מתקן חשמל דירתי

מתקן חשמל ביתי הוא על פי הגדרת החוק מתקן חשמל במבנה המיועד למגורים, למסחר, למשרדים או במבנה שתנאי המקום והשימוש במתקן החשמלי דומים לאלה של דירת מגורים. המונח מתייחס לכל מערכת הזנת החשמל וההגנה בפני התחשמלות מכניסת ההזנה של המבנה ועד לחיבורי מכשירי החשמל שבו. הזנת מתקן דירתי מגיעה על פי רוב ממערכת החלוקה של ספק החשמל - בישראל חברת החשמל, אולם יכול המתקן גם להיות מוזן ממערכת חלוקה פרטית כדוגמת רשת חשמל בקיבוץ או במבנה גדול, המקבלים את אספקת החשמל שלהם מחברת החשמל ומבצעים את החלוקה לצרכנים השונים באופן פרטי. באותה המידה, יכול המתקן להיות מוזן גם מגנרטור. הזנת החשמל מגיעה אל לוח חשמל של המתקן. במתקנים גדולים יהיה זה לוח ראשי המשמש בעיקר לחלוקה ללוחות משניים מהם מוזנים הצרכנים, אך ברוב המתקנים הביתיים קיים רק לוח חשמל אחד הממלא הן את תפקיד החלוקה והן את ההגנה על המערכת. מלוח החשמל יוצאים קווי הזנה אל הצרכנים השונים. קווים אלו מסתיימים בשקעי חשמל או מתחברים ישירות למכשירים. לוח החשמל במתקן ביתי משמש בעיקר כמערכת הגנה מפני חשמול. בלוח החשמל מתבצעת חלוקה של המתקן למעגלים, חלוקה שתפקידה לאפשר הגנה יעילה על ידי חלוקה של העומס הכללי הצפוי לחלקים קטנים, קלים יותר להגנה ולתחזוקה והמאפשרים התמודדות עם תקלות נקודתיות ללא השפעה (במידת האפשר) על שאר המערכת. כמעגל חשמלי במתקן ביתי מוגדרים כל הקווים המוגנים על ידי מבטח משותף. נהוג לחלק את סוגי המעגלים בהתאם לעוצמת הזרם האפשרית בהם (עוצמה זו מוגבלת על ידי המבטח): מעגלי מאור - מעגלים חד מופעיים בהם הזרם אינו עולה על 10 אמפר. מעגלי כוח - מעגלים חד מופעיים בהם הזרם אינו עולה על 16 אמפר. מעגלים אחרים המיועדים לשאת זרם גבוה יותר - מעגלים כאלה מזינים בדרך כלל יחידות מיזוג אוויר. מעגלים אלו עשויים להיות תלת מופעיים או חד מופעיים לזרם העולה על 16 אמפר. חלוקה מקובלת נוספת היא למעגלים עם קווים (ראו להלן) ישירים - מעגלים המזינים מכשיר או שקע אחד בלבד, ולמעגלים רגילים, אליהם ניתן לחבר מספר מכשירים. מכשירי החשמל או השקעים מחוברים ללוח החשמל באמצעות "קווים" - אלו הם מוליכים חשמליים, על פי רוב חוטים עשויים נחושת ומצופים בבידוד מ-PVC. המוליכים מותקנים כחוטים בודדים או בכבל המאגד אותם תוך שמירה על בידודם זה מזה. במעגל חד-מופעי יהיו שלושה חוטים - חוט המופע, חוט ה"אפס" וחוט הארקה. במעגל תלת-מופעי יהיו חמישה חוטים - שלושה חוטי מופע, חוט אפס והארקה. המוליכים מותקנים באחת משלוש שיטות: התקנה סמויה - בתוך צינורות הטמונים בקירות המתקן. התקנה גלויה - בתוך צינורות גלויים או תעלות (בכבלים בלבד). שיטה זו נדירה מאוד בדירות מגורים, אך נפוצה במתקני חשמל מסחריים. התקנה חשיפה - בתוך צינורות או אף ללא צינור (במקרה של כבלים) באזורים שאינם נגישים באופן יומיומי, כגון מעל תקרה הניתנת לפירוק או בחללים בין קירות ובתקרות. במרבית המקרים, קווי החשמל במתקן הביתי אינם מחוברים ישירות למכשירי חשמל אלא מסתיימים באביזר קצה המאפשר חיבור וניתוק מהיר של המכשיר החשמלי. אביזר הקצה הנפוץ ביותר הוא השקע החשמלי. אביזרי קצה שכיחים נוספים הם בתי נורה ומפסקי זרם, שנועדו לאפשר ניתוק של מכשיר חשמלי המחובר ישירות לקו מבלי לנתק את החיבור הפיזי (למשל במצב בו גוף תאורה מחובר ישירות לקו, הדלקתו וכיבויו מתבצעים דרך מפסק הזרם). אביזרי קצה חשופים למגע אדם ולכן הם בנויים תמיד ממעטפת מחומר מבודד שמונעת מגע עם החלקים המוליכים. ההספק החשמלי הנצרך על ידי מתקנים ביתיים תלוי בכמות המכשירים החשמליים המותקנים בו, אך גם במידת הבו-זמניות של הפעלתם. היות שכך, ההספק הנצרך משתנה בתלות בזמן, ולמעשה אף בלתי ניתן לשליטה היות שצריכת הזרם של מכשירי חשמל רבים משתנה מרגע לרגע מבלי שלמפעיל תהא שליטה על כך - לדוגמה תנור אפיה אשר גופי החימום שלו מופעלים ומופסקים אוטומטית על ידי תרמוסטט. מכאן, שבבואנו לדבר על הספק של מתקן חשמלי, ישנם שני גדלים חשובים: ההספק המותקן: זהו סך כל ההספקים המקסימליים של כל מכשירי החשמל הקיימים במתקן. גודל זה מדיד בצורה מדויקת. מקדם בו-זמניות: אחוז המכשירים שבממוצע עובדים בו זמנית. גודל זה אינו מדויק, אך נלקח בחשבון על סמך ניסיון מצטבר. מכיוון שקיים מתאם מסוים בין גודלו של מתקן ביתי לבין ההספק המותקן בו, פותחו טבלאות ה"מנבאות" את ההספק של מתקן ביתי בתלות בגודלו. טבלאות אלו משמשות לצורך תכנון נאות של הספקת החשמל למתקנים דירתיים (למשל את חברת החשמל). טבלאות אלו מנבאות גם את העלייה ה"טבעית" בצריכת החשמל, עלייה שנובעת מהתקדמות טכנולוגית ועליה ברמת החיים. בפועל, בשל התייעלות אנרגטית של מכשירים חשמליים רבים כן המודעות הגוברת לאיכות הסביבה טבלאות אלו טעו קשות בחיזוי צריכת החשמל החל מהעשור הראשון של המאה ה-21. חיבור מתקן ביתי לרשת החשמל נעשה תמיד דרך מבטח ראשי, וגודלו של מבטח זה קובע למעשה את ההספק המקסימלי אותו יוכל המתקן לצרוך. על אף שקיימים מבטחים הניתנים לכיול לכל ערך שהוא, הרי שלצורך הנוחות מחוברים מתקנים ביתיים רק דרך מבטחים מסוימים, קרי חיבור החשמל למתקן הביתי יכול לבוא במספר סופי של גדלים. גדלים אלו השתנו במהלך השנים וכיום במדינת ישראל הגדלים האפשריים הם: 25 אמפר חד-מופעי - נפוץ בבניינים רבי דירות ישנים, לא זמין להתקנה חדשה. 35 אמפר חד-מופעי - נפוץ בבניינים רבי דירות ישנים, לא זמין להתקנה חדשה. 40 אמפר חד-מופעי (כלומר צריכה מקסימלית כ־9,000 ואט). זהו החיבור היחידי החד מופעי. 25 אמפר תלת-מופעי (כ־17,000 ואט) 40 אמפר תלת-מופעי (כ־27,500 ואט) 63 אמפר תלת-מופעי (כ־43,500 ואט) 80 אמפר תלת-מופעי (כ־55,000 ואט) וחיבורים נוספים, גדולים יותר. גודלי החיבור האפשריים עולים ב"קפיצות" של כ-25 אחוז. למרבית המתקנים הדירתיים במדינת ישראל אחד החיבורים הרשומים מעלה, עם זאת, ניתן למצוא מתקנים עם חיבורים בגדלים אחרים, שריד לחיבורים שהתאפשרו בעבר. ערך מורחב – הארקה הארקה של מתקן חשמלי נועדה לספק הגנה נוספת מפני התחשמלות. מערכת ההארקה מאפשרת חיבור אל האדמה של כל הגופים המתכתיים שעשויים לבוא במגע עם מתח חשמלי במקרה של תקלה, על מנת להבטיח כי במקרה כזה יזרום עיקר הזרם דרך המערכת או אף יפעיל הגנה על ידי ניתוק הגנה קיימת בלוח החשמל. ההארקה מתבצעת על ידי מוליך מיוחד אשר מחובר למערכות המתכתיות במבנה - אם על ידי חיבור שקע-תקע (בו מוליך ההארקה מופיע כפין השלישי), ואם על ידי חיבור ישיר לגוף המתכתי כמו במקרים של דוד חימום מים ואנטנה. כל המוליכים מחוברים לפס אחד העשוי מחומר מוליך (בדרך כלל נחושת) המכונה פס השוואת פוטנציאלים. פס זה מחובר לאדמה על ידי אלקטרודה. כיום ישנן שתי שיטות עיקריות לביצוע האלקטרודה: במבנים חדשים, חובה על פי החוק במדינת ישראל לבצע מערכת "הארקת יסודות". מערכת זו מנצלת את הברזלים הטמונים ביסודות הבניין ומקשרת ביניהם באמצעות ריתוכים ההופכים אותם לגוף מתכתי אחיד. בשל שטח המגע הרב שבין ברזלי הבניין לבטון ובין הבטון כלפי הקרקע, נוצר גוף בעל מוליכות גבוהה מאוד כלפי הקרקע. הארקת היסודות מחוברת באמצעות מוליך לפס השוואת הפוטנציאלים ובכך מאפשרת את פעולת מערכת ההארקה. במבנים ישנים או במבנים להם אין יסודות (כמו למשל מבנים יבילים) מתבצעת ההארקה כלפי הקרקע באמצעות מוטות המוחדרים לקרקע. יעילות שיטה זו קטנה בהרבה מהארקת היסודות. בעבר נהוגה הייתה שיטה של הארקת המבנה על ידי חיבור לצנרת המים הראשית, מתוך ההנחה שצנרת זו מתכתית ובעלת שטח מגע גדול עם הקרקע. כיום, בשל השימוש הרב בצינורות מים מחומרים לא מתכתיים, לא מסתמכים על הארקה מצנרת מים. חוט משיכה כבל מאריך תקנות החשמל - התקנת לוחות במתח עד 1000 וולט, התשס"ח 2008 אריאל סגל, מערכת החשמל הארצית, הוצאת לשכת המהנדסים, עמ' 55