낮은 접지 저항을 측정하는 것이 올바른 접지 시스템의 핵심입니다.

낙뢰 보호는 특히 방송 산업에서 민감한 전기 장비를 운영하는 조직의 핵심 측면입니다.번개 및 전압 서지에 대한 첫 번째 방어선과 관련된 것은 접지 시스템입니다.올바르게 설계하고 설치하지 않으면 서지 보호 기능이 작동하지 않습니다.
당사의 TV 송신기 사이트 중 하나는 900피트 높이의 산 꼭대기에 위치하고 있으며 번개가 치는 곳으로 유명합니다.저는 최근 모든 송신기 사이트를 관리하도록 임명되었습니다.그러므로 문제는 나에게 전달되었습니다.
2015년에는 낙뢰로 인해 정전이 발생했고, 발전기는 이틀 연속 가동을 멈추지 않았습니다.검사 결과 유틸리티 변압기 퓨즈가 끊어진 것을 발견했습니다.새로 설치된 자동절체스위치(ATS) LCD 디스플레이가 비어 있는 것도 확인했습니다.보안 카메라가 손상되었으며 전자레인지 링크의 비디오 프로그램이 비어 있습니다.
설상가상으로 전력이 복구되자 ATS가 폭발했다.재방송을 위해 ATS를 수동으로 전환해야 했습니다.예상 손실액은 $5,000 이상입니다.
신기하게도 LEA 3상 480V 서지 보호기는 전혀 작동할 기미가 보이지 않습니다.이는 이러한 사고로부터 현장의 모든 장치를 보호해야 하기 때문에 관심을 불러일으켰습니다.다행히 송신기는 좋습니다.
접지 시스템 설치에 대한 문서가 없어 시스템이나 접지봉을 이해할 수 없습니다.그림 1에서 볼 수 있듯이 현장의 토양은 매우 얇으며, 아래의 나머지 지반은 실리카 기반의 절연체와 같은 노바큐라이트 암석으로 이루어져 있습니다.이 지형에서는 일반 접지봉이 작동하지 않습니다. 화학적 접지봉이 설치되어 있는지, 아직 유효 수명이 남아 있는지 확인해야 합니다.
인터넷에는 접지 저항 측정에 대한 많은 자료가 있습니다.이러한 측정을 위해 그림 2와 같이 Fluke 1625 접지 저항 측정기를 선택했습니다. 이 측정기는 접지 막대만 사용하거나 접지 측정을 위해 접지 막대를 시스템에 연결할 수 있는 다기능 장치입니다.이 외에도 사람들이 쉽게 따라해 정확한 결과를 얻을 수 있는 애플리케이션 노트가 있습니다.이것은 값비싼 미터기이므로 우리는 그 일을 하기 위해 미터기를 빌렸습니다.
방송 엔지니어는 저항기의 저항을 측정하는 데 익숙하며 단 한 번만 실제 값을 얻을 수 있습니다.접지 저항이 다릅니다.우리가 찾고 있는 것은 서지 전류가 흐를 때 주변 접지가 제공하는 저항입니다.
저항을 측정할 때 "전위 강하" 방법을 사용했는데, 그 이론은 그림 1과 그림 2. 3~5에 설명되어 있습니다.
그림 3에는 일정한 깊이의 접지봉 E와 접지봉 E로부터 일정 거리를 두고 있는 파일 C가 있습니다. 둘 사이에 전압원 VS가 연결되어 파일 C와 파일 C 사이에 전류 E가 발생합니다. 접지봉.전압계를 사용하면 둘 사이의 전압 VM을 측정할 수 있습니다.E에 가까울수록 전압 VM은 낮아집니다.VM은 접지봉 E에서 0입니다. 반면, 파일 C에 가까운 전압을 측정하면 VM이 높아집니다.자산 C에서 VM은 전압 소스 VS와 같습니다.옴의 법칙에 따라 VS에 의해 발생하는 전압 VM과 전류 C를 사용하여 주변 먼지의 접지 저항을 얻을 수 있습니다.
논의를 위해 접지봉 E와 파일 C 사이의 거리가 100피트이고 접지봉 E에서 파일 C까지 10피트마다 전압을 측정한다고 가정합니다. 결과를 플롯하면 저항 곡선은 그림과 같습니다. 4.
가장 평평한 부분은 접지봉의 영향 정도인 접지 저항 값입니다.그 너머는 광활한 지구의 일부이므로 서지 전류는 더 이상 침투하지 않습니다.이때 임피던스가 점점 높아지는 것을 생각하면 이해가 됩니다.
지면봉 길이가 8피트인 경우 파일 C의 거리는 일반적으로 100피트로 설정되고 곡선의 평평한 부분은 약 62피트입니다.더 많은 기술적 세부 사항은 여기에서 다룰 수 없지만 Fluke Corp의 동일한 애플리케이션 노트에서 찾을 수 있습니다.
Fluke 1625를 사용한 설정은 그림 5에 나와 있습니다. 1625 접지 저항 미터에는 미터에서 직접 저항 값을 읽을 수 있는 자체 전압 발생기가 있습니다.옴 값을 계산할 필요가 없습니다.
독서는 쉬운 부분이고 어려운 부분은 전압 스테이크를 운전하는 것입니다.정확한 판독값을 얻기 위해 접지봉을 접지 시스템에서 분리합니다.안전상의 이유로 측정 과정에서 시스템 전체가 지상에 떠 있기 때문에 완료 시 낙뢰나 오작동의 가능성이 없도록 주의하고 있습니다.
그림 6: Lyncole System XIT 접지봉.표시된 연결이 끊어진 전선은 현장 접지 시스템의 기본 커넥터가 아닙니다.주로 지하로 연결됩니다.
주위를 둘러보던 중에 접지봉(그림 6)을 발견했는데, 이는 실제로 Lyncole Systems에서 생산한 화학적 접지봉이었습니다.접지 막대는 Lynconite라는 특수 점토 혼합물로 채워진 직경 8인치, 10피트 구멍으로 구성됩니다.이 구멍의 중앙에는 직경이 2인치이고 길이가 같은 속이 빈 구리관이 있습니다.하이브리드 Lynconite는 접지봉에 대해 매우 낮은 저항을 제공합니다.누군가 이 막대를 설치하는 과정에서 폭발물을 사용하여 구멍을 뚫었다고 말했습니다.
전압 및 전류 파일이 땅에 심어지면 와이어가 각 파일에서 미터로 차례로 연결되어 저항 값이 읽혀집니다.
접지 저항 값은 7Ω으로 좋은 값입니다.미국 전기 규정(National Electrical Code)에서는 접지 전극이 25Ω 이하가 되도록 요구합니다.장비의 민감한 특성으로 인해 통신 산업에서는 일반적으로 5Ω 이하가 필요합니다.다른 대규모 산업 플랜트에서는 더 낮은 접지 저항이 필요합니다.
저는 항상 이런 종류의 일에 경험이 많은 사람들로부터 조언과 통찰력을 구합니다.제가 얻은 일부 판독값의 불일치에 대해 Fluke 기술 지원팀에 문의했습니다.그들은 때때로 말뚝이 땅에 잘 닿지 않을 수도 있다고 말했습니다(아마도 바위가 단단하기 때문일 것입니다).
반면 접지봉 제조사인 린콜 그라운드 시스템즈는 대부분의 판독값이 매우 낮다고 밝혔다.그들은 더 높은 수치를 기대합니다.그런데 접지봉에 관한 기사를 읽어보니 이런 차이가 발생합니다.10년 동안 매년 측정한 연구에 따르면 측정값의 13~40%가 다른 측정값과 달랐습니다.그들은 또한 우리가 사용한 것과 동일한 접지봉을 사용했습니다.그러므로 여러 번 읽는 것이 중요합니다.
나는 향후 구리 도난을 방지하기 위해 다른 전기 공사업체에 건물에서 접지봉까지 더 강한 접지선 연결을 설치해 달라고 요청했습니다.또한 또 다른 접지 저항 측정도 수행했습니다.그러나 측정을 하기 며칠 전에 비가 내렸고 그들이 얻은 값은 7Ω보다 훨씬 낮았습니다(저는 매우 건조했을 때 측정했습니다).이러한 결과로 볼 때 접지봉의 상태는 여전히 양호한 것으로 판단됩니다.
그림 7: 접지 시스템의 주요 연결을 확인하십시오.접지 시스템이 접지봉에 연결된 경우에도 클램프를 사용하여 접지 저항을 확인할 수 있습니다.
480V 서지 억제기를 서비스 입구 뒤 라인의 주 차단 스위치 옆 지점으로 옮겼습니다.예전엔 건물 구석에 있었는데낙뢰 서지가 발생할 때마다 이 새로운 위치는 서지 억제기를 가장 먼저 배치합니다.둘째, 접지봉과의 거리가 최대한 짧아야 합니다.이전 배열에서는 ATS가 모든 것에 앞서서 항상 주도권을 잡았습니다.서지 억제기에 연결된 3상 전선과 접지 연결은 임피던스를 줄이기 위해 더 짧게 만들어졌습니다.
나는 낙뢰 서지가 발생하는 동안 ATS가 폭발했을 때 왜 서지 억제기가 작동하지 않았는지 이상한 질문을 조사하기 위해 다시 돌아갔습니다.이번에는 모든 회로 차단기 패널, 백업 발전기 및 송신기의 모든 접지 및 중성선 연결을 철저히 확인했습니다.
주 회로 차단기 패널의 접지 연결이 누락된 것을 발견했습니다!이는 서지 억제기와 ATS가 접지되는 곳이기도 합니다(따라서 서지 억제기가 작동하지 않는 이유이기도 합니다).
ATS가 설치되기 전에 구리 도둑이 패널 연결을 끊어서 손실되었습니다.이전 엔지니어들은 모든 접지선을 수리했지만 회로 차단기 패널에 대한 접지 연결을 복원할 수 없었습니다.절단된 와이어는 패널 뒷면에 있어서 잘 보이지 않습니다.이 연결을 수정하여 더욱 안전하게 만들었습니다.
새로운 3상 480V ATS가 설치되었으며, 추가 보호를 위해 ATS의 3상 입력에 3개의 Nautel 페라이트 토로이달 코어가 사용되었습니다.서지 이벤트가 언제 발생하는지 알 수 있도록 서지 억제 카운터도 작동하는지 확인합니다.
폭풍 시즌이 왔을 때 모든 것이 순조롭게 진행되었고 ATS도 잘 작동했습니다.그러나 주상 변압기 퓨즈는 여전히 끊어지고 있지만 이번에는 ATS 및 건물의 다른 모든 장비가 더 이상 서지의 영향을 받지 않습니다.
전력회사에 퓨즈가 끊어졌는지 확인해 달라고 요청합니다.3상 송전선 서비스가 끝나는 지점이라 서지 문제가 발생할 가능성이 더 높다고 들었습니다.그들은 전주를 청소하고 전주 변압기 위에 몇 가지 새로운 장비를 설치했는데(내 생각엔 그것들도 일종의 서지 억제기라고 생각합니다) 퓨즈가 타는 것을 실제로 방지했습니다.전송선에서 다른 작업을 수행했는지는 모르겠지만 무엇을 하든 작동합니다.
이 모든 일은 2015년에 일어났으며 그 이후로 전압 서지나 뇌우와 관련된 문제는 발생하지 않았습니다.
전압 서지 문제를 해결하는 것이 때로는 쉽지 않습니다.배선 및 연결 시 모든 문제가 고려되었는지 주의 깊게 철저하게 확인해야 합니다.접지 시스템과 낙뢰 서지에 대한 이론은 연구해 볼 가치가 있습니다.설치 과정에서 올바른 결정을 내리려면 단일 지점 접지, 전압 구배 및 오류 발생 시 접지 전위 상승 문제를 완전히 이해해야 합니다.
CBTE CBRE의 John Marcon은 최근 아칸소주 리틀록에 있는 VTN(Victory Television Network)에서 수석 엔지니어 대행으로 근무했습니다.그는 라디오, TV 방송 송신기 및 기타 장비 분야에서 27년의 경력을 갖고 있으며 전직 전자 전문 교사이기도 합니다.그는 전자 및 통신 공학 학사 학위를 취득한 SBE 인증 방송 및 TV 방송 엔지니어입니다.
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