הארקה ויסוד

לפעמים אנשים שואלים אותי: איפה ובשביל מה אתה חופר נושאים כאלה על מצבים לא מציאותיים?

נכון, שמצבים כאלו לא מתרחשים כל יום, אבל אני בטוח שיכולים לקרות. חוץ מזה, ישנם הרבה מומחים טובים ומוכשרים במדינה שלנו שנותנים הרצאות, כותבים מאמרים אמיתיים, עובדים על דיסרטציות, מפתחים וממציאים… אני משאיר להם את הנושאים הגדולים והחשובים, ואני עצמי מחשיב נושאים משניים.

אתייחס היום לאחד הנושאים והתופעות הללו. אני מבין שזה לא יהיה בלתי מעורער ויהיה שנוי במחלוקת, אבל בואו נתחיל.

פרסום

קודם כל: להבין את העיקרון

אני אתחיל מרחוק, כי אנשים עם רמות מוכנות שונות אולי קוראים את זה, אבל בסופו של דבר הכול מסתכם בהארקה.

בואו נתחיל עם מים – בשביל ההבנה. נניח שיש לנו שתי חביות מלאות במים בלחץ, כאשר הלחצים בחביות שונים. אם נחבר את החביות הללו עם צינור, תתרחש זרימה בתוך הצינור מכיוון שיש הפרש לחצים (או מדויק יותר לומר: הלחץ יתאזן).

אותו הדבר קורה עם חשמל. אם לשני משטחים או אלמנטים יש פוטנציאלים שונים ונחבר אותם באמצעות חוט, אזי ייווצר בהם זרם משווה. הזרם ינסה להשוות את הפוטנציאלים הללו.

נקודת מוצא: אם אינכם מסכימים עם העיקרון הזה, אז אין לכם צורך להמשיך לקרוא, כי כל הסיפור הבא יתבסס על זה. אם אתם מסכימים – בואו נמשיך.

איך זה עובד ברשת החשמל?

איפה אנחנו פוגשים את זה בחיי היום-יום? ישנה רשת חשמל עילית שעוברת לאורך הרחוב ומתחילה משנאי כלשהו. ברשת יש אפס (ניוטרל) ופאזה. האפס מחובר להארקה (הארקת שיטה), וכדור הארץ מתפקד כאן גם הוא כמו מוליך או משטח.

• מצב 1: רשת ללא עומס לדוגמה, כרגע אף אחד ושום דבר לא מחובר לרשת העילית הזו. אם נמדוד עכשיו את המתח בין האפס לאדמה, נראה שהוולטמטר מראה 0 וולט. למה? כי הם מתחילים מנקודת האפס של השנאי, שם הפוטנציאל הוא ממש אפס. כלומר, לאורך הרשת, הפוטנציאל של מוליך האפס ושל האדמה הוא זהה.

• מצב 2: כניסת עומס למערכת מה משתנה אם עקרת בית כלשהי חוזרת הביתה ומדליקה את הקומקום, למשל? מה שישתנה זה שבמדידה, המתח כבר יציג ערך שאינו אפס. למה זה כך? ברגע שחיברנו קומקום, בעצם סגרנו מעגל והזרם התחיל לזרום. מהלימודים בבית הספר אנו יודעים מחוק אוהם שאם יש זרם במעגל – מתרחשת ירידת מתח.

אם הפאזה בשנאי היא 230 וולט, אז בנקודה שבה הקומקום מחובר בבית יהיו כבר 225 וולט (לדוגמה). במהדק האפס של הקומקום יהיו 5 וולט (כאשר 220 וולט "נשארים" על הקומקום עצמו), ו-5 הוולטים הנותרים הולכים למעשה על חימום חוט האפס בחזרה לשנאי.

האפס הזה על הקומקום ובכלל בבית הוא כבר בעל פוטנציאל של 5 וולט, בעוד שהאדמה היא עדיין 0 וולט (כי אין זרם באדמה). כתוצאה מכך, נוצר הפרש פוטנציאלים בין חוט האפס לקרקע. גודל הזרם תלוי בהפרש הפוטנציאלים הזה; אמרנו בדוגמה 5 וולט, אבל זה יכול להיות גם הרבה יותר גבוה.

הסיפור על האוטומציה המודרנית שלא עזרה

נסתכל על סיטואציה טיפוסית. יש לנו בית, וכמו כולם, בונים בו מערכת הגנה מסוג TNC-S. מערכת זו מבוססת על חיבור של הניוטרל (האפס) לאדמה בכניסה לבית (איפוס). ברגע שניצור את החיבור הזה, הזרם יתחיל לזרום – גם אם אנחנו לא בבית וגם אם החשמל בתוך הבית מופסק לחלוטין. כך זה תמיד יהיה וככה זה צריך להיות, אז לא על זה אנחנו מדברים. אני רק מגיע ללב העניין.

והנה הסיפור: לאדם אחד היה בית חדש. היה בבית לוח חשמל מודרני עם מערכת אוטומציה והגנה מלאה: מפסקי זרם (מאמ"תים), מפסק מגן ראשי (פחת) בכניסה, מפסקי מגן לקווים היוצאים ואפילו ממסר מתח.

אז למה כל האוטומציה הזו לא עזרה לו?

הוא חזר הביתה מהעבודה והריח משהו שרוף. הוא הלך לחפש את מקור הריח וגילה שהחוטים בכבל שעובר מלוח החשמל למזגן נמסו, וחוט ההארקה שבתוך הכבל נשרף לחלוטין. השרפה הזו אף פגעה בחוטי הפאזה והאפס הסמוכים לו.

איך זה קרה? אין כאן שום דבר יוצא דופן, והסיבה המרכזית היא דווקא מערכת ה-TNC-S שלו. בזמן שהוא היה בעבודה, אירעה בעיה טכנית כלשהי ברשת ברחוב (הוא לא חשמלאי ולא ידע לנסח זאת במדויק, אבל היו ניצוצות ברשת). כתוצאה מכך, נוצר קצר בין הפאזה לחוט האפס המוביל אל הבית. מה שהיה אמור להיות חוט אפס – הפך לפאזה לכל דבר.

מסלול הזרם הנסתר

החלק החיצוני של המזגן (המעבה) מותקן על גבי גישטל (מתלה מתכת) המוברג ישירות לקיר בטון. דווקא לבטון!

במצב שנוצר, הזרם זרם מהחוט לגוף המזגן, מגוף המזגן לקיר הבטון, מהבטון לקרקע, ומשם חזר לשנאי. המעגל נסגר, והזרם שזרם שם לא היה קטן בכלל. החוט המדובר הוא בגודל של 2.5 ממ"ר, והוא נחרך לחלוטין. משמעות הדבר היא שלקיר הבטון שבו המזגן מותקן יש התנגדות נמוכה מאוד.

ולמה ההגנות בלוח לא קפצו? אף אחד מהמכשירים המשוכללים בלוח החשמל לא "רואה" את הזרם הזה, מכיוון שהזרם בכלל לא עובר דרכם! אמצעי ההגנה בלוח עוקבים אחרי מה שקורה במוליכי הפאזה או האפס שעוברים דרכם, אבל על מה שקורה בהארקה במצב כזה – אין שום הגנה ואין שום אמצעי ניתוק.

אותו מצב בדיוק יכול לקרות, למשל, עם מנוע של שער חשמלי המקובע לבסיס בטון באדמה.

פרסום

המסקנות (והשאלות השנויות במחלוקת)

אילו מסקנות נוכל להסיק מהמקרה הזה?

בעיקרון, כל מה שרצינו לעשות זה להאריק את מבני המתכת של המזגן, המנוע או הציוד, או פשוט לבצע השוואת פוטנציאלים. אבל בפועל, מסתבר שחיברנו אלקטרודת הארקה עצמאית בצורת בטון המחוברת לאדמה. לחיבור כזה יש דרישות אחרות לגמרי – גם לסוג החיבור וגם לחתך המוליך.

עכשיו אגיד משהו שנוי במחלוקת: אולי עדיף במקרים כאלה לא לחבר את חוט ההארקה של הכבל בכלל? למה לטרוח, אם מבנה המתכת הזה כבר ממילא מחובר ומוארק היטב לאדמה מעצם התקנתו?

הדבר נכון גם לגבי גגון חניה. הגגון מורכב מעמודי מתכת הקבורים באדמה או מוברגים לרצפת בטון, וכל העמודים קשורים יחד במתכת. אנחנו תולים שם גופי תאורה ומבריגים אותם לתומכי המתכת. ואז, אנחנו מחברים אליהם חוט הארקה דק של 1.5 ממ"ר מהכבל.

דיברתי כאן על מזגן או על מנוע, אבל זה נכון לכל מנורה המותקנת על קיר שאליה מחובר כבל עם גיד הארקה. אנחנו נקבל בדיוק את אותו מסלול זרם מסוכן, כי יש המון אלמנטים שמחוברים לקירות בטון או לחומרים מוליכים אחרים.

בכל הבניינים הרב-קומתיים, במפעלים ובמשרדים יש ציוד רב שמקובע ומוברג לבסיס או לקיר בטון, ובכולם שיטת ההגנה היא TNC-S. לכל הציוד הזה מחובר גיד הארקה, ובגיד הזה – כאמור – זורם זרם. הזרם הזה קיים שם תמיד, גם אם אנחנו לא חושבים על זה או לא שמים לב אליו.

רבים יגידו עכשיו – "שום דבר חדש, ברור שתמיד יש זליגה". אבל אני מדבר כאן על משהו אחר לחלוטין.

• זרם זליגה (דלף): הוא מצב שבו זרם חשמלי "בורח" מהמסלול המתוכנן שלו וזורם דרך בידוד פגום, גוף מכשיר מתכתי או דרך האדמה (תקלה נפוצה הנגרמת לרוב מפגמים בבידוד, לחות או רכיבים תקולים).

• התופעה שאני מדבר עליה: היא "הארקה" – חיבור מכוון לחלוטין שיצרנו בעצמנו, ושצריך לקחת אותו בחשבון כבר בשלב התכנון.

MASTAQ