הוראות בטיחות

מתוך מעבדת מבוא בחשמל
גרסה מתאריך 20:56, 6 באוקטובר 2017 מאת Roipi (שיחה | תרומות)

(הבדל) → הגרסה הקודמת | הגרסה האחרונה (הבדל) | הגרסה הבאה ← (הבדל)
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

1 הוראות

הוראות הבטיחות מתייחסות לתחומים הבאים:

  • הגנת המפעיל מפני מכות חשמל.
  • הגנת המכשירים מפני פגיעה.


  1. המעבדה מצויידת במגני זרם-פחת אך זיכרו שהם אינם מקנים ביטחון מלא נגד התחשמלות.
  2. בכל מקרה של תאונה המחייבת הפסקת המתח הגבוה במעבדה, תוכלו לעשות זאת על ידי לחיצה על מפסק חירום (לחצן אדום) המצוי על חלק מעמודי הקירות במעבדה, ולאורך הפנלים בקירות. זהו את מקומם. בעת חירום יש להפעיל מיד אחד מלחצני החירום. בעת אירוע מקומי ניתן להפעיל את המתג בעמדת העבודה. בעת אירוע חירום יש לדווח מידית למדריך או לסגל המעבדה, כולל "כמעט תאונה".
  3. לביטחונכם הקפידו להשתמש אך ורק בשקעים שלמים ותקינים.
  4. הקפידו להשתמש אך ורק בכבלי חשמל שבידודם אינו פגום והתקע מחוזק כראוי.
  5. אסור לתקן או לפרק ציוד חשמלי כולל החלפת נתיכים המותקנים בתוך הציוד; יש לדווח למדריך או אחראי מעבדה.
  6. אין לגעת או לטפל במכשיר לא מוכר או שאינו שייך לניסוי. במידה וקיבלתם מכשיר שאינו מוכר לכם ואין בידכם הוראות שימוש בקשו הסבר מהמדריך.
  7. אין לגעת במערכת המתחים הנמצאת מחוץ לשולחן העבודה, הטיפול במערכת זו יעשה על ידי המדריך בלבד.
  8. לאחר הרכבת המעגל יש לקרוא למדריך לבדיקה. חיבור המתחים וההפעלה הראשונית ייעשו על ידי המדריך בלבד.
  9. במידה ויש צורך לעשות שינויים במעגל, יש להפסיק את אספקת המתח לפני ביצוע השינוי. אין להפעיל את המערכת מחדש ללא אישור המדריך.
  10. אין להשאיר מעגל ללא השגחה.
  11. עם סיום הניסוי ובאישור המדריך יש להפסיק את אספקת המתחים, לפרק את המעגל ולהחזיר את הציוד למחסן, ולסדרו בצורה ראויה.
  12. אין לעזוב את המעבדה ללא אישור המדריך.
  13. אין להכניס דברי מאכל או משקה למעבדה.
  14. עמדה לא מסודרת תגרום להורדת ציון ביצוע של 10 נקודות.
  15. מחסן לא מסודר בסוף הניסוי יגרום להורדת ציון ביצוע לכל המושב.


2 התחשמלות - סכנותיה והגנה מפניה

ההתחשמלות, או מעבר זרם דרך הגוף החי, מתאפשרת עקב היות הגוף מורכב ברובו מנוזלים אלקטרוליטיים מוליכים. השפעת ההתחשמלות על הגוף החי תלויה ב:

  • גודל הזרם המחשמל.
  • מסלול הזרימה בתוך הגוף.
  • משך הזרימה.
  • תדר המקור.

גודל הזרם המחשמל נקבע על ידי המעגל החשמלי, אשר הגוף המחושמל מהווה חלק ממנו, ההתנגדויות או האימפדנסים במעגל, תדר המקור וגודלו של מתח המקור. ההתנגדות החשמלית של הגוף שונה מאדם לאדם ואף שונה אצל אותו אדם בזמנים שונים. ההתנגדות נעה בין מאות אוהמים ומאות קילואוהמים. השכבות החיצוניות של העור מכילות פחות נוזלים אלקטרוליטיים מרקמות "רטובות" ולכן העור מהווה התנגדות גבוהה למעבר זרם חשמלי ומשמש כמגן. קיים קושי באיפיון ההשפעה של רמות זרמים שונות על גוף-האדם עקב הסכנות הכרוכות בניסוי חישמול.

הטבלה הבאה נבנתה על סמך ניסיונות בבני-אדם - בזרמים נמוכים, ניסיונות בחיות וניתוח תאונות התחשמלות. הטבלה מתייחסת לזכר במשקל 70 ק"ג, המחושמל במסלול שבין שתי הידיים, במשך 1-3 שניות, ובתדר הרשת (50-60 הרץ).

טווח זרם (mA) תגובה
0.5-5 (1.5 בממוצע) סף התחושה.
10-100 (30 בממוצע) זרם העזיבה. בזרמים גבוהים מזרם זה אין האדם יכול לפתוח את כף ידו האוחזת במוליך המחשמל (בגלל זה רצוי להשתמש בגב-היד כאשר חוששים מהתחשמלות).
20-50 כאב הפסקת נשימה.
50-1000 פירפור לב, מצב הגורם מוות אלא אם מוגשת התערבות רפואית מיידית ודרסטית.
1000 (1 אמפר) שיתוק פעולת הלב, כוויות ונזקים.

מעניין לציין ששיתוק פעולת הלב למשך 1-3 שניות מסוכן פחות ממצב של פירפור-לב היות ועם הפסקת הזרם המחשמל הלב המשותק יתחיל לתפקד בעוד שהלב המפרפר ימשיך לפרפר. כאשר קיימת אפשרות של מגע ישיר עם הרקמות "הרטובות" בקרבת הלב זרם בעוצמה של 10μA עלול להיות מסוכן. מצב זה עלול לקרות בבתי-חולים ולא נדון בו כאן.

כאמור, הזרם החשמלי עלול להיות רוצח שמקום מארבו קשה לגילוי. כדי להקטין את סיכוי ההתחשמלות יש להקפיד על כללי בטיחות בתכנון ובשימוש, יש להפעיל תחזוקה מונעת ויש להתקין מפסק זרם-פחת.


איור 1: רשת הזנה חד-פאזית

כדי להבין את המצב החשמלי בעת ההתחשמלות נסקור בקצרה את מעגל ההזנה החד-פאזית כפי שרואים באיור 1. נתאר מכשיר חשמלי ונסביר את הליקויים שעלולים להביא להתחשמלות.

מקור ההזנה (ביתי חד-פאזי) מסופק לצרכן באמצעות שלוש חוטים:

  • פאזה (צבע הבידוד שעל המוליך הוא אדום או חום).
  • אפס (שחור).
  • הארקה (לבן או צהוב-ירוק).

מוליך האדמה נמצא בפוטנציאל שיקרא אפס (וולטים), מוליך האפס נמצא בפוטנציאל הקרוב לאפס ומוליך הפאזה נמצא בפוטנציאל של 220 וולט (אפקטיבי).

מוליך הפאזה עובר דרך נתיך, או מפסק חצי-אוטומטי, שתפקידו להגן על רשת-החשמל מפני זרם העולה על הזרם עבורו תוכננה הרשת (16A, 10A וכו'). כאשר צריכת הזרם עולה על המותר הנתיך נשרף (מפסק חצי-אוטומטי נפתח) ומנתק את הזרם. הנתיך, או המפסק חצי-אוטומטי לא נועדו ואינם יכולים להגן מפני התחשמלות המתרחשת בזרמים נמוכים יותר.

איור 2: התחשמלות בין פאזה לאפס
איור 3: התחשמלות בין פאזה ואדמה

ההתחשמלות תתרחש:

  • כאשר אדם ייגע במוליך-הפאזה ובמוליך-האפס, כפי שרואים באיור 2.
  • או במוליך-הפאזה ובמוליך-ההארקה, כפי שרואים באיור 3.


2.1 סוגי ליקויים

איור 4: מכשיר תקין
איור 5: ליקוי "טוב"
איור 6: ליקוי "רע"
איור 7: ליקוי "רע מאוד"
איור 8: התחשמלות ממכשיר לקוי

רוב תאונות החשמל הביתיות נגרמות בגלל מכשירי-חשמל לקויים ואז ההתחשמלות היא בין הפאזה להארקה. מפסק לזרם-פחת נועד להגן על המשתמש מפני התחשמלות כזו. בהמשך יובא תיאור של מפסק לזרם-פחת. כדי להסביר את תהליך ההתחשמלות נתייחס למכשיר חשמלי, למשל תנור חימום כפי שרואים באיור 4 (מסומן בתור נגד). נניח שלא קיים מפסק פחת:

  1. בליקוי "טוב" כפי שרואים באיור 5 מוליך-הפאזה מתחבר, עקב תקלה, אל קופסת-המכשיר; זורם זרם גבוה בין הפאזה להארקה דרך הקופסה. זרם זה ישרוף את הנתיך והמעגל ינותק מהמקור.
  2. בליקוי "רע" כפי שרואים באיור 6 הפאזה מחוברת אל קופסת-המכשיר דרך חלק מהתנגדות התנור. הזרם במוליך הפאזה יגדל ביחס למצב התקין אולם יתכן ולא יגדל מספיק עד כדי שריפת הנתיך, והואיל ונתיך ההארקה תקין קופסת-המכשיר תישאר במתח אפס ואינה מחשמלת.
  3. בליקוי "רע מאוד" כפי שרואים באיור 7 יתווסף לליקוי הרע גם נתק במוליך ההארקה. עכשיו קופסת המכשיר נמצאת במתח של 220V ביחס להארקה. אדם שייגע בקופסא ובמוליך מוארק (צינור מים, ריצפה וכו') יגרום למעבר זרם דרכו כפי שרואים באיור 8.

נא לשים לב שהרצפה בבניין בטון, להבדיל מבית עץ, מוליכה במידה מספקת לקבלת שוק-חשמלי. הרטבת הרצפה מעלה את המוליכות ומגדילה את הסכנה. הזרם המחשמל בדר"כ אינו מספיק להפעלת הנתיך.

2.2 מפסק לזרם-פחת

איור 9: מפסק זרם פחת

מפסק לזרם-פחת כפי שרואים באיור 9 הינו התקן המחובר לרשת החשמל והוא מנתק את ההזנה במקרה של ליקוי "רע" או בעת התרחשות התחשמלות מליקוי "רע מאוד". ההתקן מבוסס על העובדה (חוק הזרמים של קירכהוף) שבמכשיר תקין הזרמים במוליכי הפאזה והאפס שווים בגודלם. כאשר קיים ליקוי "רע" או ליקוי "רע מאוד" זרם הפאזה גדול מזרם האפס בשיעור השווה לזרם הזורם אל מוליך ההארקה (דרך הקופסא או דרך האדם המחושמל). ההתקן נבנה כך שיפסיק את ההזנה כאשר ההפרש בין זרם-הפאזה וזרם-האפס גדול מ-30mA.

הערך 30mA נבחר כך שאם קיים ליקוי "רע מאוד" עוצמת הזרם דרך הנפגע לא תעלה על הערך הממוצע של זרם העזיבה. מבחינה טכנולוגית קשה לייצר מפסק פשוט ואמין לזרמים נמוכים בהרבה מ-30mA וגם לא רצוי, הואיל ותמיד קיימת זליגה קטנה מהפאזה דרך הבידוד (אין מבודד מושלם) אל ההארקה.

2.3 עקרון פעולה של מפסק מתח חד-פאזי

איור 10: מפסק מתח חד-פאזי

המפסק כפי שרואים באיור 10 כולל בתוכו שנאי איזון, שנאי זה מכיל גרעין פרומגנטי עליו מלופפים שלושה סלילים, מהם שניים שווים. בסלילים השווים זורמים זרם-הפאזה וזרם-האפס. כיוון החיבור של הסלילים הוא כזה ששטפיהם מתחסרים. כאשר אין דליפת זרם - הזרם השקול בגרעין הוא אפס. במקרה של דליפה, שפירושה זרם פחת לאדמה, איזון הזרמים מופר, נוצר שטף בגרעין ומושרה מתח בסליל השלישי. מתח זה גורם לפתיחה מהירה של מגעי מפסק-הפחת.

[math]i=i_1-i_2=I\cdot sin(\omega t)[/math]

[math]\Phi=\frac{N_1 i}{Rmag}[/math]

[math]v_2=N_2\cdot\frac{d\Phi}{dt}=\frac{N_1 N_2}{Rmag}I cos(\omega t)[/math]

במפסקי פחת תלת-פאזיים נמצאים על הגרעין ארבעה סלילים שווים (שלוש הפאזות והאפס) בנוסף לסליל ההפעלה.

זרם הפחת הנדרש היה בעבר 5A או 15% מהזרם הנקוב (בכל מקרה מותר הערך הגדול מבין השניים). עתה, עם התפתחות הטכנולוגיה, נמצאה אפשרות להגנה בפני זרמים נמוכים יותר, דהיינו 500mA, 300mA, 1A וגם 30mA. הפסקת ההזנה צריכה להתבצע תוך מספר קטן של מחזורי הרשת (בערך 5 מחזורים).