تحلیل گذرای خطوط انتقال متصل به برق‌گیر در برخورد مستقیم صاعقه با در نظر گرفتن پدیده غیرخطی یونیزاسیون و اثر وابستگی فرکانسی پارامترهای الکتریکی خاک تلفاتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

Arak University

چکیده

در این مقاله، اضافه ولتاژ خطوط هوایی متصل به برق‌گیر در برخورد مستقیم صاعقه با در نظر گرفتن پدیده غیرخطی یونیزاسیون و اثر وابستگی فرکانسی پارامترهای الکتریکی خاک محاسبه می‌شود. بدین منظور، از تحلیلگرهای گذرای الکترومغناطیسی می‌توان استفاده کرد. در این سناریو، برق‌گیر توسط یک الکترود عمودی زمین می‌شود. جهت اعمال وابستگی فرکانسی پارامترهای خاک، از تقریب فرکانس معادل استفاده می‌شود به­گونه­ای‌که خاک با پارامترهای الکتریکی ثابت معادل جایگزین می‌شود. همچنین برای لحاظ کردن اثر یونیزاسیون خاک، از مقاومت غیرخطی در مدار معادل RLC الکترود عمودی استفاده می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که ولتاژ القایی برق‌گیر در چهار حالت (بدون یونیزاسیون و وابستگی فرکانسی، فقط اثر یونیزاسیون، فقط اثر وابستگی فرکانسی، یونیزاسیون و وابستگی فرکانسی به‌صورت هم‌زمان) متفاوت می‌باشد به‌گونه‌ای‌که ولتاژ القایی برق‌گیر در حالتی­که هر دو اثر لحاظ می‌شود نسبت به حالت‌هایی که هیچ اثر یا یک اثر لحاظ می‌شود، کمتر می‌شود این کاهش در خاک‌هایی که مقاومت ویژه بالا است یا طول الکترود عمودی زیاد می‌شود، محسوس‌تر است. این حقیقت نقش مهمی در طراحی برق‌گیرها ایفا می‌کند که باید توسط مهندسین قدرت لحاظ شود.

کلیدواژه‌ها


[1]     J. Mahseredjian, S. Dennetiere, L. Dube, B. Khodabakhchian, and L. Gerin-Lajoie, “On a new approach for the simulation of transients in power systems,” Elect. Power Syst. Res., vol. 77, no. 11, pp. 1514–1514, 2007.##
[2]     L. Grcev and M. popov, “On High-Frequency Circuit Equivalents of a Vertical Ground Rod,” IEEE Transaction on Power Delivery, vol. 20, no. 2, pp. 1598-1061, 2005. ##
[3]     L. Grcev, “Modeling of Grounding Electrodes under Lightning Currents,” IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility, vol. 51, no. 3, pp. 559-571, 2009.    ##
[4]     S. Mehrabi and S. R. Ostadzadeh, “Impact of Ocean-Land Mixed Propagation Path on Equivalent Circuit of Grounding Rods,” Journal of Communication Engineering, vol. 8, no. 2, pp. 197-207, 2019.##
[5]     D. Cavka, N. Mora, and F. Rachidi, “A comparison of frequency-dependence soil models: application to the analysis of grounding systems,” IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 56, no. 1, pp. 177-187, 2014.##
[6]     M. Akbari et al, “Evaluation of Lightning Electromagnetic Fields and their Induced Voltages on Overhead lines Considering the Frequency-dependence of Soil Electrical Parameters,” IEEE Transaction on Electromagnetic, Compatibility, vol. 55, no. 6, pp.1210-1219, 2013.##
[7]     K. Sheshyekani et al, “Evaluation of Lightning-Induced Voltage on Multi-conductor Overhead Lines Located above a Lossy Dispersive Ground,” IEEE Transaction on Electromagnetic, Compatibility, vol. 55, no. 6, pp.       1210-1219, 2014.##
[8]     Z. Feng, X. Wen, X. Tong, H. Lu, L. Lan, and P. Xing, “Impulse characteristics of tower grounding devices considering soil ionization by the timedomain difference method,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 30, no. 4, pp. 1906-1913, Aug. 2015.  ##
[9]     J. Ghayur Safar, R. Shariatinasab, and Jinliang He, “Comprehensive Modeling of Grounding Electrodes Buried in Ionized Soil Based on MoM-HBM Approach,” IEEE Trans. Power. Del., vol. 57, no. 1, pp. 1627-1636, 2019.##
[10]  K. Sheshyekani, S. H. Hesamedin Sadeghi, R. Moini, F. Rachidi, and M. Paolone, “Analysis of transmission lines with arrester termination, considering the frequency-dependence of grounding systems,” IEEE Transaction on Electromagnetic, Compatibility, vol. 51, no. 4, pp. 986-994, 2009.##
[11]  K. Sheshyekani, S. H. H. Sadeghi, R. Moini, and F. Rachidi, “Frequency-domain analysis of ground electrodes buried in an ionized soil when subjected to surge currents: A MoM–AOM approach,” Electric Power System Research, vol. 81, pp. 290-296, 2011.##
[12]  M. Mokhtari, Z. Abdul-Malek, and C. L. Wooi, “Integration of Frequency Dependent Soil Electrical Properties in Grounding Electrode Circuit Model,” International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), vol. 6, no. 2, pp. 792-799, 2016.##
[13]  M. W-Wik, “Double exponential models for comparison of lightning, nuclear and electrostatic discharge spectra,” Proc. 6th Symp. Tech. Exhib. Electromagn. Compat, Mar. 5–7, Zurich, pp. 169–174, 1985.##
[14]  J. A. Martinez et al, “Parameters determination for Modeling Systems Transients-Part V: Surge Arrester,” IEEE Trans on Power Delivery, vol. 20, no. 3, pp.        2073-2078, 2005.##
[15]  S. Visacro et al., “Frequency Dependence of Soil Parameters: Experimental Results, Predicting Formula and Influence on the Lightning Response of Grounding Electrodes,” IEEE Transaction, Power Delivery, vol. 27, no. 2, pp. 927-935, 2012.##
[16]  F. Rachidi, “A Review of Field-to-Transmission Line Coupling Models With Special Emphasis to          Lightning-Induced Voltages on Overhead Lines,” IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 54, no. 4, pp. 898–911, Aug. 2012.##
[17]  A. C. Liew and M. Darveniza, “Dynamic model of impulse characteristics of concentrated earths,” Proc. Inst. Elect. Eng.-London, vol. 121, no. 2, pp. 123–135, 1974.##
[18]  M. Akbari, K. Sheshyekani, and M. R. Alemi, “The effect of frequency dependence of soil electrical parameters on the lightning performance of grounding systems,” IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 55, no. 4, pp. 739-746, Apr. 2013.##
[19]  S. S. Sajjadi, V. Aghajani, and S. R. Ostadzadeh, “Comprehensive Formulae for Effective Length of Multiple Grounding Electrodes Considering Different Aspects of Soils: Simplified Multiconductor Transmission Line-Intelligent Water Drop Approach,” Int. J. Numer. Model El. 2020; e2721, https://doi.org/10.1002/jnm.2721.##
[20]  S. R. Ostadzadeh, “Validity of Improved MTL for Effective Length of Counterpoise Wires under Low and High-Valued Lightning Currents,” Advanced Electromagnetics, vol. 9, no. 1, pp. 1-8, 2020.##
[21]  S. Visacro, “What Engineers in Industry Should Know About the response of Grounding Electrodes Subjected to
Lightning Currents,” IEEE Transaction on Industry Application, vol. 51, pp. 4943-4951, 2015.##
[22]  Jinliang He, “Progress in Lightning Impulse Characteristics of Grounding Electrodes with Soil Ionization,” IEEE Transaction on Industry Application, vol. 51, pp.          4924-4933, 2015.  ##
[23]  H. Yazdi, S. R. Ostadzadeh, and F. Taheri Astaneh, “Transient Analysis of Single-Conductor Overhead Lines Terminated to Grounded Arrester Considering Frequency Dependence of Electrical Parameters of Soil using Genetic Algorithm,” Journal of Applied Electromagnetics, vol. 3, no. 2, pp. 35-42, 2015. (In Persian)##
[24]  H. Chen and Y. Du, “Lightning Grounding Grid Model Considering Both the Frequency-Dependent Behavior and Ionization Phenomenon,” IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 54, no. 4, pp. 898–911, Aug. 2018.##