A proteção contra raios é um aspecto fundamental das organizações que operam equipamentos elétricos sensíveis, especialmente na indústria de radiodifusão.Relacionado à primeira linha de defesa contra raios e surtos de tensão está o sistema de aterramento.A menos que seja projetada e instalada corretamente, qualquer proteção contra surtos não funcionará.
Um de nossos locais de transmissão de TV está localizado no topo de uma montanha de 900 pés de altura e é conhecido por sofrer relâmpagos.Recentemente fui designado para gerenciar todos os nossos locais de transmissão;portanto, o problema foi passado para mim.
Um raio em 2015 causou uma queda de energia e o gerador não parou de funcionar por dois dias consecutivos.Após a inspeção, descobri que o fusível do transformador da rede elétrica havia queimado.Também notei que o display LCD da chave de transferência automática (ATS) recém-instalado está em branco.A câmera de segurança está danificada e o programa de vídeo do link de micro-ondas está em branco.
Para piorar a situação, quando a energia elétrica foi restaurada, o ATS explodiu.Para podermos retransmitir, fui forçado a mudar o ATS manualmente.A perda estimada é de mais de US$ 5 mil.
Misteriosamente, o protetor contra surtos trifásico LEA de 480 V não mostra sinais de funcionar.Isso despertou meu interesse porque deveria proteger todos os dispositivos do site contra tais incidentes.Felizmente, o transmissor está bom.
Não existe documentação para instalação do sistema de aterramento, portanto não consigo entender o sistema e nem a haste de aterramento.Como pode ser visto na Figura 1, o solo no local é muito fino e o resto do solo abaixo é feito de rocha Novaculita, como um isolante à base de sílica.Neste terreno as hastes de aterramento usuais não funcionarão, preciso verificar se instalaram uma haste de aterramento químico e se ela ainda está dentro de sua vida útil.
Existem muitos recursos sobre medição de resistência de solo na Internet.Para fazer essas medições, optei pelo medidor de resistência de aterramento Fluke 1625, conforme mostra a Figura 2. É um dispositivo multifuncional que pode utilizar apenas a haste de aterramento ou conectar a haste de aterramento ao sistema para medição de aterramento.Além disso, existem notas de aplicação, que as pessoas podem seguir facilmente para obter resultados precisos.Este é um medidor caro, então alugamos um para fazer o trabalho.
Os engenheiros de transmissão estão acostumados a medir a resistência dos resistores e, apenas uma vez, obteremos o valor real.A resistência do solo é diferente.O que procuramos é a resistência que o solo circundante fornecerá quando a corrente de surto passar.
Usei o método de “queda de potencial” para medir a resistência, cuja teoria é explicada na Figura 1 e na Figura 2. 3 a 5.
Na Figura 3, há uma haste de aterramento E de determinada profundidade e uma estaca C com uma certa distância da haste de aterramento E. A fonte de tensão VS está conectada entre as duas, o que irá gerar uma corrente E entre a estaca C e o haste de aterramento.Usando um voltímetro, podemos medir a tensão VM entre os dois.Quanto mais próximo estivermos de E, menor será a tensão VM.VM é zero na haste de aterramento E. Por outro lado, quando medimos a tensão próxima à pilha C, VM torna-se alta.No patrimônio C, VM é igual à fonte de tensão VS.Seguindo a lei de Ohm, podemos usar a tensão VM e a corrente C causada por VS para obter a resistência de aterramento da sujeira circundante.
Supondo que, para fins de discussão, a distância entre a haste de aterramento E e a pilha C seja de 100 pés, e a tensão seja medida a cada 10 pés da haste de aterramento E até a pilha C. Se você plotar os resultados, a curva de resistência deverá se parecer com a Figura 4.
A parte mais plana é o valor da resistência de aterramento, que é o grau de influência da haste de aterramento.Além disso, faz parte da vasta terra, e as correntes de surto não penetrarão mais.Considerando que a impedância está cada vez mais alta neste momento, isso é compreensível.
Se a haste de aterramento tiver 2,5 metros de comprimento, a distância da pilha C geralmente será definida como 30 metros e a parte plana da curva terá cerca de 18 metros.Mais detalhes técnicos não podem ser abordados aqui, mas podem ser encontrados na mesma nota de aplicação da Fluke Corp.
A configuração usando o Fluke 1625 é mostrada na Figura 5. O medidor de resistência de aterramento 1625 possui seu próprio gerador de tensão, que pode ler o valor da resistência diretamente do medidor;não há necessidade de calcular o valor ohm.
Ler é a parte fácil, e a parte difícil é controlar os níveis de tensão.Para obter uma leitura precisa, a haste de aterramento é desconectada do sistema de aterramento.Por questões de segurança, garantimos que não haja possibilidade de raios ou mau funcionamento no momento da finalização, pois todo o sistema fica flutuando no solo durante o processo de medição.
Figura 6: Haste de aterramento do Lyncole System XIT.O fio desconectado mostrado não é o conector principal do sistema de aterramento de campo.Principalmente conectado no subsolo.
Olhando em volta, encontrei a haste de aterramento (Figura 6), que na verdade é uma haste de aterramento química produzida pela Lyncole Systems.A haste de aterramento consiste em um buraco de 20 centímetros de diâmetro e 3 metros preenchido com uma mistura especial de argila chamada Lynconite.No meio desse buraco está um tubo oco de cobre do mesmo comprimento e com diâmetro de 2 polegadas.O Lynconite híbrido oferece resistência muito baixa para a haste de aterramento.Alguém me disse que no processo de instalação desta haste foram usados explosivos para fazer buracos.
Uma vez implantadas as pilhas de tensão e corrente no solo, um fio é conectado de cada pilha ao medidor, onde é lido o valor da resistência.
Obtive um valor de resistência de aterramento de 7 ohms, o que é um bom valor.O Código Elétrico Nacional exige que o eletrodo de aterramento seja de 25 ohms ou menos.Devido à natureza sensível do equipamento, a indústria de telecomunicações normalmente exige 5 ohms ou menos.Outras grandes instalações industriais requerem menor resistência do solo.
Como prática, sempre busco conselhos e insights de pessoas com mais experiência nesse tipo de trabalho.Perguntei ao Suporte Técnico da Fluke sobre as discrepâncias em algumas das leituras que obtive.Disseram que às vezes as estacas podem não fazer bom contato com o solo (talvez porque a rocha seja dura).
Por outro lado, a Lyncole Ground Systems, fabricante de hastes de aterramento, afirmou que a maioria das leituras são muito baixas.Eles esperam leituras mais altas.Porém, quando leio artigos sobre hastes de aterramento, essa diferença ocorre.Um estudo que fez medições todos os anos durante 10 anos descobriu que 13-40% de suas leituras eram diferentes de outras leituras.Eles também usaram as mesmas hastes de aterramento que usamos.Portanto, é importante realizar múltiplas leituras.
Pedi a outro eletricista que instalasse uma conexão de fio terra mais forte do prédio até a haste de aterramento para evitar roubo de cobre no futuro.Eles também realizaram outra medição de resistência de aterramento.Porém, choveu alguns dias antes de fazerem a leitura e o valor obtido foi ainda inferior a 7 ohms (fiz a leitura quando estava muito seco).A partir destes resultados, acredito que a haste de aterramento ainda está em boas condições.
Figura 7: Verifique as principais conexões do sistema de aterramento.Mesmo que o sistema de aterramento esteja conectado à haste de aterramento, uma pinça pode ser utilizada para verificar a resistência do aterramento.
Movi o supressor de surto de 480V para um ponto da linha após a entrada de serviço, próximo à chave seccionadora principal.Costumava ficar em um canto do prédio.Sempre que há um raio, esta nova localização coloca o supressor de surto em primeiro lugar.Em segundo lugar, a distância entre ele e a haste de aterramento deve ser a mais curta possível.No arranjo anterior, a ATS chegava na frente de tudo e sempre assumia a liderança.Os fios trifásicos conectados ao supressor de surto e sua conexão à terra são encurtados para reduzir a impedância.
Voltei novamente para investigar uma questão estranha, por que o supressor de surto não funcionou quando o ATS explodiu durante o raio.Desta vez, verifiquei minuciosamente todas as conexões de aterramento e neutro de todos os painéis de disjuntores, geradores de reserva e transmissores.
Descobri que falta a ligação à terra do painel do disjuntor principal!É também aqui que o supressor de surto e o ATS são aterrados (portanto, esta também é a razão pela qual o supressor de surto não funciona).
Ele foi perdido porque o ladrão de cobre cortou a conexão com o painel algum tempo antes da instalação do ATS.Os engenheiros anteriores consertaram todos os fios terra, mas não conseguiram restaurar a conexão terra ao painel do disjuntor.O fio cortado não é fácil de ver porque está na parte traseira do painel.Corrigi essa conexão e a tornei mais segura.
Um novo ATS trifásico de 480 V foi instalado e três núcleos toroidais de ferrite Nautel foram usados na entrada trifásica do ATS para proteção adicional.Certifico-me de que o contador do supressor de surto também funcione para que possamos saber quando ocorre um evento de surto.
Quando chegou a temporada de tempestades, tudo correu bem e o ATS estava funcionando bem.No entanto, o fusível do transformador do pólo ainda está queimado, mas desta vez o ATS e todos os outros equipamentos do edifício não são mais afetados pelo surto.
Pedimos à companhia de energia que verifique o fusível queimado.Disseram-me que o local fica no final do serviço da linha de transmissão trifásica, por isso é mais propenso a problemas de sobretensão.Eles limparam os postes e instalaram alguns equipamentos novos em cima dos transformadores dos postes (acredito que também sejam uma espécie de supressor de surto), o que realmente evitou que o fusível queimasse.Não sei se fizeram outras coisas na linha de transmissão, mas não importa o que façam, funciona.
Tudo isso aconteceu em 2015 e, desde então, não encontramos problemas relacionados a picos de tensão ou trovoadas.
Resolver problemas de picos de tensão às vezes não é fácil.Deve-se tomar cuidado e ser minucioso para garantir que todos os problemas sejam levados em consideração na fiação e na conexão.Vale a pena estudar a teoria por trás dos sistemas de aterramento e das descargas atmosféricas.É necessário compreender completamente os problemas de aterramento de ponto único, gradientes de tensão e aumentos de potencial de terra durante faltas para tomar as decisões corretas durante o processo de instalação.
John Marcon, CBTE CBRE, atuou recentemente como engenheiro-chefe interino na Victory Television Network (VTN) em Little Rock, Arkansas.Ele tem 27 anos de experiência em transmissores de rádio e televisão e outros equipamentos, e também foi professor profissional de eletrônica.Ele é um engenheiro de transmissão e transmissão de televisão certificado pela SBE, com bacharelado em engenharia eletrônica e de comunicações.
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Horário da postagem: 14 de julho de 2021
