שינויים בתקנות החשמל העמסה והגנה של מוליכים

בינואר 2014 התפרסם קובץ תקנות ובו עדכון לתקנות החשמל - העמסה והגנה של מוליכים מבודדים וכבלים.
בתקנות החדשות שונו ונוספו ההגדרות ובוצעו התאמות של הטבלאות בהתאם לתקן 60364-5-5 IEC.
במאמר זה אסקור את השינויים העיקריים שבוצעו ואף אתן מספר דוגמאות כיצד להשתמש בטבלאות החדשות.

בהתאם לתקנה 17 (א) - התקנות החדשות יכנסו לתוקף תוך ששה חודשים מיום פרסומן, אך בהתאם לסעיף (ב) - על האף האמור בתקנה משנה (א), מותר להתחיל לפעול לפי תקנות אלה מיום פרסומן.


פרק א': הגדרות
בפרק ההגדרות נוספו מספר הגדרות חדשות הקשורות לנושא,הגדרות אלה היו חסרות בתקנות הישנות, כמו כן הושמטו הגדרות מיותרות.
להלן ההגדרות החדשות:

1."זרם מתמיד מרבי מתוקן" (I'z) - ערך הזרם של מוליך המחושב כמכפלה של Iz במקדמי התיקון לפי הטבלאות שבתוספת הראשונה;"
בתקנות הישנות היה נדרש חישוב על פי זרם מתמיד מרבי מתוקן אולם ההגדרה עבור זרם זה היה חסרה.

2."זרם עמידה בקצר" (Short circuit withstand capacity) - זרם הקצר שאותו יכולים לשאת המעגל או אמצעי המיתוג, במצב מחובר, לזמן קצר בהתאם לסוג אמצעי המיתוג;
זרם זה מוגדר כ-Icw, וההגדרה בהקשר של "מבטח להגנה בפני זרם קצר בלבד – סעיף 2: "המבטח בעל כושר ההפסקה הקטן ביותר יהיה בעל זרם עמידה שיאפשר להעביר, בלא נזק לעצמו או לסביבתו, את זרם הקצר הצפוי עד להפסקתו על ידי המבטח שבמעלה המעגל." בתקנות החדשות מספר התקנה הוחלף ל-9 ב' סעיף 2.

3."כושר הפסקה" (Breaking capacity) - הזרם המרבי אשר מבטח מסוגל להפסיק בלי שיגרום להרס למבטח או לסכנה לאנשים ולסביבה;
זרם זה מוגדר כ-Icu וההגדרה נוספה בהקשר של התקנה - מבטח להגנה בפני זרם קצר בלבד.

4."לולאת תקלה" - מסלול זרם קצר ממקור הזינה וחזרה אליו דרך מוליכי זינה, מוליכי הארקהPE מוליכי PEN , אלקטרודת הארקה, המסה הכללית של האדמה, הארקת השיטה של מקור הזינה, כולם או מקצתם, כשהם מחוברים בטור או במקביל";
הגדרה בהקשר של משך זרם הקצר המרבי המותר, בתקנות החדשות מספר התקנה הוחלף ל-10ג'.

5."מוליך אפס" (N)- מוליך המחובר לנקודת האפס של מקור הזינה והנוטל חלק בתמסורת או בחלוקה של אנרגיה חשמלית;
ההגדרה בהקשר של איסור התקנת מבטח. בתקנות החדשות תקנה 12.

6."מוליך פן" (PEN-Protective Earth Neutra)- מוליך המשמש בו–זמנית כמוליך הארקה וכמוליך אפס ;
כנ"ל הגדרה בהקשר של איסור התקנת מבטח.בתקנות החדשות תקנה 12.

7."מוליך תווך" - מוליך המחובר לנקודת התווך של מקור הזינה;
הגדרה בהקשר של מבטחים והתקנתם.בתקנות החדשות הפרק נקרא "מבטחים וייעודם" תקנה מספר 3.

8."מתקן חירום"- חלק של מתקן החשמל, כגון קו או מעגל, החייב להמשיך לפעול, למשך זמן מוגדר, בזמן הפסקת הזינה הרגילה וגם בזמן סכנה, כגון שריפה;
הגדרה בהקשר של מבטחים וייעודם תקנה 3ב המתייחסת לכך שאין צורך להגן על מתקן חירום בפני זרם העמסת יתר.

9."ממ"ר" - מילימטרים מרובעים;
הגדרה הקשורה לשטחי חתך של מוליכים.

10."מפסק אוטומטי"- מפסק בעל כושר הפסקה של זרם יתר מוגדר הכולל מנגנון אוטומטי להפסקת מעגל או קו במקרה של זרם יתר, ויכול שיופעל באופן ידני; הגדרה זו נכתבה בהקשר של סוגים של מבטחים בתלות בזרם השימוט I2 המובטח, עבור מפסק אוטומטי הניתן לכיוונן.חשוב לציין שבתקנות הישנות ההגדרה עבור מפסק אוטומטי הייתה – "מבטח בעל מנגנון מכני לניתוק זרם" , כיום מפסק אוטומטי יכול להיות עם הגנות תרמו מגנטיות או עם הגנות אלקטרוניות ולכן ההגדרה היא כללית ללא התייחסות לסוג מנגנון ההפסקה.

11."מפסק אוטומטי מגביל זרם קצר" - מפסק אוטומטי שאינו מאפשר לזרם הקצר להגיע למלוא עוצמתו הצפויה וזאת על ידי הפסקתו המהירה;
הגדרה זו שונתה מהגדרה בתקנות הישנות.

12."מפסק מגן" - מפסק המיועד להפסקה אוטומטית של מיתקן חשמלי ממקור הזינה במקרה של הופעת זרם דלף לאדמה;
הגדרה בהקשר של משך זרם הקצר המרבי המותר, בתקנות החדשות מספר התקנה הוחלף ל-10ג'.

13."מקדם תיקון" - מקדם המכמת את ההשפעה של שונות התנאים המעשיים השוררים במתקן המתוכנן, לעומת אלה ששימשו להגדרת הזרם המתמיד המרבי;

14."מקדם תיקון משוקלל" (c) - מקדם המתקבל על ידי הכפלת מקדמי תיקון הנוגעים לעניין;
הגדרות הקשורות לחישוב זרם מרבי מתוקן והיו חסרות בתקנות הישנות.
הגדרות נוספות שהיו חסרות וקשורות לפרק:

15."מקור זינה"- גנרטור, שנאי, ממיר, מיישר זרם, תא ראשוני, מצבר או מקור אחר הזן את השיטה, הכול לפי העניין;

16."מתח נמוך" - מתח העולה על מתח נמוך מאוד ואינו עולה על 1,000 וולט בזרם חילופין או על 1,500 וולט בזרם ישר בין שני מוליכים באותה שיטת אספקה;

17."מתח נמוך מאוד"- מתח שאינו עולה על 24 וולט בזרם חילופין או 60 וולט בזרם יש בין שני מוליכים באותה שיטת אספקה;

18."רשת חשמל" - מערכת מוליכים המותקנים על מבדדים, או כבל עילי או תת–קרקעי או צרור ואבזרים הקשורים בפעולתם, לרבות החיבור למבנה עד להדקי הכניסה למבטח שבכניסה למבנה;

פרק ב': מבטחים וייעודם
בפרק זה שונו,הוחלפו והושמטו מספר תקנות:
•תקנה 2 כעת תקנה כללית (במקום תקנה 2ב' בתקנות הישנות) כאשר נוספה שורה נוספת על איסור שינוי כוונון לאדם שאינו חשמלאי.
•תקנה 3 כעת תקנה הנוגעת לחובת ההגנה על ידי מבטח (במקום תקנה 2 א') כמו כן נוספו סעיף ב' הקשור במקרים בהם אין צורך בהגנה בפני זרם העמסת יתר וסעיף ג' הקשור בדרישה לחתך של מוליך האפס.
•תקנה 4 תקנה הנוגעת לייעוד המבטח (במקום סוגי מבטח ב תקנה 4 בתקנות ישנות).
•תקנה 5 נוספה וקשורה בקיום הדרישות בפרקים הבאים עבור מקרה של מבטח המגן בפני זרם יתר.

פרק ג': מבטח להגנה בפני זרם העמסת יתר בלבד
פרק זה כולל את השינוי המשמעותי בתקנות העמסה והגנה של מוליכים והוא כולל תנאים חדשים לחישוב ההגנה בפני זרם העמסת יתר.
תנאי ההתאמה בין העומס,המבטח והמוליכים להגנה בפני זרם העמסת יתר כפי שחושבו בתקנות הישנות:

בתקנות החדשות תנאי ההתאמה והדרישות למבטח המגן על מוליך מפני זרם העמסת יתר בלבד הן:
1. Ib ≤ In ≤ I'z
2. I2 ≤ 1.45 × I'z
3. I'z = Iz × c
כאשר בנוסחאות:
בנוסחה זו -
-Ib זרם העבודה הממושך המרבי;
In -הזרם הנקוב של המבטח או הזרם שאליו הוא כוונן;
I2 -זרם הבדיקה הגבוה;
Iz -זרם מתמיד מרבי;
I'z -זרם מתמיד מרבי מתוקן;
c -מקדם תיקון משוקלל;
ערכים של I2 לסוגים שונים של מבטחים הם:

הערות:
א.בתקנות הישנות לא הוצגו הערכים של זרם הבדיקה הגבוה I2 ,והם נלקחו מתוך נתוני יצרן, בתקנות החדשות הוסיפו ערכים אלה.
ב.הודגש שאם הטמפרטורה בלוח שבו מותקן המבטח,שונה מטמפרטורת הייחוס שמופיע בתקן של המבטח, יש להביא זאת בחשבון בזמן קביעת גודל המבטח.
ג.ערכי הטבלאות בתוספת חושבו על בסיס נתונים אלה:
•70 מעלות לבידוד PVC, 90 מעלות לבידוד XLPE או בידוד נטול הלוגן לפי דפי יצרן.
•הטמפרטורה האופפת באויר 35 מעלות, באדמה 30 מעלות.
יש לשים לב שהטבלאות המקבילות בתקן(טבלאות 4B1 באויר,4B2 באדמה) IEC חושבו עבור טמפרטורה אופפת באויר 30 מעלות ובאדמה 20 מעלות ולכן הערכים בין הטבלאות הם שונים.
•ההתנגדות התרמית הסגולית של האדמה היא 2.5 מעלות קלווין כפול מטר חלקי ואט (במקום 120 מעלות צלסיוס ס"מ לואט בתקנות הישנות). יש לשים לב שהושמטה הטבלה של התנגדויות הקרקע ואם בידי המתכנן מצויים נתונים על התנגדות תרמית סגולית של קרקע נמוכה יותר, ניתן לנצל את רמת ההעמסה
של הכבל בהתאם למקדמי התיקון שבטבלות של התוספת הראשונה; מקדמי התיקון האמורים אינם חלים על שיטת התקנה "ל". עבור חומרי בנייה התנגדות תרמית סגולית של קרקע תהיה 2 מעלות קלווין כפול מטר חלקי ואט לכל היותר.
ד. בתנאים השונים מהאמור,יחושב הזרם המתמיד המרבי המתוקן של המוליך I'z כמכפלה של מקדמי התיקון כמפורט בתוספת הראשונה.
האיור הבא מציג את סדר הפעולות הנדרש לחישוב לפי תקן IEC, שיטת החישוב בתקנות החשמל היא דומה ההבדל הוא בשוני של הגדרות המקדמים.
משמעות השינוי לגבי בחירת כושר העמסה של המוליך,הנדרש לקיום התנאי של ההגנה בפני זרם העמסת יתר:

הערה: ניתן לראות שבמקרה של מא"ז הזרם התמיד של הכבל יכול להיות שווה לזרם הנקוב של המבטח, מצב זה לא סביר ולכן איפשר המחוקק למתכנן בעל רשיון חשמלאי מהנדס לסטות מהערכים בהתאם לחישוב תנאי העמסה, להלן השינוי כפי שרשום בחוק:
תקנה שבוטלה- תקנה 14:
א.מוגן מוליך על ידי נתיך עם אופיין gL או מפסק אוטומטי זעיר עם אופיין B , C או L המשמש להגנתו בפני זרם העמסת יתר ובפני זרם קצר כאחד, לא יעלה הזרם הנומינלי של הנתיך או המפסק האוטומטי הזעיר על הערך המתקבל מהנוסחאות שבתקנה 5; בטבלאות שבתוספת הראשונה פורטו גדלי הנתיכים והמפסקים האוטומטיים הזעירים המותרים להגנת מוליכי נחושת בחתכים של עד 6 ממ"ר בלבד;
ב.על אף האמור בתקנת משנה (א) רשאי המתכנן המודע לאופי ההעמסה הצפויה של המוליך המוגן,לסטות, בהתאם לשיקוליו הטכניים, מערכים המתקבלים מהנוסחאות שבתקנה 5 .
במקומה באה תקנה חדשה 6ה':
מתכנן בעל רישיון חשמלאי מהנדס רשאי לסטות מהערכים המתקבלים מהנוסחאות שבתקנה זו, בתנאי שהוא מבסס את חישוביו על תנאי ההתקנה והעמסה של המעגל.
טבלאות שיטות ההתקנה החדשות


שינויים עיקריים בטבלאות:
א.שינוי ערכי זרם המתמיד המירבי לפי תקן IEC עדכני.
ב.ביטול הצגת הזרם הנומינלי של מא"ז ושל נתיך להגנת מוליך נחושת (בחתך עד 6 ממ"ר) בפני זרם יתר.
ג.לעומת הטבלאות הישנות המציגות את ערכי הזרם המתמיד המרבי לחתכי מוליכים עד 120 ממ"ר ושלכבלים עד 240 ממ"ר, מתייחסות רוב הטבלאות החדשות לחתכים עד 300 ממ"ר.
ד.ערכי הזרם המתמיד המרבי של כבלים בשיטות שונות של התקנה בקרקע, המופיעים בתקנות הישנות, חושבו על יסוד הנחה שההתנגדות התרמית הסגולית של האדמה היא 120 מעלות צלסיוס ס"מ לואט.בטבלאות החדשות נעשו החישובים על יסוד הנחה שההתנגדות התרמית הסגולית של האדמה היא 250מעלות צלסיוס ס"מ לואט בהתאם למצוין בתקן IEC.
הטבלה הבאה מציגה מקדם של התנגדות תרמית סגולית בהתאם לסוג הקרקע מתוך התקן IEC:


דוגמה מספר 1.
יש לתכנן מעגל זינה לצרכן המותקן במפעל, זרם העבודה הצפוי הוא 18 אמפר תלת מופעי, טמפרטורת הסביבה באוויר 40 מעלות צלסיוס הכבל המותקן הוא רב גידי מנחושת עם בידוד PVC 70 מעלות,שיטת ההתקנה במובל על גבי קיר יחד עם עוד 2 כבלים רב גידיים.מצא את שטח החתך המתאים לכבל?

פתרון:
Ib=18A זרם העבודה המתוכנן במעגל ולא אמור להשתנות בעתיד.
נבחר מא"ז שהזרם הנקוב שלו מקיים את השוויון הנ"ל:

מכאן שהמא"ז המתאים יהיה בגודל 20A.
כעת נבחר מקדמים מתוך הטבלאות:
המקדם הנובע מהטמפ' החריגה: בטבלה 1 בתקנות בטמפ' 40º, עבור כבל
בידוד 70º, מקדם C1=0.93

מקדם תיקון הנובע מהימצאות כבלים נוספים על יד הכבל המתוכנן (חום נוסף מהכבלים): טבלה מס' 4 סה"כ 3 כבלים בשכבה אחת, מקדם C4=0.7

נבצע את החישוב כאשר המבטח הוא מא"ז,לאחר שינוי והצבה בנוסחה נקבל:

בהתאם לשיטת ההתקנה בטבלה בתוספת השלישית נבחר את הטבלה המתאימה למציאת הזרם המתמיד המרבי:

במקרה זה טבלה 70.4:

שטח חתך המתאים יהיה במקרה זה 6 ממ"ר ומתאים לזרם מתמיד של 32A.



דוגמה מספר 2.
מנוע תלת פאזי 50KW עם מקדם הספק 0.8 מוזן על ידי כבל נחושת רב גידי XLPE 90 מעלות טמון במישרין באדמה יחד עם עוד חמישה כבלים צמודים זהים, טמפרטורת האדמה 35 מעלות,ההתנגדות התרמית הסגולית של האדמה 2 מעלות קלווין למטר חלקי ואט, בחר שטח חתך מתאים לכבל?

פתרון:
נחשב את זרם העבודה :

יש לבחור מפסק אוטuמטי שהזרם הנקוב שלו מקיים את השוויון הנ"ל : 90.2A = I_b ≤ I_n

נבחר מפסק אוטומטי הניתן לכיוונון בגודל 100A.

א. הטמפ' של האדמה היא 35 מעלות לכן המקדם הנובע מהטמפ' יהיה C₂=1 מתוך טבלה מס' 2.

ב. מקדם תיקון הנובע מהימצאות כבלים נוספים על יד הכבל המתוכנן (חום נוסף מהכבלים) יהיה C₅=0.5 מתוך טבלה מס' 5, סה"כ 6 כבלים בשכבה אחת a=0 (צמודים).

ג. מקדם תיקון הנובע מההתנגדות התרמית הסגולית של האדמה עבור 2 מעלות קלווין יהיה C₃=1.05.
נבצע חישוב כאשר המבטח הוא מפסק אוטומטי הניתן לכיוונון:
לאחר שינוי הנוסחה נקבל:



בהתאם לשיטת ההתקנה בטבלה בתוספת השלישית נבחר את הטבלה המתאימה למציאת הזרם המתמיד המרבי:

במקרה זה הטבלה 90.6, שטח החתך המתאים יהיה 95 ממ"ר המתאים לזרם 196A.



דוגמה מספר 3.
שנאי 630KVA מזין לוח ראשי באמצעות כבלים חד גידיים מנחושת עם בידוד XLPE המונחים צמוד זה לזה, על גבי סולם באויר טמפ' סביבה 40 מעלות. יש למצוא את שטח חתך ומספר הכבלים הדרושים להתקנה.

פתרון:
נחשב את זרם העבודה של השנאי :

בד"כ בין השנאי ללוח ראשי לא מתקינים מבטח כלשהו (נתיך או מפסק) לכן במקרה זה In=Ib ללא מקדם תיקון כלשהו.
הטמפ' באויר היא 40 מעלות לכן המקדם הנובע מהטמפ' יהיה C1=0.93 מתוך טבלה 1.
כדי לדעת את המקדם הנובע ממספר כבלים הצמודים זה לזה, יש לדעת כמה כבלים ידרשו, לכן ניגש לטבלה של שיטת ההתקנה המתאימה במקרה זה י"ז:

בטבלה 90.8 ניתן לראות שכבל בשטח חתך630 ממ"ר יכול להתאים, אולם כבל כזה מאוד קשה להתקנה, ולכן רצוי לבחור 2 כבלים של 300 ממ"ר עבור כל מופע עם זרם מתמיד של 675A לכל כבל, ובסה"כ יהיו לנו 8 כבלים (2x3 למופעים ועוד 2 כבלים לאפס).

כעת נוציא את מקדם תיקון הנובע מהימצאות כבלים נוספים על יד הכבל המתוכנן (חום נוסף מהכבלים): טבלה מס' 4 סה"כ 8 כבלים בשכבה אחת מותקנים על סולם או באמצעות חבקים וכו',המקדם C4=0.78.
הזרם המתמיד לאחר מקדמי תיקון עבור כל מופע יהיה:

כעת נבדוק האם כמות הכבלים שבחרנו היא מתאימה:

מכאן שההתקנה תכלול 2 כבלים עבור כל מופע וסה"כ 8 כבלים מותקנים.


שינויים בתקנות מבחינת מבטח להגנה בפני זרם קצר בלבד:
מבחינת הגנה בפני זרם קצר בוצעו מספר שינויים בנוסח והוחלפו מספרי תקנות להלן:
במקום תקנה 6, א עד ג, "מבטח להגנה בפני זרם קצר בלבד, יפסיק את זרם הקצר בכפוף לאמור בתקנה 7;................................................ .......
(ג) הוראות תקנת משנה (א) לא יחולו על מוליכים המחברים מקור זינה )כגון גנרטור,
שנאי, ממיר או מצבר( אל הלוח ובלבד שבלוח מותקן מבטח למוליכים אלה".
תקנה זו בוטלה ובמקומה באה תקנה 9:"(א) מבטח להגנה בפני זרם קצר בלבד, יפסיק
את זרם הקצר בכפוף לאמור בתקנה 10………………………………………… …… ;
(ג) הוראות תקנת משנה (א) לא יחולו על מוליכים המחברים מקור זינה אל הלוח ובלבד שהקטע שבין מקור הזינה לבין הלוח יהיה קצר ככל האפשר ולא יעלה על 25מטרים" .
בנוסף תקנה מספר 7 "משך זרם הקצר המרבי המותר" בתקנות הישנות הוחלפה לתקנה מספר 10 בתקנות החדשות, בוצע שינוי בנוסח ונוסף הקשר לזמן של 5 שניות בין הפרק של אמצעי הגנה בפני חשמול לבין העמסה והגנה של מוליכים.
כמו כן,שונה מקדם ערך הבידוד K והותאם לתקן ה-IEC להלן:


בדיקת מתקן:
שינוי משמעותי נוסף נוגע בנושא של בדיקת מתקן,המחוקק קבע דרישות מפורשות לבדיקה של המתקן על ידי חשמלאי בודק לפני הפעלה ראשונה וכן בדיקה תקופתית.
במקום תקנה 21 "(א) ההגנה של מוליך מבודד או של כבלים במתקן ייבדקו לפני הפעלת המתקן או עקב שינוי יסודי במתקן; לעניין זה, שינוי יסודי הוא שינוי בחתך המוליכים , בחומר המוליכים , בבידוד המוליכים או בצורת ההתקנה.
(ב) בבדיקה יאומת אם התקיימו הוראות תקנות אלה".
תקנות חדשות 13 ו-14:
13 (א) בעל רישיון חשמלאי בודק כמשמעותו בסימנים י' עד י"ב בפרק השני לתקנות החשמל )רישיונות( התשמ"ה 1985 יבדוק הגנה של מוליך מבודד או של כבל ,לפני הפעלה ראשונה של המיתקן או לאחר שינוי יסודי בו; לעניין זה, "שינוי יסודי"שינוי בחתך המוליכים, בחומר המוליכים, בבידוד המוליכים, במספר המוליכים המותקנים במובל, בצורת ההתקנה או בתנאי הסביבה.
(ב) בבדיקה כאמור יש לבדוק ולוודא כי במתקן מתקיימות דרישות תקנות אלה.
(ג) תוצאות הבדיקות יירשמו ויימסרו לבעל המתקן, למחזיקו, למפעילו ולאחראי
על המיתקן ויישמרו בידם במשך תקופת פעילות המיתקן.
14 (א) במיתקן בעל זרם נקוב העולה על 160×3 אמפר יבוצעו, אחת לשנה, בדיקות אלה:
(1)כוונון המפסקים האוטומטיים בהתאם לרשום בסימון המבטח;
(2)בדיקה שהזרם הנקוב של המבטחים מתאים לתכניות המעודכנות של המיתקן;
(3)בדיקה שחיבורי המוליכים מהודקים היטב ולא נראים עליהם סימני חימום יתר.
(ב) חשמלאי בעל רישיון המתאים לגודל המיתקן ולייעודו, יבצע את הבדיקות
והתוצאות יירשמו ויימסרו לבעל המיתקן, למחזיקו, למפעילו ולאחראי על המיתקן
ויישמרו בידם למשך כל תקופת הפעילות של המיתקן.
(ג) מתקין של מיתקן כאמור בתקנת משנה )א( יציג על גבי המיתקן הודעה בדבר
חובת הבדיקה התקופתית לפי תקנה זו.
(ד) הוראות תקנה זו לא יחולו לגבי מיתקן של בעל רישיון ספק שירות חיוני לפי חוק משק החשמל, התשנ"ו .1996-.

סיכום
התקנות החדשות דורשות התייחסות והבנה מצד מתכנן המתקן ובאופן כללי הן מאפשרות גמישות תכנונית בכל הקשור להעמסה והגנה של מוליכים מצד אחד,ומצד שני מחמירות בדרישות בדיקת המתקן.
נכון להיום עדיין קיימים נושאים שהם בתחום האי וודאות כגון: כיצד להתייחס להתנגדות תרמית סגולית בסוג קרקע לא סטנדרטי, או טמפ' אויר או אדמה שונות שאינם מצויות בטבלאות.
קרוב לוודאי שבזמן הקרוב יפורסמו עדכונים ופסיקות של ועדת הפירושים בנושא.