Name: الأساس الحديدي — الأسبوع 1 — الكهرباء والقدرة
Author: Amine RAITI

الأساس الحديدي · دعامة الدرس · الأسبوع 1

◆◆◆

الكهرباء
والقدرة
الأسبوع 1 من 26 · الوحدة 1 — الأساسيات
20 ساعة نظرية · 15 ساعة تطبيقية

◆

◆ الأهداف التعليمية للأسبوع

1. فهم الجهد والتيار والمقاومة والعلاقة بينهم (قانون أوم)
2. التمييز بين القدرة الفعالة والردية والظاهرية، وتحويل kW إلى kVA
3. قراءة وتفسير لوحة بيانات معدة كهربائية
4. قياس الجهد والتيار بواسطة الملتيميتر بأمان
5. حساب الحمل الكهربائي المسموح به لخزانة خوادم (baie serveur)

◆◆◆

ملاحظة استخدام للمكوِّن

الجزء النظري من هذه الدعامة هو خطة درس منظمة — مفاهيم أساسية، معادلات، أمثلة رقمية — يُقصد بها أن تكون خيطًا ناظمًا يطوّره المكوِّن ويشرحه شفهيًا حسب أسلوبه وجمهوره. أما التمارين التطبيقية وتصحيحاتها فهي، بالمقابل، محررة بشكل كامل ومستقل.

◆

Amine RAITI · مهندس بنية تحتية وSRE
وثيقة عمومية · CC BY-NC-SA 4.0 · AI Powered by Amine
عملية ديندون

خطة الدرس · 20 ساعة · الجزء 1/2

الخيط النظري الناظم

◆

1.1 · الجهد، التيار، المقاومةساعتان

— تعريف: الجهد U (فولت)، التيار I (أمبير)، المقاومة R (أوم)
— تشبيه هيدروليكي يُطوَّر: الجهد = الضغط، التيار = التدفق، المقاومة = قطر الأنبوب
— نقطة انتباه: التأكيد على الاتجاه الاصطلاحي للتيار

1.2 · قانون أومساعتان

— المعادلة: U = R × I
— 3 أمثلة رقمية تُعالَج على السبورة (تغيير المجهول: U ثم R ثم I)
— تمرين شفهي سريع: "دارة 12 فولت، R = 4 أوم، ما هو التيار؟" (الجواب: 3 أمبير)

1.3 · القدرة الكهربائية، DC مقابل AC3 ساعات

— المعادلة: P = U × I (واط)
— الفرق بين التيار المستمر والتيار المتردد
— مفهوم انزياح الطور (déphasage) في AC (بشكل حدسي، دون حساب مثلثي متقدم في هذه المرحلة)

1.4 · القدرة الفعالة والردية والظاهرية4 ساعات

— P (واط) = الشغل المفيد · Q (VAR) = الطاقة الردية · S (VA) = القدرة الظاهرية
— المعادلة الأساسية: S² = P² + Q²
— معامل القدرة cos φ = P/S — ولماذا هو مهم

مثال يُطوَّر على السبورة

مموِّج (onduleur) بقدرة 10 kVA بمعامل قدرة cos φ = 0.9 يوفر قدرة فعالة مفيدة تساوي: P = S × cos φ = 10 × 0.9 = 9 kW.

خطة الدرس · 20 ساعة · الجزء 2/2

الخيط النظري الناظم — تابع

◆

1.5 · kVA مقابل kW في مركز البيانات — لماذا هذا الفرق مهم3 ساعات

— PDU/المموِّج يُحدَّد حجمهما بـ kVA (ما يجب أن يوفراه فعليًا)
— استهلاك الخادم الفعلي بـ kW (القدرة الفعالة)
— مغذيات الطاقة الحديثة ذات PFC ← cos φ قريب من 1 ← kVA ≈ kW في الممارسة الحديثة
— نقطة انتباه: عدم افتراض cos φ = 1 أبدًا دون التحقق من الورقة التقنية

1.6 · قراءة لوحة البيانات3 ساعات

— طريقة خطوة بخطوة: الجهد الاسمي ← التيار الاسمي ← القدرة بـ kVA ← التردد
— تمرين موجَّه على لوحة حقيقية لجهاز PDU (تُعرض بالبروجكتور)

1.7 · السلامة الكهربائية في مركز البيانات3 ساعات

— المخاطر: الصعق الكهربائي، الصعق المميت، القوس الكهربائي
— القواعد الأساسية: عدم العمل بمفردك أبدًا على خزانة تحت التوتر، معدات الحماية الشخصية (EPI)، إجراء عزل مبسّط
— تجربة تُشارَك: حادثة نموذجية والدرس المستفاد منها

تعريفات أساسية يجب ترسيخها قبل التمارين التطبيقية

الجهد (U): فرق الجهد الكهربائي، بالفولت (V).
التيار (I): تدفق الشحنة الكهربائية، بالأمبير (A).
المقاومة (R): معارضة مرور التيار، بالأوم (Ω).
القدرة الفعالة (P): الشغل الكهربائي المفيد فعليًا، بالواط (W).
القدرة الظاهرية (S): التركيب المتجهي لـ P وQ، بالفولت-أمبير (VA).

التمرين التطبيقي 1 · القياس بالملتيميتر · 5 ساعات

المعدات: ملتيميتر رقمي (واحد لكل ثنائي)، مغذي مختبر منخفض التوتر قابل للضبط (0-15 فولت)، مقاومات متنوعة (100Ω، 220Ω، 1kΩ، 4.7kΩ مع شيفرة الألوان ظاهرة)، أسلاك اختبار، breadboard، وورقة سلامة كهربائية موقَّعة في بداية الحصة.

(30 دقيقة) تقديم الملتيميتر: مُحدِّد الوظيفة، مجالات القياس (calibres)، منافذ القياس، قواعد السلامة (عدم قياس تيار في وضع الجهد أبدًا، التحقق من مجال القياس قبل التوصيل).

(45 دقيقة) قياس الجهد المستمر: قياس جهد خرج مغذي المختبر مضبوطًا تباعًا على 5 و9 و12 فولت؛ تسجيل القيم المقروءة.

(ساعة) قياس المقاومة: قياس 5 مقاومات مختلفة بالملتيميتر، المقارنة بالقيمة النظرية المقروءة من شيفرة الألوان، حساب الفارق بالنسبة المئوية.

(ساعة ونصف) التركيب التسلسلي: بناء دارة مغذي + مقاومة على breadboard، قياس التيار بإدراج الملتيميتر على التسلسل، قياس الجهد على طرفي المقاومة.

(ساعة) التحقق من قانون أوم: انطلاقًا من قياسات النقطة السابقة، حساب R = U/I ومقارنتها بالقيمة المعروضة من الملتيميتر في وضع المقاومة؛ حساب الفارق.

(15 دقيقة) التقرير: ملء جدول القياسات المُوفَّر، حساب الفوارق بين النظرية والتطبيق.

تصحيح التمرين التطبيقي 1

جدول القياسات المتوقَّع: يجب أن تكون قيم الجهد المقاسة ضمن هامش تفاوت ±2% مقارنة بضبط المغذي (5، 9، 12 فولت). يجب أن تكون المقاومات المقاسة ضمن التفاوت المشار إليه بشيفرة الألوان (عادة ±5% للحلقة الرابعة الذهبية).

الحساب المتوقَّع للنقطة 5: إذا استخدم التركيب مقاومة 220Ω مغذاة بـ9 فولت، فالتيار النظري المتوقَّع هو I = U/R = 9/220 ≈ 0.041 A (41 مللي أمبير). يجب أن يبقى الفارق بين المقاومة المحسوبة (R = U المقاس / I المقاس) والمقاومة المعروضة مباشرة من الملتيميتر أقل من 5%.

مصادر الخطأ الواجب ذكرها: المقاومة الداخلية للملتيميتر في وضع الأمبيرمتر، التفاوت الخاص بالمقاومات، جودة التلامس على breadboard، انحراف مغذي المختبر إن لم يكن منظَّمًا.

التمرين التطبيقي 2 · حساب حمل خزانة خوادم · 5 ساعات

المعدات: أوراق تقنية لـ5 خوادم (مرفقة في الملحق — القدرة الاسمية بالواط، التيار بالأمبير، جهد التغذية 230 فولت)، آلة حاسبة، ورقة PDU نموذجية (سعة 16A/230V أحادي الطور، أي حوالي 3.68 kVA).

(30 دقيقة) قراءة جماعية للأوراق التقنية الخمس، تحديد القدرة الاسمية لكل خادم.

(ساعة) حساب القدرة الفعالة الإجمالية لخزانة من 10 خوادم (وحدتان من كل طراز)، بالواط ثم بـkW.

(ساعة) تطبيق معامل قدرة 0.95 (معطى في نص التمرين) للحصول على القدرة الظاهرية بـkVA: S = P / cos φ.

(ساعة ونصف) المقارنة مع سعة جهاز PDU المُوفَّر (3.68 kVA): هل يمكن تغذية الخزانة بجهاز PDU واحد؟ إن لم يكن كذلك، كم جهاز PDU يلزم؟

(ساعة) تطبيق هامش أمان بنسبة 20% على الحمل المحسوب وإعادة التحقق من السعة اللازمة.

تصحيح التمرين التطبيقي 2

مثال لمجموعة بيانات نموذجية (تُكيَّف حسب الأوراق الموزَّعة فعليًا): 5 طرازات خوادم بقدرات اسمية 350 و450 و550 و650 و800 واط. لوحدتين من كل طراز (10 خوادم): القدرة الإجمالية = 2 × (350+450+550+650+800) = 2 × 2800 = 5600 واط = 5.6 kW.

التحويل إلى kVA: S = P / cos φ = 5.6 / 0.95 ≈ 5.89 kVA.

المقارنة مع PDU (3.68 kVA): جهاز PDU واحد بسعة 3.68 kVA غير كافٍ. يلزم على الأقل جهازا PDU (5.89 / 3.68 ≈ 1.6، مقرَّبة إلى 2 من حيث السعة، وهو ما يوفر أيضًا تكرارًا (redondance) مرحَّبًا به).

مع هامش أمان بنسبة 20%: الحمل الواجب تغطيته = 5.89 × 1.2 ≈ 7.07 kVA، وهو ما يؤكد ضرورة جهازي PDU ويدعو إلى التحقق من توزيع الحمل المتوازن بينهما.

التمرين التطبيقي 3 · تحديد حجم مصدر تغذية · 5 ساعات

المعدات: حالة تطبيقية مُوفَّرة (مخطط ورقي لـ3 خزانات، قائمة 25 خادمًا موزَّعة على الخزانات الثلاث مع أوراقها التقنية)، آلة حاسبة. معطى الموقع: تغذية كهربائية ثلاثية الطور 400V/63A.

(ساعة) دراسة الحالة: قراءة المخطط وقائمة المعدات، تحديد القدرة الإجمالية لكل خزانة.

(ساعة ونصف) تحديد عدد وسعة المموِّجات (onduleurs) اللازمة للخزانات الثلاث، مع هامش أمان 20%.

(ساعة) التحقق من التوافق مع التغذية الكهربائية المتوفرة في الموقع (تغذية ثلاثية الطور 400V/63A) — هل القدرة الإجمالية المحسوبة متوافقة؟

(ساعة ونصف) تحرير ورقة تحديد حجم نهائية مع جدول تلخيصي وتبرير لكل خيار.

تصحيح التمرين التطبيقي 3

طريقة حساب السعة الثلاثية الطور المتوفرة: P = U × I × √3 × cos φ = 400 × 63 × 1.732 × 0.95 ≈ 41.4 kVA متوفرة عند مدخل تغذية الموقع.

مثال توزيع (يُكيَّف حسب مجموعة البيانات المُوفَّرة): إذا احتاجت كل خزانة حوالي 6 kVA بعد هامش الأمان (متوافق مع التمرين 2)، فإن الخزانات الثلاث تمثل حوالي 18 kVA — متوافقة تمامًا مع الـ41.4 kVA المتوفرة، مما يترك هامشًا مريحًا لتوسع مستقبلي.

ورقة تحديد الحجم المتوقَّعة: جدول بسطر لكل خزانة (القدرة الفعالة، القدرة الظاهرية، أجهزة PDU اللازمة)، سطر إجمالي، وخلاصة صريحة حول التوافق مع تغذية الموقع الكهربائية والهامش المتبقي للنمو المستقبلي.

◆ بطاقة تجميع — التقييم الذاتي للأسبوع 1

1. أستطيع صياغة قانون أوم وتطبيقه لحساب U أو R أو I.

2. أستطيع شرح الفرق بين القدرة الفعالة والردية والظاهرية.

3. أستطيع حساب قدرة ظاهرية (kVA) انطلاقًا من قدرة فعالة (kW) ومعامل قدرة.

4. أستطيع قراءة لوحة بيانات مموِّج أو PDU واستخراج المعلومات الأساسية منها.

5. أستطيع استخدام الملتيميتر بأمان لقياس الجهد والتيار والمقاومة.

6. أستطيع حساب الحمل الكهربائي الإجمالي لخزانة خوادم انطلاقًا من الأوراق التقنية.

7. أستطيع تطبيق هامش أمان بنسبة 20% على تحديد حجم كهربائي.

8. أعرف قواعد السلامة الأساسية للتدخل على خزانة تحت التوتر.