Grounding resistance: a study based on nonlinearity of soil properties

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

AIM. To develop a model to calculate the resistance of ground electrodes based on nonlinear soil properties under various external influences, including lightning strikes.

MATERIALS AND METHODS. ELCUT 6.5 software was used to build the model as it allows to implement a coupled, non-stationary current spreading and heat transfer model. The authors discuss the use of the model to solve three problems of the resistance of a single vertical ground electrode; in homogeneous soil under the influence of a lightning impulse, tower footing in heterogeneous soil, and temperature and humidity in single-layer soil.

RESULTS. The developed model allows to consider all factors influencing the specific soil resistance and calculate the resistance of the grounding device based on them. Modeling outputs were confirmed by comparing with the papers of other authors.

About the authors

Irina M. Karpova

Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Author for correspondence.
Email: legiero@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1197-0753
SPIN-code: 7820-7708

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor

Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Kuklin DV. Some problems of lightning protection grounding for energy facilities. Bulletin of the Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences. 2021;13(3):7-12. doi: 10.37614/2307-5228.2021.13.3.001
  2. Shishigin SL, Shishigin DS, Smirnov IN. Calculation of the number of lightning outages of a 110 kV overhead line. Electricity. 2023;9:22-30. doi: 10.24160/0013-5380-2023-2-27-36
  3. Gumerova NI, Kolychev AV, Khalilov FKh. Lightning protection of medium, high and ultra-high voltage electric networks (study guide). SPb: Publishing house of Polytechnic University; 2011. EDN: QMLXYX
  4. Gulov AM, Kolychev AV. Model of overhead power line support in lightning protection problems. Global energy. 2023;29(3):31-42. doi: 10.18721/JEST.29302
  5. Kuklin DV, Selivanov VN Numerical Analysis of the Influence of Power Transmission Line Support Parameters on the Overvoltage Level during a Direct Lightning Strike. Proceedings of the Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences. 2014;3(22):46-53. EDN: UXRZMH
  6. Adamyan YuE, Bocharov YuN, Korovkin NV, et al. Influence of Grounding Device Characteristics on the Efficiency of Nonlinear Surge Arresters. Electrical Engineering. 2018;11:73-78. EDN: KVRYKX
  7. Khalilov F, Kotlyarov E. Lightning protection issues for 35-150 kV overhead power lines in the far north. Electric power. Transmission and distribution. 2015;4(31):60-63. EDN: UGBABV
  8. Boronin VN, Korovkin NV, Krivosheev SI, et al. Mathematical modeling of grounding devices under the action of pulsed currents. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Power engineering. 2013;6:80-89. EDN: RPXHFR
  9. Ivonin VV, Danilin AN. Nonlinear processes in soils during pulse current flow from ground electrodes. Proceedings of the Fersman scientific session of the GI KSC RAS. 2017;14:357-360. EDN: ZNHCPR
  10. Vendin SV, Soloviev SV, Kilin SV, Yakovlev AO. Modeling and analysis of lightning protection in case of an emergency lightning strike at an electrical substation. Electrical technologies and electrical equipment in the agro-industrial complex. 2021;68(3(44)):37-47. doi: 10.22314/2658-4859-2021-68-3-37-47
  11. Shishigin SL, Shishigin DS, Smirnov IN. Calculation of grounding devices taking into account ionization and frequency properties of the soil. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Power Engineering. 2022;6:46-63. EDN: QRBLNH doi: 10.31857/S0002331022060024
  12. Guide to protecting 6-1150 kV electrical networks from lightning and internal overvoltages. St. Petersburg: PEIPK Mintopenergo RF; 1999.
  13. Vedeneeva LM, Chudinov AV. Study of the influence of the main properties of soil on the resistance of grounding devices. Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Geology. Oil and Gas and Mining. 2017;16(1):89-100. doi: 10.15593/2224-9923/2017.1.10
  14. Krivosheev SI, Kolodkin IS, Magazinov SG, et al. Modeling of wave processes in a vertical ground electrode under lightning influence. Materials Science. Power Engineering. 2021;27(3):27-38. doi: 10.18721/JEST.27303
  15. Lebedev VD. Computer modeling and study of the characteristics of single natural ground electrodes. Bulletin of the Ivanovo State Power Engineering University. 2011;1:27-32. EDN: PFJWUN
  16. Shishigin SL, Novikova AN. Calculation of grounding resistance of foundations of overhead power line supports made of reinforced concrete mushroom-shaped footings in heterogeneous soil. Bulletin of the Research Institute of Direct Current. 2011;1(65):164-173. EDN: PAFZIL

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The calculation model geometry

Download (54KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Time variation of the current from a vertical grounding conductor with a length of 5 m, with a lightning voltage pulse and different values of soil permittivity: solid line , dotted line –

Download (158KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The structure of the support foundation from [15]

Download (70KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Karpova I.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

link to the archive of the previous title

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».