הגנה והעמסה של מוליכים (כולל סוגי הגנות)

הגנה והעמסה של מוליכים

תכנון מעגלי הזינה מתייחס לשילוב של שלושה מרכיבים עיקריים אשר ע"י חלוקת התפקידים בין שלושתם, יש באפשרותנו להבין את תכנון מעגלי הזינה:

1. העומס – הינו הרכיב העומד בראש השרשרת והוא הצרכן שהמבטח והמוליך אחראיים על הזנתו בצורה תקינה.
2. המוליכים – אחראים  על אספקת הזרם לעומס.
3. המבטח – נותן שירוי אבטחה למוליך, ומגן עליו בפני זרם יתר, העלול לפגוע בבידוד המוליכים. תקנות החשמל מגדירות שני סוגים של זרמים העלולים לפגוע ולגרום נזק למוליכים:

1. זרם העמסת יתר – זרם במעגל שאין בו תקלה ונגרם ע"י העמסת יתר.
2. זרם קצר – זרם המופיע כתוצאה מקצר במערכת. סוגי מבטחים המיועדים להגנה בפני זרם העמסת יתר וזרם קצר:

• מא"ז – מפסק אוטומטי זעיר.משמש במתקנים ביתיים ותעשייתיים, מעגלי מאור וכח.לא מתאים להגנה בלעדית על מנועים.פועל בתחומי הזרמים הנקובים: , ובעל כושר ניתוק של עד . 
• מאמ"ת – מפסק אוטומטי מגנטו תרמי.משמש במתקנים תעשייתיים וברשתות אספקה וחלוקה.המפסק מתאים להגנה על מנועים.פועל בתחומי הזרמים הנקובים: , ובעל כושר ניתוק של עד . 
• נתיך.משמש בתחנות חלוקה של חח"י ובמתקנים תעשייתיים.פועל בתחומי הזרמים הנקובים: , ובעל כושר ניתוק של עד .  מאמת"ים ונתיכיםהנתיכים ומפסקי הזרם מיועדים להגן על הציוד החשמלי או על המוליכים, בפני זרם קצר ובפני עומס יתר.שניהם מתחילים את פעולתם בשיטה שבה זמן הניתוק הולך ומתקצר ככל שהזרם העובר דרך המבטח הולך וגדל.תקנות החשמל בדבר העמסה והגנה על מוליכים במתך נמוך דורשת שכל מוליך חי, למעט מוליכי אפס והארקה, יוגן ע"י מבטחים בפני עומס יתר וזרם קצר כאחד.באופן מעשי, ההגנה מתבצעת ע"י התקנת מבטח בתחילת כל מעגל על כל מוליך חי – בכל מופע.הנתיכים והמפסקים האוטומטיים, תופסים מקום נכבד ברוב מתקני החשמל, והם אמצעי אבטחה אמינים וזולים. מאמ"ת – מפסק אוטומטי מגנטו תרמי.אופן פעולת המאמ"ת:המאמ"ת משלב בתוכו שני מנגנונים של הגנה:

1. מנגנון הגנה מגנטי הפועל במהירות רבה (בסדר גודל של מספר מאיות שניה),  ומיועד להגן בפני זרם קצר.
2. מנגנון הגנה המבוסס על דו מתכת המיועד להגן בפני קצר ובפני זרם יתר בצורה בלתי תלויה. מנגנון הגנה מגנטי – כל זמן שהזרם נמוך מהזרם הקריטי המנגנון לא יופעל כלל, ללא תלות בזמן שהזרם זורם דרכו.כאשר הזרם עובר את הזרם הקריטי, המנגנון פועל בזמן קצר מאוד, וזמן זה אינו תלוי בזרם אלא בזמן התגובה המכני של המנגנון. מנגנון הגנה תרמי – זמן התגובה תלוי בזרם הזורם במנגנון. ככל שהזרם גבוה יותר אזי זמן התגובה גדול יותר. 

בזרמים הנמוכים מזרם קצר מזערי, פועל המנגנון התרמי המשמש להגנה בפני זרמי הקצר.

בזרמים גבוהים יותר מהזרם הקריטי פועל המנגנון המגנטי המשמש להגנה בפני זרמי קצר.

זמן הפעולה של מנגנון ההגנה בפני זרם היתר-התרמי מתוכנן לפי הצרכן.

מנגנון ההגנה בפני זרם הקצר-המגנטי, מתוכנן לפעול כאשר קורה קצר בקו.

מנגנון זה פועל במהירות רבה בהתמדה ממנגנון ההגנה התרמי ומקטין את הנזק שעלול היה הקצר לגרום.

כמובן שערך זרם הקצר צריך להיות גבוה מערכי זרם היתר הצפויים בכדי שהמנגנון המגנטי יפעל לפי התרמי.

ישנם מספר סוגים של מאמת"ים:

• מא"ז – מפסק אוטומטי זעירבמתקנים ביתיים נהוג להשתמש במאמת"ים קטנים – מאז"ים, שבהם הערך הנקוב של הזרם נקבע ע"י היצרן.במאמת"ים אלו אין אפשרות לכוון של מנגנון ההגנה התרמי או המגנטי.כמו כן מאמת"ים אלו אלו מוגבלים עד לכושר ניתוק של 10-20 ק"ו בלבד. 
• מתנעיםבשימוש תעשייתי שבו יש להגן על קווים בהם זורמים זרמים גבוהים, משתמשים במאמת"ים גדולים – מתנעים, בהם ניתן לכוון את רגישות מנגנוני ההגנה התרמיים והמגנטיים.בצורה זו אפשר ליישם סלקטיביות בין מאמת"ים הנמצאים במקומות שונים במערכת החשמל.בדגמים מסוימים קיימת האפשרות לקבוע זמן השהיה לפעולת המאמ"ת ועל ידי כך להבטיח את קיום הסלקטיביות הדרושה. מנגנון ההגנה:כאשר אחד ממנגנוני ההגנה מופעל וגורם לניתוק המפסק, העלאת הידית למעלה אינה יכולה להתגבר על המנגנון ולחבר את המעגל. המגעים לא יסגרו והידית תקפוץ חזרה למצב מנותק ברגע שנעזוב אותה.מבנה זה של מפסק הינו מבנה בטיחותי, ומונע מצב שבו ינסו לחבר את המעגל חזרה כאשר התקלה לא תוקנה, ויגרמו למגעים להזרים זרם קצר או זרם יתר מסוכן. למאז"ים ולמאמת"ים יש מספר יתרונות על פני נתיכים:

1. הם רב פעמיים.
2. הם בעלי שני מנגנוני הגנה מגנטי ותרמי.
3. אפשר לראות בקלות בלוח החשמל איזה מן המאמת"ים או המאז"ים קפץ ולתקנו באופן מיידי. לנתיכים עצמם יש מספר מגבלות:

1. אפשור עומס יתר של מוליכים.
2. סכנה של חוסר פאזה של מנועים תלת פאזיים , כלומר לא ניתן להפוך את כוון הסיבוב.
3. יכולות להווצר הפסקות ארוכות עקב הזמן הדרוש לאיתור התקלה, החלפת הנתיך וחיבור המעגל מחדש.
4. בעיה של חוסר מלאי בארצות מסויימות. למאמת"ים המיועדים לשימושים תעשייתיים או במקומות בהם צריכת הזרם היא של מאות ואלפי אמפר, יש מספר שכלולים נוספים שאין במא"ז הביתי:

1. אפשר לכוון בהם את הערך הנקוב של המפסק, את רגישות מנגנון ההגנה בפני זרם היתר ואת רגישות מנגנון ההגנה בפני זרם הקצר.
2. ניתן בעזרת מנגנון מתאים לקזז ולבטל את השפעת טמפרטורות הסביבה על מנגנון ההגנה התרמי.
3. אפשר לכוון בהם את מנגנון ההשהיה של המפסק ולהתאימו לדרישות הצרכן או לדרישת הסלקטיביות בפעולת אמצעי ההגנה.

שימוש בנתיכים ובמאמת"ים במתקני מתח גבוה ונמוך

מתח נמוך

לקוחות במתח נמוך, מתקינים, בדרך כלל, מפסיקי זרם אוטומאטיים מכוילים, לפי גודל החיבור שהוזמן בחברה, וחברת החשמל דואגת להתקין נתיכים בעלי זרם נומינלי, בגודל של דרגה אחת יותר מגודל החיבור המוזמן.

הדבר נעשה כדי להבטיח סלקטיביות בעומס יתר, בין אבטחת הצרכן לאבטחת חברת החשמל. השימוש בנתיך, כהגנה בפני עומס יתר, יעילה יותר מהשימוש במפסק אוטומטי ראשי מאחר שאופיין הנתיך מאפשר מצב בו הנתיך פועל ב-140% מהזרם הנומינלי תוך שעתיים, בעוד המפסק זרם אוטומטי פועל בעומס יתר של 110% תוך שעתיים.

מבחינת זרם קצר עדיף להשתמש בנתיכים ראשיים כי להם אופיין תגובה כמו לנתיכי חברת החשמל.

תקנות החשמל קובעות, כי במתקנים ביתיים עד  חובה להשתמש במפסקים אוטומטיים להגנה ראשית, כי רוב המעגלים הינם מעגלים סופיים.

במתח נמוך (ברוב חלקי העולם) השימוש בנתיכים כהבטחה ראשית, וגם להבטחת קווי הזנה ללוחות משנה הינה הגישה העדיפה יותר, כאשר המפסקים האוטומטיים משמשים להגנה על מעגלים סופיים.

מתח גבוה

השימוש בנתיכים, במתח גבוה, מוגבל להבטחת הניתוק של מכשירים כמו שנאי, או מנוע, מרשת ההזנה, במקרה של קצר בתוך המכשיר.

במתח הגבוה הנתיך מיועד להגיב לזרם קצר בלבד ולא ליתרת עומס. הבטחת המעגלים וקווי ההזנה במתח גבוה מתאפשרת אך ורק ע"י מפסקים אוטומאטיים.

השימוש במפסקים אוטומטים במתח גבוה, להבטחת יתרת עומס של שנאי חלוקה, מאפשרת סלקטיביות מלאה, אם משתמשים בנתיכים כאבטחה ראשית וכאבטחה לקווי הזנה במתח נמוך.

במתח גבוה השימוש במפסקים אוטומטיים יעיל יותר, בגלל כושר הניתוק שלהם (נתיך מוגבל להבטחת שנאי עד  בלבד), וכן בגלל האפשרות להפעילם ע"י מסרי הגנה. למעשה הם אלה שיכולים להבטיח הגנה בפני עומס יתר לקווי ההזנה ולמכשירים.