La protection contre la foudre est un aspect clé des organisations opérant des équipements électriques sensibles, en particulier dans l'industrie de la radiodiffusion. Le système de mise à la terre est lié à la première ligne de défense contre la foudre et la tension. Sauf si c'est conçu et installé correctement, toute protection contre les surtensions ne fonctionnera pas.
L'un de nos sites d'émetteur télévisé est situé au sommet d'une montagne de 900 pieds de haut et est connu pour avoir connu des surtensions de foudre. J'ai récemment été affecté à la gestion de tous nos sites d'émetteur; Par conséquent, le problème m'a été transmis.
Une frappe de foudre en 2015 a provoqué une panne de courant et le générateur n'a pas cessé de courir pendant deux jours consécutifs. Lors de l'inspection, j'ai constaté que le fusible du transformateur d'utilité avait soufflé. J'ai également remarqué que l'écran LCD de commutateur de transfert automatique nouvellement installé est vide. La caméra de sécurité est endommagée et le programme vidéo du lien micro-ondes est vide.
Pour aggraver les choses, lorsque le pouvoir de l'utilitaire a été restauré, l'ATS a explosé. Pour que nous puissions réécrire, j'ai été obligé de changer d'ATS manuellement. La perte estimée est supérieure à 5 000 $.
Mystérieusement, la surtension en trois phases 480V LEA ne montre aucun signe de travail. Cela a suscité mon intérêt car il devrait protéger tous les appareils du site contre ces incidents. Heureusement, l'émetteur est bon.
Il n'y a pas de documentation pour l'installation du système de mise à la terre, donc je ne comprends pas le système ou la tige de mise à la terre. Comme le montre la figure 1, le sol sur place est très mince, et le reste du sol ci-dessous est en roche novaculite, comme un isolant à base de silice. Dans ce terrain, les tiges de sol habituelles ne fonctionneront pas, je dois déterminer s'ils ont installé une tige de terre chimique et si elle est toujours dans sa vie utile.
Il existe de nombreuses ressources sur la mesure de la résistance au sol sur Internet. Pour effectuer ces mesures, j'ai choisi le compteur de résistance au sol Fluke 1625, comme le montre la figure 2. Il s'agit d'un dispositif multifonctionnel qui peut utiliser uniquement la tige de terre ou connecter la tige de terre au système pour la mesure de mise à la terre. En plus de cela, il existe des notes d'application que les gens peuvent facilement suivre pour obtenir des résultats précis. Il s'agit d'un compteur cher, nous en avons donc loué un pour faire le travail.
Les ingénieurs de diffusion sont habitués à mesurer la résistance des résistances, et une seule fois, nous obtiendrons la valeur réelle. La résistance au sol est différente. Ce que nous recherchons, c'est la résistance que le sol environnant fournira lorsque le courant de surtension passe.
J'ai utilisé la méthode de «chute potentielle» lors de la mesure de la résistance, dont la théorie est expliquée dans la figure 1 et la figure 2. 3 à 5.
Sur la figure 3, il y a une tige de sol E d'une profondeur donnée et une pile C avec une certaine distance de la tige de sol E. La source de tension vs est connectée entre les deux, qui générera un courant E entre la pile C et le tige de sol. À l'aide d'un voltmètre, nous pouvons mesurer la VM de tension entre les deux. Plus nous sommes proches de E, plus la VM de tension est faible. La machine virtuelle est nulle à la tige de terre E. En revanche, lorsque nous mesurons la tension près de la pile C, la machine virtuelle devient élevée. À l'équité C, la machine virtuelle est égale à la source de tension vs. En suivant la loi d'Ohm, nous pouvons utiliser la VM de tension et le Courant C causé par VS pour obtenir la résistance au sol de la saleté environnante.
En supposant que pour des raisons de discussion, la distance entre la tige de sol E et le Pile C est de 100 pieds, et la tension est mesurée tous les 10 pieds de la tige de terre E à Pile C. Si vous tracez les résultats, la courbe de résistance devrait ressembler à une figure 4
La partie la plus flatte est la valeur de la résistance au sol, qui est le degré d'influence de la tige de sol. Au-delà, cela fait partie de la vaste Terre, et les courants de montée ne pénétreront plus. Étant donné que l'impédance augmente de plus en plus à ce moment, cela est compréhensible.
Si la tige de sol mesure 8 pieds de long, la distance de la pile C est généralement fixée à 100 pieds et la partie plate de la courbe est d'environ 62 pieds. Plus de détails techniques ne peuvent pas être couverts ici, mais ils peuvent être trouvés dans la même note d'application de Fluke Corp.
La configuration utilisant Fluke 1625 est illustrée à la figure 5. Le compteur de résistance de mise à la terre 1625 a son propre générateur de tension, qui peut lire la valeur de résistance directement à partir du compteur; Il n'est pas nécessaire de calculer la valeur OHM.
La lecture est la partie facile, et la partie difficile est de conduire les enjeux de tension. Afin d'obtenir une lecture précise, la tige de sol est déconnectée du système de mise à la terre. Pour des raisons de sécurité, nous nous assurons qu'il n'y a aucune possibilité de foudre ou de dysfonctionnement au moment de l'achèvement, car l'ensemble du système flotte au sol pendant le processus de mesure.
Figure 6: Rod de sol du système lyncole XIT. Le fil déconnecté indiqué n'est pas le connecteur principal du système de mise à la terre du champ. Principalement lié sous terre.
En regardant autour de moi, j'ai trouvé la tige de sol (figure 6), qui est en effet une tige de sol chimique produite par les systèmes de Lyncole. La tige de sol se compose d'un trou de 8 pouces de diamètre de 10 pieds rempli d'un mélange d'argile spécial appelé Lynconite. Au milieu de ce trou se trouve un tube cuivre creux de la même longueur d'un diamètre de 2 pouces. La lynconite hybride offre une très faible résistance pour la tige de sol. Quelqu'un m'a dit qu'en cas d'installation de cette canne, des explosifs étaient utilisés pour faire des trous.
Une fois que la tension et les piles de courant sont implantés dans le sol, un fil est connecté de chaque pieu à son mètre à tour, où la valeur de résistance est lue.
J'ai obtenu une valeur de résistance au sol de 7 ohms, ce qui est une bonne valeur. Le code électrique national nécessite que l'électrode de terre soit de 25 ohms ou moins. En raison de la nature sensible de l'équipement, l'industrie des télécommunications nécessite généralement 5 ohms ou moins. D'autres grandes usines industrielles nécessitent une résistance au sol plus faible.
En tant que pratique, je demande toujours des conseils et des idées de personnes plus expérimentées dans ce type de travail. J'ai demandé à Fluke Technical Support sur les écarts dans certaines des lectures que j'ai reçues. Ils ont dit que parfois les enjeux peuvent ne pas être en contact avec le sol (peut-être parce que la roche est difficile).
D'un autre côté, LynCole Ground Systems, le fabricant de tiges de sol, a déclaré que la plupart des lectures sont très faibles. Ils s'attendent à des lectures plus élevées. Cependant, lorsque je lis des articles sur les tiges de terre, cette différence se produit. Une étude qui a pris des mesures chaque année pendant 10 ans a révélé que 13 à 40% de leurs lectures étaient différentes des autres lectures. Ils ont également utilisé les mêmes tiges de sol que nous avons utilisées. Par conséquent, il est important de terminer plusieurs lectures.
J'ai demandé à un autre entrepreneur électrique d'installer une connexion de fil de terre plus solide du bâtiment à la tige de terre pour empêcher le vol de cuivre à l'avenir. Ils ont également effectué une autre mesure de la résistance au sol. Cependant, il a plu quelques jours avant qu'ils ne prennent la lecture et la valeur qu'ils ont obtenue était encore inférieure à 7 ohms (j'ai pris la lecture quand c'était très sec). À partir de ces résultats, je crois que la tige de sol est toujours en bon état.
Figure 7: Vérifiez les connexions principales du système de mise à la terre. Même si le système de mise à la terre est connecté à la tige de terre, une pince peut être utilisée pour vérifier la résistance au sol.
J'ai déplacé le suppresseur de surtension 480V au point de la ligne après l'entrée du service, à côté de l'interrupteur de déconnexion principale. Il était dans un coin du bâtiment. Chaque fois qu'il y a une vague de foudre, ce nouvel emplacement met en premier lieu le suppresseur de surtension. Deuxièmement, la distance entre elle et la tige de sol doit être aussi courte que possible. Dans l'agencement précédent, ATS est venu devant tout et a toujours pris les devants. Les fils triphasés connectés au suppresseur de surtension et sa connexion à la terre sont plus courts pour réduire l'impédance.
Je suis retourné à nouveau pour enquêter sur une question étrange, pourquoi le suppresseur de surtension n'a pas fonctionné lorsque l'ATS a explosé pendant la vague de foudre. Cette fois, j'ai entièrement vérifié toutes les connexions à la masse et neutres de tous les panneaux de disjoncteurs, générateurs de sauvegarde et émetteurs.
J'ai trouvé que la connexion à la terre du panneau de disjoncteur principal était manquante! C'est également là que le suppresseur de surtension et l'ATS sont ancrés (c'est aussi la raison pour laquelle le suppresseur de surtension ne fonctionne pas).
Il a été perdu parce que le voleur de cuivre a coupé la connexion au panneau un peu avant l'installation de l'ATS. Les ingénieurs précédents ont réparé tous les fils de terre, mais ils n'ont pas pu restaurer la connexion de la terre au panneau du disjoncteur. Le fil coupé n'est pas facile à voir car il est à l'arrière du panneau. J'ai corrigé cette connexion et je l'ai rendue plus sécurisée.
Un nouveau ATS triphasé 480 V a été installé et trois noyaux toroïdaux de ferrite nautel ont été utilisés à l'entrée en trois phases de l'ATS pour une protection supplémentaire. Je m'assure que le comptoir du suppresseur de surtension fonctionne également pour savoir quand un événement surtension se produit.
Lorsque la saison des tempêtes est arrivée, tout s'est bien passé et l'ATS fonctionnait bien. Cependant, le fusible du transformateur à poteaux souffle toujours, mais cette fois, l'ATS et tous les autres équipements du bâtiment ne sont plus affectés par la surtension.
Nous demandons à la compagnie d'électricité de vérifier le fusible soufflé. On m'a dit que le site est à la fin du service de ligne de transmission triphasée, il est donc plus sujet aux problèmes de surtension. Ils ont nettoyé les poteaux et installé de nouveaux équipements sur les transformateurs de poteau (je pense qu'ils sont également une sorte de suppresseur de surtension), ce qui a vraiment empêché le fusible de brûler. Je ne sais pas s'ils ont fait d'autres choses sur la ligne de transmission, mais quoi qu'ils fassent, cela fonctionne.
Tout cela s'est produit en 2015, et depuis lors, nous n'avons rencontré aucun problème lié aux surtensions de tension ou aux orages.
La résolution des problèmes de surtension de tension n'est parfois pas facile. Des précautions doivent être prises et approfondies pour s'assurer que tous les problèmes sont pris en compte dans le câblage et la connexion. La théorie derrière les systèmes de mise à la terre et les ondes de foudre mérite d'être étudiée. Il est nécessaire de comprendre pleinement les problèmes de mise à la terre en un seul point, de gradients de tension et de potentiel de sol augmente pendant les défauts afin de prendre les bonnes décisions pendant le processus d'installation.
John Marcon, CBTE CBRE, a récemment été ingénieur en chef par intérim au Victory Television Network (VTN) à Little Rock, Arkansas. Il possède 27 ans d'expérience dans les émetteurs de diffusion radio et télévisée et d'autres équipements, et est également un ancien professeur d'électronique professionnel. Il est un ingénieur de diffusion et de télévision certifié SBE avec un baccalauréat en génie électronique et des communications.
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