات الط

fi ki > 1 & fi+1 ki+1 / fi ki > 1 (2-29)

كبالت ثالثية القلب: ثالثا

ية القلب فيجعلنا االعتماد لما كان المجال الكهربي متجانسا في الكبالت مفردة القلب يظهر التباين هنا مع الكبالت ثالث

يتحدد 0-2يبين األطوار الثالثة وفي الشكل 1-2علي الطبقات المتعددة المتتالية لرفع قيمة معامل االستغالل فالشكل

في الكبالت ثالثية القلب . أكبر Rعلي محيط الدائرة بنصف قطر القلب المعدني بينها العزل بقطر ( a , b) النقاط

الشبكي أو تلك غير أسطوانية المقطع حيث المجال غير متجانس تكون مركبة المجال المماسية أقل من بالجراب غير

تلك المحورية أي العمودية بما يقرب من عشرة مرات ولهذا ال بد من حماية الكبالت العاملة علي الضغط العالي بشبكة

نعتمد علي القدرة الميكانيكية ( التوزيع) المنخفضة فينتج المجال الكهربي المحوري بقيمة كبيرة بينما في الجهود

وجهد بين وجهين تعتمد علي سمك العزل Emوالحرارية في التصميم ومن ثم نجد من أن شدة المجال القصوى

:وذلك بالصيغة roوقطر القلب المعدني V1التشغيل الخطي

Em = V1 ( ½ + 0.18/ ro ) (2- 30 )

بالقيمة aوتظهر أقصى شدة مجال عند النقطة

Ea,m = V1 {( N+1)(N-1 )}½ /{2 ro ln [N+(N

2 –1)

½ ]} (2- 31 )

( غير دائري)تزيد قيمة شدة المجال القصوى في المعادلة هذه عن السابقة التقريبية خصوصا مع القلب البيضاوي

وكننا نعتمد عل معادالت الكبالت مفردة القلب للحصول علي المجال علي سطح القلب الخارجي التساع نصف القطر

:بالصورة Rsegالخاص به ونحصل علي قيمته

Ea = Vph / [ Rseg ln{( Rseg + +1 Rseg }] (2- 32 )

:الصغير من السمك ونحصل علي القيمة مبسطة مثل ويمكن إهمال الجزء

Em = Vph / [ rm ln{( rm + 1.155 rm }] (2-33 )

وتستخدم المعادالت هذه عندد حسداب جهدد التصدميم للكدبالت ذات الجهدد المدنخفض حيدث المجدال الكهربدي غيدر القطدري

:محددة طبقا للمعادلة Aوبقطر انحناء ( m,n)ي النقطتين وبالتالي تكون شدة المجال ف

Em,n = Vph / [ r ln{( r + r }] (2-34 )

لذلك نتجه إلي عمل شبكة حماية كي نحدد المجال بصورة أسهل من المعادلة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

42

EA = V / [A ln{( A + a A }] (2- 35 )

للكبل mأما إذا استطعنا إيجاد الشكل الدائري مع الحماية الشبكية هذه حول الكبل مع زيادة عدد األسالك الخا رجية

:سلكا 12ألكثر من

Em=V ln (R/ro)/[ ro ln (R/ro) ln( /m)+m ln (R/ro)] (2- 36 )

:من المعادلة وتتحدد قيمة المعامل

= [1+m sin (/m)]/sin (/m) (2-37 )

Designتصميم العزل الكهربي : 2-3

ي فدي المدواد العازلدة وتدداخل يتنوع انهيار العزل في الكبالت إلي ثالث أنواع نتيجة التعقيدد فدي عمليدات االنهيدار الكهربد

الخصائص الكيميائية والطبيعية إضافة إلي تأير درجة الحرارة علي الوسط وأيضا الجهد الكهربي المستخدم علي توزيع

:المجال غير المنتظم داخلها وهذه األنواع هي

االنهيار الكهربي -1

االنهيار الحراري -2

تواجدة داخل العزل الصلب االنهيار التآيني في الغازات الم -3

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

43

مع تواجدد laminated insulationكما يتأثر بدرجة كبيرة االنهيار في العازل ذو الخواص الطبقية والرقائق العازلة

وهدو impregnated paper tapesداخل األشرطة الورقية المشبعة بالزيت creep chargesالشحنات الزاحفة

ط الضعيفة داخل الوسط خصوصا مع الزيادة الطولية وهدذه األسدس تخضدع للقواعدد اإلحصدائية ما يسهل من ظهور النقا

المنظر العام لتغير شدة المجال للعدزل مدع التدأثير الزمندي 10-2الختيار أقل قيمة مسببة انهيار العزل ويعطي الشكل رقم

(.سنه 30)االفتراضي لتواجد الجهد علي العزل وتأثير سمكه وعمره الذي عادة يؤخذ له العمر

أما عن تأثير نوعية العزل إذا كان الكبل ذو العزل الزيتي أو المملوء بالغداز فنجدد أن العدزل الزيتدي يصدمد أكثدر عدن تلدك

العالقة بدين 11-2الكبالت الزيتية بالرغم من أن كال النوعين يعتمد علي الضغط الخاص لنوع العزل ويوضح الشكل رقم

يسدتخدم عندد Chartوضدغط الزيدت أو ضدغط الغداز بدالعزل وتعطيده هدذه العالقدة فدي صدورة رسدم شدة العزل الكهربي

حساب جهد التصميم حيث يعتمد هذا التصميم الكهربي علي تأثير كال من المجدال الكهربدي والمجدال المغناطيسدي وأيضدا

.لتالية تأثير الفقد الكهربي في الجراب الواقي له وهو ما سوف نتعرض له في النقاط ا

جهد التصميم : أوال

:نتبع القواعد التالية عند تصميم الكبل

قوة تحمل العزل ذو الخصائص غير المتماثلة علي طول المسار -1

مدة سريان التيار الكهربي بصفة مستمرة دون انقطاع -2

الدائرة الكهربية المحتملة والتي تعتمد علي مكونات( الداخلية أو الخارجية)الجهود االنتقالية -3

( هيرتدز 10 – 50) بذلك يتم اختير جهد التصميم لحالتي التشغيل واحتماالت انهيار العزل كهربيا نتيجة الجهد الصناعي

:معتمدا علي قيمة الجهد الخطي ولذلك يظهر معامل خاص بالنظم ثالثية الطور تبعا للمعادلة

V1 = k1 k2 k3 k4 Vrated / [3] ½ (2- 38 )

.تبعا للحاالت التطبيقية 7-2جميع المعامالت بهذه المعادلة مجدولة بالجدول رقم

ثوابت التصميم لجهد التصميم لذبذبة التشغيل: 7-2الجدول رقم

القيمة التقريبية اختصاص المعامل معامل

k1 1.15 جهد التشغيل المعتاد يمثل أقصى زيادة ممكنة في

k2 االنخفاض المحتمل في شدة العزل بالتصميم عن القيمة الفعلية وتخضع

بجانب التأثيرات % 20-15لإلحصائيات نتيجة ظهور الثغرات في العزل وهي

% 25-10األخرى

1.25-1.5

k3 ف. ك 110لجهد % 310يعطي تأثير الجهود الزائدة الداخلية والتي تصل .

.ف. ك 500لجهد % 225 و

2.25-2.5

k4 يمثل انخفاض ضغط الزيت في الكبل الزيتي أو ضغط الغاز في الكبالت الغازية

(كفاءة العزل )

1.1-1.2

.مع العازل الجيد وإضافة الوقاية المناسبة 5إلي 3يمكن تبسيط هذه المعادلة بدمج الثوابت معا ويتراوح قيمته من

1.3حتمال ارتفاع الجهد بناء الموجات النبضية وتأثيره علي تقليل قدرة العزل يكون عمليا في حدود أما جهد التصميم ال

حيث القيمة الدنيا تشير إلي استخدام الكبالت غير المتصلة مباشرة مع 8-2بينما جهد االختبار يتبع الجدول 1.1 –

reducedلمسببة للجهود الزائدة بينما القيمة المقصرة الخطوط الهوائية حيث ال تتواجد الموجات المسافرة المرتدة وا

تعني القيمة المطلوبة للكبالت ذات التأريض لنقطة التعادل وتلك المتصلة مع الخطوط الهوائية التي تستقبل هذه

.الموجات ونشير إلي الضرر البالغ لتكرار االختبار النبضي ولهذا يجب ترشيد هذا النوع من االختبارات

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

44

. (ف . ك) جهد اختبارات الكبالت : 8-2دول رقم الج

جهد اختبار مقصر جهد اختبار عادي جهد اختبار أدنى جهد تشغيل أقصى جهد مقنن

33

110

132

150

220

380

31

123

145

170

245

420

154

420

500

510

820

1310

170

550

150

750

1050

1550

-

450

550

150

000

1425

من طبقتين من العزل المتدرج في شدة عزله في كبالت الجهد العالي والتي دائما تكون مدعمة نستخدم عادة مادة

screened حول القلب المعدني والعزل كطبقة خارجية من الجرابsheath المؤرض لمعادلة توزيع الجهد علي

غرات الهوائية وهي دائما السبب العزل وتقليل تأثير المعدن علي عمر العزل ألن جودة التركيب تقلل من ظهور الث

الرئيسي في انهيار العزل أو ضعفه علي األقل حيث شدة المجال تتناقص بزيادة القطر مما يفيد زيادة سمك العزل

ثابتا فيقل بذلك عدد الشرائط الورقية safety factorتدريجيا في كل طبقة عن سابقتها مع الحفاظ علي معامل األمان

:وبهذا نحسب سمك العزل تبعا للصيغة insulation wrapping فترفع جودة العزل

N = R / ro = k f e ([V/ r

o E

1 - ln f k] / k )

(2-22 )

220ويتم حساب جهدي التصميم ومن ثم نختار السمك األكبر فمثال لحساب عزل الكبل

مم نختار معامالت التصميم تبعا 24.4جوي فإذا كان قطر القلب 15الزيتي بضغط . ف. ك

حيث نختار ثالث 0-2لنوعية الورق العازل وسمكه والمجدول بعضه في الجدول رقم

للوصول إلي شدة Chartمم ومن الرسم الخاص 0.175 0.125 0.075بسمك

ة المعامل لجهد ذبذبة العزل بعد مدة تشغيل ومثيله من الجهد الوميضي فنحصل علي قيم

:التشغيل

N1 = R / ro = k f1 e

([V1

/ ro E

1 - ln f

1 k] / k )

= 1.23 (1.064) e ([508/12.2 (50) - ln 1.23 (1.064)] /

1.23 ) = 2.07 (2-41 )

أنواع العزل الكهربي وخصائصها: 0-2الجدول رقم

رقم

الطبقة

سمك

الورق

مم

كثافة الورق

3سم/جم

جهد سماحية

كسر

. ك

مم./ف

شدة مجال

. نبضي ك

مم./ف

نسبة

مجالي

جهد

التشغيل

E1/ E2

نسبة

المجال

ين

للجهد

النبض

ي

نسبة السماحية

1/ 2

1

2

3

0.075

0.125

0.175

1.1-1.2

0.85-0.0

0.85-0.0

4.3

3.5

3.5

50

47

41

100

00

81

-

1.014

-

-

1.11

-

-

1.23

1.23

والمعامل الثاني الخاص بالجهد النبضي يصبح

N2 = 1.23 (1.11) e ([1.08/12.2 (100) - ln 1.23 (1.11)] / 1.23 )

= 2.18 (2-42 )

وبهذا يكون جهد التصميم للذبذبة هو

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

45

V1 = 4 (220) / SQRT 3 = 508 kV بينما جهد التصميم للنبضي يكون

V2 = 900 (1.2) = 1080 kV

والذي ينتج عنه سمك العزل المطلوب بينما يتم االختيار لحاالت N2من هذه النتائج نختار القيمة األكبر للمعامالت وهي

= R2) كمال المثال نحصل علي نصف القطر بقيمة الجهد المنخفض والتوزيع بناء علي قيمة الجهد للذبذبة وباست

2.18 (12.2) = 26.6 mm ) وسمك العزل بقيمة (R2 - ro = 14.4 mm ) ويكون نصف القطر األول هوr1 =

1.11 (1.23) 12.2 = 16.6 mm كطبقة 0.125ويتم التفاضل بين األنواع المختلفة لتحديد األنسب حيث أقل سماحية

والفاصل بين الطبقتين يحسب بنفس األسلوب مع r1 - ro = 4.4 mmفيصل السمك إلي 0.075سمك أولى و يكون ال

( . r2 = 1.162 (1.23) 12.2 = 17.4 mm) ثم ( f = 100/86 = 1.162) للطبقة الثالثة وبقيمة fاعتبار

:كما يلي . ف. ك 508الجهد مادام التصميم يتم علي الجهد النبضي وبعد تحديد السمك يجب عدم الخروج عن قيمة

8ز5مم ولجهد الذبذبة . / ف. ك 00 100يكون شدتي المجال علي الطبقيتين هما . ف. ك 1080عند الجهد النبضي

ومن ثم ال حاجة إلعادة الحساب بل يمكن أخذها كنسبة من الحسابات السابقة 2.12تكون النسبة بين الجهدين . ف. ك

حيث لم تصل القيمة إلي جهد التصميم ألي من الطبقات أما إذا . ف. ك 42.5والثانية 47.1فتكون للطبقة األولي

خرجت القيمة لزم التعديل وإعادة الحساب مرة أخرى وتكرار نفس الطريقة كما تتبع أيضا نفس طريقة الحساب مع

.الكبالت الغازية

فيكون اختيار شدة الجهد طويل المدى tough impregnated cablesبالنسبة للكبالت الورقية المغمورة بالزيت

segmental coreبالقلب المقسم . ف. ك 10 – 1 مع كبالت التوزيع 4 – 3.5مم ومعامل أمان . / ف. ك 12بقيمة

cables يظهر المجال غير القطري ويكون جهد التصميم أقل عن سابقه م ضرورة التأكد من أقصى شدة مجال أما

لكبالت المعزولة بالبالستيك فإنها ال تعتمد علي قطر القلب المعدني وبهذا يؤخذ جهد التصميم علي أساس شدة بالنسبة ل

ظ مم ويزيد معامل األمان لها وخصوصا . ف. ك 2.5حتى 1.8المجال المتوسط وليس األقصى وهو يتراوح بين

شبه موصل ) المعدني بطبقة رقيقة من البولي اثيلين الميكانيكي إذا كانت كبالت في جهد التوزيع ومن الهام طالء القلب

. وغيرها عند اللزوم screenقبل العزل ويوضع عليه حماية (

المجال المغناطيسي: ثانيا

:بمجرد مرور التيار في الكبل يتولد مجال مغناطيسي حوله فيؤثر في

زيادة مقاومة القلب المعدني نتيجة لكل من -1

حيث يزيد تأثره م األقطار الكبيرة ومع الذبذبة العالية surfaceطح تأثير الس( أ)

ويظهر لتقارب الكبالت العاملة تحت جهد من بعضها سواء كانت أحادية أو ثالثية proximityتأثير التجاور ( ب)

.القلب وتأثيرها يجب أن يدخل في الحسابات الخاصة بتصميم الكبالت

ن نسبة المقاومة رياضيا بالصيغة نتيجة لذلك يتم التعبير ع

( =تيار مستمر)مقاومة القلب (/ متردد)مقاومة القلب = نسبة المقاومة

( 43-2) معامل تأثير التجاور+ معامل تأثير السطح + 1=

والمعامل الخاص بالتماثل fفي الذبذبة كدالة Xالحصول علي معامل تماثل شكل القلب 12-2ويمكن من الشكل رقم

ويساوي الوحدة للقلب الدائري ويوضح ذلك العالقة بين معامل المقطع المعدني وتأثير السطح علي المجال kللقلب

.الكهربي كما نجد معامل التماثل رياضيا بالصيغة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

46

x = 0.159 (10) -2

SQRT (f k / RDC) (2-44 )

والمسافة المركزية بين كل قلبين متجاورين doوقطر القلب y(surface)يعتمد علي معامل السطح y بينما معامل التجاور

S ويأخذ الشكل:

y = {1.18 y(surface) / (0.27 + y(surface) }/{do /S }2

(2-45 )

نسبة بين المقاومتين تتأثر بمقطع القلب وهو مؤثر ويمكن التغلب علي هذه الظاهرة بتقسيم المقاطع الكبيرة إلي ال -2

0.5 – 0.37إلي kفينخفض المعامل ( طالء طل شعيرة بطبقة عزل رقيقة السمك ) أجزاء صغيرة معزولة عن بعضها

لزيادة المجال المغناطيسي نتيجة % 100 – 70معاملين بنسبة أما الكبالت داخل المواسير الصلبة يرتفع لها مجموع ال

مم ومسافة مركزية بين 41وقطر قلبه 2مم 550فمثال لحساب مقاومة التيار المتردد لكبل . ظهور الماسورة الصلب

: Rdc م فنجد مقاومة التيار المستمر 70ْمم ند درجة حرارة القلب 205كل قلبين متجاورين بقيمة

Rdc = 1.015 20{1 + 0.004 (70-20)}/Q = 1.015 (0.182) (1+0.2)/550 =

40.3 /m

ومن ثم نحصل علي twisted coreيتضمن زيادة المقاومة نتيجة العصر الميكانيكي للقلب 1.015حيث المعامل

x(surface) = 0.159 (10) -2

SQRT (f k / RDC)= 0.159 (10) -2

SQRT 50.1 /

40.3 (10) -6

= 1.77

وبالنسبة للتجاور نحصل علي

x(proximity) = 0.159 (10) -2 SQRT )50(0.8) / 40.3 (10)

-6 ( = 1.6

وبهذا نجد معامل تأثير التجاور بالقيمة 0.04باالستعانة بالمنحنيات الخاصة بتأثير السطح نجد القيمة المرادفة

y(proximity) = {[ 1.18 (0.03)]/[0.03+0.27]}{41/205}2 = 0.0047

ومقاومة التيار المتردد تكون

Rac = 1 + y(surface) + y(proximity)= 40.3 (10) -6

(1+ 0.04 + 0.0047) = 42.1

/m Ratio = 42.1 / 40.3 = 1.045وتصبح النسبة

الفقد في الجراب: ثالثا

أسلوب التأريض الذي جاء في التحليل 13-2ر من الشكل رقم الفقد في الطاقة الكهربية والمتواجد بالجراب كما يظه

الشكل التخطيطي لتأثير خطوط 14-2الرياضي كي يوضح الفرق بين حاالت التأريض المختلفة كما يقدم الشكل رقم

المجال الكهرومغناطيسي لكبل مفرد وحيد القلب يحمل التيار الكهربي علي آخر مجاور له ويقع في نطاق المجال

.المغناطيسي أو إذا ما كان الكبلين بهما تيارين فسوف يتداخل المجاالن معا ويتأثر كل كبل باآلخر

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

47

نستطيع النظر إلي الشكل الكهربي المكافئ للكبل نسبة إلي القلب وتواجد الجراب حوله كما لدو كدان ملفدا ابتددائيا لمحدول

وتظهر احتماالت ثالثة كما فدي ( رصاص أو ألومنيوم) هوائي العزل والجراب كملف ثانوي خصوصا وأن الجراب معدني

: 13-2الشكل

(الشكل ج ) توصيل األجربة معا من ناحية واحدة وتأريضها من نفس المكان : الحالة األولى

كم حيث القيمة األكبر تعبر عن القصر . / ف. ك 200 – 50تتناسب القوة الدافعة الكهربية مع طول الكبل بمعدل

.تيارات العالية وهو غير مرغوب ولذلك يكون هذا التوصيل بحالة حرجة وال يوصى باالعتماد عليهوال

(الشكل ب ) توصيل األجربة من النهايتين وتأريضهما : الحالة الثانية

ة من قيمدة تيدار القلدب األصدلي ويكدون جهدد الجدراب صدفريا ألن القدو% 80 – 20يمر التيار في الجراب بما يقرب من

.الدافعة الكهربية لوحدة الطول تساوي الفرق في الجهد نتيجة مرور التيار بالجراب

تشبه الثانية م زيادة إمكانية ظهور القوة الدافعة في الجهة غير المؤرضة : الحالة الثالثة

ر المجال يظه oوبسماحية مغناطيسية في الفراغ ( 14-2الشكل رقم ) متجاورين ( مفرد القلب)بفرض كبلين

م/بوحدة ف ث Bبكثافة مجال م /أ H بشدة مجال I المغناطيسي حول الكبل به تيار2 :وهما

H = I / 2 r , B = I o/2 r (2-46 )

والفيض ( حامل التيار ) دا وقربا من األول مع قوة الدفع الكهربي في الجراب بالكبل اآلخر بع يتناسب المجال

:يظهر بالمعادلة التكاملية ( تساوي الوحدة للمواد غير المغناطيسية ) المغناطيسي في الوسط غير المخلخل بسماحية

= I [ o / 2 ntegraldr/r I [ o / 2 ln (S/R) (2-47)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

48

المعدني حامل التيار والجراب المعدني للكبل اآلخر يتحدد من بين القلب Mالمعامل الحثي

M= /I = [ o / 2 ln (S/R) (2-48 )

ويتولد جهد بالكبل الثاني نتيجة تيار الكبل األول بقيمة

E2 = j M I (2-49)

بينما الجهد المتولد بالكبل الثاني نتيجة التيار األصلي به وتيار الجراب المار به يكون

E2o = j M (I+I1o ) (2-50 )

وبالتالي تكون محصلة الجهد المتولد نتيجة التيارات في المبلين هي

E = 2 j M (I+I1o ) (2-51 )

المساوي لفرق الجهد بين الجرابين نتيجة مرور التيار في مقاومة الجراب تبعا للصيغة Eوهو نفس الجهد

E = 2 Rsh I1o (2-52 )

ددية هيويكون التيار المتولد في جراب الكبل األول بقيمة ع

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

49

I1o = j M I / SQRT { (Rsh) 2 +

2 M

2} (2-53 )

وتتحدد النسبة بين الفقد في الجراب إلي الفقد بالقلب المعدني في الصورة

ysh = I12 Rsh / I

2 Rdc = [

2 M

2 /{ (Rsh)

2 +

2 M

2} ][ Rsh / Rdc]=m

2

[ (Rsh) / Rac ] (2-54 )

كما يمكننا التوصل إلي صيغة مماثلة بالنسبة للفقد في الجراب بالنسبة للكبالت ثالثية القلب مع تغير شكل القلب بينما

تسري هذه الصيغة للحالة التماثلية فقط أما قيمة النسبة بين الفقد في الجراب إلي القلب في الكبالت أحادية القلب

:الثية الطور فنعبر عنها بالنسبة للكبل األوسط في الموقع بالصيغة ث

(m2 ) 2 = (III )

2 / I

2 = 1 / ( Q

2 + 1 ) (2-55 )

وللكبلين الخارجيين نتبع المعادلة

(II ,IIII)2 P

2 + 3Q

2 +2 SQRT 3(P-Q)+4

(m1,3) 2 = -------- = --------------------------- (2-56 )

I2 4(P

2+1)(Q

2+1)

كل المعامالت التي ظهرت في المعادلة السابقة تتحدد بالقيم

P = Rsh / (x+a) , Q = Rsh / [x – (a/3)]

X = 2 ln S/R (10) -4

/km & a = 2 ln 2 (10) -4

/km

أما الجراب الموحد للكبالت ثالثية القلب يقوم التأثير المتبادل بين األوجه بتعويض الفرق ويقلل من التيارات اإلعصارية

يساعد علي ferromagnetic armor في الجراب إلي الحد الذي يسمح بإهماله إضافة إلي أن تسليح الكبالت

زيادة الفيض المغناطيسي بين الكبالت أحادية القلب ويؤدي إلي رفع قيمة الحث المتبادل بين القطب والجراب ويكون

ولهذا ال نوصي باستخدام التسليح الصلب للكبالت أحادية 500و 300الفقد أكبر خصوصا وأن السماحية تتراوح بين

ائرية المقطع حيث نحتاج إلي قوة أكبر لعبور نقاط التالحم بينها القطب ويمكن التغلب علي ذلك باستخدام األسالك د

من جراء المقاومة المقابلة إضافة إلي ضرورة جلفنة هذه األسالك كي يخفض الفقد كما أن التبادل المتتالي لألسالك

مع الكبالت الماسورية الحديدية م النحاسية علي طول مسار الكبل بصفة منتظمة يقلل من الفقد وبهذا تكون نسبة الفقد

للكبالت أحادية القطب منسوبة إلي ثالثية القطب عند التيار diamagnetic pipeمن النوع المغناطيسي التعامدي

:المستمر محددة بالمعادلة

ypipe = Ppipe / Pc = 2.06 Dav q t M (10) -9

/( pipe c) (2-57 )

إضافة tوالسمك Davوالقطر المتوسط للماسورة ( مم) qتعتمد علي مقطع القطب المعدني حيث نجد أن هذه النسبة

أما للماسورة المغناطيسية بقطر ( م/2أوم مم)بوحدات pipeأو الماسورة cإلي المقاومة النوعية سواء للقلب

تكون النسبة هي Dintداخلي

ypipe = 2.95 Dint q M (10) -9

/( pipe c) (2-58)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

51

كما يجب ( 1.51 – 1.31) يتضح أن الحث المتبادل يتمد علي النسبة بين البعد بين الكبالت المتجاورة وقطر الماسورة

الت إضافة الفقد في طبقة التسليح في الكبالت مفردة القطب مع وضع الفروض الالزمة لتبسيط الحل فمثال لثالث كب

مم 2.5مم وسمكه 10مم وقطر الجراب 180أحادية القطب متجاورة علي شكل مثلث متساوي األضالع طول ضلعه

ومن ثم نحصل علي ( 40 م تكون 10ْعند )م /ميكرو أوم 42.1والمقاومة النوعية 2مم 550والمقطع النحاسي

:مقاومة الجراب الرصاصي بالقيمة

Rsh = sh/ D = 0.21/ (2.5 2 60 )=0.455 m/m (2-59)

والحث المتبادل بقيمة

M = (o /2 ) ln (2S/D|)= [4(10) -7

/2 ] ln 360/60 =0.358 H/m

ونسبة الفقد بالمعادلة

ysh = [ 2 M

2 /{ (Rsh)

2 +

2 M

2} ][ Rsh / Rdc]=0.58 (2-60 )

.من قيمة الفقد في القلب النحاسي مما يدعونا لالهتمام بهذا الفقد لتعاظمه% 85د في الجراب يصل إلي أي أن الفق

وأخيرا نجد ظهورا لقوة كهروديناميكية تؤثر علي الكبل وأجزائه وهي قيمة صغيرة للتيار العادي ولكنها ترتفع بشدة

ميكانيكية ولها صفات مدمرة علي عزل الكبل وتظهر هذه مع تيارات القصر أو التيارات العالية جدا وتسبب اهتزازات

الحاالت عند توصيل الكبالت علي قصر أو إعادة توصيلها في مستوي شبكات التوزيع علي قصر بعد الفصل األول

.وتكرار ذلك يدمر الكبل وهو ما يتعرض له بالمثل المحوالت في شبكات التوزيع عموما

Cable Maintenanceصيانة الكبالت : 2-4

تشمل أعمال صيانة الكبالت العديد من األعمال مثل تصنيع بعض األجزاء أو تخزين قطع الغيار أو ذات الكبالت أو

عمليات التركيب والنقل والرفع والجر والشحن ولذلك يتضح أن جميع أعمال الصيانة واالختبارات ما هي إال أعماال

في األداء والعمل الجاد من أجل الحفاظ علي سالمة هذه الكبالت ذات األهمية هندسية دقيقة تحتاج إلي الخبرة والدقة

الخاصة داخل الشبكة كمغذيات جوهرية في التوزيع سواء في األبنية أو المنازل أو العمارات والمجمعات السكنية

عرف علي مبادئ الصيانة والنوادي والمالعب الرياضية إلي غير ذلك من أعمال وبهذا نكون في أمس الحاجة إلي الت

.في الكبالت الكهربية وهو ما نفصله فيما يلي

األعمال الميكانيكية :أوال

.تتنوع هذه األعمال علي نطاق واسع وشامل ولذلك نبوبها علي النحو الوارد في السطور التالية

تخزين الكبالت ( أ

:يعتبر تخزين الكبالت من عماد األعمال الهندسية من أجل

حماية الكبالت من التلف -1

وقاية الكبالت من الرطوبة -2

عدم اإلخالل بمنظومة األداء وتعليمات المصنع -3

الحفاظ علي مستوى العزل عاليا -4

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

50

(المسافات بالميليمتر ) مقننات البكرات حاملة الكبالت : 10-2الجدول رقم

كود

البكرة

قطر

البكرة

عرض

بكرةال

قطر تجويف محور

البكرة

قطر عامود

المحور

طول عامود وزن عامود المحور

المحور

4

5

1

8

10

12

14

17

18

20

22

25

21

30

400

500

100

800

1000

1200

1400

1700

1800

2000

2200

2500

2100

3000

271

301

321

471

100

100

820

800

1010

1180

1240

1510

1780

2110

5

35

35

50

50

70

70

80

80

100

100

130

140

180

30

30

30

45

45

15

15

75

75

75

05

110

110

140

3

3

3

10

10

21

21

40

40

40

80

150

150

308

500

500

500

800

800

1000

1000

1400

1400

1400

1450

2000

2000

2400

القياسية الخاصة بتخزين الكبالت وهي التي تنتج في لهذا يجب االهتمام بالكبالت من حيث المبدأ وذلك طبقا للمواصفات

مقاسات مقننة ومحددة منعا للتداخل وحرصا علي المصنعين من سرعة استبدال التالف منها وعالجه ونجد أن الجدول

) يحصر بعضا من مقننات البكرات القياسية والتي يتم وضع الكبالت عليها سواء أثناء النقل أو الرمي 10-2رقم

.ألن هذه البكرات هي المالذ الهندسي السليم للقضاء علي أية تأثيرات ميكانيكية خارجية علي الكبالت ( كيب التر

جدير بالذكر أن هذه المقننات في الجدول تحدد متطلبات الرفع باألوناش المختلفة في كافة المواقع لكل من هذه البكرات

ناقالت المختلفة أو الرفع باألوناش المختصة والتركيب بالمواقع المحددة سواء أثناء التخزين أو خالل عمليات النقل بال

المنظر العام لهيكل حديدي ثالثي 15-2لها وتبعا لألصول الفنية المستخدمة في هذا الميدان ويبين الشكل رقم

عضهم البعض كما المستويات لتخزين الكبالت في مواقع التخزين حيث يتم ترتيبهم كما هو موضح بالشكل وبجوار ب

نالحظ أن البكرات مغلفة بطبقة من الرقائق الخشبية حماية لها من الخدش أو العصر أو الكدمات وهي هذه التي تسبب

.في بعض األحوال التلف الميكانيكي في الكبل وتؤثر علي كفاءة تشغيله

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

52

رفع البكرات ( ب

حيث يعطي هذا الشكل بعض األنواع المختلفة 11-2رقم يتم وضع البكرات محملة بالكبالت كما نراها في الشكل

للتحميل وكيفية ربط البكرات ورفعها وكذلك بعض الوسائل المتعددة للرفع من أجل رفع أو إنزال البكرة إلي أو من

ي ناقالتها أو أثناء رفعها إلجراء الرمي في الموقع ويتم ذلك بناءا علي مقننات قياسية من استخدام أسالك الصبان

وتتحدد حمولة الرفع في كل حالة حتى نستطيع 11-2والحلقات ووصالت الربط أو التعليق كما هو مبين في الجدول رقم

.اختيار األوناش المناسبة تبعا للتنفيذ وموقعه والمعوقات التي قد تواجه العمل التنفيذي فنيا

مقننات رافعات البكرات الخطافية 11-2الجدول رقم

(كجم)الوزن (مم)قطر الحلقة (مم)المقبض (مم)قطر الصباني (م)طول (طن)لرفع حمولة ا

10

5

1.5

0.5

2.85

1.5

1.4

0.0

22.5

18.5

0.3

5.3

70×57

12×50

30×10

20×10

48

42

20

12

15

34

10

3

مد الكبالت ( ج

طع العزل أو القلب المعدني نتيجة شد خاطئ يجب أن يتم رمي الكبالت دون أي تحميل عالي علي الكبل ذاته أو علي مق

ولذلك يتم ملئ بكرات الكبالت بالمقاسات المختلفة من خالل نظام حركي علي بكرات سهلة الدوران كما يوضحها الشكل

حيث يستخدم نفس األسلوب عند فرد الكبالت في مواقع العمل وتركيبها كي نحافظ علي كفاءة أداء الكبالت 17-2رقم

التشغيل في الشبكة الكهربية ويبين الشكل أيضا أنه من الممكن استخدام مقاسات مختلفة من الكبالت متباينة أثناء

المقننات في ذات مجموعة التجميع واألطوال المعطاة علي الرسم تمثل أحد الهياكل المعدنية القياسية المستخدمة في

بكرات كر الكبالت في مجموعات متخصصة لكل صف حتى ال وتظهر 14هذا المجال للبكرات حتى الترقيم الكودي رقم

األوزان القياسية لمد الكبالت حيث يقدم النوع ثالثي القلب من الكبالت 12-2يجهد الكبل ميكانيكيا ويجدول الجدول رقم

ياسية في سواء ذات القلب األلومونيوم أو ذلك من النحاس وذلك لبعض الجهود المنخفضة وجميعها تتبع الجداول الق

.هذا الصدد

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

53

السماحية أثناء مد الكبالت تبعا للمواصفات: 12-2الجدول رقم

(كجم)األوزان المسموحة مقطع

القلب .(ف. ك)جهد الكبل

ألومونيوم ضفائر ألومونيوم نحاس 10 1 1 الثالثي

240

185

150

120

05

70

50

35

25

750

150

100

400

350

300

230

180

170

050

750

150

500

450

400

350

300

280

1000

850

750

150

850

500

450

400

380

3100

2700

2200

1800

1400

1050

750

500

350

2800

2200

1800

1400

1100

840

100

400

300

1400

1100

000

700

550

400

100

400

300

ماكينات الرفع والجر ( د

ر الكبالت أو األوناش الالزمة لرفع البكرات من حيث أسلوب عملها أو طريقة تتنوع الماكينات المستخدمة سواء في ج

بعضا من البيانات الفنية لذات ماكينة السحب محددا لها قيمة الشد األقصى كي 13-2التعامل معها ويقدم الجدول رقم

ل نقل المعدة حماية للمعدة وللكبل نكون علي علم تام بمدى صالحية الماكينة المستخدمة ألداء العمل المنوط بالموقع وقب

.وتوفيرا للوقت سواء أثناء رمي الكبل أو ما يعبر عن زمن كلي مستهلك في أداء العمل

بعض مقننات رمي الكبالت بأحد الماكينات المستخدمة: 13-2الجدول رقم

القيمة البيان

(ق/م)سرعة رمي الكبالت

(مم)قطر الكبل

(م)ارتفاع مجموعة الكبل

.(و.ك)قدرة السحب

(كجم)قوة الشد

(طن)الوزن الكلي

20

20 – 15

350حتى

4.5

1000حتى

1.0

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

54

كحدد أدندى مدع عددم ضدا كدل الزيدت مدن المغدذي 2سدم/كم 0.3يجب علينا المحافظة علي مستوى ضغط الزيت في حدود

لفقاعات وهي التي تؤثر بشكل حداد علدي الزيتي حتى ال يسمح بدخول الهواء إذا ما برد الزيت مما قد يتسبب في ظهور ا

.اإلطار العام للعالقة بين حجم الزيت بالخزان والضغط 18-2مستوى عزل الزيت داخل الكبل ويمثل الشكل رقم

تستخدم دوائر ثانوية كهربية تعمل بالتيار المستمر إلعطاء اإلشارة الدورية عن حالة ضغط الزيدت ومسدتواه علدي طدول

ويستقبل هذه اإلشدارات مهنددس الورديدة داخدل محطدة المحدوالت التدي تتصدل بهدذا الكبدل كمدا تتندوع أعمدال مسار الكبل

.الصيانة تبعا لحالة العطل ونعطي إيجازا لهذا العمل علي النحو التالي

التصميم الحراري : ثانيا

في مجال التوزيع فدائما كما هو شائع عمل بالنسبة للكبالت غير الزيتية وهي المتداولة كمغذيات في الشبكات الكهربية

وصالت للكبالت فمثال توجد وصالت لكبالت التيار الخفيف وهي عبارة عن وصالت معزولة تماما وغير قابلة للثني ألن

هذه المنطقة ضعيفة من الناهية الميكانيكية ولهذا تأخذ هذا االهتمام حماية لها بجانب الوقاية الكهربية الالزمة بتواجد

درجة الحرارة ذات تأثير عالي علي العزل ألنها تخفض كفاءة العزل ولي تحمل األسالك . العزل الضروري لهذه الوصلة

لمرور التيارات العالية ومع الحرارة المرتفعة ولذلك يجب اتباع المواصفات القياسية لتشغيل الكبالت حيث تحدد كل دولة

كما أن التشغيل المستمر ينقص من قدرة العزل ( 14-2الجدول)رة لديها هذه المواصفات تبعا للمناخ ودرجة الحرا

.بخالف التشغيل المتقطع

(م) ْ درجات الحرارة المسموحة بصفة مستمرة تشغيل : 14-2الجدول رقم

ساعة 100أقل من التشغيل المستمر جهد نوع الكبل

Type أمريكا روسيا إنجلترا أمريكا روسيا ف. ك

35 يتيةكبالت ز

110

220

80

70

15

80

70

85

85

80

00

80

75

00

80

كبالت زيتية

في مواسير

صلب ذات

ضغط

110

220

500

70

15

10

70

70

80

75

70

80

80

كبالت

غازية

35

110

220

80 80

70

85

85

85

00 00

80

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

55

تتوقف Tc ودرجة حرارة القلب المعدني ( 15-2الجدول رقم ) كما تتحدد درجات الحرارة أيضا بنوعية العزل المستخدم

Pkوالفقد الكلي بالكبل Ssواالستخدام Sinsوالمقاومة الحرارية لكال من العزل Pcعلي الفقد في القلب المعدني

والتي تتباين مع اليوم وفصول السنة وكذلك المقاومة Toويعتمد بشكل مباشر علي درجة حرارة المحيط الخارجي

:مع عدم احتساب الفقد في العزل كما نراها في التعبير الرياضي Soالحرارية له

(م) ْف . ك 35درجات الحرارة المسموح بها للتشغيل المستمر في كبالت التوزيع حتى : 15-2الجدول رقم

مطاط PVC بوليثيلين مغمور وداف نوعية العزل

-20 10 1 3حتى جهد

30

1-35 1-10 1-10

15 70 70-80 50 10 15 80 درجة الحرارة

Tc = Sins + Pk ( So + Ss ) + To (2-61)

:كما يلي تبعا للمعامل احلراري للقلب Pinsويف العزل Pshويف اجلراب Pcمن هنا حنصل علي الفقد يف القلب املعدين

Pc = cqo

qc9R

Psh = Pcysh , Pins=V C tan =V

tan { 2 o/ln (R/ro)}

تأثير التربة األرضية من حيث حالتها أو نوعيتها وهي من المعامالت الهامة عند التصميم ( 15-2الجدول )يظهر أيضا

:قاومة الحرارية في الشكل وبالنسبة للكبالت أحادية القلب نحصل علي الم

المواصفات القياسية لمعامالت التربة األرضية: 11-2الجدول رقم

نسبة الرمل الرطوبة

)%(

نسبة طمي

)%(

القيمة

الحرارية

م )ْالنسبية

(وات/سم

السعة الحرارية

(جْمم/جول)

الكثافة

(2سم/جم)

2.8-2 2 80 14 0 شديدة الرطوبة

1.0 0.33 120 14-12 0-7 متوسطة الرطوبة

1.8 0.83 180 12-8 7-4 منخفضة الرطوبة

1.43 0.8 240 4 جافة

2.2 0.33 00 خرسانية

1 1.11 110 أسفلتية

Sins = ns / 2 ln (R/ro)/ 2 (2-63)

فنحصل علي drولشريحة منه بسمك حيث يتحدد الفقد في العزل لوحدة األحجام

dp = { Pins / ln(R/ro) }2 (dr/r) (2-64)

بالمعادلة rونتحول إلي معدل التغير الحراري والسريان الحراري عند نصف القطر

d = pk dSr = Pins { k ln(r/ro) /2 ln(R/ro) } (dr/r) (2-65)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

56

المقاومة النوعية للعزل الكهربي: 17-2الجدول رقم

م )ْالحرارية النسبية المادة

(وات/سم

سعة حرارية

(جْمم/جول)

(2سم/جم)الكثافة

-1)ورق مغمور قبل التركيب

(ف.ك 10

500-150 1.37 1.252

ورق مغمور قبل التركيب

(ف.ك 20-35)

500-550 1.37 1.252

-1)ورق مغمور في التشغيل

(ف.ك 10

100-700 1.37 1.252

-20)ورق مغمور في التشغيل

(ف.ك 35

550-100 1.37 1.252

- - 700-150 ورق مغمور في كبالت غازية

1.315-1.252 1.37 500-450 ورق عزل كبالت زيتية

م 20ْبولي اثيلين

م 80ْبولي اثيلين

300-400 2.3

3.7

0.05

1.25 1.1 700-100 سيبي في

1.4 1.1-1.4 700-500 مطاط

- - 100-550 قطن نسيج

- - 300 قطن نسيج مع شرائط تسليح

0.5 1.33- نسيج قطني غير مغمور

8.8 0.378 0.27 نحاس

2.7 0.02 0.48 ألومونيوم

11.34 0.123 2.0 رصاص

7.8 0.41-0.11 1.23-1.44 صلب

0.0 1.11 000 زيوت معدنية

وبالتالي نصل إلي حساب الفرق بين درجة الحرارة للقلب المعدني والجراب في الصورة النهائية

= (/2) (Pins /2) ln(R/ro) = Sk Pins /2 (2-66)

. 17-2هو موضح في الجدول رقم ويبين أن المقاومة الحرارية النوعية للعزل تختلف تبعا لنوع المادة المستخدمة كما

العالقة بين حرارة الجراب والفقد 10-2االتزان الحراري ضروري لضمان سالمة الكبل أثناء التشغيل ويقدم الشكل رقم

الحراري في العزل وهو يتغير أسيا وكلما ارتفع الجهد زادت نسبة االنهيار الحراري بحدة ويتحدد االتزان الحراري من

:يات المعطاة في الشكل ويحدث االنهيار الحراري لألسباب التالية خالل المنحن

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

57

زيادة المقاومة الحرارية الخارجية عن القيمة المصمم عليها الكبل -1

ارتفاع درجة حرارة الجو والوسط المحيط -2

زيادة الحمل الكهربي بالقدر المسبب ارتفاع درجة الحرارة -3

يوضح 18-2التيار والتي عادة ال تتأثر بدرجة الحرارة مثل كبالت القوي فنجد الجدول رقم أما عن الكبالت خفيفة

المواصفات الفنية الخاصة بكبالت االتصاالت 10-2مقننات بعض هذه الكبالت للتيار الخفيف بينما أدرج الجدول رقم

.والتحكم اآللي وهي متعددة األزواج

PVCر خفيف عزل بوليثيلين وجراب بيان بكبالت تيا: 18-2الجدول رقم

أ 1كبالت تحكم أقل من عزل بجراب البيان

50 1000 (ميجا أوم كم )أدنى مقاومة عزل

2 1 .(ف. ك)جهد احتبار متردد دقيقة

عند حرارة عادية(2مم/كجم)الجراب / أقل قوة شد للعزل

)%(نسبة التقادم

1/1

80/85

1/1

85/85

م لمدة 100ْالجراب / س 01م لمدة 00ْأقل استطالة للعزل

(2مم/كجم)س 48

)%(نسبة التقادم

300/100

10/80

100/120

80/80

80/10 80/10 %(استطالة / الشد )م 70ْأدنى مقاومة للزيت بالجراب

50 50 )%(م 120ْأقصى تضاؤل سمك عند )التوهين الحراري

خدشبال بدون خدش (م15ْ-)اختبار الجراب لصدمة باردة

% 85في هذه النوعية تجمع الضفائر في شكل دائري علي الطبقات المتتالية الداخلية ويجب أال يقل سمك الجراب عن

من القيمة المقننة بالنسبة للجراب الخارجي ويلزم ترتيب األزواج تبعا لأللوان فيها أما عن نقل وتخزين الكبالت

مغطاة ضد الظواهر الجوية والطبيعية أثناء التخزين والنقل والتركيب كما فيكون علي بكرات خشبية غير قابلة للدوران

أية –اتجاه السحب –العالمة التجارية –المصنع –الوزن –طول –مقنن الكبل : ) يلزم تحديد البيانات األساسية مثل

يرض قطاعا طوليا بكبل ( أ) الشكل العام لهذه النوعية من الكبالت فالشكل 20-2ويوضح الشكل رقم ( بيانات أخرى

أحادي القلب من النوع العادي ولكن لتقويته ضد الظروف المناخية واألرضية يضاف إليه طبقة من الشرائط النحاسية

( .ج)ونفس الشكل ولكنه للكبل ثالثي القلب في الشكل ( ب)الواقية له كما في الشكل

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

58

ت االتصاالت والتحكم متعددة األزواجالمواصفات الفنية بكبال: 10-2الجدول رقم

40 30 20 14 3 1 عدد األزواج

توزيع الطبقات

(بالمركز)

طبقة أولي

طبقة ثانية

طبقة ثالثة

طبقة رابعة

1 -

3

-

4

10

-

2

1

12

-

4

10

11

-

2

7

12

10

(مم/عدد)ضفائر

(مم)قطر

7/0.40

1.47

7/0.40

1.47

7/0.40

1.47

7/0.40

1.47

7/0.40

1.47

7/0.40

1.47

(مم)سمك عزل

سمك شرائط الوقاية

(مم)

(مم)سمك الجراب

(مم)القطر الكلي

0.1

0.1

1.5

0.7

0.1

0.1

1.5

13.5

0.1

0.1

1.1

23

0.8

0.1

2

33

0.8

0.1

2.2

38

0.8

0.1

2.4

45

أقصى مقاومة للموصل

(كم/أوم)

13.0 13.0 13.0 13.0 13.0 13.0

2270 1720 1240 700 220 110 (كم/كجم)وزن الكبل

300 300 300 500 500 500 (م)الطول القياسي

Cable Testingاختبار الكبالت : ثالثا

االختبارات األساسية 20-2االختبارات هي المقياس الهندسي السليم لتحديد صالحية الكبل للتشغيل ويقدم الجدول رقم

الجدول ) وهي تتبع المواصفات القياسية وتبعا لعدد العينات الالزمة لالختبار . ف .ك 10الالزمة الختبار الكبالت جهد

يجدول بيانات الكبالت أحادية القلب والمستخدمة في شبكات التوزيع طبقا للمواصفات 22-2أما الجدول رقم ( 21 -2

.ية القلب تلك البيانات للكبالت ثالث 23-2بينما يقدم الجدول رقم IECالقياسية الدولية

.ف. ك 10االختبارات األساسية الالزمة الختبار الكبالت جهد : 20-2الجدول رقم

القيمة اختبارات خاصة القيمة اختبارات روتينية

18 .(ف. ك)س 4جهد 15 .(ف. ك) ق 5جهد اختبار

7.5أقصى تفريغ جزئي عند

( pc. ) ف. ك

- م 200ْاختبار سخونة 20

كل ) العام اختبار الشكل

(تشغيلة

10ال يزيد عن

من إجمالي %

أطوال العقد

% 175 أقصى استطالة للتحميل الكهربي

% 15 أقصي استطالة مستديمة بعد التبريد

% 20 (م15ْ-)أقل استطالة بالتبريد

5/1ال شقوق بنسبة (م15ْ-)اختبار مفاجئ

ية فهي متعددة وتشمل االختبارات الكيميائية والحرارية والفيزيائية بالنسبة لالختبارات التي تخص الكبالت الكهرب

:وكذلك الكهربائية وتلك األخيرة سوف نسرد أنواعها اختصارا في السطور القادمة حيث أنها تنقسم إلي نوعين هما

Production Testsاختبارات اإلنتاج : النوع األول

إلنتاج وبالتالي تتم بعد كل مرحلة تصنيع لها وهي تهم المصنع وليس وهي التي تتم في المصنع أثناء عمليات ا

.المستخدم أو القائم علي التركيب

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

59

تبعا لقيمة األطوال IECبالمواصفات الدولية . ف. ك 10عدد العينات المطلوبة الختبار الكبالت : 21-2الجدول

األساسية الالزمة

عدد العينات المطلوبة (كم)طول الكبل

ال اختبار 1 – 0

4 – 20 1

20 – 40 2

40 - 10 3

Control Testsاختبارات تأكيد : النوع الثاني

:والتي بدورها تتعدد إلي نوعين هما

Current Testsاختبارات دائمة وتتم بصفة دورية :أوال

Sample Testsاختبارات بالعينة : ثانيا

.ات ألنها تدمر العينة وتصبح عير صالحة لالستخدام وتتبع المواصفات القياسية أيضا وهي ما تتم علي بعض العين

:من أهم القياسات التي نحتاج إليها بالنسبة للتشغيل والصيانة تظهر أجزائه والتي نتناولها فيما يليو

Core Parametersمعامالت القلب المعدني -1

تخدم هنا قنطرة كهربية إما مفردة أو مزدوجة لقياس المقاومة لطول ما بقدر نس: rcقياس قيمة المقاومة الكهربية

l متر ومقطع قدرهS أو م ويؤخذ في االعتبار 100 – 0.0001أو لوحدة األطوال منه كعينة وهي تتراوح بين 2مم

مقاومة الكبيرة بالقنطرة المفردة حيث تقاس ال tوتحسب عند درجة حرارة محددة قدرها المعامل النوعي الحراري

1.0بالحدود القياسية وهي مستوى الدقة عالي وال يقل عن ( 21 -2الشكل رقم ) وعموما تعمل دائرة االختبار

مم وبحيث اال يزيد مجموع المقاومات لكل التوصيالت 1وانحراف ال يقل عن % 1.5بحساسية جلفانومتر تحت

:بالمعادلة ثم تقاس المقاومة النوعية أوم ومن 0.02بالدائرة عن

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

61

البيانات األساسية للكبالت أحادية القلب جهد التوزيع: 22-2الجدول رقم

عدد (/ 2مم)مقطع

ضفائر

قطر القلب

الخارجي

(مم)

سمك

العزل

(مم)

سمك

الجراب

(مم)

القطر

الكلي

(مم)

أٌقصى مقاومة

DC (كم/أوم)

وزن الكبل

(كم/كجم)

ل اللفة طو

(م)

70/10 0.0 3.4 1.7 23 0.218 1050 300

05/10 11.7 1.7 25 0.103 1300 200

120/37 13.2 1.8 27 0.153 1100 200

150/37 14.1 1.8 28 0.124 1000 200

185/37 11.3 1.0 30 0.0001 2300 200

240/11 18.7 2 33 0.0754 2850 150

300/11 20.0 2 35 0.0101 3500 150

400/11 23 .1 2.1 38 0.047 4350 150

800/01 35.1 2.5 50 0.0221 8800 150

1000/127 30.0 2.1 55 0.0171 11000 150

= ( rc S ) / { [ 1 + ( t – 20 ) ] l } (2-67)

averageر في اتجاهين معكوسين أو عكس اتجاه الكبل والحصول علي القيمة المتوسطة ويجب تمرير التيا

للقراءتين

Insulation Parametersقياس معامالت العزل -2

-2تعطي الدائرة بالشكل tan وزاوية الفقد C والسعة Rxتنحصر معامالت العزل في ثالث قيم هي المقاومة

والحصول stل حيث يغلق المفتاح مع انتظار دقيقة علي األقل ثم قراءة انحراف الجلفانومتر بقيمة خطوات العم 22

:وهي تعبر عن المقاومة القياسية بالدائرة ويكون التيار قيمته هي Nstعلي رقم التوازي

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

60

Ist = A st Nst (2-68)

مرة أخرى ويصبح التيار بالقيمة x Nxثم يفتح المفتاح وتؤخذ القراءتين

Ix = A x Nx (2-69)

والنسبة بين التيارين تأخذ الصيغة

Ist /Ix = st Nst / x Nx (2-70)

ونعبر بعد ذلك عن المقاومة بالصيغة

Rx = R ( 1 - Ist /Ix ) = R ( 1 - st Nst / x Nx) (2-71)

مما يعني إمكانية إهمال الوحدة ا لصحيحة فنحصل علي x Nx <<st Nstعند

Rx / R = st Nst / x Nx (2-72)

وصوال إلي Rوالمقاومة Cلتواجد السعة ( 23-2الشكل رقم )تؤخذ قراءة الجلفانومتر بعد دقيقة من قفل الدائرة

مع التيار المستمر Vوالذي يظهر عند الجهد Ichاالستقرار الكهربي نتيجة تيار الشحن

Ich = V / R e –t/RC (2-73)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

62

كما يجب أن تختبر الكبالت ذات العزل المطاطي أو البالستيك بعد وضعها في وعاء مائي وتكون مغمورة بالكامل كي

لتحديد المقاومة والتي R60/R15مكن االستعانة بالميجر لقياس المقاومة وي( األرض)تقاس مقاومة العزل القلب والماء

10تبلغ 12 وهو عالي % 20أوم مع األخذ في االعتبار أن الميجر يعطي خطأ يصل إلي

Capacitanceالسعة - 3

قيمة من محدد ال Standard Capacitanceبمكثف قياسي Comparison Methodتستخدم طريقة المقارنة

ميكروفاراد حيث تشحن الدائرة مع التيار المستمر ويبدأ قياس القيم تبعا لما سبق شرحه 0.1قبل وهو دائما بقيمة

بالنسبة للمقاومة ونعتبر أن الجهد ثابت ولم يتغير في الحالتين مع إدخال رمز السعة بدال من المقاومة ونحصل علي

:العالقة

Cx/C st =x Nx / st Nst (2-74)

كم وهي lمنها نصل إلي قيمة السعة المطلوبة لطول من الكابل

Cx =Cst [x Nx / st Nst]/ l (2-75)

Loss Angleزاوية الفقد - 4

االختبار الالزم لقياس زاوية العزل وهو من أهم أنواع 24-2والمعطاة في الشكل رقم( القنطرة)تمثل الدائرة البسيطة

كي بشير مؤشر الجلفانومتر إلي الصفر أي C4والسعة R3االختبارات ومن الشكل يجب أن تضبط قيمة المقاومة

:وبهذا نحصل علي السعة وزاوية الفقد في حالة االتزان بالصيغة fعند الذبذبة Deflectionبدون انحراف

tan =2 f C4 R4 & C x ={Co R4 /R3)}[1 / (1 + tan2 )]

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

63

ومن ثم 0.01وبالتالي المربع لها يكون أقل من 0.1عادة تقل عن tan كما أنه من المعروف أن قيمة زاوية الفقد

tan + 1تصبح القيمة 2 مساوية للوحدة أيضا علي وجه التقريب فتكون السعة المطلوبة هي

C x = { Co R4 / R3 )} (2-76)

/ 10000)أبسط تعبير عن الزاوية هي من الجهة األخرى المقاومة لها قيمة قياسية نختارها دائما كي نحصل علي

: أوم فنحصل علي زاوية الفقد بداللة السعة بوحدات الميكروفاراد في الصورة (

tan = C4

تصلح هذه الدائرة الختبار كال من الكبل وملفات المحوالت ويستخدم أيضا المكبرات اإللكترونية للعينات الصغيرة حيث

طرة بشدة مع انخفاض الجهد وسعة العينة فيتم تصميم دائرة المكبر كي تمنع الشوشرة والتداخل تنخفض حساسية القن

مع أجهزة القياس عندما يتولد مجال كهرومغناطيسي أثناء عملية االختبار فتصبح القراءة أكثر دقة فنحتاج إلي الجهد

ن موجة الجهد ولهذا يتم تغذية المحول من م distorsionوالذبذبة المستقران ويجب أن تختفي أشكال التوهين

مولد مخصوص ويتم التحكم في الجهد من خالل المهيج ولهذا يلزم التأكد المستمر من اتزان الدائرة / مجموعة محرك

% . 1.5وللزاوية أقل من % 0.5وعادة ما يكون الخطأ في السعة أقل من

:ارها مع األرض فتكون السعة المختبرة هي بالنسبة لعزل ملفات محوالت الجهد العالي واختب

Cxo = Cx + Cex

باالستعانة بالمعادلة tan exيمكن الحصول علي زاوية الفقد الخارجي من الزاوية

tan = { Cxo tan xo - C ex tan ex } / [Cxo - C ex ] (2-77) علدي Heat Effectل مع درجة الحرارة المرتفعدة لندرى تدأثير درجدة الحدرارة أخيرا نحتاج بالضرورة إلي اختبار الكب

مددن تددأثير الملفددات الثانويددة للمحددول المسددتخدم للتسددخين وهددذه الدددائرة يجددب أن تكددون Rالعددزل وفيدده تقلددل المقاومددة

70أو 50جدة حدرارة وهو المولد الحراري للعزل حيدث يدتم االختبدار عندد در Screenedمحاطة بشبكة مؤرضة تماما

.حسب المواصفات

البيانات األساسية لكبالت ثالثية بجهد التوزيع: 23-2الجدول رقم

مم)مقطع

عدد (/2

ضفائر

سمك (مم)قطر القلب

عزل

(مم)

سمك

جراب

(مم)

قطر

كلي

(مم)

طول (كم/كجم)فوزن ( كم/أوم)أقصى مقاومة

اللفة

(م)

70/10

05/10

120/37

150/37

185/37

240/11

300/11

400/11

0.0

11.7

13.2

14.1

11.3

18.7

20.0

23.1

3.4 2.5

2.1

2.7

2.8

2.0

3.1

3.3

3.5

47

51

51

50

13

10

74

80

0.218

0.103

0.153

0.124

0.0001

0.0754

0.0101

0.047

3400

4300

5300

1200

7400

0300

11300

14000

300

300

200

200

200

150

150

150

عمال الصيانة تتبع نتائج االختبار علي جميع مستويات الجهد أما عن الكبالت ثالثية القلب والمستخدمة أيضا في أهم أ

وتأتي تفاصيل القطاع الداخلي لهذه 23-2التوزيع الكهربي فنجد المقننات الجوهرية لها قد جدولت في الجدول رقم

. 21-2النوعية في الشكل رقم

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

64

ت الزيتيةصيانة الكبال : ثالثا

صيانة الكبالت الكهربائية من أول األعمال الهندسية التي تحتداج إلدي الرعايدة الفنيدة ونأخدذ هندا الكدبالت الزيتيدة مثداال

:لتوضيح العمل في الصيانة وكيفية التعامل معها عموما ونضعها في عدة محاور نفصلها في السطور القادمة

مبادئ الصيانة: المحور األول

تعتبر الكبالت الزيتية من أهم أندواع الكدبالت ألنهدا متناولدة فدي أيددي المدارة عدابرين وعداملين فدي الشدوارع واألراضدي

الفضاء ولهذا نأخذ وضعا أوليا في العمل بها أو عند االقتدراب منهدا ويلدزم اتبداع قواعدد األمدن الصدناعي فدي هدذا الشدأن

:وأهمها

ثالثيدة األبعداد ( as built drawingsطبقا للواقدع ) يلزم عمل لوحات رسم تنفيذية الوقاية من أخطاء الغير حيث -1

.وتسليمها لجهات االختصاص وتلك المعنية

المتابعة الجيدة وهي بارة عن تفتيش هندسي وتحليل القراءات الفنية الدورية وبياندات األحمدال ومتابعدة حالدة دوائدر -2

. مغذية لها واختبار أجهزة القياس للتأكد من سالمتها الفصل التلقائي والبطاريات ال

.الصيانة الدورية وهي هامة لعالج القصور وتالفي العيوب -3

.التصنيف العام ألعمال الصيانة بالنسبة للكبالت الزيتية 25-2أعمال الصيانة الشاملة ويقدم الشكل رقم -4

انة نوعيات الصي: المحور الثاني

ومنع ضا الزيت بالكبل إال باألسلوب الهندسدي السدليم لمندع دخدول 2سم/كجم 0.3مستوي الزيت بالكبل يكون أعلي من

كما تستخدم دوائر ثانوية تعمل بالتيدار المسدتمر لتحديدد مسدتوى الضدغط والزيدت فدي كدل خدزان , الهواء إلي داخل الزيت

صدالت الفنيدة الالزمدة لحمايدة نهايدات الكبدل مدن التدأثيرات الميكانيكيدة مع ضرورة االعتماد علي الو. علي طول المسار

المختلفددة وهددو مددا يجددب مراعاتدده عنددد وصددل الكددبالت ونضددع الحدداالت الرئيسددية لمفهددوم هددذه األعمددال فددي السددطور

.القادمة

دوائر اإلنذار بالخلل في ضغط الزيت -1

مستوى وأي تقليل في قيمة الضغط يؤثر بشدة علي هذا المسدتوى ومدن ثدم يقوم الزيت تحت الضغط العالي كعزل عالي ال

ف 48يجب القياس المستمر للضغط مع االشارة التلقائيدة بمجدرد االقتدراب مدن حددود الخطدر وتعمدل هدذه الددوائر بجهدد

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

65

تمثدل ( 24-2 جددول رقدم) ملي أمبير ويدتم التوصديل مدن خدالل كدبالت الدتحكم تبعدا لطدول مسدافة الكبدل 20مستمر قدرة

الدائرة الحالة المعتادة في التشغيل فتكون دائرة الجرس مفتوحة بينما المبين مضيئا أما م الخطأ يضئ المبين مدن خدالل

المفتاح والوصلة تبر عن مانومتر لقياس الضغط والذي يعطي األمر إلي المتمم كي يعمل ومنعا للتداخل مع الددوائر

بالكبالت المحورية ويتم حماية الدائرة ضدد التسدرب األرضدي كمدا نشدير إلدي أن التحميدل الزائدد المتجاورة يتم االستعانة

يؤدي إلي رفع ضغط الزيت أعلي القيمة األقصى نتيجة التمدد الطبيعي في حجم الزيدت ويمثدل لده حدد يجدب أال يزيدد عنده

(.21-2ألشكل رقم )بل ويجب اإلنذار عنه

ن بقطر الموصل تبعا لطول الكبلبيا: 24-2الجدول رقم

(مم)قطر السلك (كم)أقصى مسافة للكبل

0,1

0.8

0.0

1

10

14

حالة كسر في العازل بنهاية الكبل -2

.تعتبر حالة غير خطيرة ولكن من األفضل التغيير السريع للعزل المكسور

انخفاض مفاجئ في ضغط الزيت -3

س مثدل المدانومتر وفصدل التيدار الكهربدي عدن الكبدل وعدزل الخزاندات إذا كدان هنداك يلزم التأكد مدن سدالمة أجهدزة القيدا

.تسريب سريع للزيت من الكبل ويجب اختبار الزيت للكسر الكهربي

تزويد الكبل بالزيت -4

امة للحفداظ عند انخفاض الزيت في الخزان يلزم تزويد الكبل بالزيت ولكن لها من الشروط الفنية والهندسية العديدة واله

علي مستوى العزل داخل الكبل وهو ما يمكن أن يتم من خالل الضا إلي الخزان االحتياطي أو الضا المباشر إلي الكبل

.

التسرب التدريجي للزيت في الكبل -5

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

66

أو مددن القمدديص ( البلددوف) أن يكددون التسددريب مددن المسدداعدات أو المواسددير والمحددابس : هددذه الحالددة تعطددي احتمدداالن

.الرصاصي ويجب أن يختفي التسريب وعودة ضغط الزيت إلي المقنن

Circuit Breakers القواطع الكهربية : 2-5

تلعب القواطع الكهربية في شبكات التوزيع الكهربي الدور الهام لحماية المعدات واألجهزة العاملة علي أطرافها بجانب

ولذلك تحظى القواطع الكهربية باالهتمام البالغ ولذلك نستعرض موضوع الكبالت الناقلة للتيار بين األظراف المختلفة

ف في عدة محاور كما يلي في السطور القادمة حيث تعتمد هذه 220/ 380القواطع الكهربية لجهد التوزيع واالستغالل

وتيار بأنواعها المتعددة ف علي المواصفات القياسية والتي تحدد المقننات المختلفة لها من جهد 220/ 380القواطع

:لما تقوم به هذه القواطع من عمل هام حيث لها من الفوائد ما يلي

إتاحة الفرصة لعمليات -1

التوصيل والفصل ألي جزء من

الشبكة دون التأثير علي البقية

منها

التخلص من التأثير الحراري -2

عند ظهوره وذلك بفصل الجزء

مرتفع الحرارة عن التشغيل

السماح بإجراء أعمال -3

الصيانة لكل جزء علي حدة

الحفاظ علي القياسات -4

ودقتها بالمساهمة في تقليل

المجاالت الكهرومغناطيسية

أثناء القصر

إمكان تقليل تيارات القصر -5

بمحددات التيار معها

Current Limiter أو

بتقنية القطع الدائري المزدوج

حيث السرعة الفائقة لتباعد

المالمسات تقليال لزمن الفصل

وبسرعة تعلو عن معدل ارتفاع

مقدمة الموجة الفجائية للجهد

فتزيد من كفاءة القاطع وقدرته

.لقطع التيار

الفصل عند ظهور التسرب -1

Earthاألرضي للتيار

Leakage Current وهو

ما قد يضر بالعاملين

والمستهلكين والمشغلين لهذه

في مدارس الدوائر وخصوصا

األطفال ورياض األطفال وهذا

التسرب للتيار نحو األرض يعني

:أحد الحاالت التالية

عدم اتزان جهد الشبكة ( ا

.الكهربية

تالمس أحد األسالك الحاملة ( ب

للتيار مع جسم المعدة أو الجهاز

.من خالل مقاومة ما

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

67

.بي عدم تأريض جسم األجهزة والمعدات العاملة تحت جهد كهر( ج

.ضعف العزل الكهربي داخل المعدة واالقتراب من االنهيار الكهربي الكامل ( د

مما يلزم معه فصل الجهاز عن الشبكة حماية لألفراد ويتم ذلك آليا تبعا لنظام توصيل شبكة التوزيع بالموقع مع نقطة

لحق علي خط التعادل في التوصيل الثالثي التعادل وهي المدرجة بالمواصفات القياسية الدولية ويعتمد هذا المتمم الم

أ مع 25 – 0.03أ مع الفصل الفوري أو 25أو 0.3أو 0.03علي درجة الحساسية للتيار المتسرب وهو مقنن بالقيمة

ث ويخصص هذا النوع لحاالت المحركات مثل الورش ( 1 – 0) الفصل الفوري أو بتأخير زمني مقداره يتغير حتى

.مم 200و 120 80 50 30بقطر Closed Turoidesضا الملف الحلقي المعروف باسم المدرسية وله أي

. السماح باالرتفاع الحراري لمدة محددة نتيجة زيادة التيار فوق المقنن -7

:وتنحصر هذه القواطع عموما في مستويين تبعا للمواصفات القياسية هما

Aفئة : المستوى األول

ا المستوى عن فتح الدائرة الكهربية فورا بدون أي تمييز زمنييعبر هذ

Bالفئة : المستوى الثاني

أي التأخير لبدء عملية الفصل وعلي الجانب Time Discriminationهنا يدخل في االعتبار التمييز الزمني للفصل

:ي ستة أنواع مختلفة هي بهذين المستويين ف( ف 220/ 380) اآلخر تنحصر القواطع منخفضة الجهد

switchمفتاح فاصل كهربي -1

هو هوائي الطابع وللتيارات الصغيرة كما هي المفاتيح المستخدمة في المنازل والمدارس والمعامل لغرض اإلنارة طالما

ننات ألقل من كان التيار صغيرا وال يحتاج إلي تدخل تقني للتخلص منه أثناء عملية الفصل وتقع هذه النوعية في المق

سعة القطع ) أمبير ومع ذلك فلها المقننات األساسية من حيث جهد التشغيل المقنن وتيار القطع األقصى 1-2

Rupture Capacity ) وهي عادة وحيدة األقطابSingle Pole ألنها تستخدم للوجه المفرد ويجب أن يتم تركيبها

. Neutral Wireن جهة التغذية وليس علي سلك التعادل في بداية التوصيل م Life Wireعلي الوجه

Isolatorسكينة فصل -2

تمثل العازل الكهربي بين الدائرة ذات الجهد وبقية أجزاء الدائرة البعيدة عن الجهد أي علي الطرف الثاني من السكينة

ة الفصل للتيار والجهد عن الورشة وتستخدم هذه النوعية في المصانع والورش لما لها من مميزات تنحصر في إمكاني

مثاال لها ويكون محور حركة أطراف التوصيل إلي أسفل كقاعدة أمان 27 - 2فور االنتهاء من العمل ويقدم الشكل رقم

.للمتعاملين مع الدوائر الكهربية بها

Simple Breakerقاطع كهربي بسيط -3

لدائرة ذات المقنن الصغير من التيار وهي تقطع التيار تبعا للنظريات يمثل القاطع الكهربي الذي يؤدي عملية الفصل ل

الخاصة بقطع الشرارة الكهربية ولكنه للمقننات الصغيرة والتي قد ال تتعدى عدة عشرات من األمبير ويصلح لكل من

.التيار المستمر والمتردد

Compact Breakerقاطع كهربي مزود بأداء وظيفة سكينة الفصل -4

.يتكون من البندين السابقين معا في معدة واحدة وهو من أكثر االستخدامات الصناعية والهامة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

68

Fuseالمصهر -5

ولكن يعيبه ضرورة تغييره عند كل فصل تلقائي مما ( 28 - 2الشكل رقم )يقوم بعمل القاطع ويقطع التيار في حالة القصر

والمصهر من األدوات واسعة repeated short circuitالمتكرر يزيد من التكلفة في تلك الشبكات ذات القصر

. اإلنتشار

Fused Isolating Linkسكينة بالمصهر -1

- 2الشكل رقم ) يتضمن البند السابق مع سكينة للفصل والتوصيل أثناء التشغيل وهي عمليات ضرورة للتشغيل الكهربي

.ل االعتماد عليها كثيرا حتى اآلن بالرغم من ظهور تقنيات أفضل بكثيرويستعان بها في الورش والمصانع ومازا( 27

Miniature CBالقواطع المنمنمة : أوال

أ وتقسم 100تشمل القواطع للتيارات الصغيرة أقل من

تبعا لخصائص التشغيل عند الفصل بمنحنيات التيار مع

الزمن وهي بذلك تعطي الفرصة للتمييز الزمني أو

درجة إحساسها بالقصر من عدمه ويتدرج حتى

– 1 – 0.75 – 0.5المقنن القياسي التجاري أيضا من

أ وبتيار قصر 13صاعدا حتى 1 – 5 – 4 – 3 – 2

وينتج منه أحادي األقطاب وثنائي . أ. ك 15أو 10

ف وينتج 415/ 240وثالثي ورباعي األقطاب جهد

25يار قصر أ بت 125و 100و 80أيضا منه للتيار

– 10ويزود بمتممات التسرب ذات الحساسية . أ. ك

. أ 100للتيارات حتى 500 – 300 – 100 – 30

عالوة علي ذلك نجد أنها تثبت أفقيا أو رأسيا بنظام

وهو نظام عالمي Omega Din Railمجري موحد

عرض ثابت poleقطب /حيث يكون عرض القاطع

مم 18قطاب له عرض مم ولهذا ثائي األ 0مقداره

مم وهو ينتج بمضاعفات التسعة 27وثالثي األقطاب

. ميلي متر

بتحديد كال من Vبطريقة سريعة وتقريبية بناء علي قيمة الجهد المقنن Iscفي هذه الشبكات نستطيع حساب قدرة القطع

لمعادلةوكابل بها وحتى مكان تركيب القاطع با branchكل فرع Xbوممانعة Rbمقاومة

Isc =[V/(3)1/2

]/( Rb2 + Xb

2)1/2

kA (2 - 78)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

69

بالرغم من أن التيار ليس واحدا علي طول المسار حيث يتفرع كل مرة عددا من المغذيات فيتغير التيار ولكن هذا التأثير

التوزيع ولمراجعة التركيبات الكهربية ضعيف ويعطي الحساب بسهولة وهي عملية هامة لتصميم القواطع في شبكات

ولهذا نجدها تتعامل بخواص أداء متباينة كما هو التغيرات المعبر عنها بالمنحنيات . حفاظا علي المعدات واألجهزة بها

مدي Imالفصل التلقائي بالتأثير الحراري المغناطيسي ويظهر التيار المغناطيسي 20 – 2ويبين الشكل رقم : التالية

أخر عن الفصل السريع وكليهما يمكن ضبطه من خالل الوضع المطلوب لكل منهما علي كل دائرة ضبط خاصة بها كما الت

.يتيح الفرصة لتكون قيمة التيار المغناطيسي للفصل قيمة ثابتة ال تتغير

: األسلوب األول

يستخدم هذا النظام

لحماية المولدات

والكابالت الطويلة وبه

رارية الوقاية الح

المغناطيسية بزيادة

التيار وكذلك القيمة

المغناطيسية الثابتة

7للفصل وتتراوح بين

أمثال القيمة 10و

2الشكل رقم )المقننة

- 20.)

أما بالنسبة للفصل

اإللكتروني فنجد في

30 - 2الشكل رقم

مثاال له حيث توجد

األوضاع المختلفة

للضبط لكل من التيار

لتيار المغناطيسي وا

Iالفصل وتيار القصر

كما يوضح الرسم

كيفية الضبط لهذه

.القيم جميعا

:األسلوب الثاني

يصلح لوقاية الكابالت

التي تمد األحمال

العادية وبها زيادة

10إلي 7التيار كوقاية حرارية إضافة إلي القيمة المغناطيسية الثابتة لفصل تيارات القصر والتي تثبت عند القيمة من

( .30 - 2الشكل رقم )ضعف المقنن من التيار

:األسلوب الثالث

يدخل هذا المنحنى مع التيارات المقننة العالية وتكون الوقاية الحرارية لزيادة التيار بينما يتم تثبيت القيمة المغناطيسية

( .31 - 2الشكل رقم )مثل القيمة المقننة 14 10عند القيمة من

حيث يظهر التأثير الزمني لضبط المزمن 31 – 2لكتروني يتكرر بصفات أعم كما جاءت في الشكل رقم أيضا الفصل اإل

.الذي يعطي الفرصة للتغير الزمني للفصل مع التيار في المرحلة قبل األخيرة نسبة إلي الخواص السابقة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

71

:األسلوب الرابع

ات الحركة من زيادة التيار كوقاية حرارية مع تثبيت القيمة هنا نتعامل مع المحركات الكهربية وذلك لوقاية بادئ

.ضعف التيار المقنن 13و 10المغناطيسية بين

: األسلوب الخامس

يدخل هذا األداء لوقاية الكابالت عند األحمال العالية وهي حرارية الطابع لزيادة التيار وثابتة القيمة المغناطيسية بين

.لمقنن ضعف التيار ا 14و 10

Molded CBالقواطع المقولبة : ثانيا

الخاص بوقاية المولدات إضافة إلي Gالسابق اإلشارة إليهما والمنحنى D , MAتعمل هذه النوعية مع المنحنى

تيار وحتى القيمة الصحيحة من ال 0.4حيث به فاصل إلكتروني عالي األداء ويحدد لزيادة التيار القيمة من STالنوع

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

70

المقنن وهو في كثير من األحوال قابل للسحب خارج وضع التشغيل لتحديد وضع الفصل والتنبيه بطريق مباشر عن عدم

التوصيل إال بمعرفة المتخصص وهي ما يتم حساب مقاطعها ومقننات تيار الفصل عند حماية الكابالت بها باستخدام

.لتلك من األلومونيوم 2للكابالت النحاسية والجدول رقم 1الجداول رقم

جدير بالذكر أن هذه القواطع المقولبة تعمل كقاطع عمومي أو فرعي رئيسي حسب األحوال ولها مقننات للتيار يتراوح

وتنتج بأقطاب إما ثنائية أو ثالثية أو رباعية وعادة . أ. ك 25إلي 10أ ولها فدرة قطع تتراوح بين 250وحتى 15بين

.ولها نوعين من تثبيت األطراف فهي إما أمامية أو خلفية ومن النوع المتحرك عموما A تعمل علي نظام الفئة

Air CBالقواطع الهوائية : ثالثا

ولذلك تستخدم في الشبكات الكهربية العمومية أو في الدخول إلي . أ. ك 1.2تصلح هذه النوعية مع التيارات الكبيرة فوق

ا المستوى ويمكن تركيب كافة األجهزة المعروفة بمجال الوقاية ويمكن إجراء الصيانة المواقع التي بها أحماال في هذ

عليه بسهولة كما أنه بسيط عند االعتماد علي الحاسب اآللي للتحكم في تشغيل الشبكة وتصلح لكالً من التيار المستمر

DC والمترددAC م ومع سعة 50ْأو 40درجة حرارة عند. أ. ك 3.2لغاية 1.2حتى 0.8وينتج منها قواطع من

وينتج منه أنواعا بثالث أو أربع Bويكون عادة من الفئة .أ. ك 150إلي 50ف من 380هيرتز 10/ 50قطع عند

: وتتكون بصورة عامة من With-drawable Typeوقد يكون من النوع المتحرك or 4 poles 3أقطاب

Chassisشاسيه -1

Arc Chuteة شرارة غرف -2

Safety Shutterفاصل حماية -3

محرك لشحن الميكانيزم الميكانيك -4

لتواجد القصر أو الموجات التوافقية ومن الممكن RMSوحدة تحكم للقواطع بالتيار المتردد حيث يعمل مع قيمة -5

بية حماية لها من التراكم الحراري للقاطع العامل علي الكابالت الكهر Thermal Memoryإضافة ذاكرة حرارية

Thermal Accumulation بها فيقوم القاطع بتسجيل التأثير الحراري متراكما بحيث يقوم علي الفصل في مدة أقل

من السابقة عند تكرار نفس السبب الحراري أو الفصل عموما حتى ال يتأثر العزل الكهربي بها ويحدث االنهيار الكامل

.بسرعة

Remote Controlاز التحكم عن بعد جه -1

تبسيطا لتغييرها واستبدالها عند اللزوم بدالً من تغيير المفتاح كله Auxiliaries Terminalsأطراف مساعدة -7

أو األطراف ذاتها

.غطاء لغرفة الشرارة وآخر لألطراف المساعدة وثالث للقاطع ككل -8

والمقبض المتحرك Auxiliary Switchالمفتاح المساعد : كال من يدخل في هذا النطاق : ملحقات أخرى -0

Rotary Handle وفاصل الجهدVoltage Release ومانع الحركة الميكانيكيةMechanical Interlock

سواء كان الثابت أو المتنقل ويضاف أيضا Toggleأو بالقفل Rotary Hand ومنه نوعان فهو إما باليد الدورانية

.المستخدمة في الدوائر الخاصة بالوقاية المركبة علي القاطع مباشرة CTمحوالت التيار

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

72

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

73

الفصل الثالث

اإلضاءة الكهربية في المدن

Electroc Illumination in Cities

ي الحياة وتتشعب االستخدامات لشبكات اإلنارة في مختلف النواحي دورا مهما ومحوريا ففي المدن تلعب اإلضاءة

الصناعية والزراعية واالجتماعية وغيرها وال يقتصر دورها على أساليب التأمين والمعايشة اليومية بل يتعداه إلى

وتشكل وى المطلوب السالمة واألمان في مناطق أخرى فمثال عملية اإلنتاج قد تتوقف تماما إذا كانت اإلنارة دون المست

ولقد حظيت موضوعات اإلنارة بالدراسات اإلنارة واحدا من أكبر وأهم األحمال في المدن حتى وإن كانت مدينة صناعية

المستفيضة سواء من ناحية الجوانب األكاديمية النظرية أو تلك التطبيقية العملية لتواكب المتطلبات المتزايدة لمختلف

.أنشطة المجتمع

لمعروف جيدا أن شبكات اإلنارة تختلف اختالفا متباينا من حيث االستخدام أو التصنيع فما يستخدم في المصانع من ا

والورش قد ال يصلح في المستشفيات كل حسب الهدف والغرض والعوامل البيئية المصاحبة له ولقد أدى ذلك إلى

لدقيقة والعملية لنظام اإلنارة في مكان ما والتي تتكامل مع استنباط ما يسمى بنظم إدارة اإلنارة والتي تحدد المواصفات ا

المنشأة الموجودة فيها للحصول على مميزات متعددة وحيوية كما أنه بطبيعة الحال بعد التقدم الهائل في صناعة

را أو ليال الطائرات فلقد استحدثت أنظمة صممت خصيصا إلنارة الطائرات في جميع حاالت الطيران المختلفة سواء نها

ألمان الطائرة وراحة الركاب ولقد تطورت أنظمة إدارة اإلنارة في العقدين المنقضيين بما يواكب التقدم العلمي للوصول

بما يسمى حاليا األنظمة الذكية لإلنارة وهي التي تطبق حاليا في المكاتب المهمة والفنادق الكبرى العالمية والشركات

. المتقدمة

في كثير من البلدان المتقدمة مثل أمريكا وأوروبا Expert Systemsة سريعة نظم إدارة اإلنارة الذكية تنمو وبصور

وأيضا في أقطار الشرق األقصى حتى وصلت إلى معدالت قياسية من التقنية والكفاءة وجدير بالذكر هنا أن نحدد كمثال

لجوية البريطانية خالل الفترة الماضية القصيرة ما يقرب من تطبيقي على أهمية هذه النظم ما أنفقته شركة الخطوط ا

وألن شبكات اإلنارة اآلن تستهلك القدر الكبير من الطاقة فإن . مليون جنية إسترليني لبناء نظام إنارة خاص بها 200

الضروري البحث الطرق التقليدية القديمة في الفصل والتوصيل تصبح عديمة الفائدة بل ضارة أحيانا ولهذا كان من

وأصبح متاحا اليوم العمل اآللي لتشغيل دوائر اإلضاءة . عن طرق وأساليب توفر الطاقة وتكون آمنة في ذات الوقت

فبذلك نستطيع التعامل مع هذه النظم وتكون ( حد مرجعي ) مباشرة فور هبوط مستوى اإلضاءة في الموقع عن حد معين

هبوط الليل أو مع اإلظالم الداخلي في بعض المنشآت موفرة للطاقة بجانب أنها ناجحة مع تكاثر السحب نهارا أو مع

تعمل آليا وال تحتاج إلي اليقظة في تشغيلها إضافة إلي نفس التشغيل اآللي بقطع التيار عن دوائر اإلضاءة إذا ما ظهر

.النهار فمثال عند بزوغ النهار أو ظهور النور

في هذا المجال ليس فقط تلبية رغبات المستهلكين في الحال ومستقبال وفي جميع المساحات وتتيح أنظمة اإلدارة الحديثة

باستخدام الحاسب اآللي عالوة علي االستعانة باألشعة تحت الحمراء مع مبينات أو كاشف حساس للضوء فتتحكم في

ب االحتياج وقد أصبح فعال هذا النظام دوائر منطقية قابلة للبرمجة مع الحاسب فتعمل علي التشغيل توصيال أو فصال حس

مستخدما ولعدد هائل من المصابيح والمفاتيح مع تغيير مستويات اإلضاءة في ذات الوقت علي التوازي أو في أزمنة

.متتالية لنفس الدائرة الواحدة

:يمكن الحصول علي الضوء من خالل عدة طرق منها

مرور تيار كهربي في فتيلة -1

( معدن أو كربون ) ربي بين قطبين قوس كه -2

(تفريغ كهربي داخل بعض الغازات مثل بخار الصوديوم أو الزئبق أو النيون -3

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

74

:كما يجب مراعاة ما يلي

شدة اإلضاءة المناسبة ألداء العمل المحدد -1

كمية اللون المناسبة في هذا الضوء -2

تجنب اإلبهار الناتج عن شدة الضوء -3

الظالل الشديدة المعتمة تجنب -4

(.الصيانة الجيدة والمستمرة لدوائر الضوء وملحقاتها -5

كان النوع الزيتي أول مصابيح استخدمت لإلضاءة في العصر الروماني منذ حوالي مائة عام قبل الميالد ثم اكتشف

لكين بينهم مسافة صغيرة جدا وجود شرارة دقيقة جدا باستخدام التيار الكهربي عند تقريب س 1808همفري ديفي عام

1811موصلين بقطبي بطارية ثم استخدمت المصابيح المملوءة بالغاز في اإلضاءة الشوارع بباريس وأمريكا عام

لتطوير مصابيح القوس الكهربائي الكربونية بواسطة كل من 1851 -1840وكذلك أجريت تجارب متعددة في الفترة

تمكن هولمز من إضاءة بعض المنازل في مدينة لندن بواسطة 1808 -1870تالية ستيني وبيتر ثم في الفترة ال

اخترع الضابط الروسي 1871مصابيح القوس الكربونية من مولدات كهرو مغناطيسية والتي تدار بالبخار وفي عام

شمعة جابلوشكوف مصابيح تحتوي على قطبين من الكربون موضوعين بجانب بعضهما وسمي هذا المصباح بال

.أنتجت مصابيح القوس الكهربي 1878الكهربائية وفي

اخترع توماس أديسون المصباح الكهربي وكانت فتيلة هذا المصباح من الورق المكربن ثم مصابيح 1870وفي عام

وتلي Carbonized Bamboo Filament Lampsالورق المكربن فمصابيح فتيلة الخيزران المطلية بالكربون

وأصبحت 1803تخدام أول نظام إضاءة كهربي للشوارع بمصابيح القوس الكربوني المفتوح ثم تطورت في عام ذلك اس

وقد تطورت صناعة المصابيح Open Carbon Arc Lampمصابيح القوس الكربوني المغلق هي المستخدمة

ومصابيح القوس Flaming Arc Lampsوأنتجت مصابيح أخرى مثل مصابيح القوس المشتعل

استخدمت مصابيح الفتيلة السيلولوز المطلية بالكربون 1801ثم في عام Luminous Arc Lampالمضيء

Carbonized Cellulose Filament ظهرت أول مصابيح الفتيلة المعدنية 1005 وفي عامMetallic

Filament وفي نفس الوقت أنتجت مصابيح األوزميومOsmium Lamp تنتاليوم ثم أنتجت مصابيح ال

Tantium Lamp ذات فتيلة من معدن التنتاليوم 1001وفي عام .

وفي عام Gas Lampsبعد ذلك أجريت تحسينات على مصابيح الفتيلة المعدنية حتى أنتجت المصابيح المملوءة بالغاز

4000في حدود وكان عمر المصباح ( وات / ليومن 51) استخدمت مصابيح الصوديوم بشدة إضاءة أعلى 1034

1037كما أنتجت تجاريا مصابيح تنجستن عام . 1030ساعة وقد استخدمت ألول مرة مصابيح الزئبق في عام

– 1038وتميزت عن المصابيح السابقة وظهرت في نيويورك المصابيح الفلورسنت األنبوبية الموفرة للطاقة في الفترة

.تم تشغيلها بدائرة بداية التشغيل اللحظي 1044لتشغيل وفي عام وتحتوي على دائرة تسخين متقدم لبداية ا 1030

أنتجت المصابيح الفلورسنت األنبوبية ذات قطر 1078استخدمت دائرة بداية التشغيل السريع وفي عام 1052وفي عام

تعددت األبحاث مم وبعد ذلك 11أقل من سابقيها وبنفس األطوال ومنذ سنوات أنتجت المصابيح الفلورسنت ذات القطر

أو تلك بدون Induction Lamp مصابيح الحث الكهربي 1001إلنتاج المصابيح الفلورسنت المدمجة ثم أنتجت في

ظهرت المصابيح الفلورسنت المدمجة 1001ثم في Electrodeless Lampأقطاب المصابيح الفلورسنت المدمجة

تم حصر الطاقة المستهلكة في اإلضاءة بمصر لمدة عام وقد . Helix Compact Fluorescent Lampالحلزونية

بالنسبة المئوية الستهالك الطاقة الكهربية الالزمة لإلضاءة من 1-3طبقا لتقارير هيئة كهرباء مصر كما في الجدول رقم

.الطاقة الكلية

استهالك الطاقة الكهربية في اإلضاءة بمصر: 1-3الجدول رقم

) % (القطاع ) % (اإلضاءة ي العامجيجا وات ساعة ف القطاع

السكاني

تجاري

صناعي

حكومية وأخرى

4122

858

447

315

73

14

7

1

38

50

2

7

07 100 1202 إجمالي

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

75

Light Performanceخصائص الضوء : 3-1

أو غيرهما وهي تنطلق في الضوء عبارة عن طاقة وهي لذلك تتحول من أي من صور الطاقة كهربائية كانت أو كيميائية

x 10 3وتكون سرعته mediumخطوط مستقيمة داخل الوسط 8

وتقل عن ذلك في Spaceث في الفضاء /سم

داخل الوسط refractingوآخر للمرور reflectingوالمعادن والسوائل ولكل وسط معامل انعكاس Airالهواء

أن سرعة الضوء تتحدد بالمعادلة حيث 1-3الجديد وهذا ما يظهر في الشكل

( 1-3) ذبذبة الموجة ×طول موجة الضوء = سرعة الضوء

10× 7.5نانو متر بذبذبة 400فمثال طول موجة األشعة فوق البنفسجية 14

هو هيرتز بينما طول الموجة تحت الحمراء

10× 4نانو متر بذبذبة 75014

هيرتز عند مرور أي موجة من وسط إلى آخر ال تتغير الذبذبة ولكن يتغير كل من طول

electromagneticينتج اإلشعاع الضوئي كموجات كهرومغناطيسية . 1-3الموجة وسرعتها تبعا للمعادلة رقم

waves مختلفة وحيث أننا بصدد اإلشعاع الضوئي من خالل العمليات الفيزيقية والكيميائية الradiation of light

ultraإضافة إلى الموجات فوق البنفسجية ( نانو متر 380 – 780) vision rangeفقط في نطاق الرؤية البصرية

violet وتحت الحمراءinfrared أن 2-3حيث أصبح متاحا تحويلها إلى مجال الرؤية ويتضح من الشكل رقم

الموجات المختلفة تتزايد وتتناقص بينما الموجات الضوئية تقبع في الوسط تقريبا وكلما تحركنا طرفيا تقابلنا مع األشعة

:الضارة والخطرة مثل جاما وغيرها كما ينتج اإلشعاع المرئي عموما من

لبة في درجات حرارة نتيجة سخونة السوائل أو المعادن الص luminous through over heatingالتوهج -1

عالية جدا تصل إلي حد االنصهار

بمرور التيار في الغازات electric dischargeالتفريغ الكهربي -2

والمواد الفسفورية semiconductorsمرور تيار في أشباه الموصالت -3

بعد امتصاصه مثل المواد الفسفورية والفلورية re-radiationإعادة اإلشعاع -4

" فوتون " منتجا electron collisionsمن خالل الديناميكية اإلليكترونية بالتصادم -5

والحرارية لبعض المعادن chemicalمن خالل العمليات الكيميائية -1

.الفيض الضوئي تبعا لالتجاهات والزاوية الفراغية( فوتو متري )توزيع شدة االستضاءة 2-3ويبين الجدول

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

76

أنواع اإلضاءة: 2-3ل رقم الجدو

ويظهر الجدول األنواع المتباينة من أشعة الضوء ومستوى استخدامها في شتى الميادين حيث ننتفع بها في الدوائر

الكهربية الحساسة لحماية المتاحف بل وفي الكشف عن الدخان أو عن مسببات الحريق إلي غير ذلك من المهام وهي

ال يفوتنا أشعة الليزر بمنافعها ومضارها في القرن العشرين وما سوف ينتجه القرن الحالي من كلها نافعة لإلنسان كما

.معجزات ضوئية مقبلة وبعد ما سبق تقديمه بصورة عامة عن الضوء نستعرض خصائصه في السطور التالية

Engineering Unitsالوحدات الهندسية : أوال

للوحدات الضوئية والتي تنتج من المصابيح الكهربية definitionsف المختلفة نتعرض في هذا الجزء للتعاري

فالمصباح الكهربي أيا كان نوعه هو أداة لتحويل الطاقة الكهربية إلى طاقة ضوئية وذلك عن طريق مرور تيار كهربي

مصابيح الكهربية حيث عبر وسط ما وهو الذي يحدد نوعيته وخصائصه خصوصا وإننا سنتعامل مع أنواع عديدة من ال

يختلف كل نوع عن اآلخر من حيث التصميم واألداء تبعا للغرض من المصباح وأهمها هو اإلنارة ويمكن االعتماد علي

:اتحدومن هذه الو 2-3األسطح العاكسة للضوء والتي تعتبر بدورها مصادر ضوئية ثانوية كما أظهر ذلك الجدول رقم

inous FluxLumالفيض الضيائي -1

م 1كانديال على مساحة 1هو كمية اإلشعاع الضوئي الخارجة من منبع مضيء في الثانية الواحدة شدته

2ووحدة

( lm)الفيض الضوئي هو اللومن ويرمز لها بالرمز المختصر

Q Quantity of Lightكمية الضوء -2

بأنها تعرف كمية الضوء الخارجة من مصباح معين في زمن معين

Q = t (lm. s) (3-1’)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

77

.هو الفيض الضيائي لهذا المصباح هي الفترة الزمنية و tحيث

Luminous Efficiencyكفاءة اإلضاءة -3

100لي كل وات من الطاقة المنتجة له فمثال المصباح المستهلك لطاقة تتحدد بالنسبة بين شدة الضوء بوحدات الليومن إ

وات / ليومن 5أي 100/ 500ليومن فتكون كفاءته هي 500وات وينتج ضوءا قدرته

E Illuminationاالستضاءة -4

lm/m)لوحدة هي تلك الكمية الساقطة من الفيض الضوئي علي سطح مساحته الوحدة أي أنها تعادل ا

2وهي الوحدة (

:وتأخذ الصيغة ( مربع المتر / ليومن = اللوكس )الجديدة والتي تسمي اللوكس حيث

E = d / ds (3-2)

Luminous Intensity ( I )شدة اإلضاءة -5

تعرف بأنها كمية الفيض الضوئي الساقط علي مساحة ما بالنسبة إلي الزاوية الفراغية المقابلة لهذا السطح عند المنبع

I = /solid angle) 2سم 1الضوئي ووحدتها الكانديال والتي تعبر عن قوة الضوء الساقط علي مساحة الوحدة

)

Luminance ( L )النصوع -1

يقاس بهذا المعامل شدة الضوء الصادر عن منيع ضوئي أو ذلك المنعكس عن ضوء أساسي آخر وهو محدد االتجاه

ويتحدد لكل نقطة علي حدة علي كل سطح ويمثل شدة النصوع علي المساحة الساقط عليها وبذلك تصبح وحداته هي

( L = I / A) 2سم/ كانديال

Reflectanceاالنعكاسية -7

يظهر الضوء المنعكس من األسطح المواجهة لمنبع الضوء وتكون أكثر تجانسا من ضوء المنبع الرئيسي ولكنها بقدر

أقل بمعامل أقل من الواحد الصحيح ولذلك يكون

(3-3) معامل االنعكاس xالضوء الساقط = الضوء المنعكس

Depreciation Factorمعامل االستهالك -8

:يتأثر هذا المعامل بعمر الفتيلة وهو ما يتبع الصيغة

(4-3) الفيض األقصى في بداية التشغيل / الفيض الفعلي = معامل االستهالك

Use Factorمعامل االستفادة -0

ن النسبة بين كال من الضوء الساقط والضوء األصلي الصادر عن المنبع الضوئي ويتم التعبير عنه يعبر هذا المعامل ع

بالمعادلة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

78

(5-3) الفيض الكلي بالمنبع/ الفيض المستغل فعال = معامل االستفادة

وهو يعتمد علي% 80و 70وفي الواقع الفعلي يتراوح هذا المعامل بين

األسطح العاكسة وهي تتمثل في الحوائط والسقف وأوانها ( أ)

ارتفاع المصدر الضوئي عن السطح المضاء( ب)

زاوية الضوء الموجه إذا ما كان المصدر موجها ( ج)

قدم / لومن 1: ) مع العلم بالتحويالت بين الوحدات اآلتية 2

متر / لومن 10.714= 2

1 قدم كانديال 1=

متر/ لومن 2قدم / لومن 0.003= لوكس 1=

2 )

Maintenance Factorمعامل الصيانة -10

يعتمد هذا المعامل علي المتابعة والصيانة ويتأثر بالنظافة وهو عادة في حدود متباينة تبعا لمكان االستخدام الضوئي

كما تظهر درجة الحرارة كمؤثر هام في هذا المجال 0.4بينما للورش حيث األتربة يصل إلي 0.8فالمكاتب معامله

وخصوصا قي المناطق الحارة وما ينعكس علي وحدة اإلضاءة وما يستلزم من ضرورة االعتماد علي مساعدات لتمرر

الحرارة من حول وحدات اإلضاءة لتقليل درجة الحرارة ويأتي الغبار والمنتشر في األجواء وخصوصا تلك القريبة من

مصانع األسمنتية وما يماثلها لما تسببه من خفض شدة اإلضاءة أو الحاجة المستمرة للصيانة والنظافة وضرورة ال

ثم يظهر التأثير اآلخر وهو الرطوبة والماء في covered unitsاالعتماد علي النظم المغلفة من وحدات اإلضاءة

ذلك يجب أن تكون وحدة اإلضاءة مانعة للصدأ ومانعة المناطق الممطرة أو تلك المستخدم فيها رشاشات المياه ول

للتسرب المائي أو الرطوبة عموما وتستخدم في هذا النطاق األلياف الزجاجية ولذلك يجب أن يؤخذ في االعتبار عند

التصميم لهذه األعمال معامل الصيانة واالستفادة أيضا بأن يرفع القدر المطلوب بالصيغة

المساحة المنارة ×شدة ضوء المصدر حسابيا

(1-3) -------------------------------------= شدة الضوء بالتصميم

(معامل الصيانة ×معامل االستفادة )

Glare Limitحد اإلبهار -11

بمدي القدرة علي الرؤية وبالنسبة لإلنسان فلها الحدود البصرية المعروفة وكل ما يفوق هذا الحد يصبح يتحدد هذا الحد

في مجال اإلبهار ويكون ضارا للعين المجردة ويجب أن نبتعد عن احتماالت حدوثه في أعمال التصميم

المصابيح الكهربية : ثانيا

Electric Lamps

أشكالها ونظريات عملها والغرض منها ولكنها تشترك في بعض الصفات األساسية والتي ال غنى تتعدد أنواع المصابيح و

عنها عند التعامل معها واختيار األمثل منها وذلك ينحصر في أهم الخصائص العامة والمميزة لها عند المقارنة أيضا

:وهي والتي تنحصر في

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

79

Luminanceشدة الضوء -1

اتجاه الضوء وهو عادة ما يكون مطلوبا في كل االتجاهات خصوصا مع الحديث منها ولكن ذلك تعتمد شدة الضوء علي

ساعات تشغيل متواصل كي تتزن القدرة 10يتناقص بالتقادم وتقاس شدة اإلضاءة االبتدائية للمصباح الفلوري بعد مرور

متوسط عمر المصباح وتأثره 3-3لشكل رقم اإلضائية والتي تتآكل مع الزمن بترسيب داخلي علي حائط المصباح ويبين ا

.للمعادن الهاليد % 40من عمر مصباح الصوديوم ضغط عالي بينما % 50بالتقادم فمثال يقاس

Efficiencyالكفاءة الضوئية -2

قدر الكفاءة للمصباح الفلوري حيث يستبعد الفقد في الملف الخانق ولذلك ت% 20سبق اإلشارة إليها وتقدر بحوالي

.بالقدرة الداخلية للدائرة

Colorاللون -3

correlated colorالمعامل الحراري للون: يمثل اللون الضوئي خاصية هامة للمقارنة ولهذا نضع معاملين هما

temp (CCT) وذلك المعامل مؤشر تغير اللونcolor rending index (CRI) .

Ageالعمر المتوسط -4

5-3ألف ساعة تشغيل ويعطي الشكل رقم 20مدى تأثر عمر المصباح وهو ما يعادل في المتوسط 4-3يقدم الشكل رقم

.تأثير القدرة الضوئية علي عمر المصباح

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

81

Costالتكلفة -5

المصباح من وهي من العوامل الهامة للمقارنة ويشمل تكلفة المصباح والملحقات وتكلفة التشغيل والصيانة وملحقات

.عاكس وملف خانق أو بادئ وغيره

:كما يمكن تقسيم المصابيح إلي النوعيات التالية

مثل مصابيح الشمس وتلك القاتلة للجراثيم medical Lampsالمصابيح الطبية ( أ)

ل حيث وهي تلك التي تضئ مناطق محدودة وبتركيز عا Theatre Lampsمصابيح مسرحية وسينمائية ( ب)

تستخدم العدسات المختلفة وتصمم لمسافات متباينة مثل مصباح الزينون

مثل تلك المستخدمة في حماية البنوك والمتاحف وغيرها وقد Protection Lampsمصابيح الوقاية اآللية ( ج)

يستعان بضوء الليزر في هذا الصدد

:عا وهي في الحقيقة تنقسم بدورها إليوهي األكثر شيو Light Lampsمصابيح اإلضاءة العادية ( د)

Filament Lampمصابيح الفتيلة : النوع األول

حيث تعتمد علي نظرية التوهج الناتج للضوء خصوصا مع تلك المواد التي تتحمل درجات الحرارة العالية والتي تتضمن

:كال من

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

80

م وتحتوي علي جميع األلوان بالرغم 2400ْي حيث تصل أحيانا إل Incandescent Lampالمصباح المتوهج -1

. من تغلب اللون األحمر واألصفر وتصنع الفتيلة من تنجستن وتوضع داخل قارورة من الزجاج الشفاف مفرغة الضغط

حيث يدخل فيها بخار تنجستن ويترسب مع Tungsten – Halogen Lampهالوجين –مصباح تنجستن -2

رسب علي الجدار الداخلي ولذلك يضاف النيتروجين واألرجون فيها للتغلب علي هذا البخر االستعمال والتشغيل ويت

ويصلح للتيار المستمر أو المتردد وعادة ما تكون الثغرة Carbon Arc Lampمصباح القوس الكربوني -3

مم 1.5 – 3الحادث بها التفريغ في حدود

Gas Discharge Lampsمصابيح التفريغ الغازي : النوع الثاني

:وهذا النوع متباين ومتعدد وهي تنقسم إلي فرعين فمنها

:وهي Normal Level مصابيح ذات مستوى إضاءة متوسط ( أ)

Fluorescent Lampالمصباح الفلوري -1

:ومنها ما يلي High Levelمصابيح عالية شدة اإلضاءة ( ب)

Sodium Lampمصباح الصوديوم -1

Mercury Lampمصباح الزئبق -2

Metal Halid Lampمصباح الهاليد المعدني -3

.بعد هذا التحديد ألنواع المصابيح ننتقل إلي الصفات الفنية والهندسية التي تتعلق بها في إطار مركز

Incandescent Lampمصباح الفتيلة : 3-2

ربي في فتيلة معدنية مسببا توهجها فتصدر ضوءا بجانب هذه الحرارة هذا النوع من المصابيح يعتمد علي مرور تيار كه

العالية نتيجة لتحرير اإللكترونات من مداراتها فتصبح حرة ولما كانت الفتيلة تعمل عند درجات الحرارة المرتفعة كي

المناسبة لمثل هذه تصدر الضوء فكان لزاما أن تصنع من مادة غير سريعة االنصهار ولذلك كانت مادة تنجستن هي

الظروف ويضاف في وعاء المصباح غاز خامل تحت ضغط بخار منخفض ليعمل علي تبريد الفتيلة مرتفعة الحرارة من

جهة ويمنع عنها التفاعالت الكيميائية فيحميها من الصدأ من الجهة األخرى ويجب أن تكون الفتيلة قادرة علي اإلشعاع

( . 1-3الشكل رقم ) ل ولها مقاومة مناسبة لهذا التشغي

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

82

من طبيعة هذا النوع أن الضوء وما يصدره من أشعة مرئية والصادر عن التوهج يغلب عليه اللون األصفر واألحمر

بينما يحتوي علي األلوان األخرى بمعدالت ضعيفة مثل اللون األزرق واألخضر مثل ضوء النهار مسببا الزيادة الحرارية

درجة كلفن وألنها أول المصابيح التي عرفت في التاريا فعمرها أصغر من غيرها من 2300تصل إلي المعتادة والتي

ساعة تشغيل وتعتمد الفتيلة علي كمية الحرارة المفقودة باإلشعاع ألن 2000و 100األنواع األحدث حيث يتراوح بين

. االنتقال الحراري ضئيل ويهمل

ي لمادة الفتيلة يحتوي علي القليل من األلومنيوم أو البوتاسيوم أو السليكون مع تنجستن جدير بالذكر أن التصنيع الحال

من اإلشعاع الكلي % 75ألن هذه اإلضافة تزيد من صالبتها الميكانيكية يظهر من الشكل أن مادة تنجستن تشع فقط

الحرارة حيث نجد األعطال الدائمة في هذه للجسم األسود لنفس درجة الحرارة وتزيد هذه النسبة كلما ارتفعت هذه درجة

.مرة مثل التيار المقنن لها 14المصابيح يحدث مع لحظة بدء تشغيل المصباح ألن الفتيلة تتلقى تيارا يعادل

فرق الجهد عليها ( جهد تشغيلها ) من هذا النوع عن طريق تقليل ( 7 -3الشكل رقم ) من المتاح زيادة عمر المصباح

يصاحبه كثافة أعلي لتواجد اللون األحمر واألصفر فتؤثر علي كفاءة األلوان بها وما يتبع ذلك من قلة شدة ولكن هذا

اإلضاءة وكفاءتها الكلية وهما المعامالن المرتبطان بقيمة الجهد بين طرفي المصباح علي النقيض مع معامل عمر

وتتميز هذه المصابيح بالثمن -مر المصباح من هذا النوع تشغيلها كما أن درجة الحرارة العالية تساعد علي تقليل ع

الهزيل بجانب عدم الحاجة لصيانتها وسهولة تغييرها وتركيبها واألمان في التعامل معها وال يلزمها أية ملحقات إضافية

با ما تنصهر الفتيلة مثل المحوالت أو الملفات الخانقة أو بادئ للتيار أو أي من أدوات التحكم في الجهد أو التيار وغال

.بانتهاء عمر المصباح

أنواع مصابيح تنجستن : أوال

:تتنوع هذه المصابيح حسب الشكل الخارجي تبعا للمواصفات القياسية في أسلوب هندسي كما يلي

Aالمصباح شكل : النوع األول

ما عدا جهة التثبيت مثل المصابيح المستخدمة هو المصباح القياسي المعروف والذي يعطي الضوء في كافة االتجاهات

.في المنازل

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

83

Rالمصباح شكل : النوع الثاني

يصاحب هذا النوع عاكس ضوئي داخلي من األلومنيوم يعمل علي توجيه الضوء في اتجاه واحد للخارج وبذلك تكون

وء الصادر علي نمط وشكل العاكس الكفاءة الضوئية أعلي من السابق ويرتفع أيضا سعره عن سابقه ويعتمد شكل الض

.الداخلي

Par Lampمصباح القضيب : النوع الثالث

يكون الغالف الزجاجي أكثر سمكا من النوعين السابقين حيث يحتوي علي قضيب من األلومنيوم يعمل علي عكس

زجاج بينما العاكس وهو مكون من قطعتين من ال Parabolic Aluminum Reflectorالضوء الصادر عن الفتيلة

spot lightيأخذ شكل القطع الناقص كي نصل إلي تركيز أعلي وهو مثل النوع ضوء البقعة

ER Lampالمصباح البيضاوي : النوع الرابع

يأخذ العاكس الشكل البيضاوي في بؤرته الداخلية الفتيلة بينما له بؤرة خارجية لتلتقي مع األشعة المنعكسة من العاكس

ولذلك يقل الفقد كثيرا Rفتعمل علي توزيع الضوء بكثافة عالية وهي قريبة الشبه من النوع ( فتيلة وهمية ) خلي الدا

.في هذه النوعية

( F , T , Gمصباح ) مصابيح الديكور : مجموعة النوع الخامس

يصلح لوحدات Tالديكور والنوع يستخدم في أعمال Fتستخدم هذه النوعيات في أعمال اإلضاءة الخاصة فالنوع

فهو يناسب األشكال Gاإلضاءة الطويلة مثل التماثيل وواجهة المباني أو القصيرة المناسبة للوحات الفنية أما النوع

.الكروية

High Efficiency Incandescentمصباح عالي الكفاءة : النوع السادس

ويستعمل بكفاءة في كافة األعمال الصناعية والمعملية ويتميز بقلة هو النوع الحديث من نوعية المصباح المتوهج

استهالك الكهرباء

Sizeأحجام المصابيح : ثانيا

بوصة تعني أن 1/8ومضروب الرقم ( watt)المصابيح ذات الفتيلة يتحدد حجمها من خالل القدرة المستهلكة

. بوصة x10 =2.375 ( 1/8)ونصف قطرها A وهي من نوع وات 100يستهلك ( A 19 100)المصباح القياسي

ويأتي هذا المصباح أحيانا على شكل أسطح ناشرة تقلل من اإلبهار الضوئي الناتج عن الضوء الشديد الصادر من الفتيلة

ومن حيث تطلي بسليكون أو بطبقة تشبه المطاط تقيها من التغير السريع بتأثير الحرارة وتحمي الزجاج من الشرخ

كما توضع أحيانا فتيلة مقاومة rough dutyوتسمى هذه المصابيح ذات األداء الشاق باسم . التفتت عند انكسارها

ويمكن تصنيع هذه المصابيح Vibration Resistanceلالهتزاز ويسمي المصباح في هذه الحالة مقاوم لالهتزازات

إنتاج مصابيح خاصة تنتج كميات هائلة من الضوء تستعمل عند درجات حرارة مختلفة ألغراض التصوير كما يمكن

هناك مصابيح األشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي الكبير والتي تشع حرارة يمكن . Projectionللعرض

ساعة فقط وهناك أيضا 5000توجيهها مثلما يوجه الضوء وهي ذات عمر طويل المدى فعمرها االفتراضي حوالي

-.التي تعمل على تكبير الطيف المرئي حتى تنمو النباتات بشكل أفضل Grow Lampsالخاصة مصابيح النمو

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

84

استعمالها : وهذا النوع من المصابيح له استعماالت عديدة كما يمكن تصنيعها بطرق خاصة لتخدم أغراض معينة مثل

-للضوء الناتج عن هذه المصابيح في مصايد الذباب والحشرات وهو استعمال خاص بالطول الموجي والطيف المرئي

خاص يزيل جانبا من الطيف المرئي لسيطرة ألوان أخرى تجذب الحشرات وهناك Filterفيركب أحيانا مرشح ضوئي

وقد بدأت هذه .أنواعا منها ذات مرشح لالستخدام في حاالت خاصة مثل التصوير السينمائي والتحميض الفوتوغرافي

إال أنه ( ظاهرة التسويد )لتام لمنع األكسدة وترسيب البقع السوداء علي الجدار الداخلي المصابيح بأسلوب التفريغ ا

.بخلط الغازات المتباينة تحسن األداء

Accessoriesالملحقات : ثالثا

حو تشمل الملحقات كل ما يتعلق بالمصباح ويكون الزما للتركيب أو التشغيل ومن ثم نضع أهم هذه الملحقات علي الن

:التالي

أو مسمار تبعا لنوع المصباح ومن كل من النوعين يوجد ( قالووظ ) ومنها نوعين هما اللولبية Holderالدواية -1

.مقننين عادي وصغير إلي جانب تلك األنواع غير القياسية لتصميمات خاصة

ية والتي تتضمن كال من الضوء األصلي وهو ما يدخل في التصميم لحساب شدة اإلضاءة الكل Reflectorالعاكس -2

وكذلك السطح المصقول mirrorبجانب ذلك المنعكس عن العاكس المستخدم ولذلك منه نوعان هما المرايا

glossy surface بمادة شديدة العكس للضوء ويستخدم في هذا المجال كال من الفضة واأللومنيوم حيث أصبح من

ح لتعكس موجات ضوئية ذات طول موجي محدد وتسمى هذه النوعية باسم عاكس التزيين المتاح معالجة هذه األسط

decor reflector فمثال لتسليط الضوء علي لوحة فنية تتأثر من الحرارة يمكن التعامل مع عاكس ال يعكس األشعة

. الضرر الناشئ عن الضوء دون الحمراء أي يكون قادرا علي امتصاص هذه الموجة الضوئية ونكون قد تخلصنا من

وهي النظم المتقدمة في مجال اإلضاءة حيث تستخدم العدسات للتركيز Lens Systemنظم عدسات ضوئية -3

الضوئي والحصول علي ضوء شديد سواء في بقعة أو نقطة أو علي طول مسار معين وقد ظهرت الكشافات المسرحية

flood light نتيجة لذلك ومنها مصباح الفيض الضوء

:والذي يظهر مكوناته المختلفة وهي 8 -3جدير بنا أن نضع المصابيح هذه في تفصيل لكل مكوناتها كما في الشكل رقم

تصنع من الزجاج الشفاف ضد الحرارة وتأخذ أشكاال متباينة حسب الغرض من : Bulbالبصيلة الزجاجية -1

االستعمال

وات فأكثر 40للمصباح قدرة % 00واألرجون % 10وهو خليط من النيتروجين : Gasاح الغاز داخل المصب -2

وهي األسالك المثبتة في قواعد زجاجية داخلية في البصيلة تربط مع الملف : Support Wiresالمساند السلكية -3

من تنجستن داخل المصباح لمنع تأثير الصدمات واالهتزازات المحتملة

هو عامود زجاجي مقوى يثبت المساند السلكية إليه أثناء عملية التصنيع: Buttonتثبيت المساند السلكية مركز -4

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

85

وهو بنهاية زجاجية بها مركز تثبيت المساند السلكية : Button Rodعامود زجاجي -5

لضمان دوران النقاط وهو المستخدم في المصابيح ذات القدرات العالية: Heat Reflectorعاكس حراري -1

.الساخنة ومنعها من الظهور داخل المصباح

وهو لحماية المصباح من زيادة التيار به ألية أسباب خارجية: Fuseالمصهر -7

وتصنع من تنجستن علي شكل ملف كهربي لرفع الكفاءة الضوئية : Filamentالفتيلة -8

ولها جهتين يتم توصيل جهة مع الملف من تنجستن والجهة األخرى : Lead In Wiresأطراف التوصيل السلكية -0

مع أطراف الخروج من المصباح وفي الشكل تظهر أطراف الخروج وهي نقاط التالمس مع الدواية لتوصيل الدائرة

.الكهربية لها وتصنع من النحاس المطلي بالنيكل أو سبيكة منهما

.زمة لربط أطراف التوصيل المعدنية معا لالهتزاز وهي ال: Tie Wiresأسالك ربط -10

وهو ضروري لتثبيت نهايتي أطراف التوصيل السلكية إلي الخارج مع القاعدة : Stem Pressالقرص الزجاجي -11

.وتصنع من سبائك لها ذات معامل التمدد الحراري لذات الزجاج

ء األساسية حيث يخرج منه الهواء أثناء عملية التصنيع ومن إنها من األجزا: Exhaust Tubeأنبوبة الخروج -12

.خاللها تتم عملية التفريغ المطلوبة

وهي إما قالووظ أو مسمار وتعتبر الطرف المالمس األول في حالة القالووظ بينما يكون الطرف : Baseالقاعدة -13

يب هذا الطراز ارتفاع درجة الحرارة والتي نراها الثاني للتالمس في منتصفها من أسفل كما هو موضح علي الرسم ويع

حيث التوزيع الحراري لوضع المصباح أفقيا أو رأسيا سواء القاعدة كانت إلي أسفل أو إلي أعلي 0-3في الشكل رقم

وجميع درجات الحرارة محددة علي الرسم بالدرجة المئوية وكلها معطاة من نتائج قياسات عملية عن مصباح بقدرة

وات وارتفاع الحرارة يزيد من احتماالت الحرائق خصوصا مع مجاورة أي من المواد القابلة لالشتعال كما يقلل 100

:من عمر المصباح ويتميز هذا المصباح بما يلي

ال يتأثر بدرجة حرارة الجو المحيط -1

سهولة التحكم في المصباح -2

شدة الضوء الناتج منه بساطة التحكم في -3

أمانة كاملة في نقل األلوان -4

:تخضع لمعادلة االتزان الحراري التالية ومقاومة نوعية dوقطر lكما أنه لفتيلة بطول

( 7-3) القدرة المشعة = مربع التيار × المقاومة = القدرة في الفتيلة

ي وهو ما يعن

e k d l ( T14 - T2

4 ) = 4 l I

2 / d

2

I = d /2 { e k ( T14 - T2

4 ) / } ½ (3-8)

Tungsten Halogen Lampمصباح تنجستن هالوجين : 3-3

( تنجستن ) ية الحرارة المتولدة منه أكبر من النوع السابق هذا النوع األحدث من المصابيح التي تعمل بالفتيلة إال أن كم

ولذلك يجب أن يتحمل جدار األنبوبة درجات الحرارة العالية والضغط المرتفع وتتكونز من الزجاج به الفتيلة وبداخلها

ر في الفتيلة التي عندما يسري التيا( . مثل اليود أو البروم) غاز خامل إضافة إلي كمية صغيرة من أحد الهالوجينات

ولنفترض )تسخن وترتفع درجة حرارتها فيبدأ تبخر تنجستن من الفتيلة المتوهجة فتتحد جزيئاته مع جزيئات الهاليد

جزيئات اليوديد من ( األنبوبة الحاوية للفتيلة )مكونة يوديد تنجستن مثال وتمنع درجة الحرارة العالية للغالف ( اليود

وبة فترتد إلى الفتيلة مرة أخرى ولكن بسبب الحرارة العالية جدا فإن هذه الجزيئات تتفكك مرة الترسب على جدران األنب

أخرى إلى تنجستن وهاليد حيث يترسب الهاليد على الفتيلة مرة أخرى فال يضيع شيء من مادة تنجستن وتعرف هذه

ظرية يتبين أن عمر المصباح ال نهائي والتي من خاللها من الناحية الن" دورة استرجاع تنجستن " العملية باسم

وهذا غير صحيح بالرغم من عدم فقدان في تنجستن بينما يترسب تنجستن على محور الفتيلة خالل دورة استرجاع

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

86

تنجستن بصورة غير منتظمة على كافة أجزائها حيث يزيد الترسيب علي األجزاء األكثر برودة منها فتنتج البقع الساخنة

: حتراق الفتيلة مع الزمن وتكرار هذا الترسيب ولهذا نجد أن هذه الدورة لها المزايا التاليةوالمسببة في ا

مما أدى إلي صغر حجم غالف المصباح ( 10-3كما هو مبين في الشكل ) التخلص التام من ظاهرة التسويد تلقائيا -1

.من حجم المصباح المتوهج له القدرة نفسها% 00الزجاجي إلى

أمثال ضغط المصباح العادي السابق نتيجة للصالبة 3التمكن من زيادة ضغط الغاز داخل المصباح والذي يصل إلي -2

.الميكانيكية العالية لمادة الكوارتز المستخدمة

مثل )إمكانية خلط الغازات األخرى مع الهالوجين حيث تستخدم مادة خاملة خاصة ذات كثافة أكبر من غاز األرجون -3

(.ربتون والزينون الك

Advantagesالمزايا : أوال

:تتميز هذه النوعية بعدد من النقاط نحددها موجزة فيما يلي

تصلح هذه المصابيح لإلضاءة العالية مع األمانة في نقل األلوان المضاءة ولذلك فهي األفضل في اإلضاءة المسرحية -1

كما Flood Lightإلي الكشافات المستخدمة في السيارات مثل المصابيح وأجهزة التصوير السينمائي باإلضافة

تستخدم في إضاءة المخازن والمالعب الرياضية ووسائل نقل التلفزيون الخارجية ونراها عامال مؤثرا في عروض

.الصوت والضوء بالهرم مثال

.تستهلك قدرة كهربية صغيرة إلعطاء اإلضاءة العالية -2

2500ر المصباح عن مثيله من المتوهج تنجستن فقط حيث يربو عمر هذا المصباح في المتوسط عن زيادة عم -3

ساعة

نتيجة عدم تراكم مادة الترسيب % 50زيادة الكفاءة الضوئية بنسبة تصل إلي -4

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

87

بجانب الغاز المستخدم ذو ضغط منخفض ومقاومة لها درجة حرارة انصهار مرتفعة ذات مقاومة نوعية عالية -5

المرونة في التشكيل والقدرة علي التغلب علي االهتزازات

فقد زادت قدرته ( ساعة 2000)نظرا لهذه المزايا والتمكن من إطالة عمر المصباح إلى ضعف عمر المصباح ذو الفتيلة

ية تحول وال تزال هناك صعوبات تقن( Good Color Rendering) وات مع ألوان أفضل /لومن 21الضوئية إلى

.وات الستخدامها في اإلضاءة المنزلية 300هالوجين لها قدرة أقل من –دون إنتاج مصابيح تنجستن

Requirementsاالحتياطات : ثانيا

: هناك عدد من التعليمات الهامة للتعامل مع هذا النوع من المصابيح ونفرد لها النقاط اآلتية

م مع األفق ألنه إذا كان أكبر من ذلك سيسرع 4ْح يراعى أن ال يقل التوجيه عن عند تعليق أو تثبيت هذا المصبا -1

.بحدوث ظاهرة التسويد عن الطرف السفلي من المصباح مما يساعد في سرعة احتراق الفتيلة وقصر عمر هذا المصباح

ينفجر بسبب الضغط يجب الحذر عند لمس المصباح وهو ساخن ليس بسبب الحرارة الشديدة فقط ولكن كي ال -2

المرتفع داخله وهو في هذه الظروف عرضة لالنفجار فعال مما يجعل شظايا األنبوبة تتطاير ولهذا يوضع لوح زجاجي

.أمام هذه األنبوبة لمنع الشظايا من التطاير عند انفجارها وأحيانا توضع األنبوبة األصلية داخل أخرى لمزيد من الحماية

باليد المجردة الباردة ويلزم تنظيفها بمحلول خاص في هذه ( يسمى عادة بالشمعة)الساخن ممنوع لمس المصباح -3

.من الجهد المقنن% 05يجب أال يقل الجهد عن -4. الحالة

. يلزم ترك فراغ مناسب لسهولة التهوية حول المصباح -5

. من المصباحأقرب ما يمكن ( الجسم المطلوب إضاءته)يجب وضع السطح -1

تصنع هذه المصابيح من الزجاج الكوارتز -8. متر من األرض 2.5يوضع المصباح علي ارتفاع ال يقل عن -7

لتتحمل الكثافة الحرارية العالية نتيجة انخفاض معامل التمدد للزجاج

Gas Choiceاختيار الهالوجين : ثالثا

:ا النوع هم أنتجت ثالث أصناف األكثر شيوعا من هذ

( يود -تنجستن )مصباح : النوع األول

وضغط بخاره 183مئوية تقريبا ونقطة غليانه 113ساعة حيث درجة انصهار اليود هي 1000عمر هذا النوع فاق

. م 25ْفقط عند درجة حرارة المحيط المعتاد وهو 3ز40هو

مصباح البروم : النوع الثاني

1500 م ويعيبه انخفاض بعض النقاط علي الفتيلة عن الحد المطلوب وهو 1500ْابه له يحتاج إلي هذا المصباح والمش

علي التوالي 58.2و 7.3 - م ونقطتي االنصهار والغليان هما 25ْمئوية خصوصا وأن البروم في حالة سائلة عند

تصنيع وبخاصية عدم امتصاص الضوء مقارنة مع السابقة وهو يقتصر علي ميزة سهولة ال 30800وضغط البخار هو

. م تقريبا 1100ْحتى 200وذو كفاءة عالية كما أن دورة االسترجاع قد تأخذ مدى أطول من

مصباح الفلورين : النوع الثالث

ن هو النوع الذي يزيد عمره االفتراضي ويتميز بتقليل البقع الساخنة علي الفتيلة ولكنه عند درجة حرارة عالية أكثر م

درجة تتفاعل فيه السليكا بسرعة مما يسرع من عملية التسويد فيتسبب في تقصير عمر المصباح إضافة إلي أن 400

كما أن الفلورين 3سم 1ميكرو جرام لمصباح حجمه 40كمية الفلورين الالزمة للتفاعل صغيرة جدا وتتراوح في حدود

.يؤدي إلي تآكلها زمنيا يهاجم أسالك التوصيل داخل المصباح بصفة دائمة مما

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

88

Carbon Arc Lampمصباح الفتيلة الكربونية : 3-4

تحتوي المصابيح الكربونية علي فتيلة من السليولوز بعد معالجته كيميائيا بأسلوب خاص فيتحول إلي كربون وللفتيلة

الفتيلة إلي الجدار الزجاجي م وفي التوهج تتأثر ذرات الكربون فترحل من 1800ْشكل حلقي وتبلغ درجة حرارتها

الداخلي مكونة طبقة ماصة للضوء تزيد مع الزمن وهذا يزيد من مقاومة الفتيلة زمنيا فتقل شدة التيار وبالتالي شدة

وات ويستخدم علي نطاق واسع / لومن 3.1الضوء وهذا من أكثر العيوب فيه لكونها غير اقتصادية ومعدل الكفاءة هو

وفي البحث عن الضوء في دوائر التحكم projectorsطبيقات مثل فالش الكاميرا والكشافات العارضة في العديد من الت

: واألمان الكهربي ويظهر منه نوعان هما

مصباح قوس التيار المتردد : النوع األول

ينما القوس الكهربي يحدث علي حيث يبين أن قطبي المصباح متماثلين ب( أ ) 11 -3هذا النوع قد ورد في الشكل رقم

مم ويمكن زيادة كفاءة هذا المصباح بوضع عاكس ضوئي في مواجهة الشرارة لتوجيه 1.5 - 3ثغرة هوائية في حدود

الضوء في االتجاه المطلوب ويستخدم هنا ملف كابح للتيار من أجل اتزان الدائرة وتوزيع الجهد بالتماثل مع أجزاء

حتاج إلي مصهر مع المفتاح كما هو موضح علي الرسم كوسيلة للوقاية ضد زيادة التيار داخل الدائرة والدائرة ت

ف 50 - 55المصباح كما يغلف المصباح غالف زجاجي مضاد للحرارة ويكون المقنن لجهد المصباح هنا في حدود

.ويستعان به في آالت العرض السينمائي

( ب 11-3الشكل رقم ) مر مصباح قوس التيار المست: النوع الثاني

حيث نالحظ من الرسم أن القطب الموجب الكربوني ضعف نظيره السالب من حيث الحجم بخالف ما كان بالنسبة للتيار

المتردد ألن القطب الموجب يتآين أسرع وأكثر من السالب فيتآكل أسرع من السالب وكي يتساوى العمر فيجب أن

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

89

من الضوء الكلي ويوضع أيضا مصهر علي خطي التغذية % 85و ما ينتج حوالي يتضاعف حجم القطب الموجب وه

الكهربية بعد المفتاح لحماية المصباح من زيادة التيار عن المقنن وللمصباح غالف زجاجي واقي من الشرارة ومحسن

للحفاظ علي اتزان الدائرة والتحكم ألداء المصباح وتستخدم في الدائرة هنا مقاومة بدال من الملف في حالة التيار المتردد

5 م للحصول علي ضوء 2500ْف وتصل درجة حرارة القطب السالب إلي 50 - 40فيها ويتم تغذية هذا المصباح علي

بينما ترتفع حرارة القطب الموجب فوق هذا الحد وللحفاظ علي طول القوس الكهربي ثابتا يكون التحكم يدويا أو %

. آليا حسب األحوال

وبالتالي تصبح الطاقة Kالضوء عموما ينتج عن األشعة المرئية حيث لكل طول موجي يوجد معامل حساسية نسبية

لهذا الطول الموجي ولتواجد العديد من الموجات تتحدد الطاقة Eتتحدد بالقيمة المرئية حيث طاقة الطول الموجي

بالصيغة K Eالمرئية

Kmax

Evisual = K E d (3-9)

Kmin

بينما الطاقة الكلية الناتجة عن كل الموجات معروفة وهي

Etotal = E d (3-10)

0

وبذلك نحصل علي الكفاءة الضوئية في الصورة

Kmax

Etotal = K E d / E d (3-11)

Kmin 0

:ونجد الضوء المطلوب قد يتبع العالقة

معامل الفقد الضوئي× الكفاءة × المساحة

(12-3) -------------------------------( = لومن)الضوء المطلوب

معامل االستهالك× معامل االستفادة

يعبر أيضا معامل الفقد الضوئي عن التداخل الضوئي عند استخدام أكثر من مصدر ضوئي خصوصا عند تعددها وهو

للتوزيع غير المتجانس مثل اآلثار والتماثيل التي تحتاج إلي 1.5للتوزيع الضوئي المتجانس وقد يصل إلي 1.23يعادل

.انعكاسات وظالل علي المحاور الفراغية

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

91

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

90

الفصل الرابع

اإلنارة الغازية للشوارع

STREET DISCHARGE LIGHTING

يعتبر الضوء الناتج عن التفريغ الغازي من خالل المرور الكهربي داخل الغاز من الظواهر المصاحبة لعملية التفريغ

الكهربي ذاته حيث انبعاث اإللكترونات الحرة بغزارة بطاقة عالية خصوصا داخل أبخرة بعض الغازات معدنية األصل عند

الضغط المنخفض حيث تظهر الموجات الطيفية من بعض الغازات مثل النيون فيصاحبها موجات الطيف ما بعد البنفسجي

وما يصاحبها من لون أحمر ويظهر هذا جليا في 7000وحتى 5400أنجشتروم واللون البرتقالي بطول 740بطول

لوحات اإلعالنات الضوئية ولذلك تظهر عملية اختيار الغاز المناسب من أهم العوامل المؤثرة في الضوء الناتج عن

فمثال ويكون مناسبا تحويل الضوء غير المرئي إلي الطيف المرئي . التفريغ الكهربي داخل مصابيح التفريغ الكهربي

يتحول الطيف فوق البنفسجي إلي المجال المرئي كما هو الحال مع بخار الصوديوم وهناك أسلوب آخر لتحويل األشعة

.باالستعانة ببخار الزئبق بالخلط مع مادة فلورية كمصدر للضوء

Performance في المصابيح خصائص التفريغ الكهربي: 4-1

للتفريغ الكهربي من حيث المبادئ العامة دون الدخول في التحليل الرياضي أو سوف نتعامل مع العملية الهندسية

الهندسي أو الفيزيقي ألي من مراحلها حيث أن الهدف هو اإللمام بهذا الموضوع من الناحية الهندسية المطلقة ولذلك

:ي النحو التالي تختص هذه النقطة بعدد من الظواهر المصاحبة لعملية التفريغ الكهربي ونوجز أهمها عل

Colorsاألشعة اللونية : أوال

حيث أن التفريغ في الغازات يتم تحت ضغط منخفض جدا فيمكن خلط المعدن أو الغاز ليتفاعال معا كي نصل إلي شدة

اية إضاءة عالية فتواجد الصوديوم أو الزئبق مع الغاز الخامل يرفع من درجة الحرارة عند االنهيار الكهربي وهي بد

االشتعال فيتبخر أي منهما حسب األحوال فتظهر الذرات الكافية والتي يتم استثارتها من اإللكترونات الحرة ولذلك تكون

هناك ظاهرتين هما تفاعل الغاز الخامل كبادئ لالنهيار الكهربي ومعجل لحركة اإللكترونات في مسارات متعرجة فيسبب

إضافة إلي ما سبق . لتصادم اإللكتروني لزيادة االستثارة المطلوبة داخل الغازتسخين الغاز نفسه كما يضاعف من معدل ا

:أشعة ضوئية ويعتمد ذلك علي المعامالت اآلتية ينتجنجد أن التفريغ الكهربي

الضوء الناتج عن الغازات التي تستخدم في اإلضاءة: 1-4جدول رقم

بخار

الغاز

زئبق أرجون صوديوم هليوم نيون

منخفض

زئبق

ضغط عالي

أحمر الضوء

Reddish

قرنفلي

pinkish

أصفر

برتقالي

أبيض مزرق

bluish

white

أزرق مخضر

greenish

blue

أبيض مزرق

208 248 475 108 و نظريا/لومن

30 - 20 20 - 15 50 - 40 40 - 15 و عمليا/لومن

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

92

نوعية الغاز وضغط الغاز -1

حجم التفريغ وهو ما يعني مقنن أنبوبة التفريغ -2

نوعية المعادن أو الغازات المساعدة -3

نوع الطالء الموجود علي سطح أنبوبة التفريغ -4

البيانات الخاصة باأللوان المصاحبة لألشعة المختلفة من بعض الغازات التي تستخدم في هذا 1-4ولهذا يقدم الجدول رقم

كما نجد أن المصابيح تتنوع تبعا للمواد الفسفورية في الطالء وكذلك المادة الخليط مع الغاز الخامل داخل . لالمجا

وفيه تأتي األنواع المختلفة للمصباح الفلورسنت ويظهر منه أن النوع 2-4المصباح كما هو مبين في الجدول رقم

. األبيض في اللون هو األكثر شيوعا

نواع المصابيح تبعا للمواد المستخدمة فيهاأ: 2-4جدول رقم

طول الموجات للطيف اللون المميز الغالب نوع المصباح لونيا المادة المساعدة المادة الفسفورية

نانو متر 440 أزرق أزرق رصاص تنجستن كالسيوم

480 أزرق مع بياض ضوء النهار- تنجستن ماغنسيوم

480 أزرق مع بياض النهارضوء أنتيمون هالو فوسفات الكالسيوم

520 أخضر أخضر منجنيز كبريت الزنك

500 أصفر فاتح نهار/دافئ/أبيض بارد منجنيز+ انتيمون هولوفسفور الكالسيوم

110 أحمر أبيض محسن منجنيز فلورجرمانات ماغنسيوم

Sparkingاإلشعال : ثانيا

إلي وسط موصل جيد ( أو ضعيف التوصيل كهربيا ) عازل كهربيا يعتمد التفريغ الغازي علي تحويل غاز البدء من وسط

للكهرباء والتحول من حالة التفريغ المتوهج نتيجة ظهور جهد عالي بين قطبين بعيدين داخل الغاز إلي حالة تفريغ قوس

الغاز والتي كهربي مستمر ومستقر بين القطبين وهو ما يعني مرور تيار كهربي داخل الغاز وهي حالة إشعاعية لهذا

يصاحبها إشعاعا غير مرئي في الكثير من الحاالت ولذلك يضاف مسحوق فسفوري علي الغالف الزجاجي للمصباح وهو

عند تسليط الجهد . ما يتمتع بخاصية امتصاص هذا اإلشعاع وإعادة بثه مرة أخري في موجات مرئية للعين المجردة

كما يصاحب اإلشعاع الضوئي Ignition Voltageاسم جهد اإلشعال المناسب علي هذا الغاز ينكسر كهربيا ويعرف ب

هذا إشعاع آخر كهرومغناطيسي وهو ما يتغير بتغير الغاز البادئ أو المسحوق المساعد عالوة علي تأثير ضغط البخار

الخاصية المتولد داخل األنبوبة ويصحب عملية التآين هنا انخفاضا في المقاومة الكهربية وتكون مقاومة سالبة

Negative Resistance .

اإلشعال يمثل التحول السابق إلي أن يستقر فرق الجهد الكبير بين الطرفين ويدنو إلي قيمة صغيرة مع استقرار التفريغ

لتقليل مقننات الجهد علي المصابيح من هذا النوع ويوضع الكابح لهذا Ballastالكهربي ولذلك نحتاج إلي كابح

والمصباح ذاته ( الكابح ) ف بين كال من الملف الخانق 220لتوالي مع المصباح وبذلك يتوزع الجهد السبب علي ا

م وتكون فائدته منحصرة في ثالث نقاط هي توزيع الجهد علي المصباح والملف 110ْوتقنن درجة حرارته بحوالي

ر والعمل علي استقراره ويعيبه خفض معامل القدرة وكذلك تجهيز جهد البدء لعملية اإلشعال بجانب الحد من قيمة التيا

:في بعض الحاالت وتتم هذه العملية علي مرحلتين هما 0.3في الدائرة وهو ما قد يصل إلي

Starting Conditionعملية البدء : المرحلة األولي

قطبين ومن ثم تتآين الذرات داخل إنشاء جهد عالي بين طرفي المصباح داخل الغاز فتتولد الشرارة الكهربية بين ال

الوسط وهو ما يستهلك فترة زمنية قصيرة حيث أن جهد انهيار الغازات دالة تتناسب طرديا مع كال من الضغط والمسافة

بين طرفي األقطاب داخل الغاز وهو ما يعرف باسم قانون باشن كما نستطيع خفض قيمة هذا الجهد من خالل عملية خلط

فتعطي الكسر الكهربي بالشرارة بسرعة وفي الحقيقة فإن Penningعرف باسم خليط ببنينج الغازات وهو ما

المرحلة األولي هذه تستهلك عمر المصباح بسرعة جدا مقارنة مع عدد ساعات التشغيل الدائم فكلما زاد عدد مرات البدء

في اإلشعال كلما استهلكت مادة الطالء

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

93

ت البدء علي عمر المصباحتأثير عمليا: 3-4الجدول رقم

20 10 1 (س)ساعات البدء

200 150 50 )%( نسبة ساعات التشغيل المرادفة

3-4 ويبين الجدول sputteringالمعدني علي األقطاب وبالتالي يقصر عمر المصباح وهو ما يعرف باسم البصق

يقل كثير مع هذه العملية المستهلكة للمادة التي تبث العالقة بين عمر المصباح وعمليات البدء وكيفية أن عمر المفتاح

يتراوح العمر . اإللكترونات الحرة وهي معطاة لعدد ساعات البدء يوميا أو لمعدل بدء معادل لقيمة ثالث ساعات تشغيل

ك س تشغيل وهو ما يمكن أن يتبع المعادلة التقريبية 10إلي 5المتوسط للمصباح من

عدد ساعات + معامل الغاز × معامل الجهد× عدد مرات البدء × 3( = س)عمر المصباح

(1-4) التشغيل

بجانب التآين Excitationواإلثارة Elastic Collisionحيث تشمل عملية اإلشعاع كال من التصادم

Ionization وتتأثر الكفاءة بدرجة ( 1-4الشكل رقم ) كما ينخفض ناتج الضوء مع التشغيل وكذلك مع تغير الجهد

– 20حيث يظهر للمصباح المحتوي علي زئبق خالص تكون أقصى كفاءة عند درجة 2 -4الحرارة كما نراها في الشكل

.مئوية 40 – 35 م بينما لتلك بالزئبق الممزوج تكون عند 30ْ

Stable Operationحالة االستقرار : المرحلة الثانية

تتمثل هذه الحالة في االنتقال من الكسر الكهربي مع الجهد العالي إلي التوصيل الكهربي بفرق جهد منخفض وتحول

ل علي البث اإللكتروني الدائرة الكهربية إلي حالة االستقرار ويتم هنا التسخين الكهربي لألقطاب من أجل الحصو

.المطلوب كما البد وأن يتواجد القصور الذاتي في عملية التسخين هذه الستقرار المرور الكهربي من خالل الغاز

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

94

Fluorescent Lampالمصباح الفلورسنت : 4-2

:رض لها بما يلي مصباح الفلورسنت من أهم التطبيقات في مجال اإلضاءة وبأسلوب التفريغ الغازي ولهذا سوف نتع

Generalالشكل العام للمصباح : المحور األول

Mercuryعند ضغط منخفض وقليل من الزئبق Argonيتكون مصباح الفلورسنت من أنبوبة بها غاز األرجون

Visibleوالتي تتحول إلي الطيف المرئي Ultravioletويعطي إشعاعا بنفسجيا 3-4كما هو مبين في الشكل رقم

Light والمصنوعة -( الكاثود ) باستخدام المسحوق المطلي علي الجدار الداخلي من المصباح ويظهر حول الفتيلة

واقي معدني يعمل علي تقليل البقع السوداء كي تترسب عليها - emittingمن مادة تنجستن مطلية بمادة إشعاعية

وهو ما يأتي نتيجة قلة القدرة المنبع Flickerشة الضوئية بجال من الجدران إضافة إلي أنها تقلل من تواجد الرع

الفسفوري مع الذبذبة المتناسبة مع الجهد وهي التي تطلى بها الجدران الداخلية للمصباح من نوع الفلورسنت وتتواجد

. كتلة صغيرة من الزئبق داخل الغالف للمساعدة علي عملية اإلشعال

بيانا 4-4في جهد البدء فيرفع قيمته إلي حد انهيار الغاز كهربيا كما يعطي الجدول رقم يلعب الملف الخانق دورا أساسيا

تقريبيا بالنسبة المئوية من الموجات المرئية الصادرة عن المصباح إلي تلك من ضوء النهار المعتاد وكذلك نسبة تواجد

لي التغير المستمر في قدر الطاقة فوق هذه الموجات في المصباح الفلورسنت كما أن ظاهرة االرتعاش تعتمد ع

البنفسجية الصادرة عن المصباح وهي التي تقل مع التشغيل المستمر فتظهر حالة االرتعاش الضوئي ويظهر من

الجدول أن نسبة تواجد الضوء البرتقالي واألصفر واألخضر المائل إلي االصفرار بجانب األزرق عالية وتزيد جدا وهو ما

ان المصباح نسبة إلي ضوء النهار بينما تتواجد هذه األشعة بنسبة عالية داخل المصباح أيضا وهناك يغلب علي ألو

.مصابيح يتم توصيلها علي التوالي ولكن بأسلوب معين حفاظا علي الصفات الخاصة بالتشغيل لكل مصباح علي حدة

والذي يجدول المادة 4-4ها كما جاء في الجدول نوعيات اللون المتولدة من المصباح الفلورسنت وهي التي يتم تصنيف

( لوكس 10) 20أبيض دافئ –( لوكس 1000) 55ضوء النهار : )التي تنتج هذا اللون ويتنوع اللون األبيض إلي

–( مناسب لألسواق ) 34أبيض ديو لوكس –( مناسب للمدارس والمصانع والرسم ) 33ابيض -وهو مناسب للطرق

( .مناسب للمحالت والمطاعم والفنادق ) 32س دافئ أبيض ديو لوك

النسبة المئوية لألشعة الضوئية الصادرة عن مصباح الفلورسنت العادي: 4-4 الجدول رقم

نسبة األشعة المسحوق المسبب األشعة اللونية

داخل

المصباح

نسبة هذه األشعة إلي

مثيلها من ضوء

النهار

نسبة من

الضوء المرئي

للنهار

5.1 53.3 5.48 بورات الكاديوم أحمر داكن

8.0 82.3 0.58 بورات الكاديوم أحمر

11.5 105.8 12.33 سليكات كاديوم برتقالي

12.1 105.5 13.02 سليكات بيريليوم الزنك أصفر

12.7 105.2 13.7 سليكات الزنك أخضر مصفر

10.2 80 10.01 سليكات الزنك أخضر

11.5 85.7 12.33 لسيومتنجستن الكا أزرق مخضر

14.1 121 15.75 تنجستن الماغنسيوم أزرق

1.4 00.0 1.85 بنفسجي

لذلك نجد المصباح قد يأخذ المسمى باللون والحرارة فنجد مصباح بارد أي أن الفتيلة ال تسخن كثيرا ودرجة الحرارة

.توى تحديد األلوان بدقة منخفضة وهناك الدافئ وهو أبيض اللون وكفاءته عالية مع انخفاض في مس

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

95

حيث يمر التيار من المنبع إلي الملف إلي الفتيلة ( الدائرة األولي ) عند تشغيل المصباح تظهر دائرتين فتظهر دائرة البدء

ولكنه ال يستطيع المرور داخل المصباح ويجد أمامه الطريق السهل من خالل البادئ وهو السلك المغلق كهربيا فيمر فيه

فهي بعد مرور التيار في دائرة ( دائرة التشغيل ) عود إلي المنبع مباشرة دون المرور بالمصباح ـ أما الدائرة الثانية وي

البدء يسخن البادئ فيفصل طرفيه فاتحا الدائرة محدثا جهدا عاليا فجائيا مما يسبب انهيار الغاز كهربيا داخل المصباح

ل حيث يمر التيار من المنبع إلي الملف فالغاز بالمصباح ألنه توقف عن المرور في فيمر التيار وبذلك تظهر دائرة التشغي

كما يمكن تشغيل المصابيح ( . 4-4الشكل رقم ) البادئ لفتح دائرته ومن ثم يكمل المشوار عودة إلي المنبع مباشرة

3.8ثف في دائرته وعادة يكون نجد أن المصباح األول متقدم بالتيار بسبب تواجد مك 5-4علي التوازي ففي الشكل

.ميكرو فارارد بينما الثاني متأخرا لعدم وجود مكثف مما يساعد علي سرعة البدء وهنا المتاح واحدا لهما

Ignition Starterبادئ اإلشعال : المحور الثاني

فتح الدائرة بعد اإلشعال لدائرة التشغيل إكمال دائرة التسخين والبداية في عملية اإلشعال و : ) يقوم البادئ بوظيفتين هما

وهو األكثر شيوعا ويتكون من أنبوبة بها خليط من ( Glow Typeالنوع المتوهج : ) ومنه نوعان هما ( المستقرة

غاز الهيليوم والهيدروجين أو األرجون أو النيون عند ضغط منخفض ويتصل طرفي البادئ مع شريحة المعدن المزدوج

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

96

والذي يتم االستعانة به في النوعيات المتقدمة من المصباح ( Thermal Typeالحراري ) الثاني فهو أما النوع

:كما يمكن تقسيم المصابيح تبعا لدائرة البدء كما يلي

Preheat switch startمصباح ذو تسخين متقدم : النوع األول

حيث يعتمد األسلوب في البدء علي شكل البادئ فهو يتكون 1 -4ل رقم يتم التسخين مسبقا قبل بدء التشغيل كما في الشك

وبداخلها طرفي تالمس أحدهما ثابت واآلخر متحرك ( النيون أو األرجون)من أنبوبة زجاجية صغيرة بداخلها غاز خامل

المفتاح الكهربي بتأثير الحرارة ألنه مثبت في طرف شريحة ثنائية المعدن وهو يحتاج إلي بادئ خاص فمثال مع قفل

لتشغيل المصباح يظهر جهد الخط بين طرفي التالمس فيحدث توهج داخل األنبوبة مثل نظرية التفريغ الغازي تماما

فتسخن بالتالي الشريحة ثنائية المعدن فتتمدد وتفتح الدائرة بين طرفي التالمس داخل البادئ مع وجود الملف الخانق

لتي المصباح وتنتقل الدائرة إلي حالة االستقرار ويتم تركيب مكثف علي طرفي البادئ فيظهر فارق الجهد العالي بين فتي

ميكرو فاراد عادة لمنع تداخل اإلشارات المتراسلة مثل الالسلكي واألجهزة اإللكترونية عموما حيث يتم 0.001بمقدار

ائي وفيه نتحكم في اإلشعاع بإبعاد الهوائي اإلشعاع المباشر من المصباح إلي الهو: التخلص من التداخل بطريقتين هما

أو عن طريق خط التغذية الخلفية . بما ال يقل عن مترين وإال وجب تركيب تأريض لألسالك واألجهزة اإللكترونية عموما

.للمصباح

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

97

لورسنت ويعيبه إنتاج يعمل الملف الخانق هنا علي رفع الجهد إلي الحد الالزم إلشعال الغاز كهربيا داخل األنبوبة الف

وخفض معامل القدرة في الدائرة بشكل ملحوظ فيزيد من ( بالرغم من تقليلها بشدة في التصميمات الحديثة ) الضوضاء

التكلفة الكلية الستهالك الطاقة عالوة علي أن الكفاءة الضوئية للمصباح الفلورسنت تعادل ثالث أمثال كفاءة المصباح

. كهربية المستهلكة المتوهج بذات القدرة ال

Rapid Startمصباح سريع البدء : النوع الثاني

حيث نري مساعد البدء والمكون من شريط موصل بطول المصباح ( 7-4الشكل رقم ) هذا النوع ال يحتاج إلي بادئ

ملي 500للتيار ويركب بجواره ويتصل باألرض ويتحدد بعد الشريط عن المصباح بقيمة التيار المقنن للمصباح فمثال

مم وهذا الشريط يرفع المجال الكهرومغناطيسي بين 25مم بينما للتيار األكبر يكون البعد 18أمبير وأقل يكون البعد

قطبي المصباح فيساعد في عملية اإلشعال ولكنه يجب أال يتواجد مثل هذا النوع في األماكن ذات الرطوبة العالية أو يتم

الطالء مضاد للرطوبة وغير قابل للبلل كما يستعان بمحول خصيصا لهذا الغرض إضافة إلي التعامل مع النوعيات ذات

.الملف الخانق المعتاد

Instant Startingمصباح فوري البدء : النوع الثالث

واحد وتعمل إنه نوع خاص ال يحتاج إلي بادئ وال يطلب فيه تجهيز أو تسخين وتكون فيه الفتيلة ذات قطب مفرد بطرف

الدائرة الكهربية بمجرد توصيل المفتاح وتعطي جهدا عاليا يكسر العزل الكهربي للغاز ويم نزول الجهد إلي الحد المقرر

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

98

وهو ما يجعله مصنعا كوحدة 8-4 فورا حيث يتم التحكم في هذا من خالل محول ذاتي خاص كما نراه في الشكل رقم

.نسبة لألنواع العادية كما أن مقنناتها قد تختلف عن العاديةمتكاملة وغير مجزأة كما هو الحال بال

بعد استعراض هذه النوعيات المتباينة من مصباح الفلورسنت نجد المواصفات الجوهرية لبعض منها وهي ما تعتمد علي

كال متداولة في أو تلك الدائرية وكلها أش Uشكل أنبوبة المصباح فمنها المستقيمة طوليا أو تلك علي شكل حرف

.هذه األشكال بمقنناتها العديدة والتي يتم تداولها 5-4األسواق وتعمل بنجاح ولذلك نجد في الجدول رقم

Improved Lampsالمصابيح الفلورسنت المحسنة : المحور الثالث

لي األقطاب والغاز والمخلوط معه تعتمد عملية ظهور األشعة الضوئية علي عدد من العوامل منها مادة الطالء المعدني ع

والمادة الفسفورية علي الجدران والضغط عليه والجهد والدائرة الكهربية وخصائصها ومن هنا ظهرت بعض األنواع

:ذات القدرات األعلى في إنتاج الضوء علي النحو التالي

High Frequency Lampالمصباح ذو التردد العالي : النوع األول

ذات قطر أصغر وقد تم تطوير مادة Uلنوع في المجال التنفيذي وظهرت منها مصابيح علي شكل الحرف دخل هذا ا

الطالء الداخلي للغالف ذات صفات أفضل كما تم التغلب علي القدرة الضوئية الناتجة عن طريق دخول الملف

20إلي آخر عالي حول( هيرتز 50) والذي يقوم بتحويل التردد العادي Electronic Control Gearاإللكتروني

– 30 kHz ومن مزاياه :

أقل وميضا عند التشغيل -1

حيث أنها تظهر بتردد مضاعف لتردد المصدر الكهربي عندما يقل المسحوق Flickeringانعدام الرعشة الضوئية -2

:خالل ثالث طرق مختلفة هي الداخلي باألنبوبة وهو ما يمكن القضاء عليه في المصباح العادي من

تعتمد هنا طريقة التوصيل بأن يوصل كل : Triple Lamp Groupاستخدام مجموعات ثالثية من المصابيح ( أ)

بين كل مصباح واآلخر فتقل ظاهرة الرعشة الضوئية بحدة 120مصباح علي أحد األوجه فتكون الزاوية

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

99

Double Lamp Groupاستخدام دائرة مزدوجة من المصابيح ( ب)

مواصفات جوهرية للمصباح الفلورسنت القياسي: 5-4الجدول رقم

(وات/لو)الكفاءة (لومن)الفيض األقصى وات( به /بدون ملف خانق)قدرة شكل أنبوبة المصباح

10/ 4 مستقيمة

1 /12

8 /14

10 /14

13 /10

15 /10.5

11 /21

20 /25

25 /32

30 /30

40 /51

15 /78

120

220-240

310-350

410-480

500-150

580-100

750-000

800-1230

1150-1720

1500-1000

1750-2100

2100-4800

12

18-20

22-25

33-34

21-34

30-31

31-43

28-40

31-54

38-40

28-51

33-12

U 11 /21حرف

20 /25

40 /50

15 /78

720-020

830-1000

1850-2700

3300-4050

34-44

33-40

37-54

42-52

27/ 22 دائرية

32 /42

40 /50

080-1100

1500-1000

2150-2700

31-41

31-45

43-54

هذا يعني تشغيل المصباحين علي التوازي حيث يتم توصيل مكثف تقديم في دائرة مصباح واحد منهما وبالتالي تظهر

( 5-4الشكل رقم ) زاوية فرق بين المصباحين

HF Lampشغيل المصباح بالتردد العالي ت( ج)

.هو نوع المصباح الحالي والذي يتميز به عن المصباح الفلورسنت العادي

قلة الضوضاء -3

فورية البدء -4

الكفاءة أعلي -5

أقل استهالكا للطاقة الكهربية -1

الفقد الحراري بسيط جدا -7

تكاليف الصيانة منعدمة -8

نعدام الوميض أثناء عدم التشغيل وهو من العيوب التي كانت تخص المصباح العاديا -0

اإلشعاع الحراري أقل بكثير فيساعد علي تقليل الحاجة إلي أجهزة التكييف -10

عمرها االفتراضي طويل مقارنة مع مصباح الفلورسنت العادي -11

High Pressure Lampالمصباح ذو الضغط العالي : النوع الثاني

:سم مع الخانق والمكثف وتتميز بما يلي 20تظهر هذه النوعية بالصغر وقد وصل طولها إلي

% 25للمصباح الفلورسنت العادي حيث نجد أنها ال تتعدى ( 1-4الجدول رقم ) تستهلك ربع الطاقة المعادلة تقريبا -1

من القدرة الالزمة للمصباح المماثل

ف الفلورسنت العادي ضع 15العمر يصل -2

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

011

سهلة التركيب -3

ال تحتاج إلي صيانة -4

مقارنة استهالك المصابيح بالوات للنوع العادي والمضغوط: 1-4الجدول رقم

)%(توفير الطاقة الفلورسنت العادي النوع المضغوط

0

13

18

23

40

10

75

100

22.5

21.1

24

23

:ح إلي بعض التعليمات الهامة وهي وتحتاج هذه النوعية من المصابي

عدم كسر الغالف ألن داخله الضغط عالي وال يمكن إلقائها بعد انتهاء عمرها مثال -1

ال يجوز تفكيك الغالف أو المصباح أو تعديلها -2

Edison Screwأو جهاز التركيب اليدوي Holderال يجوز لمس الغالف عند التركيب ويفضل التعامل بماسك -3

Holder

أو في التشغيل اآللي Dimmer systemsممنوع إدخالها في دوائر الضبط الضوئي المسرحي -4

ال يجوز زيادة الجهد عليها عن المقنن حتى ال يقصر عمر تشغيلها بشدة -5

فلورسنت يجب تقليل عمليات البدء بقدر اإلمكان خصوصا وأن فترة البدء طويلة قد تصل إلي الدقيقة بينما المصباح -1

عادي يستغرق من ثانية إلي ثالث فقط

عدم تركيبها في المواقع المائية والتي بها نسبة الرطوبة مرتفعة -7

منعا للتداخل بينهما( مثل المذياع والتلفزيون وأجهزة الالسلكي ) يفضل استخدامها بعيدا عن األجهزة اإللكترونية -8

(مصهر داخلي مثل مصباح التوهج ) ماية الخاصة بها تعمل المصابيح هذه بكفاءة ولها الح -0

م 75ْيجب أال تتعدى درجة الحرارة المحيطة عن -10

وبين مصباح الفلورسنت ( ذو الفتيلة تنجستن ) مقارنة عامة بين المصباح المتوهج العادي 7-4يعطي الجدول رقم

.العادي

(فتيلة تنجستن ) سنت مع مصباح التوهج مقارنة بين خصائص مصباح الفلور: 7-4الجدول رقم

خصائص مصباح فلورسنت خصائص مصباح التوهج

الضوء تقريبا طبيعي

تمييز ألوان كامل

تكاليف أولية قليلة

ساعة 700عمر المصباح

تكاليف الصيانة والتشغيل

مرتفعة

لها نصوع عالي

تقل اإلضاءة بالتقادم الزمني

كفاءة ضوئية ضعيفة

لي مرتفعالفقد الداخ

الضوء ثابت تماما

تنخفض شدة الضوء بشدة مع

هبوط الجهد

الضوء غير طبيعي ولكن هناك بعض

األنواع تقترب منه

عدم القدرة علي تمييز األلوان

تكاليف أولية مرتفعة

ساعة 4000عمر المصباح

تكاليف الصيانة والتشغيل قليلة

لها نصوع بارد وهادئ

يقل الضوء بالتقادم الزمني

كفاءة ضوئية عالية

يتأثر بدرجة الحرارة

الضوء قابل لإلرتعاش

عملية البدء ذات تأثير كبير علي عمر

المصباح

مقارنة 8-4كما أن المقنن يتباين بين النوعين وذلك من أجل تحديد الظروف المناسبة لكل منهما فنجد في الجدول رقم

.بسيطة بين النوعين

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

010

صباحي التوهج والفلورسنتمقنن م: 8-4الجدول رقم

مصباح الفلورسنت مصباح التوهج

نوع

المصباح

النصوع (وات /لومن)الكفاءة

(cd/m2 )

الكفاءة نوع المصباح

(وات /لومن)

النصوع

(cd/m2 )

فتيلة

كربون

50 بكابح تيار 52 3

30

12

50

0.7

0.45

0.75

0.55

فتيلة

تنجستن

10

20

25

14

70

200

2400

3-12

بدون كابح

تيار

77

40

80

15

0.7

0.45

0.75

0.55

يبين من هذه القراءات أن المصباح فلورسنت النوع يزيد في كفاءته كثيرا عن مصباح الفتيلة وكذلك يزيد عمر مصباح

.خصائص الفلورسنت عن اآلخر بكثير بالرغم من التكلفة العالية األولية لمصباح الفلورسنت إال أنه األفضل في بقية ال

النوع الموفر للطاقة : النوع الثالث

دخل مصباح الفلورسنت في التطوير لقدمه في الميدان التطبيقي وظهر منه أنواعا عديدة موفرة للطاقة ونرى في الجدول

:حصرا بسيطا لبعض هذه األنواع المتداولة في األسواق خصوصا وأنها تتميز باآلتي 0-4رقم

ع العادي القطر أقل من النو -1

تسمح بتخزين أكبر عددا لصغر قطرها وبالتالي حجمها -2

ال تختلف في التركيب وأسلوبه عن النوع العادي -3

% 15 – 10توفر الطاقة بنسبة -4

تأخذ أشكاال متباينة فتسمح بإضفاء لمسة جمالية علي المصابيح -5

ال تتأثر بدرجة الحرارة -1

ساعة 7000ضي عن العادي ويصل يزيد عمرها االفترا -7

بيان ببعض أنواع مصابيح الفلورسنت الموفرة للطاقة: 0-4الجدول رقم

القدرة

(و)

شكل

األنبوبة

اإلضاءة

(لومن)

طول أنبوبة

( سم)

م)قطر

( م

درجة اللون

أبيض/نهار 21 10 1150/ 1020 طولية 18

حرف 20

U

أبيض عادي 38 31 050

أبيض/نهار 38 10 1020/1150 طولية 20

عادي/أبيض بارد 21.1 20 1350/1000 دائرية 22

/2050/1700 دائرية 32

2000 30.7 30 أبيض بارد

دافئ/ عادي /

أبيض/نهار 21 120 2500/3000 طولية 31

/2000/2300 دائرية 40

2800 40.0 30 أبيض بارد

دافئ/ عادي /

حرف 40

U

بارد أبيض 38 57-10.7 2800:2700

دافئ/ عادي /

أبيض/نهار 38 120 2500/3000 طولية 40

أبيض/نهار 21 150 4000/4800 طولية 58

أبيض/نهار 38 150 4000/4800 طولية 15

حرف 15

U

أبيض بارد 38 57-71.5 3400/4500

دافئ/ عادي /

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

012

المصابيح المدمجة: النوع الرابع

لحجم الشديد وهي تعمل بكابح إلكتروني أو ذلك التقليدي كما جاء في الجداول تأتي أيضا المصابيح المدمجة بصفة صغر ا

السابقة وتتصف بالضغط المنخفض وهي موفرة للطاقة المستهلكة لنفس القيمة الضوئية والكابح فد يكون عامال بالتيار

:المغناطيسي ويمتاز بما يلي

توفير الطاقة -1

تجانس توزيع اإلضاءة -2

ذات دليل ممتاز في تمييز األلوان -3

يرتفع عمر المصباح بشدة -4

. فيعطي مجاال أكبر لالستخدام ( 10-4 الجدول) ينتج بقدرات منخفضة -5

.أمانة نقل األلوان ألنها تصدر اللون األبيض مما يزيد من رقعة استخدامها -1

(ديلوكس ) دمج بيانات مصباح فلورسنت م: 10-4الجدول رقم

قدرة

(و)

ملي )تيار بدء

(أ

ملي )تيار مقنن

(أ

كفاءة

(و/لومن)

فيض

(لومن)

5

7

11

15

20

23

45

75

105

130

170

100

200

350

450

500

100

150

50

57

11

82

10

15

250

400

100

000

1200

1500

:ا يلي عند استخدام الكابح اإللكتروني تزيد الصفات المميزة ويضاف لها م

ثبات الضوء -1

التخلص من مشاكل البدء في اإلشعال -2

ساعة تشغيل 10000زيادة عمر المصباح إلي -3

عدم ارتفاع درجة الحرارة -4

Basic Faultsاألعطال األساسية : المحور الرابع

ت الفنية األساسية للمصباح الفلورسنتالمواصفا: 11-4الجدول رقم

قدرة نوع المصباح

دائرته

( و)

كفاءة اإلضاءة

(و/لومن)

شدة الضوء

. ك)األقصى

(لومن

عمر

المصباح

ألف )

(ساعة

11 – 12 2.8-2.5 70-13 40 سريع البدء

10 عالي الكفاءة

115

10-72

43-50

3.1-4.3

5.1-1.8

12

10-12

31-34 موفر للطاقة

02

10-83

54-15

2.5-3

5-1

12

10-12

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

013

تتحدد المواصفات الفنية للمصباح بعدد من العوامل يأتي علي رأسها عمر المصباح وهو زمن تشغيل المصباح بالساعة

وات وشدة الضوء األقصى وهو ما يظهر في بداية التشغيل ألول مرة ولكن / وكفاءة المصباح ضوئيا بوحدات اللومن

لعدد من تلك المصابيح الخاصة والعادية 11-2ساعة الستقرار األداء ويعطي هذه البيانات الجدول رقم 100بعد مرور

سم وهي كلها مقننات قياسية وواردة في العديد من المواصفات الدولية 120وهي محددة للمصباح ذو الطول القياسي

. بسهولة وهو الهدف من وضع هذه البيانات اآلن والمحلية ومن خالل هذه البيانات نستطيع التعرف علي األعطال

بيان بأهم األعطال في دائرة مصباح الفلورسنت: 12-4الجدول رقم

العالج السبب المحتمل نوع العطل

عدم وجود مصدر تغذية-1 ال يضئ المصباح عند قفل مفتاح الدائرة

انقطاع المصدر -2

انفصال مفتاح التغذية -3

ةقطع في الفتيل -4

البادئ ال يعمل -5

قطع في البادئ -1

قطع في أطراف -7

التوصيل بالدائرة

أطراف الملف مقطوعة -8

التأكد من سالمة المصدر -1

تغيير بادئ التشغيل -2

تغيير المصباح -3

التأكد من سالمة التوصيل -4

في الدائرة

تغيير المصباح المصباح قديم بداية تشغيل بطيئة

تالمس طرفي البادئ -1 والمصباح ال يضئتوهج الفتيلة

جهد منخفض -2

تغيير البادئ -1

قياس جهد المنبع -2

تغيير الملف احتراق الملف الخانق احتراق الفتيلة عند البدء

التأكد من قيمة الجهد ووضع ارتفاع جهد المصدر قصر عمر المصباح تكراريا

منظم للجهد

تغيير المصباح عمر تشغيل طويل رعشة ضوئية بسيطة

االنتظار فترة تشغيل أطول المصباح جديد الضوء متحرك في المصباح

حتى االستقرار

ظهور بقع سوداء -1 الرعشة الضوئية عند الفصل أو التوصيل

عمرا لمصباح انتهى -2

انخفاض جهد المنيع -3

عيب في البادئ -4

ربط وصالت غيرجيد -5

تغيير المصباح بعد -1

الكشف عليه

التأكد من قيمة الجهد -2

الكشف علي البادئ -3

وتغييره إذا لزم األمر

مراجعة التوصيل الجيد -4

بالدائرة

ومن الخبرة العملية الطويلة وما تجمع من أعطال في الكتب والمراجع والكتالوجات نجد

يعطي حصرا ألهم األعطال في دوائر المصباح الفلورسنت مجدوال 12-4الجدول رقم

سباب وكيفية التعامل معها ونظرا ألن هذه المصابيح بسيطة فالتعامل معها سهل لأل

D C Lampمصباح التيار المستمر : المحور الخامس

إذا ما تمكنا من كسر العزل الكهربي بين الفتيلتين ( غير المتردد ) يمكن لمصباح الفلورسنت العمل علي الجهد الثابت

لها قيمة ) جهد بسيط كاف علي طرفي المصباح وهو ما يمكن أن يتم من خالل مقاومة عند طرفي المصباح في وجود

وتدخل الدائرة علي التوالي لتقلل الجهد هذا ولكنها ( 13-4مقننة تبعا لقدرة المصباح كما هو مجدول في الجدول رقم

كيفية األداء ففيه نجد أن الكفاءة الضوئية الدائرة الكهربية لمثل هذا المصباح و 0 -4تستهلك الطاقة ويعطي الشكل رقم

سوف تقل عن مثيله من العامل علي التيار المتردد إلي النصف نتيجة استهالك الطاقة المماثلة في المقاومة التي تدخل

.في الدائرة علي التوالي

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

014

المقاومة المقننة للمصباح العامل علي الجهد المستمر: 13- 4الجدول رقم

سم 10 سم 120 نبوبةطول أ

و 15 وات 20 وات 40 وات 30 وات 40 وات 80 مقنن المصباح

ف 200

210

220

230

240

250

103

111

123

147

111

111

208

235

214

203

330

330

214

203

330

380

420

420

111

128

147

147

111

111

182

208

235

214

203

330

235

214

203

330

380

380

تسويد للمصباح بالقرب من الكاثود ولهذا السبب يوضع مفتاح عاكس االتجاه كي تعمل الفتيلة كقطب موجب كما يحدث

مرة ثم كقطب سالب مرة أخرى كي تتساوى كمية االنبعاث اإللكتروني منها علي جانبي المصباح فتستهلك الفتيلة

Thermal Starterئ من النوع الحراري بالتساوي ويكون هذا أطول عمر ممكن للمصباح إضافة إلي أن الباد

حفاظا علي حرارة Acrylic Sheathوتتأثر هذه المصابيح بدرجة الحرارة أيضا ولذلك توضع في جراب صناعي

نالحظ أن المقاومة تقلل التيار إلي ما دون األمبير حتى .المصباح وهو ما يظهر فعاال عندما تقترب الفتيلة من االنتهاء

من االحتراق والمكثف في الدائرة لمنع التداخل مع اإلشارات الالسلكية والشوشرة الضوضائية ويوجد تحمي الفتيلة

. مفتاح مغير أطراف التوصيل كي يعطي القطب الموجب للفتيلة في أعلي المصباح مرة ولألخرى المرة الثانية وهكذا

تعمل بالتيار المستمر مثل المترو والترام والقطارات يعتبر هذا النوع من أنسب األنواع لوسائل النقل المتحركة والتي

.المكهربة أو تلك التي تدار بمحركات الديزل مثل المركبات عموما بجانب الدراجات بأنواعها المختلفة

Improvement of Power Factorتحسين معامل القدرة : المحور السادس

ئرة وهو ما يؤثر بشدة علي إمكانية استغالل القدرة كلها أي ضياع يعيب مصباح الفلورسنت خفض معامل القدرة في الدا

أحيانا ومن ثم نحتاج إلي تعديل أو تحسين هذا 0.3أو 0.4قدر كبير منها خصوصا وأن معامل القدرة قد يصل إلي

:المعامل وهناك عددا من السبل للتوصل إلي ذلك ومنها

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

015

Series Condenserتوصيل المكثف توالي : الطريقة األولي

أن الدائرة بها ملف فتكون دائرة تأخير وهو ما يتمكن التغلب عليه بإدخال مكثف بالدائرة وهو إما أن يتم تركيبه بالدائرة

فيعوض قيمة الحث من الملف ويتميز المكثف هنا بأن الجهد عليه صغيرا فيكون سعره أقل ( 10-4الشكل) علي التوالي

المار بالمصباح بينما يمر فيه التيار

وال يجوز السماح بقيمة المكثف كي .

.تحدث رنين

توصيل : الطريقة الثانية

Shuntمكثف توازي

Condenser

يركب المكثف علي التوازي فيعوض

التيار الكلي الداخل إلي الدائرة ونري

أحد هذه 11 -4في الشكل رقم

الدوائر والتي تعتمد علي المكثف

ألساسية واألكثر وهي من الدوائر ا

تطبيقا مقارنة مع مكثفات التوالي

ألن الجهد ثابتا ويمكن االستعانة

فولت ويصبح 220بمكثفات متواجدة لتطبيقات أخري وليس لمصباح الفلورسنت فقط ويمر التيار هنا تبعا للجهد وهو

تحسين القدرة في مصباح أهم المقننات لمكثف 14 -4المكثف مقنن في المتداول فعال ويجدول الجدول رقم

.الفلورسنت

.مقننات مكثف تحسين القدرة في مصباح الفلورسنت: 14 -4الجدول رقم

10 11 20 25 30 40 15 ( W) قدرة المصباح

3 4.5 7 ( F)سعة مكثف توازي

VAR ) 30 40 80 55 70 70 110سعة مكثف رنين

المصابيح علي منبع واحد فتوفر في عددهم وفي استهالكهم أيضا وفي ويمكن هنا تركيب مكثف واحد لمجموعة من

/ 220أو ناحية . ف. ك 11بعض األحوال تكون الناحية االقتصادية هي الغالبة فيتم تفاضل تركيب المكثف علي جهة

. ف حسب القدرة اإلجمالية لمجموع مصابيح الفلورسنت العاملة داخل النطاق 380

دائرة شبه رنين: الطريقة الثالثة

دائرة الرنين مع التسخين المسبق وهي تعرف باسم دائرة شبه الرنين وتستخدم بكثرة في 12-4يعطي الشكل رقم

اإلنشاءات الصناعية وكذلك في المحال التجارية والمكاتب الكبرى لتوفير الطاقة بها

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

016

Neon Lampمصباح النيون : 4-3

:من هذه المصابيح التي تعمل بالتفريغ الغازي ولها من الخصائص الفريدة الهامة منها يعتبر مصباح النيون نوعا

. ف. ك 5جهد تشغيل عالي يصل إلي -1

(مم 30 - 10) قطر األنبوبة صغير جدا -2

( ملي أمبير 150 – 25) التيار ضعيف جدا -3

ل الدائرة مؤرضة تماما حماية لألفراد ومنعا للتداخ -4

مع األجهزة اإللكترونية

الكابالت والموصالت وجميع األطراف في الدائرة ال -5

بد وأن تكون جيدة التوصيل مع األرض

طول األنبوبة قصير ويمكن تجميعه ببساطة في -1

أشكال وحروف وكلمات بسهولة تامة كهربيا أو

ميكانيكيا ولذلك يستخدم في اإلعالنات والديكور وهو

. ثر انتشارا األك

( يعطي األشعة الحمراء ) األنبوبة تمأل بغاز النيون -7

( . يعطي أشعة زرقاء ) بجانب المساعد من الهيليوم أو األرجون

توفير الطاقة بشكل ملحوظ -8

توافر األمان الكهربي -0

ن والتي تحتوي علي عدد من المفاتيح المتتالية وهم أربعة حيث الشكل العام لدائرة مصباح النيو 13-4يقدم الشكل رقم

يستقبل التيار من المنبع القاطع الرئيسي ويليه القاطع الزمني ثم القفل ثم مفتاح اإلشعال حيث يتم التحكم في الدائرة

المعهود في وسائل باألسلوب الكهروضوئي وهو ما يمكن أن نتعامل معه من أجل تقطيع اإلضاءة أو التذبذب الضوئي

.اإلعالن الضوئية باستخدام مصابيح النيون

رسما توضيحيا لكيفية توصيل قطع 14-4كما نرى في الشكل رقم

مختلفة من مصباح النيون حيث يتم توصيلها علي التوالي في

الدائرة الكهربية ويظهر في الشكل ملفات منع التداخل

ية من أبسط الدوائر الكهرومغناطيسي مع الدائرة وهذه النوع

الكهربية ولذلك فهي منتشرة بشكل ملحوظ علي جميع المستويات

. اإلعالمية ومازالت في المقدمة

الشكل العام لدائرة مصباح النيون والتي 13-4يقدم الشكل رقم

تحتوي علي عدد من المفاتيح المتتالية وهم أربعة حيث يستقبل

يليه القاطع الزمني ثم القفل ثم التيار من المنبع القاطع الرئيسي و

مفتاح اإلشعال حيث يتم التحكم في الدائرة باألسلوب الكهروضوئي

وهو ما يمكن أن نتعامل معه من أجل تقطيع اإلضاءة أو التذبذب الضوئي المعهود في وسائل اإلعالن الضوئية باستخدام

.مصابيح النيون

لكيفية توصيل قطع مختلفة من مصباح النيون حيث يتم توصيلها علي رسما توضيحيا 14-4كما نرى في الشكل رقم

التوالي في الدائرة الكهربية ويظهر في الشكل ملفات منع التداخل الكهرومغناطيسي مع الدائرة وهذه النوعية من أبسط

. قدمة الدوائر الكهربية ولذلك فهي منتشرة بشكل ملحوظ علي جميع المستويات اإلعالمية ومازالت في الم

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

017

الفصل اخلامس

مصابيح تفريغ ضغط عالي ومنخفض

Discharge Lamps of High & Low Pressure

مع ظهور التفريغ الكهربي وما يصاحبه من أشعة مرئية أو غير مرئية والتي تبين إمكانية تحويلها إلي مرئية جعل

بحث والدراسة وبعد أن تعرفنا علي مصابيح النيون موضوع التفريغ في الغازات عمال هاما يحتاج إلي المزيد من ال

والفلورسنت نجد أنه من الممكن أيضا دخول غازات أخرى إلي الميدان فيجعل التفريغ بكفاءة أعلي من الناحية الضوئية

دن ولذلك نجد مصباحين هامين قد ظهرا في ميدان اإلضاءة مثل الصوديوم والزئبق وقد تطور األخير بالخلط مع المعا

ومنها ظهرت مصابيح الهاليد كما أن الخواص قد تتباين لذات الغاز أو المعدن المستخدم إذا تغير الضغط داخل أنبوبة

التفريغ وهو ما أتاح العديد من التطبيقات ألي من هذه النوعيات وهو الموضوع ما سوف نستعرضه بالنسبة لهذه

.األنواع الثالثة في البنود التالية

Sodium Lampاح الصوديوم مصب: 5-1

.يوجد نوعان من مصابيح الصوديوم تبعا للضغط بداخلها نفرد لهما السطور التالية

Low Pressure Sodium Lampمصباح الصوديوم منخفض الضغط : أوال

ة من القوس وهو الضغط األمثل لتحويل الطاق( ملي مم زئبق 3حوالي ) تعمل هذه المصابيح عند الضغط المنخفض

:الكهربي داخل الغاز إلي طاقة ضوئية مرئية وتتكون من

تتحمل درجات الحرارة العالية وتأخذ هذا الشكل كي تقلل من طول المصباح Uأنبوبة زجاجية علي هيئة حرف -1

. فيكون سهال في أعمال الصيانة

ية أو غير مرئية يمكن تحويلها إلي مرئية سواء كان تحتاج األنبوبة السابقة إلي غاز قابل للتآين ويعطي أشعة مرئ -2

حيث أن نقطة انصهاره أعلي قليال من الزئبق فنجد أن الحرارة ) بطريقة مباشرة أم ال ولذلك يوضع بداخلها الصوديوم

لناتج كي يعمل علي خفض جهد التآين في الغاز ا% 1والنيون بجانب مادة األرجون وهو الغاز الخامل وبنسبة ( مرتفعة

.مثل بخار الصوديوم حيث تحتاج عملية التفريغ إلي وعاء وغاز قابل للتآين بجهد المنبع المسلط عليه

وسيلة بدء التفريغ الكهربي داخل الغاز حيث توجد الفتيلة وعليها الطالء من مادة تنجستن كي تساعد علي االنبعاث -3

دقائق وإن كانت مدة طويلة إال أنها تصلح في 10-5ما يقرب من اإللكتروني من الكاثود وتستغرق عملية بدء التشغيل

األماكن التي يستمر فيها الضوء واإلضاءة لمدة طويلة مثل إنارة الشوارع واألسواق ومواقف السيارات والمخازن

ب حيث يخترق وأرصفة المواني والمطارات والسكك الحديدية والمحاجر والمعابر ويكون مناسبا أكثر في حالة الضبا

.اللون األصفر هذه الكثافة المعتمة للضباب

توضع هذه األنبوبة داخل وعاء زجاجي أنبوبي أيضا مزدوج الجدارين حيث الداخلي يطلي بمادة الصوديوم بطريقة -4

ر متجانسة ومتساوية التوزيع ويجب أن يتجه رأس المصباح إلي أعلي كي ال يترسب الصوديوم أسفل المصباح بجوا

ومن الممكن أن يوضع أفقيا أيضا وللمحافظة علي درجة حرارة المصباح يجب منع الفقد الحراري ( الفتيلة ) القطب

من تيارات الحمل والتوصيل الحراري بالعزل الحراري الجيد وهو ما يسبب وجود هذا الغالف الزجاجي كما تواجد أكسيد

ل علي تحسين كفاءة اإلضاءة ألن هذه الطبقة تعمل كعاكس ضوئي يعم( ميكرو متر سمك 0.31)األنديوم الرقيق

تغير الكفاءة لنوع األنبوبة 1-3خصوصا وأن اللون هنا يكون خاليا من اللون األحمر فتقل الحرارة ويعطي الجدول

:ويظهر تعادل القدرات داخل المصباح بالصيغة

(1-5) لتفريغ الكهربي الفقد في ا+ الفقد في األقطاب = قدرة الدخل للمصباح

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

018

من أجل توزيع الجهد علي المصباح وباقي ( ملف ) يتم توصيل هذا المصباح في الدائرة الكهربية مع مقاومة أو ممانعة

مكونات الدائرة وكذلك من أجل تقليل التيار المار بالمصباح ويعطي هذا المصباح ضوءا يميل إلي االحمرار في بداية

م 210ْتفريغ ولكنه يتحول إلي اللون األصفر بعد االستقرار وسخونة الغاز والذي تصل حرارته إلي حوالي عملية ال

580و ألن اإلشعاع الصادر له طول موجي يقرب من / لومن 180 –110ولكن كفاءة اإلضاءة مرتفعة حيث تصل إلي

لنوع يستخدم في إضاءة الشوارع ألن أمانة نقل نانو متر وبذلك يقترب من األطوال القصوى للضوء المرئي وهذا ا

األلوان ضعيفة ومن ثم ال نحصل علي ألوان األشياء مثل الحقيقة ويوجد نوعان من مصابيح الصوديوم منخفض الضغط

فنري double ended linear lampومصباح مزدوج األطراف Single ended lampهما مصباح وحيد النهاية

:المصباح ومكوناته في الصورة أن القدرة تتوزع علي

(2-5) إشعاع التفريغ + الفقد الحراري = قدرة الفقد في المصباح

تأثير طالء األنبوبة علي كفاءة اإلضاءة: 1-5الجدول رقم

(و/لومن)كفاءة (و)أقصى إضاءة (طالء)نوع العزل

15 1150 أنبوبة غير معزولة

110 400 ة محاطة بأخرى مفرغةأنبوب

110 200 األنبوبة الخارجية مطلية بأكسيد الصعيع

180 111 األنبوبة الخارجية بطالء بأكسيد األنديوم

200 110 أنبوبتان خارجية بطالء أكسيد األنديوم

أنبوبتان خارجية بطالء أكسيد األنديوم والمصدر

(غير جيبية ) موجات مستطيلة

110 220

-400)حيث يتم التوصيل مع محول ذاتي لتجهيز جهد اشتعال ( ب) 1-5ا عن دائرة المصباح فنراها في الشكل رقم أم

ف ونري أن الفقد الحراري يمثل بالمعادلة( 100

(3 - 5) فقد الحجم والجدران بالطالء عليه + فقد األقطاب = الفقد الحراري

مقننات 2-5 ويضع الجدول رقم 0.3التوازي لتحسين معامل القدرة المنخفض والذي يقترب من قد يضاف مكثف علي

الشكل أ ) طريقة التوصيل الحثي باستخدام بادئ تشغيل ( أ( : )1-5الشكل رقم )هذه المكثفات وهناك طريقتان للتوصيل

)

( .لشكل ب )اإللكتروني لتجهيز الفتيلة لالنبعاث ( محول ذاتي ) توصيل محول التسرب ( ب)

كما نجد أن اإلشعاع هو مصدر اإلضاءة ولذلك يمكن تبسيط قيمته في الشكل

(4-5) إشعاع ما دون األحمر + إشعاع الطيف المرئي = إشعاع التفريغ

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

019

كما أنه بجانب ذلك نجد القدرة في التفريغ الغازي تتمثل في

إشعاع التفريغ + الفقد في الحجم والجدران بالمصباح = الغازي القدرة في التفريغ

(5-5) :ألن كفاءة اإلضاءة عالية تظهر معامالت مؤثرة علي الضوء الناتج عن هذه المصابيح تحتاج إلي التنويه وهي

وقد تتباين قيمة ( يان الكارتيز)اتجاهات اإلضاءة وهي تتعامل مع الفراغ ولذلك يكون هناك ثالث محاور متعامدة -1

الضوء لنفس المسافة علي كل منهم

توزيع اإلضاءة السطحية وهي أيضا قد تختلف من مكان إلي آخر مما يكون من الضروري معه التعرف علي هذه -2

.الخاصية لتحديد صالحية هذه المصابيح في اإلضاءة المطلوبة

تتأثر بارتفاع المصدر الضوئي عن السطح المضاء وكلما ارتفع الظالل ومنها األفقية وكذلك الرأسية فاألولي -3

المصباح كلما زادت الظالل األفقية بينما الثانية تعتمد علي زاوية انتشار المصدر الضوئي وتكون جيدة مع الكشافات

. الضوئية ضيقة الزاوية مثل مصباح البقع الضوئية والمستخدم في األعمال المسرحية

مقننات مكثفات دائرة مصباح الصوديوم: 2-5الجدول رقم

35 45 55 10 00 140 180 ( W) قدرة المصباح

20 20 2 ×13.5 2 ×13.5 20+25 ( F)سعة مكثف توازي

350 355 310 380 ( VAR) سعة مكثف رنين

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

001

وكذلك تكنولوجيا تشغيله ألن المصباح أما بالنسبة لعمر المصباح حيث يزيد من عمره حسن اختيار المواد المكونة له

ينتهي عمرة بتوقف الفتيلة عن بث اإللكترونات الحرة بينما توزيع الصوديوم ودرجة حرارة تشغيله يؤثران في هذا

العمر وكلما قلت درجة الحرارة كلما زاد العمر وهو ما يمكن الوصول إليه بزيادة األرجون ليزيد من عملية التآين فيرفع

ساعة كما يقل شدة الضوء بالتقادم 15000 ويتراوح المتوسط في حدود striking voltageتفريغ الكهربي جهد ال

هكذا تتشابه فكرة مصباح الصوديوم منخفض الضغط إال أن القوس الكهربي % . 15الزمني للتشغيل بنسبة تقترب من

ادة الفسفورية وال تعتمد كفاءة اإلضاءة علي جهد المنبع في الصوديوم ينتج مباشرة األشعة المرئية دون الحاجة إلي الم

وعند إعادة البدء ( دقائق 10) من المقنن ولكن يعيبه طول فترة البدء % 1مادام مقنن الجهد ال يزيد أو يقل عن

التركيب العام 2 -5السريع ال نحتاج إلي هذه الفترة مادام المصباح لم يعود إلي حالة استقرار عدم العمل ويبين الشكل

لمصباح الصوديوم منخفض الضغط ويوضح توزيع مواقع بوتقة الصوديوم علي طول مسار األنبوبة لضمان التوزيع

الحراري المنتظم بها حيث يتكثف بخار الصوديوم مقلال من كفاءة اإلشعاع ولكن بهذه البوتقة والموزعة كما في الشكل

. 3 -5مقننات محددة بالجدول تتجانس األشعة المتولدة ولهذه المصابيح

المواصفات القياسية لمصابيح الصوديوم منخفضة الضغط: 3-5الجدول رقم

قدرة المصباح

(و )

جهد البدء

(ف)

جهد المصباح

(ف)

كفاءة الضوء

(و/لومن)

طول المصباح

(مم)

35 /18 300/ 70/ 133/100 310/211

55 410 105 140- 145 425

00 420 115 140- 150 528

135 575 110 150- 117 775

180 575 245 183 1120

إضافة إلي ذلك نجد أن مصابيح التفريغ من حيث المبدأ تعتمد علي المكونات ومن المواد المصنعة منها وكذلك البخار

تجاه وصوال إلي ودرجة حرارته والمواد المخلوطة مع الغاز األصلي مما يشجع العلماء علي المضي قدما في هذا اال

كان المحول الذاتي شائعا في الماضي ولكن الموجة . أفضل ضوء مع أقصي أمانة في نقل األلوان تحت اإلضاءة

hybrid ballastالمستطيلة ترفع القدرة الضوئية وتقلل من جهد البدء فظهر الملف المعروف باسم الكابح الهجيني

للتيار في صورة ملف ذو حث خطي الخواص بجانب ملف التشبعغير وهو يحتوي علي بادئ إلكتروني مستقل وكابح

. ك 50ف بتردد 050وهو ما يسبب نبضات بجهد ( خصوصا الثالثة)الخطي ومكثف مما يظهر معها الموجات التوافقية

ويظهر . لموجيوهو ما ينفصل تلقائيا بعد نجاح البدء مع تواجد مكثف لمنع التداخل ا( 3-5الشكل رقم )هيرتز أثناء البدء

.وات 00المقارنة بين المحول الذاتي والكابح الهجيني لمصباح قدرة 4-5الجدول رقم

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

000

مقارنة بين مواصفات المحول الذاتي والكابح الهجيني: 4-5الجدول رقم

وزن البيان

(كجم)

rd Harm 3 (و)فقد

)%(

كفاءة

(و/لومن)تيار / تيار الالمحل املصباح

إعادة البدء

غري حلظي 3 107 40 35 7.7 المحول الذاتي لحظي 0.0 118 7.5 21 3.3 الكابح الهجيني

بعد أن تحسنت الخواص وتقدمت الصناعة لهذه النوعية من المصابيح تداولت بكثرة وعلي نطاق واسع كما نرى في

مصباح وهي من الصفات الجوهرية المقنن منها ومواصفاته األساسية مع إظهار الجهد األدنى لتشغيل ال 4-5الجدول

لهذه النوعيات من المصابيح كما أنه يبين أيضا قيمة الجهد علي المصباح وهو ذو عالقة بالجهد من المنبع والذي

.يتوزع بأسلوب المتجهات علي المصباح والملف الخانق الذي يدخل علي التوالي معه في الدائرة الكهربية

ات مصابيح الصوديوم منخفض الضغط المتداولة في األسواقمقنن: 5-5الجدول رقم

قدرة

(و)

جهد مصباح

(ف)

أدني جهد تشغيل

(ف)

تيار

(أ)أقصي ضوء

(لومن)الكفاءة

(و/لومن)45

10

85

140

200

80

105

110

110

210

340

340

400

410

100

0.1

0.1

0.1

0.0

0.0

3500

5000

8000

13000

22000

78

83

04

03

110

High Pressure Sodium Lampمصباح الصوديوم عالي الضغط : ثانيا

مم زئبق يتحول طول 10إن الضوء الصادر عن مصباح الصوديوم أحادي اللون ولكن بالنسبة لزيادة الضغط إلي حدود

انب قليل من اللون الموجة إلي مدي من األطوال فيظهر اللون األبيض الذهبي مع تداخل لموجة اللون األحمر واألصفر بج

م وبذلك لزم إحكام غلق 1500ْالبنفسجي واألزرق ويرجع اتساع مدي الطيف اللوني هنا رفع درجة الحرارة حتى

أنبوبة التفريغ عند النهايات ومع األقطاب أيضا لتواجه هذه الزيادة الحرارية العالية ويتم ذلك بمساعدة المعادن والزجاج

متعدد البلورات والمتبلد وما لها من خصائص وما يتبعها من ( األمونيا ) كسيد األلومنيوم إضافة إلي اكتشاف مادة أ

تتكون األقطاب من ملف من تنجستن مطلي بطبقة إشعاعية ومثبت علي قضيب من ذات . ضرورة إحكام غلق األنبوبة

مجوفة لتفريغ ( مل أنبوبة التفريغ معامل التمدد مساوي لمعا) المعدن ومتصل من خالل أنبوبة من معدن النيوبيوم

الشكل رقم ) األنبوبة الرئيسية والتي تصنع من مادة السليكون عالي الجودة ومن ثم شحنها بالصوديوم والغاز الخامل

كما ( وهو يشبه إلي حد كبير مصباح الزئبق ) وتحتوي أيضا أنبوبة التفريغ علي الفتيلة وتمأل بغاز بادئ ( ( ب) 2 -5

) ذه األنبوبة داخل غالف زجاجي مفرغ لعزلها حراريا وحمايتها من التأثيرات الخارجية ويوجد قليل من الزئبق توضع ه

:ألنه يرفع الكفاءة الضوئية لسبين هما ( ذو الموصلية الضعيفة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

002

تقليل الفقد خفض الفقد الحراري ألن الموصلية للخليط من غازين تقع بين موصلية كل منهما أي يتم خفضها فعال ول -1

.في التوصيل الحراري يرفع ضغط بخار الزئبق إلي ما يقرب من ثمانية أمثال عن ضغط بخار الصوديوم

تقليل الفقد الكهربي للقوس الكهربي نتيجة نوعية البالزما الناتجة في هذه الحالة خصوصا وأن المصباح له مقاومة -2

( . negative characteristic) سالبة للعالقة بين الجهد والتيار

الشكل ) دقائق من لحظة البدء خصوصا وأنه يحتاج إلي بادئ إلكتروني 1من المقنن بعد % 80تصل شدة الضوء إلي

كما يحتاج إلي ثالث دقائق إلعادة التشغيل والبدء من جديد بعد إطفاء المصباح حيث يتواجد القليل من غاز ( 4 -5رقم

صباح وقد ظهر مؤخرا بادئ فوري وال يحتاج إلي االنتظار وهي عبارة عن أجهزة خاصة النيون لتسهيل مهمة بدء الم

ويضاف إلي هذه النوعية . ( ف. ك 5 – 1.8) صنعت لهذا الغرض وتعتمد علي شكل المصباح وقدرته وجهد تشغيله

ن والمواني والمطارات ناشرا للضوء في حاالت اإلضاءة الغامرة خصوصا في إنارة المالعب الكبرى وأرصفة الشح

بالرغم من قلة مستوى نقل األلوان بأمانة كاملة ولكنه صالح عند عدم الحاجة إلي األلوان وضرورة إضاءة الموقع بشكل

.بعضا من المصابيح المتداولة في األسواق 1-5مكثف ويحدد الجدول رقم

في األسواقأنواع مصابيح الصوديوم عالي الضغط المتداولة : 1-5الجدول رقم

مكان استخدام (مم)أقصى طول (مم)قطر متوسط (لومن)أقصى ضوء (و)قدرة نوع النوع

الكروي

35

70

2000

4800

121

121

100

100

مناطق سكنية وشوارع

داخلية

النوع

األنبوبي

150

250

400

12500

23000

38000

41

41

41

211

257

285

شوارع داخلية

مواني ومطارات

ع النو

البيضاوي

35

70

150

250

400

1850

4800

12000

22000

31000

55

70

00

00

120

130

151

221

221

285

شوارع

غامرة ألرصفة شحن

ومالعب كبيرة

علي عدد مرات البدء خصوصا وانه يعمل علي تردد ( عمر طويل ) ساعة 24000يتأثر عمر المصباح والذي يصل إلي

ت ارتفاع الجهد من المصدر ويعتمد إلي حد كبير علي مكونات المصباح ذاته ويتواجد علي ومرا HF Ignitionعالي

Tin- Oxide Sodium Lampالساحة عددا من النوعيات المتطورة نذكر منها مصباح الصوديوم وأكسيد القصدير

وهذه النوعية من أكثر ويطغي فيها اللون األصفر ويصلح لألنفاق والمحاجر والطرق السريعة TOXوتعرف بالرمز

المصابيح انتشارا علي المستوى الدولي وليس بمصر وحدها وهو في متناول الجميع أفرادا وصناعة أو إدارات وقد أخذ

.السعر في النزول باستمرار

Mercury Lampمصباح الزئبق : 5-2

High Pressure Mercury وهو يعني مصباح بخار الزئبق عالي الضغط HPMVيرمز لهذه النوعية بالرمز

Vapor Lamp حيث يشابه مصباح الصوديوم عالي الضغط إال أن الزئبق يحل محل الصوديوم ويدخل في هذه

الصفات بعضا من التعديالت سواء في المادة المساعدة أو أسلوب العمل بها وحتى ال يتكرر الكالم نتناول هذا المصباح

:في نقاط كما يلي

المصباحتكوين : أوال

مثل مصباح الصوديوم عالي الضغط ويظهر بجانب القطبين 5 -5يتكون المصباح كما نراه تخطيطيا في الشكل رقم

الرئيسيين قطبا ثالثا مساعدا في عملية بدء اإلشعال وقد يكون هذا القطب المساعد قطبين بدال من واحد وضغط المصباح

لخامل وهي مصابيح عالية الكثافة ويتم توصيل القطب المساعد هذا مع بار به بخار مع الغاز ا 10و 2يتراوح بين

.كيلو أوم 30 – 10القطب البعيد في الطرف اآلخر من األنبوبة من خالل مقاومة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

003

دائرة المصباح: ثانيا

بادئ خارجي حيث ولكن بدون( أ)1 -5الشكل وتأخذ الدائرة الكهربية نفس الشكل الخاص بمصباح الصوديوم كما في

يعمل قطب البدء داخل األنبوبة بهذا العمل وهو من يقوم بالبث اإللكتروني فيحث التفريغ الداخلي ويستهلك البدء فيها

وبالتالي يحتاج إلي مكثف لتحسينه كما في الجدول ( 0.5) ومعامل القدرة لهذه المصابيح منخفضا ( ق 8–4)حوالي

3-7 .

نات المكثفات المستخدمة لتحسين معامل القدرةمقن: 7-5الجدول رقم

50 80 125 250 400 1000 ( W) قدرة المصباح

7 8 10 18 2(13.5) 3(20) ( F))سعة مكثف

105 125 155 280 385 020 (VAR) قدرة مكثف

لي الضوء المقنن دقائق للوصول إ 4وات ويحتاج المصباح إلي حوالي / لومن 50أما متوسط الكفاءة فهو يقترب من

. ك 2ويحتوي الطيف الصادر عنه علي اللون األحمر المائل إلي البياض واألبيض المائل إلي الزرقة وتصل قدراتها إلي

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

004

لومن ويطلي الغالف من الداخل بمسحوق الفلورسنت وصوال إلي الضوء األحمر وحيث 100000بفيض غامر هو . و

فهي واسعة االنتشار وتستخدم في السكك الحديدية والمطارات والمواني أنها تتميز بالعديد من الصفات والخصائص

عددا من المصابيح المتداولة من هذا النوع 8 -5والورش والمراكز التجارية وكذلك الشوارع ويظهر في الجدول رقم

هذا النوع ولهذا يستخدم ويحتاج المصباح إلي مدة زمنية إلعادة التشغيل بعد الفصل وهو ما يعيب . وبياناتها الفنية

.بجانبه بنسبة ضئيلة المصابيح العادية فورية اإلضاءة

مقننات مصابيح بخار الزئبق وأكسيد القصدير المتداولة في األسواق: 8-5الجدول رقم

(و/لومن)الكفاءة (لومن)أقصي ضوء (أ)تيار (ف)جهد المصباح (و)قدرة

40

10

100

150

200

75

115

125

185

215

0.5

0.7

0.05

0.04

0.0

4400

7100

12500

20500

30000

110

118

125

135

150

تعتمد كفاءة المصباح مثل الصوديوم علي كثافة البخار داخل أنبوبة القوس الكهربي ومن الممكن تحسينها باستخدام

الخانق وتعتمد نظرية عمل هذا المواد الفسفورية وباالستعانة بفتيلة من تنجستن داخل أنبوبة التفريغ لتعمل مثل

المصباح علي التفريغ في الغازات والتصادم اإللكتروني داخل األنبوبة ولذلك يوجد قطب مساعد إلثارة اإللكترونات

فيزيد من ( نانو متر 254) ويتميز هذا المصباح باحتوائه علي ألوان األزرق واألخضر واألصفر وفوق البنفسجي

ألبخرة ويزيد الضغط وهو ما يؤدي إلي ضيق مسار التفريغ اإلشعاعي فيزيد من الكثافة والضغط حرارة المكان فتظهر ا

. فيميل اللون إلي األبيض حيث يمتص بخار الزئبق األشعة فوق البنفسجية ليعيد بثها في النطاق المرئي

م يزيد بعد ذلك ويمكن تحسين هذه لذلك يكون لضغط البخار تأثيرا واضحا خصوصا وأن الجهد في البداية يكون قليال ث

كما thoriaالخواص بإضافة اليود ويمكن أيضا ملئ األقطاب بمادة مشعة مثل الباريوم واسترونتيوم مخلوطا مع مادة

مم زئبق 50 – 30يتواجد األرجون في األنبوبة بضغط

أنواع مصابيح الزئبق : ثالثا

نتيجة التطورات المستمرة والتقدم التكنولوجي الهائل في الفترة القصيرة تتباين أنواع هذا المصباح علي نطاق كبير

:األخيرة ونضع أهمها علي النحو التالي

( جوي 10 –2) الضغط األقل MBFمصباح ضغط عالي طراز: النوع األول

فسفور إلي موجات يعطي هذا النوع اللون األبيض المائل إلي الخضرة مع بعض من فوق البنفسجي حيث يحولها ال

. نانو متر وهي صالحة إلنارة الشوارع 750 – 100األحمر بطول

(جوي 100–30الضغط من MEمصباح ضغط فائق طراز : النوع الثاني

يصلح للمسارح والتصوير السينمائي واألعمال الصناعية وهو صغير الحجم غامر اإلضاءة كروي الشكل

(جوي 200–50الضغط من MDائق طراز مصباح ضغط ف: النوع الثالث

يتم فيه التبريد بالماء نتيجة الضغط الهائل

MBERمصباح طراز : النوع الرابع

% 05مثل السابق مع إضافة عاكس علي شكل قطع زائد والغالف مطلي بطبقة من أكسيد التانتيوم التي لها انعكاسية

قمة األنبوبة فقط وتترك الجهة األخرى بدون طبقة فسفورية وهنا تقوم في المجال المرئي وبها طبقة فسفورية عند

.االنعكاسية برفع الكفاءة الضوئية بشكل واضح فجعل هذا المصباح يحتل مكانة المصابيح الغامرة أحيانا

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

005

MBTFمصباح طراز : النوع الخامس

وبة ومصممة للتحكم في التيار من أجل إطالة عمرها هذا النوع يماثل السابق ولكن توصل الفتيلة علي التوالي مع األنب

ويتحسن تيار البدء وينخفض الفقد في الجهد عند البدء والتشغيل ويتميز بأنه ال يحتاج إلي أجهزة تحكم إضافية ويعيبه

. قلة كفاءة الضوء

M1 or M2مصباح منخفض الضغط نوع خاص طراز : النوع السادس

ت لطالء األنبوبة الداخلية بينما تطلى الفتيلة باألكسيد حيث تسخن في بدء اإلشعال فقط يستخدم مسحوق الفلورسن

وينتج جهد ( موصلة علي التوالي مع ملف خانق عبر المصدر ) وتستمر علي ذلك أثناء التشغيل حيث يشحن األقطاب

الستخدام حيث يستعان في صنع وقد تتواجد نوعيات خاصة جدا غير شائعة ا. مرتفع عند فتح البادئ ومنه نوعان

المصباح بالزجاج الخشبي في التصنيع فيحجب بعضا من األشعة وهذه النوعية خاصة وتستخدم هذه النوعية في األبحاث

ف كما أنه 24مثل البكتريا الحيوية والميكروبيولوجي وهي تحتاج إلي نظم تحكم وهي تعمل علي التيار المستمر بجهد

مصابيح األخرى متطورة بالنسبة لتلك المذكورة هنا سواء من نوعية التفريغ الغازي أو التوهج ومنها هناك الكثير من ال

أيضا ما تصنع خصيصا ألغراض محددة غير تلك المذكورة عالية مثل ما يحدث في مجال األبحاث او المقاومة البكتيرية

. أو العناية الطبية وغيرها من الميادين العديدة

Halid Lampباح الهاليد مص: 5-3

بعد المصباح المتوهج وما تاله من أنواع أخرى مثل الفلورسنت ثم الصوديوم منخفض الضغط فالزئبق عالي الضغط

وهذا التطور للمصابيح المتتالي الح في األفق المزيد من التحسين فظهر مصباح الصوديوم عالي الضغط ومن ثم

( لهذا لن نعيد الوصف ) خير يتكون من الزئبق واليود وهو مثيل مصباح الزئبق عالي الضغط الهاليد المعدني وهذا األ

مما يرفع من صفات اللون الضوئي وزيادة الكفاءة الضوئية من خالل ( الهاليد المعدني ) مضافا إليه كمية قليلة من اليود

لألنبوبة بمادة فسفورية من الفلورسنت مثل فاندات طريقة وضع المصباح أفقيا أو رأسيا كما يتم طالء الجدار الداخلي

وات وهذا النوع تزيد فيه / لومن 50المشع باللون األحمر وبكفاءة تقرب من Ytterium Vandateاليوتريوم

/ لومن 100 – 75لومن بكفاءة ما بين 100000يعطي فيضا قدره . و. ك 2كفاءة الضوء كلما ارتفعت القدرة فالمصباح

بجانب ( ف 700 – 100حيث يصل جهد االشتعال إلي ) وهذا المصباح يلزمه أجهزة إشعال لبدء اإلشعال منفصلة وات

ساعة وهو 7500ملف خانق لتوزيع الجهد وتقليل التيار المار به ولذلك فهو مرتفع الثمن ويصل عمر المصباح إلي

ناعة واألماكن العامة وفي األبنية شاهقة االرتفاع وعالية أقل بكثير عن عمر مصباح الزئبق وهو أيضا مالئم للص

.البيانات الفنية لمصباح الهاليد المعدني 0 -5األسقف ويقدم الجدول رقم

البيانات الفنية لمصباح الهاليد المعدني: 0 - 5الجدول رقم

(و/لومن)كفاءة (لومن ) فيض (وات ) القدرة

250 /288

400 /450

17500

27100

11

11

الهاليد يعتبر مركب ثنائي العنصر ألحد الهالوجينات وعنصر معدني أما الهالوجين الموجود في هذا المصباح هو اليود

ولكن العنصر اآلخر يأخذ أشكاال كثيرة مثل الصوديوم أو الثاليوم أو األنديوم أو السكانديوم أو الديسبروسيوم بينما

يويد الصوديوم أو يوديد الثاليوم أو يوديد األنديوم وهما ما يتبعان الطيف الضوئي المحدد في الهاليد المقابل لهم هو إما

. 10 -5الجدول رقم

الطول الموجي لمحلوط مصباح الهاليد: 10- 5الجدول رقم

األنديوم الثاليوم الصوديوم المادة في المخلوط

580 535 435 ( nm) الطول الموجي المقابل

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

006

المزيج من الصوديوم والسكانديوم وهو األكثر كفاءة من بين كل األنواع ألنه أعلى في أمانة نقل األلوان حيث أنه هناك

يحتوي علي ألوان عديدة داخل المجال المرئي فكل هذه األنواع نافعة كوسيلة إلدخال العنصر المعدني في القوس

ن دون الحاجة إلي رفع درجة الحرارة وبذلك نستطيع رفع قيمة الكهربي بالضغط العالي إلسراع عملية بخر هذه المعاد

مع الحفاظ علي كفاءة اإلضاءة عالية ولذلك فقد بدأت الصناعة % 00أمانة نقل اللون الضوئي والذي قد يصل إلي

مؤخرا في التعامل مع مخلوط متجانس من هذه اليودات لتحسين خواص المصباح وبالتالي الضوء ودائرة تشغيل

. لمصباح الصوديوم تماما 3 -5المصباح همبينة بالشكل

مما سبق شرحه بصورة موجزة نستطيع التعرف علي عدد من الصفات المقارنة بين األنواع المختلفة من المصابيح

توزيع الطاقة في مكونات المصباح مقارنة لمصباحي الصوديوم ضغط عالي ومنخفض وقد 11-5ويعطي الجدول رقم

تشغيل . األرقام بالنسبة المئوية نتيجة اختالف قدرات المصابيح للتعرف علي الخصائص الداخلية في كل منها جاءت

المصباح يعتمد علي بدء التشغيل الذي يصدر ضوءا من بخار الصوديوم ويبقى الهاليد معدنا باردا أعلي الجدران وترتفع

المناطق الساخنة ويتداخل مع ذرات الهالوجين والمعدن بأسلوب حرارة الجدران فيتحول الهاليد إلي بخار وينتقل إلي

الحمل الحراري واالنتشار داخل القوس الكهربي فتتهيج الذرات بدرجات الحرارة العالية فيصدر اإلشعاع الضوئي بينما

رة إلي بخار حيث تعود وتتحول م( لجدرانا)تستمر ذرات المعدن في التغلغل داخل األنبوبة فتصل المناطق الباردة

15من الضوء المقنن ويحتاج إلي % 80دقائق أو أقل لينتج 1فيتكرر ما سبق بصفة دورية ويحتاج المصباح إلي

ومصباح الهاليد أطول من مثيله من الزئبق وقد يضاف ناشرا للضوء في المصباح عند االستخدام . ق قبل إعادة إشعاله

غيرة وتستخدم في التصوير التلفزيوني والسينمائي وهذا الناشر الضوئي يساعد في المالعب الرياضية الكبيرة أو الص

.علي رفع أمانة نقل األلوان

التوزيع المئوي للطاقة داخل بعض أنواع المصابيح: 11-5الجدول رقم

هاليد معدني الصوديوم ضغط عالي الصوديوم ضغط منخفض نوع المصباح

250 400 180 (و)قدرة الدخل

14.8 50.5 12.22 قد حراريف

1.8 1 12.22 فقد في أقطاب

03.2 04 87.77 قدرة تفريغ غازي

47.1 44 50 فقد حجم وجدران

45.1 50 37.77 فقد إشعاع

15.1 20 2.77 إشعاع دون األحمر

28 20.5 35 إشعاع مرئي

10.4 0.5- إشعاع فوق بنفسجي

حية التطوير مثل ما حدث مع مصابيح الفلورسنت المدمجة ونجد أيضا مصابيح الهاليد تقترب في الخواص من نا

مصابيح الصوديوم عالية الضغط المدمجة وأيضا مصابيح الهاليد المعدن المدمجة وهي التي تتميز بإمكانية التركيب في

الضروري استخدام ف يكون من 12األماكن المفتوحة ومن الهام التنويه علي أنه في حالة تشغيل المصباح علي الجهد

محول إلكتروني مدمج

ثانية وبدون 0.5أما بالنسبة للمصباح الفلورسنت المدمج والذي يعمل مع الكابح بالتيار المغناطيسي ويعطي زمن بدء

من المقنن % 40الرعشة الضوئية وتزيد هذه المدة إلي ثانيتين عند درجات الحرارة المنخفضة كما يصل الضوء إلي

:ن ونضيف من خصائص الفلورسنت المدمج ما هو آت بعد دقيقتي

. م 50ْحتى 30–ف وفرق حراري 244 – 207يعمل مصباح الفلورسنت المدمج بجهد -1

ال يتأثر عمر المصباح بعملية البدء إال إذا كان إعادة إشعال قبل مضي دقيقتين من الفصل -2

سة ضوئية لعكس األشعة دون الحمراء عالوة علي توفيرها ولكن مصباح تنجستن هالوجين المدمج يطلي بطبقة عاك

Helixللطاقة المستهلكة وكفاءتها في تمييز األلوان وتوجد مصابيح حلزونية مدمجة من نوع الفلورسنت

Compact لومن وهي بذلك تنتج ضعف ضوء المصباح المتوهج وتوفر ثلثي الطاقة 2400وات تعطي 32بقدرة

Inductionوات ومصابيح الحث الكهربي 100ضعف الضوء الصادر عن مصباح متوهج بقدرة المطلوبة ألنها

Lamps ك س ولذلك يوصي باالعتماد عليها في األماكن 70والتي تحتوي علي قطب أو فتيلة يصل عمر تشغيلها نحو

:صعبة الصيانة وتتنوع إلي نوعين

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

007

QLمصباح الحث طراز : النوع األول

يتركز فيه المجال الكهرومغناطيسي من الملف االبتدائي والملفوف حوله حيث تنتقل ( حديدي ) قلب معدني يتكون من

الطاقة علي الترددات العالية فيتولد التيار الثانوي الذي يمر في الغاز تحت الضغط المنخفض داخل الغالف الزجاجي

ل مادة فسفورية إلي النطاق المرئي ومن خاللها نستطيع فتتآين الذرات وتشع الموجات فوق البنفسجية فيتحول من خال

.التحكم في اللون الناتج عن الضوء

Eمصباح الحث طراز : النوع الثاني

هنا يستبدل القلب الحديدي في النوع السابق بنوع هوائي والذي يغذي من الترددات العالية ينتج المجال

لغاز ويمر التيار بالمصباح منتجا الضوء وهذا النوع يعتمد علي تآكل الطبقة الكهرومغناطيسي في أنبوبة التفريغ فيتآين ا

الفسفورية المستمر مع البدء والتشغيل ويدخل أيضا مصباح الهاليد المعدني مع نفس خصائص الكشافات الهالوجينية

Halogin Lamp ن الهالوجينات فدخول أي ألنه يحتوي علي اليود وحيث أن اليود والكلور والفلور والبروم كلهم م

منهم مع الغاز الخامل يعمل علي تواجد دورة االسترجاع السابق الحديث عنها لحماية الفتيلة من االحتراق والتخلص من

300قدرة حتى ) ظاهرة التسويد مما يقودنا إلي تصغير حجم المصباح وزيادة عمر المصباح أو الكشاف الهالوجيني

والذي يتكون من تنجستن هالوجين ويستخدم بكثرة في اإلذاعة الخارجية والمالعب مثل ( ف 220أو 110وات بجهد

مصباح الهاليد وبالرغم من المحاوالت المستمرة لتحويل أي منهما إلي االستخدامات المنزلية بغرض التوصل إلي اإلنتاج

.المتعاظم

يتكون مثل الهاليد والزئبق بتواجد غاز األرجون الذي Sun Lampيتواجد علي الساحة الفعلية المصباح الشمسي

فتشع اإللكترونات ( تنجستن ) ولكن يضاف داخل المصباح قليل من الزئبق حيث يتم توصيل المصباح فتسخن الفتيلة

ويتآين األرجون ويبدأ التفريغ داخل المصباح مما يرفع من درجة الحرارة ويتبخر الزئبق فتضئ وهو متميز بالضوء

بهر ويستخدم هذا النوع في اإلضاءة العامة في الشوارع والمراكز التجارية وبعض منها يستخدم في المستشفيات الم

الكبرى ولها محول خاص لتوصيل الدائرة الكهربية

Generalنظرة شاملة : 4 -5

بيانا لبعض المصابيح من 12-5تتميز أغلب المصابيح بعدم اللمعان الفائق وعدم اإلبهار وقلة الظالل ويعطي الجدول

:جهة اللون ودرجة الحرارة ونتطرق إلي هذه النظرة الشاملة

Starter Typeأنواع البادئ : أوال

: نجد أيضا أن العملية المشتركة في مصباح التفريغ الكهربي هي عملية البدء والتي يمكن تقسيمها إلي

Thermal Typeالنوع الحراري : النوع األول

يوجد ملف تسخين مع البادئ فيسخن الشريط المعدني ويفتح األطراف مسببا توليد جهد عالي فجأة يسبب التفريغ في

غير مفتوحة كما الحال ) األنبوبة ويستمر فتح األطراف بينما المصباح يعمل المالمسات مزدوجة المعدن تكون مغلقة

ند توصيل المنبع يمر التيار بالكاثود والملف الخانق علي التوالي وتوضع مع ملف تسخين صغير وع( في مفتاح البريق

مسخنا البادئ وترتفع درجة الحرارة لمالمسات البادئ فيفتح المالمسات ويقطع التيار في الدائرة فيظهر جهد عالي فجأة

مفتوحة وهو النوع األكثر بين قطبي المصباح محدثا التفريغ الكهربي بينهما ويمر التيار بسخان البادئ لتظل المالمسات

تعقيدا عن اآلخرين ولكنه مفيد في قصر فترة التجهيز ويصلح لمصابيح الفلورسنت والصوديوم وعمرة يزيد عن عمر

. المصباح عادة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

008

Glow Typeالنوع الالمع : النوع الثاني

المعدن عندما يقفل المفتاح يظهر فرق يتكون كمصباح صغير جدا من أنبوبة مملوءة بالهيليوم وأقطاب من شريط ثنائي

جهد بين هذين القطبين مسببا بريقا بسيطا بتيار ضئيل ال يسخن الفتيلة في األنبوبة ولكنه قادرا علي شحن الشريط ثنائي

المعدن فيتمدد ويقطع االتصال فيظهر تلقائيا تيار عالي من الفتيلة فتسخن وتصدر موجات حمراء وعند تالمس األطراف

.لبادئ يتوقف التفريغ ويبرد الشريط ويفتح المالمسات فيظهر الجهد البادئ في ا

Preheat Quick Startingبادئ التسخين المسبق : النوع الثالث

يتم توصيل شريط معدني مؤرض بجانب المصباح خارجيا لزيادة الجهد من أجل رفع كفاءة التآين حيث بزيادة التيار

ون البدء أسرع ويوضع ملفا علي التوازي مع األنبوبة وعليه الجهد الكامل أما بعد البدء يستعيد يرتفع معدل التآين ويك

.المحول جهد األنبوبة المعتاد ويقل تيار الفتيلة مما يطيل من عمر الفتيلة

األلوان الخاصة بالمصابيح الغازية : 12-5الجدول رقم

(كلفن)لون حرارة ال )%(الكفاءة نوع الضوء نوع اللون

4100 100 بارد فلورسنت أبيض بارد

4200 70 بارد فلورسنت أبيض بارد دي لوكس

3500 102 طبيعي فلورسنت أبيض

3000 102 دافئ فلورسنت أبيض دافئ

3000 18 دافئ فلورسنت أبيض دافئ دي لوكس

1500 83 بارد فلورسنت ضوء النهار

بارد فلورسنت ثالثية الفسفور

طبيعي

افئد

بارد

طبيعي

دافئ

105

105

105

117

117

117

4100

3500

3000

4100

3500

3000

4400 32 بارد زئبق

دافئ هاليد

طبيعي

70

15

3000

4000

2100 21 ذهبي صوديوم ضغط عالي

1700 0 أصفر صوديوم ضغط منخفض

Cold Startingالبدء البارد : النوع الرابع

أضعاف الجهد المقنن 3هد العالي إما بفتح الدائرة فجأة او بتوصيل مصدر جهد خارجي يماثل يمكن الحصول علي الج

.من خالل محول رفع إال أن الفتيلة في مثل هذه الحاالت تصنع خصيصا لمواجهة هذه الظروف الكهربية عالية اإلجهاد

Glow Starting Switchمفتاح البريق : النوع الخامس

مالمسات مزدوجة المعدن داخل أنبوبة بها أرجون أو هيليوم وعند تسليط الجهد عليها يظهر جهد بين يتكون من

المالمسات المفتوحة وينتج تفريغ كهربي يؤدي إلي حرارة فيقفل المالمسات مزدوجة المعدن فيمرر تيار للتسخين

المالمسات مكثف من الخارج للتخلص من المسبق بينما تبرد المالمسات فتفتح ثانية فيرتفع الجهد ويركب علي

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

009

دليل أمانة األلوان الخاص ببعض المصابيح الواردة في هذا الباب 13-5 التداخالت مع إشارات الراديو ونري بالجدول

.وأماكن استغاللها المناسب مبينا الغامرة ضوئيا منها

تربيط الماسك –التوصيالت –البادئ -األنبوبة : )لية يمكننا تلخيص العيوب التي تواجه هذه المصابيح في المكونات التا

وهو عيب تشغيل وينتج عن عدة أسباب هي قلة مقنن الملف الخانق أو انخفاض : ضوء المصباح –الملف الخانق –

اضا كما يتأثر المصباح من هذا النوع بكثرة عمليات البدء بدون داعي وتغير جهد المنبع انخف( درجة الحرارة أو الجهد

أو ارتفاعا وكذلك كثرة التداخل بين الموجات الالسلكية والمصباح ولذلك هناك متطلبات محددة في التصميم الخاص بهذه

ارتفاع مناسب –عدم اإلبهار –كفاءة عالية –إضاءة مريحة : ) النوعيات من المصابيح نحدد إطارها علي النحو اآلتي

( . تركيب عاكس لتوزيع اإلضاءة –والتيار تشغيل مستقر من جهة الجهد –للتعليق

أخيرا تتجه التصميمات الحديثة إلي مصابيح الحث الكهربي وفيها تعتمد فكرة التفريغ الكهربي علي تأثير المجال خارجيا

.علي أنبوبة المصباح ليحدث التفريغ الكهربي بها بدون توصيل البادئ أو غيره من المساعدات

دليل أمانة نقل األلوان لبعض المصابيح : 13-5الجدول رقم

دليل اللون (و/لومن)كفاءة أفضل استخدام نوع المصباح

100 13 منزلية متوهج عادي

100 18 داخلية بارتفاعات عالية متوهج عالي القدرة

100 21 غامرة هالوجين –تنجستن

70 20 بديل المتوهج زئبق بضوء محدد

40 55 الشوارع زئبق ضغط عالي

00-70 100-75 للمصانع هاليد

85-55 00-80 إضاءة عامة فلوري

20 115 مناطق تجارية الصوديوم ضغط عالي

45 185 شوارع الصوديوم ضغط منخفض

Illumination Systemsنظم اإلضاءة : ثانيا

ولذلك يجب outdoorارجية أ وخ in doorتتنوع اإلضاءة إلي عدد من األنواع فهي إما أن تكون إضاءة داخلية

تحديد نوعية اإلضاءة عند التعامل مع تصميم دوائر اإلضاءة للحصول علي أفضل كفاءة وأحسن توزيع لها ويجب أن

:تتوافر فيها الشروط األساسية التالية

ض يظهر في اإلضاءة الداخلية يلزم إضاءة طبيعية تقترب من ضوء النهار وفي الورش واألماكن مزدوجة الغر -1

( عامة للمكان عامة وخاصة للمكاتب والمشرفين أو للعاملين علي أعمال خاصة ) نوعان من اإلضاءة

في اإلضاءة الخارجية تظهر منها أنواعا مثل اإلعالنات أو المطارات والمواني والسكك الحديدية والمالعب -2

ية وكلها يعتمد علي اإلسقاط الضوئي بالكشافات الرياضية أو تجميل األبنية واآلثار والجبال والمناطق السياح

Flood حيث تكون اإلضاءة غير مباشرة وتكون قوية جدا ومركزة مع المباني المنخفضة وضعيفة المستوى بقدر

كما يلزم أن يكون المصباح مقاوم للظروف المناخية من الزجاجي . اإلمكان مع المباني الشاهقة واسعة االنتشار

كس من صلب ال يصدأ أو الكروم أو حديثا من اإلناميل لتوزيع الضوء علي المكان ويعتمد نوع الفضي وله عا

في الطرق العامة . 14-5المصباح علي لون المبني تبعا للقواعد المعروفة مثل ما هو وارد في الجدول رقم

والشوارع الرئيسية وهي هامة لحركة المرور ويتبع فيها أسلوبان

المصابيح المناسبة لبعض ألوان المباني: 14-5 الجدول رقم

أزرق أخضر أصفر أحمر لون المبني

زئبق زئبق متوهج أو صوديوم متوهج نوع المصباح المناسب

وتكفي لوحدها عند تصميم اإلضاءة في المناطق التجارية والشوارع Diffusion Baseطريقة التجميع الضوئي ( أ )

الداخلية بين األحياء والمجمعات السكنية ويضاف هنا معامال هاما عند تداخل األبنية العالية مع الداخلية وفي المناطق

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

021

توزيع اإلضاءة المطلوبة علي الشوارع ويمكن التغلب عليها من خالل االعتماد علي الضوء األفقي وتقليل الضوء

. واالبتعاد عن اإلبهار

وهي هامة بجانب السابقة لتصميم اإلضاءة علي الطرق السريعة Reflection Baseطريقة انعكاسية الضوء ( ب)

والشوارع الكبيرة حتى ال تؤثر سلبيا علي قيادة السيارات ليال عند التعامل مع المرايا بالسيارة

كما يلزم وضع إضاءة مناسبة عند مفارق الطرق والمنحنيات والمرتفعات والمنخفضات والمطبات الصناعية وغيرها

ر جميع هذه المصابيح بالجهد المسلط عليها ويظهر تأثر الجهد علي المصابيح المختلفة علي النحو المبين في وتتأث

. 15-5الجدول رقم

مقارنة لتأثير الجهد علي خصائص بعض المصابيح: 15-5الجدول رقم

زايدة اجلهد هبوط اجلهد مصباح مسلسل ويقلل من عمر المصباح يزيد اإلضاءة يقلل من ناتج الضوء متوهج 1

تقليل عمر المصباح بشدة ينقص انتج الضوء وميكن منع بدء االشتعال فلورسنت 2

يسخن املصباح فتتلف مكوانته ويقصر عمره قد يطفئ املصباح كما يقلل انتج الضوء زئبق 3

11-5كما جاءت في الجدول رقم ونعطي بيانا ملخصا ألهم خصائص اإلضاءة للمصابيح المختلفة تبعا للقياسات الدولية

حيث يتبين اآلن أن التدرج في شدة اإلضاءة كما جاء الترتيب في الجدول كما أن عمر المصباح يتباين من قدرة إلي

أخرى لذات النوع ومن مصنع إلي آخر لنفس القدرة الواحدة والنوع الواحد كما نجد أن أقصى إضاءة تواكب أسوأ تمييز

لجدول خير معين لتحديد المصباح المناسب للغرض المحدد له وهو من أهم معايير التصميم الخاصة بهذا األلوان وهذا ا

.العمل سواء كانت اإلضاءة داخلية أو خارجية وهو مكمال لباقي الجداول السابق ذكرها في هذا الباب وما سبقه

مقننات المصابيح القياسية: 11 -5الجدول رقم

صوديوم صوديوم عايل هاليد زئبق نتفلورس متوهج مصباح منخفض

180-35 1000-70 1500-175 1000-40 215-4 1500-1 (و)قدرة

-137 140-77 125-18 13-30 84-25 23-1 (و/لومن)كفاءة

183

33-4.8 140-5.4 155-1.2 13-1.2 15-0.001 33.1-0.044 (لومن. ك)إضاءة

1.75 2.1 4.7-3.2 5.0-3.3 1.5-2.7 3.1-2.4 .(ك. ك)حرارة

1.8 24-20 15-1 24-11 20-0 8-0.75 (س.ك)عمر

قليلة جدا قليلة جيدة قليلة جيدة جيدة تمييز لوني

متوسطة عالية عالية متوسطة متوسطة منخفضة تكلفة أولية

قليلة قليلة قليلة متوسطة متوسطة مرتفعة تكلفة تشغيل

Mathematical Analysisالتحليل الرياضي : 5-5

نتعامل مع المعادالت الرياضية الخاصة بكيفية حساب قوة اإلضاءة أو الكفاءة وما هي العالقة بين تلك األشعة في

surfaceوالزاوية السطحية solid angleاالتجاهات المختلفة في الفراغ ونبدأ بالعالقة بين الزاوية الفراغية

angle لتعرف علي الزوايا ونحصل علي المساحة التي تخص السطح المضاء نستطيع ا 1-5ومن ثم نجد من الشكل رقم

عن نقطة الحافة عند نصف Hوالنقطة األبعد علي هذا السطح rبين حدود البعدين الممثلين لنصف القطر الدائري

القطر الدائري وتأخذ الصيغة

r

A = 2 ∫ y ds (5- 6 )

r-H

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

020

علي النحو dxتتعرف من القيمة الصغيرة dsعلما بأن المساحة الصغيرة

ds = [ 1 + (dy/dx)2]1/2

dx (5- 7 )

كروي وبالتالي نحصل من معادلة الدائرة علي الصيغة التفاضلية لها في الشكل وباعتبار أن السطح

2 y (dy/dx) = - 2 x & dy/dx = - x/y

ومن ثم نحصل علي المساحة السطحية في الصورة

r r

A=2∫ y[1+(y/x)2]

1/2 dx=2 ∫r dx=2r h (5- 8 )

r-H r-H

تتحدد من المعادلة بينما الزاوية الفراغية

= A/r2 = 2 r H / r

2 = 2 H / r (5- 9 )

الشكل بداللة الزاوية Hالقيمة الخاصة بالبعد األقصى كما تأخذ

H = r – r cos (/2 ) (5-10 )

فنحصل علي الزاوية الفراغية في الشكل البسيط

=2 [r–r cos ( /2)]/r=2[1 – cos (/2)] (5 -11)

وهذه الزاوية الفراغية والمسافة بين السطح المضاء cpكما تكون اإلضاءة علي أي سطح محددة بداللة قوة الشمعة

من خالل dومصدر الضوء

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

022

E = /A = cp x /A = (cp/A)(A/d2)=cp/d

2 (5-12)

Illumination Lawقانون اإلضاءة : أوال

وكي تكون شدة اإلضاءة ( ب) 1-5عند إضاءة سطح ما فأنه يقع علي نصف الكرة في الفراغ كما في الشكل رقم

وبالتحرك علي Oمن مصدر الضوء في مركز الكرة علي الزاوية Pمتجانسة علي هذه المساحة نفرض النقطة

وهو ما يعني أننا تحركنا علي المساحة بمقدار dالزاوية قيمته المساحة المضاءة مسافة قصيرة جدا تقابل تغيير في

هي Aوبذلك تصبح المساحة r sin 2بينما الطول هو r dالعرض

A = 2 r sin r d=2 r2 sin d(5-13 )

والتي بالقيمة يث تقابل هذه المساحة الزاوية الفراغية ح A cos ولها إسقاط مساحي بمقدار

=A/d2 =[2 r

2 sin dr

2 =2 sin d(5-14)

نحصل علي الفيض في الصورة

= L x = B A cos ( 2 sin d ) = 2 B A sin cos d =

B A sin 2 d (5 – 15 )

في Aالواقعة علي المساحة Pعند النقطة المعنية Brightnessيكون الفيض الضوئي المؤثر نتيجة االستضاءة

نصف الكرة المبين علي الشكل هو

/2 /2

= ∫ B A sin 2 d = B A [-(cos 2 )/2] = B A (5-16)

0 0

أما االستضاءة فهي الممثلة للمساحة في الشكل

B = / ( A ) = ( cp ) / ( A ) = 1 / (5- 17 )

Lambert = 1/n ( candles/ftحيث أن وحدة االستضاءة هي 2 )

:أن وحدات الضوء المختلفة قد ذكرت في بداية الباب األول ونوضح منها ما هو هام مثل

( 18 -5) (لومن)اوية الفراغية الز×(cp)قدرة الشمعة =الفيض الضوئي بالمخروط

: يصبح بذلك اإلضاءة عند نقطة علي مساحة هي

( 10 -5) المساحة ×الفيض = Eاإلضاءة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

023

كذلك من المعروف أن الزاوية الفراغية تتحدد من العالقة

rمربع المسافة / Aالمساحة= الزاوية الفراغية ( 20 -5) (2سم/لومن ) 2

:وتصبح شدة الضوء في اتجاه محدد في الصورة

( 21 -5) الزاوية الفراغية /االستضاءة في هذا االتجاه=Iشدة الضوء

أي لكل وحدة من الزاوية الدائرية ( Lumen / Steradian) ستيرديان / أي لومن /وتكون في هذه الحالة هي

مما يفيد أن شدة الضوء ثابتة في ذات االتجاه الواحد ويالحظ أن السطح المواجه تماما لمصدر الضوء يستقبل أكثر شدة

عن غيرة من األسطح التي قد تميل علي اتجاه الضوء فإذا كانت زاوية ميل الضوء هي المحددة بالقيمة فنحصل علي

مساحة السطح الساقط عليه / الفيض ) شدة الضوء بقيمة الكانديال مقسومة علي مربع المسافة فيكون بذلك مساويا

:فإذا تباينت الزوايا كما في الشكل تصبح القيمة كما يلي ( األشعة

E(surface 1)= /A(1) & E(surface 2)= /A (2) (5- 22)

هي 2فتصبح اإلضاءة علي السطح كانت الزاوية بين المساحتين هي إذا

E ( surface 2) = [ /A (1)]cos cp / r2 (5- 23)

2يمثل االرتفاع العمودي علي السطح hحيث ( h/r) ولما كانت الزاوية هنا تعرف بجيب تمامها المساوي للنسبة

سوف تأخذ الصيغة 2 فنجد اإلضاءة علي السطح رقم 1تمثل البعد العمودي عن السطح rبينما

E ( surface 2) = (cp / r2) cos

3 (5- 24)

هامة والتي لم تذكر ومنها ثالث لإلضاءة كما أنه توجد بعض المسميات ال Lambertوهو ما يعرف بقانون المبرت

:مسميات بخصوص متوسط القدرة الضوئية وهم

Mean Horizontal Candle Powerمتوسط القدرة األفقية -1

MHCPتعني متوسط القدرة بوحدات الكانديال في جميع االتجاهات علي المستوي األفقي ويرمز لها بالرمز

Mean Spherical Candle Powerمتوسط القدرة الكروية -2

وهي MSCPتعني القدرة المتوسطة في كل االتجاهات في جميع األسطح الداخلة في الفراغ ويرمز لها بالرمز

MSCP = total / 4 candela ( 5-25)

/ 1) من متوسط القدرة الكروية والفيض الضوئي الكلي بزاوية ميلها يساوي وهذا يعني التغير علي خط مستقيم بين كال

4 )

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

024

Mean Hemispherical Candle Power متوسط القدرة نصف الكروية -3

وتعطي MHSCPتعني متوسط القدرة الضوئية في كل المسطحات تحت المستوى األفقي ويرمز لها بالرمز

MSCP = total / 2 candela ( 5-26)

كما توجد العالقة الرياضية بين الثالث كميات هذه في الصيغة

(27 - 5) متوسط القدرة األفقية/متوسط قدرة كروية = متوسط قدرة نصف كروية

قننات شدة الضوء باللومن كما يبين أيضا تأثير المسافة والبعد يعطي هذه القيمة محسوبة لبعض م 17 -5والجدول رقم

عن مصدر الضوء إضافة إلي قيمة الضوء الساقط علي المسطحات العمودية مع المصدر أو تلك المائلة في الفراغ بزوايا

.مختلفة مبينا أن األسطح المتوازية مع الضوء ال تستقبل أي ضوء مواز لها

إلضاءة تتناقص بشدة مع المسافة الزائدة ولذلك يجب أن تكون المصادر الضوئية ضعيفة وعديدة من هذا يبين لنا أن ا

في المسافات البعيدة وعلي العكس للمسافات القريبة فتكون شديدة القوة وغامرة للقدر المطلوب مثل أباجورة المكتب

لتكون اإلضاءة األفقية أقصي ما يمكن علي سبيل المثال كما نستطيع الحصول علي بعد السطح عن المصدر الضوئي

من إسقاط المصدر الضوئي لها شدة إضاءة هي dوتكون أبعد نقطة علي بعد hفنجد السطح علي ارتفاع

(لوكس) بعض المقننات لعدد من المصادر بشدة مختلفة بوحدة : 17 -5الجدول رقم

شدة

الضوء

(لومن)

2000 1500 1000 800 500 200 100 50

MSCP

(cp)

150.23 110.42 70.12 13.7 30.81 15.02 7.01 3.08

MHSC

P (cp)

318.47 238.84 150.24 127.4 70.12 31.84 15.02 7.01

سطح

م 2مواجه

500 375 250 200 125 50 25 12.5

سطح

م 4مواجه

125 03.75 12.5 50 31.25 12.5 1.25 3.12

سطح

م 1مواجه

55.55 41.11 27.77 22.22 13.80 5.55 2.77 1.30

سطح مائل 10 o علي

م 2بعد

250 187.5 125 100 12.5 25 12.5 1.25

سطح مائل 10 o علي

م 4بعد

12.5 41.88 31.25 25 15.12 1.25 3.12 1.51

سطح مائل 10 o علي

م 1بعد

27.77 20.83 13.88 11.11 1045 2.77 1.38 0.105

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

025

I=cp/[(d2+h

2)]

1/2} cos =cp cos

3 / h

2 = cp h/(d

2+h

2)3/2

( 5- 28)

عن ( البعد)بينما يلزم الحصول علي تفاضل هذه الشدة بالنسبة للمتغير وهو االرتفاع

مصدر الضوء وبالتالي نحصل علي المعادلة

dI/dh=cp[(d2 + h

2)-3/2

+h(-3/2) 2h (d2+h

2)-5/2

] (5-29 )

وبعد هذه المعادلة نصل إلي قيمة الضوء في الصورة

cp = [( d2 + h

2)-3/2

– 3 h2 ( d

2 + h

2)-5/2

] (5- 30 )

للحصول علي القيمة القصوى نساوي التفاضل بالصفر فنتوصل إلي الشرط التالي

1 – 3 h2 / ( d

2 + h

2) = 0 (5- 31)

من هذه المعادلة البسيطة تتحدد قيمة الزاوية أو بعد النقطة نسبة إلي ارتفاع السطح حيث نجد

h = 0.707 d or = 45o

(5- 32)

Polar Curveالمنحني القطبي : ثانيا

ظهر في الشرح السابق أن قوة اإلضاءة غير متساوية ليس فقط في الفراغ بل أيضا في المسطح الواحد وهذه الشدة تأخذ

شكال غير منتظما وهذه العالقة ترسم للمسطح الواحد وهو أما أن يكون أفقيا ويسمي في ذلك الوقت المنحني األفقي

رأسيا القطبي أو

محورين ) درجة بعكس األفقي 180 – 0ويكون المنحني القطبي الرأسي ويكون حول المسطح الرأسي من الزاوية

( . x. yأفقي وعمودي

من المنحني القطبي الرأسي حيث ترسم دائرة حول Rousseauكيفية استنتاج منحني روثيو 7 -5نجد في الشكل رقم

وطول ها عند مركز المنحني وخارجه عنه وترسم بعد ذلك أنصاف األقطار للزوايا المختلفة المنحني القطبي بمركز

عند هذه الزاوية كما هي المنحني القطبي وبذلك يعطي cpبوحدات Iالخط علي كل نصف قطر يمثل قيمة شدة الضوء

علي القيمة الرياضية نأخذ الزحزحة وللحصول. الرسم الجديد العالقة بين الكانديال والزاوية في المسطح الرأسي

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

026

في المستوي األفقي r cos فنحصل علي المساحة داخل المستطيل المظلل بنصف قطر استدارة dبالزاوية

بالقيمة r dكإسقاط بعرض

A = 2 r cos r d=2 r2 cos d(5-33)

لزاوية الفراغيةوتقابلها ا

= 2 r2 cos d r

22 cos d(5- 34)

أما الفيض فهو دالة في شدة اإلضاءة ويعطي بالقيمة

/2

= I = ∫2 I sin d (5-35 )

-/2

في نفس الوقت مما يجعل الحل الرياضي صعبا وبهذا نحتاج إلي أسلوب إال أن شدة الضوء هنا عبارة عن دالة الزاوية

ل المنحني المستنتج كما أن العالقة بين الزوايا المختلفة في الفراغ لتبسيط المعادلة وتخطي درجة الصعوبة فتأتي من خال

:لهذا المستوي نضعها من الشكل الرياضي

pq = sq &

09(5-36)

وهو ذو شكل كروي وتكون العالقات بين Pي للمسطح عند النقطة وه 8-5حيث هذه الزوايا موضحة علي الشكل رقم

نحصل علي قيمة هذه الزوايا علي األبعاد الثالثية ونتعامل مع اإلسقاط في اتجاه الضوء وعند تساوي الزاويتين

في الصورة stالخط

st = pq cos = py cos = r d cos (5-37 )

أما المساحة المقابلة للتغير الصغير في الزاوية فنحصل عليه بسهولة بالمعادلة

dA = st I = (r cos d ) I (5-38)

من ثم نحصل علي المساحة تحت المنحني في الشكل

/2

= ∫ Ir sin d (5- 39)

-/2

وتأخذ الشكل 2rونحصل علي القيمة المتوسطة لها بالقسمة علي القاعدة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

027

/2

= (1/2r) ∫ Ir sin d (5-40 )

-/2

ع المتوسط للمنحني أما متوسط الضوء في نصف الكرة يكون من كما يتبين هنا أن متوسط الضوء الكروي يعادل االرتفا

.بناء المنحني له من المنحني القطبي الرأسي وهذا الرسم نستطيع التعامل معه سواء بالرسم أو بالطرق الرياضية

رشة أيضا طريقة حساب الضوء وشدته في نقطة ما علي السطح األفقي لطريق مثال أو في و 8-5 نري في الشكل رقم

أو في حجرة بأسلوب التجميع الضوئي وهو ما يساعد علي توفير الطاقة ويحسن من توزيع الضوء علي المسطح كله

وقد سبق التعرض لنوعية تصميم الضوء علي الطرق وهذه الطريقة واحدة منهما فمثال إذا كانت هذه المصابيح قد

100متر بين كل مصباحين بقدرة 0.15داخلي بتباعد متر فوق سطح األرضية في طريق 4.575وضعت علي ارتفاع

لومن في كل االتجاهات تحت مستوي األفقي فأن اإلضاءة تتأرجح نسبة إلي بعدها عن مجموع المصابيح وبالتالي يظهر

حدين أقصى وأدنى لها وتكون اإلضاءة في نقطة ما نتيجة المصباح الواحد هي

(100 / 4.5752) cos

3 = (100 / 20.93) cos

3 (5- 41)

هذه الزاوية تؤخذ مع االتجاه الرأسي وتكون العالقة تبعا المعطاة عالية علي النحو

tan = (18.3+x) / 4.575 (5- 42)

then d(tan )/dx = sec2 d/dx = 1/ 4.575 (5- 43)

or d /dx = cos2 / 4.575 (5-44 )

ويتكرر نفس المبدأ مع كل الزوايا ونحصل علي إجمالي اإلضاءة من كل المصابيح في نقطة ما في الشكل

= (100 / 20.93) [ cos3 cos

3 cos

3 cos

3 2(5-45)

من أجل الوصول إلي القيمة القصوى والدنيا يجب تفاضل هذه اإلضاءة ككل فنحصل علي

d{(100 / 20.93) [ cos3 cos

3 cos

3 cos

3 2dx =0 (5-46 )

ونصل إلي ( محور الحركة )أقرب مصباح في اتجاه األفقي تعبر عن بعد النقطة عن xحيث

- (100 / 20.93) x 3 [ cos2 sin ddx9(5- 47)

وبعد ذلك نصل إلي إجمالي الضوء لنقطة ما عن كل مصادر الضوء في الصورة

=- (100 / 20.93) x ¾.575 [ cos4 sin cos

4 sin cos

4

sin cos4 2sin 2 cos

4 5sin 5 9(5- 48)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

028

الحالة هذه نجد أن أقصى إضاءة سوف تأتي في النقطة المتوسطة الداخلية بين المصابيح جميعا بينما يمكن وفي

.تتاليين ألنها النقاط الحدودية في هذا النطاقحساب كل نقطة تحت المصباح منهم وكذلك بين كل أثنين م

كما أن إضاءة الطرق تتبع المناهج المختلفة فمنها ما يعتمد علي أسلوب توزيع اإلضاءة علي سطح الطريق كما نري في

ويكون له توزيعا للمصابيح كما هو مبين في dحيث نجد الطريق الضيق أو الشارع الصغير بعرض 0-5الشكل رقم

ل أ علي جانب واحد أو في الشكل ب علي جانبي الشارع وكالهما له من الخصائص الذاتية فمثال في النوع األول الشك

واحد بينما في الثاني تحتاج إلي أثنين ولكن بمقطع أقل C Bنجد أن التغذية الكهربية تتم بكابل واحد ومفتاح كهربي

reliabilityأن التوزيع الثاني يكون له من البساطة واالعتمادية من األول وبالرغم من التوفير في النوع األول إال

األفضل ففيه يمكن أن تتم نصف اإلنارة كما يجوز تشغيل نصف اإلضاءة إذا انهار أحد الكابلين أو أي من أجزاء دوائره

Sهي spanبينية بينما في الحالة األولي لن نتمكن من ذلك ونجد أن المصابيح توضع في صف مستقيم بمسافة

. hلكل مصباح هو heightويكون ارتفاع

إضافة إلي ما سبق فهناك أسلوب مختلف لتناول موضوع اإلضاءة من علي الجانبين فهو إما أن يضع المصابيح علي

ص نفس الخط من كل جانب أي أن المصباح العلوي والسفلي بالرسم يكون علي خط متعامد مع الخط الجانبي لر

حيث تكون اإلضاءة ( ب) 0-5المصابيح علي الجانب أو يكون هناك تبادال بين وضع المصابيح كما هو مبين في الشكل

.أكثر توزيعا ويقل الفارق بين اإلضاءة األقصى واألقل علي سطح الشارع ككل

متعاكسين فيكون أسلوب (اتجاهين)هناك أيضا أسلوبا أفضل مما سبق عندما يتسع عرض الطريق ويكون هناك مسارين

حيث يعطي الرسم عددا من المناهج المتبعة في هذا الشأن ففي 10-5اإلضاءة من منتصف الطريق كما في الشكل رقم

نجد اإلنارة بالكامل من المنتصف أو تتحول اإلضاءة إلي الجانبين فقط ويتبع معها ذات األسلوب السابق في الشارع ( أ)

تصبح من المنتصف والجانبين في وقت واحد ولذلك يكون توزيع ( ب)يح ترتفع بينما في الضيق ولكن قدرة المصاب

المغذيات بين المنتصف والجانبين أكثر تكلفة في مقابل البساطة والتمكن من التعامل مع أجزاء من الدائرة وإتاحة

بعض األحوال خصوصا إذا ما كانت الفرصة للصيانة مع عدم إظالم الطريق تماما بل من الممكن التعامل معه جزئيا في

.الكابالت أحادية الطور هي المستخدمة تبعا لتعليمات األمن الصناعي الخاصة بهذا الموضوع

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

029

بالنسبة للتغذية فهي عادة تعتمد علي توزيع األحمال علي الكابالت الثالثية كي يكون التحميل متماثل ومتزن بين األوجه

وهو ما يجب مراعاته في مثل هذه التطبيقات 11-5كل رقم المختلفة كما نراه في الش

Problemsمسائل : ثالثا

1- A lamp having a uniform 200 cp in all directions is provided with a reflector, which

directs 60 % of total light uniformly on a circular area of 10 m diameter. It is installed

at 6 m height. Find the illumination at center & edges in both cases if the reflector is

used or not. Deduce the average value without the reflector only.

Flux = = mscp x4 = 200 x 4 : نتعامل مع المسألة من خالل الخطوات التالية: طريقة الحل

Without reflector, Illumination at center = 200 / (62) = 5.55 lux

Illumination at edge = 5.55 cos = 5.55 x (6/7.41) = 4.26 lux

Solid angle = 2 [ 1 – cos ( /2)] = 2 (1 – 0.9405) = 0.372 steradian

= 200 x 0.372 = 74 lumens & I = 74.4 / 25 = 0.944 lux

With reflector, Illumination at center or edge = 200 x 4 x 0.6 / 25 = 19.2 lux

2- A lamp takes 1.2 A at a voltage of 230 V and it emits 4200 lm. Find its efficiency in

MSCP/W & lm/W where this lamp type can be changed. If this lamp has been replaced

by another one to take only 1 A and emits 4400 lm, find the same above with a variation

in the voltage supply between 190 and 230 V.

متغير فهو للمصباح المتوهج الوحدة وللمصباح cos إذا تغير نوع المصباح فيصبح معامل القدرة : طريقة الحل

تقريبا بينما للصوديوم والزئبق قد يزيد عن ذلك ونجد الحسابات التي تخص هذا التغير قد ظهرت 0.4فلورسنت يساوي

بعد االعتماد علي المعادالت األساسية في الحساب وهي 18 -5في الجدول رقم

MSCP/W = (Total Flux / 4 ) / (VI cos ) (5-49)

lm / W = Total Flux /( VI cos ) (5-50)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

031

ف 230حسابات كفاءة اإلضاءة عند الجهد : 18 -5الجدول رقم

معامل القدرة 1 0.4 0.5 0.1

وع المصباحن متوهج فلورسنت صوديوم زئبق

2.011 2.42 3.025 1.21 MSCP/W

25.33 30.4 38 15.2 lm / W

. 10-5في حالة تغير الجهد تتكرر هذه الحسابات ونحصل علي النتائج الموضحة في الجدول

حسابات كفاءة اإلضاءة عند تغير الجهد: 10-5الجدول رقم ف 230 ف 200 ف 100 جهد

0.1 0.4 1 0.1 0.4 1 0.1 0.4 1 معامل القدرة

MSCP/W 1.84 4.105 3.07 1.75 4.375 2.011 1.522 3.804 2.531

lm / W 23.17 57.02 38.11 22.01 55.03 31.18 10.13 47.85 31.0

3- If the 900 lumens lamp has been placed inside a 30.5 cm spherical globe of frosted

glass, calculate the cp of the globe and estimate that the percentage of light emitted by

the lamp as the same absorbed by the globe. Consider that the brightness is uniform of

250 milli Lambert in all directions.

:طريقة الحل

Candles = A cos x candles / cm2 = (/4) ( 30.5)

2 x (250 x 10

-3 / ) = 58 cp

Globe flux = 58 x 4 = 728 lm Absorbed flux by globe = 900 – 728 = 172 lm

Percentage absorbed = 172 / 900 = 19.1 %

4- A white screen receives a parallel beam of light from a projector placed a 20 m from

it. The illumination on the screen will be 60 000 lx and a 60 % of the total light emitted

from the arc passes into the beam. The absorbed light by the intervening air will be

assumed as 5 % of the beam light. Calculate the MSCP of the arc if the screen diameter

is varied between 1 & 1.5 m.

نتيجة التغير في القطر الخاص بالشاشة تتغير المساحة ومن ثم توزيع الفيض وكفاءة اإلضاءة وهذه : طريقة الحل

. 20 -5النتائج قد جاءت في الجدول رقم

نتائج الحسابات نتيجة تغير قطر الشاشة: 20- 5الجدول رقم

1.5 1.4 1.3 1.2 .!1 1 (م)قطر

2.25 1.01 1.10 1.44 1.21 1 القطرمربع

1.711 1.530 1.327 1.13 0.05 0.785 ( 2م)مساحة

10501 0234 7012 1780 5700 4710 (لومن)فيض ساقط

11184 0720 8381 7137 1000 4058 (لومن)فيض الشعاع

18500 11200 13018 11801 10000 8213 (لومن)فيض متاح

MHSCP 1315.8 1502 1804 2224 2580 2010

5- Given the polar curve about the vertical axis of the lamp ( 6 m height ) at different

angles as shown in Table 5-21 . Find the intensity distribution and draw the

illumination curve.

Table 5- 21 : Polar Curve

Cp 500 360 600 520 400 300 150 50

o

0 10 20 30 40 50 60 70

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

030

نتائج الحساب تعتمد علي الزاوية واالرتفاع العامودي علي السطح حيث تتغير شدة اإلضاءة مع تغير : طريقة الحل

22 -5الزاوية المقابلة للمنحنى القطبي وقد جدولت في الجدول رقم

نحنى القطبيحسابات التوزيع اإلضائي تبعا للم: 22 -5الجدول رقم

cp 500 360 600 520 400 300 150 50

0 10 20 30 40 50 60 70

Cos2 1 0.985 0.94 0.866 0.765 0.643 0.5 0.342

Cos3 1 0.955 0.83 0.65 0.448 0.265 0.125 0.04

Cp/h2

13.9 15.55 16.68 14.45 11.12 8.34 4.16 1.39

I 13.9 14.8 13.8 9.33 5 2.22 0.55 0.055

Tan 0 0.1763 0.364 0.5774 0.839 1.192 1.732 2.748

d=h tan 0 1.0578 2.184 3.464 5.034 7.152 10.39 16.488

6- A 60 cd 250 V metal filament lamp has tested at voltages (V) as 240 & 260 V and

gives light intensity (I) of 50 & 70 cd, respectively. Deduce the constants of this lamp if

it yields one of the following expressions:

I = A V , I = (A+10

0 ) V

or I = (A+10

2 )

V

If the voltage is varied within a different range as 5 , 7 or 10 % higher or lower, find the

corresponding change in luminous intensity.

نظرا للتغير في المعامالت المختلفة نضع الحل في الصورة العامة ثم نحصل علي النتائج كما في الجدول : طريقة الحل

. 23 -5رقم

حسابات ثوابت اإلضاءة ونسبة تغيرها لمختلف الحاالت: 23 -5الجدول رقم

I = (A+10 المعادلة2

)

V

I = (A+100

) V

I = A V

1.4 1.4 1.4 نسبة جهدي االختبار

5.21 4.21 4.21قيمة األس

A 1.10 (10)قيمة الثابت -4

3.77(10) -0

4.77(10) -0

5 7 10 )%(نسبة تغير الجهد

(0.0) نسبة شدة اإلضاءة 5.21 (03)

4.21 (05)

4.21

0.801-1 0.737 -1 0.5775 -1 تغير شدة اإلضاءة

10.4 21.3 42.25 )%(سبة الفقد ن

7- An open space is lighted in all directions under the horizontal surface by three 1000

cd lamps which are placed 15 m apart at the corners of an equilateral triangle, the

lamps being hung 6 m above the working surface. Deduce the illumination at :

(a) A point vertically below the midway between two lamps

(b) A point at the center of the space

( c) The total flux

يغة تعطى بالص Nنجد أن اإلضاءة عند النقطة 12 -5بالنظر إلي الشكل رقم : طريقة الحل

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

032

aN = ac cos 30,

AN – d= [ y + aN

]

= [ y + 3x

/4 ]

bN = x/2 & d = [ y + x

/4 ]

باعتبار أن اإلضاءة تتبع البعد فنصل إلي

EB= EC= I cos /d=(I/d

)(y/d)=Iy/d

=Iy/[y

+x

/4 ]

EA=I cos /d = (I/d

)(y/d)=Iy/d

=Iy/ [ y

+ 3x

/4 ]

Total Illumination at N = EA + EB + EC =

= Iy/ [ y + x

/4 ]

+ 2 { Iy/ [ y

+ 3x

/4 ]

} =

= 1000 x 6 {1 / [ 6 + 169 ]

+ 2 / [ 36 + 56.25]

} = 15.6 lx

At point M we have:

Gb = Mb cos 30 & Mb= 2 Gb / (3)

= x / (3)

d3 = BM = [y+x

/3 ]

EM = 3 I cos / d = 3 I y / d

= 3 I y //[y

+x

/3 ]

= 3 x 1000 x 6 / ( 36 + 75 )

= 15.38 lx

since MHSCP = total flux / 2 , then

Total flux = 2 x 3 lamps x 1000 cd = 18850 lm

8- A street is illuminated by 70.5 m above surface lamps 15 m apart where the polar

curve is given by Table 5-24 . Find an illumination curve for the middle of the road,

from a point vertically below one lamp to a point on the road midway between two

lamps. Light after 15 m length may be neglected.

Table 5-24

Angle to vertical 0 10 20 30 40 50 60 70

Luminous Intensity (cd) 160 180 190 170 140 100 75 50

:طريقة الحل

من الجدول السابق ومن الرسم المبين لتوزيع مصابيح اإلضاءة والزوايا المقابلة لكل وضع منها عند النقطة الواقعة

بينما 25 -5نستطيع حساب هذه الزوايا رياضيا كما ورد في الجدول رقم 2من مسقط المصباح رقم xلي المسافة ع

اإلضاءة عند النقطة هذه تعتمد علي قانون الضوء لمربع جيب تمام الزاوية في الصورة

E = I cos

/ h

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

033

اب إليجاد اإلضاءة الكلية علي طول المسارنتائج الحس: 25 -5الجدول رقم

7.5 6 4.5 3 1.5 0 X (m)

71 34 70 21 68 58 67 23 65 33 63 26

45 38 39 30 48 21 48 11 18 0

45 50 12 54 28 58 60 57 63 26

46 49 51 54 60 64 I from above Table

120 146 166 189 182 160 I from above Table

120 100 90 80 70 64 I from above Table

0.31 0.33 0.36 0.38 0.414 0.4473 cos

0.72 0.78 0.86 0.93 0.9806 1 cos

0.72 0.64 0.58 0.53 0.486 0.447 cos

0.03 0.04 0.05 0.06 0.071 0.0895 cos

0.37 0.48 0.63 0.8 0.943 1 cos

0.37 0.26 0.16 0.15 0.114 0.0895 cos

0.03 0.03 0.04 0.054 0.076 0.1018 E(lx)

0.79 1.24 1.87 2.66 3.051 2.844 E(lx)

0.79 0.46 0.25 0.21 0.14 0.1018 E(lx)

1.61 1.74 2.16 2.93 3.27 3.048 E = E + E +E(lx)

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

034

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

035

السادسالفصل

اإلضاءة المسرحية

Theatre Illumination

تعتبر اإلضاءة من أهم أدوات العمل في دور الفن وهى األماكن التي تستهلك الكثير من األحمال الكهربية في المدن ولهذا

يتوقف االستخدام واسع النطاق لها علي األعمال تلعب اإلضاءة في الحياة العصرية دورا هاما علي كافه المستويات ولم

اليومية بل امتد ليشمل ما هو أبعد من ذلك في بعض الحاالت الحديثة سواء كانت في العمارة أو في الصناعة أو غيرهما

ات كما يلزم التنويه علي أن المسارح من وجهة النظر الكهربية تتشابه مع القاعات الكبرى ومع المكتبات الضخمة ذ

األغراض الخاصة ومع قاعات المؤتمرات الدولية وغيرهم في مجال الشبكات الكهربية ومدها أو أوضاع اإلضاءة العامة

.وأدواتها ومشغالتها

نبذة عامة : 1-1

مال تعتمد جميع األعمال الفنية والعادية علي اإلضاءة كوسيلة أساسية للرؤية المجردة ولكنه مع التطور الهائل في األع

المدنية والحضارة البشرية علي البسيطة دخلت اإلضاءة مجاالت عدة لتعلب دورا أهم بجانب الرؤية ومن ثم توجهت

أغلب أعمال الديكور والتزيين إلي نوعيات اإلضاءة واستعانت بها لتصبح األداة الرئيسية في بعض األحيان ومن هذه

مطاعم الفاخرة والمنازل الراقية وغيرهما كما دخلت هذه اإلضاءة في التطبيقات نرى األنواع المختلفة من مصابيح ال

مجال التجميل وإظهار مفاتن الفنون واألعمال القديمة مثل إضاءة اآلثار والمناطق األثرية كما أنها تداخلت مع الفن

.اعد األساسيةالمعماري إلضفاء اللمسة الجمالية فظهرت في العديد من األبنية الحديثة بل وأصبحت من القو

Typesأنواع المسارح : أوال

تتنوع المسارح من أثرية إلي حديثة أو ضخمة إلي صغيرة أو متعددة الطبقات أو وحيدة الدور إلي غير ذلك تبعا لما

ينظمه المتخصصون المعماريون وما يضعوه من أسس لهذه التقسيمات ولكننا هنا سوف نتناول المسارح من الناحية

:ة كهربيا فقط ولذلك سنتعامل مع النوع منها في اإلطار التالي الهندسي

Outdoor Theatre( الصيفية ) المسارح المكشوفة -1

المناخ الصيفي الجميل الذي تتمتع به بالدنا يجعلنا نتميز عن تلك البالد الباردة ويظهر عندنا مثل هذا النوع المكشوف

هم هذه األبنية تلك التي تخص األحوال الترفيهية والثقافية مثل دور السينما من األبنية حيث ال تمطر السماء ومن أ

والمسارح والمالهي المكشوفة وغيرها ونحن هنا نتعامل مع األعمال الضوئية سواء كانت تلك اإلنارة العادية أو األعمال

صمت وهدوء قد ال تتوفر في مثل هذه المسرحية ولكن ال يمكن أن تدخل أعمال األوبرا داخل هذا النطاق لما تحتاجه من

الدور ومن ثم كان التعامل مع اإلضاءة المسرحية بشكلها المسرحي دون الموسيقى رفيعة المستوى وهذا كله يدخل في

تتميز هذه النوعية من المسارح باتساع المساحة األرضية كما .نطاق األعمال المسرحية المعتادة من الناحية الكهربائية

ي تركيز األعمال الكهربية وشبكاتها علي الجوانب واألرضية فتزيد بذلك الكثافة الكهربية في وحدة المساحة إضافة إل

.الجانبية كما تحتاج هذه النوعية من المسارح إلي إضاءة أقل من تلك لغيرها من األنواع

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

036

Indoor Theatre( الشتوية ) المسارح المغطاة -2

ة من األساسيات المطلوبة عند التعامل مع األحداث الهامة وهي لذلك تدخل في نطاق دور تظهر األبنية المغلقة كواحد

األوبرا والموسيقى الكالسيك والمعاهد الموسيقية واألكاديميات العلمية المتعاملة مع هذا الفن الراقي ويضاف إلي ذلك

مبنى المؤتمرات الدولية بمدينة نصر بالقاهرة قاعات االجتماعات الكبرى والسياسية وقاعات االحتفاالت القومية مثل

وقاعة االحتفاالت الكبرى بجامعة القاهرة ودار األوبرا المصرية بالجزيرة وغيرهم ومهما كانت النوعية فالتعامل مع

ة الدوائر الكهربية واألجهزة الكهربية التي تخص هذه المناطق المغلقة من حيث اإلضاءة المسرحية والموسيقى الراقي

فهي من حيث . وكذلك التركيبات الكهربائية لمد هذه الشبكات الداخلية بجانب اإلنارة المطلوبة لهذه النوعية من القاعات

المبدأ تلك المسارح المعتادة والتي قد تشمل أكثر من طابق وقد تصل بها األناقة كما في دور األوبرا أو كما في دور

في الشبكات الكهربية سواء من جهة التغذية الكهربية أو من ناحية استخدامات السينما حيث يلعب السقف دورا هاما

اإلضاءة وأنواعها المختلفة داخل القاعة المسرحية وتزيد هنا مساحات مسطحة في السقف لتعطي مسارات أخرى

: للشبكات الكهربية وهذه األسقف تخضع لنوعين هامان من وجهة النظر الكهربية هما

Normal Ceilingعادي سقف ( أ)

يظهر هذا النوع من األسقف في العديد من المسارح العادية أو دور السينما الصغيرة وفي قاعات المحاضرات العادية

وتتم فيه أعمال الشبكات الكهربائية كالمعتاد في كل األسقف في األبنية المعتادة في العمارات أو المالعب الشاسعة وليس

يزيد أكثر من أنه من الضروري تركيب شبكة البحث عن منشأ الحرائق وذلك من أجل حماية هناك ما يمكن أن

المشاهدين قبل حدوث الكارثة حال تواجدها وهي ال تختلف كثيرا عن ذلك النوع التالي من األسقف ومن هذه الناحية

Hosesمستخدم فيه الخراطيم وال Traditional Typeنجد أن التوصيالت الكهربائية من األنواع التقليدية

Technical Specificationوأدواتهم والملحقات المعروفة وذلك تبعا للمواصفات الفنية Pipesوالمواسير

. Egyptian Codeوالقياسية والكود المصري

Suspension Ceilingسقف معلق ( ب)

كهربية والتعامل مع أجزائها المتباينة من تغذية أو إضاءة أو يعطى هذا النوع مساحة فنية أوسع للعمل مع الشبكات ال

تشغيل أو تحكم بل ويسهل أمور اإلمدادات الكهربية لكل األجهزة العاملة علي السطح أو تحت السقف بما في ذلك أجهزة

سلح واآلخر سواء كان مركزيا أم ال ويمثل بذلك الفراغ ما بين السقف الم Air Conditioning Deviceالتكييف

.تختفي عن العين المبصرة وتسهل أعمال الصيانة والمراجعة Wiring المعلق قناة صالحة لمسار الكابالت واألسالك

Operation Levelمستوى االستخدام المسرحي : ثانيا

ي مستويات أفضل ومن كما ذكر من قبل أن المسرح الصيفي يقرب من العمل العادي بينما المسرح الراقي مثل األوبرا يعن

ثم لزم التنويه عن هذه النوعيات بإيجاز شديد لتبسيط الوضع أمام القارئ وتمهد للدخول في جوهر الموضوع ولذلك

: توضع االستخدامات المسرحية في درجات متتالية كما هو آت

Normal Levelمستوي عادي ( ا)

ية الطريق في هذا المجال فنجد منه المسارح المتنقلة والمسارح يأتي المستوى العادي لالستخدام المسرحي علي بدا

المدرسية والمسارح الطالبية أو تلك في مراكز الشباب وهي ال تحتاج إلي التقنيات العالية وال تعمل بصفة االحتراف بل

في كل أنحاء تدخل في دائرة الترفيه وفي بعض األحيان في مجال الثقافة وقد تظهر في قصور الثقافة المنتشرة

الجمهورية ويكفي في هذه النوعية البسيطة وجود الكشافات المعتادة وقد تكون السيكلوراما حيث أعلي درجات التقنية

المستخدمة وبشكل يدوي بالرغم من أنه قد تهتم الدولة بأي من هذه المسارح وتضع لها كل المساعدات لترقي وتصبح

.مجهزة علي أعلى المستويات

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

037

Conference Levelقاعة مؤتمرات ( ب)

تظهر هنا النوعيات المتقدمة من األعمال الفنية فتظهر األعمال الصوتية بجانب الضوئية بل وقد تأخذ المركز األول في

األهمية حيث تكون القاعات مجهزة للعمل الصوتي نظرا لطبيعة العمل في المؤتمرات فنرى ضرورة تركيب الدوائر

الترجمة الفورية بجانب توصيالت شبكة كهربية لتغذية الحاسبات بالقاعات أو في الملحقات الداخلية الصوتية الخاصة ب

وبالتالي تظهر أهمية تواجد قاعة للتعامل مع الصحافة وأخرى للعمل في شبكة اإلنترنت إضافة إلي ضرورة تواجد

خرى ومكونات المنصة والقاعة المضافة مستلزمات المحاضرات من عارض الحاسب بالفيديو وغيرها من األدوات األ

للمؤتمرات الصحفية وإلقاء البيانات والتصريحات خصوصا إذا كانت القاعة تخضع للمستوى القومي

ال يتوقف الوضع عند هذا الحد بل يمتد إلي و .ويجب التركيز علي مركز لخطوط الحاسب اآللي لتغطية كافة المناسبات

ة التي تخص األعمال المسرحية حتى يكون المقر مالئما لعرض العروض المسرحية ضرورة إضافة األعمال الضوئي

والتي عادة نحتاجها في حفالت االفتتاح والختام عند إقامة أي مؤتمر وهذا يعطي هذه القاعات درجة عالية من األهمية

. لهذا الغرض فقط كما يزيد من حجم األعمال فيها والتي قد تتفوق عن األعمال المسرحية في مسرح شيد

Official Meetingقاعة اجتماعات ( ج)

علي هذا المجال حيث تأخذ االجتماعات نفس الطراز الخاص بالمؤتمرات في الكثير ( ب)ينعكس الحديث الوارد في البند

.من الصفات مع الفارق بينهما من حيث حجم القاعة أو طبيعة ترتيبها فنيا وإداريا

High Levelمستوي رفيع ( د)

) يتبع هذا المستوى كل األعمال الراقية والتي تتعامل مع الموسيقى الراقية مثل الكالسيك أو األوبرا أو المسارح الغنائية

وتحتاج إلي كل ما هو قد سبق الحديث عنه في كل المستويات السابقة إضافة إلي النوعيات الخاصة من ( األوبريت

لتي تعمل مع الحاسب اإللكتروني بجانب أعمال الموسيقى المضافة علي أجهزة العمل مع الكشافات واألجهزة اآللية وا

.المنظمات الضوئية كأحد األنواع القياسية المتداولة باألسواق

Classificationأنواع اإلضاءة : ثالثا

ا الشكل العام والذوق الفني تعتبر اإلضاءة بصورة عامة واحدة من أهم الخدمات الهندسية الضرورية والتي يتحدد عليه

أمام المشاهدين ولها محورين هما

General Lightingاإلضاءة العامة : المحور األول

قد وصل االهتمام باإلضاءة وتكنولوجيا االنتفاع بها إلي مستويات رفيعة خصوصا في تلك المسارح التي تعتمد علي

:أ هماالشكل المعماري وهذه تشمل نوعان من حيث المبد

Manual Lightingاإلضاءة اليدوية : أوال

تعتبر هذه النوعية من العمل قديمة ويجب تغييرها ألنها هي المتبعة منذ الظهور األول لإلضاءة بشكل عام كما أنها قد

:تستهلك كثيرا من الطاقة في المجمعات الضخمة والكبيرة ولكنها منتشرة لبساطة التعامل معها وهنا نفرد لها

: Street Lightingإنارة الشوارع -1

يتم إنارتها بشكل عام وعادة من داخل محطات الكهرباء مباشرة وتعمل باألسلوب اليدوي ويقوم بذلك مهندسو المحطات

حيث يتم تشغيلها مع بداية الليل وقت الغروب ويتم رفعها من الخدمة مع أول ضوء الشروق غير أنه تتواجد بعض

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

038

Solarالعاملة بالطاقة الشمسية Photo Cellلية إلنارة هذه الشوارع من خالل الخاليا الكهروضوئية الدوائر اآل

Energy بحيث مع انتهاء ضوء النهار تعطي األمر الكهربي بقفل الدائرة الخاصة باإلنارة وعندما يظهر الضوء مع

.اإلنارة الشروق ويزيد إلي الحد المطلوب تقوم بفتح الدائرة الخاصة بهذه

Home Lightingإنارة المنازل -2

كما أن ( قد تتالشى عمليا أحيانا ) تعمل هذه النوعية باألسلوب اليدوي خصوصا وأن المسافات بين المصابيح قليلة

أسلوب التحميل مختلف وغير ثابت وال تعتمد علي أي أساس مقنن يجوز معه التعامل رياضيا أو غير ذلك من الصفات

المنتظمة ومهما كانت النوعية المنزلية فهي عشوائية األداء ومتباينة االستخدام إال أن الساللم تحتاج إلي النظام اآللي

Automatic System حيث يستخدم علي نطاق واسع نظام الدفياتير إلنارة الساللم ترشيدا الستهالك الطاقة

ما بالنسبة للقصور الضخمة وهي ذات المسافات البينية الطويلة واألدوار الكهربائية وتلبية اإلنارة فور الحاجة إليها أ

المتعددة نجد أن التعامل مع الدوائر الكهربائية الخاصة باإلنارة العامة بها قد تحتاج إلي هذه النظم اآللية ويدخل فيها

نتشرت وأصبحت من الدوائر دخلت الميدان وا Computersاليوم المشغالت الدقيقة والحاسبات اإللكترونية

وهي الرئيسية ترشيدا لالستهالك ومنعا للحوادث التي قد تنجم عن أية أخطاء من تشغيلها أو تركها تعمل دون مراقب

تدخل أيضا المجمعات . من الخطوات الهامة التي ساهمت في تطور المسرح علي وجه العموم من الناحية الهندسية

القصور وهي مثل المجمعات التعليمية والجامعات والمدارس عالية الكثافة واسعة الضخمة علي الطريق بجانب

المساحات والمستعمرات السكنية جماعية الطابع مثل المدن الجامعية وبيوت الشباب الكبيرة والمدارس الداخلية وأيضا

.األسواق التجارية والمناطق الحرة التي تقع علي مساحات شاسعة من األرض

Lighting of Governmental Sitesرة المقار الحكومية إنا -3

المتباينة وقد يكون Randomتحتاج هذه المواقع إلي النظام اآللي بصفة جوهرية ألنها تتعامل مع العشوائيات

االهتمام أقل عن القطاعات الخاصة األخرى وهي في أغلب األحيان يدوية إال أن الحاجة ماسة لالعتماد علي الحاسب

اإللكتروني والمشغالت الدقيقة ومن هذا المنطلق نحتاج إلي تطوير جميع أنواع دوائر اإلنارة من الوضع اليدوي في

التشغيل إلي النظام اآللي من أجل الترشيد من ناحية والحفاظ علي درجة عالية من األمن الصناعي من الجهة األخرى

وخصوصا تلك المنتشرة علي أراضي واسعة أو تلك التي تحتوي المواد وتظهر أهمية هذه النظم في التعامل مع المخازن

.القابلة لالشتعال أو القابلة لالنفجار

مهما كانت الحاجة ماسة للتعامل اليدوي تكون الحاجة أشد إلي االعتماد علي النظام اآللي في الفصل والتوصيل ويكون

ت في المناطق األخرى والتي ال تحتاج إلي الوقت لطبيعة العمل فيها بتوقيت زمني في األماكن التي تناسب هذا وبغير توقي

أو في أسلوب التعامل معها كما تنتهج ذات الطابع القرى السياحية والفنادق الصيفية والمصيف الجماعي من حيث النظم

.المتبعة بعدم التدقيق في أعمال الكهرباء عموما

Hall Lightsإضاءة القاعة ( ا)

القاعة من المواقع الخاصة في التعامل مع اإلضاءة فمنها أنواع مثل القاعات الرياضية أو القاعات الدراسية أو تعتبر

الورش المعملية أو القاعات الخاصة بالقصور أو القاعات الملحقة علي المسارح أو قاعات المسارح ذاتها وهي محور

فنحتاج إلي إنارة السقف والحائط واألرضية حيث الساللم وفي الحديث هنا حيث نحتاج إلي إنارتها بدرجات متفاوتة

جميع األحوال تكون إنارة الساللم خافتة ألنها تستخدم فقط في حالة اإلظالم التام للقاعة بينما النوعين اآلخرين يحتاجان

ل اإلظالم التام أثناء إلي درجات متباينة اإلضاءة بمستوياتها المختلفة عالية االستضاءة أو متوسطة ثم المنخفضة قب

العرض المسرحي وكلها وسائل متباينة تحتاج إلي الفن والذوق في األنماط التي يجب أن تستخدم لتريح العين المبصرة

قبل االندماج مع العرض المطلوب مشاهدته ومن ثم نحتاج إلي النظام اآللي في التعامل لتخفيض مستوى اإلضاءة

ثانية إلي أخيرة بينما في العقود األخيرة ظهرت األجهزة التي تتعامل مع المشغالت الدقيقة تدريجيا من مرحلة أولي إلي

والحاسب اإللكتروني وتستطيع بذلك تخفيض اإلضاءة بأسلوب تدريجي مستمر وليس علي مراحل كما كان متبعا من قبل

ضاءة تماما إلي المظلمة تماما دون أي وبذلك نحافظ علي درجة رؤية المشاهد ونعطي الفرصة لالنتقال من الحالة الم

.تأثير ضار علي الرؤية البشرية سواء للمشاهدين أو للعاملين في ذات الحقل

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

039

Serves Room Illuminationإضاءة حجرات الخدمات ( ب)

ملقن أو وهي متعددة فمنها حجرة التحكم أو حجرة اإلشراف علي حركة الممثلين أو موقع ال) تحتاج حجرات الخدمات

إلي أنواع اإلضاءة المعتادة مثل إنارة المنازل والمقار الحكومية ومثل المطاعم السياحية أيضا ( حجرة الممثل والمخرج

ولكننا هنا نحتاج إلي وضعها علي الخريطة اآللية للتشغيل مع الحاسب اإللكتروني وأجهزة التحكم في اإلضاءة داخل

أي مكان العاملين علي اإلضاءة ومتابعة الصوتيات بالمسرح ) خاصة بالتشغيل المسرح وخصوصا تلك الحجرات ال

. وأماكن الممثلين والمخرج وغيرهم من العاملين وقت إظالم القاعة أي وقت األداء المسرحي ( ومراقبة العمل

Automatic Lighting التحكم في اإلضاءة التلقائية : ثانيا

أهمية التعامل مع اإلضاءة التلقائية خصوصا مع األعمال مسرحية الطابع وليس بالضرورة مما سبق نستطيع تفهم مدى

أن تكون في المسرح فقط ولكنها تلك األعمال التي تحتاج إلي إضاءة من شكل محدد ومركز وله طابع مميز وقد يظهر

حدود المعسكرات العسكرية أو المواقع مع األعمال السينمائية أو في أستوديو التصوير أو في المواقع األثرية أو علي

هذا هو النوع المستقبلي والذي يجب أن تخضع له جميع .النائية والتي تحتاج إلي الحراسة مثل الحدود الدولية وغيرهم

األعمال اليومية في المصانع والمجمعات الضخمة والمستعمرات السكنية وفي الشوارع وغيرهم لما سوف توفره من

الي في تكلفة االستخدام الكهربي في مجال اإلضاءة وهذه العملية تعتمد علي محوري التشغيل وهما الطاقة وبالت

محوري التأكد من سالمة المنبع ووصوله إلي وحدة التحكم أوال بينما الثاني يشمل خطوات التعامل والتنفيذ بعد التأكد من

في األداء المختلفة الداخلة Circuitsوجود التيار وسالمة الدوائر

وبناء علي هذا نضع الهيكل التنظيمي للتأكد من وصول التيار بسالم إلي جميع الوحدات العاملة بالمنظومة لتشغيل

Automaticكما أنه في حالة الفصل التلقائي 1 – 1اإلضاءة من هذا المنطلق كما هو مبين في الشكل رقم

Tripping للجهاز يلزم ضرورة التأكد من:

المتواجدة علي الوحدة من كل المنظمات الضوئية ألن التحميل الزائد Total Loadsمجموع األحمال الكلية -1

Over Load قد يودي بالجهاز ولذلك يلزم احتساب مجموع األحمال الكهربية علي الجهاز والتأكد من قيمتها اإلجمالية

.وأنها ال تتجاوز الحمل األقصى المقنن

35مناسبة وغير مرتفعة حيث أن الدرجة المقننة هي Ambient Temperatureحرارة الهواء المحيط درجة -2

درجة مئوية كحد أقصى ولهذا السبب يجب أن توضع هذه األجهزة داخل حجرات مكيفة الهواء لضمان عدم ارتفاع درجة

علي تبريد الجهاز وأجزائه وأن األحمال القائمة Fansالحرارة في أي وقت وهذا يفيد بضمان عمل المراوح

ويقوم الجهاز تلقائيا بخفض مستوى تحميل . لم تتعدى نطاق المحدد Dimmerالكهربائية علي المنظم الضوئي

Loading Level المنظمات الضوئية أوال عند ارتفاع درجة الحرارة ثم زيادة هذا الخفض مع استمرار االرتفاع

لهذه Necessary Protectionكنوع من الوقاية الضرورية Final Switching Offالنهائي الحراري ثم الفصل

.األجهزة

ألن الخلل في التوصيل أو Cable connectionsووصالتها الكابلية Lampsالتأكد من المصابيح العاملة -3

.از التركيب سيسبب عدم وصول التيار إلي جميع المواقع العاملة داخل الجه

فصل الجهاز ثم تغيير المصهر ألن المصهر أول أداة واقية وال يجب تغييرها علي الحمل خصوصا عند تركيبها وحتى -4

. Sparkingال يقع عليها التيار الكلي وقت التركيب منعا للشرارة

العمل عن ذلك الذي خرج عن New Fuseتوصيل الجهاز مرة أخرى بعد تركيب المصهر البديل -5

فيعرض المحور الثاني والخاص بخطوات التشغيل كاملة وهو ما ينطوي علي طريقين متجاورين 2-1أما الشكل رقم

من حمل المنظمات الضوئية كي نتفادى التحميل الكامل المفاجئ فيكون التحميل % 50داخل المنظومة عند تحميل

وبالتالي نبدأ في اختبار اإلشارات التي تعمل وتحديد تلك التي ال تدريجيا ويتم العمل حتى نصل إلي نصف الحمل الكلي

. تعمل

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

041

3 -1هذا األداء مهما داخل االختبار حتى نستطيع التعامل مع القنوات بسالمة تامة أثناء التشغيل ويعرض الشكل رقم

خالل وحدة التحكم وهي ما يمكن معا من Dimmersلتوصيل المنظمات الضوئية Basic Circuitالدائرة الرئيسية

25طرف 25دائما علي Output Socketوهكذا علما بأن أطراف الخروج 12منظم أو 24أن تتم لتوصيل

Terminals منظم ضوئي وفيه أيضا نجد أن 24فولت والرسم يختص بحالة 5و 10وتعمل مع الجهد صفر و

وتأخذ . وصيل إلي دوائر التيار المستمر بالجهد المشار إليه عالية أسلوب المفتاح الضاغط أساسا للتعامل مع الت

:المقننات العامة البيانات األساسية كما يلي

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

040

Digital% 100مشغالت دقيقة رقمية -1

. و. ك 5أو 3تعمل مع قدرات مقننة -2

Relativeكأقصى رطوبة نسبية % 00درجة مئوية مع 35كحد أدنى و 5تسمح بدرجات حرارة بين -3

Humidity

% . 10تعمل مع كال من الطور المفرد والثالثي مع نقطة تعادل بمدى الجهد المقنن مع -4

. أ للقصر . ك 100لكل منظم ضوئي علي حدة وبإجمالي Fuse Protectionتتم الوقاية بالمصهر -5

فولت عند الحمل 1ولكنها ضعيفة ألنها ال تزيد عادة عن D C Componentة للجهد الثابت تظهر أحيانا مركب -1

Full Loadالكامل

مثل مصابيح تنجستن Inductiveوكذلك األحمال الحثية Resistiveمناسبا للعمل مع األحمال خالصة المقاومة -7

وأيضا مع المصابيح Suitable Transformersومصباح الهالوجين منخفض الجهد مع محوالت مناسبة

. مخصص لهذا الغرض Ballastالفلورسنت باالستعانة بملف خانق

التأكد من أطرافه

إشارة الجهاز

المازج

البعض يعمل

ال

-تعمل

اإلشارة لم

تصل

يعمل الكل

العمل )

(جاهز

إشارة األنالوج عن

حالة الكشافات

تحميل المنظمات

ملمن الح% 50

توصيل الخطوط مع

المنظمات

توصيل وحدة

التحكم مع الجهاز

هل تم توصيل

مفتاح التشغيل

؟

هل وضع ضبط

القنوات سليم؟

تأكد من -

الوصلة بين

لوحة التحكم

واألنالوج

استخدم -

القائمة لتحديد

إشارة كل منظم

استخدم القائمة

لقراءة اإلشارة لكل

منظم

ل إشارةإذا لم تص

) تتبع خطوات حالة

(ال تعمل

مضاء

حدد المنظم

المطلوب

يمكن بدء العمل

غير مضاء

افصل كابل اإلشارة

راجع أطراف التوصيل

كان * أضئ

قصر في الجهاز

–* أو الكابل

اتبع حالة )

(مضاء

ال تصل إشارة –ال يضئ

تتبع خطوات غير ) –

(مضاء

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

042

Stage Lightsخشبه المسرح : المحور الثاني

تحتاج خشبه المسرح إلي عناية فائقة واهتمام بالغ من حيث أعمال اإلضاءة حيث يلزمها اإلضاءة المركزة

Concentrated Light بجانب المنتشرةSpread Lighting وتلك ذات الخلفية وهي كلها ذات مقننات تقنية

ومواصفات محددة ولذلك سوف نلقي عليها الضوء من أجل المزيد من الفهم والتعرف علي خصائص هذه اإلضاءة

:ومكوناتها ومدى الحاجة إليها علي النحو التالي

Stage Lightingإضاءة خشبه المسرح -1

تمثل خشبه المسرح أهم المواقع التي تحتاج إلي الرعاية ومن ثم تكون أعمال اإلضاءة فيها متواكبة مع المتطلبات

والضروريات وحيث أنها تتباين في االستخدام فهي هامة أثناء العرض المسرحي للتعامل مع الخلفيات المسرحية وإلقاء

بل وتلوينها إذا احتاج األمر كما أنه ال يقتصر الوضع علي ذلك بل يمكن الضوء علي المعاني األساسية فيها وإظهارها

االستعانة بها عند إلقاء البيانات أو حتى عند عقد المؤتمرات والندوات وتأخذ بذلك طابعا متباينا مع األول وفي هذه

لكيفية التعامل معها في السطور الحالة ال بد من توفير كل المتطلبات لكل أنواع االستخدامات وكل هذه األنواع سنتعرض

.التالية

إضاءة الممثل أو الفرد علي خشبه المسرح -2

نحتاج دائما لوضع الممثل في دائرة

ضوئية كي يبين معه أنه من أهم الممثلين

عند التحدث أو أداء الحركات المعبرة

والجوهرية وهنا تكون الحاجة ملحة

ات للتعامل مع نوعيات معينة من الكشاف

أما إدارة Spot Lightsالضوئية

عملية اإلضاءة من خالل وسائل تحكم آلية

وسنفرد لها البنود التالية فيما بعد عند

التعرض لتقنيات هذه اإلضاءة خصوصا

وأن اإلضاءة للمثل وحده تحتاج إلي

.نوعيات معينة دون غيرها

إظالم خشبه المسرح أثناء -3

تغيير المناظر

من األحوال نحتاج إلي إظالم في كثير

متعمد إلجراء تغييرات في المشاهد أثناء

العرض داخل الفصل المسرحي وبدون

توقف المسرح أو المعنى العام له ويظهر

بذلك التحكم اآللي وأهمية وما سوف يلعبه

من دور أساسي في هذه العملية ولذلك

سوف نتناول هذه التقنيات الحديثة والتي

لدقة والتوقيت المناسب فيما تعتمد علي ا

.هو الحق من هذا الباب

تلك هي محاور اإلضاءة في القاعات المسرحية فنجد البسيط والمعروف مثل المحور األول والثاني بينما نري الهام جدا

. أمكن الدمج بين المحاور جميعا’ في المحاور األخيرة إال انه مع التكنولوجيا الحديثة

Analog In/Out

Processors

Power

/Earth

خطوط متعددة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

043

Technology Conceptل اإلضاءة تقنيات وسائ: 1-2

:يدخل في االعتبار العديد من األسس التكنولوجية منها

microprocessorsمشغالت دقيقه : أوال

تعتبر المشغالت الدقيقة من أهم األعمال الفنية التي سارعت من التقدم العلمي في العصر الحديث وقد تبعها العديد من

رجة ما في تبسيط الحياة علي البسيطة ولهذا دخلت في محال اإلضاءة المسرحية وساعدت االختراعات التي تساهم بد

الصورة التخطيطية العامة لوحدة 4 -1إلي حد كبير في التطور المعاصر لألعمال المسرحية ونجد في الشكل رقم

اإلمكانيات المتاحة للعمل في هذا غير أنه تتواجد األنواع األحدث واألشمل في األداء وفي CPUالمشغالت المركزية

. الميدان

اعتمادا علي سرعة المشغالت الدقيقة المركبة Mother Boardتعمل هذه الدوائر والتي تعرف باسم اللوحة األم

تتالءم مع التزامن الفعلي في تنفيذ العمليات Speedعليها وهي اآلن أكثر تطورا عن ذي قبل وأصبحت السرعة

ي نفس المشغالت التي تحدد أسلوب العمل مع وحدات التحكم الخاصة بمثل هذه األجهزة الضوئية كما نراها الرقمية وه

حيث تظهر القائمة منطلقا للعمل ومنها يتم االختيار وتخزينه بالذاكرة وإنشاء الخصائص وصفات 5 -1في الشكل رقم

وباألخص الموسيقية منها خصوصا Audioية الخارجية التشغيل المطلوبة وتحديدها كما يمكن إضافة التأثيرات الصوت

وأن العمل بهذه األجهزة يكون في ميدان المسرح والغناء أساسيا فيها إضافة إلي ما سبق نستطيع التعامل مع األلوان

.الخاصة باإلضاءة وذلك بشكل آلي أو يدوي حسب األحوال

أو من خالل Printerسواء كان ذلك علي الطابعة Outputإلخراج يظهر أيضا من الشكل أن الجهاز يعطي إمكانية ا

واألخرى Colorويلحق عادة بالجهاز شاشتين أحدهما وهي األساسية تكون ملونة Monitorالشاشة العارضة

من النوع األبيض واألسود

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

044

(Lighting Control Desk) وحده تحكم : ثانيا

حيث المبدأ في إطار عام يتيح الفرصة للتشغيل بأي من الوسائل المعروفة كما هو موضح يجب أن تقع هذه الوحدة من

وهذه اآللية يجب أن تشمل Automaticأو اآللية Manualوهما طريقتان فهي إما اليدوية 1-1بالشكل رقم

نسبة إلي ( اليدويوهو الوضع اآللي فور إغالق الوضع ) Memoryأسلوب التخزين أو االعتماد علي الذاكرة

معها Key Boardالمشغالت الدقيقة السابق تحديدها عالية وما يتطلبه ذلك من ضرورة توافر لوحة المفاتيح

.(لتسرع من عملية نقل االختيار فورا إلي الذاكرة)

ف مع 240 – 220ف وبذلك يكون مقنن التشغيل لها هو 220وكذلك أنها يجب أن تعمل علي الجهد المعتاد وهو

أ وهذه الوحدة تنقسم إلي عددا من القنوات يتدرج بصفة رياضية 4 -3هيرتز واستهالك لمقنن التيار بقدر 50الذبذبة

ويضاف إلي هذا كله إمكانية إعادة التشغيل للتأثيرات 01مفردة الوضع أو 48قناة مزدوجة الوضع أو 24مثل

وضع وتتميز الوحدة بإتاحة تسجيل كل الخطوات كعملية واحدة عالوة علي 12ل المختلفة المتواجدة في الذاكرة من خال

. إمكانية التعديل الصوتي بجانب الضوئي

: تتمتع هذه الوحدة بعدد من الخواص الفنية مثل

( ( Cut, Fade-in / Fade-out, Saw Teethأوضاع متباينة مثل 3إتاحة الفرصة للعمل علي -1

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

045

) حركة في ثالث أشكال من خالل لوحة المفاتيح لتحميل القنوات منفردة أو مجتمعة سويا وهذه األشكال هي إمكانية ال -2

( Balanceوضع االتزان – backwardخلف – Forwardأمام

( Inverseسالب أي عكسي – Normalموجب أو عادي ) التعامل مع نظامي القطبية -3

عة التحكم الضوئي مع منظم السر -4

سهولة خلط األلوان -5

خطوط خارجية مبرمجة -1

مغيرا 20والذي قد يصبح منفردا للغرض مثل األعمال المسرحية كما أنها قد تكون شاملة Memoryحجم الذاكرة -7

banks عملية تشغيل عكسي 12عند التعامل مع الموسيقي السريعة والصاخبة لكلPlay Back مع السماح بالدخول

.بين األضواء المسجلة بالذاكرة فعال من أجل اإلضافة أو التعديل

منظم 512بدون حدود لكل قناة مستقلة وبحد أقصى Patchتواجد إمكانية اإلضافة المعروفة باسم الباتش -8

(dimmer ) طيطي الشرح التخ 7 -1خط فرعي قابل للبرمجة انفراديا ويبرز الشكل رقم 12لكل الوحدة عالوة علي

.للدائرة األم لمثل هذه الوحدة مبينا عليها أجزائها

المعتم لتحديد القنوات العاملة علي خشبه LEDنهاية حمراء لمخارج 48تعدد مخارج الشاشة حيث تخصيص -0

لبيان تفاصيل LCDوتوافر وحدتين Blind Modeالمسرح ومثلها أطراف خضراء للتشغيل في المجال المعتم

2: قناة وهي في مجملها تصبح 12ومستويات أدائها سواء في مجموعات أو انفراديا وذلك باالستعانة بمساحة القنوات

(حرف 11)2( + 40)

.لتسجيل البرنامج الضوئي كامال أو جزئيا Recording & Retrievingتواجد كارت التخزين للتعامل معه -10

التعامل مع األطراف الخضراء وإصدار اإلنذار السمعي modeير النظام اتساع رقعة التشغيل وتنويعه من خالل تغي -11

عند حدوث خطأ في التوصيل أو الفصل والسماح باختيار البيانات الداخلة وفرصة التعامل مع معامالت الذاكرة الحاسوبية

كن إدخال موسيقى حيث يم MIDIوسهولة برمجة الخطوط الخارجة وفرصة التعامل مع التعديل الصوتي والموسيقي

.خارجية مسجلة أو ال كي يتضمنها التسجيل النهائي بوحدة التحكم

بالذاكرة مع التحميل جزئيا أو ( AND / OR) قناة فرعية بأسلوب 12صالحية التعامل مع التليفزيون من خالل -12

.كليا

ة بالذاكرة فورا ودون تعطيل سهولة إعادة التخزين أو التصحيح المباشر للقنوات الضوئية المسجل -13

مع مدي واسع الختيارات الصوت الموسيقي المصاحب للعرض Rock Lightingبساطة تحميل الضوء العادي -14

. Flickeringالضوئي وكذلك التذبذب الضوئي

.السماح بتحميل خطوات متتابعة داخل القنوات وبمستويات متباينة -15

( قناة 12)ت فورية مباشرة التحكم اليدوي في تأثيرا -11

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

046

مفتاحا عموميا 8 -1وتعمل هذه الوحدة علي نظام التعميم والتخصيص طبقا لوضعي التشغيل ولذلك نجد في الشكل رقم

طر علي للتحكم في شدة الضوء لكل من القنوات وهي ما تسي( مفتاح لكل وضع لكل قناة)للتشغيل ويتبعه مفتاحان

. الكشافات الضوئية العاملة علي شبكة المسرح

Dimmerالمنظم الضوئي : ثالثا

يقوم منظم الضوء بكل أعمال الخلط بين جميع أنواع اإلنارة

واإلضاءة المطلوبة ويتحكم في مستوياتها وأشكالها ومدة

عملها وترتيبها ولهذا السبب فهو مناسب للعمل في المسرح

إلضافة إلي اإلنارة المعمارية وهذه المنظمات واألستوديو با

: الضوئية ذات صفات محددة نوجز أهمها

مجهز للعمل اآللي بالحمل المقنن ويمكن التحكم باألسلوب -1

المحلي

Selectivityاختيارية عالية -2

اختبار ذاتي -3

تخزين بالذاكرة مؤجل المحو -4

يتقيد بالزمن ويمكن ذلك لدليل اإلضاءة أيضا التخزين ال -5

وهو الوضع ) الدوائر الكهربية متكاملة وتركب رأسيا -1

أو أفقيا ( األفضل

Neutralالسماح بفصل آلي لنقطة التعادل -7

القراءات األساسية فورية لكل األجهزة العاملة -8

Reporting

Analogueشة مع المحاكي أنالوج تشغيل الشا -0

Control

صالح للتشغيل المركزي بالنسبة لإلضاءة -10

بساطة التركيب وسهولة التشغيل -11

( .مع محوالت جهد منخفض –فلورسنت مخصصة –هالوجين تنجستن)يمكن التعامل مع المصابيح -12

توضع علي Specificationsلعام لهيكل هذا المنظم كما أن المواصفات الفنية األساسية المنظر ا 0-1ويوضح الشكل

:النحو في صورة عامة وقابلة للتغير بين هذه األرقام التالية بالنقص أو الزيادة الطفيفة

إضافة . و. ك 5* 1+ . و. ك 3* 12أو . و. ك 5* 12أو . و. ك 3* 24القدرة القياسية المعتادة تتراوح بين -1

.إلي إمكانية الخلط بينهم

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

047

Digitalرقمية األداء % 100 -2

حرف 12* مفتاح 5 -3

تشغيل مستمر . و. ك 10تصل القدرة الكلية إلي أكثر من -4

% 3-2الفقد ال يزيد عن -5

تبريد آلي عالي الكفاءة -1

( ف مستمر 12مراوح )

يستخدم ثيرستور عالي -7

(أ وأكثر 50)القدرة

الوقاية بالمصهر عالي -8

القدرة لكل وحدة مستقلة علي

حدة

يسمح بالتعامل مع األحمال -0

Inductiveالحثية

400/ 220جهد تغذية -10

هيرتز طور وحيد 50/10ف

أو ثالثي( أ 300)

شخيص ذاتي لتحديد العيوب إذا ظهرت ت -11

قابل للبرمجة عن بعد -12

.أو أكثر في األنواع الحديثة 4000حيث تصل خطوات التنعيم إلي High Resolutionعالي الدقة -13

(ميكرو ثانية 200أقل من ) الترشيح عالي الدرجة -14

منظم ضوئي تتعامل مع وسيلة أنالوج لإلدخال أما في الشكل 24أربعة وحدات تحتوي عدد 10 -1 يظهر في الشكل رقم

لكل منهم وكذلك . و. ك 3نرى وحدة مع إدخال األنالوج وفي الخروج للتوصيل مع كشافات ضوئية بقدرة 11-1رقم

طويرا آخر عند التعامل التحكم في األلوان وتعطي المنظومة ت 12-1يمكن إضافة لوحة تحكم كما هو وارد في الشكل رقم

:ومن الهام أن نتبع القواعد األساسية لضمان األداء الكامل ولهذا يلزم مراعاة ما يلي 13 -1كما في الشكل

متر 300أال يزيد مجموع أطوال الكابالت الموصلة بين المنظمات الضوئية وأطراف التوصيل عن -1

والذي يسمي في هذه Amplifierمسافات طويلة يتم تقطيع المسافات من خالل مكبر في حالة ضرورة التوصيل ل -2

. 14 -1وهو ما نراه بوضوح في الشكل رقم Data Boosterالحالة مقوي البيانات

لوحة تحكم

في اإلضاءة

أنالوج

تحكم

فوري

لوحة

تحكم في

اإلضاءة

لوحة

تحكم

في

اإلضاءة

لوحة تحكم في اإلضاءة

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

048

إتاحة الفرصة لكل مرسل أن -3

يتعامل مع أكثر من مستقبل

مستقبل 32والذي قد يصل إلي

وهو عدد كاف للتعامل مع دوائر

اإلضاءة في المجمعات الكبرى

يجب االلتزام التام بفصل -4

خطوط التغذية للجهد عن تلك

الخطوط الخاصة بنقل اإلشارات

.والبيانات والتحكم

يعمل كل منظم ضوئي تبعا

Dimmer Lawلقانون

يحدده المستخدم وعادة ما يكون

خطيا كما يمكننا وضع قانون

موحد لكل المنظمات الضوئية

بصفة واحدة كأمر رئيسي للعمل

باإلضافة إلي الوضع األول لكل

منظم علي حدة ويكون الجهد

120حتى Linearالخطي

فولت ويتبع نفس التغير مع

Square Lawقبل مستوى االرتفاع الحراري ويصبح القانون مربع العالقة % 5المصباح الفلورسنت حتى

لكل منظم ضوئي وتجرى عليه االختبارات Multiplication Factor ويخصص معامل تصحيح TVللتلفزيون

:التالية

1- Automatic Chaser at 70 %

2- Presence of Control Signal

3- Single Dimmer Flashing at

any Level

4- Lighting Cue without Desk

5- Self Test ويتم هذا االختبار داخليا

به

من الناحية األخرى يكون معامل

مقترحا للتوصل إلي حدودا لإلضاءة وهو معطى بالنسبة المئوية كما في Multiplication Factorالتصحيح

مل التصحيح ومعا Reduction Factorحيث تكون العالقة الخطية بين كال من معامل التقليل 15 -1الشكل رقم

وبهذا نجد معامل التقليل يساوي % 80والذي يعتمد في معدله علي نسبة النقل في المنظم الضوئي والذي دائما يقرب

% . 80إذا كان معامل التصحيح % 14

حيث يتم تحميل اإلضاءة األولي 11 -1بالنسبة لزمن اإلضاءة وضبطه مع المنظم الضوئي كما جاء في الشكل رقم

ثانية من الصفر حتى الحمل المقنن ويستمر الحمل المدة المحددة لإلضاءة ويوقف هذا الضوء في زمن إرجاع 1معدل ب

.ث أو يزيد وبالمثل حتى العودة إلي اإلضاءة الطبيعية بدون المنظمات 4 – 2يبدأ عادة أطول من البدء فيكون

:ت عبارة عن أربعة وهي كما يجب توضيح أن القوائم التي تعمل بها هذه الوحدا

وهي من النوع الذي يكتب فيه بالمصنع ويصبح بعد ذلك للقراءة فقط Factory Menuقائمة المصنع فقط -1

ROM وال يستطيع المستخدم التعامل مع أي تعديل لها بل عليه استخدامها.

لقائمة لبدء التجهيز واإلعداد للتشغيل وهذه تخص القائمين علي التشغي -2

قائمة التشغيل اآللي وهي أيضا مكملة للسابقة وتخص العاملين ومن الممكن فيهما التسجيل والتغيير والتعديل حسب -3

.الحاجة ورغبة المشغل

لوحة

تحكم

DATA

BOOSTER

1بوسرت

2بوسرت

3بوسرت

4بوسرت

ملنظما

1منظم

2منظم

3منظم

4منظم

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

049

وهي تخص المتخصص فقط دون غيره كما أنه ال يجوز فتح هذه Maintenance Menuقائمة الصيانة -4

.الوحدات من غير المختص

cyclorama light السيكلوراما : بعا را

وهي تتكون من حيث المبدأ من مصباح Flood Lightتختص السيكلوراما بإضاءة عامة وشاملة واسعة الزوايا

شديد اإلضاءة له عاكسين في وضع غير متماثل ولذلك فهو يناسب الضوء الالزم في أستوديو التصوير سواء العادي أو

ي االجتماعات وكذلك يناسب خشبة المسرح للتمثيل أو في الحفالت وهو ينتج علي شكل إما وحدات التلفزيوني أو ف

وهكذا ومن هذه الجهة فهذا النوع يصلح للمسارح المدرسية وأندية 1أو 4أو 2منفردة مستقلة أو زوجية األرقام أي

جستن هالوجين بوحدات الوات القياسية مثل الشباب الرياضية وكذلك للمتاجر وتصدر في وحدات مقننة من مصابيح تن

:وأخيرا بالنسبة للخواص األساسية فهي 1250 1000 125 300 250 150 100

بعض كشافات السيكلوراما: 1 -1جدول رقم

(لوكس)شدة اإلضاءة زاوية اإلضاءة . (و. ك)قدرة

0.25 50 211

0.5 10,5

11

475

1 18,5

84

310

1.25 1350

4550

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

051

أسلوب تبريد أساسي وعادة يكون الطبيعي إلطالة عمر المصباح حيث درجة الحرارة المعتادة أثناء التشغيل تساوي -1

درجة بمقياس كلفن 3200ما يقرب من

clear & frosted lampsمصابيح شديدة النقاء -2

باللون المطلوب أو الزجاج الملون ( عالي الخواص المرشح ) غطاء من شبكة معدنية واقية يسبقها الجالتين -3

تكون الوحدات بغالف أسود اللون مع زجاج األمان -4

سهلة الترتيب في مجموعات أو بزوايا مختلفة -5

.مزودة بأطراف توصيل متعددة تسهل مهمة تشغيلهم فرادى أو في عدة قنوات أو واحدة منهم فقط -1

.بعضا منها حيث تكون زاوية اإلضاءة ثابتة تناسب األعمال المسرحية 1 -1يمثل الجدول رقم -7

والتي يتم 2 -1يتواجد منها أيضا نوعيات تناسب مواقع األستوديو للتصوير السينمائي كما جاءت في الجدول رقم

.تحميلها علي حامل ويكون لها مدي للزوايا مثل الكشافات أيضا

السيكلوراما العاملة علي حامل بعض كشافات: 2 -1جدول رقم

(لوكس)شدة اإلضاءة مدي زاوية اإلضاءة . (و. ك)قدرة

0.5 14-41,5 1008

0.15 10 2050

1 12-51 1825

1,2 0-50,5 1050

2 0,5-51,5 1100

2,5 8,5-45

0-40

1000

1000

5 11,5-58

14-55

12,5-51,5

11-12

1015

2000

1850

2450

10 12,5-47 1050

. 3 -1ومنها أيضا ما يتم تعليقه كما هو وارد في الجدول رقم

كشافات السيلكلوراما تعليق أستوديو: 3 -1جدول رقم

(لوكس)شدة اإلضاءة مدي زاوية اإلضاءة . (و. ك)قدرة

0.072 01-107 270

0,211 101-107 750

1,25 12 *05 1200

2,5 00 *14 1000

5 18 *105 802

ويظهر منه النوعيات متنقلة محمولة تالئم التنقل والتصوير الخارجي أو اللقاءات العابرة المرئية ويظهر أحدها في

. وات 1000 800 500 300 200حيث ينتج منها وحدات قياسية بقدرة 4 -1الجدول رقم

أحد كشافات السيلكلوراما المحمولة: 4 -1جدول رقم

(لوكس)شدة اإلضاءة زاوية اإلضاءة . (و. ك)ة قدر

1 08 440

Spot Lightاإلضاءة النقطية : خامسا

شديدة الضوء ولكنها تأخذ الصفات التالية Projectorsنستعين في هذا المجال بالكشافات

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

050

بعض الكشافات وشدة إضاءتها بالزوايا المتباينة: 5 -1الجدول رقم

عدسات (لوكس)إضاءة لزاويةمدى ا (و)قدرة

بروفيل 240 30-50 75 - 50

150 0,3-47

21-38

1200

1000

محدب

500-300أبيض

أسود

13-53

7,5-55,5

310-037

350-1013

مضغوط

150 10-40

7,5-55,5

22-40

0-40

11-30

28-40

1525

800أو 1700

1100

1040

1000

542

محدب

منشور أو مضغوط

زووم

محدب

زووم

زووم

1200 8-17

15-42

8,7-50,7

4,5-52,7

11-21

18-32

21-44

1480

1180

500

400

1150-1230

1100

770

بروفيل

مع مكثف

2500 10-21

15-38

7-57

4-58

8-11

14-32

20-38

831

1040

000

1400

1000

085

1050

مضغوط مع مكثف

محدب

زووم

زووم 1800/1445 0-15 2000

زووم 1125 0-15 1000

خفة الوزن ولذلك تصنع عادة من سبائك األلومنيوم أو الصلب الرقيق والمعالج كي يكون قويا لتحمل االهتزازات -1

Vibrations .

.عالي التحمل الديناميكي -2

وضد التأثير الحراري ولهذا نعتمد علي تكون الخامات الداخلة في المكونات من مواد غير قابلة للصدأ وضد التآكل -3

.من أجل إطالة عمر المصباح natural coolingالتبريد الطبيعي

دهان ثابت وذلك من خالل الترسيب الكهربي ويفضل اللون األسود منعا للتداخل الضوئي ولوقف التأثيرات االنعكاسية -4

.

منع ظهور أي حروف وحواف حادة -5

ركة والتنقل أفقيا ورأسيا وفي المناطق الضيقة وإمكان تعليقة أو تحميله علي حامل مع إمكانية تغيير موضع سهل الح -1

. التثبيت

.وضع وسيلة تبريد مباشر للتخلص من اإلرهاق الضوئي -7

( الجالتين ) تواجد شبكة سلكية واقية علي وجه الكشاف وبخلفها مجرى لتركيب الغطاء اللوني للضوء المطلوب -8

Gel وقد يستعاض عنه بالزجاج النقي الملون.

.عاكس كروي مصقول وعادة يصنع من سبائك األلومنيوم -0

إلي إضاءة ( Beam / Spot) لتسهيل مهمة تغيير وضع تشغيل الكشاف من شعاع مركز Knobوضع يد -10

( .Flood)واسعة النطاق

.ات عالية الكفاءة تواجد وسائل ضوئية من العدس -11

.مصابيح عالية الكفاءة ضوئيا قليلة اإلنتاج الحراري مثل الهالوجين كوارتز -12

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

052

هيرتز وقد يستخدم 10/ 50ف بالذبذبة 250 – 220تعمل هذه الكشافات علي الجهد المعتاد ويكون لها المقنن

عيات لتلك الكشافات التي تعمل مع الجهد بعضا من هذه النو 5-1المصباح تنجستن هالوجين ونري في الجدول رقم

.ف 220

يعتمد التباين علي طريقة االستخدام فكل ما سبق من عرض قد شمل اإلضاءة ثابتة الحركة بينما تتواجد نفس الطريقة

عددا من هذه 1-1لإلضاءة المحمولة مثل التصوير الخارجي في التحقيقات والتلفزيون وغيرهما ففي الجدول رقم

.ف 220افات المتنقلة والعاملة علي الجهد الكش

بعض الكشافات المحولة المنقولة: 1 -1الجدول رقم

(لوكس)إضاءة ) ْ (زاوية .(و. ك)قدرة

0,15 27,5-70 4155

0,8-1 47-87 740

2 27,5-72 1310

0.2 18-55 1470

0,1 31-10 720

0.25 31-52 100

0.3 22-70 1140

zoom profileاإلضاءة مدي: سادسا

.وزاوية االنتشار .( و. ك)1.2أو 1بعض الطرز من الكشافات قدرة : 7 -1الجدول رقم

طراز زاوية الشعاع زاوية المجال

عدسات محدبة بمكثف 8-58/ 10-11/ 10-15/ 5-15

عدسات محدبة 15-31/ 0-18/ 0-20 15-42/ 13-31/ 23 -11

ببعض الطرز من الكشافات 7 -1هذه المصابيح والكشافات حسب الصناعة والغرض منها فيحدد في الجدول رقم تتباين

مبينا لها االعتماد علي

زاوية االنتشار وتهم هذه

الزوايا العاملين في األوبرا

بالذات واألعمال الراقية

المشابهة حيث يحتاج إلي

الزوايا الصغيرة والتي

بينما درجات 4تصل إلي

النوع العادي وهو

األرخص بكثير ففيه الزوايا

تبدأ من القيم المتوسطة

أو ما يزيد عن 15حول

-1ذلك ويبين الجدول رقم

بعضا من هذه الطرز 7

.لزوايا مختلفة

نستخلص من هذا الجدول مجالين للزوايا فاألول يخص المجال وهو ما يعني أوسع إضاءة متاحة من الكشاف والثاني

حيث يعرض نوعيات منها ببعض 8 -1يغطي حالة التركيز الشعاعي ولهذا نزيد إيضاحا لذلك من خالل الجدول رقم

كما تتغير درجة حرارة هذه Beamوأيضا الدنيا للشعاع الضوئي Floodالزوايا عند الحدود القصوى وهي للمجال

توقف هنا بل يصل بنا إلي بعض الخصائص الفنية الهامة من درجة كلفن والموضوع ال ي 3200و 3000الكشافات بين

. يجدول لنا عددا من هذه الخصائص لعدد من الكشافات المقننة في األسواق 8 -1الناحية الضوئية وإذا بالجدول رقم

لتباين حيث يعرض المنحنيات لنوعين من الكشافات بقدرات مختلفة ويظهر هذا ا 17-1نفس المعني نستقيه من الشكل

. 8 -1في القيمة المحورية بالكانديال للضوء كما في الجدول رقم

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

053

.والزوايا القصوى والدنيا ( كيلو وات)كشافات ضوئية بوحدات قدرة : 8 -1الجدول رقم قدرة

. (و. ك)

زاوية

مجال

زاوية

شعاع

إضاءة

(1000

(لومن

ضوء محوري

1000)للمجال

(كانديال

ضوء

محوري

للشعاع

(1000

(كانديال

عمر

المصباح

(س)

عدسات

منشور 200/750 211 7.1 21 4-51 7-11 1

محدب

منشور 200/400 211 0.3 30 4-51 7-11 1.2

محدب

محدب 200/750 131 13 21 12-11 13-50 1

محدب 200/400 172 11 30 7.5-52 13-50 1.2

زووم 200/750 01 21,1 21 15-42 1

زووم 200/400 115 25.3 30 15-42 1.2

من الجهة األخرى من تلك الكشافات ذات الزوايا والمدى الواسع أو الضيق لها تتواجد كشافات من نفس النوعية ولكنها

فولت أيضا وعادة تكون من الطراز 220حيث تعمل علي الجهد 0 -1بزاوية ثابتة مثل ما نعرض في الجدول رقم

التصرف التلقائي في العالقة بين كال من 24 -1هذه البيانات ونضع في الشكل رقم نتوقف هنا مع . Profileبروفيل

.بالشكل ( ب)والصغرى ( أ)عند النهايات العظمى ( كانديال 1000) درجة أو زاوية اإلضاءة وشدة اإلضاءة بوحدات

كشافات بزاوية ضوء ثابتة: 0 -1جدول رقم

(م)مدي المسافة (لوكس)إضاءة مدى الزاوية (و)قدرة

150 25 075 1

1000 15 1200 15-20

1000 20 1000 14-18

1000 30 1100 12-15

1000 40 1000 10-12

1000 50 1000 8-10

1000 7 2350 24

500 1,0 3000 15

optical concentration systems نظم التركيز الضوئية : سابعا

أن تكون بأعلى درجات النقاء وبها نستطيع تحويل الشعاع المركزي من المصباح نتعامل مع نظم العدسات التي يجب

والذي يقع في بؤرة العدسة األولي إلي شعاع مركز في شكل حلقي يخرج من الكشاف إلي السطح المراد إضاءته بصفة

. مركزة خصوصا داخل الظالم الدامس إن صح التعبير

:األماكن المختلفة علي النحو التاليكما تتوزع هذه الوحدات الضوئية علي

Grillالشواية ( ا)

الشواية تمثل المطبا الخاص بعملية الطهو في األعمال الضوئية وتتكون الشواية من عدد من المسارات لكل مجموعة

المقاومة من الكشافات وتعلق عليها وهي تصنع من المعادن الملساء والقوية مثل الصلب أو السبائك المعدنية عالية

للضغوط الميكانيكية ويضاف إلي هذا أن الشواية قد تأخذ مسارات متعددة وتعرف بعدد هذه المسارات ويسمي فنيا كل

سكة مثال ويتم تركيبها فوق خشبه المسرح تماما ويكون إلقاء الضوء 5سكة أو 4مسار باسم سكة وتصبح الشواية

.من أعلي علي أرضية المسرح

ثم Horizontalتحرك بشكل هندسي علي الثالث محاور حيث يعرض الحركة في المستوي األفقي وهذه الشواية ت

وذلك للتحكم في شدة الضوء المسلط علي الموقع أو الفرد أو المجسم الهدف المنشود Verticalالحركة الرأسية

Goal وكليهما منفصلين أو في آن واحد أما من وهذا يؤكد علي بساطة العمل بها سواء كان هذا العمل يدويا أو آليا أ

:الناحية األخرى فتعطي الفرصة لألداء الفني وبالتقنية المحددة من خالل األنواع المختلفة مثل

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

054

وهي ما سبق الحديث عنها في الباب السابق وتشمل كل ما يخص المصابيح وطرق Directاإلضاءة المباشرة -1

من المعامالت التعامل مع العاكس إلي غير ذلك

وهي تلك اإلضاءة التي تأتي من خالل الظل وشبه الظل ونتعامل معها في Indirectاإلضاءة غير المباشرة -2

المسارح وقاعاتها وفي المالهي الليلية وفي المطاعم الفاخرة

حوال للوضع الخطأ فهي تخص األعمال اإلعالنية والدعاية وفي بعض األ Flickering Lightاإلضاءة المتقطعة -3

مثل مصابيح اإلرشاد الضوئي في غرف التحكم وتستخدم بكثرة مع االحتفاالت واألعياد

هذه النوعية هي التي تتغير فيها شعلة الضوء أي الشعاع varying Light( غير الثابتة)اإلضاءة المتغيرة -4

تأخذ أشكاال عديدة ومن هذا التغير ثالث محاور هي الضوئي ويتحرك مع الممثل علي المسرح كما يتحرك تماما وقد

Colorلون اإلضاءة : المحور األول

حيث يتحدد اللون تبعا للمعني المنوط به ويتم ذلك من خالل الجالتين

Luminanceدرجة اإلضاءة : المحور الثاني

حيث نحتاج إلي ضوء خافت فيليه العالي ثم المبهر وهكذا

Light Directionاتجاه اإلضاءة : الثالث المحور

أو مستقيمة Circularحيث يتم التغيير بأسلوب ديناميكي وبذلك تعرف من الحركة نوعان فهي أما أن تكون دائرية

Straight علي خشبه المسرح .

ويماثل تماما الشواية نجد أن الشواية عبارة عن هيكل جمالوني معدني مثبت أعلي خشبة المسرح بالقرب من السقف

الصغيرة الخاصة بمأكوالت الكباب في المطاعم حيث يتم تركيب محركات كهربائية لكل جزء متحرك بها ويجوز وضع

حبال التعليق للكشافات كي تعمل يدويا غير أن األسلوب اآللي هو األفضل بالرغم من ارتفاع سعره وهي ال تظهر

ن أعلي وخلف البنطلون علي الجانبين حيث توضع هذه الكشافات تبعا لزاوية الرؤية للمشاهد ألنها تختفي خلف البرقع م

من أول المشاهدين في أول صف بقاعة المسرح ولكنها تكون ظاهرة تماما في المسارح الصيفية والمواقع المفتوحة مثل

.الحفالت الكبرى والقومية في المالعب الدولية

Frontاإلضاءة األمامية ( ب)

ن االستخدامات األخرى غير المسرحية تلك التي نحتاج إليها في تجميل اآلثار والمباني الهامة فنجدها تعمل أيضا هذه م

الكشافات علي التجميل لواجهات المباني واآلثار والمدارس النموذجية والمتاحف القومية ولذلك نجد بعضا من هذه

Dayوتتميز بالضوء النهاري Ballastلها بنظام الملف الخانق حيث تعمل ك 10 -1النوعيات المناسبة في الجدول

Light الساطع.

مثل تلك Sideويمكن االستعانة بهذه النوعية إلضاءة المباني من الناحية الجانبية أيضا وتكون بذلك اإلضاءة الجانبية

ني متواكب مع المطلوب في المشهد األمامية لما قد تضفي علي المبني أو المسرح من جمال أو تضع خلفية ذات مع

تحت أقدام الممثلين أو حتى في إضاءة الحائط المواجه أمام Floorويجوز االنتفاع بها أيضا في اإلضاءة األرضية

.المشاهدين

color filters اللونية ( الجالتين) استخدام المرشحات : ثامنا

سرحي ألنها تتعلق باأللوان وهي ما تضفي علي المسرح رونقه وهكذا تعتبر المرشحات الضوئية من أولويات العمل الم

تصبح المرشحات الضوئية والمعروفة فنيا باسم الجالتين هامة وبالرغم من أن التركيز الحراري عليها عاليا فتسبب

تبعه من ضرورة تجهيز انهيارها وبالتالي تحتاج إلي التغيير المستمر وهو ما يلزم التعامل معه علي أنه أمر واقع وما ي

العدد الوفير منها باأللوان المختلفة ومنها ما يعرض باألسواق في شكل ألواح قابلة للتقطيع أو في شكل مجهز بالمقاس

.المقنن والذي يقبل التركيب المباشر لكل كشاف

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

055

كشافات إضاءة للمواقع والواجهات: 10 -1الجدول رقم

(لوكس) إضاءة ) ْ (زاوية .(و) قدرة

1200 3-21 1315

2500 3-41 2125

4000 4-44 2875

2500 7-10 2000

4000 0-72 2000

575 8-47 2000

1200 1-53 2000

2500 7-12 2000

4000 8,5-52,5 2000

1000 7,5-48 2000

575 52 *80 000

1200 00 *78 810

Traffic Signalsإشارات المرور : 1-3

في تشغيل إشارات المرور ما هو إال Automatic Controlا سبق الحديث عنه نجد أن التحكم اآللي تطويرا لم

صورة متقدمة مما جاء بالنسبة لألضواء المسرحية خصوصا وأننا نتجه إلي التشغيل اآللي في كل ما نتعامل معه مادام

صابيح في كل جانب في حالة التقاطع المزدوج م 1آمنا وصحيا كما أنه من الضروري توضيح أن كل تقاطع يجمع بين

x 1أعمدة 1) ويصبح ( مصباح 24مصابيح بالعامود الواحد أي x 1أعمدة إشارات 4)فيكون إجمالي عددهم هو

و للتقاطع الثالثي علي األقل ألنه قد يتضاعف هذا العدد إذا ما استخدمت اإلشارات المعلقة بجانب تلك الثابتة أ( مصابيح

:استخدمت اإلشارات علي الجانبين بدال من الجانب الواحد وبهذا نضع موضوع هذه اإلشارات في محورين هما

Single Crossingالموقع المفرد : أوال

:يقصد بالموقع المفرد هو العبور المتعدد في ميدان أو مفارق الطرق ومن ثم يكون فيه التشغيل من نوعان

Manual Operationل اليدوي التشغي: النوع األول

ويكون بديال عن Emergency Timesهو ما يتم االعتماد عليه في حاالت حرجة والزحام المفاجئ في أوقات طارئة

والحالة العامة لحركة المرور علي الطرق Human Experienceالنوع التالي وهو ما يعتمد علي الخبرة البشرية

( . ON / OFF)ما أو أكثر من الطرق الرئيسية عندئذ يكون العمل من خالل المنظومة المتقاطعة سواء كان أحده

Automatic Operationالتشغيل اآللي : النوع الثاني

يمكن تحديده من خالل ساعة زمنية وهي Time Scheduleهذا النوع يترجم الخبرة البشرية إلي ضبط وإيقاع زمني

واء في اإلشارة يزيد عن اآلخر أو يتساوى معه وهو ما يجعل التعامل مع هذه اإلشارات متاحا التي تجعل التشغيل لألض

بأي من النوعين المحددين وقد يأخذ هذا التعامل من خالل نظام مبسط بتوصيل التوقيت في دوائر كهربية لتشغيل الضوء

المتصلة بالدائرة علي التوالي مع مصباح اإلشارة المطلوب تبعا لدوره في اإلشارة وهو ما يتبع عمل الساعة الزمنية

ومن الشكل يظهر أن التوقيت الزمني متسلسل بشكل متتابع علي زمن الدوران . 18-1ويكون ذلك مبينا في الشكل رقم

ذه ق بينما تنقسم ه 5دقائق أي أن الدورة الزمنية هي 5الكلي للساعة التوقيتية فمثال يكون الدوران الكلي عبارة عن

دقائق مرور أخضر ودقيقة ونصف الدقيقة وقوف وتتبقى نصف الدقيقة تنقسم إلي فترتين للون األصفر 3الدقائق إلي

ويعطي فترتي التأهب بزمن ربع دقيقة لكل منهما وتدور العقارب علي هذا النحو أما بالنسبة للدائرة الكهربية فيكون

ن المفتاح لتشغيل الدائرة اآللية أو فصلها عند العمل اليدوي وهذا المفتاح المنبع عادة من تيار مستمر وبجهد قليل ويكو

يوصل الجهد الموجب إلي مؤشر الساعة الزمنية المتحرك بينما هناك عددا من العقارب الثابتة عليها قد يكون ثالث أو

كل ومن ثم يصل العقرب أكثر وكل منهم يضبط علي التوقيت المطلوب داخل الدورة الزمنية كما هو مبين علي الش

المتحرك وعليه الجهد ويتصل بالعقرب الثابت فور التالمس معه عند الوصول الزمني المحدد من قبل فينقل الجهد إلي

المؤشر الثابت وهو متصل بالمصباح ذو اللون المحدد وهذه المصابيح جميعا متصلة بالطرف الثاني من المنبع فتقفل

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

056

وهذا تم وضعه في هذا اإلطار من الشرح لتوضيح أسس العمل مع الدوائر . المصباح الدائرة الكهربية ويضيء هذا

من هذا الشكل نستطيع وضع الدورة الزمنية لأللوان .الحديثة متقدمة التقنية مثل تلك التي تخص اإلضاءة المسرحية

االعتماد علي منظومة ويمكن( أصفر 0.25+ ق أخضر 3+ ق أصفر 0.25+ ق أحمر 1,5: ) علي النحو التالي

.الحاكمات المنطقية المبرمجة في التعامل مع كل هذه الصفات

تتوقف أهمية أحمال اإلضاءة عند حد كال من دور المسرح والسينما واألوبرا ومثيلتها بجانب تلك الحاالت المرورية ال

داخل المدن بل يمتد إلي إلضاءة األماكن وتعرف باسم الطريق األخضر خصوصا مع اإلزدحام المتزايدالتي تعمل آليا

ككل أو إنارة الشوارع والطرق أو إضاءة األماكن الهامة مثل اإلستاد ( 10 – 1الشكل رقم )المختلفة مثل إنارة المدينة

الرياضي أو المستشفيات والمدارس والشواطئ الساحلية وكلها وغيرها تمثل من األهمية البالغة كي تدخل في االعتبار

عند التخطيط لكهربة المدن وبهذه المناسبة ومع التركيز علي المواصفات القياسية لمواكبة الزالزل وظهور كود الزالزل

وعلي نفس القياس تحتاج كهربة المدن إلي كود واضح وملزم للتصميمات بما تشمله من ضرورة وضع أحمال

دات ماكينات الديزل لتجابه الظروف الطارئة كما يحتاج للطواريء لكل مدينة وتوفير وحدات التوليد للطواريء مثل وح

التصميم للشبكات في المدن بتخصيص قدرات كهربية إضافية في كل منظقة من تقسيم المدينة لتغطية أعمال مكافحة

.الحريق بجانب الوحدات البشرية المختصة بمعداتها

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

057

Referencesاملراجع

1008 –الهيئة العامة لألبنية التعليمية –ة التركيبات الكهربي: دمحم حامد

.2000 -القاهرة –األحمال الكهربائية : دمحم دمحم حامد

1000 -القاهرة –الهيئة العامة لألبنية التعليمية –الشبكات الكهربية : دمحم دمحم حامد

.هندسة اإلضاءة : آسر علي زكي وحسن الكمشوشي

54 40العدد -مجلة المهندسون

–اإلضاءة وتوفير الطاقة : كاميليا يوسف دمحم

2001 –القاهرة -الهيئة العامة لألبنية التعليمية –الصيانة الكهربائية : دمحم دمحم حامد

.2000 -القاهرة –الوقاية في الشبكات الكهربائية : دمحم دمحم حامد

G. G. Tiranovsky: Mechanisms of Cable Works in Energy Projects, vol 437, Energia,

Moscow 1976.

V. Manoilov: Electricity and Human, Mir, Moscow, 1975.

V. Manoilov:, Fundamentals of Electric Safety Mir, Moscow, 1975.

Vacuum Circuit Breakers, Manual, ASEA Brown Boveri, Germany.

V. Privezentsev et al: Fundamentals of Cable Engineering. Mir, 1973.

AEI Cables Limited : Cables with Reduced Smoke, Toxicity and Fire Protection, 1984,

Paris, France.

N. V. Suryaga Rayana : Utilization of Electric Power

Lighting Technology – A Guide for The Entertainment Industry – Brainfitt & Doe

Thornley

Cayless & Marsdan : Lamps & Lighting

Michael Neidle : Emergency & Security Lighting – 1988

Marc Schiler : Simplified Design – Building Lighting – 1992

Siemens Lighting Catalogue - 1994

Glamox Lighting Catalogue – 1994

EGS Electrical Group ECM France.

Recommended Practice for DMX 512, Professional Light & Sound Association

(PLASA)

WWW. ELMACO-EGYPT.COM

www.carrier.com

www.b-tech.com.eg

www.graybar.com

www.eclipse.modicon.com

www.westernpropertyadvisors.com

www.iesd.dmu.ac.uk

دمحم حامد. د. أ كلية اهلندسة ببور سعيد

058

2002/ 11111رقم اإليداع ISBN 977 – 6079 – 06 - 7