HV substations grounding network design

The goal of this research is the design of earthing systems of HV substations that are able to satisfy all the requirements for using a value of current 50kA and for a range of soil resistivity from 100 Ωm to 1000 Ωm. Starting from the design parameters, different cases were considered for the safety of substation that calculate the earthing potential rise, safe area, touch and step voltage level. These cases use both European (CEI EN 50522: CEI EN 61936) and American (IEEE 80-2000) Standard references for the earthing of Electrical Installations which specify the requirements for the design of HV grounding system for voltages exceeding AC 1 kV. Simulations were carried out with different cases for both Uniform and double soil layers using GSLAB software as defined below: Case 1:- A simulation is performed for a 100 Ωm resistivity value and fault current of 50kA with soil covering layer, the HV substation is tested for safety and is found to be safe. In the next step, soil covering layer with reduction factor is used with a resistivity value of 100 Ωm and the simulations give the same HV substation which is also good for safety. Case 2:- Another simulation is done with resistivity 1000 Ωm, same fault current of 50kA and soil covering layer, and the results show that the HV substation is unsafe due to the high resistivity. To increase the safety of substation the mesh grid is increased where necessary, but the substation is still not good for safety. On the other hand, using reduction factor for the substation with same resistivity value and soil covering layer, HV substation is good for safety. Case 3:- For the Double soil layer, increasing the resistivity of first layer to 1000 Ωm and second layer to 100 Ωm with same fault current of 50KA for both, it is concluded that the use of rods (length 10 m) is necessary for the safety of substation.

L’obiettivo di questa tesi è studiare i progetti delle reti di terra nelle sottostazioni di alta tensione, in modo che soddisfino le norme previste per le installazioni con correnti di guasto pari a 50 kA e con un valore di resistività del terreno compresa nell’intervallo tra 100 Ωm e 1000 Ωm. A partire da alcuni parametri progettuali, è stata studiata la sicurezza della sottostazione in diverse condizioni, mediante il calcolo dell’andamento del potenziale di terra, il calcolo dell’area di sicurezza e delle tensioni di passo e di contatto. Queste diverse configurazioni fanno riferimento sia alle norme europee (CEI EN 50522: CEI EN 61936) che a quelle americane (IEEE 80-2000) per la messa a terra di installazioni elettriche. Tali norme fissano i vincoli per i progetti delle reti di terra in impianti con tensione nominale superiore a 1kV CA. Sono state eseguite delle simulazioni mediante il software GSLAB sia ipotizzando il suolo con uno strato omogeneo, sia diviso in due strati omogenei.Le simulazioni sono state così organizzate: Caso 1:-E’ stata ipotizzata una resistività del terreno pari a 100 Ωm, suolo ad un singolo strato e una corrente di guasto pari a 50kA; la sottostazione risulta essere sicura. Successivamente, è stato ridotto lo spessore della pavimentazione, manenendo la resistività pari a 100 Ωm. La simulazione ha confermato la sicurezza della sottostazione. Caso 2:- E’stata eseguita un’altra simulazione considerando una resistività di terra pari a 1000 Ωm, una corrente di guasto pari a 50 kA e una pavimentazione a singolo strato. In questo caso, la sottostazione non risulta essere sicura a causa dell’elevata resistività di terra. Al fine di aumentare la sicurezza della sottostazione, è stata incrementata la magliatura della rete di terra in alcuni punti. Nonostante ciò, la sottostazione non è ancora sicura. Invece, si ottiene la sicurezza dell’installazione ripetendo la simulazione utilizzando il fattore di riduzione dello spessore dello strato del caso 1, il valore di resistività e lo strato del caso 2. Caso 3:- E’ stato considerato il suolo suddiviso in due strati; la resistività del primo strato è di 1000 Ωm, mentre quella del secondo è di 100 Ωm. Si è ipotizzato che la corrente di gusto fosse di nuovo pari a 50KA. Il risultato è che, per garantire la sicurezza della sottostazione, è necessario installare dei picchetti di lunghezza pari a 10 m.