Ochrona odgromowa jest kluczowym aspektem organizacji obsługujących wrażliwy sprzęt elektryczny, szczególnie w branży nadawczej.Pierwszą linią obrony przed wyładowaniami atmosferycznymi i przepięciami jest instalacja uziemiająca.Żadna ochrona przeciwprzepięciowa nie będzie działać, jeśli nie zostanie prawidłowo zaprojektowana i zainstalowana.
Jedna z naszych lokalizacji nadawców telewizyjnych znajduje się na szczycie góry o wysokości 300 stóp i jest znana z występowania wyładowań atmosferycznych.Niedawno przydzielono mnie do zarządzania wszystkimi naszymi lokalizacjami nadawców;dlatego problem został przeniesiony na mnie.
Uderzenie pioruna w 2015 roku spowodowało przerwę w dostawie prądu, a generator nie przestał działać przez dwa kolejne dni.Po sprawdzeniu stwierdziłem, że przepalił się bezpiecznik transformatora sieciowego.Zauważyłem również, że nowo zainstalowany wyświetlacz LCD automatycznego przełącznika zasilania (ATS) jest pusty.Kamera bezpieczeństwa jest uszkodzona, a program wideo z łącza mikrofalowego jest pusty.
Co gorsza, po przywróceniu zasilania sieciowego nastąpiła eksplozja ATS.Abyśmy mogli ponownie wyemitować, byłem zmuszony ręcznie przełączyć ATS.Szacunkowe straty to ponad 5000 dolarów.
W tajemniczy sposób trójfazowy ogranicznik przepięć LEA 480 V nie wykazuje żadnych oznak działania.Wzbudziło to moje zainteresowanie, ponieważ powinno chronić wszystkie urządzenia w witrynie przed takimi zdarzeniami.Na szczęście nadajnik jest dobry.
Nie ma dokumentacji dotyczącej montażu układu uziemiającego, dlatego nie mogę zrozumieć układu ani pręta uziemiającego.Jak widać na rysunku 1, gleba na miejscu jest bardzo cienka, a pozostała część gruntu poniżej jest zbudowana ze skały Novaculite, przypominającej izolator na bazie krzemionki.W tym terenie zwykłe pręty uziomowe nie będą działać. Muszę ustalić, czy zainstalowano uziom chemiczny i czy nadal nadaje się on do użytku.
W Internecie można znaleźć wiele materiałów na temat pomiaru rezystancji uziemienia.Do wykonania tych pomiarów wybrałem miernik rezystancji uziemienia Fluke 1625, jak pokazano na rysunku 2. Jest to urządzenie wielofunkcyjne, które może wykorzystywać sam pręt uziomowy lub podłączyć pręt uziomowy do systemu w celu pomiaru uziemienia.Oprócz tego istnieją uwagi dotyczące aplikacji, z których można łatwo skorzystać, aby uzyskać dokładne wyniki.Jest to drogi licznik, więc wypożyczyliśmy go, aby wykonać tę pracę.
Inżynierowie transmisji są przyzwyczajeni do pomiaru rezystancji rezystorów i tylko raz otrzymamy rzeczywistą wartość.Rezystancja uziemienia jest inna.To, czego szukamy, to opór, jaki zapewni otaczająca ziemia, gdy przepływa prąd udarowy.
Do pomiaru rezystancji zastosowałem metodę „spadku potencjału”, której teorię wyjaśniono na rys. 1 i rys. 2. 3 do 5.
Na rysunku 3 znajduje się pręt uziomowy E o określonej głębokości oraz stos C w pewnej odległości od pręta uziomowego E. Pomiędzy nimi jest podłączone źródło napięcia VS, które wygeneruje prąd E pomiędzy stosem C i pręt uziemiający.Za pomocą woltomierza możemy zmierzyć napięcie VM między nimi.Im bliżej E, tym niższe staje się napięcie VM.VM wynosi zero na pręcie uziemiającym E. Z drugiej strony, gdy mierzymy napięcie w pobliżu stosu C, VM staje się wysokie.Przy kapitale C VM jest równe źródłu napięcia VS.Zgodnie z prawem Ohma możemy wykorzystać napięcie VM i prąd C wywołane przez VS, aby uzyskać rezystancję uziemienia otaczającego brudu.
Zakładając, że na potrzeby dyskusji odległość pomiędzy prętem uziomowym E a stosem C wynosi 30 metrów, a napięcie mierzone jest co 3 metry od pręta uziomowego E do stosu C. Jeśli narysujesz wyniki, krzywa rezystancji powinna wyglądać jak na rysunku 4.
Najbardziej płaska część to wartość rezystancji uziemienia, która jest stopniem oddziaływania pręta uziemiającego.Za nią znajduje się część rozległej ziemi i prądy udarowe nie będą już przenikać.Biorąc pod uwagę, że impedancja w tym momencie jest coraz większa, jest to zrozumiałe.
Jeśli pręt uziomowy ma długość 8 stóp, odległość pala C zwykle wynosi 30 metrów, a płaska część łuku wynosi około 62 stopy.Nie można tu omówić więcej szczegółów technicznych, można je jednak znaleźć w tej samej notatce aplikacyjnej firmy Fluke Corp.
Konfiguracja przy użyciu Fluke 1625 jest pokazana na rysunku 5. Miernik rezystancji uziemienia 1625 ma własny generator napięcia, który może odczytać wartość rezystancji bezpośrednio z miernika;nie ma potrzeby obliczania wartości omów.
Czytanie jest łatwą częścią, a trudniejszą częścią jest sterowanie stawkami napięcia.Aby uzyskać dokładny odczyt, pręt uziemiający jest odłączany od układu uziemiającego.Ze względów bezpieczeństwa dbamy o to, aby w momencie realizacji nie doszło do wyładowania atmosferycznego lub awarii, gdyż cały system w trakcie pomiaru unosi się na podłożu.
Rysunek 6: Pręt uziemiający systemu Lyncole XIT.Pokazany odłączony przewód nie jest głównym złączem systemu uziemienia obiektu.Głównie połączone pod ziemią.
Rozglądając się, znalazłem pręt uziomowy (rysunek 6), który w rzeczywistości jest prętem uziomowym chemicznym produkowanym przez firmę Lyncole Systems.Pręt uziemiający składa się z otworu o średnicy 8 cali i długości 3 metrów wypełnionego specjalną mieszanką gliny zwaną Lynconite.Pośrodku tego otworu znajduje się pusta miedziana rurka o tej samej długości i średnicy 2 cali.Hybrydowy Lynconite zapewnia bardzo niski opór pręta uziemiającego.Ktoś mi powiedział, że podczas montażu tego pręta do robienia dziur używano materiałów wybuchowych.
Po wszczepieniu w ziemię pali napięciowych i prądowych, z każdego palika podłącza się po kolei przewód do miernika, gdzie odczytywana jest wartość rezystancji.
Uzyskałem rezystancję uziemienia o wartości 7 omów, co jest dobrą wartością.Krajowe przepisy elektryczne wymagają, aby elektroda uziemiająca miała rezystancję 25 omów lub mniejszą.Ze względu na czuły charakter sprzętu, przemysł telekomunikacyjny zwykle wymaga 5 omów lub mniej.Inne duże zakłady przemysłowe wymagają niższej rezystancji uziemienia.
W praktyce zawsze zasięgam porad i spostrzeżeń osób, które mają większe doświadczenie w tego typu pracy.Zapytałem dział pomocy technicznej firmy Fluke o rozbieżności w niektórych otrzymanych odczytach.Powiedzieli, że czasami kołki mogą nie mieć dobrego kontaktu z podłożem (być może dlatego, że skała jest twarda).
Z kolei firma Lyncole Ground Systems, producent uziomów, stwierdziła, że większość odczytów jest bardzo niska.Oczekują wyższych odczytów.Kiedy jednak czytam artykuły o prętach uziemiających, ta różnica pojawia się.Badanie, w którym dokonywano pomiarów co roku przez 10 lat, wykazało, że 13–40% ich odczytów różniło się od innych odczytów.Użyli również tych samych prętów uziemiających, których my użyliśmy.Dlatego ważne jest, aby wykonać wiele odczytów.
Poprosiłem innego wykonawcę instalacji elektrycznych o zamontowanie mocniejszego połączenia przewodu uziemiającego budynku z prętem uziemiającym, aby zapobiec kradzieży miedzi w przyszłości.Przeprowadzili także kolejny pomiar rezystancji uziemienia.Jednak zanim dokonano pomiaru, padało kilka dni i uzyskana wartość była nawet niższa niż 7 omów (odczyt wykonywałem, gdy było bardzo sucho).Na podstawie tych wyników wnioskuję, że pręt uziomowy jest nadal w dobrym stanie.
Rysunek 7: Sprawdź główne połączenia systemu uziemiającego.Nawet jeśli system uziemiający jest podłączony do pręta uziemiającego, można zastosować zacisk do sprawdzenia rezystancji uziemienia.
Przeniosłem tłumik przepięć 480 V do punktu na linii za wejściem serwisowym, obok głównego wyłącznika.Kiedyś znajdował się w rogu budynku.Zawsze, gdy pojawia się wyładowanie atmosferyczne, w tej nowej lokalizacji na pierwszym miejscu znajduje się tłumik przepięć.Po drugie, odległość między nim a prętem uziemiającym powinna być jak najkrótsza.W poprzedniej aranżacji ATS wyprzedzał wszystko i zawsze wychodził na prowadzenie.Przewody trójfazowe podłączone do tłumika przepięć i jego uziemienia są krótsze, aby zmniejszyć impedancję.
Wróciłem ponownie, aby zbadać dziwne pytanie, dlaczego tłumik przepięć nie zadziałał, gdy ATS eksplodował podczas wyładowania atmosferycznego.Tym razem dokładnie sprawdziłem wszystkie połączenia uziemiające i neutralne wszystkich paneli wyłączników, generatorów rezerwowych i nadajników.
Odkryłem, że brakuje połączenia z masą głównego panelu wyłącznika!Jest to również miejsce, w którym uziemiony jest tłumik przepięć i ATS (więc jest to również powód, dla którego tłumik przepięć nie działa).
Został utracony, ponieważ złodziej miedzi odciął połączenie z panelem na jakiś czas przed zainstalowaniem SZR.Poprzedni inżynierowie naprawili wszystkie przewody uziemiające, ale nie byli w stanie przywrócić połączenia uziemiającego z panelem wyłącznika.Przecięty przewód nie jest łatwo widoczny, ponieważ znajduje się z tyłu panelu.Naprawiłem to połączenie i zwiększyłem jego bezpieczeństwo.
Zainstalowano nowy trójfazowy zasilacz ATS 480 V, a na trójfazowym wejściu zasilacza ATS zastosowano trzy ferrytowe rdzenie toroidalne Nautel w celu dodatkowej ochrony.Dbam o to, aby licznik tłumika przepięć również działał, abyśmy wiedzieli, kiedy nastąpi zdarzenie przepięcia.
Kiedy nadeszła pora burz, wszystko poszło dobrze, a ATS działał dobrze.Jednakże bezpiecznik transformatora słupowego nadal się przepala, ale tym razem przepięcie nie ma już wpływu na przełącznik ATS i wszystkie inne urządzenia w budynku.
Prosimy zakład energetyczny o sprawdzenie przepalonego bezpiecznika.Powiedziano mi, że obiekt znajduje się na końcu trójfazowej linii przesyłowej, więc jest bardziej podatny na problemy z przepięciami.Wyczyścili bieguny i zainstalowali nowy sprzęt na transformatorach na słupach (wydaje mi się, że są to również pewnego rodzaju tłumiki przepięć), co naprawdę zapobiegło spaleniu bezpiecznika.Nie wiem, czy zrobili inne rzeczy na linii przesyłowej, ale niezależnie od tego, co robią, działa.
Wszystko to wydarzyło się w 2015 roku i od tego czasu nie spotkaliśmy się z żadnymi problemami związanymi ze skokami napięcia czy burzami.
Rozwiązanie problemów związanych ze skokami napięcia czasami nie jest łatwe.Należy zachować ostrożność i skrupulatność, aby upewnić się, że wszystkie problemy zostały wzięte pod uwagę przy okablowaniu i połączeniach.Warto przestudiować teorię dotyczącą systemów uziemień i przepięć piorunowych.Aby móc podejmować właściwe decyzje podczas procesu instalacji, konieczne jest pełne zrozumienie problemów uziemienia jednopunktowego, gradientów napięcia i wzrostów potencjału uziemienia podczas zwarć.
John Marcon, CBTE CBRE, niedawno pełnił obowiązki głównego inżyniera w Victory Television Network (VTN) w Little Rock w stanie Arkansas.Posiada 27-letnie doświadczenie w nadajnikach radiowych i telewizyjnych oraz innym sprzęcie, jest także byłym nauczycielem elektroniki zawodowej.Jest inżynierem transmisji i transmisji telewizyjnych z certyfikatem SBE, posiadającym tytuł licencjata w dziedzinie elektroniki i inżynierii komunikacji.
Aby uzyskać więcej takich raportów i być na bieżąco ze wszystkimi naszymi wiodącymi na rynku aktualnościami, funkcjami i analizami, zapisz się do naszego biuletynu tutaj.
Chociaż za początkowe zamieszanie odpowiedzialna jest FCC, Biuro ds. Mediów nadal ma ostrzeżenie dla licencjobiorcy
© 2021 Future Publishing Limited, Quay House, The Ambury, Bath BA1 1UA.Wszelkie prawa zastrzeżone.Numer rejestracyjny firmy w Anglii i Walii 2008885.
Czas publikacji: 14 lipca 2021 r
