La protezione contro i fulmini è un aspetto chiave delle organizzazioni che utilizzano apparecchiature elettriche sensibili, soprattutto nel settore radiotelevisivo.Relativo alla prima linea di difesa contro i fulmini e le sovratensioni è il sistema di messa a terra.Se non è progettata e installata correttamente, qualsiasi protezione contro le sovratensioni non funzionerà.
Uno dei nostri siti di trasmissione TV si trova sulla cima di una montagna alta 900 piedi ed è noto per essere soggetto a picchi di fulmini.Recentemente mi è stato assegnato il compito di gestire tutti i nostri siti di trasmissione;pertanto il problema è stato trasferito a me.
Un fulmine nel 2015 ha causato un'interruzione di corrente e il generatore non ha smesso di funzionare per due giorni consecutivi.Dopo l'ispezione, ho scoperto che il fusibile del trasformatore di rete era bruciato.Ho anche notato che il display LCD dell'interruttore di trasferimento automatico (ATS) appena installato è vuoto.La telecamera di sicurezza è danneggiata e il programma video dal collegamento a microonde è vuoto.
A peggiorare le cose, quando è stata ripristinata la corrente elettrica, l'ATS è esploso.Per poter andare di nuovo in onda, sono stato costretto a cambiare ATS manualmente.La perdita stimata è di oltre 5.000 dollari.
Misteriosamente, il limitatore di sovratensione trifase 480V LEA non mostra alcun segno di funzionamento.Ciò ha suscitato il mio interesse perché dovrebbe proteggere tutti i dispositivi del sito da tali incidenti.Per fortuna, il trasmettitore è buono.
Non esiste documentazione per l'installazione del sistema di messa a terra, quindi non riesco a comprendere il sistema o il picchetto di terra.Come si può vedere dalla Figura 1, il terreno in loco è molto sottile e il resto del terreno sottostante è costituito da roccia Novaculite, come un isolante a base di silice.In questo terreno i soliti picchetti di terra non funzionano, devo verificare se hanno installato un picchetto di terra chimico e se è ancora nella sua vita utile.
Ci sono molte risorse sulla misurazione della resistenza di terra su Internet.Per effettuare queste misurazioni ho scelto il misuratore di resistenza di terra Fluke 1625, come mostrato in Figura 2. Si tratta di un dispositivo multifunzionale che può utilizzare solo il picchetto di terra oppure collegare il picchetto di terra al sistema per la misurazione della messa a terra.Oltre a questo, ci sono note applicative che le persone possono facilmente seguire per ottenere risultati accurati.Questo è un contatore costoso, quindi ne abbiamo noleggiato uno per fare il lavoro.
Gli ingegneri broadcast sono abituati a misurare la resistenza dei resistori e solo una volta otterremo il valore effettivo.La resistenza di terra è diversa.Quello che stiamo cercando è la resistenza che il terreno circostante fornirà al passaggio della corrente di picco.
Ho utilizzato il metodo della “caduta di potenziale” per misurare la resistenza, la cui teoria è spiegata nella Figura 1 e nella Figura 2. da 3 a 5.
Nella Figura 3, c'è un picchetto di terra E di una data profondità e un palo C con una certa distanza dal picchetto di terra E. Tra i due è collegata la sorgente di tensione VS, che genererà una corrente E tra il palo C e il picchetto di terra.Utilizzando un voltmetro possiamo misurare la tensione VM tra i due.Più ci avviciniamo a E, più bassa diventa la tensione VM.VM è zero sul picchetto di terra E. D'altra parte, quando misuriamo la tensione vicino al palo C, VM diventa alta.Al valore C, VM è uguale alla sorgente di tensione VS.Seguendo la legge di Ohm possiamo utilizzare la tensione VM e la corrente C causata da VS per ottenere la resistenza di terra dello sporco circostante.
Supponendo che, per motivi di discussione, la distanza tra il picchetto di terra E e il palo C sia di 100 piedi e che la tensione venga misurata ogni 10 piedi dal picchetto di terra E al palo C. Se si tracciano i risultati, la curva di resistenza dovrebbe apparire come in Figura 4.
La parte più piatta è il valore della resistenza di terra, ovvero il grado di influenza del picchetto di terra.Al di là c'è parte della vasta terra e le correnti impetuose non vi penetreranno più.Considerando che l'impedenza sta diventando sempre più alta in questo momento, questo è comprensibile.
Se il picchetto di terra è lungo 8 piedi, la distanza del palo C è solitamente impostata su 100 piedi e la parte piatta della curva è di circa 62 piedi.Ulteriori dettagli tecnici non possono essere trattati qui, ma possono essere trovati nella stessa nota applicativa di Fluke Corp.
La configurazione con Fluke 1625 è mostrata nella Figura 5. Il misuratore di resistenza di terra 1625 dispone di un proprio generatore di tensione, che può leggere il valore di resistenza direttamente dal misuratore;non è necessario calcolare il valore ohm.
Leggere è la parte facile, mentre la parte difficile è guidare la posta in gioco.Per ottenere una lettura accurata, il picchetto di terra viene scollegato dall'impianto di terra.Per motivi di sicurezza, ci assicuriamo che non vi sia alcuna possibilità di fulmini o malfunzionamenti al momento del completamento, poiché l'intero sistema galleggia sul terreno durante il processo di misurazione.
Figura 6: Picchetto di messa a terra XIT del sistema Lyncole.Il filo scollegato mostrato non è il connettore principale del sistema di messa a terra del campo.Principalmente collegato sotterraneo.
Guardandomi intorno, ho trovato il picchetto di terra (Figura 6), che in effetti è un picchetto di terra chimico prodotto da Lyncole Systems.Il picchetto di terra è costituito da un foro di 8 pollici di diametro e 10 piedi riempito con una speciale miscela di argilla chiamata Lynconite.Al centro di questo foro c'è un tubo cavo di rame della stessa lunghezza con un diametro di 2 pollici.La Lynconite ibrida fornisce una resistenza molto bassa per il picchetto di terra.Qualcuno mi ha detto che durante l'installazione di questa asta sono stati utilizzati esplosivi per creare buchi.
Una volta impiantate nel terreno le pile di tensione e corrente, da ciascuna pila si collega a sua volta un filo al contatore, dove si legge il valore della resistenza.
Ho ottenuto un valore di resistenza di terra di 7 ohm, che è un buon valore.Il Codice Elettrico Nazionale richiede che l'elettrodo di terra sia di 25 ohm o meno.A causa della natura sensibile dell'apparecchiatura, il settore delle telecomunicazioni richiede solitamente 5 ohm o meno.Altri grandi impianti industriali richiedono una resistenza del terreno inferiore.
Come pratica, cerco sempre consigli e approfondimenti da persone che hanno più esperienza in questo tipo di lavoro.Ho chiesto al supporto tecnico Fluke informazioni sulle discrepanze in alcune delle letture ricevute.Hanno detto che a volte i picchetti potrebbero non avere un buon contatto con il terreno (forse perché la roccia è dura).
D'altra parte, Lyncole Ground Systems, il produttore di picchetti di terra, ha affermato che la maggior parte delle letture sono molto basse.Si aspettano letture più elevate.Tuttavia, quando leggo articoli sui picchetti di terra, si verifica questa differenza.Uno studio che ha effettuato misurazioni ogni anno per 10 anni ha rilevato che il 13-40% delle loro letture erano diverse da altre letture.Hanno anche usato gli stessi picchetti di terra che abbiamo usato noi.Pertanto, è importante completare più letture.
Ho chiesto a un altro appaltatore elettrico di installare un collegamento del filo di terra più forte dall'edificio al picchetto di terra per prevenire futuri furti di rame.Hanno anche eseguito un’altra misurazione della resistenza di terra.Tuttavia, ha piovuto alcuni giorni prima che effettuassero la lettura e il valore ottenuto era addirittura inferiore a 7 ohm (ho effettuato la lettura quando era molto secco).Da questi risultati credo che il picchetto di terra sia ancora in buone condizioni.
Figura 7: Controllare i collegamenti principali dell'impianto di terra.Anche se il sistema di messa a terra è collegato al picchetto di terra, è possibile utilizzare una pinza per verificare la resistenza di terra.
Ho spostato il soppressore di sovratensione da 480 V in un punto della linea dopo l'ingresso di servizio, accanto al sezionatore principale.Una volta era in un angolo dell'edificio.Ogni volta che si verifica una sovratensione, questa nuova posizione mette al primo posto il soppressore di sovratensione.In secondo luogo, la distanza tra questo e il picchetto di terra dovrebbe essere la più breve possibile.Nella disposizione precedente ATS veniva prima di tutto e prendeva sempre l'iniziativa.I cavi trifase collegati al soppressore di sovratensione e al suo collegamento a terra sono accorciati per ridurre l'impedenza.
Sono tornato di nuovo per indagare su una strana domanda, perché il soppressore di sovratensioni non ha funzionato quando l'ATS è esploso durante il fulmine.Questa volta ho controllato attentamente tutti i collegamenti di terra e neutro di tutti i pannelli degli interruttori automatici, dei generatori di riserva e dei trasmettitori.
Ho scoperto che manca il collegamento a terra del pannello dell'interruttore principale!Questo è anche il punto in cui vengono messi a terra il soppressore di picchi e l'ATS (quindi questo è anche il motivo per cui il soppressore di picchi non funziona).
È andato perduto perché il ladro di rame ha interrotto la connessione al pannello qualche tempo prima dell'installazione dell'ATS.Gli ingegneri precedenti hanno riparato tutti i cavi di terra, ma non sono stati in grado di ripristinare il collegamento di terra al pannello dell'interruttore.Il filo tagliato non è facile da vedere perché si trova sul retro del pannello.Ho corretto questa connessione e l'ho resa più sicura.
È stato installato un nuovo ATS trifase da 480 V e sono stati utilizzati tre nuclei toroidali in ferrite Nautel sull'ingresso trifase dell'ATS per una maggiore protezione.Mi assicuro che anche il contatore del soppressore di sovratensione funzioni in modo da sapere quando si verifica un evento di sovratensione.
Quando arrivò la stagione dei temporali, tutto andò bene e l'ATS funzionava bene.Tuttavia, il fusibile del trasformatore è ancora saltato, ma questa volta l'ATS e tutte le altre apparecchiature nell'edificio non sono più influenzate dalla sovratensione.
Chiediamo alla compagnia elettrica di controllare il fusibile bruciato.Mi è stato detto che il sito è al termine del servizio della linea di trasmissione trifase, quindi è più soggetto a problemi di sovratensione.Hanno pulito i poli e installato alcune nuove apparecchiature sopra i trasformatori dei poli (credo che siano anche una specie di soppressore di sovratensione), che ha davvero impedito che il fusibile si bruciasse.Non so se abbiano fatto altre cose sulla linea di trasmissione, ma qualunque cosa facciano, funziona.
Tutto questo è successo nel 2015 e da allora non abbiamo più riscontrato problemi legati a sbalzi di tensione o temporali.
Risolvere i problemi di sovratensione a volte non è facile.È necessario prestare attenzione e scrupolosamente per garantire che tutti i problemi siano presi in considerazione nel cablaggio e nella connessione.Vale la pena studiare la teoria alla base dei sistemi di messa a terra e dei fulmini.È necessario comprendere appieno i problemi della messa a terra a punto singolo, dei gradienti di tensione e degli aumenti del potenziale di terra durante i guasti per poter prendere le giuste decisioni durante il processo di installazione.
John Marcon, CBTE CBRE, ha recentemente ricoperto il ruolo di ingegnere capo ad interim presso Victory Television Network (VTN) a Little Rock, Arkansas.Ha 27 anni di esperienza in trasmettitori di trasmissioni radiofoniche e televisive e altre apparecchiature ed è anche un ex insegnante di elettronica professionista.È un ingegnere di trasmissione televisiva e televisiva certificato SBE con una laurea in ingegneria elettronica e delle comunicazioni.
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Orario di pubblicazione: 14 luglio 2021
