La protecció contra llamps és un aspecte clau de les organitzacions que operen equips elèctrics sensibles, especialment a la indústria de la radiodifusió.Relacionat amb la primera línia de defensa contra els llamps i les pujades de tensió hi ha el sistema de connexió a terra.A menys que estigui dissenyat i instal·lat correctament, cap protecció contra sobretensions no funcionarà.
Un dels nostres emplaçaments de transmissors de televisió es troba al cim d'una muntanya de 900 peus d'alçada i és conegut per experimentar onades llamps.Recentment em van assignar la gestió de tots els nostres llocs transmissors;per tant, el problema em va passar a mi.
Un llamp el 2015 va provocar un tall de llum i el generador no va deixar de funcionar durant dos dies consecutius.Després de la inspecció, vaig trobar que el fusible del transformador de serveis públics havia cremat.També em vaig adonar que la pantalla LCD de l'interruptor de transferència automàtica (ATS) acabada d'instal·lar està en blanc.La càmera de seguretat està danyada i el programa de vídeo de l'enllaç del microones està en blanc.
Per empitjorar les coses, quan es va restablir el subministrament elèctric, l'ATS va explotar.Per poder tornar a airejar, em vaig veure obligat a canviar l'ATS manualment.La pèrdua estimada és de més de 5.000 dòlars.
Misterisament, el protector de sobretensions trifàsic de 480 V LEA no mostra cap senyal de funcionament.Això ha despertat el meu interès perquè hauria de protegir tots els dispositius del lloc d'aquests incidents.Per sort, el transmissor és bo.
No hi ha documentació per a la instal·lació del sistema de connexió a terra, així que no puc entendre el sistema ni la barra de connexió a terra.Com es pot veure a la figura 1, el sòl del lloc és molt prim, i la resta del sòl de sota està fet de roca novaculita, com un aïllant a base de sílice.En aquest terreny, les barres de terra habituals no funcionaran, he de determinar si han instal·lat una barra de terra química i si encara es troba dins de la seva vida útil.
Hi ha molts recursos sobre la mesura de la resistència de terra a Internet.Per fer aquestes mesures, vaig triar el mesurador de resistència de terra Fluke 1625, tal com es mostra a la figura 2. És un dispositiu multifuncional que només pot utilitzar la barra de terra o connectar la barra de terra al sistema per mesurar la presa de terra.A més d'això, hi ha notes d'aplicació, que la gent pot seguir fàcilment per obtenir resultats precisos.Aquest és un comptador car, així que en vam llogar un per fer la feina.
Els enginyers de difusió estan acostumats a mesurar la resistència de les resistències i només una vegada obtindrem el valor real.La resistència de terra és diferent.El que busquem és la resistència que proporcionarà el sòl circumdant quan passi el corrent de sobretensió.
Vaig utilitzar el mètode de la "caiguda potencial" en mesurar la resistència, la teoria del qual s'explica a la figura 1 i la figura 2. 3 a 5.
A la figura 3, hi ha una barra de terra E d'una profunditat determinada i una pila C amb una certa distància de la barra de terra E. La font de tensió VS està connectada entre ambdues, que generarà un corrent E entre la pila C i la vareta de terra.Amb un voltímetre, podem mesurar la tensió VM entre els dos.Com més a prop estem d'E, més baixa serà la tensió VM.VM és zero a la barra de terra E. D'altra banda, quan mesurem la tensió prop de la pila C, VM s'eleva.A l'equitat C, VM és igual a la font de tensió VS.Seguint la llei d'Ohm, podem utilitzar la tensió VM i el corrent C causada per VS per obtenir la resistència de terra de la brutícia circumdant.
Suposant que, per motius de discussió, la distància entre la barra de terra E i la pila C és de 100 peus i la tensió es mesura cada 10 peus des de la barra de terra E fins a la pila C. Si traceu els resultats, la corba de resistència hauria de semblar a la figura. 4.
La part més plana és el valor de la resistència de terra, que és el grau d'influència de la barra de terra.Més enllà d'això hi ha part de la vasta terra, i els corrents d'onatge ja no penetraran.Tenint en compte que la impedància és cada cop més alta en aquest moment, això és comprensible.
Si la vareta de terra té 8 peus de llarg, la distància de la pila C normalment s'estableix en 100 peus i la part plana de la corba és d'uns 62 peus.No es poden cobrir més detalls tècnics aquí, però es poden trobar a la mateixa nota d'aplicació de Fluke Corp.
La configuració amb Fluke 1625 es mostra a la figura 5. El mesurador de resistència de connexió a terra 1625 té el seu propi generador de tensió, que pot llegir el valor de la resistència directament des del mesurador;no cal calcular el valor d'ohms.
La lectura és la part fàcil, i la part difícil és impulsar les apostes de tensió.Per obtenir una lectura precisa, la barra de terra es desconnecta del sistema de connexió a terra.Per motius de seguretat, ens assegurem que no hi ha possibilitat de llamps o mal funcionament en el moment de la finalització, perquè tot el sistema està flotant a terra durant el procés de mesura.
Figura 6: barra de terra del sistema Lyncole XIT.El cable desconnectat que es mostra no és el connector principal del sistema de connexió a terra de camp.Principalment connectat sota terra.
Mirant al voltant, vaig trobar la vareta de terra (figura 6), que de fet és una vareta de terra química produïda per Lyncole Systems.La vareta de terra consisteix en un forat de 8 polzades de diàmetre i 10 peus ple d'una barreja especial d'argila anomenada Lynconite.Al mig d'aquest forat hi ha un tub de coure buit de la mateixa longitud amb un diàmetre de 2 polzades.El Lynconite híbrid proporciona una resistència molt baixa per a la barra de terra.Algú em va dir que en el procés d'instal·lació d'aquesta vareta s'utilitzaven explosius per fer forats.
Un cop implantades les piles de tensió i corrent al terra, es connecta un cable des de cada pila al mesurador per torn, on es llegeix el valor de la resistència.
Vaig obtenir un valor de resistència de terra de 7 ohms, que és un bon valor.El Codi Elèctric Nacional requereix que l'elèctrode de terra sigui de 25 ohms o menys.A causa de la naturalesa sensible de l'equip, la indústria de les telecomunicacions sol requerir 5 ohms o menys.Altres grans plantes industrials requereixen una menor resistència del sòl.
Com a pràctica, sempre busco consells i idees de persones amb més experiència en aquest tipus de treball.Vaig preguntar al suport tècnic de Fluke sobre les discrepàncies en algunes de les lectures que vaig obtenir.Van dir que de vegades les estaques poden no tenir un bon contacte amb el terra (potser perquè la roca és dura).
D'altra banda, Lyncole Ground Systems, el fabricant de barres de terra, va afirmar que la majoria de les lectures són molt baixes.Esperen lectures més altes.Tanmateix, quan llegeixo articles sobre barres de terra, es produeix aquesta diferència.Un estudi que va prendre mesures cada any durant 10 anys va trobar que el 13-40% de les seves lectures eren diferents de les altres lectures.També van utilitzar les mateixes barres de terra que vam utilitzar.Per tant, és important completar diverses lectures.
Vaig demanar a un altre contractista elèctric que instal·lés una connexió de cable de terra més forta des de l'edifici fins a la barra de terra per evitar el robatori de coure en el futur.També van realitzar una altra mesura de resistència de terra.No obstant això, va ploure uns quants dies abans de fer la lectura i el valor que van obtenir va ser fins i tot inferior a 7 ohms (vaig fer la lectura quan estava molt sec).A partir d'aquests resultats, crec que la vareta de terra encara està en bon estat.
Figura 7: Comproveu les connexions principals del sistema de posada a terra.Fins i tot si el sistema de connexió a terra està connectat a la barra de terra, es pot utilitzar una pinça per comprovar la resistència de terra.
Vaig moure el supressor de sobretensions de 480 V a un punt de la línia després de l'entrada del servei, al costat de l'interruptor de desconnexió principal.Abans era en un racó de l'edifici.Sempre que hi ha un llamp, aquesta nova ubicació posa el supressor de sobretensions en primer lloc.En segon lloc, la distància entre aquest i la barra de terra ha de ser el més curta possible.En l'arranjament anterior, l'ATS es va posar al davant de tot i sempre va agafar el lideratge.Els cables trifàsics connectats al supresor de sobretensions i la seva connexió a terra es fan més curts per reduir la impedància.
Vaig tornar de nou per investigar una pregunta estranya, per què el supressor de sobretensions no va funcionar quan l'ATS va explotar durant la sobretensió del llamp.Aquesta vegada, vaig comprovar a fons totes les connexions de terra i neutre de tots els panells d'interruptors, generadors de seguretat i transmissors.
Vaig trobar que faltava la connexió a terra del panell de l'interruptor principal!També és on es connecten a terra el supressor de sobretensions i l'ATS (per tant, aquesta també és la raó per la qual el supressor de sobretensions no funciona).
Es va perdre perquè el lladre de coure va tallar la connexió al panell en algun moment abans que s'instal·lés l'ATS.Els enginyers anteriors van reparar tots els cables de terra, però no van poder restaurar la connexió de terra al panell de l'interruptor.El cable tallat no és fàcil de veure perquè es troba a la part posterior del panell.Vaig arreglar aquesta connexió i la vaig fer més segura.
Es va instal·lar un nou ATS trifàsic de 480 V i es van utilitzar tres nuclis toroidals de ferrita Nautel a l'entrada trifàsica de l'ATS per a una protecció addicional.M'asseguro que el comptador del supresor de sobretensions també funcioni perquè puguem saber quan es produeix un esdeveniment de sobretensió.
Quan va arribar la temporada de tempestes, tot va anar bé i l'ATS funcionava bé.No obstant això, el fusible del transformador de pols encara funciona, però aquesta vegada l'ATS i la resta d'equips de l'edifici ja no es veuen afectats per la sobretensió.
Demanem a la companyia elèctrica que revisi el fusible cremat.Em van dir que el lloc es troba al final del servei de la línia de transmissió trifàsica, de manera que és més propens a problemes d'augment.Van netejar els pals i van instal·lar alguns equips nous a la part superior dels transformadors de pols (crec que també són una mena de supressor de sobretensions), que realment va evitar que es cremés el fusible.No sé si van fer altres coses a la línia de transmissió, però facin el que facin, funciona.
Tot això va passar l'any 2015 i, des d'aleshores, no hem trobat cap problema relacionat amb les pujades de tensió o les tempestes.
Resoldre problemes de sobretensió de vegades no és fàcil.S'ha de tenir cura i minuciosament per garantir que es tinguin en compte tots els problemes en el cablejat i la connexió.Val la pena estudiar la teoria que hi ha darrere dels sistemes de posada a terra i les sobretensions.Cal entendre completament els problemes de la connexió a terra d'un sol punt, els gradients de tensió i els augments de potencial de terra durant les fallades per prendre les decisions correctes durant el procés d'instal·lació.
John Marcon, CBTE CBRE, recentment va exercir com a enginyer en cap en funcions de Victory Television Network (VTN) a Little Rock, Arkansas.Té 27 anys d'experiència en transmissors de ràdio i televisió i altres equips, i també és un antic professor d'electrònica professional.És enginyer de difusió i televisió certificat per SBE amb una llicenciatura en enginyeria electrònica i de comunicacions.
Per obtenir més informes d'aquest tipus i per estar al dia de totes les nostres notícies, funcions i anàlisis líders en el mercat, registreu-vos al nostre butlletí aquí.
Tot i que la FCC és responsable de la confusió inicial, el Media Bureau encara té un avís per emetre al titular de la llicència.
© 2021 Future Publishing Limited, Quay House, The Ambury, Bath BA1 1UA.tots els drets reservats.Número de registre d'empresa d'Anglaterra i Gal·les 2008885.
Hora de publicació: 14-jul-2021
