רשת החשמל

כבר עמדנו על כך שאת האנרגיה הדרושה לנו לניהול חיינו אנו מקבלים בצורה של חשמל. גם דנו בשאלה מדוע נבחר דווקא החשמל להיות ה מדיום האנרגטי השולט בחיינו – בגלל שקל להוליך אותו מאתרי הייצור למקומות הצרכנות. אם כך, התכונה הזו של החשמל – שקל להוליך אותו למרחקים עם הפסדים מועטים יחסית – היא התכונה הדומיננטית שלו. במאמר זה נלמד על המערכת שבה מוזרם החשמל מאתרי הייצור לאתרי הצריכה – רשת החשמל.

כאמירה כללית, ניתן לומר שמערכת החשמל מורכבת מ- 3 מקטעים עיקריים:

• מקטע הייצור

• מקטע ההולכה

• מקטע החלוקה

ברורה לנו החלוקה בין מקטע הייצור למקטע ההולכה. אלו שתי דיסציפלינות שונות לחלוטין. אבל מדוע נדרשת עוד אבחנה בין מקטע ההולכה למקטע החלוקה? ובכן, זה נובע מהצורך לנהל באופן יעיל את הולכת החשמל על פני מרחקים גדולים בתוך המדינה. כעת נלמד מדוע.

הערה מקדימה: המאמר הזה לא יהיה מדויק ב- .100% מדוע? כיוון שברשתות ההולכה והחלוקה יש סוגים

שונים של ציוד ונתונים בהתאם לצורך, וכל אמירה גורפת שלנו תהיה נכונה ברוב המקרים, אבל אולי לא בכולם. מכיוון שזה מאמר של 4 דפים בלבד, ולא התמחות בהנדסת חשמל/זרם חזק, אנחנו נדבר באופן כללי שכמעט תמיד נכון, אבל נדגיש שיש חריגים ויוצאי דופן.

מטרות רשת החשמל

לרשת החשמל יש 2 מטרות עיקריות:

1. להוליך את החשמל למרחקים ארוכים עם הפסדי הולכה מינימליים.

2. להגיע אל כל צרכן וצרכן ולספק לו את החשמל שהוא זקוק לו.

כפי שנראה להלן, אלו 2 דרישות שיש ביניהן התנגשות. עוד נבין למה. אבל ראשית, בואו נבין מהם הפסדי

הולכה.

הפסדי הולכה

הלוואי שכל החשמל שמיוצר בתחנות הכוח היה מגיע בשלמותו אלינו. זה לא קורה. הסיבה הינה שלכבלי

החשמל, בהם זורם החשמל אלינו, יש התנגדות חשמלית (נכנה אותה בקצרה התנגדות). ההתנגדות גורמת

לחלק מהחשמל בזורם בכבלים להפוך לחום, ולא להגיע לצרכן. מילה אחרת "להתבזבז".

זו תופעה בלתי נמנעת. אנחנו לא יכולים להימנע ממנה לחלוטין. אבל אנחנו יכולים להקטין אותה ואת הנזק

הכלכלי שהיא יוצרת. ניסויים שערכו אבותינו מהנדסי החשמל בתחילת המאה ה- 20 הראו כי הדרך הטובה

ביותר להקטין את הפסדי ההזרמה הינה להעלות את המתח. ככל שהמתח גבוה יותר הפסדי ההולכה קטנים

יותר וניתן להוליך את החשמל למרחקים ארוכים יותר עם הפסדים נמוכים יותר.

אבל... המתח הגבוה יצר בעיה. הוא מייצר קרינה אלקטרו- מגנטית (נכנה אותה בקיצור קרינה). ככל שהמתח

גבוה יותר הקרינה חזקה יותר ומגיעה רחוק יותר מהכבלים שבהם היא נוצרת. והקרינה הזו היא רעה מאוד.

היא מסרטנת, משבשת את ה- DNA, מעלה את כמות המומים בילודים, ומי יודע מה עוד. לא סימפטי.

לכן, בעוד המתח הגבוה משרת אותנו כדי להוליך חשמל למרחקים ארוכים בהפסדים מינימליים, הוא יוצר בעיה צאמיתית כשצריך להכניס אותו לערים ולמרכזי אוכלוסין כדי להזרים אותו לאתרי הצרכנות.

לזה התכוונו כשאמרנו שיש התנגשות בין 2 המטרות של רשת החשמל.

אז מה עושים? הפתרון הינו לבנות את רשת החשמל באופן מדורג: את ההולכה מתחנות הכוח, דרך שדות

ושטחים פתוחים, נעשה עם מתח גבוה מאוד, עד שנגיע לפאתי הערים והישובים. שם נוריד את המתח לרמה

פחות גבוהה ופחות קורנת, ונכניס אותו אל הרחובות כדי לחבר אותו לצרכנים. המרחק מפאתי העיר אל הצרכנים אינו כה גדול וההפסדים שם פחות כואבים.

כל רשתות החשמל בעולם בנויות לפי העיקרון הזה. אבל לפני שנתקדם, בואו נלמד לרגע איך מעלים מתח ואיך מורידים אותו.

הרכיב החשמלי שמעלה ומוריד מתח נקרא שנאי. שנאי הוא התקן חשמלי שניתן להכניס מתח מסוים מצד אחד, ולהוציא מתח אחר (נמוך או גבוה יותר – הכל לפי תכנון השנאי) מהצד השני. אנחנו מוקפים בשנאים בחיינו הפרטיים. כיוון שהמתח בשקעים שלנו הינו 230 וולט, ומכשירי החשמל שלנו לא בהכרח עובדים במתח זה, אז יש לנו שנאים קטנים מכל עבר: במטען של הטלפון הנייד, במטען של המחשב הנייד, במכשיר הטלוויזיה, בתנור המיקרו-גל... בכל מקום.

אלה שנאים אלקטרוניים כי הם קטנים מאוד. יש בתוכם מעגלים אלקטרוניים שמשנים את המתח. אבל שינוי

מתח גבוה לא יכול להיעשות (עדיין) באמצעים אלקטרוניים ויש לעשות שימוש בשנאים מסורתיים גדולים

וכבדים. לא נאריך מילים על איך בנוי שנאי גדול, רק נציין שהוא מורכב מליבת ברזל (או שתי ליבות) שסביבן

כרוכים תילים מנחושת בכל צד (כניסה ויציאה, או מבוא ומוצא בז'רגון מקצועי). האופן שבו בנויה הליבה, מספר כריכות ליפופי התיל, ועוד משתנים שונים קובעים את היחס בין המתח הנכנס והיוצא בשנאי. כל המבנה הזה נמצא בתוך תא סגור בעל צלעות קירור ומלא בשמן לקירור.

להלן תמונה של שנאי מתח:

בתמונה רואים את הדקי הכניסה לשנאי (מאחור), 3 הדקי היציאה מלפנים, וצלעות הקירור.

בואו נחזור לענייננו. כעת בואו נראה תיאור סכמטי של רשת החשמל:

להלן ביאור של הסכמה:

החשמל מיוצר בתחנת הכוח (משמאל), המתח מועלה ע"י שנאים למתח המתאים להולכה למרחקים גדולים,

בפאתי הערים הוא מונחת למתח המתאים לחלוקת חשמל בעיר ע"י שנאים נוספים, החשמל מוכנס לעיר ע"י

עמודי חשמל קטנים יותר ושם מחולק לצרכנים.

כעת, בואו נקרא לגורמי השונים בשמם המקצועי:

החשמל יוצא מתחנת הכוח הינו במתח שנקרא מתח על , מתח של 400,000 וולט או 400 קילוולט.

המתח הזה מגיע לתחנת שנאים בקרבת תחנת הכוח שנקראת תחנת מיתוג , בה הוא מורד למתח שנקרא

מתח עליון (באנגלית High Voltage או HV), מתח של 161,000 וולט או 161 קילוולט. המתח הזה יוצא

בכבלים למרחקים ארוכים אל פאתי הערים. קווי המתח העליון הם עמודי החשמל הגדולים שאנו רואים לצידי

הדרכים. מקטע זה של הרשת נקרא מקטע ההולכה .

להלן תמונה של קו מתח עליון:

קווי המתח העליון מגיעים אל פאתי הערים, לתחנות השנאה שנועדו להוריד את המתח של הקו לפני הכנסתו

לתוך העיר. התחנות הללו נקראות תחנות משנה, או בקיצור תחמ"ש (באנגלית Sub-station). הן מורידות

את המתח העליון (161kV) למתח גבוה של 22,000 וולט או 22 קילוולט (באנגלית Medium Voltage או MV). שימו לב כי מה שקרוי מתח גבוה בעברית הוא מתח בינוני באנגלית.

להלן תמונה של קו מתח גבוה:

קווי המתח הגבוה הרבה יותר נמוכים וקטנים מקווי המתח העליון. בתמונה זו רואים בבירור שנאי התלוי עליו.

את קווי המתח הגבוה אפשר להכניס לתוך הערים, אבל אי אפשר להשתמש במתח גבוה בבתים. אומנם, יש

צרכנים גדולים המקבלים מחח"י חשמל במתח גבוה (בעיקר מפעלים גדולים, או מחלקים כדוגמת קיבוצים),

אבל בתים מקבלים תמיד חשמל במתח נמוך . מתח נמוך (באנגלית Low Voltage או LV) הוא מתח של 400

וולט, וזה המתח שיש לנו בבית.

כאן אני בטוח שיש השואלים את עצמם למה המתח בבית הוא 400 וולט, אם כל ילד יודע שהמתח בבית הוא

230 וולט . התשובה הינה כי המתח התלת פאזי או 400 וולט, אולם המתח החד פאזי הוא 230 וולט.

רשת החשמל עוברת שינויים כבירים בשנים האחרונות. ממבנה של רשת קלאסית, שבה החשמל זורם בכיוון

אחד בלבד – מתחנות הכוח למוקדי הצרכנות – אנו עוברים אט אט למבנה של רשתות דו כיווניות, שבהן חלק

מהצרכנים הם גם יצרנים, כי יש להם מערכות סולאריות המוכרות חשמל לרשת. אם פעם חח"י היתה

היצרן (Producer) והאזרחים היו הצרכן (Consumer), הרי שכיום יש אזרחים שהם גם צרכנים וגם יצרנים

.(Prosumer, מילה חדשה שהיא הלחם של Producer ו- Consumer)

יותר מכך, כיום יש יצרני חשמל פרטיים (כמו דליה, דוראד ואחרים) שמוכרים חשמל ללקוחות קצה דרך הרשת

של חח"י. ואולי בעתיד יוכל כל אחד מאיתנו שיש לו מערכת סולארית למכור חשמל באופן פרטי בדיוק באותו

האופן.

זה כבר דורש שדרוג של רשת החשמל לרשת חכמה ( Smart Grid), ועל כך בפעם אחרת.