איכות חשמל, הרמוניות ומקדם הספק
מבחן הרישוי בחשמל · 24 שאלות · 24 בוודאות מלאה
✦ בנוי על ידי פהד גאנם ✦
📝הפתרונות שלפניכם הם הצעת פתרון. הם נכתבו ונומקו בידי פהד גאנם ואינם דגם התשובות הרשמי של מאגר השאלות. תקנות מתעדכנות, ונוסח של שאלה אפשר שיתפרש ביותר מדרך אחת, ולכן יש לראות בכל פתרון הצעה מנומקת ולא הכרעה מחייבת.
אשמח על עדכון או הצעה לתיקונים בכתובת
fahed.ghanem.edu@gmail.com.
שאלה 13קוד 14019ודאות מלאה
מדוע נפגעים קבלים כתוצאה מהרמוניות המופיעות ברשת החשמל?
כאשר קיימות הרמוניות, מתח הרשת עולה.
כאשר התדר גדל, כמות החום הנפלטת גדלה.
כאשר התדר גדל, עכבת הקבלים גדלה.
כאשר קיימות הרמוניות, מקדם ההספק קטן.
התשובה הנכונה: 2
הסבר
עכבתו של קבל יורדת ככל שהתדר עולה, ולכן הרמוניה בתדר גבוה יוצרת בקבל זרם גדול בהרבה מזה שהיה נוצר באותו מתח בתדר היסוד. הזרם המוגבר מפתח הפסדים בבידוד ובמוליכים ומחמם את הקבל, וההתחממות היא הגורם לפגיעה בו ולקיצור חייו. סוללת קבלים אף עלולה להיכנס לתהודה עם השראות הרשת ולהגביר את ההרמוניה עוד יותר.
חישוב
Xc = 12πfC ⇐ ככל שהתדר גדל, Xc קטן והזרם גדל
המקור
עיקרון הנדסי — IEC 60831 / IEEE 519
עכבת קבל היא Xc = 1/(2πfC); בתדרי הרמוניות העכבה קטנה, הזרם גדל, וההפסדים והחימום בקבל גדלים בהתאם.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: הרמוניות אינן מעלות בהכרח את מתח היסוד של הרשת.
- תשובה 3: עכבת הקבל דווקא קטנה ככל שהתדר גדל.
- תשובה 4: מקדם ההספק אכן נפגע מהרמוניות, אך זו אינה הסיבה לפגיעה בקבל עצמו.
שאלה 14קוד 14020ודאות מלאה
מהי הסיבה לכך שברשת מתח נמוך, מחברים את הקבלים בחיבור משולש ולא בכוכב?
בחיבור הקבלים במשולש ניתן להשתמש בקבלים בעלי קיבול (C) הקטן פי 3 על מנת לקבל את אותו הספק ריאקטיבי (Q) שהיה מתקבל בחיבור הקבלים בכוכב.
בחיבור הקבלים במשולש ניתן להשתמש בקבלים בעלי קיבול (C) הקטן פי √3 על מנת לקבל את אותו הספק ריאקטיבי (Q) שהיה מתקבל בחיבור הקבלים בכוכב.
חיבור הקבלים בכוכב או משולש לא משפיע על הקיבול (C) או על ההספק הריאקטיבי (Q).
בחיבור הקבלים במשולש יש להשתמש בקבלים בעלי קיבול (C) הגדול פי 3 על מנת לקבל את אותו הספק ריאקטיבי (Q) שהיה מתקבל בחיבור הקבלים בכוכב.
התשובה הנכונה: 1
הסבר
ההספק הריאקטיבי של סוללת קבלים תלוי בריבוע המתח שעל כל קבל. בחיבור כוכב שורר על כל קבל מתח המופע, ולכן ההספק הכולל הוא ריבוע מתח הקו כפול אומגה כפול הקיבול. בחיבור משולש שורר על כל קבל מתח הקו, ולכן ההספק הכולל גדול פי שלושה. מכאן שכדי לקבל את אותו הספק ריאקטיבי בחיבור משולש די בקבלים שקיבולם קטן פי שלושה, וזהו היתרון הכלכלי של החיבור במשולש.
חישוב
כוכב: Q = U²ωC
משולש: Q = 3U²ωC ⇐ לאותו Q נדרש קיבול קטן פי 3 במשולש
המקור
עיקרון הנדסי — IEC 60831
הספק ריאקטיבי של סוללת קבלים: בחיבור כוכב Q = U²·ω·C ובחיבור משולש Q = 3·U²·ω·C, כאשר U מתח הקו.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 2: היחס הוא פי שלושה ולא פי שורש שלוש, מפני שההספק תלוי בריבוע המתח.
- תשובה 3: צורת החיבור משפיעה ישירות על ההספק הריאקטיבי.
- תשובה 4: היחס הפוך: במשולש נדרש קיבול קטן יותר ולא גדול יותר.
שאלה 213קוד 08074ודאות מלאה
בחר את המשפט הנכון בנושא מקדם הספק (cos φ):
כאשר מקדם ההספק שווה לאחד, פירוש הדבר שההספק הריאקטיבי Q [VAr] שווה להספק הכולל S [VA].
כאשר מקדם ההספק שווה לאפס, פירוש הדבר שההספק האקטיבי P [W] שווה להספק הכולל S [VA].
כאשר מקדם ההספק שווה לאחד, פירוש הדבר שההספק הריאקטיבי Q [VAr] שווה להספק האקטיבי P [W].
כאשר מקדם ההספק שווה לאפס, פירוש הדבר שההספק הריאקטיבי Q [VAr] שווה להספק הכולל S [VA].
התשובה הנכונה: 4
הסבר
מקדם ההספק הוא הקוסינוס של הזווית בין ההספק האקטיבי להספק הכולל, ובמשולש ההספקים מתקיים שההספק האקטיבי שווה למכפלת ההספק הכולל בקוסינוס הזווית וההספק הריאקטיבי שווה למכפלת ההספק הכולל בסינוס הזווית. כאשר מקדם ההספק שווה לאפס הזווית היא תשעים מעלות, הקוסינוס מתאפס והסינוס שווה לאחד: ההספק האקטיבי מתאפס וההספק הריאקטיבי משתווה להספק הכולל.
חישוב
cos φ = 0 ⟸ φ = 90° ⟹ P = S·cos 90° = 0 , Q = S·sin 90° = S
המקור
משולש ההספקים — הגדרה יסודית בזרם חילופין, —
P = S·cos φ , Q = S·sin φ , S² = P² + Q²
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: כאשר מקדם ההספק שווה לאחד הזווית מתאפסת, ואז ההספק הריאקטיבי מתאפס וההספק האקטיבי הוא ששווה להספק הכולל.
- תשובה 2: כאשר מקדם ההספק שווה לאפס ההספק האקטיבי מתאפס, ולכן הוא אינו יכול להשתוות להספק הכולל.
- תשובה 3: כאשר מקדם ההספק שווה לאחד ההספק הריאקטיבי מתאפס בעוד ההספק האקטיבי שווה להספק הכולל, כך שהשניים אינם שווים זה לזה.
שאלה 229קוד 08074ודאות מלאה
במתקן חשמל בו קיים עומס אקטיבי קבוע, נדרש לשפר את מקדם ההספק (cos φ) באמצעות התקנת קבלים. איזה מבין המשפטים הבאים מתאר נכון את התוצאה?
התקנה נכונה של הקבלים תקטין את ההספק האקטיבי P [W] הנצרך מהרשת.
התקנה נכונה של הקבלים תגדיל את ההספק הריאקטיבי Q [VAr] הנצרך מהרשת.
התקנה נכונה של הקבלים תגדיל את ההספק הכולל S [VA] הנצרך מהרשת.
התקנה נכונה של הקבלים תקטין את ההספק הכולל S [VA] הנצרך מהרשת.
התשובה הנכונה: 4
הסבר
הקבלים מספקים את ההספק הריאקטיבי במקום הרשת, ולכן ההספק הריאקטיבי הנצרך מהרשת קטן. ההספק האקטיבי נקבע על ידי העומס עצמו ואינו משתנה. משום שההספק הכולל הוא השורש של סכום ריבועי שני הרכיבים, הקטנת הרכיב הריאקטיבי בעוד הרכיב האקטיבי קבוע מקטינה את ההספק הכולל.
חישוב
P קבוע , Q יורד ⟸ S = √P² + Q² יורד
המקור
משולש ההספקים — הגדרה יסודית בזרם חילופין, —
S = √P² + Q²
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: ההספק האקטיבי נקבע על ידי העומס ואינו מושפע מהתקנת קבלים. תיקון מקדם ההספק אינו חוסך אנרגיה אקטיבית.
- תשובה 2: הקבלים מקטינים את ההספק הריאקטיבי הנצרך מהרשת ולא מגדילים אותו — זו כל מטרתם.
- תשובה 3: ההספק הכולל קטן ולא גדל, ומכאן גם הקטנת הזרם וההפסדים בקווי ההזנה.
שאלה 230קוד 08074ודאות מלאה
בחר את המשפט הנכון בנושא מקדם הספק (cos φ):
כאשר מקדם ההספק שווה לאחד, פירוש הדבר שההספק הריאקטיבי Q [VAr] שווה להספק הכולל S [VA].
כאשר מקדם ההספק שווה לאפס, פירוש הדבר שההספק האקטיבי P [W] שווה להספק הכולל S [VA].
כאשר מקדם ההספק שווה לאפס, פירוש הדבר שההספק הריאקטיבי Q [VAr] שווה להספק האקטיבי P [W].
כאשר מקדם ההספק שווה לאחד, פירוש הדבר שההספק האקטיבי P [W] שווה להספק הכולל S [VA].
התשובה הנכונה: 4
הסבר
מקדם ההספק הוא הקוסינוס של הזווית בין ההספק האקטיבי להספק הכולל. כאשר מקדם ההספק שווה לאחד הזווית מתאפסת, ואז הסינוס מתאפס יחד איתה: ההספק הריאקטיבי הוא אפס וההספק האקטיבי משתווה להספק הכולל. זהו מצב של עומס אקטיבי טהור.
חישוב
cos φ = 1 ⟸ φ = 0° ⟹ P = S·cos 0° = S , Q = S·sin 0° = 0
המקור
משולש ההספקים — הגדרה יסודית בזרם חילופין, —
P = S·cos φ , Q = S·sin φ , S² = P² + Q²
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: כאשר מקדם ההספק שווה לאחד ההספק הריאקטיבי מתאפס, ולכן אינו יכול להשתוות להספק הכולל.
- תשובה 2: כאשר מקדם ההספק שווה לאפס ההספק האקטיבי הוא שמתאפס, וההספק הכולל שווה אז להספק הריאקטיבי.
- תשובה 3: כאשר מקדם ההספק שווה לאפס ההספק האקטיבי הוא אפס וההספק הריאקטיבי שווה להספק הכולל, כך שהשניים אינם שווים זה לזה.
שאלה 247קוד 14029ודאות מלאה
מהו גודלה של סוללת הקבלים הנדרשת במתקן חשמל ברשת מתח נמוך בעל עומס של 30kW בה מקדם ההספק הנמדד הוא 0.8, ונדרש לשפרו ל-0.92?
9.72kVAr
kVAr3.6
kVAr17.3
kVAr12.6
התשובה הנכונה: 1
הסבר
ההספק הריאקטיבי הדרוש לתיקון מקדם ההספק הוא מכפלת ההספק הפעיל בהפרש שבין משיק זווית ההספק לפני התיקון לבין משיק הזווית לאחריו. מקדם הספק של 0.8 מקביל למשיק 0.75, ומקדם של 0.92 מקביל למשיק 0.426. ההפרש הוא 0.324, ומכפלתו ב-30 קילו-וואט נותנת 9.72 קילו-וואר.
חישוב
tanφ₁ = 0.75
tanφ₂ = 0.426
Qc = 30 × (0.75 − 0.426) = 9.72 kvar
המקור
עיקרון הנדסי — תיקון מקדם ההספק
Qc = P · (tanφ₁ − tanφ₂), כאשר φ₁ זווית ההספק לפני התיקון ו-φ₂ אחריו.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 2: 3.6 קילו-וואר אינם נובעים מן הנתונים.
- תשובה 3: 17.3 קילו-וואר מתאימים לתיקון עד מקדם הספק גבוה בהרבה.
- תשובה 4: 12.6 קילו-וואר אינם נובעים מן הנתונים.
שאלה 431קוד 14063ודאות מלאה
מהו הרכיב הגורם ליצירת הרמוניות ברשת בשימוש במערכת אל פסק?
הקבלים.
המצברים.
המיישר.
השנאי המבדל.
התשובה הנכונה: 3
הסבר
המיישר שבכניסת מערכת האל-פסק הופך את מתח החילופין למתח ישר באמצעות רכיבי מיתוג, ולכן הוא מושך מן הרשת זרם לא סינוסואידי, בפולסים. זרם כזה מכיל הרמוניות אי-זוגיות רבות, בעיקר החמישית והשביעית, והן המעוותות את מתח הרשת. המצברים אוגרים אנרגיה בזרם ישר ואינם מייצרים הרמוניות, הקבלים מסננים אותן, והשנאי המבדל מפריד גלוונית ואף מסייע בהקטנת הרמוניות מסוימות.
המקור
עיקרון הנדסי — IEEE 519 / IEC 62040-3
יחידות מיישור בכניסת מערכות אל-פסק מושכות זרם לא סינוסואידי ומזרימות אל הרשת הרמוניות, ובראשן ההרמוניות האי-זוגיות.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: הקבלים מסננים הרמוניות ואינם מקורן.
- תשובה 2: המצברים פועלים בזרם ישר ואינם מקור הרמוניות.
- תשובה 4: השנאי המבדל מפריד גלוונית ואינו מקור הרמוניות.
שאלה 726קוד 16106ודאות מלאה
אמות המידה של הרשות לשירותים ציבוריים מגדירות, על פי תקנים מקובלים בעולם, פרמטרים המאפשרים לבחון את רמת האמינות של אספקת החשמל ברשת החלוקה. איזה מהפרמטרים הבאים מגדיר את "המדד הממוצע של משך הפרעות בשנה"?
CAIDI – Customer Average Interruption Duration Index
SAIFI – System Average Interruption Frequency Index
SAIDI – System Average Interruption Duration Index
ASAI – Average Service Availability Index
התשובה הנכונה: 3
הסבר
מדד SAIDI הוא סך משך ההפסקות שחוו כל הצרכנים בשנה, חלקי מספר הצרכנים הכולל. כלומר, זה משך ההפסקות הממוצע לצרכן בשנה. SAIFI מודד את מספר ההפסקות הממוצע ולא את משכן. CAIDI מודד את משך ההפסקה הממוצע רק לצרכן שנפגע. ASAI מודד את שיעור הזמינות. אמות המידה עצמן מגדירות את SAIDI במילים ”מדד ממוצע משך הפרעות בשנה“ — הניסוח המדויק שבשאלה.
המקור
כללי משק החשמל (אמות מידה לרמה, לטיב ולאיכות השירות שנותן ספק שירות חיוני), אמת מידה 48א — מדדי אמינות
מחלק ימדוד את רמת האמינות המסופקת לצרכנים וליצרנים המחוברים לרשת החלוקה על פי תקנים מקובלים וכמפורט להלן: SAIDI – System Average Interruption Duration Index – מדד ממוצע משך הפרעות בשנה; SAIFI – System Average Interruption Frequency Index – מדד ממוצע לתדירות הפרעות בשנה; CAIDI – Customer Average Interruption Duration Index – מדד משך שיקום אספקה לצרכן.
עיקרון הנדסי — מדדי אמינות אספקה (IEEE 1366)
SAIDI = Σ(משך הפסקה × מספר צרכנים שנפגעו) / מספר הצרכנים הכולל
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: CAIDI הוא משך ההפסקה הממוצע לצרכן שנפגע, ולא לכלל הצרכנים.
- תשובה 2: SAIFI מודד את תדירות ההפסקות ולא את משכן.
- תשובה 4: ASAI מודד את שיעור הזמן שבו יש אספקה.
שאלה 735קוד 23001ודאות מלאה
מהנדס חשמל נתקל בבעיות איכות חשמל וביצע מדידות בלוח החשמל במתח נמוך של המתקן. מכשיר המדידה הראה הרמוניות חריגות בזרם והרמוניות במתח. מהי הטענה הנכונה בעניין זה?
הרשת היא המקור להרמוניות בזרם ויש לפנות לחברת החשמל בעניין זה.
מקור ההרמוניות בזרם הוא הצרכן ועליו לפעול להורדתן לרמה תקנית.
ההרמוניות במתח גורמות להרמוניות החריגות בזרם. לאחר סינון ההרמונית ברשת ע"י חח"י ההרמוניות בזרם תעלמנה.
הרמוניות בזרם הן לא בעיה אלא רק הרמוניות במתח, ומכיוון שאין חריגה במתח-המצב תקין.
התשובה הנכונה: 2
הסבר
עומס לא ליניארי, כגון מיישר, וסת תדר או ספק מיתוג, מושך מן הרשת זרם שאינו סינוסואידי. זרם זה הוא מקור ההרמוניות, והוא נוצר אצל הצרכן ולא ברשת. ההרמוניות בזרם, בזורמן דרך עכבת הרשת, מפילות עליה מפלי מתח בתדרי ההרמוניות ויוצרות את ההרמוניות במתח. כלומר סדר הסיבתיות הפוך מזה שבתשובה השלישית: הזרם הוא הגורם והמתח הוא התוצאה. לכן על הצרכן לפעול להורדת ההרמוניות בזרם לרמה התקנית, למשל במסננים או בשינוי הציוד.
המקור
עיקרון הנדסי — IEEE 519
הצרכן אחראי להגבלת עיוות הזרם ההרמוני שהוא מזרים אל הרשת, וספק החשמל אחראי להגבלת עיוות המתח בנקודת החיבור המשותפת.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: הרשת אינה מקור להרמוניות בזרם; היא נושאת אותן מן העומסים הלא ליניאריים.
- תשובה 3: ההרמוניות במתח הן תוצאה של ההרמוניות בזרם ולא הגורם להן.
- תשובה 4: הרמוניות בזרם הן בעיה בפני עצמן: הן מחממות מוליכים, שנאים וקבלים.
שאלה 737קוד 23004ודאות מלאה
נדרש לתכנן לוח ראשי חדש עם חיבור תלת מופעי עבור משרד. העומסים במשרד יהיו ברובם חד פאזיים, מחשבים וציוד אלקטרוני עם מאפייני זיהום הרמוני גבוה. מהי התשובה הנכונה לגבי אופן בחירת שטח החתך של מוליכי ההזנה ללוח?
אין קשר בין סוג העומסים לבין בחירת שטח חתך מוליך האפס.
אם ההרמוניה השלישית צפויה להיות מעל 33% בחירת שטח חתך של המוליכים יקבע גם לפי הזרם הצפוי במוליך האפס.
ברשת תלת פאזית ההרמוניות בשלושת הפאזות מקזזות זו את זו, והזרם במוליך האפס נמוך מהזרם בפאזות, לכן אפשר להשתמש במוליך אפס עם שטח חתך קטן משל מוליך הפאזות.
בחירת שטח החתך של מוליך האפס תיעשה בהתאם למכשיר החשמלי עם ההספק הגדול ביותר.
התשובה הנכונה: 2
הסבר
ההרמוניה השלישית וכפולותיה הן הרמוניות הומו-קוטביות: בשלושת המופעים הן נמצאות באותה פאזה, ולכן במקום להתקזז במוליך האפס הן מצטברות בו. כאשר תכולת ההרמוניה השלישית עולה על שליש מזרם היסוד, הזרם במוליך האפס עולה על הזרם במופעים, ולכן חתך מוליך האפס וחתך המוליכים כולם נקבעים גם לפי הזרם הצפוי במוליך האפס. זהו המצב האופייני למשרד שרוב עומסיו חד מופעיים ואלקטרוניים.
המקור
עיקרון הנדסי — IEC 60364-5-52 נספח E
כאשר תכולת ההרמוניה השלישית עולה על 33% מזרם היסוד, הזרם במוליך האפס גדול מזרם המופע, ובחירת חתך המוליכים תיעשה לפי הזרם במוליך האפס.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: קיים קשר הדוק: עומסים לא ליניאריים חד מופעיים מגדילים את הזרם במוליך האפס.
- תשובה 3: ההרמוניות ההומו-קוטביות אינן מתקזזות אלא מצטברות במוליך האפס.
- תשובה 4: חתך מוליך האפס נגזר מן הזרם ההרמוני הכולל ולא ממכשיר בודד.
שאלה 738קוד 23005ודאות מלאה
אם הזרם בהרמוניה ראשונה הוא 100 אמפר, בהרמוניה שלישית הוא 20 אמפר ובהרמוניה חמישית הוא 30 אמפר, מה יהיה (בקירוב) העיוות ההרמוני הכולל (THD-Total Harmonic Distortion)?
50%
36%
34%
20%
התשובה הנכונה: 2
הסבר
העיוות ההרמוני הכולל מוגדר כשורש סכום ריבועי כל ההרמוניות שמעל היסוד, מחולק בערך היסוד. כאן סכום הריבועים הוא 20 בריבוע ועוד 30 בריבוע, כלומר 1,300; שורשו כ-36.1 אמפר; וחלוקתו ב-100 אמפר נותנת כ-36 אחוזים.
חישוב
√20² + 30²100 = √1300100 = 36.06100 = 36%
המקור
עיקרון הנדסי — IEC 61000-4-7
THD = √Σ Ih² / I₁, כאשר Ih הן ההרמוניות שמעל היסוד ו-I₁ הוא זרם היסוד.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: 50 אחוזים מתקבלים מחיבור אריתמטי של ההרמוניות במקום מחיבור וקטורי.
- תשובה 3: 34 אחוזים אינם נובעים מן החישוב.
- תשובה 4: 20 אחוזים הם ההרמוניה השלישית בלבד.
שאלה 739קוד 23006ודאות מלאה
איזו מהתופעות הבאות אינה קשורה בהכרח להרמוניות?
נזק לציוד בשל חימום יתר.
הצורך בהגדלת תשתיות.
אמינות אספקה ירודה בשל תקלות במתח נמוך.
נזק למערכות קבלים.
התשובה הנכונה: 3
הסבר
הרמוניות גורמות לחימום יתר במוליכים, בשנאים ובמנועים בשל אפקט העור והפסדי הליבה; הן מחייבות הגדלת תשתיות, שכן יש לתכנן מוליכים ושנאים לזרם אפקטיבי גדול יותר; והן מסוכנות במיוחד לקבלים, שעכבתם קטנה בתדרים גבוהים ושעלולים להיכנס לתהודה עם השראות הרשת. לעומת זאת אמינות אספקה ירודה בשל תקלות במתח נמוך נובעת בדרך כלל מתקלות ציוד, מזג אוויר, עומסי יתר או תחזוקה לקויה, ואינה קשורה בהכרח להרמוניות.
המקור
עיקרון הנדסי — IEEE 519 / IEC 61000-2-4
השפעות ההרמוניות כוללות חימום יתר של מוליכים, שנאים ומנועים, הזדקנות מואצת של קבלים ותהודה, וכן צורך בהגדלת ממדי הציוד והתשתית.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: חימום יתר הוא ההשפעה הישירה והמוכרת ביותר של הרמוניות.
- תשובה 2: הגדלת תשתיות נדרשת בשל הזרם האפקטיבי המוגדל.
- תשובה 4: קבלים הם הרכיב הרגיש ביותר להרמוניות.
שאלה 741קוד 23008ודאות מלאה
שני הסוגים הנפוצים ביותר של מסנני הרמוניות הם מסנן פאסיבי ומסנן אקטיבי. מהו עקרון העבודה של כל אחד מהם?
מסנן אקטיבי מספק זרם הרמוני במופע הפוך, מסנן פאסיבי מספק זרם הרמוני ישר.
מסנן אקטיבי מספק זרם הרמוני במופע הפוך, מסנן פאסיבי סופג אליו את הזרם ההרמוני.
מסנן אקטיבי מספק מתח הרמוני במופע הפוך, מסנן פאסיבי מספק מתח הרמוני ישר.
מסנן אקטיבי מספק מתח הרמוני במופע הפוך, מסנן פאסיבי סופג אליו את הזרם ההרמוני.
התשובה הנכונה: 2
הסבר
מסנן פאסיבי בנוי מסליל ומקבל המכווננים לתהודה טורית בתדר ההרמוניה הנבחרת. בתדר זה עכבתו קרובה לאפס, ולכן הוא מהווה מסלול בעל התנגדות נמוכה שאליו נמשך הזרם ההרמוני במקום שיזרום אל הרשת: הוא סופג אליו את הזרם ההרמוני. מסנן אקטיבי, לעומת זאת, מודד בזמן אמת את הזרם ההרמוני של העומס ומזריק אל הרשת זרם זהה בגודלו והפוך במופע, וכך שני הזרמים מבטלים זה את זה ומן הרשת נמשך זרם סינוסואידי.
המקור
עיקרון הנדסי — IEEE 519
מסנן פאסיבי מכוונן לתהודה טורית בתדר ההרמוניה ומספק מסלול בעל עכבה נמוכה לזרם ההרמוני; מסנן אקטיבי מזריק זרם הרמוני שווה בגודלו והפוך במופע לזרם ההרמוני של העומס.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: מסנן פאסיבי אינו מספק זרם הרמוני אלא סופג אותו.
- תשובה 3: שני המסננים פועלים על הזרם ולא על המתח.
- תשובה 4: המסנן האקטיבי מזריק זרם ולא מתח.
שאלה 742קוד 23009ודאות מלאה
אילו מהעומסים הבאים אינם מהווים מקור להרמוניות?
מנועים בהתנעה ישירה.
מנועים עם ווסתי מהירות.
תאורת LED.
מערכת אל-פסק.
התשובה הנכונה: 1
הסבר
מקור ההרמוניות הוא עומס לא ליניארי, כלומר עומס שזרמו אינו פרופורציוני למתח שעליו. מנוע השראה המותנע ישירות הוא עומס ליניארי בעיקרו: הוא מושך זרם סינוסואידי, גדול בעת ההתנעה אך בעל צורת גל תקינה. לעומת זאת וסת מהירות, נהג תאורת לד ומערכת אל-פסק כוללים כולם רכיבי מיתוג ומיישור, ולכן הם מושכים זרם בפולסים ומהווים מקור להרמוניות.
המקור
עיקרון הנדסי — IEEE 519 / IEC 61000-3-2
מקורות ההרמוניות הם עומסים לא ליניאריים הכוללים רכיבי מיתוג או מיישור, כגון מהפכים, ספקי מיתוג ונהגי תאורה; עומסים ליניאריים מושכים זרם סינוסואידי.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 2: וסת מהירות מיישר את מתח הרשת ומושך זרם לא סינוסואידי.
- תשובה 3: נהג תאורת לד הוא ספק מיתוג ומקור מובהק להרמוניות.
- תשובה 4: המיישר שבכניסת מערכת האל-פסק הוא מקור להרמוניות.
שאלה 743קוד 23010ודאות מלאה
מה גורם לתהודה במערכת קבלים?
המצב שבו התדר הפנימי המשולב של מערכת הקבלים והעומסים במתקן קרוב לתדר של הרמוניה מסוימת.
המצב שבו התדר הפנימי המשולב של מערכת הקבלים ורשת האספקה קרוב לתדר של הרמוניה מסוימת.
המצב שבו התדר הפנימי המשולב של מערכת הקבלים והמשנקים קרוב לתדר של הרמוניה מסוימת.
המצב שבו התדר הפנימי המשולב של רשת האספקה, העומס והקבלים קרוב לתדר של הרמוניה.
התשובה הנכונה: 2
הסבר
סוללת קבלים מהווה קיבול, ורשת האספקה שממעלה נראית ממקום החיבור כהשראות, בעיקר השראות השנאי והקווים. השניים יוצרים יחד מעגל תהודה מקבילי, ותדר התהודה שלו נקבע מן הקיבול ומאותה השראות. אם תדר זה קרוב לתדר של הרמוניה קיימת במיתקן, מתעצם הזרם ההרמוני פי כמה וכמה בין הקבלים לרשת, והתוצאה היא חימום, נזק לקבלים ועיוות מתח חמור. העומסים עצמם אינם קובעים את תדר התהודה; הם משמשים בעיקר כהתנגדות המרסנת את עוצמתה.
המקור
עיקרון הנדסי — IEEE 519 / IEC 61642
תהודה מקבילית מתרחשת כאשר תדר התהודה של סוללת הקבלים עם השראות הרשת שממעלה קרוב לתדר של הרמוניה הקיימת במיתקן, ואז מוגבר הזרם ההרמוני במידה ניכרת.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: העומסים משמשים כרכיב מרסן ואינם קובעים את תדר התהודה.
- תשובה 3: משנקים מותקנים בטור עם הקבלים דווקא כדי להסיט את תדר התהודה ולמנוע את התופעה.
- תשובה 4: צירוף שלושת הרכיבים אינו הניסוח המקובל; התהודה נקבעת בקיבול הסוללה ובהשראות הרשת.
שאלה 748קוד 23005ודאות מלאה
אם הזרם בהרמוניה ראשונה הוא 100 אמפר, בהרמוניה שלישית הוא 20 אמפר ובהרמוניה חמישית הוא 20 אמפר, מה יהיה (בקירוב) העיוות ההרמוני הכולל (THD-Total Harmonic Distortion)?
36%.
20%.
28%.
40%.
התשובה הנכונה: 3
הסבר
העיוות ההרמוני הכולל הוא שורש סכום ריבועי ההרמוניות שמעל היסוד, חלקי היסוד. כאן שתי ההרמוניות שוות ל-20 אמפר, סכום ריבועיהן 800, שורשו כ-28.3 אמפר, וחלוקתו ב-100 אמפר נותנת כ-28 אחוזים.
חישוב
√20² + 20²100 = √800100 = 28.28100 = 28%
המקור
עיקרון הנדסי — IEC 61000-4-7
THD = √Σ Ih² / I₁, כאשר Ih הן ההרמוניות שמעל היסוד ו-I₁ הוא זרם היסוד.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: 36 אחוזים מתקבלים כאשר ההרמוניה החמישית היא 30 אמפר.
- תשובה 2: 20 אחוזים הם הרמוניה אחת בלבד.
- תשובה 4: 40 אחוזים מתקבלים מחיבור אריתמטי של שתי ההרמוניות.
שאלה 750קוד 23003ודאות מלאה
מהו הקשר בין הרמוניות מתח להרמוניות זרם?
שני סוגים של הרמוניות שאינם מושפעים זה מזה.
העומס מייצר הרמוניות זרם, שגורמות להרמוניות מתח.
חברת החשמל מייצרת הרמוניות מתח ולכן נוצרות הרמוניות בזרם.
היחס בין הרמוניות המתח והרמוניות הזרם קבוע: √v² + i²
התשובה הנכונה: 2
הסבר
העומס הלא ליניארי מושך מן הרשת זרם שאינו סינוסואידי, כלומר זרם המכיל הרמוניות. זרם זה זורם דרך עכבת הרשת, ובכל תדר הרמוני הוא מפיל עליה מפל מתח באותו תדר. מפלי המתח הללו מעוותים את גל המתח בנקודת החיבור, וכך נוצרות ההרמוניות במתח. הכיוון הוא אפוא חד-משמעי: הזרם הוא הגורם והמתח הוא התוצאה, וגודל העיוות במתח תלוי בעוצמת הרשת: ככל שעכבת הרשת קטנה יותר, כך העיוות במתח קטן יותר לאותו זרם הרמוני.
חישוב
המקור
עיקרון הנדסי — IEEE 519
עיוות המתח בנקודת החיבור נוצר ממכפלת הזרם ההרמוני בעכבת הרשת באותו תדר; מקור ההרמוניות הוא הזרם שמושך העומס הלא ליניארי.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: קיים קשר סיבתי ישיר בין שני הסוגים.
- תשובה 3: חברת החשמל אינה מייצרת הרמוניות מתח; הן תוצאה של זרמי הצרכנים.
- תשובה 4: אין יחס קבוע בין השניים; היחס הוא עכבת הרשת בתדר ההרמוניה.
שאלה 751קוד 23013ודאות מלאה
מה ההבדל בין שני האיורים?
איור 1 בוצע לפי תקן חדש, איור 2 בוצע לפי תקן ישן. שניהם זהים מבחינה חשמלית.
האמצעי באיור 1 הוא מפסק, האמצעי באיור 2 הוא מנתק.
את האמצעי באיור 2 מותר לנתק תחת עומס, את האמצעי שבאיור 1 אסור.
האמצעי באיור 1 כולל הגנה תרמית ומגנטית, לאמצעי באיור 2 יש רק הגנה תרמית.
התשובה הנכונה: 2
הסבר
באיור אחת מופיע אבזר תלת קוטבי שמגעיו מסומנים בסימן הכיבוי, ומתחתם רכיבים תרמיים וסמלי הגנת יתרת זרם. אלה מאפיינים מפסק: אבזר המסוגל לנתק זרם עומס ואף זרם קצר, וכולל מנגנון כיבוי קשת. באיור שתיים מופיעים מגעים פשוטים בלא סימני כיבוי ובלא רכיבי הגנה. אלה מאפיינים מנתק: אבזר שתפקידו ליצור נתק גלוי ובטוח לצורכי בידוד המיתקן, ואין לנתקו תחת עומס.
המקור
עיקרון הנדסי — IEC 60947-3
מנתק (Disconnector) מיועד ליצירת מרווח בידוד ואינו מיועד לניתוק זרם עומס; מפסק (Switch) מסוגל לנתק ולחבר זרם עומס, ומפסק אוטומטי אף לנתק זרם קצר.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: אין מדובר בשני תקנים לאותו אבזר; הסמלים מתארים אבזרים שונים.
- תשובה 3: ההפך הוא הנכון: את המנתק שבאיור 2 אין לנתק תחת עומס.
- תשובה 4: ההגנה התרמית והמגנטית מופיעות באיור 1 בלבד; לאבזר שבאיור 2 אין הגנות כלל.
שאלה 752קוד 23010ודאות מלאה
כיצד אפשר למנוע מצב של תהודה במערכת קבלים?
באמצעות שינוי התדר הפנימי של שנאי החלוקה.
באמצעות חיבור משנק במקביל למערכת הקבלים והשנאי.
באמצעות חיבור משנק בטור לכל קבוצת קבלים.
באמצעות חיבור משנק בטור לעומס שמייצר את ההרמוניות.
התשובה הנכונה: 3
הסבר
תהודה נוצרת כאשר תדר התהודה של סוללת הקבלים עם השראות הרשת קרוב לתדר של הרמוניה קיימת. הדרך המקובלת למנוע זאת היא לחבר משנק בטור לכל קבוצת קבלים: המשנק מוסיף השראות למעגל הטורי ומזיז את תדר התהודה אל מתחת לתדר ההרמוניה הנמוכה ביותר שבמיתקן, בדרך כלל אל סביבות ההרמוניה הרביעית. כך הופכת הסוללה למעגל אינדוקטיבי בתדרי ההרמוניות, ותהודה מקבילית עם הרשת אינה נוצרת. חיבור משנק במקביל לא היה משנה את תדר התהודה של המעגל הטורי, וחיבורו בטור לעומס היה פוגע בהזנת העומס עצמו.
המקור
עיקרון הנדסי — IEC 61642
סוללת קבלים המותקנת ברשת שיש בה הרמוניות תצויד במשנק טורי (Detuned Reactor) המזיז את תדר התהודה אל מתחת לתדר ההרמוניה הנמוכה ביותר הקיימת ברשת.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: אי אפשר לשנות את השראות שנאי החלוקה לצורך זה.
- תשובה 2: משנק במקביל אינו משנה את תדר התהודה של הסוללה עם הרשת.
- תשובה 4: משנק בטור לעומס מגביל את זרם העומס ואינו הפתרון לתהודה.
שאלה 780קוד 08178ודאות מלאה
בתמונה מתואר קבל אותו נדרש לחבר ללוח החשמל באמצעות מגען (קונטקטור). נתוני הקבל הם אלו המופיעים בתמונה. מה ערכו של זרם העבודה המזערי הנדרש מהמגען המזין את סוללת הקבלים במקרה זה?
6 A.
10 A.
16 A.
20 A.
התשובה הנכונה: 2
הסבר
מגען המזין סוללת קבלים נבחר לזרם גבוה מן הזרם הנקוב של הקבל, בשל שני גורמים מצטברים: זרם ההזנק הגבוה ברגע החיבור, וסטיית הקיבול המותרת בייצור יחד עם הרמוניות המגדילות את הזרם המתמיד. מקובל להכפיל את הזרם הנקוב בפי 1.43 עד 1.5. הזרם הנקוב של הקבל נגזר מהספקו העיוור ומן המתח: 4.5 קילו-וואר חלקי מכפלת 400 וולט בשורש שלוש נותנים כ-6.5 אמפר, וההכפלה נותנת כ-9.3 עד 9.8 אמפר. הערך התקני הקרוב שמעל לכך הוא 10 אמפר. על השלט מופיעים שני ערכי הספק עיוור, 4.5 ו-3.5 קוו״ר, ובשניהם מתקבל מגען של 10 אמפר. ההספק העיוור הנקוב הוא נתון הדירוג של סוללת קבלים, ולכן החישוב נשען עליו.
חישוב
I = Q√3 × U = 4500√3 × 400 ≈ 6.5 A ⇒ × 1.43…1.5 ≈ 9.3…9.7 A ⇒ 10 A
בערך 3.5 קוו״ר שבשלט: I ≈ 5.1 A ⇒ ≈ 7.2…7.6 A ⇒ 10 A
המקור
קבלי הספק להשבחת מקדם הספק — IEC 60831-1, —
קבל יתוכנן לשאת זרם מתמיד של 1.3 מן הזרם הנקוב; בצירוף סטיית קיבול מותרת של 1.1 מגיע הזרם המרבי לכ-1.43 מן הזרם הנקוב, ואבזרי המיתוג והחיווט ייבחרו בהתאם
עיקרון הנדסי — בחירת מגען לסוללת קבלים
תמצית הדרישה: זרם המגען המזין סוללת קבלים נבחר גבוה מהזרם הנקוב של הקבל פי 1.43 עד 1.5, בשל זרם ההזנק, סטיית הקיבול בייצור והרמוניות; הזרם הנקוב נגזר מן ההספק העיוור הנקוב: I = Q / (√3·U).
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: 6 אמפר הוא הזרם הנקוב של הקבל עצמו, בלא תוספת הבטיחות הנדרשת למגען.
- תשובה 3: 16 אמפר מתקבל אם מחשבים את הזרם מן הקיבול שעל השלט — 3 על 50 מיקרו-פאראד במשולש נותנים 10.9 אמפר — אך ערך זה סותר את ההספק העיוור הנקוב באותו שלט.
- תשובה 4: 20 אמפר גבוה מן הנדרש בכל אחד ממסלולי החישוב.
שאלה 829קוד 07001ודאות מלאה
מהו גודלה של סוללת הקבלים הנדרשת במתקן חשמל המחובר לרשת מתח נמוך, בעל עומס של 60kW, בו מקדם ההספק הנמדד הוא 0.8, ונדרש לשפרו ל-0.92?
9.72kVAr
kVAr7.2
kVAr19.4
3.6kVAr
התשובה הנכונה: 3
הסבר
תיקון מקדם ההספק נעשה על ידי הזרקת הספק עיוור קיבולי שיקזז חלק מן ההספק העיוור ההשראי של העומס. ההספק הפעיל אינו משתנה בתהליך, ולכן נוח לתאר את ההספק העיוור כמכפלת ההספק הפעיל בטנגנס זווית ההספק. בטרם התיקון מקדם ההספק 0.8 והטנגנס 0.75, ולאחריו מקדם ההספק 0.92 והטנגנס 0.426. סוללת הקבלים חייבת לספק את ההפרש בין שני ההספקים העיוורים, כלומר את מכפלת ההספק הפעיל בהפרש הטנגנסים: 60 קילו-וואט כפול 0.324, כלומר 19.44 קילו-וואר.
חישוב
tan φ₁ = tan(arccos 0.8) = 0.750
tan φ₂ = tan(arccos 0.92) = 0.426
Qc = 60 × (0.750 − 0.426) = 60 × 0.324 = 19.44 kVAr
המקור
תיקון מקדם הספק — נוסחת ההספק העיוור לקיזוז, —
Qc = P · (tan φ₁ − tan φ₂), כאשר φ₁ היא זווית ההספק לפני התיקון ו-φ₂ לאחריו; ההספק הפעיל P אינו משתנה בתהליך
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: 9.72 קילו-וואר הוא מחצית התוצאה — מתקבל אם מחשבים לפי מחצית ההספק.
- תשובה 2: 7.2 קילו-וואר אינו מתקבל באף אחד ממסלולי החישוב.
- תשובה 4: 3.6 קילו-וואר קטן בהרבה מן הנדרש.
שאלה 830קוד 07002ודאות מלאה
מהו גודלה של סוללת הקבלים הנדרשת במתקן חשמל המחובר לרשת מתח נמוך, בעל עומס של 150kW, בו מקדם ההספק הנמדד הוא 0.8 ונדרש לשפרו ל-0.92?
138kVAr
kVAr48.6
kVAr19.44
לא ניתן לתקן גורם הספק במתקנים המוזנים במתח נמוך שהספקם עולה על 100kW.
התשובה הנכונה: 2
הסבר
החישוב זהה במבנהו לזה שבשאלה האחות, ורק ההספק הפעיל גדול יותר. הפרש הטנגנסים בין מקדם הספק 0.8 למקדם הספק 0.92 הוא 0.324, ומכפלתו ב-150 קילו-וואט נותנת 48.6 קילו-וואר. חשוב לשים לב שהתשובה הרביעית מציגה טענה שאין לה בסיס: אין בתקנות איסור לתקן את מקדם ההספק במיתקן המוזן במתח נמוך שהספקו עולה על 100 קילו-וואט, ולהפך — במיתקנים גדולים תיקון מקדם ההספק הוא הכלל.
חישוב
tan φ₁ = 0.750
tan φ₂ = 0.426
Qc = 150 × (0.750 − 0.426) = 150 × 0.324 = 48.6 kVAr
המקור
תיקון מקדם הספק — נוסחת ההספק העיוור לקיזוז, —
Qc = P · (tan φ₁ − tan φ₂), כאשר φ₁ היא זווית ההספק לפני התיקון ו-φ₂ לאחריו
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 1: 138 קילו-וואר הוא בקירוב ההספק העיוור הכולל של העומס לפני התיקון, ולא ההפרש שיש לקזז.
- תשובה 3: 19.44 קילו-וואר הוא התוצאה לעומס של 60 קילו-וואט.
- תשובה 4: אין בתקנות איסור כזה.
שאלה 1050קוד 03901ודאות מלאה
לפניכם תצלום מערכת Active Voltage Conditioner (AVC) המחוברת בכניסה למסדר חוות שרתים: מהו ייעוד המערכת?
מייצב מתח אקטיבי למניעת שקיעות מתח בכניסה למסדר.
אל-פסק (UPS).
מגביל זרם קצר (FCL).
מממיר מתחים על בסיס ממיר ממותג אלקטרוניקת הספק.
התשובה הנכונה: 1
הסבר
בתרשים המערכת מחוברת בטור לקו ההזנה דרך שנאי הזרקה. מיישר ומהפך יוצרים מתח מתקן, והשנאי מוסיף אותו למתח הרשת. כשהמתח ברשת שוקע, המערכת משלימה את החסר, והעומס ממשיך לקבל מתח תקין. זה מייצב מתח אקטיבי, שנועד למנוע שקיעות מתח בכניסה למסדר. אין במערכת סוללות לאספקה ממושכת, ולכן היא אינה אל-פסק.
המקור
עיקרון הנדסי — מייצב מתח אקטיבי (AVC)
מהפך ושנאי הזרקה בטור לעומס מוסיפים מתח מתקן בזמן שקיעת מתח ברשת.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 2: אין במערכת מצברים לאספקה כשהרשת נופלת לגמרי, ולכן היא אינה אל-פסק.
- תשובה 3: המערכת אינה מגבילה זרם קצר.
- תשובה 4: תפקידה אינו המרת מתחים אלא תיקון שקיעות במתח הרשת.
שאלה 1074קוד 11451ודאות מלאה
לפניך תיאור גרפי של תופעת Swell במתח החשמל: ברשת חשמל בתדר 50Hz, מהם משך הזמן המזערי וסף המתח, שחריגה מהם מוגדרת כאירוע SWELL?
משך זמן של חצי מחזור ומעלה, ומתח העולה על 110% מהמתח הנקוב.
משך זמן של מחזור שלם ומעלה, ומתח העולה על 105% מהמתח הנקוב.
משך זמן של רבע מחזור ומעלה, ומתח העולה על 115% מהמתח הנקוב.
משך זמן של 5 מחזורים ומעלה, ומתח העולה על 110% מהמתח הנקוב.
התשובה הנכונה: 1
הסבר
אמות המידה מגדירות עליית מתח, המכונה גם נסיקת מתח, כעלייה רגעית של מתח האספקה מעל 110 אחוזים מערכו הנקוב לפרק זמן שבין 10 מילישניות לדקה. ברשת בתדר 50 הרץ אורך מחזור שלם הוא 20 מילישניות, ולכן 10 מילישניות הן בדיוק חצי מחזור. משך הזמן המזערי הוא אפוא חצי מחזור, וסף המתח הוא 110 אחוזים מן המתח הנקוב. אירוע קצר מחצי מחזור מסווג כתופעת מעבר ולא כעליית מתח, ואירוע ארוך מדקה מסווג כמתח יתר מתמשך.
חישוב
מחזור ברשת 50 הרץ: T = 150 = 20 מילישניות
10 מילישניות = ½T, כלומר חצי מחזור.
המקור
כללי משק החשמל (אמות מידה לרמה, לטיב ולאיכות השירות שנותן ספק שירות חיוני), 41
”עליית מתח“ (SWELL) – עלייה רגעית של מתח האספקה מעל 110% מערכו הנקוב לפרק זמן שבין 10 מילישניות לדקה.
למה לא התשובות האחרות
- תשובה 2: הסף אינו 105 אחוזים והמשך המזערי אינו מחזור שלם.
- תשובה 3: הסף אינו 115 אחוזים והמשך המזערי אינו רבע מחזור.
- תשובה 4: המשך המזערי אינו חמישה מחזורים אלא חצי מחזור, שהם 10 מילישניות.