A FDTD Approach for Non-Linear Effects in Ground Electrodes

• Autorzy: Guido A. , Viola F.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie FTDT przy efektach nieliniowych w elektrodach uziemiających

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper proposes a Maxwell's equations finite difference time domain (FDTD) approach for electromagnetic transients in ground electrodes in order to take into account the non linear effects due to soil ionization. A time variable soil resistivity method is used in order to simulate the soil breakdown, without the formulation of an a priori hypothesis about the geometrical shape of the ionized zone around the electrodes. The model has been validated by comparing the computed results with available data found in technical literature referred to concentrated earths. Application examples are also reported in order to show the computational capability. W artykule zaproponowano zastosowanie równań Maxwella do modelowanie metodą różnic skończonych zagadnienia przebiegów czasowych pola elektromagnetycznego koło elektrody uziemiającej (FTDT). Zostały uwzględnione nieliniowe efekty związane z jonizacją ziemi. Zastosowano metodę zmiennej w czasie rezystywności gleby bez określenia geometrycznego kształtu jonizowanego obszaru wokół elektrody. Model został zweryfikowany poprzez porównanie wyników obliczeń z danymi literaturowymi dla zagęszczonej ziemi. Przykładowe zastosowania pokazują możliwości obliczeniowe metody.

PL

W artykule zaproponowano zastosowanie równań Maxwella do modelowanie metodą różnic skończonych zagadnienia przebiegów czasowych pola elektromagnetycznego koło elektrody uziemiającej (FTDT). Zostały uwzględnione nieliniowe efekty związane z jonizacją ziemi. Zastosowano metodę zmiennej w czasie rezystywności gleby bez określenia geometrycznego kształtu jonizowanego obszaru wokół elektrody. Model został zweryfikowany poprzez porównanie wyników obliczeń z danymi literaturowymi dla zagęszczonej ziemi. Przykładowe zastosowania pokazują możliwości obliczeniowe metody.

Słowa kluczowe

EN

electromagnetic field; finite element method; nonlinear effects

PL

pole elektromagnetyczne; metoda różnic skończonych; dziedzina czasu; efekt nieliniowy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 79, nr 10
• Strony: 706--709
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Guido A.

• Università degli Studi di Palermo, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, viale delle Scienze - 90128 Palermo, Italia

autor

Viola F.

• Università degli Studi di Palermo, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, viale delle Scienze - 90128 Palermo, Italia

Bibliografia

• [1] B. R. Gupta, B. Thapar, “Impulse impedance of grounding grids,” IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, vol. 99, no. 6, pp 2357-2362, Nov./Dec. 1980.
• [2] M. Ramamoorty, M. M. Babu Narayanan, S. Parameswaran, D. Mukhedkar, “Transient performance of grounding grids,” IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 4, no. 4, pp. 2053-2059, Oct. 1989.
• [3] C. Mazzetti, G. M. Veca, “Impulse behaviour of grounding electrodes,” IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-102, Sept. 1983.
• [4] F. Menter, L. Grcev, “EMTP-Based Model for Grounding System Analysis,” IEEE Transaction on Power Delivery, vol. 9, Oct. 1994.
• [5] L. Grcev, F. Dawalibi: “An electromagnetic model for transients in grounding systems”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 5, no. 4, pp. 1773-1781, Oct. 1990.
• [6] Grcev L. D., “Computer analysis of transient voltages in large grounding systems”, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol.11, No.2, April 1996.
• [7] G. Ala, P. Buccheri, A. Campoccia, “High frequency coupling among buried electrodes,” in Proc. of CIGRE' Symposium on Power System Electromagnetic Compatibility, 1993, paper n. 300-05.
• [8] G. Ala, P. Buccheri, E. Francomano, A Tortorici, “An advanced algorithm for transient analysis of grounding systems by Moments Method,” in Proc. of IEE 2nd International Conference on Computation in Electromagnetics, 1994, IEE Conf. Pubbl. N. 384 - pp. 363-366.
• [9] W. Xiong, F. Dawalibi, “Transient performance of substation grounding systems subjected to lightning and similar surge current,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 9, pp. 1421-1427, Jul. 1994.
• [10] G. Ala, M. L. Di Silvestre, “A simulation model for electromagnetic transients in lightning protection systems”, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, Vol. 44, no. 4, November 2002, pp. 539-554.
• [11] Darveniza M., Liew A.C., “Dynamic model of impulse characteristic of concentrated earths”, proc. IEE, Vol. 121, No.2, February 1974, pp. 123-135.
• [12] A. M. Mousa, “The soil ionization gradient associated with discharge of high currents into concentrated electrodes,” IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 9, no. 3, July 1994, pp. 1669- 1677.
• [13] M. E. Almeida, M. T. Correia De Barros, “Accurate modelling of rod driven tower footing,” IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 11, no. 3, July 1996, pp. 1606-1609.
• [14] L. D. Grcev, F. E. Menter, “ Transient electromagnetic fields near large earthing systems,” IEEE Trans. on Magnetics, vol. 32, no. 3, May 1996, pp. 1525-1528.
• [15] T. Noda, S. Yokoyama, “Thin wire representation in finite difference time domain surge simulation”, IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 17, no. 3, July 2002, pp.840-847.
• [16] K. Tanabe, “Novel method for analyzing the transient behavior of grounding systems based on the finite difference time domain method”, Power Engineering Society Winter Meeting, 2001, pp. 1128-1132.
• [17] A. Geri, “Behaviour of grounding systems excited by high impulse currents: the model and its validation,” IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 14, no. 3, July 1999, pp. 1008-1017.
• [18] J. Cidras, A. F. Otero, C. Garrido., “Nodal frequency analysis of grounding systems considering the soil ionization effect”, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 15, No. 1, January 2000, pp. 103-107.
• [19] Y. Gao, J. He, S. Chen, J. Zou, R. Zeng, X. Liang, “Lightning electromagnetic environments of substation considering soil ionization around grounding systems”, Proc. of International Conference on Power System Technology, 2002, Vol. 4, pp. 2096 –2100.
• [20] A. Taflove, S. Hagness, “Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method”, Artech House, Boston, MA, 2000.
• [21] D. M. Sullivan, “Electromagnetic simulation using the FDTD method”, IEEE Press Series on RF and Microwave Technology, 2000.
• [22] D. Hockanson, “The FDTD method and applications in EMC”, TR94-3-014T, University of Missouri-Rolla, USA, May 1998.