La protezione dei fulmini è un aspetto chiave delle organizzazioni che operano apparecchiature elettriche sensibili, in particolare nel settore della trasmissione. In relazione alla prima linea di difesa contro i fulmini e le ondate di tensione è il sistema di messa a terra. A meno che non sia progettato e installato correttamente, qualsiasi protezione da aumento non funzionerà.
Uno dei nostri siti di trasmettitori TV si trova sulla parte superiore di una montagna alta 900 piedi ed è noto per aver sperimentato i fulmini. Di recente sono stato assegnato a gestire tutti i nostri siti di trasmettitori; Pertanto, il problema mi è stato trasmesso.
Un fulmine nel 2015 ha causato un'interruzione di corrente e il generatore non ha smesso di funzionare per due giorni consecutivi. All'ispezione, ho scoperto che il fusibile del trasformatore di utilità era soffiato. Ho anche notato che il display LCD di trasferimento automatico (ATS) appena installato è vuoto. La fotocamera di sicurezza è danneggiata e il programma video dal collegamento a microonde è vuoto.
A peggiorare le cose, quando il potere dell'utilità è stato ripristinato, l'ATS è esploso. Affinché ci aria, sono stato costretto a cambiare manualmente ATS. La perdita stimata è superiore a $ 5.000.
Misteriosamente, il protettore del Surge 480V Tr-Fase Lea non mostra affatto segni di lavoro. Ciò ha suscitato il mio interesse perché dovrebbe proteggere tutti i dispositivi nel sito da tali incidenti. Per fortuna, il trasmettitore è buono.
Non esiste una documentazione per l'installazione del sistema di messa a terra, quindi non riesco a capire il sistema o l'asta di messa a terra. Come si può vedere dalla Figura 1, il terreno in loco è molto sottile e il resto del terreno sottostante è fatto di roccia di novaculite, come un isolante a base di silice. In questo terreno, le solite aste di terra non funzioneranno, devo determinare se hanno installato un'asta di terra chimica e se è ancora nella sua vita utile.
Ci sono molte risorse sulla misurazione della resistenza al suolo su Internet. Per effettuare queste misurazioni, ho scelto il misuratore di resistenza al suolo Fluke 1625, come mostrato nella Figura 2. È un dispositivo multifunzionale che può utilizzare solo l'asta di terra o collegare l'asta di terra al sistema per la misurazione di terra. Inoltre, ci sono note di applicazione, che le persone possono facilmente seguire per ottenere risultati accurati. Questo è un contatore costoso, quindi ne abbiamo affittato uno per fare il lavoro.
Gli ingegneri di trasmissione sono abituati a misurare la resistenza dei resistori e solo una volta otterremo il valore effettivo. La resistenza al suolo è diversa. Quello che stiamo cercando è la resistenza che il terreno circostante fornirà quando passa la corrente di aumento.
Ho usato il metodo di "drop potenziale" quando si misura la resistenza, la cui teoria è spiegata nella Figura 1 e nella Figura 2. 3 a 5.
Nella Figura 3, c'è un'asta di terra E di una determinata profondità e una pila C con una certa distanza dall'asta di terra E. La sorgente di tensione vs è collegata tra i due, che genererà una corrente E tra la pila C e il Asta di terra. Usando un voltmetro, possiamo misurare la VM di tensione tra i due. Più ci avviciniamo a E, più basso diventa la VM di tensione. La VM è zero a terra di terra E. D'altra parte, quando misuriamo la tensione vicina alla pila C, la VM diventa alta. All'equità C, VM è uguale alla sorgente di tensione vs. Seguendo la legge di Ohm, possiamo usare la VM di tensione e la corrente C causata da VS per ottenere la resistenza al suolo dello sporco circostante.
Supponendo che per motivi di discussione, la distanza tra l'asta di terra E e il mucchio C sia di 100 piedi e la tensione viene misurata ogni 10 piedi dall'asta di terra E alla pila C. Se si tracciano i risultati, la curva di resistenza dovrebbe sembrare una figura 4.
La parte più flatteria è il valore della resistenza al suolo, che è il grado di influenza dell'asta di terra. Al di là di ciò fa parte della vasta terra e le correnti di aumento non penetreranno più. Considerando che l'impedenza sta diventando sempre più alta in questo momento, questo è comprensibile.
Se l'asta di terra è lunga 8 piedi, la distanza della pila C è generalmente impostata su 100 piedi e la parte piatta della curva è di circa 62 piedi. Qui non possono essere trattati più dettagli tecnici, ma possono essere trovati nella stessa nota dell'applicazione da Fluke Corp.
L'impostazione usando Fluke 1625 è mostrata nella Figura 5. Il misuratore di resistenza a terra 1625 ha il suo generatore di tensione, che può leggere il valore di resistenza direttamente dal misuratore; Non è necessario calcolare il valore OHM.
La lettura è la parte facile e la parte difficile sta guidando la posta in gioco. Per ottenere una lettura accurata, l'asta di terra viene disconnessa dal sistema di messa a terra. Per motivi di sicurezza, ci assicuriamo che non vi siano possibilità di fulmini o malfunzionamenti al momento del completamento, poiché l'intero sistema sta galleggiando a terra durante il processo di misurazione.
Figura 6: Sistema Lyncole XIT asta di terra. Il filo disconnesso mostrato non è il connettore principale del sistema di messa a terra sul campo. Principalmente connessi sotterranei.
Guardando intorno, ho trovato l'asta di terra (Figura 6), che è davvero un'asta di terra chimica prodotta dai sistemi di lincole. L'asta di terra è costituita da un buco di 10 piedi da 8 pollici riempito con una speciale miscela di argilla chiamata Lynconite. Nel mezzo di questo foro c'è un tubo di rame vuoto della stessa lunghezza con un diametro di 2 pollici. La Lynconite ibrida offre una resistenza molto bassa per l'asta di terra. Qualcuno mi ha detto che nel processo di installazione di questa canna, gli esplosivi sono stati usati per creare buchi.
Una volta impiantate le pile di tensione e corrente nel terreno, un filo è collegato da ciascuna pila al contatore a sua volta, in cui viene letto il valore di resistenza.
Ho ottenuto un valore di resistenza a terra di 7 ohm, il che ha un buon valore. Il codice elettrico nazionale richiede che l'elettrodo a terra sia di 25 ohm o meno. A causa della natura sensibile dell'attrezzatura, l'industria delle telecomunicazioni di solito richiede 5 ohm o meno. Altre grandi piante industriali richiedono una minore resistenza al suolo.
Come pratica, chiedo sempre consigli e approfondimenti da parte di persone che hanno più esperienza in questo tipo di lavoro. Ho chiesto il supporto tecnico di Fluke sulle discrepanze in alcune delle letture che ho ottenuto. Hanno detto che a volte la posta in gioco potrebbe non prendere un buon contatto con il terreno (forse perché la roccia è dura).
D'altra parte, i sistemi di terra di Lyncole, il produttore delle aste di terra, hanno dichiarato che la maggior parte delle letture sono molto basse. Si aspettano letture più elevate. Tuttavia, quando leggo articoli sulle aste 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 era diverso dalle altre letture. Hanno anche usato le stesse aste di terra che abbiamo usato. Pertanto, è importante completare più letture.
Ho chiesto a un altro appaltatore elettrico di installare un collegamento di filo di terra più forte dall'edificio all'asta di terra per prevenire il furto di rame in futuro. Hanno anche eseguito un'altra misurazione della resistenza al suolo. Tuttavia, ha piovuto pochi giorni prima che prendessero la lettura e il valore che hanno ottenuto era persino inferiore a 7 ohm (ho preso la lettura quando era molto asciutta). Da questi risultati, credo che l'asta di terra sia ancora in buone condizioni.
Figura 7: Controllare i collegamenti principali del sistema di messa a terra. Anche se il sistema di messa a terra è collegato all'asta di terra, è possibile utilizzare un morsetto per verificare la resistenza al suolo.
Ho spostato il soppressore di sovratensione a 480 V in un punto nella linea dopo l'ingresso del servizio, accanto all'interruttore di disconnessione principale. Era in un angolo dell'edificio. Ogni volta che si verifica un fulmine, questa nuova posizione mette in primo luogo il soppressore del sovratensione. In secondo luogo, la distanza tra esso e l'asta di terra dovrebbe essere il più breve possibile. Nell'accordo precedente, ATS è venuto davanti a tutto e ha sempre preso il comando. I fili trifase collegati al soppressore di sovratensione e la sua connessione a terra sono resi più brevi per ridurre l'impedenza.
Sono tornato di nuovo per indagare su una strana domanda, perché il soppressore del sovratensione non ha funzionato quando l'ATS è esploso durante il fulmine. Questa volta, ho controllato a fondo tutte le connessioni a terra e neutra di tutti i pannelli di interruttori, i generatori di backup e i trasmettitori.
Ho scoperto che manca la connessione a terra del pannello di interruttore a circuito principale! Questo è anche dove sono messi a terra il soppressore del sovratensione e gli AT (quindi questo è anche il motivo per cui il soppressore del sovratensione non funziona).
È stato perso perché il ladro di rame ha tagliato la connessione al pannello qualche tempo prima che l'ATS fosse installato. Gli ingegneri precedenti hanno riparato tutti i fili di terra, ma non sono stati in grado di ripristinare il collegamento di terra al pannello dell'interruttore. Il filo di taglio non è facile da vedere perché è sul retro del pannello. Ho risolto questa connessione e l'ho resa più sicura.
È stato installato un nuovo ATS trifase 480V e sono stati utilizzati tre nuclei toroidali di nautel ferrite nell'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 aumento.
Quando è arrivata la stagione delle tempeste, tutto è andato bene e l'ATS stava funzionando bene. Tuttavia, il fusibile del trasformatore polare sta ancora soffiando, ma questa volta l'ATS e tutte le altre attrezzature nell'edificio non sono più influenzate dall'ondata.
Chiediamo alla compagnia elettrica di controllare il fusibile soffiato. Mi è stato detto che il sito è alla fine del servizio di linea di trasmissione trifase, quindi è più soggetto a problemi di aumento. Hanno pulito i pali e installato alcune nuove apparecchiature sopra i trasformatori di pole (credo che siano anche una specie di soppressore del sovratensione), che ha davvero impedito la combustione del fusibile. Non so se hanno fatto altre cose sulla linea di trasmissione, ma non importa quello che fanno, funziona.
Tutto ciò è accaduto nel 2015 e da allora non abbiamo riscontrato alcun problema relativo a ondate di tensione o temporali.
Risolvere i problemi di aumento della tensione a volte non è facile. Le cure devono essere prese e accurate per garantire che tutti i problemi siano presi in considerazione nei cablaggi 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 del potenziale di terra aumenta durante i guasti al fine di prendere le giuste decisioni durante il processo di installazione.
John Marcon, CBTE CBRE, ha recentemente ricoperto il ruolo di ingegnere capo della Victory Television Network (VTN) a Little Rock, Arkansas. Ha 27 anni di esperienza in trasmettitori di trasmissioni radio e televisive e altre attrezzature ed è anche un ex insegnante di elettronica professionista. È un ingegnere di trasmissione e trasmissione televisiva certificata SBE con una laurea in ingegneria elettronica e comunicazione.
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Tempo post: lug-14-2021
