低地抵抗の測定は、正しい接地システムの鍵です

稲妻保護は、特に放送業界で敏感な電気機器を運営する組織の重要な側面です。稲妻と電圧サージに対する第一の防御線に関連するのは、接地システムです。正しく設計およびインストールされない限り、サージ保護は機能しません。
私たちのテレビ送信機サイトの1つは、高さ900フィートの山の上部にあり、稲妻の急増を経験することで知られています。私は最近、すべての送信機サイトを管理するように割り当てられました。したがって、問題は私に伝えられました。
2015年の落雷は停電を引き起こし、発電機は2日間連続して走行を停止しませんでした。検査後、ユーティリティトランスヒューズが吹き飛ばされたことがわかりました。また、新しくインストールされた自動転送スイッチ（ATS）LCDディスプレイが空白であることに気付きました。セキュリティカメラが破損しており、マイクロ波リンクのビデオプログラムが空白です。
さらに悪いことに、ユーティリティパワーが回復したとき、ATSは爆発しました。私たちが再び放映するために、私は手動でATを切り替えることを余儀なくされました。推定損失は5,000ドル以上です。
不思議なことに、LEA 3相480Vサージプロテクターは、作業の兆候をまったく示していません。これは、サイト内のすべてのデバイスをそのようなインシデントから保護する必要があるため、私の興味を引き起こしました。ありがたいことに、送信機は良いです。
接地システムの設置に関するドキュメントはないため、システムや接地棒を理解できません。図1からわかるように、現場の土壌は非常に薄く、下の地面の残りの部分は、シリカベースの絶縁体のようにノヴァキュライト岩でできています。この地形では、通常の挽いたロッドは機能しません。化学用のグラウンドロッドを設置したかどうか、そしてそれがまだ耐用年数内にあるかどうかを判断する必要があります。
インターネット上の地上抵抗測定に関する多くのリソースがあります。これらの測定を行うために、図2に示すように、Fluke 1625の地上抵抗計を選択しました。これは、接地棒のみを使用したり、接地測定のためにグランドロッドをシステムに接続できる多機能デバイスです。これに加えて、アプリケーションノートがあります。これは、正確な結果を得るために簡単に従うことができます。これは高価なメーターなので、仕事をするためにレンタルしました。
ブロードキャストエンジニアは、抵抗器の抵抗を測定することに慣れており、一度だけ、実際の価値を取得します。地上抵抗は異なります。私たちが探しているのは、サージ電流が通過するときに周囲の地面が提供する抵抗です。
抵抗を測定するときに「ポテンシャルドロップ」の方法を使用しました。その理論は、図1および図2.3〜5で説明しています。
図3には、特定の深さのグランドロッドEがあり、グランドロッドEから一定の距離を持つパイルCがあります。電圧源vsは2つの間に接続されています。グラウンドロッド。電圧計を使用して、2つの間の電圧VMを測定できます。 Eに近いほど、電圧VMが低くなります。一方、VMはグラウンドロッドEでゼロです。パイルCに近い電圧を測定すると、VMが高くなります。エクイティCでは、VMは電圧源Vsに等しくなります。オームの法則に従って、VSによって引き起こされる電圧VMと現在のCを使用して、周囲の汚れの地盤抵抗を得ることができます。
議論のために、グラウンドロッドEとパイルCの間の距離は100フィートであり、電圧はグラウンドロッドEからパイルCまで10フィートごとに測定されます。結果をプロットすると、抵抗曲線は図のように見えるはずです4。
最も平坦な部分は、グランドロッドの影響の程度である地上抵抗の値です。それを超えて広大な地球の一部であり、サージ電流はもはや浸透しません。現時点でインピーダンスがますます高くなっていることを考えると、これは理解できます。
グランドロッドの長さが8フィートの場合、パイルCの距離は通常100フィートに設定され、曲線の平らな部分は約62フィートです。ここでは、より多くの技術的な詳細をカバーすることはできませんが、Fluke Corpの同じアプリケーションノートに記載されています。
Fluke 1625を使用したセットアップを図5に示します。1625接地抵抗メーターには独自の電圧発生器があり、メーターから直接抵抗値を読み取ることができます。オーム値を計算する必要はありません。
読書は簡単な部分であり、難しい部分は電圧ステークを駆動することです。正確な読み取り値を取得するために、グラウンドロッドは接地システムから切断されます。安全上の理由から、測定プロセス中にシステム全体が地面に浮かんでいるため、完了時に雷や誤動作の可能性がないことを確認します。
図6：リンコールシステムxitグランドロッド。表示されている切断されたワイヤは、フィールド接地システムのメインコネクタではありません。主に地下に接続されています。
周りを見回すと、グランドロッド（図6）が見つかりました。これは、実際にはリンコールシステムによって生成される化学粉砕棒です。グラウンドロッドは、直径8インチ、リンコナイトと呼ばれる特別な粘土混合物で満たされた10フィートの穴で構成されています。この穴の中央には、直径2インチの同じ長さの中空の銅管があります。ハイブリッドリンコナイトは、挽いたロッドの抵抗が非常に低くなります。誰かが私に、このロッドを設置する過程で、爆発物が穴を開けるために使用されたと言った。
電圧と電流杭が地面に埋め込まれると、各パイルからメーターにワイヤが接続され、抵抗値が読み取られます。
私は7オームの地上抵抗値を得ましたが、これは良い値です。全国の電気コードでは、地上電極を25オーム以下にする必要があります。機器の敏感な性質のため、通信業界には通常、5オーム以下が必要です。他の大きな産業植物は、より低い地上抵抗を必要とします。
実践として、私は常にこのタイプの仕事でより経験を積んだ人々からアドバイスと洞察を求めています。私は、私が得たいくつかの測定値の矛盾について、Flukeの技術サポートに尋ねました。彼らは、時には利害関係が地面と良好な接触をしないかもしれないと言った（おそらく岩が硬いから）。
一方、グラウンドロッドの製造業者であるリンコールグラウンドシステムは、測定値のほとんどが非常に低いと述べました。彼らはより高い測定値を期待しています。ただし、グラウンドロッドに関する記事を読むと、この違いが発生します。毎年10年間測定した研究では、測定値の13〜40％が他の測定値とは異なることがわかりました。彼らはまた、私たちが使用したのと同じグラウンドロッドを使用しました。したがって、複数の測定値を完了することが重要です。
私は別の電気請負業者に、将来の銅の盗難を防ぐために、建物からグランドロッドへのより強力な接地ワイヤー接続を設置するように頼みました。また、別の地上抵抗測定を実行しました。しかし、彼らが読書を取る数日前に雨が降り、彼らが得た価値は7オーム未満でした（私はそれが非常に乾燥していたときに読書を取りました）。これらの結果から、私はグラウンドロッドがまだ良好な状態にあると信じています。
図7：接地システムの主な接続を確認してください。接地システムがグランドロッドに接続されている場合でも、クランプを使用して接地抵抗を確認できます。
480Vサージサプレッサーを、メイン切断スイッチの隣のサービス入り口の後、ラインのポイントに移動しました。以前は建物の隅にありました。稲妻が発生するたびに、この新しい場所はサージサプレッサーをそもそも抑制します。第二に、それとグラウンドロッドの間の距離はできるだけ短くする必要があります。以前の取り決めで、ATSはすべての前に来て、常にリードを奪いました。サージサプレッサーに接続された3相ワイヤとその地上接続は、インピーダンスを減らすために短縮されます。
私は再び戻って、奇妙な質問を調査しました。なぜ、Surge Suptressorが稲妻の急増中に爆発したときにサージサプレッサーが機能しなかった理由です。今回は、すべての回路ブレーカーパネル、バックアップジェネレーター、および送信機のすべてのグラウンドとニュートラルの接続を徹底的にチェックしました。
メインサーキットブレーカーパネルの地上接続が欠落していることがわかりました！これは、サージサプレッサーとATSが接地されている場所でもあります（したがって、これがサージサプレッサーが機能しない理由でもあります）。
ATSが設置される前に、銅泥棒がパネルへの接続を切断したため、失われました。以前のエンジニアはすべての挽いたワイヤを修復しましたが、回路ブレーカーパネルへの地上接続を復元することができませんでした。カットワイヤはパネルの背面にあるため、簡単に確認できません。この接続を修正し、より安全にしました。
新しい3相480V ATSが設置され、ATSの3相入力で3つのNautel Ferriteトロイダルコアが使用され、保護が追加されました。サージサプレッサーカウンターも機能していることを確認して、サージイベントがいつ発生するかを知るようにします。
嵐の季節が来たとき、すべてがうまくいき、ATSは順調に走っていました。ただし、極トランスヒューズはまだ吹いていますが、今回は建物内のATSと他のすべての機器は、サージの影響を受けなくなりました。
電力会社に、吹き飛ばされたヒューズを確認するように依頼します。このサイトは三相送信ラインサービスの終わりにあると言われたので、急増する傾向があります。彼らはポールを掃除し、ポールトランスの上にいくつかの新しい機器を設置しました（それらはある種のサージサプレッサーでもあると思います）。彼らが送信ラインで他のことをしたかどうかはわかりませんが、彼らが何をしても、それはうまくいきます。
これらはすべて2015年に起こり、それ以来、電圧サージや雷雨に関連する問題に遭遇していません。
電圧サージの問題を解決するのは簡単ではない場合があります。すべての問題が配線と接続において考慮されるようにするために、注意して徹底的に必要です。接地システムと稲妻の急増の背後にある理論は研究する価値があります。設置プロセス中に正しい決定を下すために、障害中に単一点接地、電圧勾配、および地面の潜在的な上昇の問題を完全に理解する必要があります。
CBTE CBREのJohn Marconは、アーカンソー州リトルロックのVictory Television Network（VTN）の代理のチーフエンジニアを務めました。彼はラジオやテレビの放送送信機やその他の機器で27年の経験があり、元プロの電子機器の教師でもあります。彼は、電子機器および通信工学の学士号を取得したSBE認定放送およびテレビ放送エンジニアです。
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