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7/26/2019 Comparative Study Between IEEE Std. 80-2000 and Finite Elements Method Application for Grounding Systems Analysis
1/5
C o m p a r a t i v e S t u d y
b e t w e e n IEEE Std
80-2000
and
Finite E l e m e n t s
Method
a p p l i c a t i o n
for
Grounding S y s t e m s A n a l y s i s
L . M. C o a
A b s t r a c t - T h i s
p a p e r
p re se nt s a b r i e f c o m p i l a t i o n o f t y p i c a l
a n d
p a r t i c u l a r
c a s e s
o f g r o u n d i n g
s y s t e m s
c a l c u l a t i o n
u s i n g
p r o c e d u r e s p r o p o s e d b y
IEEE
s t d 8 0 - 2 0 0
[ 1 ] ,
s i m u l a t e d b y
means o f
a
s o f t w a r e
d e v e l o p e d u n d e r
t h e
m a t h e m a t i c a l t o o l
M a t l a b , b a s e d o n t h e F i n i t e E l e m e n t s Method
[ 2 ] .
T h i s
s t u d y
c o n s i s t s ,
b a s i c a l l y , o f
t a b l e s
a n d
g r a p h i c s
t h a t
s h o w s a s e r i e s o f
i n t e r e s t i n g
r e s u l t s
a n d o f f e r
a r e l i a b l e a n d p r a c t i c a l
i n s t r u m e n t
f o r t h e
g r o u n d i n g
s y s t e m s d e s i g n .
I n d e x T e r m s - - G r o u n d p o t e n t i a l
r i s e ,
g r o u n d r e s i s t a n c e ,
p r o g r a m m i n g , p r o t e c t i o n s , s t e p v o l t a g e , t o u c h
v o l t a g e .
I . NOMENCLATURE
1 g
G r o u n d f a u l t c u r r e n t .
t f
F a u l t d u r a t i o n t i m e .
h
G r o u n d i n g s y s t e m d e p t h .
R g
G r o u n d r e s i s t a n c e
h s
S u r f a c e m a t e r i a l t h i c k n e s s .
H F i r s t l a y e r t h i c k n e s s .
p
U n i f o r m
s o i l
r e s i s t i v i t y .
P i
F i r s t
l a y e r
r e s i s t i v i t y .
P 2
S e c o n d
l a y e r r e s i s t i v i t y .
P s
S u r f a c e m a t e r i a l
r e s i s t i v i t y .
I I . I N T R O D U C T I O N
T
HE
s i m p l i f i e d t e c h n i q u e s
f o r
g r o u n d i n g s y s t e m s
d e s i g n
i n
s u b s t a t i o n s
a n d t r a n s m i s s i o n l i n e s
a l l o w
t h o s e
p e r s o n s
w i t h a b a s i c
t r a i n i n g
i n
t h e s e
t y p e
o f
s y s t e m s ,
t o b e a b l e t o
m a k e t h i s w o r k
h a v i n g n o n e e d
o f
t h e
u s e o f
m o r e
c o m p l e x
c a l c u l a t i o n t o o l s .
H o w e v e r ,
i n s o m e
p a r t i c u l a r
c a s e s t h e
r e s u l t s o b t a i n e d b y t h e s e
m e a n s
d o n o t r e p r o d u c e
a c c u r a t e l y
t h e
r e a l i t y
a n d ,
i n
g e n e r a l l i n e s ,
t h e
s y s t e m may
b e
o v e r s i z e d
t o
a c c o m p l i s h
w i t h
t h e
a p p l y i n g
n o r m s
a n d r e c o m m e n d a t i o n s .
I n
s o m e
c a s e s ,
t h e
p r o b l e m s
f o u n d e d
i n t h e
p r a c t i c e
c a n t b e
a n a l y z e d u s i n g s i m p l i f i e d
t e c h n i q u e s
w i t h o u t
i n c u r r i n g
i n
i m p o r t a n t e r r o r s , s o
i t
c a n b e
n e c e s s a r y
t o
u s e m o r e
c o m p l e x
c a l c u l a t i o n
a l g o r i t h m s .
L . M . C o a i s w i t h I n e l e c t r a
S . A . C . A . , L e c h e r i a , A n z o a t e g u i ,
V e n e z u e l a
e m a i l :
l u i s . c o a g i n e l e c t r a . c o m ) .
I I I . THE SOFTWARE
SPATC
p r o g r a m
w a s
d e s i g n e d
i n I n e l e c t r a S . A . C . A .
f o r
t h e
c a l c u l a t i o n
o f
t h e
d e t e r m i n i n g
p a r a m e t e r s
i n t h e
d e s i g n
o f
g r o u n d i n g
s y s t e m s .
T h i s
p r o g r a m w a s
d e v e l o p e d
u n d e r
t h e
c a l c u l a t i o n s t o o l
M a tl ab f r o m M a t h w o r k s ,
I n c .
O n e
o f t h e
m o s t i m p o r t a n t c h a r a c t e r i s t i c s
o f t h e SPATC i s
i t s
c a p a c i t y
t o c o l l e c t
t h e d a t a o f t h e g r o u nd i ng s y s te m
f r o m
a
d x f
f i l e
g e n e r a t e d
o n c e
m a d e
t h e
d r a w i n g
o f t h e
g r o u n d g r i d
i n
A u t o C A D .
T h e
p r o g r a m a l l o w s
t h e u s e r
t o s e l e c t
a
d x f f i l e
t h a t
c o n t a i n s
a l l t h e
d a t a
r e l a t i v e
t o
d i me n si o ns o f
t h e
g r o u n d
g r i d ,
o f f e r i n g a g r a p h i c a l
i n t e r f a c e
a n d
a v o i d i n g
t h e r e f o r e
t h e
t e d i o u s w o r k o f
h a v i n g
t o
i n t r o d u c e
t h i s i n f o r m a t i o n
m a n u a l l y .
T h i s
c h a r a c t e r i s t i c
o f t h e
p r o g r a m r e q u i r e d
o f a
c o n s i d e r a b l e
t i m e
f o r
t h e
e s t a b l i s h m e n t o f a p a t t e r n w i t h i n
t h e
d x f
f i l e t h a t a l l o w e d
l o c a t i n g
t h e i n f o r m a t i o n
n e e d e d
f o r
t h e
SPATC t o
a c c o m p l i s h
t h e
c a l c u l a t i o n s . I t w a s a d e l i c a t e
s t a g e
o f t h e
p r o c e s s ,
c o n s i d e r i n g
t h a t w h e n
d r aw in g u p
a
s i m p l e
l i n e
i n
A u t o C A D , t h e
g e n e r a t e d
d x f f i l e
i s
a n
A S C I I
f i l e
c o n f o r m e d
b y a p p r o x i m a t e l y
6 t h o u s a n d
l i n e s o f
c h a r a c t e r s .
T h e SPATC
F i g .
1 ) o f f e r s
t o t h e
u s e r
a
g r a p h i c a l
i n t e r f a c e
t h a t f a c i l i t a t e s
t h e
i n t r o d u c t i o n o f
d a t a
f o r
t h e
g r o u n d i n g
s y s t e m s i m u l a t i o n ,
a l l o w s
i n
a d d i t i o n
t o
r e v i e w
t h e
obtaine d
r e s u l t s
i n a
o r g a n i z e d w a y , i n c l u d i n g g r a p h s a n d
a w r i t t e n
r e p o r t
w i t h
t h e
d a t a a n d
t h e
r e s u l t s
o f
t h e
s i m u l a t e d
p r o j e c t .
1 - 4 2 4 4 - 0 2 8 8 - 3 / 0 6 / 2 0 . 0 0
2 0 0 6 IEEE
-
7/26/2019 Comparative Study Between IEEE Std. 80-2000 and Finite Elements Method Application for Grounding Systems Analysis
2/5
2
A s
i t
i s a p p r a i s e d
i n
F i g .
2 ,
t h e SPATC a l l o w s t o
d i r e c t l y
i n t r o d u c e t h e d a t a i n
t h e
i n i t i a l
s c r e e n ;
t h i s
s c r e e n i s
c o n f o r m e d
b y
t h e
f o l l o w i n g
p a r t s :
r i g .
z .
3 I A
I
C
m a i n
s c r e e n .
A .
S u e l o
S o i l )
T h i s
p a n e l
c o n t a i n s t h e
f i e l d s
c o r r e s p o n d i n g
t o t h e s o i l
m o d e l f o r w h i c h
i s
g o i n g
t o
m a k e
t h e s i m u l a t i o n . I t c o n t a i n s
t h e
f o l l o w i n g
f i e l d s :
1
2 )
3
4
5
6 )
7 )
M o d e l o
d e l S u e l o
S o i l M o d e l ) .
P r o f u n d i d a d
d e l
l
e r
E s t r a t o F i r s t
l a y e r
t h i c k n e s s ) .
R e s i s t i v i d a d
d e l
l e r
E s t r a t o
F i r s t
l a y e r r e s i s t i v i t y .
R e s i s t i v i d a d
d e l
2 d o E s t r a t o
S e c o n d
l a y e r r e s i s t i v i t y .
C a p a
A d i c i o n a l
S u p e r f i c i a l
S u r f a c e
m a t e r i a l ) .
A l t u r a
H e i g h t ) .
R e s i s t i v i d a d
R e s i s t i v i t y ) .
B . D a t o s
d e l
P r o y e c t o
P r o j e c t
D a t a )
I n t h i s
p a n e l
t h e t e c h n i c a l d a t a
f o r
t h e s i m u l a t i o n s a r e
i n t r o d u c e d ,
m o r e a h e a d t h a t
d a t a w i l l
b e
a l s o i n c l u d e d i n t h e
f i n a l
r e p o r t .
1 ) N o m b r e
d e l
P r o y e c t o
P r o j e c t
n a m e ) .
2 ) C o r r i e n t e
d e
F a l l a
G r o u n d f a u l t c u r r e n t ) .
3 ) P r o f u n d i d a d
d e l
SPAT
G r o u n d i n g
s y s t e m
d e p t h ) .
4 )
C o n d u c t o r .
C . R e s u l t a d o s
R e s u l t s )
I t c o n t a i n s t h e i n f o r m a t i o n r e f e r r e d t o t h e
r e s u l t s
o b t a i n e d
i n t h e s i m u l a t i o n .
I V . THE
METHODOLOGY
T h e
p r o g r a m w a s
b a s e d o n
t h e
m e t h o d d e s c r i b e d
b y
M e l i o p o u l o s
f o r
g r o u n d i n g
s y s t e m s
a n a l y s i s [ 2 ] .
B a s i c a l l y ,
i t
c o n s i s t s o n
g e t t i n g
t h e
s y s t e m p a r t i t i o n e d
i n t o
n f i n i t e c o n d u c t o r
s e g m e n t s
a n d
a s s u m i n g
t h a t
t h e c u r r e n t
o n
e a c h
o n e
o f t h e
s e g m e n t s
i s
u n i f o r m l y
d i s t r i b u t e d
a l o n g
t h e
f i n i t e e l e m e n t .
T h e
t r a n s f e r
r e s i s t a n c e s , m u t u a l
r e s i s t a n c e s
a n d
s e l f - r e s i s t a n c e s f o r
t h e
s e g m e n t s a r e
r e p r e s e n t e d
a s
VDFs
V o l t a g e D i s t r i b u t i o n
F a c t o r s )
a n d t h e
a s s o c i a t i o n
b e t w e e n
t h e
v o l t a g e a n d c u r r e n t s
i n t h e
c o n d u c t o r
s e g m e n t
i
i s :
n
V i =
= R t j I j
j = l
1
W h e r e :
R t u
VDF
b e t w e e n
s e g m e n t s
i
a n d j s e l f
i s
i
= j ) .
V i
P o t e n t i a l
a t c o n d u c t o r
s e g m e n t
I 1 C u r r e n t
f l o w i n g i n t o
e a r t h
f r o m
s e g m e n t j .
n
T o t a l s e g m e n t s
n u m b e r .
D u e t o t h e
l o w
r e s i s t a n c e o f t h e
c o n d u c t o r
m a t e r i a l ,
g e n e r a l l y
i t
i s a s s u m e d t h a t
t h e
e n t i r e
g r o u n d
g r i d
i s
a t
t h e
s a m e
p o t e n t i a l ; t h u s ,
t h e
v o l t a g e
o f
a l l
t h e
s e g m e n t s
w i l l b e
a p p r o x i m a t e l y
e q u a l ,
s o :
V O
V 1
V 2 V n
V
And t h e n ,
t h e
e q u a t i o n s f o r e ac h c o nd uc t or
s e g m e n t
w i l l b e
a s
f o l l o w :
n
V
=
R t l j I j
j = 1
n
V
=
Y R t 2 j I j
j = 1
n
V
=
E ,
R t n j I j
j = 1
W i t h
t h e
e q u a t i o n s s y s t e m a b o v e ,
t h e v a l u e
f o r
t h e
p o t e n t i a l V
i s a s s u m e d t o c a l c u l a t e t h e c u r r e n t s
f l o w i n g
i n t o
e a r t h .
O n c e
obtaine d
t h e
c u r r e n t s ,
o t h e r
p a r a m e t e r s ,
a s
t h e
g r o u n d
r e s i s t a n c e , GP R
a n d
t h e
s u r f a c e
p o t e n t i a l a t
a n y
p o i n t ,
c a n
b e
c a l c u l a t e d :
R
=
V
9
I I
I 2
+ I 3
. . . + I n
GP R
=
I g 9 R g
n
V A
=
j R t A J I j
j = l
2 )
3
4
W h e r e
R t A j
i s
t h e V DF
o r
t r a n s f e r
r e s i s t a n c e )
b e t w e e n
t h e
c o n d u c t o r
s e g m e n t j
a n d
p o i n t
A .
M e l i o p o u l o s p r e s e n t s VDFs
t a b u l a t e d
b y
t r a n s f e r
r e s i s t a n c e s ,
m u t u a l
r e s i s t a n c e s
a n d
s e l f - r e s i s t a n c e f o r
c o n d u c t o r
s e g m e n t s
o r i e n t e d
a l o n g
t h e t h r e e
c o o r d i n a t e a x e s
x ,
y
o r
z
[ 2 ] .
F o r
t w o - l a y e r e d
s o i l
m o d e l s
t h e
p r o c e d u r e
i s
t h e
s a m e ,
b u t
t h e
VDFs
e q u a t i o n s
a r e
r e l a t i v e l y
m o r e
c o m p l e x ,
d u e
t o
t h e
m u l t i p l e s
i m a g e s
p r o d u c e d b y b o u n d a r y
c o n d i t i o n s
b e t w e e n
l a y e r s ; h o w e v e r ,
t h e
e q u a t i o n s
u s e d f o r
t h e s e
c a s e s
s t a r t
f r o m
t h e s a m e
p r i n c i p l e
d e s c r i b e d
b y M e l i o p o u l o s [ 2 ] .
-
7/26/2019 Comparative Study Between IEEE Std. 80-2000 and Finite Elements Method Application for Grounding Systems Analysis
3/5
3
V .
THE S I M U L A T I O N
F o r e f f e c t s o f v a l i d a t i n g t h e r e s u l t s
i n t h i s
d o c u m e n t , t h e
c a s e s
e x p o s e d
i n t h e A n n e x B o f
t h e I E E E
s t d 8 0 - 2 0 0 0 w e r e
u s e d a s
a d e p a r t u r e
p o i n t [ 1 ] ,
f o r w h i c h t h e r e
a r e ,
n e x t ,
c o m p a r a t i v e t a b l e s
a n d t h e c o r r e s p o n d i n g
g r a p h s .
F o r t h e c o n s i d e r e d
c a s e s ,
t h e d e s i g n d a t a a r e
t h e
f o l l o w i n g
o n e s :
I g
1 9 0 8
A .
t f
0 . 5
s .
p
4 0 0 Q . m .
P s
2 5 0 0 Q . m .
s h =
0 . 1 0 2 m .
h
=0 5m
A .
S q u a r e g r i d
w i t h o u t
g r o u n d
r o d s
g r o u n d i n g s y s t e m , t h e
maximum
l i m i t
f o r
t o u c h
v o l t a g e s i s
v i o l a t e d . Among
o t h e r g r a p h s o f f e r e d
b y
t h e
p r o g r a m
F i g .
8 ) ,
a r e t h o s e
o f
t o u c h
v o l t a g e s c o n t o u r s a n d t h e t w o - d i m e n s i o n s
g r a p h s
f o r
t o u c h
a n d s t e p v o l t a g e s i n
t r a j e c t o r i e s
p r e v i o u s l y
i n d i c a t e d .
v d l t a j - s
t i e
T o l u e
an e l
P e r i r r e t r o d e
l a l a l l a
1 c O
bO
c z
0
? n i
1 0 0
F i g .
7 .
Maximum
a n d r e a l
t o u c h
v o l t a g e s
f o r
c a s e
1 .
. . . ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ . . .
~.
I . - . . . . . . .. . . - - U . . . . .. . . . . S E
I
|
I |
ii
l
. . . . . _ l u g g
I
F i g .
6 . S q u a r e
g r i d
w i t h o u t
g r o u n d
r o d s .
T h e s e a r e
t h e o b t a i n e d r e s u l t s u s i n g
b o t h
t e c h n i q u e s .
TABLE I
COMPARATIVE
TABLE
FOR CASE
1
IEEE
s t d 8 0 - 2 0 0 0 SPATC
G r o u n d
r e s i s t a n c e
2 . 7 8 Q 2 . 6 2 Q
GP R 5 3 0 4 V
4 9 9 6 . 2 2
V
IEEE
S ta n d ar d 8 0
m e t h o d g i v e s
i n a d d i t i o n r e s u l t s f o r
maximum
a l l owabl e
t o u c h a n d s t e p v o l t a g e s ,
a s wel l a s t h e
maximum
r e a l
v o l t a g e s
i n
t h e
s y s t e m
f o r w h i c h t h e
c a l c u l a t i o n s
a r e
b e i n g
m a d e .
F o r t h i s
e x a m p l e
t h e
f o l l o w i n g
r e s u l t s
w e r e
o b t a i n e d :
Maximum a l l owabl e t o u c h
v o l t a g e
Maximum
r e a l
t o u c h
v o l t a g e .
8 3 8 . 2 V
1 0 0 2 . 1
V
F o r w h i c h
t h e
SPATC
o f f e r s
t h e
f o l l o w i n g g r a p h F i g .
7 )
t h a t
c o m p r i s e s
o f t h e s e t o f 7
g r a p h s
i n c l u d e d
i n
t h e f o l d e r
w i t h t h e
p r o j e c t
r e s u l t s .
I n
F i g . 7
i t
i s
p o s s i b l e
t o
o b s e r v e
how on t h e corners o f t h e
F i g . 8 . G r a p h s c o n t a i n e d
i n
t h e
r e s u l t s
f o l d e r .
F i n a l l y ,
a n o t h e r o f t h e
m o s t i m p o r t a n t a d v a n t a g e s
o f t h e
SPATC
i s
t h e
p o s s i b i l i t y
o f
o b t a i n i n g
a w r i t t e n
r e p o r t
t h a t
c o n t a i n s t h e d a t a
a n d r e s u l t s
o f t h e
p r o j e c t ,
s p e c i f y i n g
t h e
t o u c h
a n d
s t e p v o l t a g e s
w i t h i t s c o o r d i n a t e s
a n d
c o r r e s p o n d i n g
s t a t u s .
P r o y e c t o
e j 1 1 )
Fecha:
25/3/2006
Hora:
17:53:33
If :
1908[Amps]
t:
0.5[seg]
Resistividad
1 :
40 0 [Ohm-m]
Altura
de
Capa
Adicional en
Superficie:
0.102[m]
PLesistividad
de
Capa
Adicional en
Superficie: 2500[Ohm-m]
Diametro
de
Conductor: 0 . 0 1
[ m]
R es i s t encia
de Malla:
2 .6 186 [Oh m
s ]
G P R :
4
996.
22 2
[Volts]
Longitud aproximada
d el c on du ct o r : 1540
[ m]
Reporte
de
Voltajes
de
Toque y Voltajes
de
Paso
X
[ m r ]
Y
[ m r r ]
St
[ v]
Status
0 . 0 0
0 . 0 0
9 41 . 3 9
EXCEDE
1.75 0 . 0 0 745.45
OK
3.50 0 . 0 0 658.59 OK
5 . 2 5 0 . 0 0
547.41
OK
F i g .
9 . W r i t t e n
r e p o r t s e g m e n t
f o r t h e
c a s e
1 .
0 . 0 0
36.80
1 . 75 31.15
3.50 108.75
5 . 2 5 20 7
28
OK
OK
OK
OK
du o
7 00
ao
Y
[ m Y ]
v s
[
V ]
Statu s
-
7/26/2019 Comparative Study Between IEEE Std. 80-2000 and Finite Elements Method Application for Grounding Systems Analysis
4/5
4
B .
R e c t a n g u l a r
g r i d w i t h g r o u n d r o d s
T h e f o l l o w i n g e x a m p l e e x t r a c t e d
f r o m
t h e I E E E
S t a n d a r d
8 0 a n n e x es c o n s i s t s o f a m e s h
t h a t ,
v e r t i c a l g r o u n d r o d s F i g .
1 0 )
[ 1 ] .
8 4 fm
i n t h i s c a s e , i n c l u d e s
-
--
n TI
I
C . E q u a l l y s p a c e d g r i d w i t h
g r o u n d
r o d s i n
t w o - l a y e r
s o i l
I n o r d e r
t o i l l u s t r a t e
t h e
s i m u l a t i o n o f g r ou nd in g s y s t e m s
f o r t w o - l a y e r e d
s o i l m o d e l s e s
W h i c h
a p p l y
t o
m o s t o f
t h e
c a s e s
i n
t h e
p r a c t i c e ) ,
t h e B . 5
e x a m p l e
o f t h e
IEEE
S t a n d a r d
8 0
a n n e x e s
w a s
u s e d ;
t h i s
a r r a n g e m e n t
i s
s h o w n i n
F i g .
1 2
[ 1 ] .
4 4
i
SO.gm
E
w
R e c t a n g u l a r g r i d w i t h
10
m g r o u n d r o d s .
F o r
w h i c h
t h e f o l l o w i n g r e s u l t s w e r e o b t a i n e d :
TABLE I I
C O M P A R A T I V E
TABLE
FOR CASE
2
IEEE
s t d
8 0 - 2 0 0 0
SPATC
G r o u n d
r e s i s t a n c e
2 . 6 2
Q
2 . 2 5 Q
GP R 4 9 9 8 . 9 6
V 4 2 9 8 . 1 V
T h e r e s u l t s f o r maximum a n d r e a l t o u c h
v o l t a g e s
c a l c u l a t e d
f o r t h e
s y s t e m ,
f o r IEEE
S t a n d a r d
8 0
are
as f o l l o w s
[ 1 ] .
F i g .
1 2 .
C . E q u a l ly s p a c e d g r i d w i t h
g r o u n d
r o d s
i n
t w o - l a y e r s o i l .
And t h e
r e s u l t s
o b t a i n e d
f r o m
t h e c a l c u l a t i o n o f
t h i s case
ar e as
f o l l o w s :
TABLE I I I
COMPARATIVE TABLE F OR CASE 3
Maximum a l l o w a b l e t o u c h
v o l t a g e
Maximum real touch
voltage
8 3 8 . 2 V
5 9 5 . 8 V
IEEE
s t d
8 0 - 2 0 0 0
SPATC
G r o u n d
r e s i s t a n c e
1 . 3 5 3
Q
1 . 3 5 9
Q
GP R
2 5 8 1 . 5 2
V
2 5 9 2 . 9 7
W h e r e a s t h e
r e s u l t s
o b t a i n e d
b y
t h e SPATC f o r t h i s s e c o n d
c a s e ,
ar e
i n t h e
f o l l o w i n g
g r a p h
F i g .
1 1 ) .
V
l t F j e 5
de
T o q L e
en
el
P e - i m c -r o
d o
la
M h a l l a
300
1cL
5
::
400-
z
00
1 c
c
So o
20 0
1 0 0
F i g .
1 1 .
Maximum
a n d r e a l t o u c h
v o l t a g e s
f o r
case 2 .
I t
can b e
o b s e r v e d
t h a t ,
f o r t h i s
c a s e ,
when
t h e g r o u n d
r e s i s t a n c e
v al u e o bt a in ed i s
l o w ,
t h e d i f f e r e n c e
on
t h e r e s u l t s
i s a l m o s t
i n s i g n i f i c a n t . T h i s
s m a l l
d i f f e r e n c e f o r t h e
g r o u n d
r e s i s t a n c e s b r i n g s as a
consequence
a p r o p o r t i o n a l d i f f e r e n c e
b e t w e e n
t h e GP R r e s u l t s f o r
e a c h o ne o f
t h e m e t h o d s .
A d d i t i o n a l ,
t h e
c o m p u t e r program
o f
EPRI
T R - 1 0 6 2 2 ,
a p p l i e d
f o r t h i s
case i n
t h e
IEEE
S t a n d a r d 8 0
[ 1 ] , g i v e s
t h e
f o l l o w i n g
r e s u l t s
f o r t h e
c r i t i c a l
v o l t a g e s .
Em
E s
4 9 . 6 6
o f
GP R
1 8 . 3 3
o f GP R
W h i l e
t h e SPATC
o f f e r s
F i g .
1 3 as a r e s u l t t o e v a l u a t e
t o u c h
v o l t a g e s T h e s e
a r e ,
i n
f a c t ,
t h e
most c r i t i c a l
p o t e n t i a l
d i f f e r e n c e s
i n a
g r o u n d i n g
s y s t e m
d e s i g n )
i n t h e s i m u l a t e d
s y s t e m ,
i n
a d d i t i o n
t o t h e
t w o - d i m e n s i o n
g r a p h s
f o r
t o u c h a n d
s t e p
v o l t a g e s
i n
t r a j e c t o r i e s p r e v i o u s l y s p e c i f i e d .
I
F i g . 1 0 .
. r ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
--
l o o o o w
j
0
. 1
-
r
I
I
-
7/26/2019 Comparative Study Between IEEE Std. 80-2000 and Finite Elements Method Application for Grounding Systems Analysis
5/5
5
V ; o l t a j u -
d-
T o q j e
en PI
P P e r i m i * o t
d u
l a
M 1 a l a
I X . BIOGRAPHY
L u i s Coa
was
b o r n
i n
B a r c e l o n a ,
1 L w* -
A n z o a t e g u i
V e n e z u e l a ,
on
M a y
2 4 ,
1 9 8 3 .
He
g r a d u a t e d
f r o m t h e U n i v e r s i d a d d e
O r i e n t e .
H i s
e m p l o y m e n t e x p e r i e n c e
i n c l u d e s
I n e l e c t r a ,
S . A . C . A .
H i s
s p e c i a l
f i e l d
o f
i n t e r e s t
i n c l u d e s
p r o g r a m m i n g , g r o u n d i n g
S y s t e m s , d i g i t a l s y s t e m s .
a r
40~
6 0
4 0
2 0
F i g .
1 3 .
Maximum a n d
r e a l t o u c h
v o l t a g e s f o r c a s e 3 .
V I .
ACKNOWLEDGMENT
T h e a u t h o r g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e s
t h e
c o n t r i b u t i o n s o f
S .
M e l i o p o u l o s f o r h i s
p r e v i o u s l y
r e s e a r c h
o n
t h i s
t o p i c .
V I I . C O N C L U S I O N S
O n e
o f
t h e d i f f e r e n c e s
b e t w e e n b o t h
p r e v i o u s l y
s t u d i e d
m e t h o d s i s
t h e
f o r m
i n
w h i c h
t h e
c r i t i c a l
v o l t a g e s
f o r
t h e
c a l c u l a t e d
s y s t e m
a r e
g i v e n .
D u r i n g
t h e
d e v e l o p m e n t
o f
t h e
SPATC a
g r e a t i m p o r t a n c e
w a s
p i d
o n
k n o w i n g
n o t
o n l y
t h e
v a l u e
f o r
t h e
maximum r e a l
t o u c h
v o l t a g e
i n t h e
s y s t e m ,
bu t
a l s o t h e s e
v o l t a g e s
b e h a v i o r i n a l l t h e a r e a
o c c u p i e d
b y
t h e
s i m u l a t e d
g r o u n d g r i d ,
s i n c e
t h i s
a l l ows t o l o c a t e
p o i n t s
o f
s p e c i a l
i n t e r e s t
o n t h e
c o r r e s p o n d i n g p l a n e s
o f
t h e
f a c i l i t i e s ,
i n
s u c h a
way
t h a t i s
p o s s i b l e
t o t a k e
t h e
n e c e s s a r y p r e v e n t i v e
a c t i o n s
a t
t h e t i m e
o f e x e c u t e a
g r o u n d i n g s y s t e m d e s i g n .
I t
c a n
b e
o b s e r v e d
i n
a d d i t i o n , t h a t
e x i s t s
a d i f f e r e n c e s
p a t t e r n
b e t w e e n
t h e
r e s u l t s o f
g r o u n d
r e s i s t a n c e
a n d
t h e r e f o r e
o f
G P R ;
t h e v a l u e s
g i v e n b y
t h e
m e t h o d
p r o p o s e d
b y
IEEE
S t a n d a r d
8 0
a r e
g e n e r a l l y
m o r e
p e s s i m i s t s ,
e v e n
w h e n t h i s
f a c t o r i s n o t
n e c e s s a r i l y
u n f a v o r a b l e i t
c a n
t a k e t h e
d e s i g n
t o
a n
o v e r s i z i n g .
A l s o
i t
w a s
s t a t e d ,
b y
m e a n s o f
t h e
s i m u l a t i o n s ,
t h e
f a c t
t h a t
t h e
m o s t c r i t i c a l t o u c h
v o l t a g e s
c a n b e f ou n d i n
t h e
c o r n e r s f o r
r e c t a n g u l a r
m e s h e s
c a s e s ,
a s o b s e r v e d f o r c a s e
1
i n
F i g . 7 .
F i n a l l y
i t
i s
p o s s i b l e
t o
a f f i r m
t h a t
t h e f i n i t e e l e m e n t s
m e t h o d s
r e p r e s e n t
w i t h o u t
a d o u b t
a
v e r y
e f f e c t i v e
i n s t r u m e n t
f o r t h e
g r o u n d i n g
s y s t e m s s t u d y ,
s i n c e
t h e y
o f f e r
t h e
p o s s i b i l i t y
o f
m a k i n g
a
c l o s e s t
t o
t h e r e a l i t y d e t a i l e d a n a l y s i s .
I n
s p i t e
o f
i n v o l v i n g
m o r e
c o m p l e x
a l g o r i t h m s
o f
c a l c u l a t i o n s
t h a t
r e q u i r e s
t h e u s e o f
c o m p u t a t i o n a l t o o l s ,
i s
n e c e s s a r y
t o
c o n s i d e r
t h a t ,
n o w a d a y s , n e e d i n g
a
c o m p u t e r
i s n o t
r e a l l y
a
l i m i t a t i o n .
V I I I .
R E F E R E N C E S
[ 1 ]
IEEE
G u i d e
f o r
S a f e t y i n AC
S u b s t a t i o n
G r o u n d i n g ,
IEEE S t d 8 0 - 2 0 0 0
R e v i s i o n o f
IEEE S t d
8 0 - 1 9 8 6 ) .
Ne w
Y o r k ,
USA.
2 0 0 0 .
[ 2 ] 5 . M e l i o p o u l o s ,
P o w e r
S y s t e m
G r o u n d i n g
a n d T r a n s i e n t s ,
M a r c e l
D e k k e r ,
I n c .
Ne w
Y o r k ,
USA. 1 9 9 8 .
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