A one-port nonlinear electric circuit to simulate grounding systems behaviors under high impulse currents is presented. The circuit is based on Loboda's and Pochanke's equations, which describe nonlinear behaviors of soil ionization phenomena. One of the major features of this nonlinear circuit is the possibility to simulate both ionization regions (linear and nonlinear) as a complete grounding system, in commercial simulation software such as Pspice, WorkBench®, ATP or EMTP. In order to determine the linear and nonlinear circuit parameters, two known impulse current curves i(t) were applied on scale models and the corresponding impulse voltages U(t) were measured. From these circuit parameters, the U(t) × i(t) experimental curves were compared with one-port simulated results and the similarities, evaluated using the Area Under Curve (AUC) method, varied in the range 92–99%. In order to compare simulations with experimental data, a field circuit was elaborated to test three experimental scale models using single rods of different lengths

چکیده

یک مدار الکتریکی غیر خطی تک پورتی برای شبیه سازی رفتارهای سیستم های اتصال به زمین تحت جریان ایمپالس بالا ارائه شده است. این مدار مبتنی بر معادلات Loboda و Pochanke است، که رفتارهای غیر خطی پدیده یونیزاسیون زمین را توصیف می کند. یکی از ویژگی های مهم این مدار غیر خطی احتمال شبیه سازی هر دو ناحیه یونیزاسیون (خطی و غیر خطی) به عنوان یک سیستم اتصال به زمین کامل، در نرم افزارهای شبیه سازی مانند Pspice، WorkBench، ATP یا EMTP، است. به منظور تعیین پارامترهای خطی و غیر خطی مدار، دو منحنی جریان ایمپالس شناخته شده i(t) بر روی مدل های مقیاس بندی شده بکار برده شده است و ولتاژهای ایمپالس U(t) متناظر اندازه گیری شده اند. از این پارامترهای مدار، منحنی های تجربی U(t) × i(t) که با نتایج شیه سازی شده تک پورتی مقایسه شده اند و تشابهات، با استفاده از روش سطح زیر منحنی (AUC) ارزیابی شده است، در دامنه 92-99% متنوع بودند. به منظور مقایسه شبیه سازی ها با داده های تجربی، یک میدان مداری برای تست سه مدل شاخص آزمایشی با استفاده از میله های تکی با طول های متفاوت مقیاس بنده شده است.

1-مقدمه

حفاظت از تجهیزات توان الکتریکی شدیدا با سیستم های اتصال به زمین در ارتباط است، بنابراین درک رفتار آنها تحت شبیه سازی های الکتریکی مختلف برای طراحی مناسب و ارزیابی سیستم آنها اساسی است. مقاومت سیستم های اتصال به زمین ارائه شده به فرکانس جریان های توان صنعتی، خطی و شناخته شده هستند، و می توانند بوسیله معادلات و مدل های ریاضی به دست آمده از سنجش مقاومت خاک پیش بینی شوند. اگرچه، زمانی که این سیستم ها در معرض جریان های ایمپالس قرار بگیرند، می توانند رفتارهای غیر خطی گذرایی را ارائه دهند که از پیچیدگی بیشتری برخوردار هستند...