חיזוי / איתור תקלות חשמל ומניעתן

חיזוי / איתור תקלות חשמל ומניעתן

מבוא ………………………………………………………………………………………….1
המתקן החשמלי המודרני………………………………………………………………… 2
 
האיומים הנפוצים ………………………………………………………………………….3
 
היתרונות במודיעין איכותי………………………………………………………………..4
הפתרון -GES SYSTEM…………………………………………………………………… 
מקרה בוחן 1…………………………………………………………………………………6-7
מקרה בוחן 2…………………………………………………………………………………8-9
מקרה בוחן 3………………………………………………………………………… …….9-11
סיכום ומסקנות…………………………………………………………………………….12
 
 
מבוא:
במתקן המוגדר כקריטי או “רגיש” מערכת החשמל מהווה חוליה מאד, חשובה ושבירה.
נכון , בשנים האחרונות חלה התפתחות משמעותית בחוקיות בניית לוחות החשמל ובהגנות מתקדמות , כולל גיבויים , אך כל זה לא ימנע מתקלת החשמל הבאה להתממש ולהפיל את כל העסק ולגרום לנזקים כספיים גדולים ולפעמים גם לפגיעה בחיי אדם. 
גם אם יופעלו ההגנות, מבחינת הלקוח נזק נגרם. 
ישנם ליקויים ותקלות שגם ההגנות הקיימות לא רואים אותן ובטח לא חוזים את נפילת החשמל הבאה.
 
 
 
2. מתקן החשמל המודרני
 
מתקני החשמל המודרניים מסועפים ומורכבים מחוליות רבות . האנרגיה היוצאת מהגנרטור בתחנת הכח עוברת דרך ארוכה עד שמגיעה לאחרון הצרכנים.
במתקן החשמל עצמו ישנם ריבוי הזנות ריבוי צרכנים, לוחות חשמל ותשתית הולכה הנושאת אנרגיה רבה.
ניתן לדמות את המתקן החשמלי לשרשרת ארוכה ובה חוליות רבות וכבר נאמר לא פעם
“חוזקה של שרשרת נמדד עפ”י החוליה החלשה ביותר”
לכן, המטרה של אנשי האחזקה היא לשמור על חוזקן של כל החוליות הנ”ל וכך לוודא שמערכת החשמל נשארת יציבה ואמינה.
תרשו לי רגע לעשות אנאלוגיה לצבא השומר על מדינתו כאשר זו מוקפת אויבים. האם יהיה נכון לוותר על אגף המודיעין?
האנלוגיה ברורה וגם התשובה לשאלה, במידה ובאמת נרצה לשמור על מערכת החשמל מקטסטרופה או מ”ברבור שחור” עלינו לנהל מודיעין עם הטכנולוגיה העומדת לרשותו והמודרנית ביותר.
 
 
3  האיומים הנפוצים 
 
האיום הנפוץ ביותר ולכן זו גם התקלה המדאיגה ביותר, היא 
הפסקת חשמל לא מתוכננת שעלולה להיגרם משני כיוונים שונים: 
 
מעלה הזרם- הכוונה לפני לוח החשמל , תקלות שעלולות לנבוע 
משנאי תקול, מגע רופף באחת הפזות , מגע רופף באפס הראשי או 
בעיית מוליכות כל שהיא , בתשתיות החשמל 
המזינות את הלוח.
 
מורד הזרם- הכוונה לתקלה בתוך הלוח או ממנו והלאה לכיוון 
הצרכני חשמל . עלולה להיגרם כתוצאה מצרכן תקול, “עייפות 
החומר”, עומסי יתר, חוסר איזון פזות, תקלת הבדדה חמורה או 
חדירת מים ללוח וכן חדירת גורם זר ללוח.
 
כל המתואר כאן מוגדר כתקלת חשמל שעלולה להיות קריטית 
ולגרום לנפילות חשמל ארוכות ואף לפגיעה בחיי אדם, אבל המטרה 
העיקרית היא לאתר את קיומם הרבה לפני שיגרמו לנפילה עצמה, 
וזה אפשרי.
 
 
 
היתרונות במודיעין איכותי:
 
במצבי תקלות חשמל ההגנות הקיימות היום יגרמו לנפילת חשמל 
בהתאם לכיוון שנעשה בהם בזמן התקנתם וזאת לאחר מחשבה 
רבה של המתכנן, 
מצד אחד לא לפגוע העבודה השוטפת של האתר אך מצד שני לא 
להגיע למצב של סיכון המשתמשים במערכת החשמל.
לכן אנו זקוקים לכלי מתוחכם אשר ייתן לנו מודיעין איכותי וקבלת 
אינדיקציות מוקדם ככל שניתן, כבר בתחילת התהליך ועם קבלת 
התסמינים הראשונים המעידים על בעיה .הרבה לפני שהליקויים 
מורגשים ע”י הצרכן ו/או ע”י המכשירים המחוברים לתשתיות אלו.
כך נוכל לקבל החלטות מושכלות וללא לחץ, כיצד להימנע מתקלת 
החשמל הקרובה . כאשר היום (ללא המידע המקדים) נעשות 
חקירות בדיעבד , מה היו הכשלים שגרמו להיווצרות הקטסטרופה.
תמונה ללא תיאור
נזק נסתר שגרם להפסקת חשמל במתקן ציבורי הומה אדם
 
 
 
 
הפתרון – GES SYSTEM
             
 
בעולם ישנם מספר מחקרים בנושא Line Trip Fault Prediction
רובם ככולם עוסקים באיסןף נתונים לאורך שנים (BIG DATA) 
ומערכות LSTM ( Long Short Term Memory) .
אנחנו (ESP) תקפנו את הבעיה מכיוון אחר, שימוש בידע ולאחר
ביצוע ניסויים לא מעטים , מצאנו את התפלגות הזרמים והמתחים 
בכל תקלה אפשרית, כולל פיתוח אלגוריתמים תואמים, (מוגנים 
בפטנט).
מערכת GES מורכבת מחומרה ותוכנה .
החומרה המותקנת בלוח החשמל ומודדת שישה זרמים בלבד
בנוסף למתח הרשת .
הנתונים נסרקים 24/7 בתדירות 27 Khz , נתונים אלו מועברים 
לתוכנה שפותחה ומותקנת במחשב מקומי או בענן (לפי בחירת 
הלקוח) ושם , כחומר ביד היוצר, ניתן להפיק מהם את כל מה 
שהלקוח צריך כדי לפקח על מצבה ה”בריאותי” של תשתית 
החשמל. כל חריגה בנתונים אלו מאלץ את התוכנה לבצע בדיקות 
נוספות בכדי להבין את מהותם ומה הגורם להם. 
 
 
 
מיד לאחר זיהוי מקור הבעיה ובזמן אמת, מערכת GES מתריעה על 
תחילת תהליך התקלה המתפתחת .
בכל לוח בו המערכת מותקנת, ינוטרו 24/7 המתחים, כולל מפלי מתח , לפני הלוח (במעלה הזרם) ותקלות זרם במורד הזרם (כולל הזרמים בלוח עצמו) . כך בעצם תוכל המערכת לאתר ליקויים מהותיים לפני שיומרו לתקלות בפועל.
ייחודה של מערכת GES מול כל המערכות האחרות המותקנות בלוחות חשמל תעשייתיים, מעבר ליכולתה הטכנולוגית לחיזוי תקולות חשמל עתידיות, נובע מהעובדה שהיא רואה את כל הבקרים המותקנים באתר אחד (כל בקר מסמל לוח) , כמתקן חשמלי אחד ולא כל לוח בפני עצמו. יכולת זו מאפשרת לה לפענח גם תקלות חשמל אשר קיימות במספר לוחות בו זמנית ומכך להסיק את המסקנה המתבקשת למקור התקלה במתקן. 
בכדי להמחיש יותר את יכולותיה של המערכת מצורפים שלושה מקרי בוחן מעניינים:
 
 
מקרה בוחן 1
 
במפעל לייצור תוויות לבקבוקים ומוצרי צריכה, בוצעה הגדלת החיבור ל- 910A . ערך לולאת התקלה היה גבוה מדי ולכן החליט המתכנן להתקין ממסר זליגה ללוח כהגנה בלעדית. מספר חודשים לאחר מכן התחילו נפילות חשמל לא מוסברות של המפסק הראשי. והסבו לבעל העסק נזק כלכלי רב. מכונות הדפסה עם מערכות פיקוד אלקטרוניות יצאו מכלל פעולה וימים שלמים הוגדרו כימי עבודה מבוזבזים. בעל הנכס ביקש להזמין את המתכנן לבדוק ולאתר את מקור הבעיה אך הנ”ל היה בחופשה בחול ולא היה זמין. 
באין ברירה הזמין מהנדס חשמל אחר לפתור את התעלומה. המהנדס הצעיר זיהה מייד שמה שגורם למפסק הראשי ליפול זה ממסר הזליגה שהיה מכוון ל 10A  
ו-3 שניות השהייה. שלף המהנדס מתיקו את מד לולאת ההארקה ומדד ערך לולאה בין פזה להארקה של 0.2 אוהם.
לאחר שביצע חישוב קצר, שינה את כיוון הזליגה המותרת בממסר הזליגה מ A10 למקסימום שניתן, 30A והרים את המפסק. עדכן את הלקוח שהמפסק לא היה מכוון , הוציא דוח בהתאם ויצא מהמפעל. אכן הנפילות הפסיקו באותו יום אבל לאחר כחודש הייתה שוב נפילה. הפעם הצליח להשיג את המהנדס המתכנן המקורי והוא מיהר להגיע . 
לפי רישומיו התנגדות לולאת התקלה במקום אינה 0.2 אוהם אלא 1.76 אוהם (מתקן מוגן TT ) מדד גם הוא את לולאת התקלה ומצא שאכן ירדה לערך נמוך מאד .
המהנדס הורה להתקין מערכת GES בלוח ומהר מאד זיהתה איפוס כפול מחוץ ללוח החשמל. 
וזה הגורם לממסר הזליגה להפיל את המפסק הראשי .
הזרמים נבעו מתקלה בלוח משנה, שם פס האפסים השתחרר מהתושבת פלסטיק שלו ונגע במבנה הלוח. ובמקום הנגיעה היו ניצוצות שלא פסקו לרגע.
הבעיה תוקנה וזרמי הזליגה ירדו לערכים זניחים. וממסר הזליגה כוייל מחדש. מיותר לציין שגם ערך לולאת התקלה חזר לערכו הגבוה.
המהנדס המזדמן לא איתר את הבעיה כלל. הוא טעה בערך לולאת התקלה האמיתי ובכך בעצם ביטל את ההגנה הבלעדית למתקן. התוצאות של מחדל זה היו עלולות לגרום לשריפה, מתחי מגע מסוכנים ושדות אלקטרומגנטיים גבוהים.
 
 
מקרה בוחן 2
 
מערכת GES הותקנה באתר תיירותי, הומה אדם, בלוח 
המזין עמודי תאורת חוץ. בימי החורף זיהתה המערכת כי 
מתחילים זרמי קצר לא רגילים ובתדירות משתנה ההופכת 
לגדולה ככל שהזמן עובר וכמות הגשמים עולה. 
זרמי הקצר היו בין הפזות ולהארקה. אך זרמי הקצר הנ”ל 
לא היו חזקים דיים ו/או נמשכו מספיק זמן בכדי להפיל את 
ההגנות. המערכת הוציאה דוח ללקוח שזוהתה תקלת 
חשמל הגורמת לזרמי קצר בערך של 100 אמפר בקירוב 
ולפרקי זמן של 100 מ”ס . על מנת לזהות מאיזה ממעגלי 
הלוח נובעת הבעיה הותקנה הרחבה למערכת GES ו-6
משני זרם נוספים על מעגלי המוצא של הלוח. 
מהר מאד זוהה המעגל הבעייתי ונשלח צוות לחיפוש העמוד 
בו קיימת הבעיה . נמצאה הבעיה בעמוד תאורה מסויים 
שהיה במרחק של כ 200 מטר מהלוח. כבל ההזנה המגיע 
לעמוד, בידודו נהרס וגידי הנחושת נגעו ישירות בגוף העמוד/
 
 
 
מקרה בוחן 3
 
בבניין משרדים גבוה, הותקנה מערכת GES בלוח חלוקה 
קומתי. במהלך יום קיצי במיוחד, זיהתה מערכת GES תקלת
חשמל והוציאה דו”ח מיידית ללקוח : ” נמצא כי קיימת 
בעיית מוליכות / מגעים רופפים , בקו ההזנה בפזה R ו- T
ההספק לחימום מקור הבעיה הינו -70Wיש לבצע בדיקה תרמית לכל קו ההזנה ולחזק ברגים”
הלקוח שקיבל את הדו”ח ויום לפני כן ביצע בדיקה תרמית 
בכל הלוחות בבניין, ידע שהדו”ח בדיקה תרמית היה תקין 
ולכן הזמין שירות בחברתנו . לאחר בדיקה מקיפה במעלה 
הזרם, התגלתה הבעיה: בלוח חלוקה ראשי בקומת גג, 
המוזן ישירות משנאי מתח בינוני , נמצאו פסי צבירה ראשיים
חמים מאד, עד לכדי המסת הבידוד העוטף אותם.
                  
מאחר ולוח זה היה אחת מחוליות ההזנה של הלוח בו 
הותקנה מערכת GES , זוהתה הבעיה ע”י המערכת בטרם
נגרמה תקלת שבר ונזק גדול בהרבה. כעת היה מספיק 
זמן כדי לתכנן הפסקת חשמל מסודרת ולהכין חלקי חילוף.
הסתבר בדיעבד שהברגים בפסי הצבירה שהתחממו לא היו 
מחוזקים מספיק . 
• נק’ חשובה להבהרה- יום לפני שהמקרה התגלה היה עובד של חברה ידועה בארץ לביצוע בדיקה תרמית בלוחות החשמל ולא עלה על הבעיה . 
כיום יש סתירה רצינית בחוק כאשר מותר לכל חשמלאי מוסמך ומעלה לבצע בדיקה כזו בכל לוח, גדול ככל שיהיה, אך אסור לו לפתוח פנלים בלוח הגדול מ 80 אמפר .
לכן, מאחר והבודק שהיה יום לפני , לא פתח את הפנלים, לא יכל באמת לאתר את הבעיה .
 
 
תמונה ללא תיאור
חיווי ללקוח ע”י תוכנה ידידותית למשתמש- מערכת GES
 
מסקנות:
 
1. מערך הההגנות הקיים היום בתשתיות החשמל וגם המורכבות ביותר, חסר ולא נותן מענה מספק.
2. ההגנות הקיימות אינן מתריעות אלא מפילות את ההזנה, רצוי שתהיה הגנה, אשר לפני שהערכים מגיעים         לנקודה קריטית, תיתן התרעה ללקוח ותכוון אותו לדרך הפעולה הרצוי.
3. חוקי החשמל, התקנות והפירושים לא פשוטים להבנה וליישום ומתקן חשמלי חדש עובר הרבה ידיים עד        שמגיע ללקוח לשימושו. 
    חשוב שתהיה מערכת המפקחת על התוצאה ביום יום ותמצא את הליקויים במידה וקיימים, לפני שיקרה          נזק. 
   הדבר נכון כמובן גם למתקן ישן אשר מתוחזק ברמה כזו או אחרת.
   טעויות תמיד עלולות לקרות וגם נזקים מבלאי.
 
 
מערכת GES נותנת מענה הולם לצורכי הבטיחות 24/7 ומתריעה ללקוח באופן ידידותי וברור . את הנזק הבא ניתן למנוע .