Bliksembeveiliging is een belangrijk aspect van organisaties die gevoelige elektrische apparatuur gebruiken, vooral in de omroepsector.Gerelateerd aan de eerste verdedigingslinie tegen bliksem en spanningspieken is het aardingssysteem.Tenzij correct ontworpen en geïnstalleerd, zal elke overspanningsbeveiliging niet werken.
Een van onze tv-zenderlocaties bevindt zich op de top van een 300 meter hoge berg en staat bekend om de blikseminslag.Ik kreeg onlangs de opdracht om al onze zenderlocaties te beheren;daarom werd het probleem aan mij doorgegeven.
Een blikseminslag in 2015 veroorzaakte een stroomstoring en de generator bleef twee dagen achter elkaar draaien.Bij inspectie ontdekte ik dat de zekering van de elektriciteitstransformator was doorgebrand.Ik heb ook gemerkt dat het nieuw geïnstalleerde LCD-scherm met automatische omschakelaar (ATS) leeg is.De beveiligingscamera is beschadigd en het videoprogramma van de microgolfverbinding is leeg.
Tot overmaat van ramp explodeerde de ATS toen de elektriciteitsvoorziening werd hersteld.Om opnieuw te kunnen uitzenden, moest ik handmatig van ATS wisselen.Het geschatte verlies bedraagt ruim 5.000 dollar.
Op mysterieuze wijze vertoont de driefasige 480V-overspanningsbeveiliging van LEA helemaal geen tekenen van werking.Dit heeft mijn interesse gewekt omdat het alle apparaten op de site tegen dergelijke incidenten zou moeten beschermen.Gelukkig is de zender goed.
Er is geen documentatie voor de installatie van het aardingssysteem, dus ik kan het systeem en de aardingsstaaf niet begrijpen.Zoals uit figuur 1 blijkt, is de grond ter plaatse erg dun en is de rest van de grond eronder gemaakt van Novaculite-gesteente, als een isolator op basis van silica.Op dit terrein zullen de gebruikelijke aardingsstaven niet werken, ik moet vaststellen of er een chemische aardingsstaaf is geïnstalleerd en of deze nog binnen de levensduur is.
Er zijn veel bronnen over het meten van grondweerstand op internet.Om deze metingen uit te voeren heb ik gekozen voor de Fluke 1625 aardingsweerstandsmeter, zoals weergegeven in figuur 2. Het is een multifunctioneel apparaat dat alleen de aardingsstaaf kan gebruiken of de aardingsstaaf kan verbinden met het systeem voor aardingsmetingen.Daarnaast zijn er toepassingsnotities die mensen gemakkelijk kunnen volgen om nauwkeurige resultaten te krijgen.Dit is een dure meter, dus hebben we er een gehuurd om de klus te klaren.
Omroepingenieurs zijn gewend de weerstand van weerstanden te meten, en slechts één keer krijgen we de werkelijke waarde.De grondweerstand is anders.Waar we naar op zoek zijn, is de weerstand die de omringende grond zal bieden als de stroomstoot passeert.
Ik heb de methode van “potentiële daling” gebruikt bij het meten van de weerstand, waarvan de theorie wordt uitgelegd in Figuur 1 en Figuur 2. 3 tot 5.
In figuur 3 is er een aardstaaf E van een bepaalde diepte en een paal C met een bepaalde afstand van de aardstaaf E. Tussen deze twee is de spanningsbron VS aangesloten, die een stroom E zal genereren tussen de paal C en de grond staaf.Met behulp van een voltmeter kunnen we de spanning VM tussen de twee meten.Hoe dichter we bij E zijn, hoe lager de spanning VM wordt.VM is nul bij aardstaaf E. Als we daarentegen de spanning dichtbij paal C meten, wordt VM hoog.Bij gelijkheid C is VM gelijk aan de spanningsbron VS.Volgens de wet van Ohm kunnen we de spanning VM en de stroom C, veroorzaakt door VS, gebruiken om de aardweerstand van het omringende vuil te verkrijgen.
Ervan uitgaande dat ter wille van de discussie de afstand tussen aardstaaf E en paal C 30 meter bedraagt, en dat de spanning elke 3 meter wordt gemeten van aardstaaf E tot paal C. Als u de resultaten plot, zou de weerstandscurve er als volgt uit moeten zien: 4.
Het vlakste deel is de waarde van de grondweerstand, dit is de mate van invloed van de aardstaaf.Daarachter ligt een deel van de uitgestrekte aarde, en stootstromen zullen niet langer doordringen.Gezien het feit dat de impedantie op dit moment steeds hoger wordt, is dit begrijpelijk.
Als de grondstaaf 2,5 meter lang is, wordt de afstand van paal C gewoonlijk ingesteld op 30 meter, en is het vlakke deel van de bocht ongeveer 20 meter.Meer technische details kunnen hier niet worden behandeld, maar zijn wel te vinden in dezelfde toepassingsnotitie van Fluke Corp.
De opstelling met de Fluke 1625 wordt weergegeven in afbeelding 5. De 1625-aardingsweerstandsmeter heeft een eigen spanningsgenerator, die de weerstandswaarde rechtstreeks van de meter kan aflezen;het is niet nodig om de ohm-waarde te berekenen.
Lezen is het makkelijke deel, en het moeilijke deel is het besturen van de spanningspalen.Om een nauwkeurige meting te verkrijgen, wordt de aardpen losgekoppeld van het aardingssysteem.Uit veiligheidsoverwegingen zorgen wij ervoor dat er op het moment van oplevering geen kans is op blikseminslag of storing, omdat het hele systeem tijdens het meetproces op de grond zweeft.
Figuur 6: Lyncole System XIT-aardingsstang.De afgebeelde losgekoppelde draad is niet de hoofdconnector van het veldaardingssysteem.Hoofdzakelijk ondergronds verbonden.
Toen ik rondkeek, vond ik de aardingsstaaf (Figuur 6), wat inderdaad een chemische aardingsstaaf is, geproduceerd door Lyncole Systems.De grondstaaf bestaat uit een gat met een diameter van 20 cm en een lengte van 3 meter, gevuld met een speciaal kleimengsel genaamd Lynconite.In het midden van dit gat zit een holle koperen buis van dezelfde lengte met een diameter van 2 inch.De hybride Lynconite zorgt voor een zeer lage weerstand voor de grondstaaf.Iemand vertelde me dat tijdens het installeren van deze staaf explosieven werden gebruikt om gaten te maken.
Zodra de spannings- en stroompalen in de grond zijn geïmplanteerd, wordt van elke paal een draad aangesloten op de meter, waar de weerstandswaarde wordt afgelezen.
Ik kreeg een aardweerstandswaarde van 7 ohm, wat een goede waarde is.De National Electrical Code vereist dat de aardelektrode 25 ohm of minder is.Vanwege de gevoelige aard van de apparatuur heeft de telecommunicatie-industrie doorgaans 5 ohm of minder nodig.Andere grote industriële installaties vereisen een lagere grondweerstand.
Als praktijk vraag ik altijd advies en inzichten aan mensen die meer ervaring hebben met dit soort werk.Ik heb de technische ondersteuning van Fluke gevraagd naar de discrepanties in sommige van de meetwaarden die ik kreeg.Ze zeiden dat de palen soms geen goed contact maken met de grond (misschien omdat de rots hard is).
Aan de andere kant verklaarde Lyncole Ground Systems, de fabrikant van aardingsstaven, dat de meeste meetwaarden erg laag zijn.Ze verwachten hogere cijfers.Wanneer ik echter artikelen over grondstaven lees, treedt dit verschil op.Uit een onderzoek waarbij tien jaar lang elk jaar metingen werden verricht, bleek dat 13-40% van hun metingen verschilden van andere metingen.Ze gebruikten ook dezelfde aardingsstaven die wij gebruikten.Daarom is het belangrijk om meerdere metingen uit te voeren.
Ik vroeg een andere elektricien om een sterkere aarddraadverbinding van het gebouw naar de aardingsstaaf te installeren om koperdiefstal in de toekomst te voorkomen.Ook voerden ze nog een grondweerstandsmeting uit.Het regende echter een paar dagen voordat ze de meting deden en de waarde die ze kregen was zelfs lager dan 7 ohm (ik deed de meting toen het erg droog was).Op basis van deze resultaten ben ik van mening dat de aardpen nog steeds in goede staat is.
Figuur 7: Controleer de hoofdaansluitingen van het aardingssysteem.Zelfs als het aardingssysteem op de aardstaaf is aangesloten, kan een klem worden gebruikt om de aardingsweerstand te controleren.
Ik heb de 480V-overspanningsbeveiliging verplaatst naar een punt in de lijn na de dienstingang, naast de hoofdschakelaar.Het bevond zich vroeger in een hoek van het gebouw.Wanneer er sprake is van een bliksemschicht, komt op deze nieuwe locatie de overspanningsbeveiliging op de eerste plaats.Ten tweede moet de afstand tussen de aardpen en de aardingsstaaf zo kort mogelijk zijn.In de vorige opstelling kwam ATS voorop en nam altijd de leiding.De driefasige draden die zijn aangesloten op de overspanningsbeveiliging en de aardverbinding ervan zijn korter gemaakt om de impedantie te verminderen.
Ik ging weer terug om een vreemde vraag te onderzoeken, namelijk waarom de overspanningsbeveiliging niet werkte toen de ATS explodeerde tijdens de blikseminslag.Deze keer heb ik alle aard- en neutrale verbindingen van alle stroomonderbrekerpanelen, back-upgeneratoren en zenders grondig gecontroleerd.
Ik heb ontdekt dat de aardaansluiting van het hoofdstroomonderbrekerpaneel ontbreekt!Dit is ook waar de overspanningsbeveiliging en ATS zijn geaard (dit is dus ook de reden waarom de overspanningsbeveiliging niet werkt).
Het ging verloren omdat de koperdief de verbinding met het paneel verbrak enige tijd voordat de ATS werd geïnstalleerd.De vorige technici hebben alle aarddraden gerepareerd, maar konden de aardverbinding met het stroomonderbrekerpaneel niet herstellen.De doorgesneden draad is niet gemakkelijk te zien omdat deze zich aan de achterkant van het paneel bevindt.Ik heb deze verbinding gerepareerd en veiliger gemaakt.
Er werd een nieuwe driefasige 480V ATS geïnstalleerd en er werden drie Nautel ferriet-ringkernen gebruikt bij de driefasige ingang van de ATS voor extra bescherming.Ik zorg ervoor dat de overspanningsbeveiligingsteller ook werkt, zodat we weten wanneer er een overspanningsgebeurtenis plaatsvindt.
Toen het stormseizoen aanbrak, ging alles goed en draaide het ATS goed.De zekering van de pooltransformator springt echter nog steeds door, maar deze keer hebben de ATS en alle andere apparatuur in het gebouw geen last meer van de piek.
Wij vragen het energiebedrijf om de doorgebrande zekering te controleren.Er is mij verteld dat de locatie zich aan het einde van de driefasige transmissielijn bevindt en dus gevoeliger is voor overspanningsproblemen.Ze hebben de polen schoongemaakt en wat nieuwe apparatuur bovenop de pooltransformatoren geïnstalleerd (ik geloof dat het ook een soort overspanningsbeveiliging is), waardoor de zekering echt niet doorbrandde.Ik weet niet of ze andere dingen op de transmissielijn hebben gedaan, maar wat ze ook doen, het werkt.
Dit gebeurde allemaal in 2015 en sindsdien zijn we geen problemen meer tegengekomen in verband met spanningspieken of onweersbuien.
Het oplossen van spanningsstootproblemen is soms niet eenvoudig.Er moet zorg en grondigheid worden betracht om ervoor te zorgen dat met alle problemen rekening wordt gehouden bij de bedrading en aansluiting.De theorie achter aardingssystemen en bliksemstoten is het bestuderen waard.Het is noodzakelijk om de problemen van éénpuntsaarding, spanningsgradiënten en aardpotentiaalstijgingen tijdens fouten volledig te begrijpen om de juiste beslissingen te kunnen nemen tijdens het installatieproces.
John Marcon, CBTE CBRE, was onlangs waarnemend hoofdingenieur bij Victory Television Network (VTN) in Little Rock, Arkansas.Hij heeft 27 jaar ervaring met radio- en televisiezenders en andere apparatuur, en is ook een voormalig professioneel leraar elektronica.Hij is een SBE-gecertificeerde uitzend- en televisie-omroepingenieur met een bachelordiploma in elektronica en communicatietechniek.
Voor meer van dergelijke rapporten en om op de hoogte te blijven van al ons marktleidende nieuws, functies en analyses, kunt u zich hier aanmelden voor onze nieuwsbrief.
Hoewel de FCC verantwoordelijk is voor de aanvankelijke verwarring, moet het Mediabureau nog steeds een waarschuwing aan de licentiehouder geven
© 2021 Future Publishing Limited, Quay House, The Ambury, Bath BA1 1UA.alle rechten voorbehouden.Engeland en Wales bedrijfsregistratienummer 2008885.
Posttijd: 14 juli 2021
