Email this article 
Analysis and improvement of methods for calculating the resistance of substation earthing equipment
- Authors: Lyakhomskiy A.V.1, Kuzmin S.V.2, Kudryashov A.P.3, Kuzmin R.S.2,4, Kuzmin I.S.4, Menshikov V.A.2,4
-
Affiliations:
- National University of Science and Technology MISIS
- Siberian Federal University
- LLC «SUEK-Khakassia»
- Group of companies «Rutas» LLC
- Issue: Vol 27, No 1 (2023)
- Pages: 94-108
- Section: Power Engineering
- URL: https://medbiosci.ru/2782-4004/article/view/382686
- DOI: https://doi.org/10.21285/1814-3520-2023-1-94-108
- ID: 382686
Cite item
Full Text
Abstract
In this study, we analyze the results of calculating the resistance of substation earthing equipment taking operational factors into account. The resistance of a substation earthing system was estimated using both calculation (methods of equipment operating factors, generalized parameters and induced potentials) and instrumental (ammeter-voltmeter) methods. During operation, the resistance of the studied earthing system was found to increase in comparison with the rated values, thus reducing its overall efficiency. The resistance of substation earthing equipment measured experimentally by the ammeter-voltmeter method showed the relative error of the considered calculation methods to reach 48, 46.7 and 28.6%, respectively. With the purpose of increasing the calculation accuracy of earthing equipment resistance by the method of induced potentials, it was proposed to use an operating factor. Thus, during the substation operation period of 10, 10–20 and over 20 years, the resistance of the earthing system increases by 1.02–1.1 times due to corrosion. It was shown that the installation procedure and maintenance checks (conducted at least every six years) increase the resistance of earthing systems by 1.02 and 1.05 times, respectively. Lightning discharges and short-circuit currents affect the corrosion rate of earthing systems, thereby increasing their resistance by 1.01–1.03 and 1.03–1.05 times, respectively. Therefore, the operating factor value may range from 1.115 to 1.274. The use of the operating factor in calculating the resistance of an earthing system by the induced potentials method increased the overall calculation accuracy, with the relative error not exceeding 3%. This corresponds to the normative and technical requirements stipulated by the Federal Grid Company of the Unified Energy System of Russia.
About the authors
A. V. Lyakhomskiy
National University of Science and Technology MISIS
Email: mggu.eegp@mail.ru
S. V. Kuzmin
Siberian Federal University
Email: rutas2004@list.ru
A. P. Kudryashov
LLC «SUEK-Khakassia»
Email: kudriashovap@suek.ru
R. S. Kuzmin
Siberian Federal University; Group of companies «Rutas» LLC
Email: rutas2004@list.ru
I. S. Kuzmin
Group of companies «Rutas» LLC
Email: is@rutas.group
V. A. Menshikov
Siberian Federal University; Group of companies «Rutas» LLC
Email: rutas2004@list.ru
References
- Reshetnyak S., Bondarenko A. Analysis of technological performance of the extraction area of the coal mine // 3rd International Innovative Mining Symposium: E3S Web of Conferences. 2018. Vol. 41. Р. 01014. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20184101014.
- Бургсдорф В.В., Якобс А.И. Заземляющие устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1987. 400 с.
- Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. М.: Энергоатомиздат, 1984. 448 с.
- Wang Junping, Liew A.C., Darveniza M. Extension of dynamic model of impulse behavior of concentrated grounds at high currents // IEEE Transactions on Power Delivery. 2005. Vol. 20. Iss. 3. P. 2160–2165. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2004.839645.
- Шевырев Ю.В., Шевырева Н.Ю., Плехов А.С., Титов Д.Ю. Применение компьютерных моделей для выбора регуляторов качества электроэнергии при работе электроприводов с полупроводниковыми преобразователями: монография. Нижний Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева, 2018. 180 с.
- Pecherkin V., Vasilyak L., Vetchinin S. P., Panov V., Son E., Danilin A., et al. Optical investigations of pulsed sparks in soil near electrode // Journal of Physics: Conference Series. 2015. Vol. 653. Р. 012151. https://doi.org/10.1088/1742-6596/653/1/012151.
- Коструба С.И. Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств. М.: Энергоатомиздат, 1983. 166 с.
- Данилин А.Н., Ивонин В.В. Экспериментальные исследования импульсных характеристик сосредоточенных заземлителей // Труды Кольского научного центра РАН. 2014. № 3. С. 27–32.
- Шишигин С.Л., Смирнов И.Н., Шишигин Д.С. Высокочастотный метод измерения сопротивления заземления опоры воздушной линии в высокоомном грунте // Известия ТулГУ. Технические науки. 2020. № 10. С. 296−301.
- Шишигин С.Л, Черепанов А.В., Шишигин Д.С. Импульсный метод измерения сопротивления заземлителей // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25. № 2. С. 30–41.
- Шишигин С.Л., Шишигин Д.С. Расчёт заземлителей: монография. Вологда: ВоГУ, 2020. 219 с.
- Нестеров С. Сопротивление электролитического заземлителя // Новости ЭлектроТехники. 2020. № 1-2. С. 72−77.. URL: http://www.news.elteh.ru/pics/121/Net_121-122_12_Nesterov.pdf (10.06.2022).
- Гладилин Л.В., Щуцкий В.И. К расчёту защитных заземлений шахтных и карьерных электроустановок // Горный журнал. 1973. № 12. С. 63–66.
- Гладилин Л.В., Якуба Ю.Ф. Непрерывность общей сети электроустановок шахт и карьеров основное условие обеспечения электробезопасности // Горный журнал. 1974. № 10. С. 129–132.
- Гладилин Л.В., Шуцкий В.И., Бацежев Ю.Г., Чеботаев Н.И. Электробезопасность в горно-добывающей промышленности. М.: Недра, 1977. 327 с.
- Шуцкий В.И., Маврицын А.М., Сидоров А.И., Ситчихин Ю.В. Электробезопасность на открытых горных работах. М.: Недра, 1983. 192 с.
- Sekioka S., Lorentzou M.I., Philippakou M.P., Prousalidis J.M. Current-dependent grounding resistance model based on energy balance of soil ionization // IEEE Transactions on Power Delivery. 2006. Vol. 21. Iss. 1. P. 194–201. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2005.852337.
- Alipio R., Visacro S. Modeling the frequency dependence of electrical parameters of soil // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2014. Vol. 56. Iss. 5. P. 1163–1171. https://doi.org/10.1109/TEMC.2014.2313977.
- Анненков В.З. Метод расчёта импульсного сопротивления стержневого заземлителя // Электричество. 1997. № 8. С. 59–66.
- Анненков В.З. Искрообразование в земле вокруг заземлителей молниезащиты // Электричество. 1993. № 12. С. 15–20. http://doi.org/10.24160/0013-5380-2018-12-22-27.
Supplementary files
