Åskskydd är en nyckelaspekt för organisationer som använder känslig elektrisk utrustning, särskilt inom sändningsbranschen.Relaterat till den första försvarslinjen mot blixtnedslag och spänningsöverspänningar är jordningssystemet.Om det inte är designat och installerat på rätt sätt fungerar inte överspänningsskydd.
En av våra TV-sändarplatser ligger på toppen av ett 900 fot högt berg och är känd för att uppleva blixtnedslag.Jag fick nyligen i uppdrag att hantera alla våra sändarplatser;därför fördes problemet vidare till mig.
Ett blixtnedslag 2015 orsakade ett strömavbrott och generatorn slutade inte gå på två dagar i följd.Vid inspektion fann jag att transformatorns säkring hade gått.Jag märkte också att den nyinstallerade LCD-skärmen för automatisk överföring (ATS) är tom.Säkerhetskameran är skadad och videoprogrammet från mikrovågslänken är tomt.
För att göra saken värre exploderade ATS när strömmen återställdes.För att vi skulle kunna sända igen tvingades jag byta ATS manuellt.Den beräknade förlusten är mer än $5 000.
Mystiskt nog visar LEA trefas 480V överspänningsskydd inga tecken på att fungera alls.Detta har väckt mitt intresse eftersom det borde skydda alla enheter på sajten från sådana incidenter.Tack och lov är sändaren bra.
Det finns ingen dokumentation för installationen av jordningssystemet, så jag kan inte förstå systemet eller jordstången.Som framgår av figur 1 är jorden på platsen mycket tunn, och resten av marken nedanför är gjord av novaculite berg, som en kiseldioxidbaserad isolator.I den här terrängen kommer de vanliga markstavarna inte att fungera, jag måste avgöra om de har installerat en kemisk markstav och om den fortfarande är inom sin användbara livslängd.
Det finns många resurser om markresistansmätning på Internet.För att göra dessa mätningar valde jag Fluke 1625 jordmotståndsmätare, som visas i figur 2. Det är en multifunktionell enhet som endast kan använda jordstaven eller ansluta jordstaven till systemet för jordningsmätning.Utöver detta finns det applikationsanteckningar som folk enkelt kan följa för att få exakta resultat.Det här är en dyr mätare, så vi hyrde en för att göra jobbet.
Broadcastingenjörer är vana vid att mäta motståndet hos motstånd, och bara en gång får vi det faktiska värdet.Markmotståndet är annorlunda.Det vi letar efter är motståndet som den omgivande marken kommer att ge när överspänningsströmmen passerar.
Jag använde metoden "potentialfall" när jag mätte motstånd, vars teori förklaras i figur 1 och figur 2. 3 till 5.
I figur 3 finns en jordstav E med ett givet djup och en påle C med ett visst avstånd från jordstaven E. Spänningskällan VS är kopplad mellan de två, vilket kommer att generera en ström E mellan pålen C och jordstång.Med hjälp av en voltmeter kan vi mäta spänningen VM mellan de två.Ju närmare E vi är desto lägre blir spänningen VM.VM är noll vid jordstång E. Å andra sidan, när vi mäter spänningen nära påle C blir VM hög.Vid equity C är VM lika med spänningskällan VS.Enligt Ohms lag kan vi använda spänningen VM och strömmen C som orsakas av VS för att erhålla jordresistansen för den omgivande smutsen.
Förutsatt att för diskussionens skull är avståndet mellan jordstång E och påle C 100 fot, och spänningen mäts var 10 fot från jordstång E till påle C. Om du plottar resultaten bör motståndskurvan se ut som figur 4.
Den flataste delen är värdet på markmotståndet, vilket är graden av påverkan av markstaven.Bortom det är en del av den vidsträckta jorden, och överspänningsströmmar kommer inte längre att tränga igenom.Med tanke på att impedansen blir högre och högre vid denna tidpunkt är detta förståeligt.
Om markstången är 8 fot lång, är avståndet för högen C vanligtvis satt till 100 fot, och den platta delen av kurvan är cirka 62 fot.Mer tekniska detaljer kan inte täckas här, men de kan hittas i samma ansökningsmeddelande från Fluke Corp.
Inställningen med Fluke 1625 visas i figur 5. 1625-jordresistansmätaren har sin egen spänningsgenerator, som kan läsa av resistansvärdet direkt från mätaren;det finns inget behov av att beräkna ohm-värdet.
Läsning är den enkla delen, och den svåra delen är att driva spänningsinsatserna.För att få en korrekt avläsning kopplas jordstången bort från jordningssystemet.Av säkerhetsskäl ser vi till att det inte finns någon möjlighet till blixtnedslag eller felfunktion vid tidpunkten för färdigställandet, eftersom hela systemet flyter på marken under mätningsprocessen.
Figur 6: Lyncole System XIT jordstång.Den frånkopplade ledningen som visas är inte huvudkontakten för fältjordningssystemet.Huvudsakligen ansluten under jord.
När jag tittade mig omkring hittade jag markstaven (Figur 6), som verkligen är en kemisk markstav som produceras av Lyncole Systems.Markstaven består av ett 8-tums diameter, 10 fots hål fyllt med en speciell lerblandning som kallas Lynconite.I mitten av detta hål finns ett ihåligt kopparrör av samma längd med en diameter av 2 tum.Hybriden Lynconite ger mycket lågt motstånd för markstången.Någon berättade för mig att i processen med att installera denna stav användes sprängämnen för att göra hål.
När spännings- och strömpålarna väl har implanterats i marken kopplas en tråd från varje hög till mätaren i tur och ordning, där resistansvärdet avläses.
Jag fick ett jordresistansvärde på 7 ohm, vilket är ett bra värde.National Electrical Code kräver att jordelektroden är 25 ohm eller mindre.På grund av utrustningens känsliga natur kräver telekommunikationsindustrin vanligtvis 5 ohm eller mindre.Andra stora industrianläggningar kräver lägre markmotstånd.
Som praktik söker jag alltid råd och insikter från personer som är mer erfarna i denna typ av arbete.Jag frågade Flukes tekniska support om avvikelserna i några av avläsningarna jag fick.De sa att ibland kanske pålarna inte får bra kontakt med marken (kanske för att stenen är hård).
Å andra sidan uppgav Lyncole Ground Systems, tillverkaren av markstavar, att de flesta avläsningarna är mycket låga.De förväntar sig högre värden.Men när jag läser artiklar om markstavar så uppstår denna skillnad.En studie som gjorde mätningar varje år i 10 år visade att 13-40% av deras avläsningar skilde sig från andra avläsningar.De använde också samma markstavar som vi använde.Därför är det viktigt att göra flera avläsningar.
Jag bad en annan elentreprenör att installera en starkare jordkabelanslutning från byggnaden till jordstaven för att förhindra kopparstöld i framtiden.De utförde även en annan jordresistansmätning.Det regnade dock några dagar innan de tog avläsningen och värdet de fick var till och med lägre än 7 ohm (jag tog avläsningen när det var väldigt torrt).Av dessa resultat tror jag att markstaven fortfarande är i gott skick.
Figur 7: Kontrollera jordningssystemets huvudanslutningar.Även om jordningssystemet är anslutet till jordstången kan en klämma användas för att kontrollera jordmotståndet.
Jag flyttade 480V överspänningsdämparen till en punkt i linjen efter serviceingången, bredvid huvudfrånskiljaren.Det stod tidigare i ett hörn av byggnaden.När det blir en blixtvåg sätter denna nya plats överspänningsdämparen i första hand.För det andra bör avståndet mellan den och markstången vara så kort som möjligt.I det tidigare arrangemanget kom ATS framför allt och tog alltid ledningen.De trefasiga ledningarna som är anslutna till överspänningsdämparen och dess jordanslutning görs kortare för att minska impedansen.
Jag gick tillbaka igen för att undersöka en konstig fråga, varför överspänningsdämparen inte fungerade när ATS exploderade under blixten.Den här gången kontrollerade jag noggrant alla jord- och nollanslutningar på alla strömbrytarpaneler, reservgeneratorer och sändare.
Jag upptäckte att jordanslutningen till huvudströmbrytarens panel saknas!Det är också här överspänningsdämparen och ATS är jordade (så detta är också anledningen till att överspänningsdämparen inte fungerar).
Den gick förlorad eftersom koppartjuven klippte av anslutningen till panelen någon gång innan ATS installerades.De tidigare ingenjörerna reparerade alla jordledningar, men de kunde inte återställa jordanslutningen till strömbrytarpanelen.Den avskurna tråden är inte lätt att se eftersom den sitter på baksidan av panelen.Jag fixade den här anslutningen och gjorde den säkrare.
En ny trefas 480V ATS installerades, och tre Nautel ferrit-toroidformade kärnor användes vid trefasingången på ATS för extra skydd.Jag ser till att överspänningsskyddsräknaren också fungerar så att vi vet när en överspänningshändelse inträffar.
När stormsäsongen kom gick allt bra och ATS fungerade bra.Poltransformatorns säkring går dock fortfarande, men den här gången påverkas inte längre ATS och all annan utrustning i byggnaden av överspänningen.
Vi ber elbolaget att kontrollera den trasiga säkringen.Jag fick höra att platsen ligger i slutet av den trefasiga transmissionslinjetjänsten, så det är mer benäget att drabbas av överspänningsproblem.De rengjorde stolparna och installerade lite ny utrustning ovanpå stolptransformatorerna (jag tror att de också är någon form av överspänningsdämpare), vilket verkligen hindrade säkringen från att brinna.Jag vet inte om de gjorde andra saker på transmissionslinjen, men vad de än gör så fungerar det.
Allt detta hände under 2015, och sedan dess har vi inte stött på några problem relaterade till spänningsstötar eller åskväder.
Att lösa spänningsöverspänningsproblem är ibland inte lätt.Försiktighet måste vidtas och noggrann för att säkerställa att alla problem beaktas vid kabeldragning och anslutning.Teorin bakom jordningssystem och blixtnedslag är värd att studera.Det är nödvändigt att till fullo förstå problemen med enpunktsjordning, spänningsgradienter och jordpotentialstegringar under fel för att kunna fatta rätt beslut under installationsprocessen.
John Marcon, CBTE CBRE, tjänstgjorde nyligen som tillförordnad chefsingenjör på Victory Television Network (VTN) i Little Rock, Arkansas.Han har 27 års erfarenhet av radio- och tv-sändare och annan utrustning, och är även tidigare professionell elektroniklärare.Han är SBE-certifierad sändnings- och tv-sändningsingenjör med en kandidatexamen i elektronik- och kommunikationsteknik.
För fler sådana rapporter, och för att hålla dig uppdaterad med alla våra marknadsledande nyheter, funktioner och analyser, vänligen registrera dig för vårt nyhetsbrev här.
Även om FCC är ansvarig för den initiala förvirringen, har Media Bureau fortfarande en varning som ska utfärdas till licensinnehavaren
© 2021 Future Publishing Limited, Quay House, The Ambury, Bath BA1 1UA.Alla rättigheter förbehållna.England och Wales företagsregistreringsnummer 2008885.
Posttid: 14 juli 2021
