شيت حساب وتحديد قدرة المولد الكهربائي الاحتياطي وأحمال الطوارئ إكسيل

fx

المعادلات الهندسية ومنطق الحساب المضمن في الشيت

الدوال والمعادلات المبرمجة داخل هذا النموذج (جاهزة للنسخ بنقرة واحدة):

القدرة الظاهرية والفعالة ثلاثية الأطوار (Apparent & Real Power)

 S (\text{kVA}) = \frac{\sqrt{3} \times V_{\text{L-L}} \times I}{1000}, \quad P (\text{kW}) = S (\text{kVA}) \times \cos\phi

العلاقة الأساسية للجهد والتيار ومعامل القدرة في الشبكات ثلاثية الأطوار 380V/220V.

القدرة اللحظية لتيار بدء المحركات (Motor Starting skVA)

 skVA = \frac{\sqrt{3} \times V \times I_{\text{start}}}{1000} = \text{kVA}_{\text{run}} \times \left(\frac{I_{\text{start}}}{I_{\text{rated}}}\right) = \frac{\text{kW}_{\text{shaft}}}{\eta \times PF} \times K_{\text{starter}}

حساب الكيلوفولت أمبير اللحظي المطلوب عند إقلاع المحرك بناءً على معامل وسيلة البدء K_starter.

نسبة هبوط الجهد العابر اللحظي (Transient Voltage Dip %)

 V_{\text{dip}} (\%) = \left( \frac{skVA_{\text{step}}}{S_{\text{gen}} \times \left(\frac{1}{X''_d}\right) + skVA_{\text{step}}} \right) \times 100 \approx \frac{skVA_{\text{step}}}{S_{\text{gen}} \times 2.2} \times 100

صيغة حساب هبوط الجهد اللحظي المعتمدة على الممانعة تحت العابرة للمولد (Subtransient Reactance X''_d).

سعة خزان الوقود الصافية والإجمالية (Diesel Fuel Tank Sizing)

 V_{\text{bulk}} = \left( P_{\text{kW}} \times \text{SFC} \times T_{\text{hours}} \right) \times 1.15 = \left( \text{Fuel Rate}_{75\%} \times T_{\text{hours}} \right) \times 1.15

حساب حجم وقود الديزل المطلوب لتشغيل المنشأة لزمن معين متضمناً 10% حجم غير قابل للسحب و 5% فراغ تمدد حراري.

معاينة تخطيط الطباعة الكامل لورقة العمل (.XLSX)

مقاس الطباعة القياسي A4

معاينة شيت حساب وتحديد قدرة المولد الكهربائي الاحتياطي وأحمال الطوارئ إكسيل - الأعمال الكهروميكانيكية (MEP) بصيغة XLSX جاهز للتحميل والتعديل — File: شيت_حساب_وتحديد_قدرة_المولد_الكهربائي_الاحتياطي_NFPA_SBC.xlsx تحميل الملف الكامل (.XLSX) ←

ما هو شيت حساب وتحديد قدرة المولد الكهربائي الاحتياطي (Diesel Generator Sizing) وكيف يعمل؟

شيت حساب وتحديد قدرة المولد الكهربائي الاحتياطي وأحمال الطوارئ (Emergency Diesel Generator Sizing Sheet) هو أداة هندسية دقيقة للمكتب الفني ومصممي الأنظمة الكهروميكانيكية (MEP) تهدف إلى التحديد العلمي لسعة مولد الكهرباء الاحتياطي بمحرك الديزل بالكيلوفولت أمبير (kVA) وبالكيلوواط (kW)، من خلال حصر أحمال السلامة وحماية الحياة (Life Safety) والأحمال الحيوية الإلزامية كودياً، مع تحليل دقيق للقدرة اللحظية لتيارات البدء (Starting kVA - skVA) الناتجة عن إقلاع المحركات الكبيرة ومضخات الحريق، والتأكد من عدم تجاوز نسبة هبوط الجهد العابر اللحظي (Transient Voltage Dip) للحدود المسموحة، فضلاً عن تطبيق معاملات التخفيض الحراري (Derating Factors) لأجواء الخليج العربي الحارة (50°C)، وحساب سعات خزانات وقود الديزل اليومية والأرضية، بما يتماشى كلياً مع اشتراطات كود البناء السعودي (SBC 401 & SBC 801) ومعايير NFPA 110 وكود الكهرباء الأمريكي (NEC Article 700) والمعيار الدولي (ISO 8528).

يضمن الحساب الهندسي المنضبط تفادي عجز المولد عن إقلاع مضخات الحريق أو انطفائه المفاجئ (Stall) أثناء الطوارئ، وفي المقابل يمنع المبالغة غير المبررة في حجم المولد (Oversizing) التي تؤدي لظاهرة التسييل الرطب الضار (Wet Stacking) وتآكل أسطوانات المحرك نتيجة التشغيل تحت أحمال متدنية.

الخطوات الهندسية لحصر أحمال الطوارئ واختيار قدرة المولد

تعتمد الحسابات الكهربائية لتحديد حجم المولد على المنهجية المعيارية التالية:

تصنيف وفرز أحمال الطوارئ الكودية (Load Categorization): تُقسم أحمال المنشأة المغذاة من لوحة الطوارئ (Emergency Main Distribution Board - EMDB) إلى ثلاثة مستويات وفق كود NEC:
- أحمال حماية الحياة (Life Safety - NEC 700): إنارة مخارج الطوارئ، لوحات إنذار الحريق، مراوح الضغط وسحب الدخان، ومضخات مكافحة الحريق.
- الأحمال الإلزامية نظامياً (Legally Required - NEC 701): مضخات تصريف السيول ومياه الصرف الصحي، مصاعد الإخلاء، وأنظمة التهوية الميكانيكية لغرف الكهرباء.
- الأحمال الاختيارية للمنشأة (Optional Standby - NEC 702): غرف السيرفرات ومراكز البيانات (Data Centers)، وشواحن UPS، ومكيفات الغرف الحيوية.
حساب الحمل الفعلي بعد التنوع (Running Demand kVA): يُحسب الحمل الكلي الجاري من خلال ضرب القدرة الاسمية لكل معدة في معامل التزامن والتنوع الخاص بها ($DF$): $$S_{\text{running}} = \sum \left( S_i \times DF_i \right)$$
تحليل تيار بدء المحركات وهبوط الجهد (Motor Starting skVA): تتطلب المحركات الحثية (Induction Motors) عند بدء التشغيل تياراً يتراوح بين 2 إلى 6 أضعاف تيار الحمل الكامل بحسب وسيلة البدء المستخدمة (مباشر DOL، أو ستار دلتا Star-Delta، أو بادئ حركة ناعم Soft Starter، أو مغير سرعة VFD). يُشترط ألا يتجاوز هبوط الجهد اللحظي الناتج عن أكبر خطوة تشغيلية نسبة 15% إلى 20% لمنع إسقاط مفاتيح التلامس (Contactors) للأجهزة الحساسة المتصلة.
تطبيق معامل التخفيض الحراري والارتفاع (Derating Factor): تنخفض كفاءة محركات الديزل ومولدات الكهرباء في البيئات الحارة. عند درجة حرارة تصميمية 50°C داخل غرفة المولد، يُطبق معامل تخفيض يبلغ عادة 0.90 لضمان تسليم القدرة المطلوبة دون ارتفاع مفرط في حرارة المحرك.

طريقة الاستخدام وخطوات التطبيق العملي

1

معاينة الشيت وتجربة الأرقام أولاً:

استخدم جدول المعاينة التفاعلية الحية أعلاه (أو وضع ملء الشاشة 100%) لتجربة إدخال أرقام مشروعك واختبار المعادلات مباشرة.

2

تحميل الشيت وفتحه على جهازك:

قم بتنزيل الملف عبر زر التحميل المباشر وفتحه بواسطة Microsoft Excel أو Google Sheets.

3

إدخال البيانات الأساسية للمشروع:

قم بتعديل اسم المشروع، التاريخ، وفئات الأسعار في الخلايا المخصصة للإدخال؛ بينما تُحسب كافة الإجماليات تلقائياً.

4

الطباعة المباشرة بمقاس A4:

تم ضبط هوامش الصفحات وحدود الطباعة مسبقاً على مقاس A4، فقط اضغط Ctrl+P للطباعة أو التصدير بصيغة PDF.

الأسئلة الشائعة حول النموذج

ما هو الفرق بين تصنيف قدرة المولد Standby (ESP) و Prime (PRP) وفق معيار ISO 8528؟

قدرة الطوارئ الاحتياطية (Emergency Standby Power - ESP) هي أقصى قدرة يمكن أن يقدمها المولد لتغذية أحمال متغيرة في حالات انقطاع التيار الكهربائي من الشبكة العامة، بحد أقصى 200 ساعة تشغيل سنوياً ودون السماح بأي زيادة فوق الحمل (0% Overload). أما القدرة الأساسية (Prime Power - PRP)، فهي مخصصة للعمل كمصدر طاقة رئيسي لساعات غير محدودة مع متوسط تحميل 70%، وتتيح إمكانية تجاوز الحمل بنسبة 10% لساعة واحدة كل 12 ساعة تشغيل.

ما هي ظاهرة التسييل الرطب (Wet Stacking) ولماذا يُحظر تشغيل المولد بأحمال منخفضة؟

تحدث ظاهرة التسييل الرطب عندما يعمل مولد الديزل لفترات طويلة عند نسبة تحميل تقل عن 30% من قدرته الاسمية؛ حيث لا تصل درجة حرارة غرف الاحتراق إلى الحد الكافي لحرق الوقود بالكامل، مما يؤدي لتراكم رواسب الكربون والديزل غير المحترق في مجمع العادم وشاحن التوربو وأنابيب العادم، مسبباً تراجع قدرة المحرك وتلف حلقات المكابس وتلوثاً بيئياً بدخان أسود كثيف.

ما هي أقصى نسبة هبوط جهد مسموح بها لحظة إقلاع محركات الطوارئ؟

توصي معايير NFPA 110 و IEEE 446 بألا يتجاوز هبوط الجهد اللحظي (Transient Voltage Dip) نسبة 15% إلى 20% عند إقلاع أكبر خطوة أحمال (Step)، وذلك لضمان عدم فصل مفاتيح التلامس (Contactors) لمضخات الحريق والأنظمة الحساسة، والحفاظ على استقرار أجهزة الإنذار والتحكم المربوطة على نفس الشبكة.

كم عدد ساعات تخزين وقود الديزل الإلزامية كودياً للمباني؟

يحدد كود NFPA 110 للمنشآت المصنفة Level 1 (المستشفيات والمباني العالية والأبراج) فئات تشغيلية إلزامية؛ حيث تتطلب الفئة Class 48 تخزين وقود يكفي لتشغيل المولد لمدة 48 ساعة متواصلة عند متوسط حمل 75%، بينما يكتفي خزان الخدمة اليومي داخل غرفة المولد بسعة تشغيلية تتراوح بين 4 إلى 8 ساعات لتغذية المحرك مباشرة.