Lightning Protection es un aspecto clave de las organizaciones que operan equipos eléctricos sensibles, especialmente en la industria de la transmisión. Relacionado con la primera línea de defensa contra los rayos y las oleadas de voltaje está el sistema de conexión a tierra. A menos que esté diseñado e instalado correctamente, cualquier protección contra sobretensiones no funcionará.
Uno de nuestros sitios de transmisor de televisión está ubicado en la parte superior de una montaña de 900 pies de altura y es conocido por experimentar oleadas de rayos. Recientemente me asignaron para administrar todos nuestros sitios de transmisor; Por lo tanto, el problema me fue transmitido.
Un rayo en 2015 causó un apagón, y el generador no dejó de funcionar durante dos días consecutivos. Tras la inspección, descubrí que el fusible del transformador de utilidad había explotado. También noté que la pantalla LCD de interruptor de transferencia automática recién instalada (ATS) está en blanco. La cámara de seguridad está dañada y el programa de video del enlace de microondas está en blanco.
Para empeorar las cosas, cuando se restauró el poder de la utilidad, explotó el ATS. Para que nos volvamos a aire, me vi obligado a cambiar ATS manualmente. La pérdida estimada es de más de $ 5,000.
Misteriosamente, el protector de aumento de 480V de LEA 480V no muestra signos de trabajar en absoluto. Esto ha despertado mi interés porque debería proteger todos los dispositivos en el sitio de tales incidentes. Afortunadamente, el transmisor es bueno.
No hay documentación para la instalación del sistema de conexión a tierra, por lo que no puedo entender el sistema o la barra de conexión a tierra. Como se puede ver en la Figura 1, el suelo en el sitio es muy delgado, y el resto del suelo a continuación está hecho de roca de novaculita, como un aislante a base de sílice. En este terreno, las varillas de tierra habituales no funcionarán, necesito determinar si han instalado una varilla de tierra química y si todavía está dentro de su vida útil.
Hay muchos recursos sobre la medición de resistencia al suelo en Internet. Para hacer estas mediciones, elegí el medidor de resistencia al suelo Fluke 1625, como se muestra en la Figura 2. Es un dispositivo multifuncional que solo puede usar la varilla de tierra o conectar la varilla de tierra al sistema para la medición de la conexión a tierra. Además de esto, hay notas de aplicación, que las personas pueden seguir fácilmente para obtener resultados precisos. Este es un medidor costoso, por lo que alquilamos uno para hacer el trabajo.
Los ingenieros de transmisión están acostumbrados a medir la resistencia de las resistencias, y solo una vez, obtendremos el valor real. La resistencia al suelo es diferente. Lo que estamos buscando es la resistencia que proporcionará el terreno circundante cuando pase la corriente de aumento.
Utilicé el método de "caída potencial" al medir la resistencia, cuya teoría se explica en la Figura 1 y la Figura 2. 3 a 5.
En la Figura 3, hay una varilla de tierra E de una profundidad dada y una pila C con una cierta distancia de la varilla de tierra E. varilla de tierra. Usando un voltímetro, podemos medir la VM de voltaje entre los dos. Cuanto más nos acercamos a E, menor será la VM de voltaje. VM es cero en la barra de tierra E. Por otro lado, cuando medimos el voltaje cerca de la pila C, la VM se vuelve alta. En Equity C, VM es igual a la fuente de voltaje vs. Después de la ley de Ohm, podemos usar la VM de voltaje y la corriente C causada por VS para obtener la resistencia al suelo de la suciedad circundante.
Suponiendo que en aras de la discusión, la distancia entre la barra de tierra E y la pila C es de 100 pies, y el voltaje se mide cada 10 pies desde la barra de tierra E hasta la pila C. 4.
La parte más plana es el valor de la resistencia del suelo, que es el grado de influencia de la barra de tierra. Más allá de eso hay parte de la vasta tierra, y las corrientes de sobretensión ya no penetrarán. Teniendo en cuenta que la impedancia se está volviendo cada vez más alta en este momento, esto es comprensible.
Si la varilla de tierra tiene 8 pies de largo, la distancia de la pila C generalmente se coloca a 100 pies, y la parte plana de la curva es de aproximadamente 62 pies. No se pueden cubrir más detalles técnicos aquí, pero se pueden encontrar en la misma nota de aplicación de Fluke Corp.
La configuración usando Fluke 1625 se muestra en la Figura 5. El medidor de resistencia a tierra 1625 tiene su propio generador de voltaje, que puede leer el valor de resistencia directamente del medidor; No hay necesidad de calcular el valor de OHM.
La lectura es la parte fácil, y la parte difícil es conducir las apuestas de voltaje. Para obtener una lectura precisa, la varilla de tierra se desconecta del sistema de conexión a tierra. Por razones de seguridad, nos aseguramos de que no haya posibilidad de rayos o mal funcionamiento en el momento de la finalización, porque todo el sistema está flotando en el suelo durante el proceso de medición.
Figura 6: Varilla de tierra del sistema de lyncole XIT. El cable desconectado que se muestra no es el conector principal del sistema de conexión a tierra de campo. Principalmente conectado bajo tierra.
Mirando a su alrededor, encontré la varilla de tierra (Figura 6), que de hecho es una barra de tierra química producida por los sistemas de lyncole. La barra de tierra consiste en un orificio de 10 pulgadas de diámetro de 8 pulgadas llena de una mezcla de arcilla especial llamada Lynconite. En el medio de este orificio hay un tubo de cobre hueco de la misma longitud con un diámetro de 2 pulgadas. La lynconita híbrida proporciona una resistencia muy baja para la varilla de tierra. Alguien me dijo que en el proceso de instalación de esta barra, se usaron explosivos para hacer agujeros.
Una vez que el voltaje y las pilas de corriente se implantan en el suelo, se conecta un cable de cada pila al medidor a su vez, donde se lee el valor de resistencia.
Obtuve un valor de resistencia al suelo de 7 ohmios, que es un buen valor. El código eléctrico nacional requiere que el electrodo de tierra sea de 25 ohmios o menos. Debido a la naturaleza sensible del equipo, la industria de las telecomunicaciones generalmente requiere 5 ohmios o menos. Otras grandes plantas industriales requieren una menor resistencia al suelo.
Como práctica, siempre busco consejos e ideas de personas que tienen más experiencia en este tipo de trabajo. Le pregunté al apoyo técnico de Fluke sobre las discrepancias en algunas de las lecturas que obtuve. Dijeron que a veces las apuestas pueden no hacer un buen contacto con el suelo (tal vez porque la roca es difícil).
Por otro lado, los sistemas de tierra de lyncole, el fabricante de varillas de tierra, declaró que la mayoría de las lecturas son muy bajas. Esperan lecturas más altas. Sin embargo, cuando leí artículos sobre varillas de tierra, esta diferencia ocurre. Un estudio que tomó medidas cada año durante 10 años encontró que el 13-40% de sus lecturas eran diferentes de otras lecturas. También usaron las mismas varillas de tierra que usamos. Por lo tanto, es importante completar múltiples lecturas.
Le pedí a otro contratista eléctrico que instalara una conexión de cable de tierra más fuerte desde el edificio hasta la varilla de tierra para evitar el robo de cobre en el futuro. También realizaron otra medición de resistencia al suelo. Sin embargo, llovió unos días antes de que tomaran la lectura y el valor que obtuvieron fue incluso inferior a 7 ohmios (tomé la lectura cuando estaba muy seco). A partir de estos resultados, creo que la barra de tierra todavía está en buenas condiciones.
Figura 7: Verifique las conexiones principales del sistema de conexión a tierra. Incluso si el sistema de conexión a tierra está conectado a la barra de tierra, se puede usar una abrazadera para verificar la resistencia del suelo.
Moví el supresor de aumento de 480 V a un punto en la línea después de la entrada del servicio, al lado del interruptor de desconexión principal. Solía estar en una esquina del edificio. Cada vez que hay un rayo, esta nueva ubicación pone al supresor de aumento en primer lugar. En segundo lugar, la distancia entre él y la barra de tierra debe ser lo más corta posible. En el acuerdo anterior, ATS se acercó a todo y siempre tomó la delantera. Los cables trifásicos conectados al supresor de sobretensiones y su conexión a tierra se acortan para reducir la impedancia.
Regresé de nuevo para investigar una pregunta extraña, por qué el supresor de aumento no funcionó cuando el ATS explotó durante el aumento de los rayos. Esta vez, verifiqué completamente todas las conexiones de tierra y neutral de todos los paneles de interruptores de circuitos, generadores de respaldo y transmisores.
¡Descubrí que falta la conexión a tierra del panel del interruptor de circuito principal! Aquí también es donde se basan el supresor y los ATS (por lo que esta es también la razón por la cual el supresor del aumento no funciona).
Se perdió porque el ladrón de cobre cortó la conexión al panel en algún momento antes de que se instalara el ATS. Los ingenieros anteriores repararon todos los cables de tierra, pero no pudieron restaurar la conexión a tierra con el panel del interruptor de circuito. El cable de corte no es fácil de ver porque está en la parte posterior del panel. Arreglé esta conexión y la hice más segura.
Se instaló un nuevo AT de 480 V trifásico, y se usaron tres núcleos toroidales de ferrita nautel en la entrada trifásica de los AT para obtener una protección adicional. Me aseguro de que el mostrador de supresores de aumento también funcione para que sepamos cuándo ocurre un evento de aumento.
Cuando llegó la temporada de tormentas, todo salió bien y el ATS estaba funcionando bien. Sin embargo, el fusible del transformador de poste todavía está soplando, pero esta vez el ATS y todos los demás equipos en el edificio ya no se ven afectados por el aumento.
Le pedimos a la compañía eléctrica que revise el fusible soplado. Me dijeron que el sitio está al final del servicio de la línea de transmisión trifásica, por lo que es más propenso a los problemas de aumento. Limpiaron los postes e instalaron algunos equipos nuevos en la parte superior de los transformadores de poste (creo que también son algún tipo de supresor de aumento), lo que realmente evitó que el fusible se quemara. No sé si hicieron otras cosas en la línea de transmisión, pero no importa lo que hagan, funciona.
Todo esto sucedió en 2015, y desde entonces, no hemos encontrado ningún problema relacionado con sobretensiones o tormentas eléctricas.
Resolver problemas de sobretensión de voltaje a veces no es fácil. Se debe tener cuidado y minucioso para garantizar que todos los problemas se tengan en cuenta en el cableado y la conexión. Vale la pena estudiar la teoría detrás de los sistemas de conexión a tierra y los rayos. Es necesario comprender completamente los problemas de la base de un solo punto, los gradientes de voltaje y el potencial de tierra aumentan durante las fallas para tomar las decisiones correctas durante el proceso de instalación.
John Marcon, CBTE CBRE, recientemente se desempeñó como ingeniero jefe interino de Victory Television Network (VTN) en Little Rock, Arkansas. Tiene 27 años de experiencia en transmisores de transmisión de radio y televisión y otros equipos, y también es un ex maestro de electrónica profesional. Es un ingeniero de transmisión de transmisión y televisión certificado por SBE con una licenciatura en ingeniería electrónica y de comunicaciones.
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Tiempo de publicación: julio-14-2021
