低い接地抵抗を測定することが正しい接地システムの鍵です

雷保護は、特に放送業界において、敏感な電気機器を運用する組織にとって重要な要素です。雷や電圧サージに対する防御の第一線に関連するのは、接地システムです。正しく設計および設置されない限り、サージ保護は機能しません。
当社のテレビ送信サイトの 1 つは標高 900 フィートの山の頂上にあり、雷サージが発生することで知られています。私は最近、すべての送信サイトの管理を任されました。したがって、問題は私に引き継がれました。
2015年の落雷では停電が発生し、発電機は2日連続で停止しなかった。調べてみると、商用変圧器のヒューズが切れていたことが分かりました。また、新しく設置された自動転送スイッチ (ATS) の LCD ディスプレイが空白であることに気付きました。監視カメラは破損しており、電子レンジ リンクからのビデオ プログラムは空白です。
さらに悪いことに、商用電源が復旧したときに ATS が爆発しました。再放送するには、手動で ATS を切り替える必要がありました。推定損失額は5000ドル以上。
不思議なことに、LEA の三相 480V サージ保護装置はまったく動作する気配がありません。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。幸いなことに、送信機は良好です。
接地システムの設置に関する文書がないため、システムや接地棒について理解できません。図1からわかるように、現場の土壌は非常に薄く、その下の地面の残りの部分はシリカベースの絶縁体のようなノバキュライト岩でできています。この地形では、通常の接地棒は機能しません。化学接地棒が設置されているかどうか、またそれがまだ耐用年数内であるかどうかを判断する必要があります。
接地抵抗測定に関するリソースはインターネット上にたくさんあります。これらの測定を行うために、図 2 に示すように、Fluke 1625 接地抵抗計を選択しました。これは、接地棒のみを使用することも、接地棒を接地測定用のシステムに接続することもできる多機能デバイスです。これに加えて、正確な結果を得るために簡単に実行できるアプリケーション ノートもあります。これは高価なメーターなので、作業のためにレンタルしました。
放送エンジニアは抵抗器の抵抗値を測定することに慣れており、実際の値を取得できるのは 1 回だけです。接地抵抗が違います。求めているのは、サージ電流が流れるときに周囲のアースが提供する抵抗です。
抵抗を測定するときに「電位降下」の方法を使用しました。その理論は図 1 と図 2.3 ～ 5 で説明されています。
図 3 では、所定の深さの接地棒 E と、接地棒 E から一定の距離にある杭 C があります。電圧源 VS が 2 つの間に接続されており、杭 C と杭 C の間に電流 E が生成されます。接地棒。電圧計を使用すると、2 つの間の電圧 VM を測定できます。Eに近づくほど、電圧VMは低くなります。接地棒 E では VM はゼロです。一方、杭 C の近くで電圧を測定すると、VM は高くなります。資本 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、電圧 VM と VS によって生じる電流 C を使用して、周囲の汚れの接地抵抗を取得できます。
説明のために、接地棒 E と杭 C の間の距離が 100 フィートで、電圧が接地棒 E から杭 C まで 10 フィートごとに測定されると仮定します。結果をプロットすると、抵抗曲線は図のようになります。 4.
最も平坦な部分が接地抵抗の値であり、接地棒の影響度を表します。その先には広大な地球の一部があり、サージ電流は浸透しなくなる。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慮すると、これは理解できます。
接地ロッドの長さが 8 フィートの場合、杭 C の距離は通常 100 フィートに設定され、カーブの平らな部分は約 62 フィートになります。技術的な詳細についてはここでは説明できませんが、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 接地抵抗計には独自の電圧発生器があり、抵抗値を計器から直接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。
読み取るのは簡単な部分ですが、難しいの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得るために、接地棒は接地システムから切り離されます。安全性を考慮し、システム全体を地上に浮かせた状態で計測を行うため、完成時には落雷や誤動作が発生しないように配慮しています。
図 6: Lyncole システム XIT 接地ロッド。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。主に地下でつながっています。
周りを見回すと、アース ロッド (図 6) を見つけました。これはまさに Lyncole Systems が製造した化学アース ロッドです。接地棒は、リンコナイトと呼ばれる特殊な粘土混合物で満たされた直径 8 インチ、10 フィートの穴で構成されています。この穴の中央には、同じ長さで直径 2 インチの中空の銅管があります。ハイブリッド リンコナイトは、接地ロッドの抵抗を非常に低くします。この棒を取り付ける過程で、爆発物を使って穴を開けた、と誰かが教えてくれました。
電圧杭と電流杭が地面に埋め込まれると、各杭からメーターにワイヤが順番に接続され、そこで抵抗値が読み取られます。
接地抵抗値は 7 オームで、良好な値でした。米国電気規定では、接地電極が 25 オーム以下であることが求められています。機器の繊細な性質のため、電気通信業界では通常 5 オーム以下が必要です。他の大規模な産業プラントでは、より低い接地抵抗が必要です。
実践として、私は常にこの種の仕事でより経験豊富な人々からアドバイスや洞察を求めます。私は、得られた測定値の一部に矛盾があることについて、Fluke テクニカル サポートに尋ねました。彼らは、時々杭が地面にうまく接触しないことがあると言っていました（おそらく岩が硬いため）。
一方、接地棒のメーカーである Lyncole Ground Systems は、ほとんどの測定値が非常に低いと述べています。彼らはより高い測定値を期待しています。しかし、アースロッドの記事を読んでいると、この違いが生じます。10年間にわたって毎年測定を行った研究では、測定値の13〜40％が他の測定値と異なっていることがわかりました。彼らはまた、私たちが使用したものと同じ接地棒を使用しました。したがって、複数回の読み取りを完了することが重要です。
私は別の電気工事業者に、将来の銅の盗難を防ぐために、建物からアース棒までのより強力なアース線接続を設置するように依頼しました。彼らはまた、別の接地抵抗測定も実施しました。しかし、測定値を測定する数日前に雨が降ったため、測定値は 7 オームよりもさらに低くなりました (非常に乾燥しているときに測定値を測定しました)。この結果から、アースロッドはまだ良好な状態であると考えられます。
図 7: 接地システムの主な接続を確認します。接地システムが接地棒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チェックできます。
480V サージ抑制装置を引き込み口の後のライン上の主断路スイッチの隣に移動しました。以前はビルの一角にありました。雷サージが発生するたびに、この新しい場所にサージ抑制装置が配置されます。第二に、接地棒との距離はできるだけ短くする必要があります。以前の配置では、ATS がすべての前に出て、常にリードしていました。サージキラーに接続されている三相線とそのアース接続は、インピーダンスを下げるために短くされています。
私は、雷サージ中に ATS が爆発したときになぜサージ抑制装置が機能しなかったのかという奇妙な疑問を調査するために再び戻ってきました。今回は、すべてのサーキットブレーカーパネル、バックアップ発電機、送信機のすべてのアースとニュートラルの接続を徹底的にチェックしました。
主幹ブレーカー盤のアース接続が抜けていることが分かりました。これは、サージ抑制装置と ATS が接地される場所でもあります (したがって、これがサージ抑制装置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、紛失しました。以前のエンジニアはすべてのアース線を修理しましたが、サーキットブレーカーパネルへのアース接続を復元することはできませんでした。切断された配線はパネルの裏側にあるため目立ちません。この接続を修正し、より安全なものにしました。
新しい三相 480V ATS が設置され、保護を強化するために ATS の三相入力に 3 つの Nautel フェライト トロイダル コアが使用されました。サージイベントがいつ発生したかを知るために、サージ抑制カウンターも機能することを確認します。
嵐の季節が来ると、すべてが順調に進み、ATS も正常に動作しました。ただし、柱上変圧器のヒューズはまだ切れていますが、今度は、ATS および建物内の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。
電力会社にヒューズ切れの点検を依頼しています。この現場は三相送電線の終端にあるため、サージの問題が発生しやすいと聞きました。彼らは柱を掃除し、柱上の変圧器の上にいくつかの新しい機器を取り付けました（これはある種のサージ抑制装置でもあると思います）。これにより、ヒューズが切れるのを本当に防ぎました。彼らが伝送路で他のことをしたかどうかは知りませんが、何をしても機能します。
これらはすべて 2015 年に発生したもので、それ以来、電圧サージや雷雨に関連する問題は発生していません。
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。配線と接続においては、すべての問題が確実に考慮されるよう、細心の注意を払う必要があります。接地システムと雷サージ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には、単一点接地、電圧勾配、および障害時の接地電位の上昇の問題を十分に理解する必要があります。
CBTE CBRE の John Marcon 氏は、最近、アーカンソー州リトルロックのビクトリー テレビ ネットワーク (VTN) でチーフ エンジニア代理を務めました。彼はラジオやテレビの放送送信機やその他の機器に関して 27 年の経験があり、元電子機器の専門教師でもあります。彼は SBE 認定の放送およびテレビ放送エンジニアであり、電子工学および通信工学の学士号を取得しています。
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