שנאים: החישובים, ההגנות, התקנות ו-24 שאלות פתורות

קבוצת חיבורים שונה פירושה הפרש זווית בין מתחי המשניים (בדרך כלל 30° או כפולותיה). מתח ההפרש נופל רק על עכבות הפיזור הזעירות של שני השנאים, ולכן יזרום ביניהם זרם השוואה בסדר גודל של זרם קצר — גם בלי עומס כלל. עליית ההפסדים ותגובת ההגנות הן תוצאות משניות של אותו זרם.

תנאי חובה מוחלטים הם רק זהות המתחים הנקובים בשני הצדדים (כלומר יחס השנאה זהה) וזהות קבוצת החיבורים עם התאמת סדר הפאזות. יחס הספקים עד 1:3 וסטיית %Uk עד 10% מהממוצע הן המלצות תכנוניות שמונעות חלוקת עומס לא יעילה — לא דרישות "בהכרח".

מתח קצר 6% אומר שב-6% מהמתח הנקוב זורם זרם נקוב, ולכן במתח מלא יזרום פי 1/0.06. In = 630000/(√3·400) = 909.3A; Ik = 909.3/0.06 = 15,155A ≈ 15.16kA. בדיקה חוזרת דרך ההספק: Sk = 630/0.06 = 10.5MVA ⇒ Ik = 15.16kA. (בהזנחת עכבת הרשת שלפני השנאי.)

שלוש הדרגות 23,100 / 22,000 / 20,900 הן ±5% סביב 22kV. המתח המשני שיתקבל: 400·22000/23100 = 381V ; 400V ; 400·22000/20900 = 421V. כל השלושה בתוך תחום הסטייה המותר של ±10% (360–440V), ולכן מתח שנמדד שונה מהרגיל אינו בלתי תקין ואין חובת שינוי דרגה או הפסקת עבודה.

כששני שנאים זהים מוזנים ללוח משותף דרך קטעי מתח נמוך שונים באורך, העכבה הכוללת של כל זרוע היא Z_שנאי + Z_כבל. אם עכבות הכבלים שונות, הזרוע בעלת העכבה הקטנה תיקח עומס גדול יותר והשנאים ייעמסו לא שווה. הקובע הוא העכבה, לא המרחק כשלעצמו.

העומס המועבר = 2×470 = 940kVA על שנאי 630kVA ⇒ העמסה של 149%, כלומר 50% מעל הנקוב. העומס המקדים היה 470/630 = 74.6% ≈ 75%. בטבלה שבשאלה, שורת 75% (טמפ' שמן 68°C), טור "50% min." ⇒ 8 דקות.

Dy11 = ראשוני במשולש (D), משני בכוכב (y). מבין ארבע התצורות: א' משולש→משולש (Dd), ב' כוכב→כוכב (Yy), ג' משולש→כוכב (Dy), ד' כוכב→משולש (Yd). רק ג' היא D→y, ולכן התשובה נקבעת גם בלי לבדוק את מספר השעון. הספרה 11 מציינת שווקטור המשני מקדים את הראשוני ב-30°.

חלוקת העומס ∝ Sn/uk: 630/4 = 157.5 ; 630/5 = 126 ; 400/4 = 100 (Σ = 383.5). השנאים עם uk=4% מגיעים ראשונים לעומס נקוב והם החוסמים: S_total = 630·383.5/157.5 = 1534kVA. בחלוקה זו T1 = 630 (100%), T2 = 504 (80%), T3 = 400 (100%). הסכום האריתמטי 1660kVA הוא המלכודת — הוא מתעלם מהפרש ה-uk.

כיוון הסיבוב של מנוע השראה נקבע על ידי סדר הפאזות ולא על ידי הצד שבו מבצעים את ההחלפה. החלפה בין שני מופעים כלשהם הופכת את הסדר מ-ABC ל-ACB, וההיפוך מועבר דרך השנאי בכל קבוצת חיבורים ומופיע גם במשני. לכן שני החשמלאים צודקים.

ההגנה מבוססת על חוק הזרמים של קירכהוף: היא משווה את הזרמים הנכנסים והיוצאים מאזור ההגנה, לאחר תיקון ליחס ההשנאה ולהיסט הפאזה. בתקינות הסכום הווקטורי ≈ 0; כל קצר בתוך האזור — דו-פאזי, תלת-פאזי, מופע-אדמה או קצר בין ליפופים — יוצר זרם דיפרנציאלי ומפעיל אותה מיידית. היא אינה הגנת עומס יתר ואינה מגיבה לקצר חוץ-אזורי.

סליל כיבוי (פטרסן) שייך אך ורק לרשת האפס: הוא מבטל את זרם הקיבול לאדמה ומגביל את זרם הקצר החד-פאזי לאדמה. קצר דו-פאזי אינו כולל את האדמה — זרמו נקבע על ידי עכבת הקצר של השנאי והרשת ומגיע לקילו-אמפרים, ואין בו רכיב אפס. לכן ההגנה שפועלת היא הגנת זרם יתר, ולא הגנה ואט-מטרית או הגנות פחת כיווניות.

כאשר ליפוף המ"ג הוא משולש אין נקודת כוכב פיזית, ולכן אין מה להאריק ואין דרך לזהות זרם אפס. שנאי זיגזג בנוי משני חצאי-ליפוף בכל מופע על ליבות שונות בכיוונים מנוגדים: לזרם סימטרי העכבה גבוהה מאוד ולזרם רצף אפס העכבה נמוכה — ומתקבלת נקודת אפס נגישה. דרכה מאריקים ישירות, דרך נגד או דרך סליל כיבוי.

שנאי זרם הוא בקירוב מקור זרם: הזרם הראשוני נכפה על ידי הרשת ואינו תלוי בעומס המשני. בפתיחת המשני נעלם ה-MMF המאזן, הליבה נכנסת לרוויה עמוקה, הפסדי הברזל גדלים וגורמים לחימום, ובכל מעבר-אפס של השטף נוצר du/dt חד המשרה בהדקים מתח שיא של מאות וולט עד כמה קילו-וולט — ובנוסף אובדן המדידה וההגנה. לכן מקצרים משני CT לפני פירוק מכשיר, ואסור להתקין בו מבטח.

שנאי מתח הוא בקירוב מקור מתח, מוזן במתח קבוע ועובד בשטף כמעט קבוע מתחת לרוויה. פתיחת המשני = הורדת העומס לאפס: זורם רק זרם ריקם קטן, אין רוויה, אין חימום ואין מתחי יתר — הנזק היחיד הוא אובדן המדידה ושלילת מתח ההשוואה מהגנות התלויות בו. המצב המסוכן הוא ההפוך: קיצור משני של VT שקול לקצר, ולכן הוא מוגן בנתיך. זו הדואליות מול CT.

בידוד אמיתי מתנהג כקבל עם אובדנים. הזרם הכולל מקדים את המתח בזווית φ<90°, וההפרש δ = 90°−φ הוא זווית האובדנים: tan δ = I_R/I_C — היחס בין רכיב הזרם ההתנגדותי (שמתבזבז כחום בבידוד) לרכיב הקיבולי. גידול ב-tan δ מעיד על רטיבות, זיהום, הזדקנות השמן והנייר או התפרקויות חלקיות.

ללא הארקת שיטה (שיטת IT) נקודת האפס מבודדת מהאדמה ומתחי מופע-אדמה נקבעים רק על ידי קיבולי הזליגה. כאשר L1 מקוצר לאדמה, פוטנציאל האדמה נצמד ל-L1: לכן L1-E = 0, ואולטמטר בין L2 לאדמה מודד בפועל את המתח השלוב 400V, וכנ"ל L3. מתחי הצרכן עצמם (230V מופע-אפס, 400V שלוב) אינם משתנים וההזנה נמשכת — זהו יתרון ה-IT — אך בידוד L2 ו-L3 נדרש לעמוד ב-400V מול אדמה.

תקנה 6(1) קובעת גובה מזערי של 2 מטרים לחדר חשמל. תקנה 8, העוסקת בחדר חשמל המשמש שנאי, פותחת ב"נוסף על האמור בתקנה 6" ואינה קובעת דרישת גובה שונה — ולכן חלה עליו אותה דרישה של 2 מטרים.

התקנות מגבילות את מספר השנאים בחדר חשמל המשמש שנאי לשלושה. זו תקנה החלה על בניין רב קומות; במקומות אחרים היא מאומצת כפרקטיקה ולא כחובה.

נתוני היצרן (הספק נקוב, עליית טמפרטורה) תקפים לתנאי שירות נורמליים, שביניהם גובה של עד 1000 מטר מעל פני הים. הר החרמון גבוה מכך, ולכן נדרשת התייחסות מיוחדת — הקטנת הספק או שיפור קירור לפי מקדמי התיקון לגבהים.

המרחק האופקי המזערי בין מבנה מאוכלס לדופן חדר השנאים תלוי במספר השנאים: 5 מטר לחדר עם 1-2 שנאים ו-6 מטר לחדר עם 3 שנאים. כאן 2 שנאים ⇒ 5 מטר.

התקנה מחייבת שמפלס הרצפה שבו מותקן שנאי המכיל נוזל בידוד וקירור יהיה בין מפלס גישה לרכב כיבוי אש לבין 4 מטרים מתחתיו. קומה עליונה נמצאת בהכרח מעל מפלס זה, ולכן שנאי שמן פסול שם; שנאים יבשים אינם כלולים בהגבלה ומותרים.

חדר חשמל המשמש שנאי חייב לעמוד בדרישות תקנה 8 בנוסף לדרישות תקנה 6 — ותקנה 6 מחייבת קיר, רצפה ותקרה מחומר לא דליק ועמידי אש 120 דקות לפחות. התקנות אינן פוטרות חדר על גג המבנה ואינן תולות את הדרישה בשאלה אם הקירות מהווים הפרדת אש כלפי חלק אחר של המבנה.

במפסק מחלף תלת-קוטבי מוליך האפס אינו מנותק, ונקודת האפס של הגנרטור מחוברת דרך קבע לפס האפס — כך שהארקת השיטה של השנאי משמשת גם את הגנרטור. במפסק ארבע-קוטבי גם האפס מנותק, ובזמן הזנה מהגנרטור נקודת הכוכב שלו נשארת צפה. לכן כדי להכשיר את המפסק הארבע-קוטבי בלי לשנות את הלוח הראשי, יש להוסיף הארקת שיטה לגנרטור עצמו.

התקנות אוסרות במפורש להאריק את גרעין הברזל של שנאי מבדל מסוג I ומחייבות לבודד אותו מהארקה; במקביל נדרש סיכוך בין הליפוף הראשוני למשני, המחובר למהדק מבודד מגוף השנאי. לכן לא לפס השוואת פוטנציאלים ולא לפס ההארקות.