מוליך האפס אינו תמיד “אפס” מוחלט. ברשת חשמל אמיתית, ובעיקר ברשת עילית, מוליך ה־PEN עשוי לשאת פוטנציאל מסוים ביחס לאדמה ולהכניס אותו אל תוך הבית.
במאמר זה אנסה להסביר מדוע זה קורה, מה המשמעות של הפרדת PEN ל־PE ו־N, ומדוע הנושא חשוב כל כך לבטיחות המתקן החשמלי.
כתבתי מאמר והראיתי אותו לחבר. הוא מומחה, בעל ידע רב, מוערך מאוד בקרב מהנדסי חשמל ואני מעוניין לשמוע את דעתו
הוא ענה בעדינות, ואמר שהוא לא מסכים איתי לחלוטין. אנסה להצדיק את עצמי
ההכרזה היא כזו: ברשת חשמל עילית, לחוט PEN (האפס) תמיד יש פוטנציאל שונה מ "0". פוטנציאל זה (מתח) נכנס לביתנו. אז, מה קורה?
פרסום
אמירה זו נכונה מבחינה טכנית. ברשתות חשמל אמיתיות.
הפוטנציאל של מוליך ה-PEN לפני נקודת ההפרדה (לתוך PE ו-N) כמעט תמיד שונה מ "0" (מפוטנציאל קרקע) מהסיבות הבאות:
- ירידת מתח: למוליך PEN יש התנגדות אקטיבית וגם אינדוקטיבית. כאשר זרם זורם דרכו, מתרחשת ירידת מתח, הגורמת לפוטנציאל בכל נקודה על המוליך, למעט נקודת הניוטרל (הארקת שיטה), להיות גבוה יותר מפוטנציאל ההארקה.
- חוסר איזון בעומס: ברשתות תלת פאזיות, עם עומס לא מאוזן, זרם משווה זורם דרך מוליך PEN.
- הארקה נוספת: אפילו עם הארקות נוספות ברשתות החשמל או בכניסה למבנה, למוליך PEN יש התנגדות, כך שהפוטנציאל אינו יורד ל "0" אמיתי
דווקא בגלל נוכחות פוטנציאל על מוליך ה-PEN (והסיכון לשריפתו, מה שיוביל להופעת מתח פאזה על המארזים) אסור לחבר את מוליך ה-PEN בחזרה לאחר נקודת ההפרדה שלו ל-PE ו-N.
כאשר מחלקים את מוליך ה-PEN לפסים PE (הארקה) ו-N (אפס), הפוטנציאל של מוליך ה-PEN אינו נעלם לחלוטין
התפקיד והבטיחות של כל פס שונים:
- פס PE (הארקה):
- לאחר ההפרדה, אם מתבצעת הארקה מקומית (חובה על פי תקנות החשמל), הפוטנציאל על פס PE יורד באופן משמעותי
אחת המחלוקות עם החבר היא שהוא מאמין שאם מחברים את חוט האפס עם פוטנציאל כלשהו לאדמה עם פוטנציאל "0", אז הם יהיו בפוטנציאל שווה ולא יזרום זרם
בניגוד אליו, אני מאמין (בטוח) שזרם האיזון יזרום ללא הרף. אם נחבר שני צלחות בעלי פוטנציאלים שונים, אז כן. אבל במקרה שלנו, השנאי פועל ללא הרף ומעלה את הפוטנציאל קבוע. לכן תהיה תנועה מעגלית מתמדת של זרם. בתנאי שיש עומס איפשהו ברשת, ברגע שנכבה אותו, לא יהיה זרם. וגודל הזרם הזה תלוי בהפרש הפוטנציאלים, שכאמור יורד
- אם אין הארקה מקומית תקינה, אז כאשר זרם העבודה זורם דרך מוליך ה-PEN, יהיה פוטנציאל שונה מ "0" על מעטפת הציוד (דרך PE)
- פס אפסים N :
- הפוטנציאל על פס N יישאר שונה מ "0", מכיוון שהוא ימשיך להשתתף במעגל החשמל ולשאת את זרם העומס (ירידת מתח עקב התנגדות חוט).
נקודות מפתח:
- נקודת הפרדה (SPP): מוליך ה-PEN מחובר תחילה לפס האספקה PE (MEB), ולאחר מכן נוצר מגשר משם לפס האספקה N.
נקודות מפתח:
- נקודת הפרדה (PEN): תחילה מחובר מוליך ה-PEN לפס ההארקה PE (פה"פ) ולאחר מכן נוצר מגשר משם לפס אפסים N.
- סכנה: אם מוליך ה-PEN נותק לפני נקודת ההפרדה, הפוטנציאל על מארזים הציוד (PE) עלול לעלות לפוטנציאל הפאזה (230 וולט)
לפיכך, הפרדת ה-PEN אינה רק ניתוק מכני, אלא יצירת מערכת TNC-S עם חובה הארקה של פס ה-PE כדי להסיר ממנו פוטנציאל מסוכן
מדוע זה קורה:
- ברשת החשמל (מערכת TNC-S), למוליך ה-PEN יש התנגדות משלו. עקב זרימת זרמי העומס (במיוחד עומסים לא אחידים על פני פאזות) וההתנגדות של המוליכים, מתרחשת ירידת מתח, הגורמת לניתוק ה-PEN מפוטנציאל הקרקע.
- מוליך ה-PEN נכנס לבניין (במערכת TNC-S). על פי התקנות, הוא מחובר תחילה לפס ה-PE (פה"פ), ולאחר מכן לפס ה-N באמצעות מגשר.
- מכיוון שפסי ה-PE וה-N מחוברים למוליך ה-PEN של הקו העילי, פוטנציאל ה-PEN (למשל, 10-30 וולט יחסית לאדמה) מועבר אוטומטית לשני פסי ה-PEN של הבניין
האמירה השנייה שחברי לא הסכים איתה:
שיקולים כאשר אין עומס בבית:
גם אם העומס (מכשירי החשמל) בבית עצמו מנותק, הפוטנציאל על מוליך ה-PEN של הרשת עדיין קיים עקב זרמים של צרכנים אחרים באותה רשת. כתוצאה מכך, הפוטנציאל המובא מהרחוב יהיה נוכח על פסי PE ו-N של ביתכם.
אם לבית יש הארקה מקומית איכותית (מוליך ה-PEN מחובר לאלקטרודת הארקה מקומית או להארקת יסוד), הפוטנציאל על פסים PE ו-N יופחת משמעותית, אך לאו דווקא "0" לחלוטין.
הפוטנציאל על מוליך PE (פס הארקה) לאחר הפרדת מוליך PEN בנקודת הכניסה של הבניין (TNC-S) תלוי ישירות בהתנגדות של אלקטרודת הארקה מקומית בנקודת כניסה זו. ככל שהתנגדות מוליך הארקה נמוכה יותר, כך הפוטנציאל על מוליך PE נמוך יותר ובטיחות המתקן החשמלי גבוהה יותר
אבל יש לי שאלה – איך ובאיזו מידה זה משפיע
עקרונות בסיסיים של תלות:
- במהלך פעולה רגילה, מוליך ה-PEN נושא זרם פעולה, הגורם לירידת מתח (פוטנציאל יחסית לאדמה) דרכו, בדרך כלל בגובה של מספר וולטים.
- תפקיד ההארקה מקומית : בעת הפרדת ה-PEN ל-PE ו-N בכניסה לבית, פס ה-PE מחובר לאלקטרודת הארקה. אלקטרודת הארקה זו מפחיתה את הפוטנציאל המובא מהרחוב, ו"מושכת" את הפוטנציאל של פס ה-PE לפוטנציאל הארקה
תלות בהתנגדות:
- נמוך
הארקה טובה, <4-10 אוהם): הפוטנציאל על פס הארקה PE יהיה קרוב לאפס (הארקה). אפילו עם זרמי עומס, הפוטנציאל על מארזי המכשירים יהיה בטוח.
- גבוה
(הארקה גרועה, >30 אוהם): אם ההתנגדות גבוהה, מוליך ההארקה אינו מסוגל להפחית ביעילות את הפוטנציאל של ה-PEN. הפוטנציאל על פס PE יהיה גבוה יותר, ויתקרב לפוטנציאל של מוליך ה-PEN עצמו
- תקלה
- (ניתוק PEN): אם מוליך ה-PEN בקו (לפני הכניסה לבניין) נקרע, כל פוטנציאל הפאזה דרך העומס עשוי לעבור ל-PEN. במקרה זה, ככל שההתנגדות אלקטרודת ההארקה המקומי נמוכה יותר, כך המתח על מוליך ה-PE (ובתי המכשירים) נמוך יותר ביחס לאדמה, מה שמפחית את הסיכון להתחשמלות
Rm – התנגדות אלקטרודה המקומית
R L – התנגדות מולים PEN
ההתנגדות המומלצת להארקה מקומית עבור בתים פרטיים בדרך כלל אינה עולה על 20 אוהם, אך להגנה טובה יותר מומלץ לשאוף לערכים נמוכים יותר
במערכת TNC-S (שעוברת ל-TN-S לאחר שה-PEN מופרד בכניסת הבית), נוכחות פוטנציאל על מוליך ה-PEN ללא נתק היא תופעה נורמלית, עקב הפיזיקה של רשתות חשמל.
גם ללא שריפה או שבר ב-PEN (כלומר, עם רשת תקינה), הפוטנציאל יכול לנוע בין כמה וולט ל-20-50 וולט (לפעמים גבוה יותר) יחסית ל"קרקע האמיתית"
פרסום
אסכם: סיבות לפוטנציאל לא "0" על ה-PEN (ללא השבר)
- ירידת מתח עקב עומס: למוליך ה-PEN יש התנגדות פעילה. זרם פעולה זורם דרכו (במיוחד עם עומס לא מאוזן על פני פאזות). לפי חוק אוהם המתח יורד לאורך המוליך מהבית לשנאי. בהתאם לכך, הפוטנציאל על פס ה-PEN בבית אינו "0".
- קו ארוך: ככל שהרשת תא"מ ארוכה יותר, כך ההתנגדות גבוהה יותר וירידת המתח גדולה יותר עבור אותו זרם
- עומס לא מאוזן (חוסר איזון פאזות): אם בניין אחד מופעל על ידי עומס רב יותר (או שבניינים שונים צורכים כמויות שונות של חשמל), זרם איזון זורם דרך חוט האפס ויוצר פוטנציאל.
- זרמי זליגה והרמוניות: ספקי כוח מודרניים ממותגים (מחשבים, מנורות LED, ממירים) יוצרים הרמוניות המצטברות בחוט האפס ואינן מפוצות, מה שמגדיל את המתח בחוט PEN
אבל, בכל זאת, מדוע זה בטיחותי (ללא שבר ה PEN)?
כל עוד מוליך ה-PEN שלם, הוא מחובר היטב לפס האפס המוארק של השנאי (הארקת שיטה). ייתכן שיהיה פוטנציאל על המארזים (דרך ה-PE), אך הוא מוגבל על ידי ירידת המתח על פני מקטע הקו
אם ה-PEN אינו שבור, אך יש לו מגע גרוע (שרוף) על העמוד או בלוח החשמל, או שהאלומיניום התחמצן, ההתנגדות עולה בחדות, והפוטנציאל על ה-PEN תחת עומס יכול לקפוץ למאות וולט, וזה מסוכן ביותר.
להגנה TNC-S, נדרשים הדברים הבאים:
- הארקה נוספת ונשנית על רשת חשמל עילית (תא"מ).
- התקנת ממסר מתח
נקודה נוספת שחברי לא הסכים איתי עליה:
מתח מוגבר בפאזה אחרת: אם העומס אסימטרי מאוד (לדוגמה, מכשיר חזק מחובר לפאזה אחת ולא לשנייה), אז ירידת המתח בפאזה העמוסה גדולה יותר. כדי לאזן את המערכת, מתח הפאזה בפאזה "העמוסה בתת-העומס" עולה. בניגוד לדעתו של חברי, אם האפס "רע" או עמוס יתר על המידה, אז כאשר עומס חזק מחובר לשקע אחד, המתח בשקע עם הפאזה השנייה עשוי להיות גבוה משמעותית מ-230 וולט
כיצד להגן:
- בדיקת אפס: בדקו באופן קבוע את חיזוק הדקי האפס בלוח החשמל
MASTAQ
