תכנון מתקן חשמל בבית מלאכה בדרך כלל קיימת התייחסות לחוק כאל גורם מרתיע. מהנדסי חשמל הנמנים עם אלה הגורסים ששימוש נכון בתקנות יכול להפוך אותן לגורם ידידותי. את התזה הזאת, הם מנסים להראות על-ידי סקירת תכנון של מתקן חשמלי, בבית מלאכה בעל 10 מכונות ייצור. תקנות החשמל מנחות את החשמלאי לתכנן, לבצע ולתחזק את מתקן החשמל, בצורה בטוחה ונוחה לשימוש. כדי להמחיש את השימוש בתקנות בצורה קונסטרוקטיבית, נסקור את שלבי התכנון של מתקן חשמלי בבית מלאכה. המדובר באולם ייצור בשטח רצפה של כ- 300 מ, בו יהיו גם שירותים ומשרדים. בבית המלאכה יותקנו 10 מכונות ייצור ויוכנו מעגלים להזנת עומסים בהתאם לפירוט הבא: מחרטה, בהספק 15 כ ; 2 מקדחות עמוד, 2 משחזות ו- 2 כרסומות, בהספק ''ס כל אחת; מחרטה ו- 2 מדחסי אוויר, בהספק 5 כ''ס כל אחד; 3 מעגלים להזנת בתי חד-מופעים; מעגל להזנת בתי תקע תלת-מופעים; 2 מעגלי תאורה, בתי תקע, מחשב ומטבחון); מעגלים למחסן ולשירותים. דרישת התקן הישראלי (ת''י 1529: ''עקרונות הנדסת אנוש בתחום הראיה: תאורת מקומות שבתוך מבנים'') לרמת הארה במתקן, שמיועד לעיבוד מתכות, היא כ- 500 לוקס.(lux) חישוב מפורט מראה, שכדי לקבל את רמת ההארה הדרושה צריך להתקין מנורות פלואורניות, בהספק כולל של כ- 4000 ווט, בגובה של כ- מ' מעל מישור ה. קביעת המעגלים את התכנון של מערכת החשמל יש לבצע על בסיס תוכנית הבניה של המתקן עם מידות, כשעליה ממקמים את כל הציוד החשמלי, לרבות בתי תקע חד-מופעים ותלת-מופעים, המיועדים לציוד מטלטל. ראשית, נקבע את המספר המינימלי של מעגלים סופיים, שיש לתכנן במתקן. תקנה 14 א' (''מעגלים סופיים הניזונים במתח עד 1000 וולט'') מחייבת התקנת מעגל סופי נפרד לכל מכשיר חשמלי תלת-מופעי, כאשר תקנות 30 ו- 31 מחייבות לצייד אותו גם במפסק קבוע, המותקן בנפרד מהמכשיר ובטווח ראייה ממנו. תקנה 14 ב' מאפשרת לתכנן מעגל סופי אחד להזנת מספר בתי תקע תלת-מופעים, המיועדים למכשיר יחיד מטלטל. תקנה 14 א', מאפשרת, אומנם, התקנת מספר מכשירים במעגל סופי תלת-מופעי, בתנאי שכל מכשיר יוגן בפני עומס יתר על-ידי המיועד לו, אך מטעמי נוחות ב, נזין כל מכשיר חשמלי קבוע ממעגל סופי נפרד. בתי תקע המותקנים בבית המלאכה יכולים לשמש להזנת מכשירים חשמליים מיטלטלים, המוחזקים ביד. עקב כך יש להגן עליהם על-ידי מפסק מגן, המופעל ב דלף, ברגישות של 0.03 אמפר, כדרישת תקנה 5 (ב) של תקנות הבטיחות ב (חשמל). המספר המינימלי של מעגלים סופיים, להזנת בתי תקע חד-מופעים במתקן של בית מלאכה, לא מוגדר בתקנות, אך מטעמי נוחות נבחר בשלושה מעגלים כאלה במתקן שלנו. מספר המעגלים הסופיים למאור יהיה שניים לפחות, בהתאם לתקנה 13 (מעגלים סופיים). למרות שמשרד במבנה תעשייתי לא נכלל בהגדרה של ''מתקן ביתי'', נתייחס אליו בקווים כלליים כאל בתקן כזה, וזאת בגלל אופי השימוש בו. מספר המעגלים הסופיים במתקן ביתי הוא שניים לפחות (לזינת נקודות מאור ובתי תקע), וזאת בהתקנה 10 (מעגלים סופיים). 62
ב( ה ) ט'' במשרד קיימת פינת מטבח, שמחייבת, בנוסף לשני המעגלים האלה, להתקין בית תקע, המוזן ממעגל סופי מיוחד, כאשר מוליכי המעגל יהיו בחתך של ממ''ר לפחות, כנדרש בתקנה 11 ). גם מזגן המותקן במשרד מחייב מעגל סופי נפרד, בהתאם לתקנה 10 (ד). את כל המעגלים הללו נזין, בהתאם לתקנה 29 ד' (''התקנת לוחות במתח עד 1000 וולט''), דרך מפסק מגן. ברור כי במשרד יותקן גם מחשב, המוזן דרך אל-פס,(UPS) לגיבוי רשת הזנה של חברת החשמל. מהאמור לעיל נובע, שהמספר המינימלי של המעגלים הסופיים במתקן יהיה 22. תכנון לוחות כדי לעמוד בדרישות תקנה ( 2 (מעגלים סופיים), המאפשרת מפל מתח מרבי במוליכי המעגל עד 3%, כדאי להתקין לוחות משניים באזורים מרוחקים מהלוח הראשי של המתקן. נזין מלוח משנה גם את החדר המשמש למשרד, כל לוח משנה יוזן מ על-ידי קו המיועד לו, כל קו המזין לוח משנה, יוגן על-ידי, שיותקן בלוח הראשי. זאת בהתאם לדרישת תקנה 2 (''העמסה והגנה של מוליכים מבודדים וכבלים במתח עד 1000 וולט''). כמו כן, יש להתקין מפסק ראשי גם בלוח המשנה, במקרה שלא קיים קשר עין בין הלוח הראשי והלוח המשנה, ו-או מעבר חופשי ביניהם גדול מ- 3 מטר, כדרישת תקנה 22 (ג) (התקנת לוחות). לכאורה, התקנת לוחות משניים גורמת להוצאות נוספות, אך מסתבר, שהחסכון כאן עולה על ההוצאות, בגלל הקטנת אורכם של המעגלים הסופיים והקטנת שטח החתך מוליכי המעגלים המוזנים ממנו. בכך נוצר חיסכון בחומרים ובשעות ה, מה עוד שהמתקן יהיה נוח יותר בהפעלה ובאחזקה. קביעת מוליכי המעגלים והבטחתם אחרי שבחרנו א מספר המעגלים הנדרש וחילקנו את המתקן לאזורים ייעודיים, אפשר לתכנן את המעגלים (שטח חתך של המוליכים והבטחתם) וכן את הלוח הראשי והלוחות המשניים. את שיטת חישוב שטח החתך של מוליכי המעגלים וקווי ההזנה. החישוב מתבסס על תקנות ''העמסה והגנה של מוליכים מבודדים וכבלים במתח עד 1000 וולט'', לגבי מוליכים עם בידוד,PV לטמפרטורה של 70, ושיטת התקנה '', ולגבי כבלים חד-גידיים ורב-גידיים צמודים לקיר, כמופיע בטבלה מס' 70.3 של התקנות. הקו המזין לוח משנה של אולם הייצור, יוגן על-ידי מא''ז 3x40 אמפר, המותקן ב, כאשר בלוח משני יותקן מפסק ראשי 3x40 אמפר. החישוב מראה ששטח החתך של הקו הזה יהיה 10 ממ. הקו המזין לוח משנה של משרד יוגן על-ידי מא''ז 3x25 אמפר, המותקן ב, כאשר בלוח משנה יותקן מפסק ראשי 3x25 אמפר. מוליכי הקו המזין לוח משנה של המשרד, יהיו בשטח חתך של 10 ממ. את שטח החתך של מוליכי המעגלים והבטחתם אפשר לראות באיורים בגודל ה הראשי תלוי בעומסים שיופעלו במתקן בו זמנית. ה הכולל של כל המכונות המותקנות הוא כ- 3x80 אמפר. ה של מערכת התאורה הוא כ- 10 אמפר. ה להפעלת מכשירים ותאורה של המשרד הוא כ- 3x25 אמפר. העומסים המותקנים במתקן אינם פועלים כולם בעת ובעונה אחת. לכן, מקובל לחשב את ה המרבי הצפוי במתקן, על-ידי הכפלת סכום הזרמים של כל העומסים במקדם-התלכדות, המבטא את העומסים הפועלים בו זמנית. מקדם ההתלכדות של המכונות הוא כ- 0.7. מקדם ההתלכדות של התאורה שבאולם הייצור הוא 1. מקדם ההתלכדות של העומסים המותקנים במשרד הוא כ- 0.34, כפי שנהוג במתקן ביתי. בהתאם לאמור, ה המרבי הבו זמני הצפוי במתקן, הוא כ- 3x70 אמפר, עובדה שמביאה אותנו לבחור במפסק אוטומטי בגודל של 3x80 אמפר, כ ראשי,. מתקן בסדר גודל כזה המקבל הזנה במתח
כ'' א)( נמוך, עם זכות הצרכן של 3x100-3x80 אמפר, מותר לתכנון לחשמלאי בעל רשיון טכנאי לפחות, וזאת בהתאם לתקנה 13(2 ( שבתקנות החשמל (רשיונות). הגנה בפני חישמול כל מתקן חשמלי חייב באמצעי הגנה בפני חישמול, בהתאם לתקנה 2 (''הארקות ואמצעי הגנה בפני חישמול במתח עד 1000 וולט''). מ- 7 האפשרויות העומדות לרשותנו, נבחר באיפוס כאמצעי יעיל וקל ליישום. יישום האיפוס מותנה בקבלת אישור ספקית החשמל, שהרשת המזינה את המתקן עומדת בדרישות תקנה 36 א' (הארקות). ספקית החשמל משקיעה הרבה ברשתות שלה, ובדרך-כלל הן עונות על כל דרישות התקנות. לכן, סביר להניח שיתקבל האישור הדרוש. ביצוע איפוס במתקן, דורש התקנת אלקטרודת הארקת ייסוד בבניין. תכנון אלקטרודת הארקת ייסוד, יחד עם טבעת גישור, פס השוואת הפוטנציאלים ו הארקה, יתבצע בהתאם לתקנת ''הארקות ייסוד'', לרבות נספחיה מ-א' עד י'. הפריט החשוב בביצוע איפוס הוא פס השוואת הפוטנציאלים, אותו צריך למקם במבנה על הקיר, ליד לוח החשמל, בגבה מתאים. צריך גם לדאוג להגן עליו מפני פגיעות מכניות, כנדרש בתקנה 7. אל פס השוואת הפוטנציאלים, נחבר את כל השירותים המתכתיים הלא חשמליים, כפי שהם מפורטים בתקנה 8. מוליכי חיבור במתקן, בהתייחס לתקנה 9, יהיו בשטח חתך של 10 ממ לפחות, בצבע בידוד צהוב/ירוק, או ללא בידוד כלל. בחירת קבלים מקדם ההספק (φ (cos לא יעמוד ברישות של ספקית החשמל (0.92), עקב עומסים ההשראתיים הגדולים הנצרכים על-ידי המתקן. כדי לתקן את מקדם ההספק, יש להתקין קבל שיספק את ההספק הראקטיבי הצפוי במתקן.(Qc) את ההספק הראקטיבי נמצא באמצעות הנוסחה הבאה: Qc = P K.(kVAr) ההספק המסופק על-ידי הקבל -Qc.(kW) הספקו הממשי של המתקן - P K מקדם תיקון. במתקן שלנו יהיה צורך לתקן את מקדם ההספק מ- 0.8 (הצפוי עקב אופי העומסים המותקנים), ל- 0.92, כדרישת ספקית החשמל. מטבלה מס' 1 נמצא ש- 0.32 = K א. ת ההספק הממשי המרבי נמצא באמצעות הנוסחה: P = 3 V I cos φ P = 3 0.4 80 0.8 = 44.5Kw מכאן: Qc 44.5 x 0.32 = kvar כדי לשמור על מקדם ההספק בגבולות המותר, בכל זמן נתון, יש לחבר קבלים בהספק השווה להספק ראקטיבי, הנצרך באותה עת. להשגת מטרה זאת נתקין שלושה קבלים בהספק של 5 קוא''ר כל אחד (סה 15 קוא''ר כנדרש), ונצייד אותם בבקר מתוכנן מתאים, שיחבר את הקבלים בהתאם לצורך. על כל סוללת קבלים נגן במא''ז אמפר, כאשר מוליכי המעגל הם ממ''ר כהמלצת היצרן (ראה טבלה 2). 64
ג( בחירת ציוד המפסקים יהיו דו-קוטביים למכשירים חד-מופעים, ובעלי 3 או 4 קטבים למכשירים תלת- מופעים, כנדרש בתקנה 31 (ג) (מעגלים סופיים). בהתאם לאמור בתקנות ( 3 ו- 4 של אותן התקנות, נבחר מפסקים העונים לדרישות התקן הישראלי (ת''י 302: ''מפסקים ומנתקים הפועלים באוויר והמופעלים ביד''). המפסקים האלה יתאימו למקום ההתקנה, כדרישות התקן הישראלי (ת''י 981 :''מיון דרגות ההגנה של מעטפות לציוד חשמלי''). תקנה 5 של אותן התקנות מחייבת שחמוש בבתי תקע חד-מופעים, המתאימים לתקן הישראלי (ת''י 32: ''תקעים ובתי תקע לשימוש ביתי ושימושים דומים עד 16 אמפר''). התקנה מחייבת גם שימוש במפסקים ובלחיצים לפי התקן הישראלי (ת''י 33: ''מפסקים חשמליים לשימוש בבתי מגורים ובמתבני חשמל קבועים''). ההתקנה תהיה תחת הטיח, בקופסאות גליליות, המתאימות לתקן הישראלי (ת''י 145: ''תיבות חיבורים למתקני חשמל: תיבות פלסטיק''). בתי התקע התלת-מופעים במתקן יותאמו לדרישות התקן הישראלי (ת''י 1109: ''תקעים ובתי תקע לשימוש בתעשייה''). קוטר המוביל להעברת המוליכים, יתאים למספר ולחתך המוליכים, המושחלים לתוכו, ויבחר בהתאם לטבלה שבתקנה 28 (''התקנת מובילים''), או אם מושחלים בתוכו מוליכים בחתכים שונים, בהתאם לתקנה 29. כאשר כל הנתונים הנדרשים בידינו, אפשר להתחיל בבניית המתקן, שגם אותה נעשה בהתאם לדרישות החוק. התוצאה תהיה, ללא ספק, מתקן בטוח בהפעלה, נוח לשימוש ועונה על כל הדרישות של המשתמש. יתרון נוסף הוא החיסכון היחסי בהוצאות ביצוע ה, עובדה שגם היא יכולה להוביל למחשבה, ששימוש נכון בחוק החשמל מאפשר להפוך אותו למלווה ידידותי בכל שלבי המעגל של התכנון והביצוע. טבלה 1: מקדם התיקון לשיפור מקדם ההספק 0.70 0.80 0.85 0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 cos φ הנדרש cos φ הצפוי 0.13 0.26 0.40 0.45 0.52 0.59 0.68 0.68 0.13 0.27 0.32 0.39 0.46 0.55 0.80 0.14 0.19 0.26 0.33 0.42 0.62 0.85 0.05 0.12 0.19 0.28 0.48 0.90 טבלה 2: בחירת מוליכים והבטחת קבלים 50 Hz, 415V 50 Hz, 400V 50 Hz, 230V הספק (קוא"ר) 1.5 10 3.5 1.5 10 3.6 16 6.3 7.0 7.2 4 25 12.6 5 9.3 9.6 6 35 16.7 6.67 65
פס הארקה לפס הארקות 16 ממ צהוב/ירוק ל 5x16 למעגלי מוליכים, צהוב/ירוק 3x40A פס אפס למעגלי מוליכים, כחול לפס האפסים 16 ממ כחול T A A 5x 5x 5x 5x 11 מדחס 5 כ 12 מחרטה 5 כ 13 כרסמת 14 מקדחת עמוד 15 משחזה 16 תאורה ל 5x10 3x25 A מפסק מגן 4x25A 30mA פס הארקה למעגלי מוליכים, צהוב/ירוק פס אפס למעגלי מוליכים, כחול T לפס הארקות 16 ממ צהוב/ירוק לפס האפסים 16 ממ כחול A 10A 3x 3x1.5 3x 3x UPS 3x 17 18 מזגן מרכזי מחסן 19 תאורת משרד תאורה ובתי תקע 21 מטבחון 22 שקעים למחשבים 66