Application of the boundary element method in 3D models of grounding systems

• Autorzy: Mączka Mariusz , Pawłowski Stanisław , Plewako Jolanta , Sikora Roman , Markiewicz Przemysław

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2025.01.41

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody elementów brzegowych w modelach 3D systemów uziemień

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper describes a numerical model of a grounding system enabling simulations of stationary fields in three-dimensional geometries. The developed model is based on the Boundary Element Method using the potential density function of a single layer, which makes it efficient and accurate. The results of simulations of potential distributions, electric field, and calculations of basic grounding parameters such as step voltage or ground resistance for a typical system application are presented.

PL

W artykule opisano model numeryczny układu uziemiającego umożliwiający symulację pól stacjonarnych w geometrii trójwymiarowej. Opracowany model opiera się na Metodzie Elementów Brzegowych wykorzystując funkcję gęstości potencjału pojedynczej warstwy, co czyni go wydajnym i dokładnym. W artykule przedstawiono wyniki symulacji rozkładów potencjałów, pola elektrycznego oraz obliczeń podstawowych parametrów uziemienia, takich jak napięcie krokowe czy rezystancja uziemienia, dla typowego zastosowania systemu.

Słowa kluczowe

EN

grounding system; boundary element method; step voltage; grounding resistance

PL

system uziemienia; metoda elementów brzegowych; napięcie krokowe; rezystancja uziemienia

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 101, nr 1
• Strony: 195--198
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mączka Mariusz

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Podstaw Elektroniki

• https://orcid.org/0000-0003-4137-4829

autor

Pawłowski Stanisław

• Politechnika Rzeszowska, Zakład Elektrodynamiki i Systemów Elektromaszynowych

• https://orcid.org/0000-0003-0381-2066

autor

Plewako Jolanta

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Energoelektroniki i Elektroenergetyki

• https://orcid.org/0000-0002-9546-833X

autor

Sikora Roman

• Politechnika Łódzka, Instytut Elektroenergetyki

autor

Markiewicz Przemysław

• Politechnika Łódzka, Instytut Elektroenergetyki

Bibliografia

• [1] Otomański P., Pawłowski E. and Szlachta A. (2021) The Evaluation of Expanded Uncertainty of DC Voltages in the Presence of Electromagnetic Interferences using the LabVIEW Environment. Measurement Science Review, vol.21 (Issue 5), pp. 136-141. https://doi.org/10.2478/msr-2021-0019
• [2] Pawłowski, S., Plewako, J. (2015). Applicability assessment for simplified formulas to compute surface impedance at screened surfaces. Przeglad Elektrotechniczny, 12, 182-184.
• [3] Dan Y., Zhang Z., Zhao H., Li Y., Ye H., Deng J., A novel segmented sampling numerical calculation method for grounding parameters in horizontally multilayered soil, International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol.126, 106586, 2021.
• [4] Berberovic S., Haznadar Z., Stih Z., Method of moments in analysis of grounding systems, Engineering Analysis with Boundary Elements, vol. 27, pp. 351–360 ,2003.
• [5] Khodra H.M., Salloumb G.A., Saraivac J.T., Matosc M.A., Design of grounding systems in substations using a mixed-integer linear programming formulation, Electric Power Systems Research, vol. 79, pp. 126–133, 2009.
• [6] Meliopoulos A.P., Feng Xia, Joy E.B., Cokkinides G.J., An advanced computer model for grounding systems analysis, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 8, pp.13-23,1993.
• [7] Faleiro, G. Asensio, J. Moreno, P. Simón, G. Denche, D. García, Modelling and simulation of the grounding system of a class of power transmission line towers involving inhomogeneous conductive media, Electric Power Systems Research, vol.136, , pp. 154-162, 2016.
• [8] Faleiro E., Asensio G., Denche G., Moreno J., Electric behavior of conductor systems embedded in finite inhomogeneous volumes scattered into a multilayered soil: The problem of High-Resistivity Ratios revisited, Electric Power Systems Research, vol. 148, pp. 183–191, 2017.
• [9] Tang B., Huang Y., Liu R., Wu Z., Qu Z., Fitting algorithm of transmission tower grounding resistance in vertically layered soil models, Electric Power Systems Research, vol. 139, pp. 121–126, 2016.
• [10] Wołkowiński K.: Uziemienia urządzeń elektro-energetycznych. WNT, Warszawa, 1967.
• [11] Markiewicz H., Klajn A., Uziemienia i EMC. Układy uziomowe – Podstawowe zagadnienia konstrukcyjne. Polskie Centrum Promocji Miedzi, Wrocław, 2004.
• [12] IEEE Std 665-1995 Standard for Generating Stations Grounding, 1996.
• [13] Kostic ́ V.I., Raicˇevic ́ N.B., An alternative approach for touch and step voltages measurement in high-voltage substations, Electric Power Systems Research, vol.130, pp. 59–66, 2016.
• [14] Szczęsny A., Korzeniewska E.: Selection of the method for the earthing resistance measurement, Przegląd Elektrotechniczny, vol. 94, pp. 178-181, 2018, doi:10.15199/48.2018.12.39
• [15] Sikora R., Markiewicz P., Mączka M., Pawłowski S., Plewako J.: Using interpolation method to estimation step and touch voltage, Przegląd Elektrotechniczny, 2023, vol. 2, pp. 263-266, doi:10.15199/48.2023.02.53.
• [16] Lebioda, M.; Tomczyk, M. Analysis of thermal and electrical properties of heating microsystems based on TCO layers. In Proceedings of the 24th International Conference on Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, Bydgoszcz, Poland, 22–24 June 2017; pp. 443–446.
• [17] Pawłowski S.: Obliczanie pola elektromagnetycznego w transformatorach dużej mocy metodą całkowo-brzegową, praca doktorska, Instytut Elektrotechniki w Warszawie, 1993.
• [18] Mączka M., Metody efektywnego modelowania kwantowych przyrządów półprzewodnikowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 2018.
• [19] Sikora R., Markiewicz P.: Reduction of the step voltages of MV/LV substation grounding system based on shaping electric field, Archives Of Electrical Engineering, vol. 70(3), pp. 601 –613, 2021