לוח חשמל

לוח חשמל או לוח חלוקה הוא מערכת שתפקידה להעביר את האנרגיה החשמלית ממקור ההזנה שלה אל הצרכן או הצרכנים. רוב לוחות החשמל מכילים בתוכם גם מערכות הגנה בפני תקלות. בנוסף להגנות בפני נזקים נהוג להשתמש בלוחות חשמל לצורכי פיקוד ובקרה על מערכות חשמל שונות.

מקור ההזנה ללוח חשמל יכול להיות ישירות מיצרן חשמל - בדרך כלל תחנת כוח או גנרטור, מצברים, או אף מלוח חשמל אחר.

צרכן של לוח חשמל יכול להיות ממכונה בודדת ועד למערכת חשמל של עיר או אף מדינה.

מבנה 
ללוחות חשמל אין מבנה אחיד, אך ישנם מספר עקרונות שמיושמים בכל לוח חשמל:
כבל מזין ממקור ההזנה מחובר ישירות או דרך מהדקים למפסק הראשי של הלוח, מהמפסק הראשי יוצאת הזנה לפסי הצבירה, מהם יוצאות ההזנות למפסקי המשנה ולמערכות הפיקוד והבקרה, וממפסקי המשנה יוצאים הקווים לצרכנים הניזונים מהלוח - ישירות או דרך מהדקים.

בתיאור של מיקום הציוד בלוח (מבחינה חשמלית) מקובל להשתמש במונחים "מעלה הזרם" (Upstream) לציוד המחובר קרוב להזנת הלוח, ו"מורד הזרם" (Downstream) לציוד המחובר קרוב לצרכנים. לדוגמה: המפסק הראשי נמצא במעלה הזרם יחסית למפסקי המשנה, ומפסקי המשנה נמצאים במורד הזרם יחסית לראשי.

ארון
הארון הוא המסגרת בה מותקנים רכיבי הלוח. גודלם הפיזי של ארונות חשמל יכול להיות מעשרות בודדות של סנטימטרים ועד למספר מטרים.

ישנם מספר חומרים מקובלים לשימוש בבניית ארונות חשמל: פח, פוליקרבונט, פוליאסטר ופיברגלס.

נהוג לחלק ארונות חשמל לתאים, כאשר בכל תא (או מספר תאים) מותקנת מערכת הממלאת תפקיד מסוים.

מפסק ראשי ורכיבי חלוקה 

בכל ארון חשמל מותקן מפסק ראשי. המפסק הראשי מאפשר ניתוק של הזנת החשמל ללוח. יחד עם זאת, ישנם מקרים בהם מצוי בלוח יותר ממפסק ראשי אחד: כאשר הלוח ניזון מיותר ממקור אחד. מספר המפסקים הראשיים יהיה תמיד כמספר מקורות ההזנה ללוח.

אם הלוח מזין מערכת עם מספר צרכנים, יכלול בדרך כלל מפסקים נוספים, משניים, המאפשרים ניתוק נפרד לכל צרכן וצרכן.

מהדקים 

בלוחות רבים מותקנים מהדקים - רכיבים אליהם מחוברים חוטי החשמל הנכנסים ויוצאים מהלוח. יתרונם של המהדקים הוא שחיבורם לשאר רכיבי הלוח קבוע ולכן שינויים בסידור או בכמות החוטים הנכנסים או יוצאים אינו מחייב ביצוע שינוי בלוח עצמו.

פסי צבירה 

פסי הצבירה הם מוטות, בדרך כלל מלבניים, המשמשים מעין "מרכזיה" ממנה ניזונים כל הצרכנים שבלוח. מוטות אלה עשויים בדרך כלל מנחושת, והחיבור אליהם הוא באמצעות ברגים.

המערכות הקיימות בלוח

ללוח חשמל יש כאמור מספר תפקידים, אך לא בכל לוח חשמל ניתן למצוא בהכרח את כל סוגי המערכות.

מערכת ההגנות

סוגי ההגנות

כמעט כל לוח חשמל מכיל בתוכו הגנות על הציוד המוזן ממנו. ישנם מספר סוגים של הגנות, ולא כולן בהכרח נמצאות בכל לוח:
הגנה בפני קצר חשמלי: הגנה זו מבוצעת על ידי מבטחים מסוג נתיך או מפסק אוטומטי מגנטי תרמי (מאמ"ת). הגנה זו מכונה "הגנה מגנטית".
הגנה בפני עומס יתר: גם ההגנה הזו מבוצעת על ידי מבטחים, אולם הגנות עומס על צרכנים בודדים כגון מנוע חשמלי מבוצעות רק על ידי מאמ"ת.
הגנה בפני התחשמלות: הגנה זו מבוצעת על ידי ממסר פחת.

כל ההגנות הנ"ל פועלות על ידי ניתוק מקום התקלה מזרם החשמל.
הגנה בפני זרם זליגה: הגנה זו מבוצעת על ידי מערכות פיקוד אלקטרוניות. בדרך כלל אין הגנה זו מנתקת את התקלה אלא רק מתריעה על קיומה.
הגנה בפני נחשול מתח: מבוצעת על ידי מגן ברק. שלא כמו כל התקלות הנ"ל, נחשולי מתח מגיעים לרוב מכיוון ההזנה ללוח (מעלה הזרם) והגנה זו אינה מנתקת דבר אלא "בולמת" את הנחשול מלהיכנס ללוח.

מאפייני ההגנות

סלקטיביות: כאשר מספר מבטחים מחוברים בזה אחר זה, הסלקטיביות היא הקובעת מי מהם ינתק את התקלה. לתכונה זו משמעות רק במצב של זרם קצר:
ללא סלקטיביות: לא ניתן לחזות מראש איזה מבטח יפעל ראשון.
סלקטיביות חלקית: עד לערך מסוים נתון של זרם הקצר יפעל תמיד המבטח הקרוב ביותר (במעלה הזרם) למקום התקלה.
סלקטיביות מלאה: תמיד יפעל ראשון המבטח הקרוב ביותר לתקלה.

המשמעות של סלקטיביות מלאה היא שבמקרה של קצר ינותקו בלוח המינימום ההכרחי של צרכנים.

תאימות: בלוח חשמל ישנם רכיבים שתפקידם הוא ניתוק וחיבור צרכנים אך לא נועדו לבצע זאת בתנאי תקלה: מגענים וממסרי פחת. יחד עם זאת, בעת קצר עלול לעבור הזרם במלוא עוצמתו גם דרך רכיבים אלו, וזרם זה עלול לגרום להתכה וריתוך של החלקים המתנתקים ברכיבים, ובכך מניעת פעולתם התקינה בשעת הצורך. משמעות התאימות היא מידת ההגנה שמעניקים המבטחים בלוח לרכיבים אחרים. ישנן שלש רמות תאימות:
Type 0 (ללא תאימות): תיתכן הידבקות מגעים בעקבות קצר.
Type 1 (תאימות חלקית): תיתכן הידבקות קלה, הניתנת לשחרור על ידי מברג.
Type 2 (תאימות מלאה): לא תיתכן הידבקות.

היות שממסרי פחת מהווים את ההגנה העיקרית בפני התחשמלות, הרי שמשמעות תאימות חלקית או אי תאימות כי הלוח עשוי שלא להגן מפני התחשמלות.

הגנה עורפית: אחד הנתונים החשובים ביותר בלוח חשמל הוא הזרם המקסימלי העשוי לעבור דרכו בעת קצר ("זרם הקצר של הלוח"). נתון זה נקבע על ידי שלושה פרמטרים: יכולתו של מקור ההזנה לספק זרם, אורכו והתנגדותו של הכבל המזין את הלוח. ישנם מקרים שבהם זרם הקצר עולה על יכולת הניתוק של המבטחים המגנים על הקווים היוצאים מהלוח. ההגנה העורפית היא שילוב של יכולות ההגנה של מבטחים המחוברים בטור על מנת ליצור עמידות בזרמי קצר גבוהים יותר.

מערכות פיקוד ובקרה

לוחות חשמל משמשים כאמור גם לפיקוד ולבקרה, קרי להפעלה אוטומטית של מערכות חשמליות שונות הקשורות ללוח. לוחות כאלה נבנים עם יכולות לקריאת אותות חשמליים אשר על ידי סגירת מעגלים מתרגם הלוח את האות לפעולה כלשהי.
להלן מספר דוגמאות למערכות פיקוד:
הפעלה של מערכות תאורת רחובות: מתבצעת בדרך כלל על ידי שעונים ותאים פוטואלקטריים.
התנעה של מנועים כגון מעליות. אות הפיקוד במקרה כזה מגיע מלחצני המעלית או מחיישנים הקבועים בה, ומתורגם לסגירת מעגלים על ידי מחשב.
בקרה על זרם ההתנעה של מנועים: מתבצעת על ידי מתנעים. 
שיפור מקדם הספק של המערכת החשמלית או של רכיב מסוים מתוכה.
השלת עומסים: ניתוק אוטומטי של צרכנים על מנת למנוע קריסה של מערכת חשמל.

תקינה

בישראל 
בישראל ישנו תקן רשמי ללוחות חשמל - ת.י. 61439 "לוחות מיתוג ובקרה למתח נמוך". תקן זה מחייב את כל הלוחות המותקנים בישראל מנובמבר 2014. לפני כניסת תקן זה לתוקף התקן המנחה היה ת.י. 1419, אשר הפך לתקן רשמי במרץ 2009 ונכנס לתוקף במרץ 2012. המשמעות היא שלוחות רבים מאוד שנבנו בישראל לפני 2012 ובפרט לפני 2009 לא בוצעו בפיקוח מכון התקנים.

עם זאת, התקן תקף בעיקר ללוחות בעלי מבנה מתכתי, אשר אסורים במתקן חשמל דירתי למעט במקרים יוצאי דופן, כך שלוחות חשמל שנועדו לדירות ובתים פרטיים לא יכולים להיבנות בהתאם לתקן.

קישורים חיצוניים

אספקת חשמל