תכנון מתקן חשמל בבית מלאכה
Transcription
תכנון מתקן חשמל בבית מלאכה
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 10מכונות 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''ר ,בו יהיו גם שירותים ומשרדים. בבית המלאכה יותקנו 10מכונות ייצור ויוכנו מעגלים להזנת עומסים בהתאם לפירוט הבא: מחרטה ,בהספק 15כ''ס; 2מקדחות עמוד 2 ,משחזות ו 2-כרסומות ,בהספק 2כ''ס כל אחת; מחרטה ו 2-מדחסי אוויר ,בהספק 5כ''ס כל אחד; 3מעגלים להזנת בתי חד-מופעים; מעגל להזנת בתי תקע תלת-מופעים; 2מעגלי תאורה ,בתי תקע ,מחשב ומטבחון(; מעגלים למחסן ולשירותים. דרישת התקן הישראלי )ת''י '' :1529עקרונות הנדסת אנוש בתחום הראיה :תאורת מקומות עבודה 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 2.5-מ' מעל מישור העבודה. ] ] ] ] ] ] ] ] 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 14א' )''מעגלים סופיים הניזונים במתח עד 1000וולט''( מחייבת התקנת מעגל סופי נפרד לכל מכשיר חשמלי תלת-מופעי ,כאשר תקנות 30ו 31-מחייבות לצייד אותו גם במפסק קבוע, המותקן בנפרד מהמכשיר ובטווח ראייה ממנו .תקנה 14ב' מאפשרת לתכנן מעגל סופי אחד להזנת מספר בתי תקע תלת-מופעים ,המיועדים למכשיר יחיד מטלטל .תקנה 14א', מאפשרת ,אומנם ,התקנת מספר מכשירים במעגל סופי תלת-מופעי ,בתנאי שכל מכשיר יוגן בפני עומס יתר על-ידי מבטח המיועד לו ,אך מטעמי נוחות בעבודה ,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 בזרם דלף ,ברגישות של 0.03אמפר ,כדרישת תקנה ) 5ב( של תקנות הבטיחות בעבודה )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 ) 13מעגלים 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 ) 10מעגלים סופיים(. 62 במשרד קיימת פינת מטבח ,שמחייבת ,בנוסף לשני המעגלים האלה ,להתקין בית תקע ,המוזן ממעגל סופי מיוחד ,כאשר מוליכי המעגל יהיו בחתך של 2.5ממ''ר לפחות ,כנדרש בתקנה 11 )ב( .גם מזגן המותקן במשרד מחייב מעגל סופי נפרד ,בהתאם לתקנה ) 10ד( .את כל המעגלים הללו נזין ,בהתאם לתקנה 29ד' )''התקנת לוחות במתח עד 1000וולט''( ,דרך מפסק מגן. ברור כי במשרד יותקן גם מחשב ,המוזן דרך אל-פס ) ,(UPSלגיבוי רשת הזנה של חברת החשמל. מהאמור לעיל נובע ,שהמספר המינימלי של המעגלים הסופיים במתקן יהיה .22 ] ] ] ] ] ] ] ] תכנון לוחות כדי לעמוד בדרישות תקנה ) 2ה( )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 מלוח ראשי על-ידי קו המיועד לו ,כל קו המזין לוח משנה ,יוגן על-ידי מבטח ,שיותקן בלוח הראשי .זאת בהתאם לדרישת תקנה '') 2העמסה והגנה של מוליכים מבודדים וכבלים במתח עד 1000וולט''( .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 ) 22ג( )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 העבודה ,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 1000וולט'' ,לגבי מוליכים עם בידוד ,PVCלטמפרטורה של ,70 ° Cושיטת התקנה ''ט'' ,ולגבי כבלים חד-גידיים ורב-גידיים צמודים לקיר ,כמופיע בטבלה מס' 70.3של התקנות .הקו המזין לוח משנה של אולם הייצור, יוגן על-ידי מא''ז 3x40אמפר ,המותקן בלוח ראשי ,כאשר בלוח משני יותקן מפסק ראשי 3x40אמפר .החישוב מראה ששטח החתך של הקו הזה יהיה 10ממ''ר .הקו המזין לוח משנה של משרד יוגן על-ידי מא''ז 3x25אמפר ,המותקן בלוח ראשי ,כאשר בלוח משנה יותקן מפסק ראשי 3x25אמפר. מוליכי הקו המזין לוח משנה של המשרד ,יהיו בשטח חתך של 10ממ''ר .את שטח החתך של מוליכי המעגלים והבטחתם אפשר לראות באיורים בגודל המבטח הראשי תלוי בעומסים שיופעלו במתקן בו זמנית .הזרם הכולל של כל המכונות המותקנות הוא כ 3x80-אמפר .הזרם של מערכת התאורה הוא כ 10-אמפר .הזרם להפעלת מכשירים ותאורה של המשרד הוא כ 3x25-אמפר .העומסים המותקנים במתקן אינם פועלים כולם בעת ובעונה אחת .לכן, מקובל לחשב את הזרם 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 .1מקדם ההתלכדות של העומסים המותקנים במשרד הוא כ ,0.34-כפי שנהוג במתקן ביתי .בהתאם לאמור ,הזרם המרבי הבו זמני הצפוי במתקן ,הוא כ 3x70-אמפר ,עובדה שמביאה אותנו לבחור במפסק אוטומטי בגודל של 3x80אמפר ,כמבטח ראשי .,מתקן בסדר גודל כזה המקבל הזנה במתח נמוך ,עם זכות הצרכן של 3x100 - 3x80אמפר ,מותר לתכנון לחשמלאי בעל רשיון טכנאי לפחות ,וזאת בהתאם לתקנה )(2)13א( שבתקנות החשמל )רשיונות(. ] ] ] ] ] ] ] ] הגנה בפני חישמול כל מתקן חשמלי חייב באמצעי הגנה בפני חישמול ,בהתאם לתקנה '') 2הארקות ואמצעי הגנה בפני חישמול במתח עד 1000וולט''( .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 36א' )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 ומוליך 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 .8מוליכי חיבור במתקן ,בהתייחס לתקנה ,9יהיו בשטח חתך של 10ממ''ר לפחות ,בצבע בידוד צהוב/ירוק ,או ללא בידוד כלל. ] ] ] ] ] ] ] בחירת קבלים מקדם ההספק ) (cos φלא יעמוד ברישות של ספקית החשמל ) ,(0.92עקב עומסים ההשראתיים הגדולים הנצרכים על-ידי המתקן .כדי לתקן את מקדם ההספק ,יש להתקין קבל שיספק את ההספק הראקטיבי הצפוי במתקן ) .(Qcאת ההספק הראקטיבי נמצא באמצעות הנוסחה הבאה: Qc = P · K -Qcההספק המסופק על-ידי הקבל ).(kVAr - Pהספקו הממשי של המתקן ).(kW – Kמקדם 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' 1נמצא ש .K = 0.32-את 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''כ 15קוא''ר כנדרש( ,ונצייד אותם בבקר מתוכנן מתאים ,שיחבר את הקבלים בהתאם לצורך .על כל סוללת קבלים נגן במא''ז 20אמפר ,כאשר מוליכי המעגל הם 2.5ממ''ר כהמלצת היצרן )ראה טבלה .(2 ] ] ] ] ] ] ] 64 בחירת ציוד המפסקים יהיו דו-קוטביים למכשירים חד-מופעים ,ובעלי 3או 4קטבים למכשירים תלת- מופעים ,כנדרש בתקנה ) 31ג( )מעגלים סופיים( .בהתאם לאמור בתקנות )3ג( ו 4-של אותן התקנות ,נבחר מפסקים העונים לדרישות התקן הישראלי )ת''י '' :302מפסקים ומנתקים הפועלים באוויר והמופעלים ביד''( .המפסקים האלה יתאימו למקום ההתקנה ,כדרישות התקן הישראלי )ת''י '':981מיון דרגות ההגנה של מעטפות לציוד חשמלי''(. תקנה 5של אותן התקנות מחייבת שחמוש בבתי תקע חד-מופעים ,המתאימים לתקן הישראלי )ת''י '' :32תקעים ובתי תקע לשימוש ביתי ושימושים דומים עד 16אמפר''(. התקנה מחייבת גם שימוש במפסקים ובלחיצים לפי התקן הישראלי )ת''י '' :33מפסקים 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 '' :1109תקעים ובתי תקע לשימוש בתעשייה''( .קוטר המוביל להעברת המוליכים ,יתאים למספר ולחתך המוליכים ,המושחלים לתוכו ,ויבחר בהתאם לטבלה שבתקנה '') 28התקנת מובילים''( ,או – אם מושחלים בתוכו מוליכים בחתכים שונים ,בהתאם לתקנה .29כאשר 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 העבודה ,עובדה שגם היא יכולה להוביל למחשבה ,ששימוש נכון בחוק החשמל מאפשר להפוך אותו למלווה ידידותי בכל שלבי המעגל של התכנון והביצוע . á טבלה :1מקדם התיקון לשיפור מקדם ההספק cos φ הנדרש cos φ הצפוי 1.00 0.98 0.96 0.94 0.92 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.75 0.68 0.68 0.59 0.52 0.45 0.40 0.26 0.13 --- --- 0.80 0.75 0.55 0.46 0.39 0.32 0.27 0.13 --- --- --- 0.85 0.62 0.42 0.33 0.26 0.19 0.14 --- --- --- --- 0.90 0.48 0.28 0.19 0.12 0.05 --- --- --- --- --- טבלה :2בחירת מוליכים והבטחת קבלים מתח עבודה 50 Hz, 230V מתח עבודה 50 Hz, 415V מתח עבודה 50 Hz, 400V הספק )קוא"ר( זרם עבודה )אמפר( מבטח )אמפר( מוליך )ממ"ר( זרם עבודה )אמפר( מבטח )אמפר( מוליך )ממ"ר( זרם עבודה )אמפר( מבטח )אמפר( מוליך )ממ"ר( 2.5 6.3 16 2.5 3.6 10 1.5 3.5 10 1.5 5 12.6 25 4 7.2 20 2.5 7.0 20 2.5 6.67 16.7 35 6 9.6 20 2.5 9.3 20 2.5 65 לפס הארקות לוח ראשי מוליך 16ממ''ר צהוב/ירוק פס הארקה למעגלי מוליכים ,צהוב/ירוק לפס האפסים לוח ראשי מוליך 16ממ''ר כחול פס אפס למעגלי מוליכים ,כחול ללוח ראשי NYY 5x16# 3x40A T 16A 16A 16A 16A 20A C C C C C NYY NYY 5x2.5# ∅ 16 NYY 5x2.5# ∅15 תאורה NYY 5x2.5# 5x2.5# ∅14 משחזה 2כ''ס NYY מקדחת עמוד 2כ''ס 13 ∅ C NYY 5x4# כרסמת 2כ''ס 20A 5x4# ∅12 מחרטה 5כ''ס ∅11 מדחס 5כ''ס ללוח ראשי פס הארקה למעגלי מוליכים ,צהוב/ירוק פס אפס למעגלי מוליכים ,כחול NYY 5x10 לפס הארקות לוח ראשי מוליך 16 #ממ''ר צהוב/ירוק ___ מפסק מגן לפס האפסים לוח ראשי מוליך 16 #ממ''ר כחול 4x25A 30mA 3x25 A T 16A 16A C NYY UPS 3x2.5# ∅ 22 שקעים למחשבים 16A C NYY 3x2.5# ∅21 מטבחון 10A C NYY NYY 3x1.5# 3x2.5# ∅20 תאורה ובתי תקע 66 16A C 19 ∅ תאורת משרד 20A C NYY 3x2.5# ∅18 מחסן C NYY 5x4# ∅1 7 מזגן מרכזי