Determination of the resistance of a grounding system with application of finite element method

• Autorzy: Boudreballa Abdelkader , Zegnini Boubakeur , Seghier Tahar

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.05.02

Warianty tytułu

PL

Określanie rezystancji uziemienia z zastosowaniem metody FEM

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The protection of the equipment, the safety of persons and the continuity of the electrical supply are the main objectives of the grounding system. For its precise design, the possible potential distribution on the ground and the equivalent resistance of the system must be determined. Grounding systems are considered to be rod electrodes and flat electrodes buried vertically in the ground. A simulation grounding model was established through FEM method on relevant constraints, such as soil resistivity, number, position and length of electrodes. Through this study, the grounding resistance values obtained with COMSOL Multiphysics are compared with the proven analytical formulas. The results indicate that this simulation can be used as fast solution for industrial applications and has acceptable results for calculating the resistance of a vertical grounding.

PL

Ochrona urządzeń, bezpieczeństwo osób i ciągłość zasilania elektrycznego są głównymi celami systemu uziemienia. W celu dokładnego zaprojektowania systemu należy określić ewentualny rozkład potencjału w ziemi i równoważną rezystancję systemu. Za systemy uziemienia uważa się elektrody prętowe i płaskie zakopane pionowo w ziemi. Symulacyjny model uziemienia został ustalony metodą FEM na podstawie odpowiednich ograniczeń, takich jak rezystywność gruntu, liczba, pozycja i długość elektrod. Dzięki temu badaniu, wartości rezystancji uziemienia uzyskane za pomocą COMSOL Multiphysics są porównywane ze sprawdzonym wzorami analitycznymi. Wyniki wskazują, że symulacja ta może być wykorzystana jako szybkie rozwiązanie do zastosowań przemysłowych i daje akceptowalne wyniki do obliczania oporności uziemienia pionowego.

Słowa kluczowe

EN

grounding resistance; finite element method; soil resistivity

PL

rezystancja uziemienia; metoda elementów skończonych; rezystywność gruntu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 5
• Strony: 5--11
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Boudreballa Abdelkader

• Abderrahmane Taleb Higher Normal School (ENS) of Laghouat, Ghardaia road Laghouat 03000, Algeria

autor

Zegnini Boubakeur

• Amar Telidji University of Laghouat, PoBox 37 G, Mkam Laghouat 03000, Algeria

autor

Seghier Tahar

• Amar Telidji University of Laghouat, PoBox 37 G, Mkam Laghouat 03000, Algeria

Bibliografia

• [1] Hyung-Soo L., Jung-Hoon K., Dawalibi F. P., and Jinxi,,M. “Efficient ground grids designs in layered solids,” IEEE Trans. Power Del., vol. 13, no. 3, pp. 745–751, Jul. 1998.
• [2] Thapar B., Gerez V., Balakrishnan A. and Blank D. A. “Evaluation of a grounding grid of anyshape”, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 6,No. 2, pp. 640-645, April 1991.
• [3] Dawalibi F. P. and Mukhedkar D., “Optimum design of substation grounding in two-layer earth structure”, IEEE Trans. Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-94, No, 2, pp. 252- 272, April 1975.
• [4] Seedher,H.R. Arora J.K. and Thapar B., “Finite expressions for computation of potential in two layer solid”, IEEE Trans. on Power Delivery, pp.1098-1102, 1987.
• [5] Lee H.S., . Kim J.H, Dawalibi F.P. and Ma J., “Efficient ground grid designs in layered soils”, IEEE Trans. On Power Delivery, Vol. 13, No. 3, pp.745-751, July 1998.
• [6] Thapar B.. and Goyal.S.L., “Scale model studies of grounding grids in Non-uniform soils”. IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 2, pp. 1060-1066, October 1987.
• [7] Takahashi T. and Kawase T., “Calculation of earth resistance for a deep-driven rod in a multi-layer earth structure”, IEEE Trans. On Power Delivery, Vol. 6, No. 2, pp. 608-614, April 1991.
• [8] Nenad N. Cvetković, Dejan B. Jovanović, Aleksa T. Ristić, Miodrag S. Stojanović, Dejan D. Krstić, Comparison of different models for determining the grounding rod resistance, ELECTROTECHNICA & ELECTRONICA, (E+E), Volume 50, Issue 9-10, 2015, p p.35-39. 2015.
• [9] Sajad Samadinasab, Farhad Namdari,Mohammad Bakhshipour, A Novel Approach for Earthing System Design Using FiniteElement Method, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, Vol. 8 - No.29 – pp54-63 Spring 2017.
• [10] AbuBakar,A. Dow R.S., "Simulation of ship grounding damage using the finite element method", International Journal of Solids and Structures, Vol. 50, No. 5, pp. 623-636, 2013.
• [11] Boudreballa Abdelkader, Zegnini.Boubakeur, Seghier Tahar, Gueffaf Hamza, implementation of magneto dynamic to evaluate grounding performance, 5th international conference on advances in mechanical engineering Istanbul 2019, 17-19 december 2019, Istunbul –Turkey.2019.
• [12] Boudreballa Abdelkader, Zegnini.Boubakeur, Seghier Tahar, Saadaoui Yahia, ‘’implentation and design of grounding systems using COMSOL multiphysics’’, conference:2020,1st International Conference on Communications Control and Signal Processing (CCSSP), Procceding EEE, pp 513 - 517. 2020.
• [13] Vijayaraghavan G., Mark Brown, Malcolm Barnes,"Practical Grounding, Bonding, Shielding and Surge Protection, " Elsevier, 2004.
• [14] Yaqing Liu, "Transient Response of Grounding Systems Caused by Lightning: Modeling and Experiments", PhD thesis Department of Engineering Sciences, University of Uppsala, 2004.
• [15] Standard for ENA ER/S.34, “A guide for assessing the rise of earth potential at substation sites”, Energy Network Association, Issue 1, 1986.
• [16] Tagg G.F. “Earth Resistance”, George Newnes Ltd, England, 1964.
• [17] Sunde E. D. “Earth conduction Effects in Transmission line Systems”, Dover Publications Inc., 1968.
• [18] Grzegorz KARNAS, Stanislaw WYDERKA, Robert ZIEMBA, Kamil FILIK, Grzegorz MASLOWSKI, Analysis of lightning current distribution in lightning protection system and connected installation, Przeglad Elektrotechniczny, ISSN 0033- 2097, R. 90 NR 2/2014, pp 174-178, 2014.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).