שיעור 14 - חשמל בבנייה

שלב ראשון - מושגי יסוד

זרם חשמלי
כל חומר או עצם בטבע מורכב ממיליוני ומיליארדי אטומים. כל אטום כזה מורכב מפרוטונים ומאלקטרונים. בחומרים מסוימים, כגון מתכות או מים, יש אלקטרונים המסוגלים "להתנתק" משאר האטום ולנוע אל אטומים סמוכים להם, אלה נקראים אלקטרונים חופשיים. זרם חשמלי הוא למעשה תנועה של אלקטרונים חופשיים. זרם חשמלי נמדד ביחידות הנקראות אמפר המייצגות את כמות האלקטרונים שעוברת בשנייה.

מעגל חשמלי
מעגל חשמלי הוא תהליך זרימה של אלקטרונים הנעים ממקור המתח (סוללה או רשת חשמל), דרך מוליכים העשויים מחומר בעל אלקטרונים חופשיים, עד לצרכן - מכשיר חשמלי הצורך את הזרם וממנו חזרה למקור המתח. השם מעגל אינו מקרי, כי בניגוד לזרם מים בו מספיק מקור לזרם, מעגל חשמלי חייב להיות בנוי באופן שיאפשר חזרה של אלקטרונים למקור המתח.

התחשמלות
בעבודות חשמל או בעבודות בהן מופעל ציוד חשמלי קיימת סכנת התחשמלות. הגדרת התחשמלות:התחשמלות היא מצב בו עובר זרם דרך גוף האדם שמשמש כחלק ממעגל חשמלי וממנו לאדמה.
מידת הסכנה מההתחשמלות נקבעת על-ידי שני גורמים מרכזיים: הראשון הוא משך הזמן שאדם היה מחובר לזרם חשמלי; הגורם השני הוא עוצמת הזרם החשמלי, כלומר כמות החשמל העוברת בשנייה דרך הגוף אל האדמה. עוצמת הזרם נמדדת באמפרים (או במיליאמפרים). גוף האדם מגיב באופן שונה לערכים שונים של זרם חשמלי כמתואר להלן:

שקף: 14.1-1 התחשמלות

לחץ על תמונת השקף לפתיחה בגודל הדפסה

תגובת גוף האדם לערכים שונים של זרם חשמלי

שקף: 14.1-2 תגובת גוף האדם לערכים שונים של זרם חשמלי

לחץ על תמונת השקף לפתיחה בגודל הדפסה

גורם נוסף המשפיע על מידת הסכנה הנובעת מהתחשמלות הוא המקום בגוף הנחשף לחשמל: כאשר המגע בחשמל נוצר בצד השמאלי של הגוף, הזרם החשמלי יגיע מהר יותר לאזור הלב מאשר כאשר המגע הוא בצדו הימני.

שלב שני - מניעת התחשמלות

אמצעים למניעת התחשמלות
יש מקרים רבים בהם האדם נחשף לסכנת התחשמלות. למעשה, בכל עבודה עם ציוד חשמלי קיימת סכנה של חוטים או כבלים חשופים, העלולים לגרום לאדם להתחשמל. התקנות מפרטות מספר אמצעים למניעת התחשמלות:

1. הארקת הגנה
   

   בשיטה זו מחוברים חלקי הציוד החשמלי באמצעים מוליך מגולוון המחובר גם לאלקטרודה באדמה. כאשר מתרחשת תקלה באחד החלקים או בבידודו, הזרם עובר באמצעות מערכת ההארקה לקרקע כשרק חלק קטן ממנו עובר דרך גוף האדם. מעגל זה נקרא "לולאת התקלה". כאשר מגיע הזרם החשמלי לנתיך של המעגל, זרימת החשמל במעגל נפסקת עקב רגישות הנתיך לחום המתפתח מזרימת החשמל המוגברת. בעבר השתמשו בצנרת המים בתור האלקטרודות שבתוך האדמה. כיום, עם המעבר לשימוש בצנרת אל מתכתית שאינה קולטת את הזרם, משתמשים בהארקת יסוד. בשיטה זו משתמשים בזיון הברזל של יסודות הבניין שיכול להתחבר למעגל בתור אלקטרודה.

2. הארקת איפוס
   

   השימוש בהארקה מותנה בכך שהתנגדות לולאת התקלה תהיה נמוכה מאד. בחיבורים גדולים ההתנגדות הנדרשת נמוכה מאד ולעתים בלתי ניתנת להשגה. בשיטת האיפוס סוגרים את לולאת התקלה על-ידי חיבורה לכבל האפס של רשת החשמל. באופן זה אין צורך להתגבר על התנגדות האלקטרודות. הבעייתיות בשיטה זו נעוצה בכך, שהתלות בגורמים חיצוניים, דהיינו הרשת, גבוהה מאד. כך, במקרה של קרע בכבל האפס אין אפשרות לדעת כי מנגנון ההגנה שלנו נפגם. סכנה נוספת קיימת במקרה של קרע בכבל האפס. הזרמים שהיו בכבל אינם יכולים "לחזור אחורה" ומשאירים את מערכת ההארקה במתח גבוה. הפתרון לסכנות אלה הוא גיבוי האיפוס בהארקת מבנה.

3. מפסק מגן לזרם דלף (ממסר פחת)
   

   כיום הדרישה היא להשתמש במפסק מגן לזרם דלף. העיקרון הוא פשוט: המפסק משווה את הזרם בכניסה למתקן בפזה ואת הזרם החוזר דרך מוליך אפס. במידה שמזוהה הפרש, "מבין" המפסק כי חלק מהזרם עבר דרך ההארקה לאדמה או דרך גוף האדם לאדמה, ומפסיק את הזרם. חשוב לדעת כי רק מפסק בעל זרם הפעלה עד 30 מיליאמפר יכול למנוע התחשמלות אדם.

4. שיטת ההפרד
   

   שיטה זו מבוססת על קיומו של שנאי מבדל. שנאי זה מפריד בין האספקה של רשת החשמל, המחוברת להארקה, לבין האספקה של הסליל השני בשנאי. לסליל השני מחובר מכשיר אחד בלבד שאסור לבצע לו הארקה. עקב מבנה המעגל החשמלי שנוצר, במקרה של תקלה גוף האדם אינו סוגר מעגל לכיוון מקור המתח (חברת החשמל). יש מספר כללי בטיחות בעבודה בשיטה זו: ראשית, עבודה בתוך מכל או על-גבי משטח מתכת מחייבת ביצוע השוואת פוטנציאלים בין המשטח או המכל לבין המכשיר החשמלי. המטרה היא למנוע הפרש פוטנציאלים, שיביא להשראה ולחשמול המשטח. שנית, השנאי יהיה מחוץ לאזור העבודה, אך אורכו המקסימלי של כל הקו לא יעלה על 500 מטר. בגלל מגבלות אלה שיטה זו אינה שימושית לעבודות בנייה.

5. שיטת מתח נמוך מאד - מתח בטיחות
   

   שיטה זו מבוססת על שימוש במקור מתח ראשוני, כגון: סוללה, גנרטור או מצבר, המספקים מתח נמוך שאינו עולה על 50 וולט, תוך הקפדה שהציוד והשנאי (אם קיים) מותאמים למתח נמוך מאוד. כלומר, ציוד מסוג III.

6. שיטה צפה
   

   שיטה זו היא למעשה שכלול של שיטת ההפרד. כלומר, מדובר במקור מתח לא מוארק ושימוש בשנאי מבדל. ההבדל בין השיטות הוא, שבשיטה צפה אין הגבלה של המכשירים המחוברים לשנאי. הבסיס לשיטה זו הוא התגברות על הבעיה שעלולה להיווצר בשיטת ההפרד, כאשר מתרחשת יותר מתקלה אחת בזמן מסוים. בשיטה הצפה מותקן משגוח המפעיל נורות ואזעקה במקרה של זיהוי תקלה ראשונה בבידוד. כך נמנעת הפסקת חשמל כיוון ששאר המעגלים עדיין בשימוש. מנגנון האזעקה של כלל המערכת מבוסס על נוכחות של מוליך מוארק בין חלקיה. כיוון שהשימוש בשנאי אינו מאפשר את זיהוי מקום התקלה, יש צורך בהשגחה של חשמלאי במקרים ששיטה זו הנה בשימוש. עקב העלות היקרה של הקמת השיטה ועלות השימוש בחשמלאי, השימוש בשיטה צפה מקובל במקומות בהם הפסקת חשמל אינה באה בחשבון כמו מפעלים גדולים ובתי חולים. כמו-כן, בעבודות בנייה, השיטה יעילה בעבודות פיצוץ מאחר שתקלה בבידוד בקטע שבין מוליך לאדמה, אינה גורמת לזרם קצר גבוה, שעלול להביא להתלקחות ולפיצוץ.

7. בידוד כפול
   

   שיטת הגנה זו, בניגוד לקודמות, מסתמכת על הגנה במכשיר החשמלי עצמו ולא במתקן אליו הוא מחובר. השיטה מבוססת על בידוד נוסף בין החלק החשמלי במכשיר מטלטל לבין המעטפת שלו. את המכשירים, בדרך כלל קל יחסית לבדוק ולתחזק ולכן הסכנה פוחתת. בנוסף, תקלה במנגנונים חשמליים בתוך המכשיר אינה גורמת להעברת זרם אל גוף המפעיל. תקנות הבטיחות בעבודה - חשמל מחייבות שכל המכשירים המיטלטלים יהיו בעלי בידוד כפול או ניזונים ממתח נמוך מאד. בכל מקרה חייבים לצייד את מתקן החשמל במפסק מגן לזרם דלף.

מניעת התחשמלות - היבטים ארגוניים
בנוסף לשיטות הגנה כנגד חשמול, יש מספר היבטים ארגוניים, שהקפדה עליהם מסייעת במניעת תאונות בעבודה עם חשמל:

שקף: 14.2-2 מניעת התחשמלות – היבטים ארגוניים

לחץ על תמונת השקף לפתיחה בגודל הדפסה

1. מקצועיות - חשוב להקפיד כי במערכות חשמליות יטפלו רק חשמלאים מוסמכים, המכירים את מבנה המערכת החשמלית. בנוסף, בהפעלה של ציוד חשמלי חשוב להקפיד כי המפעילים מוסמכים לבצע עבודות במכשור זה. לפי חוק החשמל, רק חשמלאי מוסמך יטפל במעגלים חשמליים מסוג כלשהו.
2. תכנון ותיאום - לפני כל התחברות למערכת החשמל של חברת החשמל יש לבצע תיאום מוקדם עם החברה. חשוב לשמור באתר תרשימים ותכנונים של הצנרת העומדת לקום וזו הקיימת.
3. לבוש - חובה להקפיד כי העובדים בחשמל ומפעילי ציוד חשמלי יהיו לבושים בביגוד מתאים, כגון: כפפות, סוליות מבודדות וכל סוג לבוש אחר הנגזר מאופי העבודה.
4. תחזוקה - ציוד חשמלי, לרבות מכשירים, מפסקים, הארקות וציוד, צריך להיבדק באופן תקופתי, לפי הוראות היצרן ותקנות משרד העבודה. גילוי מוקדם של ליקויים קיימים או כאלה שעשויים להיווצר, עשוי למנוע תאונות רבות.
5. שמירת מקום העבודה נקי ממפגעים - לחות, רטיבות, מים ואבק עשויים לחדור לקווי החשמל ולציוד ולפגום אותו. חשוב להשגיח לפני תחילת העבודה, כי גורמים אלה אינם נמצאים במקום. חשוב גם לאחסן את הציוד במקום מתאים שהוגדר מראש ולא להשתמש בשיטות של אחסנה בארונות חשמל וכו'.
6. הדרכה - כאשר העובדים מכירים את הסכנות בעבודה עם חשמל או כל נושא אחר ומכירים את אמצעי המגן העומדים לרשותם וכן את התקנות ונהלי העבודה, הסכנות פוחתות. חשוב לקיים הדרכות תקופתיות בכל אחד מהיבטים אלה.

טיפול בנפגע התחשמלות
אם, למרות השימוש באמצעים שתוארו לעיל, עדיין מתרחשת התחשמלות, יש לדעת כיצד לטפל בנפגע ההתחשמלות:

שקף: 14.2-3 טיפול בנפגעי התחשמלות

לחץ על תמונת השקף לפתיחה בגודל הדפסה

1. ניתוק הגורם המחשמל מהנפגע - כאמור, משך הזמן בו מחובר האדם לחשמל הינו קריטי ויש לנתק אותו מהחשמל במהירות האפשרית. הדרך המומלצת לבצע זאת היא ניתוק הזרם החשמלי על-ידי מפסק ראשי או הוצאת התקע החשמלי של הגורם המחשמל. אין לנתק אדם מגורם מחשמל על-ידי דחיפה ישירה שלו, שכן הדוחף עשוי להתחבר כך למעגל החשמלי. אם הדחיפה היא דרך הניתוק המהירה ביותר, יש לדחוף את הנפגע באמצעות עצם עשוי חומר מבודד כמו מוט עץ.
2. כיבוי והסרת בגדים בוערים.
3. ביצוע החיאה - לאחר שהנפגע אינו מחובר לגורם המחשמל והוסרו ממנו בגדים בוערים, אם היו כאלה, יש להתחיל בביצוע ההחיאה. ההחיאה תתבצע לפי שלבי הטיפול המקובלים. הציוד לעזרה ראשונה חייב להימצא באתר, כפי שמפורט בתקנות.
4. עצירת דימומים - יש לבדוק האם הנפגע מדמם. יש לחפש האם הנפגע מדמם במקום כניסת הזרם וכן לחפש מקום נוסף שממנו הזרם יצא מגוף הנפגע. במקרה של דימום יש לעצור אותו.

שלב שלישי - בטיחות בעבודה בקרבת קווי חשמל

עבודה בקרבת קווי חשמל
לעתים מתבצעות עבודות בנייה במקומות בהם כבר קיימת תשתית חשמל. במקרים כאלה יש צורך להכיר את התקנות בנושא עבודה בקרבת קווי חשמל.

שקף: 14.3-1 עבודה בקרבת קווי חשמל

לחץ על תמונת השקף לפתיחה בגודל הדפסה

1. אסור לבצע כל עבודה במרחק הקטן מ-3.25 מטרים מקווי חשמל במתח עד 33,000 וולט. בקווים בהם המתח גדול מ-33,000 וולט, מרחק המינימום לביצוע עבודה הוא 5 מטרים.
2. אם תנאי השטח אינם מאפשרים שמירה על מרחקי המינימום, יש ליצור מחיצה מחומר מבודד בין קווי החשמל לבין העובדים באופן שיימנע כל מגע ביניהם. בזמן התקנת החציצה ובזמן פירוקה, יש לנתק את הקווים ממקור המתח.
3. עבודה בקרבת קווי חשמל תתבצע כך שתימנע כל נגיעה בתילי החשמל או העמודים.
4. אין לשנות את פני הקרקע בקרבת עמודי חשמל, יסודותיהם, עוגניהם או מתחת לתילי החשמל. אם שינוי כזה הכרחי, יש להצטייד באישור בכתב מחברת החשמל. אישור זה יישמר באתר בצמוד לפנקס הכללי.
5. בעבודה עם ציוד הרמה בקרבת קווי חשמל עיליים קיימת סכנה של פגיעה בקווים. מסיבה זו יש לנקוט אמצעי בטיחות מתאימים. כאשר מדובר בעגורן קבוע או עגורן נע על פסים, יש להתקין גובלי תנועה וגובלי סיבוב למניעת פגיעה בקווים. במקרים בהם מתמרן העגורן פעמים רבות מתחת לקווים, יש להעמיד אתת מוסמך שידריך את העגורנאי לבל יפגע בקווי החשמל.
6. עבודות הקשורות למערכת החשמל יתבצעו על-ידי חשמלאי מוסמך בלבד ובתיאום עם חברת החשמל במקרה הצורך.
7. ככלל, יש לוודא שכל כבל חשמלי יהיה עטוף ומוגן בכיסוי מבודד. אם תנאי הסביבה אינם מאפשרים את ציפוי הכבל, אין לאפשר עבודה של אנשים או של ציוד מכני בסמוך לכבל זה.

שלב רביעי - לוחות חלוקת זרם חשמלי

תכנון הקמתם של לוחות חשמל
בעבודות בנייה ובמבנים קיימים, אספקת החשמל מגיעה מהרשת של חברת החשמל או ממקור כוח עצמאי. כאשר החשמל מגיע מן הרשת, הזרם מגיע תחילה ללוח חלוקת חשמל ומשם מסתעף. עקב מקומו המרכזי של הלוח בתהליך אספקת החשמל חשוב להכיר את כללי הבטיחות הנוגעים לתכננו, להקמתו ולעבודה אתו:

שקף: 14.4-1 תכנון הקמת לוחות חשמל

לחץ על תמונת השקף לפתיחה בגודל הדפסה

1. על-מנת למנוע תאונות, מחדלים ואי הבנות, יש לתאם מראש עם חברת החשמל לגבי דרישות המערכת החשמלית במבנה ואופייה. יש להקפיד על תיאור מראש, בכתב.
2. המתכנן חייב לכלול בתכנון תרשים חשמלי, רשימת ציוד לעבודה, חומרי העבודה, נקודות חיבור לכבלי חשמל ועומסים צפויים. המטרה היא שמבצעי העבודה, חשמלאים בהכשרתם, יבינו את המוטל עליהם ותימנע סכנה להם או למשתמשים בלוח.
3. יש להתוות מראש צנרת תת קרקעית לאספקה הראשית ולהביא בחשבון את מיקום קורות היסוד ולוחות חלוקת הזרם במבנה. אם שהתכנון לקוי, ברור שקשה עד בלתי אפשרי, לתקן את מיקום הצנרת. כאשר אין תכניות מעודכנות של הצנרת או שיש חשש לפגיעה בצנרת, יש צורך בחפירה ידנית. כמו-כן יש לבדוק שיש סרט אזהרה לאורך הקו התת קרקעי.
4. חשוב לתכנן מראש גם את מיקומם של הלוחות המשניים ולא רק של הלוח הראשי משום שגם אליהם מגיעים ומסתעפים כבלי חשמל.
5. יש להכין מראש גומחות ודלתות מסתור עבור לוחות החשמל. כמו-כן, יש לתכנן מרווח של מטר אחד לפחות לפני הלוח לצורך גישה נוחה ובטוחה אליו. מסיבה זו בדרך כלל נהוג למקם את הלוחות באזורים כמו חדרי כניסה או חללים אחרים במטרה לחסוך בשטח יקר.
6. אם הלוח דורש גם גישה מאחור, יש להשאיר מרווח של 70 ס"מ לפחות. בדרך כלל נהוג להשאיר מרחק של מטר אחד מאחור ומטר וחצי מלפנים.

לאחר תכנון מערכת החשמל והלוחות מגיע כמובן שלב ההקמה והבנייה של הלוח. הקפדה על מספר כללים חשובה הן לבטיחות בזמן הבנייה עצמה והן לבטיחות המשתמשים העתידיים.

הקמה ושימוש בלוחות חלוקת זרם

שקף: 14.4-2 הקמה ושימוש בלוחות חלוקת זרם

לחץ על תמונת השקף לפתיחה בגודל הדפסה

1. לוח החשמל יהיה מחומר בלתי דליק או מחומר הכבה מאליו. כלל זה חשוב משום שדליקה בלוח החשמל עשויה לגרום לתגובת שרשרת ולסכן את המבנה כולו. החומרים המומלצים לבניית לוח החשמל הם פח או חומרים פלסטיים משוריינים.
2. הסביבה של לוח החשמל צריכה להיות מוארת ומאווררת. חשובה מאד ההקפדה על המרחקים מהקירות והתקרות, שצוינו קודם לכן.
3. לפני התקנת הלוח יש לבדוק את תקינותו. בדרך כלל דבר זה מתבצע במקום ייצורו.
4. לוחות חשמל יהיו מוגנים במיוחד מפגיעות מכניות, במיוחד בעבודות בנייה, בהן סכנות כאלה הנן מרובות.
5. הלוח יהיה מוגן גם מפני התזה של מים וחומרים אחרים. גם מקרים אלו נפוצים בעבודות בנייה ויש לתת עליהם את הדעת. חשוב להקפיד גם על שמירה של הלוח מפני חלודה.
6. חובה לסמן על-גבי הלוח את המבטחים והמפסקים של כל מעגל לשם זיהוי חלקי הבניין אליהם הם מחוברים.
7. חובה להתקין בכל לוח מפסק ראשי.

לוחות חלוקת זרם למכשירים מיטלטלים המוחזקים ביד

ברבות מעבודות הבנייה, משתמשים במכשירים מיטלטלים, המחוברים ללוח חלוקת זרם נפרד, שיכול להיות מיטלטל או קבוע. ישנן מספר תקנות הנוגעות ללוחות כאלה:

שקף: 14.4-3 לוחות חלוקת זרם למכשירים מיטלטלים המוחזקים ביד

לחץ על תמונת השקף לפתיחה בגודל הדפסה

1. הלוח יצויד במפסק מגן, המופעל על-ידי זרם דלף, ברגישות מקסימלית של 0.03 אמפר.
2. יש לבדוק את תקינות המפסק אחת לחודש לפחות באמצעות לחיץ הביקורת שלו.
3. תקעים הניזונים מהלוח יצוידו אף הם במפסק מגן דומה.
4. אם לוח החשמל מיטלטל, עליו להיות מסוג II.

ההגדרה בתקנות הבטיחות בעבודה קובעת כי סוג זה הנו: "ציוד חשמלי המיועד לזינה במתח נמוך, שחלקיו החיים מבודדים בבידוד כפול או בבידוד מוגבר".

לוח חשמל

1. יש להציב את הלוח על משטח או מבנה אשר יבטיחו את יציבותו.
2. המשטח יהיה מחומר מבדד בלתי דליק או כבה מאליו.
3. הלוח יותקן כך, שלא יסכן את סביבתו ולא יושפע ממתקנים אחרים כגון צנרת מים, גז, מי שופכים, אוויר דחוס, קיטור.
4. הלוח יתוכנן בידי חשמלאי בלבד, ייבנה, יותקן ויתוחזק בידי חשמלאי או בפיקוחו.
5. הלוח ימוקם כך, שתתאפשר גישה נוחה לכל חלקיו למטרות תפעול ותחזוקה, מאוורר ומואר בצורה נאותה.
6. לא יונח כבל או פתיל חשמלי בתוך שלולית מים או נוזלים אחרים .

ביצוע הארקת הגנה
לוח חשמל ראשי יקבל הזנה ממקור חברת החשמל (שנאי) על ידי כבל בעל ארבעה מוליכים בלבד: שלוש פאזות ומוליך אפס.
בלוח חשמל ראשי - מבצעים חיבור הארקה בקרבתו, כלומר אינו מקבל הארקה מחברת החשמל.
הארקת ההגנה היא זו של הצרכן. יש לחבר לוח חשמל ראשי לאדמה באחת משתי האפשרויות הבאות:

1. חיבור באמצעות אלקטרודות אנכיות לתוך האדמה (בדרך כלל בלוח זמני)
2. חיבור ליסודות הבניין (הארקת יסוד בבניין - לוח קבוע).

עד לאחרונה השתמשו בצנרת מים כאלקטרודה. כיום משתמשים בצינורות אל-מתכתיים. בהתאם לכך נדרשת התקנת אלקטרודה מקומית. האלקטרודה צריכה להיות מנחושת בעלת שטח חתך 95 ממ"ר לפחות ובאורך 1.20 מ' או 2.5 מ'. אם שכבות הקרקע העליונות הנן בעלות מוליכות טובה כגון קרקע רכה, אפשר לנצל אותן ולבצע החדרה אלכסונית בזווית של 30 מעלות לפני הקרקע במקום החדרה ישירה לעומק.
מוט הארקה יחובר לפס השוואת הפוטנציאלים אשר בלוח החשמל הראשי זמני על ידי מוליך נחושת שזור חשוף 95 ממ"ר לפחות. יש להתקין שוחת הגנה סביב האלקטרודה לצורך הגנה בפני פגיעה פיזית ולמנוע ניתוק המוליך מהמוט.
פס השוואת פוטנציאלים בלוח חשמל ראשי זמני או קבוע יהיה מנחושת 40x4 מ"מ לפחות.
לפס השוואת פוטנציאלים יחובר מוליך הארקה בצבע צהוב/ירוק, שישמש מוליך הארקה ראשי לכל לוחות החשמל המשניים באתר הבנייה.

לפס השוואת פוטנציאלים יחובר מוליך אפס של חברת החשמל או גנרטור נייד ובנוסף יחובר מוליך בצבע צהוב/ירוק שיהווה מוליך הארקה ראשי. מוליך זה, ירכז את כל הארקות מלוחות חשמל משניים זמניים באתר.

שלב חמישי - סיכום וחזרה