מערכות הארקה

הארקה (בלועזית: Earthing או (Grounding היא פעולה הגנתית נפוצה במערכות חשמליות המתבצעת באמצעות יצירת חיבור בין גוף שמתקיימת בו הולכה חשמלית ובין הקרקע, באמצעות העברת הזרם החשמלי דרך מוליך חשמל בעל התנגדות נמוכה. מערכות הארקה מסוגים שונים הן רכיב חיוני בשמירה על בטיחותם של צרכני חשמל בסביבה ביתית ושל עובדים בסביבה תעשייתית. למעשה, החוק מחייב התקנת הארקה בכל בית מגורים בישראל. להלן סקירת מנגנון הפעולה של טכניקת ההארקה, סוגיהן השונים של המערכות הקיימות בשוק ועמידה על חשיבותה של פרקטיקה זו במשקי החשמל למיניהם.

כיצד פועל מנגנון ההארקה?

במערכות אלקטרוניות, זרם החשמל נוצר בעקבות תנועה של מטען חשמלי במורד מפל המתחים בין נקודות שונות ברחבי המעגל האלקטרוני, מנקודה בה הפוטנציאל החשמלי גבוה לנקודה בה הפוטנציאל החשמלי נמוך יותר. הייחודיות של הקרקע בהנדסת חשמל היא שמסת כדור הארץ יכולה לתפקד כמוליך חשמל בעל פוטנציאל כמעט אפסי. מטרתו של חיבור כבל הארקה למעגל חשמלי היא לייצר עבור מטענים בלתי רצויים נתיב הולכה בהתנגדות נמוכה ככל האפשר שיקשר אותם מהמערכת האלקטרונית אל הקרקע.

באופן שגרתי, תנועתו של זרם חשמלי במערכת אלקטרונית היא תופעה רצויה, אלא שייתכנו מצבים בהם נהיה מעוניינים בקטיעתה ובניתוב המטען החשמלי אל מחוץ למעגל. מצבים אופייניים לכך הם תקלות טכניות במערכת החשמלית המביאות לדליפה של מתח חשמלי לסביבה החיצונית וכן התרחשויות של נחשולי מתח, העשויים להיגרם מפגיעות ברקים, מפריקות אלקטרו-סטטיות ואף ממיתוג שגרתי במערכת חשמלית. במקרה של נחשול מתח, מנגנון ההארקה יתפקד כמגן ברקים, יקלוט את עודפי המתח מהמערכת ויוביל לפריקתם בקרקע מבלי לחולל נזק.

כבל ההארקה מאופיין ברמת מוליכות גבוהה וברמת התנגדות נמוכה. למעשה, ככל שההתנגדות של כבל ההארקה נמוכה יותר, כך גדלה יכולת המעבר של זרם חשמלי דרכו בתנאים של רמת מתח קבועה. רמת ההתנגדות החשמלית נמדדת ביחידות Ohm, המסומנות באות היוונית Ω וקרויות על שמו של הפיזיקאי הגרמני גאורג סימון אוהם. תקנות החשמל בישראל מחייבות כי מידת ההתנגדות החשמלית של מערכות הארקה שונות ביחס למסה הכללית של הקרקע תעמוד על ערך מקסימלי של חמישה או עשרים Ohm, בהתאם לסוג המערכת.

סוגים שונים של מערכות הארקה

קיימים ארבעה סוגים מרכזיים של מערכות הארקה. בכולם יש זהות בעקרונות הבסיס – הובלת עודפי מתח מתוך המערכת האלקטרונית לעבר הפוטנציאל החשמלי הנמוך של הקרקע באמצעות כבל הארקה בעל התנגדות נמוכה – וההבדל ביניהם נעוץ במסלול הספציפי שעובר הזרם בדרכו אל הקרקע ובנקודה במערכת החשמלית אליה מתחבר כבל ההארקה.

• הארקת יסוד – במודל זה, שהוא הנפוץ ביותר בבתי מגורים בישראל, כבל ההארקה מוביל את הזרם אל הקרקע דרך יסודות המבנה. בעבר הייתה הארקה זו מחוברת לצינורות המים שהיו עשויים מתכת, ומאז שהתחלפו בפלסטיק היא נעשית באמצעות ריתוך למוטות הברזל ביסודות הבניין. בכל שקע ביתי ניתן להבחין בהארקה בחיבור התחתון מבין השלושה, מתחת לכבל הפאזה ולכבל האפס.
• הארקת הגנה – זהו מודל שהיה הנפוץ ביותר בישראל עד שנות השמונים, במסגרתו ההארקה ממוקמת בלוח החשמל, שם הנתיכים מחוברים לכבל הארקה המוביל את הזרם לפס השוואת פוטנציאלים הממוקם בקרקע. היא מתאימה למבנים מיושנים יותר שאין להם יסודות בקרקע.
• הארקת שיטה – במודל זה נעשה שימוש במערך של מחוללים וממירי מתח להארקת מקור המתח אל אלקטרודות מתכת הנעוצות בקרקע. טכניקה זו היא היקרה ביותר והיא מתאימה בעיקר לתחנות כוח ולרשתות חשמל.
• הארקה באמצעות שיטת האיפוס – במסגרת מודל זה מחוברים חלקי המתכת של המכשיר החשמלי למוליך איפוס, המתחבר לפס השוואת פוטנציאלים שמוצב בכניסה למתקן. מפס ההשוואה יוצא כבל הארקת יסוד סטנדרטי המוביל את הזרם אל הקרקע. מערכת כזו נחשבת למתקדמת יותר והתקנתה דורשת קבלת אישור מיוחד מחברת החשמל.

אלו יתרונות מספקת מערכת ההארקה?

בראש ובראשונה, הארקה מתוכננת היטב העומדת בתקנים המחמירים ביותר מספקת רמה הולמת של בטיחות לחיי אדם. מאחר וגוף האדם הוא מוליך חשמל, בהיעדר הארקה עודפי זרם עלולים לעבור דרכו אל האדמה ולהביא להתחשמלות. השפעותיה של תאונה שכזו על גוף האדם יהיו בהתאם לרמת המתח ולעוצמת הזרם והן עשויות לנוע מנעילת שרירים וקשיי נשימה דרך כוויות חמורות ואובדן הכרה ועד פרפור חדרים ודום לב. כאמור, כל בית מגורים מחויב על פי חוק בהתקנת מערכת הארקה, למניעת סכנת פציעה ואף מוות.

בנוסף, מעבר זרם עודף בתוך מערכות אלקטרוניות שאינן מותאמות להכלה שלו עלול לפגוע בהן באופן משמעותי. פעילותן הסדירה עלולה להיות מופרעת ואף מופסקת לפרק זמן ממושך ובמקרים מסוימים הן עלולות להיות מושבתות באופן קבוע ולסבול מנזק בלתי הפיך, כאשר הרגישות של מערכות עדינות ומורכבות יותר תהיה גבוהה יותר. התקנת מערכת הארקה מתאימה תבטיח את שלמותו של ציוד אלקטרוני יקר ותפחית את עלויותיהם של ביצוע תיקונים בעקבות תקלות חשמליות.

מעבר לכך, נוכחותה של מערכת הארקה תקינה ומתפקדת תגביר את האמינות של מערכות אלקטרוניות ותוודא פעילות סדירה ורציפה. כמו כן, במקרה של מערכות מורכבות, ישנו חשש להפרעה לפעילות התקינה של המערכת האלקטרונית בעקבות חדירת מטען חשמלי חיצוני, כמו ממעגל אחר הממוקם בסמוך לה. שימוש במערכת הארקה לקליטת עודפי הזרם תפחית את האפשרות להפרעות מסוג זה.

על מנת לוודא את שלמות המערכת, יש לבצע בדיקות תקופתיות לתקינות מערכת ההארקה כדי להבטיח את שמירת הרכוש והנפש לאורך זמן. ישנו צורך מידי בהזמנת חשמלאי מוסמך במקרה של הבחנה בסימנים מחשידים בנוגע לפעילות ההארקה, כמו זרמים המועברים בעת מגע במכשיר חשמלי, תופעה של קצרים חשמליים וקפיצת מפסקים או הבחנה בחלקי שקעים שרופים.