The measurement system of ground impedance is based on a computer aided technique. The magnitude and phase of ground impedance were determined by the novel measurement and analysis using the revised fall-of-potential method. The ground impedances of the ground rod of 30 m long are considerably dependent on the frequency. The ground impedance is mainly resistive in the frequency range of 3-20 kHz. At higher frequencies, the reactive components of the ground impedances are no longer negligible and the inductance of the ground rod was found to be the core factor deciding the ground impedance.
When the transient current with high frequency components such as lightning surges are injected the grounding electrodes, the performance of grounding electrodes should be evaluated as grounding impedance. It is restricted to analyze the grounding impedance by measurement approach since the grounding impedance is very different with the shape and size of grounding electrodes, resistivity and relative permittivity of soil and the frequency component of the injected current. So a variety of simulation approaches have been developed. Typically, the soil resistivity measured with low frequency and relative permittivity between 1 and 80 are used for simulation of the grounding impedance. However, the resistivity and relative permittivity of soil are changed with frequency of injected current. In this paper, the frequency-dependent resistivity and relative permittivity of soil are measured and these parameters are reflected in the simulation of the grounding impedance of a ground rod. The simulated results are compared with the measured results. As a result, the simulated results with frequency-dependent soil parameters show capacitive aspect like measured results in the frequency of lower than 100[kHz] and they are more consistent with the measured results in wide frequency range.
This paper presents characteristics of frequency-dependent grounding impedance and transient grounding impedance for the carbon compound grounding electrode used in the installation of computerized electronic equipment and lightning protection system. The frequency-dependent grounding impedances were measured by applying sinusoidal currents in the frequency range from 100 [Hz] to 10[MHz], and the transient grounding impedances were examined by subjecting the impulse current with the front-time between 1~80[${\mu}s$]. As a result, the ground resistance of the carbon compound grounding electrode is less than that of another type grounding electrodes. The transient grounding impedance is relatively low and the conventional grounding impedance is rather lower than the ground resistance. The frequency-dependent grounding impedance of the carbon compound grounding electrode is capacitive and the grounding impedance is decreased with increasing the frequency of injected currents. Therefore in the case that the carbon compound grounding electrode is jointly used with large-scaled grounding electrodes, it is possible to reduce the high frequency grounding impedance of the integrated grounding electrode system.
For the surge currents like lightning or ground fault currents containing high frequency components which cause the electromagnetic interferences for the electronic devices and communication equipment, the grounding impedances give the significantly composite characteristics which are dependent on the frequency of surge currents. In this paper, the analytical model and method for determining the optimal length of the newly developed coaxial type carbon ground electrode which has a little fluctuation in grounding impedance with frequency. The length of minimizing the fluctuation of grounding impedance by changing frequency from 100[Hz] to 1[MHz] was determined, and the validity of this proposed method was confirmed by comparing with the simulated and measured data.
A systematic approach of measurement, modeling and analysis of grounding system impedance is presented. The measurement and analysis system of ground impedance is based on a computer aided technique. The ground impedances of the ground rod are considerably dependent on the frequency. The ground impedance is mainly resistive in the frequency range of 3-20 kHz. At higher frequencies, the reactive components of the ground impedances are no longer negligible and the inductance of the ground rod was found to be the core factor deciding the ground impedance. As a consequence, the equivalent circuit model based on the measured data was proposed, and the calculated results were in approximately agreement with the measured data.
The most important object of grounding systems is to protect human being from electric shock. Touch and step voltages are measured to evaluate the performances of grounding systems. Dangerous voltages have been largely studied by the power frequency fault currents, on the other hand, the ground current containing the high frequency components and surge currents haven't been considered. Many attempts about the grounding impedances reported in these days show that the performance of the grounding systems in high frequency range is very different with the ground resistance. It is necessary to analyze the dangerous voltages formed by the ground currents containing high frequency components. In this paper, the ground surface potential rises near the vertical and horizontal grounding electrodes are measured at the frequency of 100[Hz], 30[kHz], and 100[kHz]. Dangerous voltages are investigated with the frequency-dependent grounding impedance. As a result, the ground surface potential rise is increased as the grounding impedance increases. Touch and step voltages near the grounding electrode whose impedance increases with the frequency are sharply raised.
A grounding electrode has the transient grounding impedance characteristics against lightning surges. So the performance of grounding electrodes should be evaluated as a grounding impedance as well as the ground resistance. The frequency-dependent grounding impedance is varied with the shape and size of grounding electrode and is divided into both inductive and capacitive behaviors. This paper presents a theoretical analysis for the grounding impedance determined by the size of grounding electrode using the distributed parameter circuit model. EMTP and Matlab programs were used in calculating the frequency-dependent grounding impedances of vertical grounding electrodes. It was found that the frequency-dependent grounding characteristics of vertical grounding electrodes are characterized by the distributed parameters which are changed in the dimension of grounding electrodes.
뇌격전류가 정보통신설비의 접지시스템에 유입되었을 때 발생하는 과도전위상승에 대한 해석은 접지시스템을 효과적으로 설계하기 위해서 요구되는 사항 중에 하나이다. 접지시스템의 성능은 보통 접지시스템의 전기적 특성을 나타내는 접지임피던스와 과도전위상승으로 평가된다. 뇌격전류의 입사점에 따른 접지임피던스를 계산하는 방법을 제안하였다. 뇌격전류가 수평접지전극의 중앙에 입사되는 경우 델타갭소스 모델을 이용하여 접지임피던스를 계산하였다. 디바이 모델(Debye Model)을 이용하여 주파수의존적인 토양 파라미터를 적용할 수 있는 프로그램을 제안하였다. 그 이유는 접지시스템의 성능을 분석하는 상용프로그램은 주파수 의존적인 토양 파라미터 특성을 적용할 수 없기 때문이다. 동일한 조건에서의 시뮬레이션 결과의 신뢰성을 확인하기 위해서 실험을 수행하였다. 마지막으로, 토양 파라미터의 주파수의존성을 반영한 접지임피던스를 이용하여 뇌격전류파형에 따른 수평접지전극의 과도전위상승을 분석하였다.
This paper resents a theoretical analysis for the grounding impedance influenced by the ground rod's dimension using the distributed parameter model. In this paper, EMTP and Matlab Program were used to simulate the distributed parameter model and to analyze the frequency-dependent characteristics of the ground rods. We compared two kinds of ground rods having different dimensions and the frequency-dependent characteristics of two ground rods were quite different from each other. It is estimated that these different characteristics are caused by the distributed parmeters which are changed by the length of ground rod.
본 논문에서는 대지저항률과 매설지선의 길이 그리고 접지전류의 인가점에 따른 매설지선 접지임피던스의 주파수 의존성에 대하여 살펴보았다. 단일 구조와 2층 구조의 대지에 설치된 매설지선의 접지임피던스를 1[kHz]에서 10[MHz]의 주파수 범위에서 측정하고 분석하였다. 그 결과, 접지임피던스의 주파수 의존성은 대지저항률에 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며, 그리고 높은 대지저항률의 대지에 설치된 매설지선의 접지임피던스는 수십 [kHz] 이하의 주파수에서 용량성 특성을 나타내었다. 높은 대지저항률을 갖는 대지에 설치된 매설지선의 끝단에 접지전류를 인가한 경우 접지임피던스는 높은 주파수 영역에서 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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