איכות החשמל

איכות החשמל הפכה להיות נושא הדגל של הכלכלה המודרנית ותנאי מוקדם ליחס בין תקנים בין הלקוח והספק בכל תחומי הממשק, ובכלל חשוב זה אספקת ואמינות אספקת חשמל עבור קטגוריות שונות.

באופן עיקרי, תפעולם של כל מתקן או ציוד חשמלי עלול להיפגע מאיכות אספקת החשמל ירודה, החל מקווי הייצור בתעשייה וכלה במחשבים אישיים,מכשירי  וידיאו וכד'.מידת הפגיעה תלויה בגורמים רבים וביניהם רגישות או תהליך הייצור להפרעות באספקת חשמל.

נושא איכות אספקת החשמל אינו נושא חדש, והוא קיים מאז המצאת החשמל אך בשנות 1830 בגרמניה החלה המודעות לאיכות החשמל , לאחר שימוש המתרחב בציוד אלקטרוני חדיש בכל מגזרי הממשק, שתפעולו התקין של חלק גדול ממנו תלוי באיכות אספקת החשמל, מדובר ב- (מתמרים,מיישרים, וציוד אלקטרוני….),ההתפתחות הטכנולוגית ומגמה התחרותית הולכת וגוברת בכל תחומי המשק,הביאו ליצירת סטנדרטיים  חדשים של איכות מוצרים ושירותים.

דבר זה הביא את חברות החשמל בעולם וביניהן חברת החשמל לישראל, להשקיע משאבים רבים בשיפור איכות החשמל ללקוחותיהן.זאת, במסגרת מדיניותן השיווקים להיענות לציפיות הלקוחות עד כמה שניתן.

אולם אין כל אפשרות מעשית לספק חשמל באיכות אידיאלית, העונה על כל דרישות הלקוחות, הואיל ולשם כך יידרשו השקעות עתק במערכות אספקת החשמל. מבחינה כלל-משקים, אין כל הצדקה בהשקעות אלו כדי להשקיע את רמת האיכות הנדרשת על –ידי קומץ צרכנים רגישים, כאשר הרוב המוחלט של צרכני החשמל אינם זקוקים לכך.

מונחים ורלוונטיים הקשורים לאיכות אספקת חשמל ושימוש נכון בהם:

1. ערכים נומינליים וסטייה מותרתהערכים הנומינאליים של מאפייני איכות החשמל הם אלה שעל-פיהם צריך הלקוח לתכנן את מתקניו,כך שיפעלו לשביעות רצונו  ; זאת בהתחשב בסטיות המותרות שנקבעו באמנה שבין חברת החשמל ללקוחותיה או בדרך אחרת.המאפיינים הטכניים של אספקת החשמל הם:- התדר הנומינלי בכל מערכת האספקה הוא HZ50 בגבולות של % 0.5+ עד 0.6%-.- המתחים הנומינלי בהדקי הלקוח   מתח נמוך 230 וולט 400/וולט ל- 10%   מתח גבוה 12.6 ק"ו,22.0 ק"ו 33.0 ק"ו ל-10%. 
2. איכות אספקת החשמל ((Power Qualityקיימת ההגדרות שונות לאיכות החשמל , איכות זו היא מונח החובק את מכלול האפיון של אספקת אנרגיה חשמלית ללקוח, בנוסף מבטא המונח את מידת השפעתם של מערכת אספקת החשמל ושל המשתמש הסופי בחשמל על ביצועי מתקן החשמל. 
3. אמינות האספקה ( Reliability of Supply )רציפות קיום המתח על הדקי הצרכן. 
4. לקוח (Customer)אדם או ארגון הרוכש אנרגיה חשמלית מחברת החשמל. 
5. צרכן (Consumer)מתקן חשמלי שנמצא בחצרי הלקוח. ו. הדקי הצרכן ( (Point of Common Couplingנקודת החיבור בין רשת החשמל לבין מתקן הצרכן. ז. צרכן מתח נמוך [גבוה]צרכן שמערכת המניה שלו מחוברת למתח נמוך {גבוה}. ח.הפרעה  אלקטרומגנטית (Electromagnetic Environment)תופעות אלקטרומגנטית שעלולה לפגום בביצועיהם של ציוד, התקן או מערכת. ט. סטייה מותרת ( Permissible Deviation)שינוי מרבי מותר מערכו הנומינאלי של אחד ממאפייני איכות החשמל. 

1. הפרעת חשמל ( (Electrical Disturbanceשינוי בערכו של מאפיין מעבר לסטייה המותרת. 
2. מתח נומינאלי ( (Nominal voltageמתח שמאפיין רשת לחלוקה ולמסירת חשמל מבחינת תכנון ותפעול וכן כשערך יחוס למאפייני מתח אחרים. 
3. תת- מתח ( (Under Voltageשערכו נמוך מ-90% מהמתח הנומינאלי במשך למעלה מ- 5 שניות. 
4. שקיעת מתח ( (Voltage-Dip,Sagירידה של מעל 10% ועד 90% במתח הנומינאלי, הנמשכת בין 0.5 שניות לדקה אחת. 
5. מתח- יתר ( (Over Voltageשערכו יותר מ- 110% מהמתח הנומינאלי במשך למעלה מ-5 שניות. 
6. גלי מתח יתר ( (Transient Over Voltageשינוי חולף באמפליטודת גל המתח מעל הסטייה המותרת שנמשך בין 1msec,10msec. 
7. אסימטריה של מתחים ( (Voltage Fluctuationשינויי מתח חולפים, אקראיים או מחזוריים. 
8. הפסקת חשמל ( (Power Interruptionירדת בעוצמת המתח האפקטיבי עד לערך של 0 וולט בקירוב.                       – הפסקה קצרה ( (Short Interruption                          הפסקה לפרק זמן של עד 180 שניות.

• הפסקה חולפת ( (Transient Interruption   הפסקה קצרה לפרק זמן של עד 0.5 שניות.
• הפסקה ממושכת ((Long Interruptionהפסקת חשמל לפרק זמן שעולה על 180 שניות.
• הפסקה מתוכננת ( (Planned Interruptionהפסקת חשמל ממושכת לצורך ביצוע עבודות במערכת. סטיות מהערכים הנומינליים ומקורןסטיות מערכים נומינאליים של מאפייני האנרגיה החשמלית המתרחשות מדי פעם הן תופעה טבעית כל מערכת ציבוריות לאספקת החשמל .גורמי הסטיות רבים, והן מתחלקות על-פי מקורן לשתי קבוצות: 

1. סטיות שמקורן ברמות ההעמסה ובאפיוני מערכת הייצור, ההשנאה , החלוקה והמסירה של החשמל וכן בתקלות המתרחשות במערכות אלה עקב ברקים,רוחות,שרפות,פגיעות בקווי רשת וכו'. ריחוקו של הצרכן ממקור הזינה (תחנת המשנה) משפיע גם הוא על רמת סטיית המתח.
2. שינויים שמקורם בציוד החשמלי המופעל אצל הלקוחות, אשר  במהלך פעולתו התקינה גורם להפרעות ברשת אספקת החשמל, וביניהן: תנודות עומס, עיוות הרמוני והבהובי מתח. סטיות מתחהמתח הנומינאלי בהדקי הצרכן יכול להשתנות באופן אטי, כמו במקרים של תת-מתח-יתר, או באופן מהיר במקרים של שקיעות מתח, גלי מתח-יתר ותנודות מתח. אשר הגורם העיקרי לשינויי מתח אטיים הם שינויים בעומסים הצרכנים המוזנים מרשת החלוקה. במהלך שינויים אלה משתנה העמסת הקווים ( דבר הקורה באיטיות לאורך היממה), וכתוצאה מכך משתנה מפל המתח לאורך הקווים ועימו המתח בהדקי הצרכן . שינויי מתח אטיים על הדקי הצרכנים ברשתות מתח גבוה ונמוך עשויים להגיע עד 10% . ערך זה נקבע במדינות אירופה ובישראל כסטיית מתח מרבית.לעיתים גורם ניתוק מוליך האפס עקב תקלה לשינויי מתח אטיים. במקרה זה, הצרכנים המחוברים אתרי נקודת הניתוק מוזנים ב-"זינה צפה" , והמתח הפאזי שלהם תלוי באיזון העומסים בין הפאזות. בפאזה העמוסה ביותר, המתח עלול לרדת בעשרות אחוזים מתחת למתח הנומינאלי, ולהפך- בפאזה עמוסה ביותר מינימאלית ,המתח עולה. הסיבה לניתוק במוליך האפס היא פגיעה מכאנית ברשת החשמל או שחרור מוליך האפס ממהדק הרשת. 

• מתח יתרמתח יתר מופעי בדרך –כלל  בשעות השפל בנקודות חיבור של צרכני מתח נמוך, הנמצאים בקרבת שנאי החלוקה. מתח יתר מופעי גם עקב גודל לא מתאים של קבלים לתיקון מקדם הספק COS θ במתקני הצרכנים וכיוון שגוי של מחליף דרגות שנאי החלוקה. 
• הרמוניותההרמוניות נובעות מעיוות הצורה הסינוס של גל המתח או הזרם, כתוצאה מהפעלת התקנים בעלי אפיון מתח זרם לא ליניארי וביניהם: קונווקטורים (Converters ), ספקי כוח המצוידים במישור סיליקון מבוקר (R.C.S) או וסתי מהירות אלקטרוניים, תנורי קשת חשמלית ושנאים רוויים. התקני אלה, הפועלים ברובם אצל הלקוחות, יוצרים גלים הרמוניים, שתדירותם כפולות שלמות של תדר הרשת (50 הרץ). גלים אלה חודרים לרשת אספקת חשמל וגורמים לעיוות הצורה של גל המתח ולפקוד לא תקין של מקני הלקוחות האחרים.