Chống sét là một khía cạnh quan trọng của các tổ chức vận hành các thiết bị điện nhạy cảm, đặc biệt là trong ngành phát thanh truyền hình.Liên quan đến tuyến phòng thủ đầu tiên chống sét và tăng điện áp là hệ thống nối đất.Trừ khi được thiết kế và lắp đặt chính xác, mọi biện pháp bảo vệ đột biến sẽ không hoạt động.
Một trong những địa điểm phát sóng truyền hình của chúng tôi nằm trên đỉnh một ngọn núi cao 900 foot và nổi tiếng là nơi thường xuyên xảy ra các đợt sét đánh.Gần đây tôi đã được giao nhiệm vụ quản lý tất cả các địa điểm phát sóng của chúng tôi;do đó, vấn đề đã được chuyển cho tôi.
Một vụ sét đánh vào năm 2015 đã gây mất điện và máy phát điện không ngừng hoạt động trong 2 ngày liên tiếp.Khi kiểm tra, tôi phát hiện cầu chì máy biến áp đã bị nổ.Tôi cũng nhận thấy rằng màn hình LCD của công tắc chuyển tự động (ATS) mới được lắp đặt trống.Camera an ninh bị hỏng và chương trình video từ liên kết vi sóng bị trống.
Tệ hơn nữa, khi nguồn điện được khôi phục, ATS đã phát nổ.Để chúng tôi phát sóng lại, tôi buộc phải chuyển ATS theo cách thủ công.Ước tính thiệt hại hơn 5.000 USD.
Điều kỳ lạ là thiết bị chống sét lan truyền ba pha 480V của LEA không có dấu hiệu hoạt động nào cả.Điều này đã khơi dậy sự quan tâm của tôi vì nó sẽ bảo vệ tất cả các thiết bị trong trang web khỏi những sự cố như vậy.Rất may, máy phát vẫn tốt.
Không có tài liệu hướng dẫn lắp đặt hệ thống nối đất nên tôi không hiểu rõ về hệ thống cũng như thanh nối đất.Như có thể thấy trong Hình 1, lớp đất tại chỗ rất mỏng và phần đất còn lại bên dưới được làm từ đá Novaculite, giống như chất cách điện dựa trên silica.Ở địa hình này, các thanh nối đất thông thường sẽ không hoạt động, tôi cần xác định xem họ đã lắp đặt một thanh nối đất hóa học hay chưa và liệu nó có còn trong thời hạn sử dụng hay không.
Có rất nhiều tài nguyên về đo điện trở đất trên Internet.Để thực hiện các phép đo này, tôi đã chọn máy đo điện trở nối đất Fluke 1625 như Hình 2. Đây là một thiết bị đa chức năng, chỉ có thể sử dụng cọc nối đất hoặc nối cọc nối đất với hệ thống để đo nối đất.Ngoài ra, còn có các ghi chú ứng dụng mà mọi người có thể dễ dàng theo dõi để có kết quả chính xác.Đây là một chiếc đồng hồ đắt tiền nên chúng tôi đã thuê một chiếc để thực hiện công việc.
Các kỹ sư phát thanh truyền hình đã quen với việc đo điện trở của điện trở và chỉ một lần chúng ta mới có được giá trị thực.Điện trở đất là khác nhau.Điều chúng ta đang tìm kiếm là điện trở mà mặt đất xung quanh sẽ tạo ra khi dòng điện tăng vọt đi qua.
Tôi đã sử dụng phương pháp “giảm điện thế” khi đo điện trở, lý thuyết về phương pháp này được giải thích trong Hình 1 và Hình 2. 3 đến 5.
Trong Hình 3, có một cọc nối đất E có độ sâu cho trước và một cọc C cách cọc nối đất E một khoảng nhất định. Nguồn điện áp VS được nối giữa hai cọc sẽ tạo ra dòng điện E giữa cọc C và cọc cọc đất.Sử dụng vôn kế, chúng ta có thể đo được điện áp VM giữa hai cực.Càng gần E thì điện áp VM càng thấp.VM bằng 0 tại cọc nối đất E. Mặt khác, khi đo điện áp gần cọc C thì VM trở nên cao.Tại vốn C, VM bằng nguồn điện áp VS.Theo định luật Ohm, chúng ta có thể sử dụng điện áp VM và dòng điện C do VS gây ra để thu được điện trở đất của bụi bẩn xung quanh.
Giả sử rằng để thảo luận, khoảng cách giữa thanh nối đất E và cọc C là 100 feet và điện áp được đo cứ sau 10 feet từ thanh nối đất E đến cọc C. Nếu bạn vẽ đồ thị kết quả, đường cong điện trở sẽ trông giống như Hình 4.
Phần phẳng nhất là giá trị điện trở nối đất, tức là mức độ ảnh hưởng của cọc nối đất.Bên ngoài đó là một phần của trái đất rộng lớn và các dòng nước dâng sẽ không còn xuyên qua được nữa.Xét rằng trở kháng ngày càng cao vào thời điểm này, điều này là dễ hiểu.
Nếu thanh nối đất dài 8 feet thì khoảng cách cọc C thường đặt là 100 feet, phần phẳng của đường cong khoảng 62 feet.Các chi tiết kỹ thuật khác không thể được đề cập ở đây nhưng có thể tìm thấy chúng trong cùng một ghi chú ứng dụng từ Fluke Corp.
Cách thiết lập sử dụng Fluke 1625 được minh họa trong Hình 5. Máy đo điện trở nối đất 1625 có bộ tạo điện áp riêng, có thể đọc giá trị điện trở trực tiếp từ đồng hồ;không cần phải tính giá trị ohm.
Đọc là phần dễ, còn phần khó là điều chỉnh điện áp.Để có được số đọc chính xác, thanh nối đất được ngắt khỏi hệ thống nối đất.Vì lý do an toàn, chúng tôi đảm bảo không có khả năng xảy ra sét đánh hoặc trục trặc khi hoàn thành vì toàn bộ hệ thống đang nổi trên mặt đất trong quá trình đo.
Hình 6: Thanh nối đất Lyncole System XIT.Dây bị ngắt kết nối được hiển thị không phải là đầu nối chính của hệ thống nối đất hiện trường.Chủ yếu kết nối ngầm.
Nhìn xung quanh, tôi tìm thấy thanh nối đất (Hình 6), đây thực sự là một thanh nối đất hóa học do Lyncole Systems sản xuất.Thanh nối đất bao gồm một lỗ có đường kính 8 inch, rộng 10 feet được lấp đầy bằng hỗn hợp đất sét đặc biệt gọi là Lynconite.Giữa lỗ này có một ống đồng rỗng có cùng chiều dài và đường kính 2 inch.Lynconite lai mang lại điện trở rất thấp cho thanh nối đất.Có người kể cho tôi nghe rằng trong quá trình lắp thanh này người ta đã dùng thuốc nổ để tạo lỗ.
Sau khi các cọc điện áp và dòng điện được cắm xuống đất, một sợi dây sẽ lần lượt được nối từ mỗi cọc đến đồng hồ đo, nơi đọc giá trị điện trở.
Tôi nhận được giá trị điện trở đất là 7 ohms, đây là một giá trị tốt.Bộ luật Điện Quốc gia yêu cầu điện cực nối đất phải từ 25 ohm trở xuống.Do tính chất nhạy cảm của thiết bị, ngành viễn thông thường yêu cầu 5 ohm trở xuống.Các nhà máy công nghiệp lớn khác yêu cầu điện trở đất thấp hơn.
Theo thông lệ, tôi luôn tìm kiếm lời khuyên và hiểu biết sâu sắc từ những người có nhiều kinh nghiệm hơn trong loại công việc này.Tôi đã hỏi bộ phận Hỗ trợ Kỹ thuật của Fluke về sự khác biệt trong một số kết quả tôi nhận được.Họ nói rằng đôi khi những chiếc cọc có thể không tiếp xúc tốt với mặt đất (có lẽ vì đá cứng).
Mặt khác, Lyncole Ground Systems, nhà sản xuất cọc nối đất, cho biết hầu hết các chỉ số đều rất thấp.Họ mong đợi số liệu đọc cao hơn.Tuy nhiên, khi tôi đọc các bài viết về cọc nối đất thì lại xảy ra sự khác biệt này.Một nghiên cứu thực hiện các phép đo hàng năm trong 10 năm cho thấy 13-40% số đọc của họ khác với các số đọc khác.Họ cũng sử dụng những cọc nối đất giống như chúng tôi đã sử dụng.Vì vậy, điều quan trọng là phải hoàn thành nhiều bài đọc.
Tôi đã nhờ một nhà thầu điện khác lắp đặt dây nối đất mạnh hơn từ tòa nhà đến thanh nối đất để ngăn chặn hành vi trộm cắp đồng trong tương lai.Họ cũng thực hiện một phép đo điện trở đất khác.Tuy nhiên, trời mưa vài ngày trước khi họ lấy số đo và giá trị họ nhận được thậm chí còn thấp hơn 7 ohms (tôi lấy số đo khi trời rất khô).Từ những kết quả này, tôi tin rằng thanh nối đất vẫn ở tình trạng tốt.
Hình 7: Kiểm tra các kết nối chính của hệ thống nối đất.Ngay cả khi hệ thống nối đất được nối với thanh nối đất, có thể sử dụng kẹp để kiểm tra điện trở nối đất.
Tôi đã di chuyển bộ triệt xung 480V đến một điểm trên đường dây sau lối vào dịch vụ, bên cạnh công tắc ngắt kết nối chính.Nó từng ở một góc của tòa nhà.Bất cứ khi nào có sét đánh, vị trí mới này sẽ đặt bộ triệt xung điện lên hàng đầu.Thứ hai, khoảng cách giữa nó và cọc nối đất phải càng ngắn càng tốt.Ở lần sắp xếp trước, ATS đã dẫn trước và luôn dẫn đầu.Dây ba pha nối với bộ triệt xung và nối đất của nó được làm ngắn hơn để giảm trở kháng.
Tôi quay lại lần nữa để điều tra một câu hỏi kỳ lạ, tại sao bộ chống sét không hoạt động khi ATS phát nổ khi sét đánh.Lần này, tôi đã kiểm tra kỹ lưỡng tất cả các kết nối đất và trung tính của tất cả các bảng cầu dao, máy phát điện dự phòng và máy phát.
Tôi thấy rằng kết nối mặt đất của bảng cầu dao chính bị thiếu!Đây cũng là nơi nối đất của thiết bị chống đột biến điện và ATS (vì vậy đây cũng là lý do khiến thiết bị chống đột biến điện không hoạt động).
Nó bị thất lạc vì kẻ trộm đồng đã cắt kết nối với bảng điều khiển trước khi lắp đặt ATS.Các kỹ sư trước đó đã sửa chữa toàn bộ dây nối đất nhưng không thể khôi phục lại kết nối đất với bảng cầu dao.Dây bị cắt không dễ nhìn thấy vì nó nằm ở mặt sau của bảng điều khiển.Tôi đã sửa kết nối này và làm cho nó an toàn hơn.
Một ATS 480V ba pha mới đã được lắp đặt và ba lõi hình xuyến ferit Nautel được sử dụng ở đầu vào ba pha của ATS để tăng cường khả năng bảo vệ.Tôi đảm bảo rằng bộ đếm giảm đột biến cũng hoạt động để chúng tôi biết khi nào xảy ra sự kiện đột biến.
Khi mùa bão đến, mọi việc diễn ra tốt đẹp và ATS hoạt động tốt.Tuy nhiên, cầu chì máy biến áp cột vẫn nổ nhưng lúc này ATS và tất cả các thiết bị khác trong tòa nhà không còn bị ảnh hưởng bởi dòng điện đột biến.
Chúng tôi yêu cầu công ty điện lực kiểm tra cầu chì bị đứt.Tôi được biết rằng địa điểm này nằm ở cuối đường dây truyền tải ba pha nên dễ xảy ra sự cố đột biến hơn.Họ làm sạch các cột điện và lắp đặt một số thiết bị mới phía trên các máy biến áp ở cột điện (tôi tin rằng chúng cũng là một loại thiết bị chống đột biến điện áp nào đó), giúp thực sự ngăn chặn việc cháy cầu chì.Tôi không biết họ có làm những việc khác trên đường truyền hay không, nhưng dù họ có làm gì đi nữa thì nó vẫn hoạt động.
Tất cả những điều này xảy ra vào năm 2015 và kể từ đó, chúng tôi không gặp phải bất kỳ sự cố nào liên quan đến tăng điện áp hay giông bão.
Giải quyết vấn đề tăng điện áp đôi khi không hề dễ dàng.Phải cẩn thận và kỹ lưỡng để đảm bảo rằng tất cả các vấn đề đều được tính đến trong hệ thống dây điện và kết nối.Lý thuyết đằng sau hệ thống nối đất và sét đánh đáng được nghiên cứu.Cần phải hiểu đầy đủ các vấn đề về nối đất một điểm, độ dốc điện áp và tăng điện thế đất khi có sự cố để đưa ra quyết định đúng đắn trong quá trình lắp đặt.
John Marcon, CBTE CBRE, gần đây giữ chức vụ Quyền Kỹ sư trưởng tại Mạng Truyền hình Victory (VTN) ở Little Rock, Arkansas.Ông có 27 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực máy phát sóng phát thanh, truyền hình và các thiết bị khác, đồng thời cũng là cựu giáo viên điện tử chuyên nghiệp.Anh là kỹ sư phát sóng và truyền hình được SBE chứng nhận với bằng cử nhân về kỹ thuật điện tử và truyền thông.
Để biết thêm các báo cáo như vậy và để cập nhật tất cả các tin tức, tính năng và phân tích dẫn đầu thị trường của chúng tôi, vui lòng đăng ký nhận bản tin của chúng tôi tại đây.
Mặc dù FCC phải chịu trách nhiệm về sự nhầm lẫn ban đầu nhưng Cục Truyền thông vẫn đưa ra cảnh báo cho đơn vị được cấp phép
© 2021 Future Publishing Limited, Quay House, The Ambury, Bath BA1 1UA.Đã đăng ký Bản quyền.Số đăng ký công ty của Anh và xứ Wales là 2008885.
Thời gian đăng: 14-07-2021
