home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ QRZ! Ham Radio 1 / QRZ Ham Radio Callsign Database - December 1993.iso / arrl / lightn.ing < prev    next >
Text File  |  1993-11-21  |  6KB  |  134 lines
  1. Subject: Re: lightning protection of roof towers
  2.  
  3. In article rec.radio.amatuer.misc the question is asked:
  4.  
  5. >I have recently come into posession of a roof mounted tower (about 10 ft.
  6. >thrust bearing, uses guy wires attached to roof, etc.) and want to 
  7. >mount it on the roof of my two story house.  My problem is that the tower 
  8. >will be one of the highest structures around, and is almost certain to be 
  9. >struck by lightning sooner or later (at least I want to be prepared).  
  10. >I would like to know the best way to ground the tower.  
  11. >
  12. >In the ARRL handbook (and also the NEC - National Electrical Code) there 
  13. >is a lot of discussion about protecting the feedline by grounding the shield 
  14. >of the coax, using arrestors, switching them to ground when not in use etc.  
  15. >There is also some discussion of grounding a REAL tower.  But I haven't been 
  16. >able to find much on roof towers.  What I want to be sure (or at least as 
  17. >sure as possible) of is that if the antenna/tower gets hit, the lightning 
  18. >strike doesn`t arc through the house, etc.
  19.  
  20. >Some specific questions I have are:
  21.  
  22. >1.  What size of ground lead(s) to use for the tower?  I realize that 
  23. >bigger is better but the cost of enormous cable is prohibitive.  What 
  24. >is reasonable if you EXPECT or PLAN on a direct hit?
  25.  
  26. The NEC says number 8 solid is the minimum size for the downlead of
  27. a lightning rod. Consider this the smallest wire you can use. Since
  28. lightning is a pulse that has RF components through VHF, skin effect
  29. matters. A better downlead is 5 inch wide copper flashing run as straight
  30. as possible to ground, but in no case having a 90 degree or sharper 
  31. bend in the path.
  32.  
  33. >2.  How many?
  34.  
  35. If you use the correct size, and do the bonding correctly, one is
  36. sufficient. If you aren't going to be able to inspect the run
  37. frequently, you might consider paralleling a number 8 solid wire
  38. with the 5 inch strap so that if corrosion opens one connection,
  39. you will still have a better path to ground than through your
  40. roof.
  41.  
  42. >3.  What paths do I run them?  The obvious answer would be the shortest, 
  43. except that the shortest path is on the opposite side of the house from 
  44. the shack and the feedlines.  Would the resulting 'cage' effect be good 
  45. or bad?
  46.  
  47. Normally, you want the shortest and *straightest* path to ground. However,
  48. ground loops can be disasterous. Make up your mind to establish a single
  49. ground point somewhere on your property and connect all ground runs to
  50. this one point. Make sure the utility grounds are also bonded to this
  51. point. Don't ever depend on earth conductivity to close a ground circuit
  52. and don't ever use a feedline shield as a ground conductor.
  53.  
  54. It's ok to have multiple grounds, but they must tie to the single 
  55. point ground via low inductance, high conductivity cabling in a 
  56. *star* configuration, not in a daisy chain. Daisy chaining grounds 
  57. is a recipe for disaster.
  58.  
  59. Setting up a ground cage is an extreme measure of protection. To do
  60. it right is not simple. Doing it wrong can be dangerous. If you can't
  61. analyse all the current paths properly for ground loop effects, don't
  62. do it.
  63.  
  64. Bring *all* cables into your shack via a "ground window", that includes
  65. power and telephone.  A ground window is a single small area, usually a 
  66. rack panel, copper plate, or the like, that each wire is attached to via 
  67. an arrestor of the proper type for that kind of cable. The ground window 
  68. is then connected to the master single point ground by a heavy strap or
  69. cable. This assures you that all cabling entering the shack will be at 
  70. near the same potential during a strike (plus or minus the breakover 
  71. voltage of the arrestors). With quality arrestors, you shouldn't ever 
  72. have a voltage differential of more than 200-400 volts across your 
  73. equipment. Most equipment will tolerate this kind of voltage for the
  74. few milliseconds required. Note that your entire shack may be elevated
  75. to several thousand volts above ground due to the resistive drop of
  76. your single ground lead, but as long as *every* part of the shack is
  77. elevated the same amount, no net current can flow.
  78.  
  79. >3.  Do I need to stand them off from the roof?
  80.  
  81. It's generally not necessary, but it won't hurt. Remember that a direct
  82. lightning stroke will typically flow 4,000 amperes or more for several
  83. milliseconds. The wire can get quite hot. I've seen number 12 solid
  84. *vaporized* by a lightning stroke. That's why you want to use at least
  85. number 8 wire or heavy strap.
  86.  
  87. >4.  Do I need to attach to each leg of the tower?
  88.  
  89. That depends on the tower construction. If the tower is welded, connecting
  90. to one leg is sufficient. If it is bolted or riveted, inspect it carefully
  91. for loose connections and use bond straps to make it a single conductor.
  92.  
  93. >5.  What about the guy wires?
  94.  
  95. Generally, *don't* ground the guy wires. If the tower is going to carry
  96. an HF antenna, you'll likely want to break guys with insulators anyway
  97. to avoid pattern disturbances.
  98.  
  99. >6.  Anything else I should know?
  100.  
  101. A single ground rod is not an effective ground in most soils. Use
  102. at least three no closer than 6 feet apart in a triangular arrangement.
  103. Bond them all together with your heavy strap. If you have *metal*
  104. underground water piping, tie to that too. Remember, *star* configuration.
  105. No ground should connect to another except at the *single* point
  106. connection. And no downlead should connect anywhere but at the single
  107. point.
  108.  
  109. Always *mechanically* bond ground wires and straps. Don't depend on
  110. *any* soldered connection. Solder *will* melt when lightning strikes. 
  111. The NEC says there should be *no* splices in a ground run. That's perhaps 
  112. a bit extreme. A *good* mechanical and electrical splice should be ok, 
  113. but rather safe than have the insurance company void your claim.
  114.  
  115. >I know that there's no guarantee when it comes to lightning strikes, 
  116. >but it is my family in the house and I want to be sure I have done 
  117. >everything I can to protect them.    
  118.  
  119. That's a good attitude Dave. Lightning kills more people each year
  120. than any other weather related thing. Besides, the better ground
  121. field can help your HF signals *every* day.
  122.  
  123. The members and HQ staff would like to thank the following people for
  124. their contributions to this information file:
  125.  
  126. Gary Coffman, KE4ZV gary@ke4zv.uucp
  127.  
  128. Send any additional information or changes to mtracy@arrl.org. 
  129.  
  130. 73 from ARRL HQ.
  131.  
  132.  
  133.  
  134.