בחירת מערכת החלפה לא נכונה גורמת לריבוי אפסים ולסכנות בטיחותיות.

בחירת מערכת החלפה לא נכונה גורמת לריבוי אפסים ולסכנות בטיחותיות.

מאת : משה כהן גדול- מנכ”ל ELECTRICAL SYSTEMS PROTECTION יצור ושיווק מערכות – GES
תמונה ללא תיאור
תוכן העניינים:
1. ריבוי אפסים – הסבר
2. מה הם הגורמים לריבוי אפסים
3. מה הם החסרונות וההיבט הבטיחותי .
4. מהי עמדת המחוקק בעניי ן .
5. סיכום .
1. ריבוי אפסים – הסבר
ההגדרה של ריבוי אפסים הינה פשוטה ,
לדוגמה :
לוח חשמל מקבל את מקור ההזנה שלו משנאי ומוליך “אפס”, המגיע מנק’ הכוכב של השנאי, מחובר אל “פס האפסים”, אזי ברור שהזרם החוזר מהצרכנים עובר דרך פס האפסים וחוזר חזרה אל נק’ הכוכב של השנאי .
אך במקרים מסוימים הזרם חוזר מהצרכנים לפס האפסים בלוח ומשם הוא מוצא לו מסלולים אלטרנטיביים לזרום בהם כדי להגיע לנק’ הכוכב בשנאי המזין .
אני מבקש להדגיש ,עוד לפני שנפתח את הנושא, זרם המגיע לצרכן דרך כבל הזנה מסוים חייב לחזור דרך מוליך האפס באותו כבל , אבל במצב של ריבוי אפסים זה לא מתקיים !
בהמשך נדון במקרים הנ”ל ונבין מה הם הגורמים, מה הם החסרונות וכיצד ניתן להימנע ממצב זה .
2. הגורמים לריבוי אפסים
בעת תכנון מתקן חשמלי, בעל ריבוי מקורות הזנה (שנאי ח”ח , גנרטור, מערכת אל פסק) העניין הופך למורכב יותר ויש לקחת בחשבון היבטים בטיחותיים רבים יותר .
אחד מהנושאים המרכזיים הינו בחירת מערכות החלפה בלוחות החשמל כאשר יש באפשרותנו לבחור מבין שתי אופציות : מערכת 3 קטבים או 4 קטבים. 
יתרונותיה של מערכת החלפה 3 קטבים הינם :
מוליך האפס בחיבור “קבוע” – המטרה היא לשמור על צרכני הקצה המוזנים ממערכות האל-פסק , מאחר וכאשר אנו מנתקים את מוליך
האפס בכניסה למערכת בעצם נותקה גם שיטת הא ל-פסק וזה יגרום להזנה להיות צפה מבלי שתהיה מוגנת .
עלות מערכת ההחלפה הינה זולה יותר וכן העבודה קלה יותר .
אז מאחר ויתרונות המערכות החלפה 3 קטבים ברורות לנו ומאחר ואין חוק המחייב התקנת מערכת החלפה 4 קטבים , המתכנן הממוצע רואה רק את יתרונות השיטה ובוחר בה לבצע את העבודה בלוחות .
לאחר שאנו מבינים מדוע הבחירה ב 3 קטבים היא כל כך קלה אני מפנה את תשומת לבכם לסקיצה המצ”ב כדי לראות איך מצב זה גורם לאפסים כפולים בלוחות החשמל .
לתשומת ליבכם !
בסקיצה משורטטים רק מוליכי האפס ופסי האפסים בלוחות המעורבים .
תמונה ללא תיאור
 
 
 
כפי שבוודאי שמתם לב, עבור כל לוח מגיעים שני אפסים משני לוחות שונים, מהלוח הראשי ומלוח החלוקה של הגנרטור .
כל לוח בנפרד, יכול להוות מסלול בודד להחזרת הזרם מהצרכנים המוזנים מהלוח לנק’ הכוכב של השנאי.
לדוגמה :
בלוח הראשי מחובר מפוח חד-פאזי, הזרם שחוזר מהצרכן אל פס האפסים שמותקן בלוח, יש לו 3 אפשרויות להגיע חזרה אל נק’ הכוכב :
1. הדרך הנכונה היא כמובן ישירות דרך מוליך האפס המגיע מהשנאי .
2. דרך נוספת היא דרך פס האפסים בלוח קריטי ומשם להתפצל אל לוח
חלוקה גנרטור ומשם להתפצל שוב אל לוחות המוזנים מלוח החלוקה ודרכם אל הלוח הראשי ואל נק’ הכוכב .
3. כנ”ל אך דרך לוח אל -פסק שלא מופיע בשרטוט .
כך הדבר לגבי כל צרכן אחר בסקיצה , קיימות במתקן זה טבעות אפסים וכך, במצב טבעי , הזרמים על כבלי ההזנה ללוחות הנ”ל אינם מאוזנים כלל .
ז”א סכום הזרמים על כבלי ההזנה אינו 0
(במצב תקין הזרם באפס שווה לסכום הווקטורי של הזרמים בפזות)
 
3. החסרונות וההיבט הבטיחותי
 
 
 
 
תמונה ללא תיאור
כאשר הזרם בכבל חשמלי אינו מאוזן, כאשר נתקין עליו אמפרמטר “צבת”, נוכל לראות שהוא בעצם מתנהג כמוליך יחיד ונמדוד עליו זרמים .
מניסיון ומדידות בשטח זרמים אלו לעיתים מגיעים לערכים גבוהים מאד (עשרות אמפרים) ובהתאם לכלל יד ימין , יתפתח שדה מגנטי חזק סביב הכבל וברדיוס גדול .
תמונה ללא תיאור
שימו לב !
עוצמת השדה המגנטי במצב זה קטנה ביחס לינארי למרחק מהכבל ולא ביחס ריבועי , כפי שנהוג לחשוב .
מהסיבה שאין מה שיקזז את השדה המגנטי בכבל והוא הופך להיות , במובן זה, כמו מוליך יחיד .
בהנחה שהזרם הנמדד הינו 25A ואנו רוצים לעמוד בהמלצת המשרד להגנת הסביבה (מקסימום 4 מילי גאוס) נציב נתונים אלו במשוואה ונקבל שעד מרחק רדיוס של 12.5 מטר מהכבל קיימת קרינה בעוצמות מעל המותר.
אני משוכנע שהמתכנן לא כיוון לכך . 
חשוב לזכור שכבלי הזנה אלו עוברים בפירי החשמל בבניין לעיתים מרחקים גדולים (משנאי על הגג ועד ללוח ראשי במרתף) ועובדים רבים חשופים לרמות קרינה גבוהות, בכל שעות עבודתם .
חסרון נוסף הינו ביכולת מהנדס החשמל המעוניין לבדוק בדיקת הבדדה במתקן (דבר שלצערי אינו קורה, אך נושא זה ידון במאמר נפרד בהמשך) .
כפי הידוע, בכדי לבצע בדיקת הבדדה בלוח חשמל, יש לנתק את מוליך האפס הראשי .
במצב המתואר מעלה אפשרות זו לא אפשרית, בכל לוח יש מספר “מעגלי אפס” .
במצב כזה הבודק לא יוכל להמשיך בבדיקה וככל הנראה יוותר עליה .
תמונה ללא תיאור
 
חשיבות בדיקת הבדדה במתקן חשמלי הינה מירבית ולעניות דעתי זו הבדיקה החשובה ביותר, שכן, לו עשו בדיקות אלו במתקני חשמל בעבר רבות מתאונות ההתחשמלויות והשריפות היו נמנעות .
וגם, בדיקת לולאת תקלה לא יכולה להניב תוצאות אמת כאשר ישנה בעיית הבדדה.
 
4. מהי עמדת המחוקק בעניין .
בפרק ג (גנרטור) סעיף ו- 2 , מרשה המחוקק לבחור במערכות החלפה 3 קטבים בתנאים מסויימים אשר אינם נוגעים לבעיה המוזכרת במאמר זה.
וזאת גם בלוחות ראשיים וגם בלוחות משנה במבנה.
בהתחשב בבעיה המועלת במאמר זה, יש צורך בשינוי החקיקה והגבלת האופציה למערכות 3 קטבים אך ורק ללוח החיוני הראשון במתקן ובכל שאר מערכות ההחלפה במתקן חובה להתקין רק מערכות המנתקות גם את מוליך האפס .
כפי שכתבתי בתחילת המאמר קיימת בעיה בהזנת מערכות אל פסק ממערכת החלפה 4 קטבים מחשש ניתוק מוליך האפס המהווה שיטה לאל פסק .
הפתרון שניתן להציע הוא :
שהמערכות יוזנו מהלוח החיוני הראשי או לחלופין יוגנו ע”י שנאי מבדל . 
ניתן למצוא פתרון יצירתי נוסף לבעיה זו ע”י מערכת פיקוד, בזמן שמערכת האל פסק פורקת ואין לה שיטה ממקור ההזנה , עקב ניתוק האפס, יכנס לפעולה מגען אשר מגשר בין מוליך האפס של המערכת לפה”פ. וזה יהווה שיטה זמנית לאל פסק .
לסיכום
נושא זה קרוב לליבי מאחר ואני חוקר את בעיית הזרמים התועים בתשתיות חשמל , זו מחלה כרונית שעד היום לא נתנו לה מקום של כבוד ולא פתרון ראוי .
כפי שהוכחתי פה גם המחוקק לא ראה את הבעיה המתוארת בזמן כתיבת החוק.
לא פעם בבדיקות שערכתי במתקני חשמל (ע”י מערכת GES) נמצאו זרמים תועים הנובעים ממצב של אפסים כפולים וטבעות אפסים.
תיקון ליקוי זה משמעותו שדרוג מערכות ההחלפה בלוחות בחשמל .
מיותר לציין שזו פעולה יקרה ומסובכת והלקוח לא תמיד יכול לממן את ביצוע השינוי .
נושא השדות המגנטיים והשפעתם על הסביבה ועל בני האדם אכן לא ברורה עדיין ונחקרת אך יש לנהוג בשיטת הזהירות המונעת ולהימנע ככל שניתן מיצירת שדות מגנטיים ELF , במיוחד כאשר לא נדרש מאיתנו מאמץ מיוחד.
המשרד להגנת הסביבה הציב רף של 4 מיליגאוס בתור המלצה .
אנחנו, האנשים האמונים על הבטיחות בתשתיות החשמל, חייבים להישמע ולא להיות אנארכיסטים .
שנית נושא בדיקות ההבדדה וחוסר היכולת לבצע אותם במתקנים תעשייתיים, בין השאר, בגלל סיבות כאלו , משאירה את מתקני החשמל לא בטיחותיים ומסוכנים .
ולכן אני מאמין שהאמונים על החוקים חייבים להכניס תיקון בחוק החשמל שיגרום לתיקון העיוות המתואר במאמר זה .