IEEE和有限元法模拟不同接地网配置，以确定最佳配置，适用于尼日利亚食品和饮料行业

工程科学与技术，国际期刊21（2018）970完整文章用IEEE和有限元法T.R. Ayodele，A.S.O.Ogunjuyigbe，O.E.奥耶沃莱尼日利亚，伊巴丹大学，技术学院，电气和电子工程系，动力，能源，机器驱动研究组阿提奇莱因福奥文章历史记录：接收日期：2018年2018年7月8日接受在线提供2018年保留字：接地网系统接地系统电气瞬态分析仪程序（ETAP）有限元法（FEM）IEEE接地技术A B S T R A C T在本文中，四个接地网系统配置（三角形，矩形，T形和L形）的比较评估进行的目的是确定最佳接地网配置接地网电阻，地电位上升（GPR），接触电压和跨步电压为尼日利亚的一个典型的食品和饮料行业采用IEEE接地技术和有限元法（FEM），使用商用软件（电气瞬态分析程序，ETAP 12.0）模拟接地网系统配置结果表明，L形接地方式的栅电阻、GPR和跨步电压分别为0.292X、1610.9 V和436.5 V，FEM值分别为0.195X、1077.1 V和186.6 V。同时，矩形形状给出了设计接触电压的最佳结果，IEEE方法的值为284.5 V，FEM方法的值为286 V，其次是L形，IEEE技术的值为340.8 V，FEM的值为294.8 VIEEE方法和FEM方法对于所有网格都返回相同的结果趋势然而，IEEE方法在计算速度方面要好得多©2018 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍多年来，接地系统被认为是工业电力系统设计的一个非常重要的方面接地系统在可靠性、依赖性和安全性方面的完整性在每个电力依赖行业中始终处于最佳优先地位。这是因为，它与行业内人员和设备的安全有关。食品和饮料行业是拥有大量人员和电力依赖设备的行业之一[1，2]。工业依赖电力进行日常活动，特别是提供机械动力以驱动输送机、电泵、压缩机、冷凝器、加热和通风设备等设备[3]。因此，可靠的接地网系统是食品和饮料行业电气设备的主要要求之一。接地系统是一个各种电气连接到地球质量的系统一般可以从设备接地和系统接地两个角度来理解的*通讯作者。电 子 邮 件 地 址 ： tr.ui.edu.ng （ T.R.Ayodele ） ， a.ui.edu.ng（A.S.O.Ogunjuyigbe）。由Karabuk大学负责进行同行审查设备接地是指将与电气设备相关的非载流金属部件接地[4]。它是工厂中各种设备的基本防护措施，以防止机器和设备产生高故障电流时对人造成电击另一方面，系统接地是构成整个电气系统的电气系统导体与地面的连接。大地本身是半导体，而接地极是纯导体. 接地电极是金属导体或导体的互连，而接地棒是垂直金属导体，其根据其长度和直径到达地球的深度接地设计的主要原因是提供一个低电阻路径，以耗散其他设备中的电流，保护人员免受可能导致设备故障和生命损失的过电流的影响。根据欧姆定律，如果电阻过高，则电压降会增加，这将增加网格电位[5]。垂直杆比水平杆更有效，因为它们在足够 深 度 的 土 壤 中 耗 散 更 多 的 电 流 ， 这 有 助 于 降 低 地 电 位 升 高（GPR）。不同工业区土壤特性的差异植物对地球网格设计提出了严格的要求，以实现对每种土壤的特性敏感的设计类型.各种作者有工作对的关系https://doi.org/10.1016/j.jestch.2018.07.0032215-0986/©2018 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchT.R. Ayodele等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）970-983971土壤特性和接地网设计之间的关系。例如，Dawalibi[5]确定了在两层土壤类型上建造的变电站接地网设计的接地电阻对接地值的影响。在另一部作品中，和Barbeito[6]表明，对于两层和多层土壤类型，可以采用均匀土层进行土阻力计算。作者对两种情况下获得的结果进行了比较[6]。同样，Ma等人对均匀和两层土壤与多层土壤的等效性进行了广泛的研究。给出了获得多层土壤近似均匀电阻率或双层电阻率的方法。得出的结论是，就接地电阻而言，良好的等效土壤不一定就接触电压而言是良好的[7]。Nassereddine等人[8]通过确定何时可接受使用统一土壤电阻率进行接地计算以及何时使用单层/多层土壤结构进行此类计算，进一步扩展了工作Ma等人[9]在其论文中对变电站接地的IEEE标准（IEEE80- 2000和IEEE 80-1986）进行了比较。他们在接地设计中考虑了均匀和分层土壤的影响，并对两个标准进行了充分的比较。同样，Vyas和Jamnani[10]考虑了分层土壤中高压/超高压变电站的接地系统。在他们的工作中，两层土壤和均匀土壤的意义进行了讨论。作者认为，接地网设计时应采用实际土层，但在模拟时应将实际土层换算成均匀等值。不同的研究人员提出了各种方法来获得低的接地电阻，这是每个接地系统的愿望。Meng等人[11]提出了一种可以帮助实现低接地电阻的方法。他们建议，在地面上钻一个深洞，通过爆破在土壤中产生裂缝，并用低电阻率材料填充孔洞，可以提供一种实现接地系统低接地电阻的方法。在这方面，Adelian[12]也探索了接地电位通过提出以下改进变电站接地电阻的建议，在适当的位置，使土坑有足够的水分，用膨润土粉、烟煤和黑土来提高接地电阻。文献还表明，不同的土壤类型具有不同的土壤电阻率，这反过来又会影响接地网的设计。高土壤电阻率的土壤会对接地网设计产生负面影响。Mustafa对高土壤电阻率对交流变电站接地系统设计的影响进行了调查，旨在为现有接地标准做出贡献[13]。在类似的研究中，Adeboyega和Odeyemi[14]进行了一项研究，以确定不同土层类型中土壤电阻率对尼日利亚东北部330 KV输电线路接地网设计计算的影响。除了变电站接地设计外，最近一些例如，Zotos[15]提出了IEEE标准的修改计算，以表明在工业接地设计计算中应使用接近零的土壤电阻率。Mitilo等人[16]举例说明了工业设备如何增加故障电流，以及这如何导致工业设备的接触电位和跨步电位增加[16]。关于变电站接地设计系统的更多信息，请参见[17，18]。虽然在变电站和制造业的接地系统设计方面已经进行了一些工作，以实现上述研究中讨论的低接地电阻，但很少考虑不同接地网配置的影响。接地网的配置对接地电阻有影响是很直观的。因此，本文对接地网设计配置对接地系统性能的可能影响进行了研究。使用典型的食物和饮料位于尼日利亚拉各斯的制造厂作为案例研究。2. 土壤电阻率土壤参数是影响接地网设计的主要因素这些参数包括：土壤的含水量命名法IoA2mm故障电流（kA）导体横截面（mm2）hIG最大电网电流TM最高允许温度（°C）= 1048 °CDf整个故障持续时间Ta环境温度（°C）= 20 °CIgRMS对称电网电流（单位：安培）Tr材料常数的参考温度，单位为°C，SF故障电流分流系数20°C（摄氏度）D平行导线aO0 °C时的电阻率热系数，单位为1/°CD接地网导体aR参考温度Ki不规则系数/校正系数占er-真树在假设Km和KsPR接地导体在参考点Kt地面设计接触计算中的几何因素温度Tr（mO-cm）潜在Ko1/ao或（1/ar）Ks台阶电位计算中的几何因素TC电流持续时间为0。3 sLR所有接地棒的总长度（单位：米）TCAP热容量系数，单位J/（cm3.摄氏度）Lr每根杆的长度（米）HS表层厚度Lt接触电位的有效埋地长度（单位：米）H2土壤第二层Ls阶跃电位的有效埋地长度（单位：米）俄.西表面材料电阻率LC水平网格中导线的长度（单位：m）ts电流暴露持续时间/故障清除时间Lp网格周长（米）RG栅极电阻一网格面积（平方米）一接地网Lxx方向Lt接地系统导体的有效长度包括-Lyy方向栅极棒Q均匀土壤电阻率n有效平行导线qs表层土壤电阻率1.- -一种qkq211-e2¼ð ÞQ2972T.R. Ayodele等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）970土壤的温度和土壤的成分在直接环境中。类似地，土壤层（即单层、双层或多层）也已被证明对接地电极具有因此，土壤的组成在很大程度上决定了其电阻率的预期值土壤电阻率是边长为1米的立方体土壤的相对面之间的电阻该值是评估充电电极的电阻以及达到低接地电阻必须达到的深度的关键组成部分[19]。因此，在进行接地设计之前，有必要对任何给定土壤进行测试，以确定其电阻率应该注意的是，土壤电阻率越高，接地网设计就越复杂，电阻率越低，设计所需的接地棒和导体数量就越少2.1. 土壤电阻率的实验测定给定土壤的第i层的电阻率（qi）可以通过实验确定，并且已经开发了不同的方法来实现这个 这些方法是：温纳法，斯伦贝谢2.2. 不同土壤电阻率到均匀电阻率实际上，土壤电阻率取决于土壤结构，土壤结构因地而异。它还受到一年中的季节以及构成土壤的不同层的影响。土壤的不同层具有不同的电阻率，这使得确定总的栅极电阻变得困难。因此，在确定总格栅电阻（RG）时，通常将多层土壤转换为单层土壤，以获得均匀的电阻率（q）。为了从3层分层结构（即，表面层、第二层和第三层）获得均匀的电阻率，如在在本研究的情况下，必须确定被称为反射系数的常数k[21]，并且可以计算为：第二季至第十三季q2q 1其中，q1是第二层的电阻率，q2是第三层的电阻率，如第2.1中实验确定的。根据土壤类型，k可以是正的，也可以是负的。因此，可以通过使用以下任一项来获得均匀的电阻率：（4）或（5），取决于k的值（即+ve或-ve），如下：好吧Q2Q1阿吉什-1k h-12hi常规方法这是因为，它获得了更深的土壤层，不需要到把大头针扎深下来进入层中。qk-1þ..快！ð5Þ因此，采用该方法测定土壤电阻率，食品和饮料行业的活力，本文报道在温纳技术，土壤电阻率通常通过q11-e-1-k h22h四个点销如图所示。1.一、土壤的电阻率（qi）对于O-m中的给定层i，可以确定如（1）[20]。24paR3其中h2为土壤第二层的深度，h为网格的深度入地（m）3. 制造厂短路试验qi¼4n12 aao51所研究的行业由独立的公司组成-2014年12月24日其中R是以O为单位的测量电阻，并由图1所示实验的电压表和电流表的测量值确定，a表示相邻电极之间的距离，单位为m，b是电极的深度，单位为m。当b远小于a时，（1）变为（2），qi¼2paR200应该注意的是，在挖掘土壤的过程中，可以物理地识别每个土壤层。额定电压为315 KVA和16.2 KVA。两台发电机正在运转标称电压为0.415 kV。该装置还包括两条总线：主总线（总线1）和辅助总线（总线2）。 主母线为辅助母线供电，辅助母线又为负载供电。为了设计制造业的接地网系统，必须确定整个电路中的最高短路电流。为了实现这一点，发电机和负载构成整个电力设施在工业中的建模在电气瞬态分析程序（ETAP 12.0）软件。 图图2描绘了单线图我V地面水平B一一一Fig. 1.温纳四针法。Palmer法和电位下降法。在这三种方法中，温纳技术是最简单和最流行的-ð4Þ4. 接地网设计方法T.R. Ayodele等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）970-983973图二、单线图显示了一个典型的食品和饮料行业的整个电气安装，使用ETAP软件建模示出了向构成软件中建模的制造过程的整个负载馈电的发电机。在电路上进行负载流，然后进行短路测试。通过使用软件中可用的短路工具箱在母线1上创建持续时间为0.3 s的三相故障来执行短路测试短路试验的结果见表1。从表中可以看出，最高短路电流（Io）为4.49 kA在X/R比为48的母线1处，短路电流是来自两个发电机的电流，其中发电机1向高电压实际上，不存在具有均匀电阻率的均质土壤，因此具有变化电阻率的层状土壤被转换为均匀电阻率，如第2.2节所述。已有几个公式被提出来估计RG，其中有Laurent-Niemann公式，Sverak技术和Schwarz公式。这些方法中的任何一种都会给出类似的结果，然而，Sverak方法由于其简单性而被采用.使用这种技术的总栅极电阻可以估计为：测试短路电流。因此，261不10字节20A0B11C1C371小时20一基于母线1上的短路电流来设计工业RGG EEEEE1/2q4LP PP PP PPPP PPPPq AA56采用IEEE方法和有限元方法研究了电网结构对电网电阻、GPR、接触电压和跨步电压的影响。4.1. IEEE方法在IEEE方法中，根据[20]，根据土壤的均匀电阻率（q）确定总电网电阻（RG）。其中，Rgg是使用IEEE的网格电阻，q是可以使用（4）或（5）（取决于k的值）确定的均匀电阻率，Lt是所有埋地导体的总长度，A是网格的面积，h是网格进入地面的深度（m）。由式（6）可以推出，RG随q的增大而增大，随h和A的增大而这表明组成电网的导体数量越多，接地系统就越好。表1ETAP短路测试报告。短路报告3母线相位故障：母线1标称kV = 0.415电压c系数= 1.05（用户定义）峰值=10.441 kA方法C稳态= 1.007 kA Rms贡献电压和初始对称电流（rms）从母线到母线%电压kA kA X/R kAID ID来自总线实虚比幅值公交车1合计0. 00 0. 093 - 4. 488 48.00 4. 49公交车2公交车1 0.00 0.000 0.000 999.90 0.00第1代总线1 100.00 0.089-4.268 48.00 4.27第二代总线1 100.00 0.005 0.220 48.00 0.22计算GPR是GPR Etouch是没是Vtouch Etouch是没是Vstep Estep是检查设计和细节评估Vtouch、Vstep、kt、ks、ki、kq、kh评估最大电网电流和持续时间端设计接地网D，n、L、Hε接触，ε步评估可耐受触摸和跨步电压评估网络导体尺寸评估抵抗力，地球价值974T.R. Ayodele等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）9704.1.1. 用IEEE方法接地网设计的主要目的是获得低的网电阻，然而，跨步电压和火炬电压对于确保人员安全也很重要。阶跃电压是人在桥接时所经历的表面电位差在不接触任何接地物体的情况下与脚保持1 m的距离[20]，而触摸电压是地电位升高（GPR）与表面当一个人站着的同时，手与接地结构接触时，电位[20]。GPR是变电站接地网相对于假定为远程接地电位的远程接地点可能达到的最大电位[20]。地面上的垂直杆的数量越多，电阻就越低，而水平导体负责步进和接触电压。整理所有初步数据（电阻率，故障电流）修订网络网格系统D、n、L、H没有图三. IEEE技术的设计流程图。0@1oL2L2LLmtca×rqrLsOMKotaE步重70 kg重1000kg重 6Cs×q重×0： 157p2小时达赫D：-qs4@qA5ffiffiffiT.R. Ayodele等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）970-9839754.1.1.1. 接地导体尺寸的确定。在确定电压（接触和步进）时，必须估计导体的横截面积（mm2），这可以通过以下方法实现：1A m m2¼I.TCAP10-4标准KTA7确定所述设计触摸电压，而Ls是用于确定所述设计阶跃电压的所述有效埋层长度。（11）和（12）中的参数可以计算如下最大电网电流IG可以确定为：IG<$3×Df×Sf×Io 13其中Df是整个故障持续时间的递减系数，取为1.224[20]，Sf为故障电流分流系数，其中，Tm是最大允许温度，单位为° C，Ta是环境温度，单位为°C，tc是故障电流持续时间，单位为秒，qr是参考温度Tr（20°C）下的电阻率，单位为ohm-m，Io是故障电流，单位为kA（先前确定的4.49kA），ar是电阻率的热系数（0.00381），Ko为1=ar，TCAP是单位体积的热容量 ， 单 位 为 J/ （ cm3° C ） ， 根 据 IEEE 标 准 80[20] ， 取 3.42 J/（cm3°C）。4.1.1.2. 容许接触和跨步电压。 可容忍的触摸和步骤假设为1[22]，即所有故障电流都流回大地，Io为故障电流（4.49kA）。沿角部、周边或整个网格区域具有棒的网格的有效埋置长度Lm和Ls可以分别使用（14）和（15）Lm²Lc261：551：220BLr1CLR371 4X y电压是设计的接触和步进的安全电压，电压不得超过。它们是指导接地网设计预期接触和跨步电压的最大电压。例如，如果设计的接触电压和跨步电压超过容许电压，则必须通过增加网格尺寸来重新设计接地网格。这将继续，直到设计的电压（接触和步骤）是小于容许值。在IEEE标准下，可以计算50和70 kg体重的可耐受接触电压和跨步电压，然而，在本文中，选择70 kg体重这是为了确保绝对安全人员，虽然成本较高Ls¼0： 75Lc 0： 85LR 15其中LX为X方向上的最大网格长度，Ly为Y方向上的最大网格长度，Lc为水平导体的总长度，LR为接地棒的总长度（m），LR为每个接地棒的长度（m）。用于确定设计的触摸电压和步进电压的几何因子kt和ks可以分别使用下式计算：对于70 kg体重，可耐受的接触和跨步电压可以1（“D2ðDþ2hÞh2#. kq.8个月）分别计算如下：kt¼2pln16×h×d 8×D×d-4×dkhlnp<2×n- 1E= 70 kg × 1000 kg × 1：5C × q × ×。0：157七夕ð16Þ触摸s spts.Σk=1。 1个小时。1ð9Þ好吧1美元。1-0：5n-217spts其中qs是表层电阻率（单位：ohm-m），ts是故障电流持续时间（单位：秒（0.3 s）），Cs是表层降额系数，可计算为：0009。1个月其中d是网格导体的直径，h是网格导体的深度n是平行导体的有效数量，通常为na、nb、nc和nd的形式。kq是校正系数，用于调整角部网格上内导体的影响，通常取1[22]，Kh是校正加权系数，强调网格深度的影响，D是网格之间的间距Cs¼1-@2hs10：09A10分钟平行导体，可计算为：D ¼ 1单位重量g克Σð18Þ式中hs为表层厚度，单位为m，q为土壤均匀电阻率，Qs是表面层电阻率，单位为欧姆-米。4.1.1.3. 设计了接触电压和跨步电压。设计接触电压和跨步电压是从设计电网系统获得的电压，其值必须小于容许电压。否则，电网系统必须重新设计，直到值下降到低于容许电压。设计的火炬和跨步电压可根据接地网系统计算如下：2Yr- 1Yc- 1VtouchIEEE标准q×kt×ki×IGV阶跃IEEE802.11<$xks×ki×IGð11Þð12Þ其中，q是第2.2节中确定的均匀电阻率，kt是用于确定设计接触电压的几何因子，而ks是用于确定设计阶跃电压的几何因子，ki是校正因子，其考虑了由kt和ks的假设引入的一些误差，IG是最大栅极电流，Lm是导体的有效埋地长度，见图4。 有限元方法2是VtouchEtouch是的是Vstep Estep是的检查设计和细节直接检查节点电位计算Ub和Ug修改球形网格建模确定d1和r2hiωXy评估R1没有端976T.R. Ayodele等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）970其中Wg、Lg是网格的宽度和长度，Yr、Yc是平行行和列的数量修正因子（ki）可以通过下式确定，该修正因子（ki）解释了由kt和ks的假设引入的一些2019-06-1900：00：00其中ho是网格参考深度，等于1 m[20]。以na、nb、nc和nd表示的平行导体的有效数量（n）可以通过以下公式计算：n<$na×nb×nc×nd强调以下影响的校正加权因子（K其中n¼2LC，n^^·0： 7A¼Lx·LyLx·Ly，n¼DM. 应当H网格深度可以使用以下公式估算：aLpb4pAcAdpL2L2kh¼s1hð20Þ注意，对于矩形网格配置，nc是1，对于矩形网格配置，nd是1角形和L形网格配置，其中Lp是接地网格的周长，单位为米，Dm是网格上任意两点之间的最大距离，单位为米。没FEM假设是否成立？是触摸，步评估可耐受触摸和跨步电压确认假设执行球形网格建模评价I整理所有初步数据（电阻率，故障电流）没有图五. 有限元设计流程图hoT.R. Ayodele等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）970-983977表2不同接地设计配置的IEEE技术结果。接地网形状三角形矩形L形T形面积（m2）1800 1800 1800杆数，NR82 82 82 82电阻，RGΩ IEEEm（O）0.308 0.308 0.292 0.347额定电流，IG（kA）5.510 5.510 5.510反射系数，k-0.574-0.574-0.574-0.574表面层减额系数（Cs）0.965 0.965 0.965 0.965衰减系数（Df）1.224 1.224 1.224 1.224接地电位升高，GPR（V）。1698.7 1692.8 1610.9 1913.1计算时间（min）0.01 0.01 0.01 0.01触摸电位耐受Etouch（V）387.9 387.9 387.9 387.9设计，Vtouch（V）285.0 284.5 340.8 314.4阶跃电位容许值，E阶跃（V）691.7 691.7 691.7 691.7设计，V阶跃（V）509.3 479.4 436.5 546.1表3不同接地设计配置的FEM结果。0.965图六、采用IEEE方法计算了（a）三角形、（b）矩形、（c）L形和（d）T形接地网的配置网格形状接地网三角矩形l形t形面积，A（m2）1800180018001800杆数，NR928282104Grid Resistance，RG（FEM）（O）0.2010.2170.1950.239Max Current，IG（kA）5.5105.5105.5105.510反射系数，k表面层减额系数（Cs）减额系数（Df）-0.5740.9651.224-0.5470.9651.224-0.5470.9651.224-0.5471.224接地电位升高，GPR（V）计算时间（min）触碰电位可耐受Etouch（V）1110.213387.91193.98387.91077.110387.91315.111387.9跨步电势设计Vtouch（V）可耐受E步骤（V）290.1691.7286.0691.7294.8691.7385691.7设计V阶跃（V）212.6196.8186.6218.Σþðdv¼2R978T.R. Ayodele等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）970地电位上升（GPR）可通过以下公式计算GPR¼IG ×RG 22接地网设计流程图如图所示。 设计参数见附录表4。式中，q为第2.2中确定的均匀电阻率。虽然R2可以很容易地使用（25）计算，但R1只能使用有限元法确定，并且可以从耗散功率方程的概念导出，如下所示：.Ug-Ub2Dv4.2. 有限元法R1¼R.E2ð26Þ有限元法（FEM）是一种数值计算技术，求边值问题的近似解。它涉及到把许多微小的线条放在一起，更大的圈子[23]。在用有限元法模拟接地网系统时，通常有两个假设：电阻是一个参数不依赖于电网中的电流，频率情况其中，Ug是网格中的电势，而Ub是边界（d1）和E是J中消耗的能量通过在（24）中代入（25）和（26），则使用FEM的栅极电阻可以通过下式确定：. Ug-Ub2q其范围从50 Hz到60 Hz，并且该区域是无限的。平面[13，24]。图4给出了模拟接地网系统的有限元图，其中d1是从电网到半导体的距离v·E22pd127 mmQ球模型终点，d2是从网格到电势归零点的距离，R1是半球表面内的电阻，R2是半球表面外的电阻。从图 4、可以评估电阻以及步进和触摸电压。从网格到半球形模型终点的距离（d1）可以确定为：4.2.1. 用有限元法估算焊炬和跨步电压接地网中的电势（Ug）和边界中的电势（Ub）可以从导出的电阻和最大电网电流计算如下：Ug<$RG×IG 28Ub¼R2 ×IG29毫米Zd1½2×30ð23Þ其中，IG是最大电网电流，单位为kA，可使用式（11）确定式中Z为接地网的对角线距离。采用FEM法计算的接地系统的总电网电阻可确定如下RG股骨柄R1股骨柄R2股 骨柄在哪里;一旦知道土壤中的实际电位分布，就可以通过测量节点电位并记录哪个节点具有最高的接触和跨步电位，直接获得使用FEM的接触和跨步电压[24，25]。因此，使用FEM的触摸电压和跨步电压可以如下获得：Vtouch触摸屏最大Ug触摸屏30寸RQ2pd1ð25ÞV阶跃最大值为31阶图7.第一次会议。（a）三角形、（b）矩形、（c）L形和（d）T形的绝对势的三维视图，使用有限元方法。v·QT.R. Ayodele等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）970-983979图1给出了使用FEM进行接地设计的示意流程图。 五、5. 结果和讨论为了确定典型食品饮料制造业接地网系统的最佳配置，采用IEEE技术和有限元法，通过仿真确定了接地网的接地电阻（RG）、接触电压（Vtouch）和跨步电压（Vstep）。RG和GPR值越低，网格系统越好。类似地，与容许值（即Etouch和Estep）相比，Vtouch和Vstep的值越低，网格配置越好。表2和3分别描述了使用IEEE技术和FEM针对RG、V接触、V阶跃以及E接触、E阶跃、GPR和IG获得的结果。表2中的结果显示，需要82根杆来构建总网格面积为1800 m2的所有配置的接地网系统。利用IEEE技术计算的栅极电阻（RG （ IEEE ））被确定为0.308、0.308、0.292和0.347 X，分别为三角形、矩形、L形和T形。结果表明，L形接地栅网结构的栅网电阻最小，是最佳的接地栅网结构。三角形、矩形、L形和T形的设计触摸电压（Vtouch）分别为285、284.5、340.8和314.4V表2中每个配置的V 触 摸与E 触 摸（387.9V）的比较表明，矩形配置具有最低的设计触摸电压。因此，就触摸电压而言，优选矩形配置，然后是L形。然而，就设计的阶跃电压V阶跃和GPR而言，与值分别为436.5和1610.9 V使用FEM的结果如表3所示。从表中可以看出，实现合理接触和跨步电压所需的接地棒数量因配置而异。三角形、矩形、L形和T形的栅电阻分别为0.201、0.217、0.195和0.239X。总的来说，该表显示L形在栅极电阻（RG）、地电位升高（GPR）和设计图8.第八条。使用有限元法的（a）三角形（b）矩形（c）L形和（d）T形的设计阶跃电压的3D视图2500GPR、接触电压和步进电压（伏）200015001000500GPR（地电位升高（伏））计算的接触电位（伏特）计算的阶跃电位（伏特）0三角矩形L形t形980T.R. Ayodele等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）970步进电压（V步进）。然而，矩形在设计的触摸电压（Vtouch）方面给出了最佳结果。使用FEM的结果显示出与表2中使用IEEE技术的结果相似的趋势，但具有较低的值。然而，IEEE方法具有更好的计算速度相比，有限元。采用IEEE方法的L形、矩形、T形和三角形接地网配置如图6所示。该图显示了将埋在地下h= 0.5 m深度处的导体的连接，以形成所需的网格配置。绝对电位、设计阶跃电位和图9.第九条。使用有限元方法针对（a）三角形、（b）矩形、（c）L形和（d）T形设计的触摸电压的3D视图见图10。 探地雷达、接触电位和跨步电位的IEEE方法。探地雷达， 触摸 电压 和 步骤 电压 （伏）GPR步进电压触摸电压显示电阻值的图表（Ω）电阻显示电阻值的图表（Ω）0.30.250.20.15系列10.10.050三角矩形L形t形T.R. Ayodele等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）970-9839811400120010008006004002000TR IAN G UL配置总成R E CTAN G U L A RL -S HAPEt形见图11。 探地雷达、接触电位和跨步电位。0.360.350.340.330.320.310.30.290.280.270.26三角矩形L形t形见图12。 采用IEEE方法计算的栅极电阻（欧姆）。图十三. 使用FEM的栅极电阻（欧姆）。982T.R. Ayodele等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）970表4接地网系统的设计参数。描述电阻率（Om）表层上层下层244@0.9 m深度66@2 m深度14短路试验短路电流X/R比4.5KA48系统数据频率50 Hz重量故障时间故障电流分配系数（Sf）70Kg0.3 s100%材料导体（75mmsq）棒（直径2 m，长度3 m）铜（商用硬拉）铜（商用硬拉）栅格配置网格深度（m）网格长度（m）形状0.5三角形矩形L形t形LX60 45Lx（S）2540Lx（L）7522.5Ly60 40Ly（S）2040赖氨酸（L）4022.5导体数量（Nos）X24 171717Y24 171717间距（m）X2.6 2.84.692.5Y2.6 2.52.52.5在图2A和2B中示出了使用FEM为每个配置设计的触摸电势。七比九这些数字揭示了地球下面网格的外观。它显示的电压值（绝对，步进和触摸）绘制对X和Y方向的网格距离。图中的颜色图案用于描述设计电压值与容许电压值的比较。接近容许电压的电压用不同深浅的红色标记，而距离容许值较远的电压用绿色标记。6. 接地系统配置比较本文以一个典型的餐饮业为例，比较了接地网结构对接地网电阻、GPR、跨步电压和接触电压的影响。应该注意的是，这些值越低，网格配置越好。图图10和图11分别使用IEEE方法和FEM在GPR、阶跃电压和接触电压方面比较了电网配置。图中显示，L形对于IEEE技术和FEM都给出了GPR和阶跃电压方面的最低值，但接触电压略高于矩形配置。有限元法和IEEE法的计算结果基本一致，但有限元法的计算值要比IEEE法的计算值低图图12和图13描绘了IEEE方法和FEM的栅极电阻。栅极电阻值越低，栅极配置越好。这两个图显示，L形给出了最低的栅极电阻值;因此，L形是栅极电阻方面的最佳配置。7. 结论在本文中，接地的影响，网格采用IEEE方法和有限元方法（FEM）研究了位于尼日利亚西南部的典型食品和饮料行业的L形、矩形、三角形和T形结构对栅极电阻、接触电压、跨步电压和GPR的影响。为了实现这一点，土壤电阻率在不同层的土壤在不同的层内进行了工业使用温纳四针测试。不同层位的孔隙度较晚使用反射因子转换成均匀电阻率。结果表明，L形结构的GPR、跨步电压、栅电阻等性能最好，矩形结构的接触电压最好，L形结构次之。一般来说，对于这种典型的食品和饮料行业，L形接地网是最佳的接地网配置。IEEE方法与有限元方法的计算结果在趋势上相似，但在计算速度上有一定的优势。因此，建议在安装前确定最佳接地网配置，因为接地网配置对接地系统的电网电阻、GPR、跨步和接触电压附录参见表4。引用[1] T.R. 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