A protección do raio é un aspecto clave das organizacións que operan equipos eléctricos sensibles, especialmente na industria de radiodifusión. Relacionado coa primeira liña de defensa contra o raio e as subidas de tensión está o sistema de conexión a terra. A non ser que se deseña e instale correctamente, calquera protección contra a sobrecarga non funcionará.
Un dos nosos sitios de transmisor de TV está situado na parte superior dunha montaña de 900 metros de altura e é coñecido por experimentar subidas. Recentemente foi asignado para xestionar todos os nosos sitios de transmisores; Polo tanto, o problema foi transmitido para min.
Un raio en 2015 provocou unha interrupción eléctrica e o xerador non deixou de correr durante dous días consecutivos. Ao inspeccionar, descubrín que o fusible do transformador de utilidade soprou. Tamén notei que a pantalla LCD de interruptor de transferencia automática recentemente instalada (ATS) está en branco. A cámara de seguridade está danada e o programa de vídeo desde a ligazón de microondas está en branco.
Para empeorar, cando se restableceu o poder de utilidade, o ATS estoupou. Para que volvamos a ser obrigados a cambiar de ATS manualmente. A perda estimada é superior a 5.000 dólares.
Misteriosamente, o protector de sobrecarga trifásica de 480V de Lea non mostra ningún signo de traballo en absoluto. Isto espertou o meu interese porque debería protexer todos os dispositivos do sitio de tales incidentes. Afortunadamente, o transmisor é bo.
Non hai documentación para a instalación do sistema de terra, polo que non podo entender o sistema nin a vara de terra. Como se pode ver na figura 1, o chan no sitio é moi delgado e o resto do chan está feito de rocha novaculita, como un illante a base de sílice. Neste terreo, as barras de terra habituais non funcionarán, necesito determinar se instalaron unha barra de terra química e se aínda está dentro da súa vida útil.
Hai moitos recursos sobre a medición de resistencia ao chan en internet. Para facer estas medidas, escollín o medidor de resistencia ao chan Fluke 1625, como se mostra na figura 2. É un dispositivo multifuncional que só pode usar a varilla de terra ou conectar a vara de terra ao sistema para a medición de terra. Ademais disto, hai notas de aplicación, que a xente pode seguir facilmente para obter resultados precisos. Este é un contador caro, polo que alugamos un para facer o traballo.
Os enxeñeiros de transmisión están acostumados a medir a resistencia das resistencias e, só unha vez, obteremos o valor real. A resistencia ao chan é diferente. O que estamos a buscar é a resistencia que os arredores proporcionará cando pasa a corrente de sobrecarga.
Eu usei o método de "caída potencial" ao medir a resistencia, cuxa teoría se explica na figura 1 e na figura 2. 3 a 5.
Na figura 3, hai unha vara de terra dunha profundidade dada e unha pila C cunha certa distancia da vara de terra E. A fonte de tensión vs está conectada entre ambos, que xerará unha corrente E entre a pila C e a vara de chan. Usando un voltímetro, podemos medir a VM de tensión entre ambos. Canto máis se achegue a E, canto máis baixa sexa a tensión VM. A VM é cero en terra de terra E. Por outra banda, cando medimos a tensión próxima á pila C, a VM faise alta. En Equity C, a VM é igual á fonte de tensión Vs. Seguindo a lei de Ohm, podemos usar a VM de tensión e a corrente C causada por VS para obter a resistencia ao chan da sucidade circundante.
Supoñendo que por mor da discusión, a distancia entre a varilla e a pila C é de 100 pés, e a tensión mídese cada 10 pés desde a varilla do chan e a pila C. Se trae os resultados, a curva de resistencia debería parecer a figura 4.
A parte máis plana é o valor da resistencia ao chan, que é o grao de influencia da varilla do chan. Máis aló diso, forma parte da vasta Terra e as correntes de sobretensión xa non penetrarán. Tendo en conta que a impedancia é cada vez maior neste momento, isto é comprensible.
Se a varilla do chan ten 8 metros de longo, a distancia da pila C adoita establecerse en 100 pés, e a parte plana da curva é de aproximadamente 62 pés. Aquí non se poden cubrir máis detalles técnicos, pero pódense atopar na mesma nota de aplicación de Fluke Corp.
A configuración usando Fluke 1625 móstrase na figura 5. O medidor de resistencia a terra de 1625 ten o seu propio xerador de tensión, que pode ler o valor de resistencia directamente do contador; Non é necesario calcular o valor OHM.
A lectura é a parte sinxela e a parte difícil é conducir as apostas de tensión. Para obter unha lectura precisa, a varilla do chan está desconectada do sistema de terra. Por motivos de seguridade, asegurámonos de que non hai posibilidade de raios ou mal funcionamento no momento da finalización, porque todo o sistema está flotando no chan durante o proceso de medición.
Figura 6: Sistema de Lyncole XIT ROD. O fío desconectado mostrado non é o principal conector do sistema de terra de campo. Principalmente conectado baixo terra.
Mirando ao redor, atopei a vara de terra (figura 6), que é realmente unha varilla de terra química producida polos sistemas de lincole. A varilla do chan consta dun buraco de 8 polgadas de diámetro de 10 pés cheo dunha mestura de arxila especial chamada Lynconite. No medio deste burato hai un tubo de cobre oco da mesma lonxitude cun diámetro de 2 polgadas. A linconita híbrida proporciona unha resistencia moi baixa para a varilla do chan. Alguén me dixo que no proceso de instalación desta varilla usáronse explosivos para facer buracos.
Unha vez que a tensión e as pilas de corrente están implantadas no chan, un fío está conectado de cada pila ao contador á súa vez, onde se le o valor de resistencia.
Teño un valor de resistencia ao chan de 7 ohmios, o que é un bo valor. O código eléctrico nacional require que o electrodo de terra sexa de 25 ohmios ou menos. Debido á natureza sensible do equipo, a industria das telecomunicacións normalmente require 5 ohmios ou menos. Outras grandes plantas industriais requiren unha menor resistencia ao chan.
Como práctica, sempre busco consellos e ideas de persoas máis experimentadas neste tipo de traballos. Preguntei o apoio técnico de Fluke sobre as discrepancias nalgunhas das lecturas que recibín. Dixeron que ás veces as apostas poden non facer un bo contacto co chan (quizais porque a rocha é dura).
Doutra banda, os sistemas terrestres de Lyncole, o fabricante de barras terrestres, afirmou que a maioría das lecturas son moi baixas. Esperan lecturas máis altas. Non obstante, cando lin artigos sobre barras de terra, esta diferenza prodúcese. Un estudo que tomou medicións cada ano durante 10 anos descubriu que o 13-40% das súas lecturas eran diferentes das outras lecturas. Tamén usaron as mesmas barras de terra que utilizamos. Polo tanto, é importante completar múltiples lecturas.
Pedinlle a outro contratista eléctrico que instalase unha conexión de fío de terra máis forte desde o edificio ata a varilla do chan para evitar o roubo de cobre no futuro. Tamén realizaron outra medida de resistencia ao chan. Non obstante, choveu uns días antes de que tomasen a lectura e o valor que obtiveron era incluso inferior a 7 ohmios (tomei a lectura cando estaba moi seco). A partir destes resultados, creo que a varilla terrestre aínda está en bo estado.
Figura 7: Comprobe as principais conexións do sistema de terra. Mesmo se o sistema de terra está conectado á varilla do chan, pódese usar unha abrazadeira para comprobar a resistencia ao chan.
Movei o supresor de sobrecarga de 480V ata un punto da liña despois da entrada do servizo, xunto ao interruptor de desconectación principal. Antes estaba nunha esquina do edificio. Sempre que hai un aumento do raio, esta nova ubicación pon o supresor de sobretensión en primeiro lugar. En segundo lugar, a distancia entre ela e a varilla do chan debe ser o máis curta posible. No arranxo anterior, ATS veu diante de todo e sempre tomou o liderado. Os fíos trifásicos conectados ao supresor de sobrecarga e a súa conexión terrestre son máis curtos para reducir a impedancia.
Volvín de novo para investigar unha estraña pregunta, por que o supresor de sobretensión non funcionou cando o ATS explotou durante o raio. Esta vez, comprobei a fondo todas as conexións en terra e neutras de todos os paneis do interruptor, xeradores de copia de seguridade e transmisores.
Descubrín que falta a conexión terrestre do panel do interruptor principal. Aquí é tamén onde o supresor de sobretensión e os ATS están a terra (polo que esta é tamén a razón pola que o supresor de sobretensión non funciona).
Perdeuse porque o ladrón de cobre cortou a conexión co panel nalgún momento antes de que se instalase o ATS. Os enxeñeiros anteriores repararon todos os fíos do chan, pero non puideron restaurar a conexión terrestre co panel do interruptor. O fío cortado non é fácil de ver porque está na parte traseira do panel. Corrixín esta conexión e fíxeno máis seguro.
Instalouse un novo ATS trifásico de 480V e usáronse tres núcleos toroides de ferrita Nautel na entrada trifásica do ATS para unha maior protección. Aseguro que tamén funciona o mostrador de supresores de sobretensión para que saibamos cando se produce un evento de sobretensión.
Cando chegou a tempada de tormentas, todo saíu ben e o ATS funcionaba ben. Non obstante, o fusible do transformador de polo segue soprando, pero esta vez o ATS e todos os demais equipos do edificio xa non están afectados polo aumento.
Pedimos á compañía eléctrica que comprobe o fusible. Dixéronme que o sitio está ao final do servizo de liña de transmisión trifásica, polo que é máis propenso a sobrepasar problemas. Limparon os polos e instalaron algúns equipos novos encima dos transformadores de polos (creo que tamén son algún tipo de supresor de sobretensión), o que realmente impediu que o fusible se queimase. Non sei se fixeron outras cousas na liña de transmisión, pero non importa o que fagan, funciona.
Todo isto sucedeu en 2015, e desde entón, non atopamos problemas relacionados con subidas de tensión ou tormentas.
A resolución de problemas de sobrecarga de tensión ás veces non é fácil. Debe ter coidado e minucioso para asegurarse de que se teñan en conta todos os problemas no cableado e na conexión. A teoría detrás dos sistemas de terra e as subidas de raios paga a pena estudar. É necesario comprender plenamente os problemas de conexión a terra dun só punto, gradientes de tensión e aumentos potenciais do chan durante os fallos para tomar as decisións correctas durante o proceso de instalación.
John Marcon, CBTE CBRE, exerceu recentemente como enxeñeiro xefe en funcións na Victory Television Crewe (VTN) en Little Rock, Arkansas. Ten 27 anos de experiencia en transmisores de transmisión de radio e televisión e outros equipos, e tamén é un antigo profesor de electrónica profesional. É un enxeñeiro de transmisión e televisión certificado por SBE cun título de bacharel en enxeñaría electrónica e comunicacións.
Para obter máis tales informes e estar ao día con todas as nosas noticias, funcións e análises líderes no mercado, inscríbete no noso boletín aquí.
Aínda que a FCC é a responsable da confusión inicial, a Oficina de Medios aínda ten un aviso para ser emitido ao licenciatario
© 2021 Future Publishing Limited, Quay House, The Ambury, Bath BA1 1UA. Todos os dereitos reservados. Número de rexistro de Inglaterra e Wales Company 2008885.
Tempo de publicación: 14 de xullo de 2021
