מערכת מדידת חשמל עם שנאי זרם (CT): איך בוחרים, מתקינים ומגדירים נכון

מה זה שנאי זרם ולמה משתמשים בו?

מונה אנרגיה לא יכול להעביר דרכו מאות אמפרים. שנאי הזרם מקטין את הזרם שבכבל לזרם קטן ובטוח באותו יחס, והמונה מכפיל אותו בחזרה לפי היחס שהוגדר בו.

שנאי מפוצל (Split Core) נפתח ונסגר סביב כבל קיים, ולכן אפשר להתקין אותו בלי לנתק את הכבל מהמפסק. זה הופך אותו לפתרון הנפוץ להוספת מדידה ללוח קיים.

• צריכה לפי קו או מבנה: כמה צורך כל לוח, מבנה, ענף או דייר — בסיס לחלוקת עלויות ולחשבונות פנימיים.
• מערכת סולארית: כמה מייצרים, כמה צורכים וכמה מוכרים לרשת, בזמן אמת.
• איזון בין פאזות: לראות איזו פאזה עמוסה יותר ולהעביר עומסים לפני שמפסק קופץ.
• ניטור ציוד: משאבות, מדחסים, מזגנים ומכונות: זרם חריג מסמן תקלה מתפתחת.

עיקרון הפעולה

שנאי זרם עובד על אותו עיקרון כמו כל שנאי: זרם חילופין בכבל יוצר סביבו שדה מגנטי. הטבעת עשויה מליבה מגנטית שמרכזת את השדה הזה, ובתוכה מלופפת מראש סליל יציאה עם הרבה כריכות.

הכבל שעובר דרך הטבעת הוא „הצד הראשי”, והסליל שבתוך הטבעת הוא „הצד המשני”. הזרם במשני קטן מהזרם בכבל באותו יחס שבין מספר הכריכות. בשנאי 600:5, כשבכבל עוברים 600A, ביציאה עוברים 5A; כשבכבל 300A — ביציאה 2.5A. היחס קבוע, ולכן המונה יכול לחשב בחזרה את הזרם האמיתי.

השנאי לא נוגע בכבל חשמלית ולא מנתק אותו — הוא רק „מרגיש” את הזרם דרך השדה המגנטי. בגלל זה אפשר למדוד זרמים של מאות אמפרים במונה קטן, והמונה עצמו לא נמצא במסלול של הזרם הגבוה.

איך בנויה מערכת המדידה

כל הנתונים במערכת מתחילים בשנאי ובהגדרה שלו במונה. אם היחס במונה לא תואם לטבעת, כל שלב אחריו מציג נתונים שגויים באותה מידה, גם כשהמסכים נראים תקינים.

• שנאי זרם: טבעת על כל כבל פאזה. מקטינה את הזרם לזרם קטן ובטוח באותו יחס.
• מונה אנרגיה: מקבל את הזרם מהטבעות ואת המתח של כל פאזה, ומחשב זרם, הספק, cosφ ו־kWh לפי היחס שהוגדר בו.
• תקשורת: המונה שולח את הנתונים — בכבל Modbus, ב־Wi-Fi, בסלולר או ב־LoRaWAN — לשרת או לבקר.
• מערכת ניהול: מסך או אפליקציה שמציגים צריכה לפי קווים ומבנים, דוחות והתראות.

הגדלת התמונה

איך קוראים את המדבקה

• יחס, למשל 600:5: כשבכבל עוברים 600A, ביציאה של השנאי עוברים 5A. כל 1A ביציאה מייצג 120A בכבל. המספר הראשון הוא הזרם הראשי, השני הוא היציאה: 5A או 1A.
• Burden, למשל 0.5VA: כמה עומס השנאי מסוגל להזין במעגל היציאה בלי לאבד דיוק: הכניסה של המונה יחד עם החוטים. ב־5A ו־0.5VA ההתנגדות הכוללת חייבת להיות עד כ־0.02 אוהם בלבד.
• דרגת דיוק, למשל 0.5: הדיוק המלא מובטח בטווח העבודה העליון של השנאי. בזרם של 5% מהנומינלי התקן מתיר לדרגה 0.5 שגיאה של עד 1.5%, ומתחת לזה הדיוק כבר לא מוגדר.
• 600V CAT III: רמת הבידוד. מתאים להתקנה על כבלים בלוח ראשי או בלוח משנה.
• S1 / S2: שני חוטי היציאה אל המונה. ברוב הדגמים S1 לבן ו־S2 שחור, אבל תמיד בודקים לפי המדבקה.

הגדלת התמונה

בוחרים שנאי לפי זרם העבודה

הדיוק הטוב ביותר מתקבל כשהזרם שעובר בקו בעבודה רגילה קרוב לזרם הנומינלי של השנאי. כלל אצבע: הזרם המקסימלי הצפוי יהיה בערך 50%–100% מהנומינלי. למשל, לקו שעובד עד כ־80A מתאים שנאי 100:5, ולקו של כ־400A — שנאי 500:5 או 600:5.

שנאי גדול מדי על קו עם זרם קטן עובד בתחתית הטווח שלו, והמדידה פחות מדויקת. לכן בוחרים את השנאי כבר בתכנון, לפי זרם העבודה של כל קו. אם נדרש דיוק גם בזרמים נמוכים מאוד, למשל לחיוב, בוחרים שנאי בדרגה 0.5S.

דוגמה במספרים: שנאי 600:5 בדרגת דיוק 0.5. התקן מגדיר לדרגה הזו שגיאה מותרת של עד 0.5% בזרם הנומינלי, עד 0.75% ב־20% ממנו ועד 1.5% ב־5% ממנו. מתחת ל־5% — כלומר מתחת ל־30A בשנאי של 600A — השגיאה כבר לא מוגדרת בכלל, ובשנאים רגילים היא יכולה להגיע לכמה אחוזים, ומשפיעה גם על חישוב ההספק וה־kWh.

שנאים טובים אינם זולים, במיוחד שנאים אירופיים עם תעודה. בשנאי איכותי מצוין שהוא עומד בתקן IEC/EN 61869-2 — התקן הבינלאומי לשנאי זרם, שמגדיר את דרגות הדיוק — ובדרגה המוצהרת, למשל 0.5S או 0.2S. כשהמדידה משמשת לחיוב, באירופה גם המונה עצמו צריך אישור MID (הדירקטיבה האירופית למכשירי מדידה). שנאי זול בלי תקן מוצהר עלול לא לעמוד בדיוק שכתוב על המדבקה.

לעומת זאת, שנאי 100:5 על אותו קו של 15A עובד ב־15% מהנומינלי, ביציאה יש 0.75A, והשגיאה המותרת נשארת בסביבות 1%. כמה זה בכסף: קו של 10A ב־230V שעובד ברציפות צורך כ־1,650 kWh בחודש. שגיאה של 5% היא כ־80 kWh בחודש שנרשמים לא נכון — על כל קו.

מה מגדירים במונה — הטעות הנפוצה ביותר

בשדה שנקרא במונים שונים CT Primary, CT1, CT Ratio או לפעמים „זרם מקסימלי”, מזינים את המספר הראשון מהמדבקה של השנאי המותקן. בשדה CT2 או CT Secondary מזינים את היציאה: 5 או 1.

לא מזינים את הזרם שעובר בפועל בקו, ולא מספר שהופיע כדוגמה בסרטון או במדריך. אם בסרטון מופיע 400/5A, זו דוגמה. אם מותקנת טבעת 600:5 — מגדירים 600.

אם יש במונה שדה נפרד של התראה או של Max Demand, שם כן מזינים את הזרם המקסימלי של הקו. זה שדה אחר, שלא משפיע על המדידה.

מה קורה כשההגדרה לא תואמת לשנאי

המונה מכפיל לפי מה שהוגדר בו, ולכן כל הקריאות — זרם, הספק ו־kWh — יוצאות באותה טעות קבועה. דוגמאות: הוגדר 400 ומותקנת טבעת 500:5 — הקריאות נמוכות ב־20%. הוגדר 400 עם טבעת 600:5 — נמוכות ב־33%. הוגדר 500 עם טבעת 600:5 — נמוכות בכ־17%.

הטעות קבועה, ולכן קל לתקן גם נתונים שכבר נאספו: מכפילים אותם ביחס האמיתי חלקי היחס שהוגדר. 500 חלקי 400 = הכפלה ב־1.25; 600 חלקי 400 = הכפלה ב־1.5; 600 חלקי 500 = הכפלה ב־1.2.

כשמחליפים טבעות במתקן קיים, עדכון ההגדרה במונה הוא חלק מההחלפה. כדאי לרשום ליד המונה איזה שנאי מותקן ומה הוגדר.

איך החשמלאי בודק שהשנאים מודדים נכון

הבדיקה נעשית אחרי ההתקנה וההגדרה, כשבקו יש עומס רגיל. החשמלאי משווה בין מה שהמונה מציג לבין מדידה עצמאית.

• בדיקה בעין: כיוון החצים: על גוף כל טבעת יש חץ. בהתקנה נכונה כל החצים מכוונים לאותו כיוון — מהרשת אל העומס, כלומר מהמפסק הראשי או מהכניסה אל הצרכנים. חץ הפוך בטבעת אחת הוא הסיבה הנפוצה להספק שלילי בפאזה.
• השוואה למלחציים: בכל פאזה מודדים את הזרם במלחציים מכויל ומשווים לזרם שהמונה מציג באותה פאזה. הפרש של אחוזים בודדים תקין. הפרש קבוע של 17%–33% בכל הפאזות מצביע כמעט תמיד על יחס שגוי שהוגדר במונה.
• הספק חיובי: כשהקו צורך חשמל, ההספק בכל פאזה צריך להיות חיובי. הספק שלילי בפאזה אחת הוא סימן לכיוון הפוך של הטבעת או להחלפה בין S1 ל־S2.
• התאמה בין טבעת לפאזה: מדליקים או מכבים עומס ידוע על פאזה אחת ובודקים שהשינוי מופיע במונה באותה פאזה. אם הוא מופיע בפאזה אחרת — הטבעות לא מחוברות לכניסות הנכונות.
• ערכים הגיוניים: מקדם ההספק (cosφ) צריך להיות סביר לסוג העומס, והקריאות יציבות. קריאות קופצות או cosφ חריג מצביעים על חיבור לא נכון.

שאלות נפוצות