מושגי יסוד בחשמל ביתי | חלק א'

[admin]

שלום לחברי הפורום,

לאחרונה נתקלתי במספר מקורות מידע בנושא חשמל ביתי וניסיתי לרכז את הדברים הבסיסיים שלמדתי. זהו מדריך בסיסי ממש ולא מעמיק.

חשוב להדגיש: אינני חשמלאי או איש מקצוע מוסמך בתחום! המידע שאני משתף כאן הוא להבנה כללית בלבד ואין להסתמך עליו לביצוע עבודות. ייתכנו אי-דיוקים או טעויות בהבנה שלי, לכן אשמח מאוד לתיקונים והבהרות מאנשי מקצוע בתחום.

️ אזהרה חשובה - קראו לפני שממשיכים ️

חשוב לציין שלפי החוק אסור לאדם שאינו מוסמך להתעסק בעבודות חשמל. בניגוד למקצועות שירות אחרים כמו נגרות או צביעה, חשמל (וכן גם גז והדברה) דורשים רישיון מקצועי.
על פי החוק מותר להחליף נורה, אבל אסור להחליף את בית המנורה. אסור לגעת במערכת החשמל הביתית - שהיא המערכת הפשוטה ביותר עם המתח הנמוך ביותר ביחס לתעשייה.
הסמכת חשמלאי בסיסית דורשת לא מעט שעות למידה.

מהו חשמל ביתי?

במקום להסתבך בהסברים מדעיים מסובכים, ננסה להתייחס לזה בצורה כמה שיותר פשוטה:
חשמל ביתי הוא סוג של אנרגיה שנעה דרך כבלי החשמל שטמונים בקירות של הבית ומאפשרת הפעלה של של מוצרי חשמל - החל ממטען לטלפון, דרך תאורה, ועד למכשירים גדולים כמו מקרר ומכונת כביסה.

זו אנרגיה שכולנו מודעים לסכנות שלה כשלא משתמשים בה נכון.

אפשר לדמות את זה לצנרת מים - כשם שמים מגיעים אלינו על ידי צינור מרכזי של חברת המים ואז זורמים אצלינו בקירות ומגיעים בסוף לברזים שאנחנו משתמשים בהם, כך גם החשמל מגיע מכבל מרכזי של חברת החשמל, "זורם" אצלינו בקיר דרך כבלי החשמל ומגיע לנקודות הקצה - השקעים - שבהם אנחנו משתמשים.

מושגי יסוד בחשמל

וולט (V) - "החום" של החשמל -
וולט הוא המונח שמתאר את מתח החשמל (מסומן באות V).
אפשר לדמות את זה ל"טמפרטורה" של החשמל. אם נחזור לאנלוגיית המים - בעוד שעוצמת זרם המים קובעת כמה ברזים אפשר לפתוח בו-זמנית, ה"טמפרטורה" של החשמל (הוולט) מתארת את עוצמת ה"חום" שלו.
בבתים בישראל יש מתח של כ-220-240 וולט בשקעים. זה נחשב למתח גבוה שמסוכן למגע ישיר.
לשם השוואה- באמריקה המתח בשקעים הוא רק 110 וולט (בערך חצי מהמתח בישראל). סוללת AA או AAA רגילה מספקת רק 1.5 וולט (מתח נמוך שאפשר לגעת בו בבטחה). סוללת "קרונה" (9V) - אם נוגעים בה עם הלשון אפשר להרגיש עקצוץ קל, אבל באצבע לא מרגישים כלום

התחשמלות מ-220 וולט יכולה לגרום לפגיעות משמעותיות בגוף ואף להיות קטלנית עד כדי מוות - ממש לא כדאי לנסות...

וואט (W) -
וואט הוא מדד להספק החשמל. מסמנים אותו באות W (באנגלית: watt).
זה בעצם מספר שמראה כמה חשמל צורך המכשיר בו אתם משתמשים.
על כל מכשיר חשמלי כתוב בדרך כלל את ההספק שלו.
הואט הוא למעשה הצד השני של האמפר. אמפר מגדיר את כוח החשמל שנכנס לבית, וואט מגדיר כמה חשמל צורך כל מכשיר.

אמפר (A) -
אמפר הוא מדד לעוצמת הזרם החשמלי. זה מתייחס לכמות החשמל שמגיעה לבית, ובפועל משפיע על כמה מכשירים אפשר להפעיל בו-זמנית.
יש קשר ישיר בין אמפר לוואט - אפשר להמיר ביניהם ולחשב כמה מכשירים (לפי הספק בוואט) אפשר להפעיל בהתאם לאמפר הזמין בבית.

הנוסחה היא: וואט (W) = וולט (V) × אמפר (A)
בישראל, המתח הסטנדרטי הוא כ 230V, ולכן:

1 אמפר שווה בערך ל-230 ואט
10 אמפר שווים בערך ל-2,300 ואט
16 אמפר שווים בערך ל-3,680 ואט
25 אמפר שווים בערך ל-5,750 ואט
וכן הלאה...

כמה דוגמאות של צריכה ממוצעת של מכשירי חשמל נפוצים:
מטען לטלפון: 5-15 ואט, נורת לד: 5-15 ואט, מקרר אינוורטר: 100-200 ואט בממוצע אך בזמן התנעה יכול להגיע ל-700 ואט, תנור אפייה: 2000-2500 ואט, קומקום חשמלי: 1500-2200 ואט.

מכשירים עם גופי חימום צורכים משמעותית יותר חשמל מכל מכשיר אחר.

מעגל חשמלי -
מעגל חשמלי הוא מסלול סגור (כמו עיגול) שבו זורם החשמל. אם נדמיין מקור חשמל (כמו ארון החשמל) ונורה, החשמל צריך לזרום ממקור החשמל אל הנורה וגם לחזור למקור החשמל.
כאשר המעגל סגור - הנורה דולקת. אם המעגל נפתח בנקודה כלשהי (כמו מפסק/מתג שתפקידו לפתוח ולסגור את המעגל) - הנורה נכבית מיד.
חשוב לדעת: אם מחברים ישירות את צד הכניסה של החשמל עם צד היציאה ללא צרכן חשמל (כמו נורה) באמצע - נוצר קצר חשמלי! זהו מצב מסוכן שיכול לגרום לפיצוץ.

סוגי חוטים במעגל חשמלי
במעגל חשמלי ביתי ישנם שלושה סוגי חוטים:

1. פאזה (L - Live)
   החוט שמוביל את החשמל "החי" אל הצרכן. בדרך כלל בצבע חום או שחור.
   מסומן באות L (Live - חי). זהו החוט המסוכן ביותר.

2. אפס (N - Neutral)
   החוט שמחזיר את החשמל למקור, בדרך כלל בצבע כחול, מסומן באות N (Neutral - ניטרלי). לא מוליך חשמל כשהוא אינו מחובר למעגל
   חשוב להבין: בניגוד לפלוס ומינוס במצבר של רכב, בחשמל ביתי יש פאזה ואפס. האפס הוא לא "מינוס", הוא פשוט ניטרלי - אין בו כלום.

3. הארקה (PE - Protective Earth) -
   "קו החיים" של מערכת החשמל.
   חוט בטיחותי שתפקידו להגן עלינו מפני התחשמלות, בדרך כלל מזהים אותו בקלות בצבע צהוב-ירוק (צבע "אזהרה" שקל לזכור), משמש כמעין "שסתום ביטחון" לפריקת מטען חשמלי עודף.
   ההארקה, היא בעצם פטנט שנועד למנוע מאיתנו להתחשמל. היא עוזרת לפרוק חשמל סטטי או מטען חשמלי עודף. למשל, כשמשתמשים במקדחה חשמלית, החיכוך והעבודה של המנוע יכולים ליצור מטען חשמלי עודף במעטפת המתכתית של המכשיר. בלי הארקה, המטען הזה עלול "לקפוץ" אלינו ולגרום להתחשמלות.
   מה שמעניין הוא שההארקה בסופו של דבר פשוט מחברת את המטען העודף הזה לאדמה - או דרך צינורות מתכת של מערכת המים, או דרך מוטות הברזל שבתוך הבטון ביסודות הבניין. האדמה, מסתבר, היא סוג של "בור בלי תחתית" לחשמל - היא פשוט סופגת את המטען הזה ומפזרת אותו. קצת כמו שברקים בסופו של דבר תמיד "נספגים" באדמה.

חד פאזי ותלת פאזי -
בעבר, בשנות ה-40 וה-50, היו בבתים מעט מאוד צרכני חשמל - אולי כמה מנורות, מאוורר תקרה וטייפ. לכן לא היה צורך באספקת חשמל גדולה לבתים.
עם השנים והתפתחות הטכנולוגיה, נוספו יותר ויותר מכשירי חשמל - תנור אפייה, מכונת כביסה, מקרר, מזגנים, מייבשי כביסה ועוד. כתוצאה מכך, נדרש יותר חשמל לבתים.
פעם הסטנדרט היה אספקת חשמל של 25 אמפר לבית (חד-פאזי), אך כיום בתים רבים מחוברים לתלת-פאזי שמספק יותר חשמל ומאפשר חלוקת עומסים טובה יותר.

חד פאזי - מורכב מקו פאזה אחד, אפס והארקה, הספק מקסימלי של כ-25 אמפר (כ-5,750 ואט), כל צרכני החשמל בבית מחוברים לאותו קו.

תלת פאזי - מורכב משלושה קווי פאזה שונים (בנוסף לאפס והארקה), הספק מקסימלי של כ-3×25 אמפר = 75 אמפר (כ-17,250 ואט),כל אחת מהפאזות מספקת 25 אמפר. אפשר לחלק את העומסים בין הפאזות השונות (למשל: פאזה 1 למטבח, פאזה 2 לחדרי שינה, פאזה 3 למכשירים גדולים).
במפעלים וכדומה יש מכונות מיוחדות שצורכות הרבה חשמל שתוכננו לעבוד עם שלוש פאזות בו-זמנית. מכשירים אלה אינם מתחברים לשקע רגיל אלא דורשים חיבור מיוחד שכולל את כל שלוש הפאזות יחד. יש להם תקע מיוחד (לא כמו התקע הרגיל שיש לנו בבית) והם צורכים חשמל משלוש הפאזות בו-זמנית.

AC וDC
DC (Direct Current) - זרם ישר - זרם חשמלי שזורם בכיוון אחד בלבד, כל הזמן. דמיינו מים שזורמים בצינור בכיוון אחד קבוע.
משתמשים בDC למכשירים אלקטרוניים, כמו סוללות (AA, AAA, סוללת טלפון), מצברים (במכוניות), יואסבי, אחרי מטען (מה שהמטען של הטלפון מוציא). המעגלים האלקטרוניים זקוקים לזרם יציב, רכיבים כמו מעבדים ושבבים פועלים על DC.

AC (Alternating Current)- זרם חילופין - זרם חשמלי שמחליף את כיוונו שוב ושוב במחזוריות קבועה. דמיינו מים שנעים הלוך ושוב בצינור, פעם ימינה ופעם שמאלה. משתמשים בAC ברשת החשמל בבית. קל להעלות ולהוריד את המתח באמצעות שנאים, וניתן להעביר את הזרם למרחקים ארוכים בהפסדים נמוכים.

---

אני מקווה שהסיכום הזה עזר לכם להבין קצת יותר על עקרונות החשמל הביתי. אני באמת מדגיש שוב - אינני איש מקצוע, ויתכן שהבנתי דברים לא במדויק או אפילו טעיתי בפרטים מסוימים!

אשמח מאוד לתיקונים, הבהרות והארות מחשמלאים מוסמכים או אנשים בעלי ידע בתחום.

זכרו תמיד - בסוף כשמדובר בחשמל, אין תחליף לחשמלאי מוסמך. זה עניין של הבטיחות שלכם, של המשפחה שלכם ושל הבית כולו.

[אורח פורח]

תיקון חשוב מאוד
חשמל 230V הוא מסוכן מאוד ויכול לגרום למוות! המפתח הוא 1A! ובגלל שיש לנו פחת שמקפיץ כבר ב 0.03A בתקוה שהוא תקין אז אין סכנה
אבל בגלל הסיכון כל טיפול בחשמל הפקק למטה עם חיים לא משחקים!.
הנדסאי חשמל בגולה.

[admin]

@אורח-פורח כתב במושגי יסוד בחשמל ביתי:

תיקון חשוב מאוד
חשמל 230V הוא מסוכן מאוד ויכול לגרום למוות! המפתח הוא 1A! ובגלל שיש לנו פחת שמקפיץ כבר ב 0.03A בתקוה שהוא תקין אז אין סכנה
אבל בגלל הסיכון כל טיפול בחשמל הפקק למטה עם חיים לא משחקים!.
הנדסאי חשמל בגולה.

ברוך הבא לפורום, מקווה שתרגיש כאן בבית ולא רק כאורח פורח..
ובכל מקרה, תמיד נשמח לארח מקצוענים כמוך.
תודה על תגובתך המחכימה, ערכתי את המדריך בהתאם והדגשתי את העניין.

[אלי]

@admin כתב במושגי יסוד בחשמל ביתי | חלק א':

אפשר לדמות את זה ל"טמפרטורה" של החשמל. אם נחזור לאנלוגיית המים - בעוד שעוצמת זרם המים קובעת כמה ברזים אפשר לפתוח בו-זמנית, ה"טמפרטורה" של החשמל (הוולט) מתארת את עוצמת ה"חום" שלו.

אני נוהג להסביר עם אנלוגיית המים שהמתח - וולט מקביל ללחץ המים בצנרת - bar, וההספק מקביל לרוחב הצנרת שקובע את הכמות המסופקת.

איך זה נשמע לך?

[יעקב ישראל]

@admin מדריך ממש יפה ייש"כ

[רפאל 0]

אשמח להקביל בצורה קצת יותר מקצועית את מערכת החשמל למערכת המים.
כבר בהתחלה אכתוב - אין דימוי במערכת המים למושג "הספק"

זה קצת ארוך, אבל השתדלתי להיות ברור ולכתוב מעניין. תכינו כוס קפה ובואו.

אולי נתחיל עם המושג: זרם.
אם אקח מזרק (כמו של תרופות) שיש לו מיכל של ליטר, ואני ילחץ את המזרק כך שבתוך 5 שניות המזרק יתרוקן
ואח"כ פתחתי את הברז, ומלאתי ספל של ליטר אחד, ולקח לזה, נניח, 5 שניות.
בין שני אלו, למי יש זרם יותר חזק?
אז למרות שתנועת המים במזרק יהיה יותר אינטנסיבי ומתפרץ, למעשה עוצמת הזרם היא בדיוק אותו דבר...
זרם - פירושו כמות שעוברת בפרק זמן מסויים. כמו במים, גודל הזרם הוא - ליטר ל 5 שניות .
אז בשונה ממה שאנחנו רגילים לדבר, זרם זה לא עוצמת הדחף וההתפרצות של המים, אלא כמות מים שעוברת בפרק זמן מסויים (כדי להגדיר זרם, צריך 2 פרמטרים: יחידת מידה (ליטר, למשל), ויחידת זמן (שנייה, למשל)).
ובכל זאת: למה במזרק המים יוצאים 'כתינוק הבורח מבית הספר', ובברז הוא יוצא יחסית בנחת? התשובה היא, שנתוני הסביבה של המזרק שונים מאוד מהנתונים של הברז... המזרק צריך לעבוד פי כמה וכמה מהברז כדי להצליח להפיק את אותה זרם (כמות מים לשנייה) כמו של הברז.
קודם כל, הניקוז של המזרק הוא קטן פי כמה פעמים מזה של הברז... כמו כן, בגלל הוואקום שבתוך המזרק, די מתבטל אצלו כח המשיכה ש'יעזרו' למים לצאת. הברז, בד"כ, הוא נמוך יותר ממאגר המים מה שגורם למים לנוע, בלחץ כמויות המים שבמאגר ובגלל הפרשי הגובה, החוצה.
ולכן, כדי להשיג את אותה תוצאה במזרק כמו בברז, צריך להפעיל יותר כח ואנרגייה, וזה הסיבה שהמים יוצאים יותר באינטנסיביות.

ובכן, בואו נדבר על חשמל. גם בחשמל יש זרם. אמנם לא של מים, אבל בהחלט תנועה בתוך החוטים. בתוך המוליכים זורמים 'מטענים חשמליים'. כל מטען מורכב ממספר אסטרונומי של אלקטרונים . אני לא יודע איך נקרא המספר הזה, אבל הוא מספר של 21 ספרות, עם 19 אפסים!!!.
זרם חשמלי גורם לתנועת מטענים, פיזית, בתוך המוליכים.

ומה גודל הזרם? אז המדידה נעשית ביחידות של מטענן לשנייה. כלומר, כמות המטענים שעוברים בכל שנייה. למשל: 12 מטענים לשנייה.
ואז ביום בהיר החליטו חברי קבינט החשמל ש"מטען לשנייה" זה מידי קשה להגייה. אז הם קבעו מילה חדשה, לזכרו של פיסיקאי צרפתי מפורסם: אמפר.
אמפר הוא בעצם מילת קיצור ל'מטען לשנייה'. 5 אמפר = 5 מטענים לשנייה.

אז בהקבלה למים - הזרם מתאר את כמות המים/מטענים שעובר בצינור בכל שנייה.

עכשיו. במים אנחנו יודעים מה גורם למים לנוע ממקום למקום. הפרשי גובה, לחץ על הידית של המזרק, משאבות מים, חוק כלים שלובים, ועוד ועוד. כל אלו משפיעים על הזרם של המים, ליותר חזק או לפחות חזק. איך זה עובד בחשמל?
אז בשביל זה צריך לדעת מה גורם בכלל לתנועה מטען חשמלי. בחשמל זה עובד על חוקים פיזיקליים אחרים. אסביר בקצרה את העיקרון: כל אטום יש לו צורך במספר מסויים של אלקטרונים (לא פחות ולא יותר). ואם יש אטום שחסרים לו אלקטרונים, הוא ינסה למשוך מהאטומים שלידו את האלקטרונים שלהם (ואם משום מה יש לאטום מידי הרבה אלקטרונים, הוא ינסה לדחות את המיותרים ממנו). אז במעגל חשמלי יש נקודה שמדמה חוסר באלקטרונים (בצורות שאכמ"ל), ואז האטומים האלו מושכים אלקטרונים מהאטומים שלידם, מה שגורם להם להיות 'חסרי אלקטרונים', אז הם גם מושכים מאלו שלצידם, וכך הלאה, ואז נוצר בעצם מעגל של אלקטרונים שנעים במעגל.
ובכן, הכח ש'מושך' את האלקטרונים יש גודל מסויים. הוא יכול להיות חזק יותר, או חלש יותר. ככל שהוא יהיה חזק יותר הוא בעצם יוכל למשוך יותר אלקטרונים. כלומר, יותר מטענים. כלומר, לגרום לזרם חזק יותר.
זה נקרא 'מתח חשמלי' - הכח שקיים בין 2 נקודות של מוליך. , ויחידות המידה שלו הוא 'וולט'. וכאמור, הכח במדינת ישראל הוא 230V.

עכשיו. כמו שבמים יש דברים שגורמים לתנועה איטית/מהירה יותר של המים, ככה בדיוק זה בחשמל. הכח 230V הוא הכח הכללי. אבל גדול הזרם מושפע מעוד דברים. ככל שהחוט עבה יותר, קצר יותר, קר יותר, ועוד מגוון משפיעים, כך הזרם יהיה גדול יותר.

אחרי כל זה, המשל של המזרק והברז לא ממש מתאים כאן. כי במשל הצלחנולהגיע בברז ובמזרק לאותו זרם. ואיך? בעקבות שינוי של הכוחות הפועלים. בחשמל הביתי זה אחרת, כי במקרה הזה הכח נשאר קבוע.
אלא אמשול לכם למה הדבר דומה - למערכת מים ביתית שהולכת לכמה נקודות מים. חלקם בעלי צינורות עבים יותר, חלקם בעלי פתח יציאה גדול יותר, וכיוצ"ב.
כעת ברור שלמרות שהכח שדוחף את המים נשאר אותו דבר, עדיין הזרם בכל נקודה תהיה שונה. והנמשל מובן. יש צרכנים שיכולים להוליך יותר זרם (כמו גופי חימום למשל), ויש צרכנים שקשה מאוד לזרם לעבור שם.

עד כאן על זרם ומתח.

קצת קשה להסביר מה זה הספק, אבל ההגדרה היא: כמות האנרגייה שמושקעת לצורך ביצוע עבודה. ובדומה לזרם, היא ביחידת זמן.
כלומר: כדי שמשהו יזוז, יש צורך באנרגייה. ויחידות האנרגייה הוא ג'אול.
ההספק מתאר את כמות הג'אולים שהושקע במשך שנייה אחת. חברי קבינט החשמל הנ"ל החליטו גם ש 'ג'אול לשנייה' זה מידי צורם, וקבעו מילה אחרת: וואט. וואט = ג'אול לשנייה. 2 וואט = 2 ג'אולים לשנייה.
בסופו של דבר, זה מה שאנחנו משלמים. על ההספק החשמלי. כמות האנרגייה החשמלית שהשתמשנו.
אין לזה כ"כ מקביל למערכת המים. כי במערכת המים אנחנו משלמים על כל ליטר מים. בחשמל, זה לא מעניין אף אחד כמה היה הזרם החשמלי. זה מעניין כמה אנרגייה צרכת.

וצורת החישוב כמה אנרגייה השתמשנו הוא פשוט, וכבר נאמר: המתח החשמלי כפול הזרם, זה האנרגייה שנצרכת.

מקווה שהובנתי. אם יש לכם שאלות, מוזמנים