Effect of high-resistivity ground on the lightning performance of overhead lines

Paulino, José Osvaldo Saldanha; Barbosa, Célio Fonseca

doi:10.1016/j.epsr.2019.03.026

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“…As formulações tradicionais de Rusck não são capazes de considerar descontinuidades e nem a condutividade finita do solo. Com intuito de contornar tal problema, Paulino (2019) propõem um método para calcular os valores de pico de tensão induzida (V p ) em linhas aéreas, levando em conta a resistividade do solo, bem como a possibilidade de considerar a conexão da linha de distribuição com aterramentos elétricos. Segundo Paulino (2019), essa tensão induzida pode ser calculada por meio de (7).…”

Section: áLculo Do Valor De Pico Das Tens õEs Induzidasunclassified

“…O CFO é o valor da crista de superior a 300 kV, as sobretensões induzidas (causadas por descargas indiretas), usualmente, não são capazes de tirar essas linhas de operação. Segundo Paulino (2019), essa informação é verdadeira, salvo os casos de solos com condutividade pobre, isto é, com resistividades acima de 2000 Ω.m.…”

Section: Introdu ç ãOunclassified

“…O presente trabalho visa, com base da teoria proposta por Rusck (1957), estendida por Paulino (1994) e através das equações de pico de tensão induzida apresentadas em Paulino (2019), analisar o impacto do aterramento elétrico no desempenho de linhas de distribuição frente a descargas indiretas. É utilizada como abordagem para estimar a tensão induzida a proposta de Paulino (2019) que, além de ser de simples implementação e atualizada, tem demonstrado boa precisão (para solos com resistividade até 1.000 Ω.m) e excelente desempenho computacional (tempo computacional reduzido) quando comparada com modelos mais robustos como o FDTD Rizk et al (2017).…”

Section: Introdu ç ãOunclassified

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Impacto da Resistência de Aterramento na Análise de Desligamentos por Tensões Induzidas Devido a Descargas Atmosféricas em Linhas de Distribuição

Almeida

Moura

Schroeder

et al. 2022

Proceedings IX Simpósio Brasileiro De Sistemas Elétricos

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The assessment of distribution systems performance is a key factor to guarantee the continuity of energy supply. Hence, understanding the impacts that lightning can generate in this type of system is a matter of relevant importance. Therefore, this work aims to investigate the impact of grounding resistance on the distribution line lightning performance considering induced overvoltages. The present work is based on the theory proposed by Sune Rusck and later extended by J. O. Paulino. For this analysis, the Monte Carlo Method was also used in a computational routine to estimate the number of expected shutdowns of a distribution line. Thus, simulations were carried out with different values of grounding resistance and the number of shutdowns was calculated as a function of these values. According to the results, the value of the grounding resistance significantly impacts the expected number of shutdowns for a given distribution line. Resumo: A avaliação do desempenho de sistemas de distribuição é um fator primordial para garantir a continuidade do fornecimento de energia. Dessa maneira, compreender os impactos que as descargas atmosféricas podem gerar nesse tipo de sistema é um assunto de importância relevante. Diante disso, esse trabalho tem como objetivo investigar o impacto da resistência de aterramento no desempenho de linhas de distribuição frente as tensões induzidas. O presente trabalho é baseado na teoria proposta por Sune Rusck e que, posteriormente, estendeu-se por J. O. Paulino. Para tal análise, utilizou-se também o Método de Monte Carlo em uma rotina computacional para estimar o número de desligamentos de uma linha de distribuição. Desse modo, foram feitas simulações por meio de uma rotina computacional implementada na linguagem de programação Julia com diversos valores de resistência de aterramento e calculado o número de desligamentos em função desses valores. Segundo os resultados, o valor da resistência de aterramento impacta de maneira sensível no número esperado de desligamentos de uma determinada linha de distribuição.

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Section: áLculo Do Valor De Pico Das Tens õEs Induzidasunclassified

Section: Introdu ç ãOunclassified

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Impacto da Resistência de Aterramento na Análise de Desligamentos por Tensões Induzidas Devido a Descargas Atmosféricas em Linhas de Distribuição

Almeida

Moura

Schroeder

et al. 2022

Proceedings IX Simpósio Brasileiro De Sistemas Elétricos

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“…Lightning is one of the natural causes of disturbance and disruption in power transmission and distribution lines [1][2][3]. Lightning can affect these systems either through direct strikes or indirectly through electromagnetic field coupling [4].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…However, since the analysis of indirect effects of lightning on power distribution and transmission lines is commonly conducted by assuming that the lightning channel is vertical, Rusck's coupling model can be used in these engineering studies without any disadvantages in comparison to the other coupling models. This fact, combined with its simplicity, made this model an important engineering tool in the assessment of lightning induced voltages in power transmission and distribution lines [1][2][3][11][12][13]. As mentioned earlier, in order to evaluate lightning induced voltages on power transmission lines, in addition to the field-to-line coupling model, one needs to know the electromagnetic fields generated by lightning at different distances from the lightning channel (along the line).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Exact Expressions for Lightning Electromagnetic Fields: Application to the Rusck Field-to-Transmission Line Coupling Model

Cooray

Cooray²,

Rubinstein

et al. 2023

Atmosphere

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An exact analytical expression for the electric field of the return stroke as excited by a propagating step current source is derived in this paper. This expression could be advantageously used to evaluate the disturbances caused by lightning on overhead lines. There are three equivalent procedures to evaluate the voltages induced by lightning on power lines, namely, the Agrawal–Price–Gurbaxani model, the Taylor–Satterwhite–Harrison model, and the Rachidi model. In the case of a vertical return stroke channel, the coupling model developed by Rusck becomes identical to these three coupling models. Due to its simplicity, the Rusck model is frequently used by engineers to study the effects of lightning on power distribution and transmission lines. In order to reduce the time involved in the electromagnetic field calculation, the Rusck model is incorporated with an analytical expression for the electromagnetic fields of the return stroke excited by a propagating step current pulse. Our research work shows that the Rusck expression can be used to calculate the peak values of lightning induced voltages to an accuracy of about 10%. However, the use of this analytical expression to calculate the time derivatives of lightning induced voltages may result in errors as large as 50%. The derived expression in this paper can be used to correct for this inaccuracy. We also provide an exact expression for the electric field at any given point in space when the propagating current is an impulse function. This expression can be combined with the convolution integral to obtain the electric field corresponding to waveforms similar to measured return stroke currents.

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Survey on analytical and numerical methods for lightning-induced voltages calculations

Alves,

Araújo

2023

Electr Eng

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Effect of high-resistivity ground on the lightning performance of overhead lines

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Impacto da Resistência de Aterramento na Análise de Desligamentos por Tensões Induzidas Devido a Descargas Atmosféricas em Linhas de Distribuição

Impacto da Resistência de Aterramento na Análise de Desligamentos por Tensões Induzidas Devido a Descargas Atmosféricas em Linhas de Distribuição

Exact Expressions for Lightning Electromagnetic Fields: Application to the Rusck Field-to-Transmission Line Coupling Model

Survey on analytical and numerical methods for lightning-induced voltages calculations

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