עקרונות הגנה ובדיקה של ממסרי מגן

מפסק מגן בזרם דלף (ממסר פחת) (RCD-Residual Current Device) הינו אביזר חשמלי שתפקידו להגן על אנשים וציוד בפני מגע בין מוליך חי והאדמה. מאמר זה מציג את עקרון הפעולה של מפסק המגן,חוקים ותקינה ,מכשור ,אופן ביצוע הבדיקה , ותכיפותה.

בהתאם לתקנות החשמל, כל מתקן חשמלי חייב באמצעי הגנה בפני חשמול ,אחד מאמצעי ההגנה האלה הוא מפסק מגן בזרם דלף.
מפסק מגן יכול לשמש כהגנה בלעדית בפני חשמול או כאמצעי הגנה נוסף (בתוספת לשיטה אחרת קיימת) בפני חשמול בהתאם לתנאים בחוק. על מנת להבטיח הגנה נאותה בפני חשמול נדרש לבצע בדיקות תקופתיות למפסקים.





מפסק מגן פועל בעת זליגה בין מוליך הרשת לאדמה. כאשר אדם נוגע בו זמנית בשתי נקודות בעלות פוטנציאלים שונים או כאשר פוטנציאל הנקודה בה הוא נוגע שונה הפוטנציאל הנקודה עליה הוא עומד , עלול לזרום זרם דרך גופו. הנזק שייגרם לאדם כתוצאה מכך, תלוי במספר גורמים:

• עוצמת הזרם.

• משך הזמן בו הזרם זורם דרך גוף האדם.

• מסלול הזרם דרך גוף האדם.






מפסק מגן לזרם דלף בנוי מ-3 יחידות:
1. שנאי דיפרנציאלי – תפקידו לזהות אי-שוויון בין הזרמים הנכנסים והיוצאים בסלילי העבודה.
2. יחידת ההפעלה- מזהה את גודל זרם התקלה. אם עוצמת הזרם גדולה מהנקוב, היא נותנת פקודה לממסר שמפעיל את המגעים של המפסק.
3. מנגנון המפסק – ממסר מכני המופעל על ידי יחידת ההפעלה.




עיקרון הפעולה של מפסק מגן הוא מדידת הפרש הזרמים במוליכים המחוברים אליו, כשהזרמים שווים אין דליפת זרם במתקן, כשקיים הפרש בין הזרם הנכנס לזרם היוצא, מצביע הדבר על כך שחלק מהזרם סגר מעגל דרך האדמה. כלומר קיים פגם בבידוד או שנגרם חשמול. כשאי שוויון הזרמים גדול מזרם ההפעלה
(הרגישות) עבורו תוכנן המפסק, הוא מפסיק את הזנת החשמל למתקן.


בתקנים מוגדרים 3 דגמים עיקריים של מפסקי מגן:

•דגם AC – מפסק זה בעבר היה נפוץ, ומוכר היטב לעוסקים בחשמל. הוא מבטיח בעת תקלה ,ניתוק של גל סינוסיאודלי טהור. בשנת 2001 נאסר לשימוש במתקנים דירתיים חדשים.

•דגם A – זהו המפסק הנפוץ כיום. המוצר נולד עקב הריבוי של שימוש במכשירים אלקטרוניים המחוברים לרשת ( כגון: מחשבים, LCD, מכשירי פקס ומדפסות וכו') במקרים מסוימים, המכשירים האלו בעת זליגה, מחזירים זרם ישר DC לרשת. מפסקים מסוג AC כאמור רגישים לזרם חילופין בלבד, ולכן עלולים לא לסלק את התקלה. הפתרון הוא שימוש במפסק מסוג A שרגיש לשילוב של זרם ישר
וזרם חילופין.

•דגם B – כמו דגם A ובנוסף מיועד למתקן חשמלי המוזן ממתח ישר
או מיושר, וכמו כן לצרכנים שבעת תקלה תהיה בהם צריכה של מתח ישר.

הטבלה הבאה מסכמת את 3 הדגמים של מפסקי המגן בהתאם לשימושם:


כל הדגמים של מפסקי המגן שהוזכרו קיימים גם בגרסא מושהית (סלקטיבית),ניתן להבחין בהם על ידי האות "S" S -selective ומטרתן להשיג פעולה סלקטיבית בין מפסקי מגן על ידי השהיית זמן בניהם.

בתמונה הבאה מתואר אופיין זרם זמן של ממסר פחת של חברת מולר.

כפי שניתן לראות:
בזליגה של 100mA על הממסר להגיב עד 500ms
בזליגה של 200mA על הממסר להגיב עד 200ms
בזליגה של 500mA ומעלה על הממסר להגיב עד 150ms
הגבול התחתון של הזמן נקבע לערך מינימאלי מעל הערך המכסימלי של הממסר התחתון שהוא.40ms.
דגם רגיל – לשימוש במתקנים ביתיים.
דגם G – לשימוש במתקנים תעשייתיים ומשרדים כשיש תופעות חולפות.
דגם S – לשימוש במתקנים בהם נדרשת גם הגנה בפני התחשמלות וגם הגנה על המתקן.

בנוסף בשוק קיים סוג נוסף של מפסק מגן לשימוש בפני ניתוקים לא רצויים:
•מפסק מגן לניתוקים לא רצויים – דגמים: ,SI,G APR, ,K האותיות
מסמלות חברות שונות.
מפסק זה הוא בעל תכונות של מפסק של מסוג A אך עמיד בפני ניתוקים
לא רצויים בשל הפרעות בתדר גבוה או שינויים במתח. הניתוק יכול להיגרם
מסיבות כגוi: השפעה של ברקים בסופות רעמים , הרמוניות ,מסנני הפרעות בציוד אלקטרוני גורמים לזליגה קטנה אך קבועה,
ובהסתברות של מספר מסננים, יכול לגרום לניתוק לא רצוי.
בהרבה מקרים, הניתוקים גורמים לנזק כספי (תעשייה תהליכית,
איבוד שעות עבודה),ואף עלולים לסכן חיי אדם
(בתי חולים, חדרי ניתוח,משמש להגנת מתקנים בהם יש ספקים ממותגים,
ווסתי מהירות, מסננים וכו').







תקינה: קיימים 2 תקנים רשמיים בנושא מפסקי מגן:
ת"י 1008 (לשעבר ת"י 832 חלק 1) מבוסס על תקן IEC61008-1.
ת"י 1009 (לשעבר ת"י 1038 חלק 1) מבוסס על תקן IEC61009-1.
בשנת 1996 עברו תקני הנציבות הבינלאומית לאלקטרו מכניקה (IEC) רוויזיה שבה עדיין אפשרי להשתמש במפסקי מגן מסוג AC אולם במדינות רבות באירופה, (כדוגמת גרמניה והולנד) נאסר השימוש בממסר מסוג זה.
ביולי 2001 אומצו השינויים בתקני IEC לתקנים של מכון התקנים ובין היתר הוחלט על איסור התקנת מפסקי מגן מסוג AC במתקנים ביתיים חדשים.
ת"י 1008 מתייחס לזרם הפעלה נומינלי של מפסק מגן (זרם דלף הגורם לפתיחת המגעים) 0.03 אמפר (30mA) להגנה בפני חשמול.
ת"י 1009 מתייחס למפסקי מגן עם זרם דלף נומינלי: 0.01, 0.05, 0.1, 0.3 , 0.5, 1.00 אמפר להגנה בפני שריפה, הגנה בפני זרם יתר, ולסלקטיביות בין מפסקים.
להלן זמני התגובה של מפסק מגן להגנה בפני חשמול לפי התקן, כאשר In זהו זרם ההפעלה של המפסק:

• 0.5In המפסק לא ינתק את המעגל.
• 1In המפסק יפסיק תוך פרק זמן שלא יעלה על 300מילי-שניות.
• 2In המפסק יפסיק תוך פרק זמן שלא יעלה על 150 מילי-שניות.
• 5In המפסק יפסיק תוך פרק זמן שלא יעלה על 40 מילי-שניות.

ערך זרם ההפעלה שיזרום בעת בדיקת המפסק בעזרת לחצן הבדיקה שלו אסור שיעלה על 2.5In, ערכו של זרם זה נקבע כדי לאפשר הפעלתו במתח 230-400V.
בממסר המיועד למתח נקוב אחד כגון; מפסק חד מופעי, זרם הבדיקה שלו אסור שיעלה על 1.4In
מערכת הבדיקה חייבת להפעיל המפסק בתחום 0.8-1.1 של מתח ההזנה.








בתקנות החשמל, הארקות ואמצעי הגנה בפני חישמול, מצויינים המקרים בהם ניתן להשתמש בפחת כהגנה בלעדית :

1. באתר בנייה, בקרון מגורים, במבנה ארעי או במתקן ארעי אחר.
2. במבנה שבו השתמשו בהגנה על ידי הארקה (TT) ומסיבה כלשהי הגנה זו אינה ממלאת אחר הדרישות (לולאת תקלה אינה תקינה ולא תקפיץ את המבטח) ולא ניתן לבצע איפוס במתקן.
3. במבנה שבו קיימת הארקת יסוד כאשר לא ניתן לבצע בו איפוס TNC-S
ועכבת לולאת תקלה ,או התנגדות למסה הכללית של האדמה
אינן מאפשרות הגנה על ידי הארקת הגנה TT.
4. בגופי תאורה המותקנים על עמודים העשויים חומר מוליך.
5. במתקנים אחרים שהתיר המנהל ובהתאם לתנאי ההיתר.

כשמפסק מגן משמש כהגנה בלעדית נדרש לעמוד בתנאים הבאים:

א.עכבת לולאת התקלה חייבת להיות נמוכה כך שבזמן חיבור ביו מופע להארקה יתפתח זרם קצר גדול פי 10 לפחות מזרם ההפעלה הנומינלי של מפסק המגן (10*In).



ב.כאשר מפסק מגן משמש כהגנה בלעדית, יהיה מפסק זה מותקן כמפסק ראשי או בתור למפסק ראשי וזרם ההפעלה שלו יהיה 0.03 אמפר לפחות.

ג.במקרה של תקלה מתח התקלה שיופיע על ציוד החשמלי המוארק לא יעלה על 50V-במתקן רגיל, או 24V-במתקן בעלי סכנת חשמול גבוהה במיוחד.

מתקן רגיל

מתקן בעל סכנה מוגברת

בתקנות מצויינים מתקנים בהם יש חובת התקנת מפסק מגן:

• באתר בנייה כהגנה על בתי תקע.
• במתקן דירתי .
• באתרים רפואיים – כאשר הזינה בעלת הארקת שיטה (TN-S או TT) .
• אתרים חקלאים.
• במתקנים אחרים שהתיר המנהל ובהתאם לתנאי ההיתר.






קיימות שתי סוגי בדיקות:

1. בדיקה תקופתית על ידי לחצן בדיקה, הבדיקה יכולה ל התבצע על ידי אדם שאינו חשמלאי. בדיקה זו בודקת את תקינות המנגנון אלקטרו-מכני של המפסק ומהווה בדיקה בסיסית בלבד.

2. בדיקה מקיפה על ידי חשמלאי באמצעות מכשיר מדידה מתאים הבודק את מהירות ניתוק של מפסק המגן.

בתקנות יש התייחסות לבדיקות תקופתיות ולגבי תכיפות הבדיקות של מפסקי מגן:

• תקנות החשמל, הארקות ואמצעי הגנה בפני חשמול במתח עד 1000 וולט, תקנה 72 נקבע "כושר פעולתו של מפסק מגן ייבדק מזמן לזמן ובפרקי זמן סבירים, מותר שבדיקה כאמור תבוצע בידי אדם שאינו חשמלאי".

• בתקנות החשמל (מתקן חשמלי ארעי באתר בניה במתח שאינו עולה על מתח נמוך –תשס"ג 2002) מפסק מגן ייבדק אחת לשבוע לפחות על ידי לחיצה על לחצן הבדיקה ואחת לשלושה חודשים תתבצע בדיקה באמצעות מכשיר בדיקה.






• בתקנות הבטיחות בעבודה (חשמל) התש"ן 1990, תקנה 5, סעיף משנה א' נקבע ש"לוח לזינת מכשירים מיטלטלים המוחזקים ביד, יצויד במפסק מגן המופעל בזרם דלף, ברגישות 0.03 אמפר לכל היותר, מפסק זה יופעל לניסוי אחת לחודש על ידי לחצן הבדיקה.
תוצאות הבדיקה במתקן חשמלי ירשמו וישמרו בידי בודק המתקן בעל המתקן
או מחזיקו.

בבדיקה הראשונה המכשיר מבצע 3 בדיקות, כל בדיקה מתבצעת פעמיים (סה"כ 6בדיקות) בזווית שונה של גל הסינוס,פעם 0 מעלות ופעם 180 מעלות, הבדיקה השנייה בודקת את ערך זרם ההפעלה (הקפצה של המפסק), להלן טבלה המתארת את התהליך:


קיימים סוגים שונים של מכשירים לבדיקת מפסקי מגן .
במאמר זה אציג לדוגמה שני סוגי מכשירים הקיימים בשוק:

1.מכשיר של חברתMegger דגם RCDT320.

להלן הסבר על הלחצנים/בוררים במכשיר זה:


• בורר עליון - מכוון את דרגת זרם ההפעלה של המפסק שבו אנו מבצעים בדיקה, בד"כ נעשית למפסקי מגן של זרם הפעלה של 30mA לכן נכוון בורר זה ל-30.
• בורר תחתון –נותן לנו מספר אפשרויות בדיקה שאותן ניתן לראות על מכסה המכשיר:
עמודה ראשונה משמאל לימין מאפשרת בדיקה באופן ידני בכל זרם נתון
לפי התקן.
עמודה שנייה לחיצה על לחצן TYPE מאפשרת לקבוע את דגם מפסק המגן אותו אנו רוצים למדוד.
עמודה שלישית מאפשרת בדיקת ערך ההקפצה של המפסק.
עמודה רביעית מאפשרת בדיקה באופן אוטומטי של המפסק (סה"כ 6 בדיקות).
עמודה חמישית V מראה את המתח במעגל הנמדד, כמו כן כיוון הבורר במצב
OFF מכבה את המכשיר, ו-Hz מראה את התדר במעגל הנמדד.


2. מכשיר של חברתMETREL דגם MI3100.
מכשיר זה הוא מכשיר משולב ומבצע גם בדיקות אחרות בנוסף לבדיקת מפסקי מגן,ולכן בהסבר על המכשיר זה נתמקד רק בבדיקה הספציפית של מפסקי מגן.

כדי לבדוק ממסרי מגן יש להעביר את הבורר (מצד ימין ) למצב RCD, במסך הראשי ישנם מספר פרמטרים להגדרה לפי סוג הבדיקה שאנו רוצים לבצע,
את הפרמטרים יש לכוון עם החצים (מצד שמאל).

בדיקה אוטומטית:
כדי לבצע בדיקה אוטומטית יש לכוון פרמטר ראשון למצב AUTO, במצב זה נקבל מסך עם 6 זמנים. פרמטר שני מגדיר את גודל זרם ההקפצה כאמור 30mA, פרמטר שלישי מגדיר את סוג המפסק: G – כללי, S- סלקטיבי.
הערה: סימון X ומעליו TEST אומר לנו שאין מתח במעגל, כאשר יש סימן √ יש מתח במעגל וזהו אישור לתחילת הבדיקה.

דוגמה לביצוע בדיקה:

המכשיר ביצע שתי בדיקות ראשונות ב-0.5In כלומר 15mA לפי התקן זמן התגובה גדול מ-300ms המפסק לא מנתק, המכשיר ביצע בדיקה שלישית ב-1In כלומר 30mA לפי התקן זמן תגובה קטן מ-300ms המפסק ניתק תוך 117ms, לאחר הרמת המפסק מבוצעת בדיקה רביעית ב-30mA המפסק ניתק תוך 126ms, שוב מרימים את המפסק ומתבצעת בדיקה חמישית ב-5In כלומר 150mA לפי התקן זמן התגובה צריך להיות קטן מ-40ms המפסק ניתק ב-27ms, מרימים את המפסק לבדיקה שישית ואחרונה והמפסק מנתק שוב ב-20ms.
לאחר סיום כל הבדיקות המכשיר נותן סימן √ לאישור שהבדיקה תקינה.

בדיקת ערך ההקפצה:
לביצוע בדיקת ערך ההקפצה יש לכוון פרמטר ראשון למצב RCD כאשר מחברים את חוטי הבדיקה למעגל המכשיר מציג את המתח ומסמן √ כדי לאשר שהכל תקין וניתן להתחיל בבדיקה.


דוגמה לביצוע בדיקת ערך ההקפצה:

כפי שניתן לראות המכשיר ביצע בדיקה ומסמן √ שערך זרם ההקפצה הוא 19.5mA כלומר עומד בתקן של עד 30mA בנוסף הוא מודד את זמן התגובה שבה המפסק נפתח.

למכשיר METRAL ישנם עוד שני אפשרויות בדיקה במפסקי מגן:

• בדיקה זמן תגובה באופן ידני לכל ערך זרם בנפרד, לצורך כך יש לכוון את הפרמטר הראשון למצב RCDt .


• בדיקת ערך מתח המגע , לצורך כך יש לכוון את הפרמטר הראשון למצב Uc בדיקה זו נעשית במקרים קיצוניים כאשר המפסק לא תקין ורוצים לדעת מהו המתח שיתפתח על גוף מתכתי