I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   3 ,  J u n e   2 0 2 1 ,   p p .   1 8 5 7 ~ 1 8 6 4   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 1 i 3 . p p 1 8 5 7 - 1 8 6 4          1857       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Inno v a tive earthi ng  sy ste m s  f o r el e ctric  pow er subst a tions  using   co nductive na no p a rticles       Ah m ed  T ha bet 1 ,  Yo us s ef   M o ba ra k 2   1 El e c tri c a l  En g in e e rin g   De p a rtm e n t,   C o ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   Q a ss im   Un iv e r sit y ,   Bu ra y d a h ,   Kin g d o m   o f   S a u d i  A ra b ia   1, 2 Na n o tec h n o l o g y   R e se a rc h   Ce n ter,  F a c u lt y   o f   En e rg y   En g in e e rin g ,   A s w a n   Un iv e rsit y ,   A s wa n ,   Eg y p t       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l   1 4 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   A u g   1 7 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   Sep   2 8 ,   2 0 2 0       T h e   e a rth in g   sy ste m   is  v e r y   i m p o rtan t  t o   sa f e   h u m a n ’s   li v e s  a n d   p r o t e c t  p o w e r  s y ste m   f ro m   n o rm a l  a n d   a b n o rm a l  f a u lt s.  Hig h   so i l  re sistiv it y   re g io n s   is  th e   m a in   p ro b lem   o f  in sta ll a ti o n   t h e   e a rth in g   sy ste m s  in   e lec t ric  p o w e r   su b sta ti o n s  to   p a ss   th e   c u rre n t  t h ro u g h   th e   e a rth ' s  su rf a c e .   T h is  p a p e r  h a s  b e e n   o v e rc o m e   o n   h ig h   s o i l  re s isti v it y   re g io n s  b y   p e n e tratin g   c o n d u c ti v e   n a n o p a rti c les   to   h a v e   e x tre m e l y   lo w   g ro u n d i n g   re sista n c e .   M o re o v e r,   it   h a s   b e e n   su c c e e d e d   to   e x a m in e   th e   m e th o d o lo g y   o f  th e   p ro p o se d   Na n o - T e c h   e a rth in g   s y ste m s  in   c a se   o f   sin g l e   ro d s,  m u lt ip le  ro d s  a n d   g rid s.   A lso ,   it   h a s  b e e n   d e f in e d   o p ti m a l  ty p e s  a n d   c o n c e n trati o n s  o f   n a n o p a rti c les   f o r  Na n o - T e c h   g ro u n d i n g   s y ste m   to   p ro v id e   e x c e ll e n c e   p ro tec ti o n   f o r  e lec tri c a l   su b sta ti o n s w it h   re sp e c t  to   b u i lt   b e n e a th   o f   so il   w h e re   su b sta ti o n   is  lo c a ted .   A   c o m p a ra ti v e   stu d y   h a s  b e e n   d isc u ss e d   a n d   a n a ly z e d   th e   re su lt s  o f   trad it i o n a l   a n d   n a n o tec h n o l o g y   g ro u n d in g   sy ste m s.   K ey w o r d s :   E ar th in g   s y s te m   E lectr o d es   Gr id s   Gr o u n d   r esis ta n ce   So il r esis ti v it y   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ah m ed   T h ab et     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g     As w an   U n i v er s it y   Sah ar y   R o ad ,   A s w an   8 1 5 2 8 ,   E g y p t   E m ail:  at h m @ a s w u . ed u . eg       1.   I NT RO D UCT I O N   E v er y   elec tr ical  eq u ip m e n t ' s ,   ap p ar atu s ,   s y s te m   m u s t  b e  ea r th ed   o r   g r o u n d ed   to   ac q u ir e  a  lo w   r esis ta n ce   p ath   f o r   d is s ip atio n   o f   e x ce s s   c u r r en t  f lo w   i n t o   th e  ea r th .   E ar th i n g   p la y s   a  s ig n i f ica n t  r o le  in   g en er atio n ,   tr an s m i s s io n   an d   d is tr ib u tio n   f o r   s a f e  o p er atio n   o f   an y   elec tr ical  p o w er   s u b s ta tio n .   G r o u n d   s h o r tco m i n g   c u r r en t   af f ec t s   h u m a n   s af e t y .   Si g n if ican t   m i s h ap s   o cc u r   b ec a u s e  o f   in ap p r o p r iate  ea r th in g .   I n d ee d ,   ev er y   o v er h ea d   lin e/ Su b s tat io n /Ge n er ato r   s tatio n   w h ic h   is   p r esen ted   ar e  at  r i s k   to   in j u r y   f r o m   lig h tn in g .   I n   p o w er   s tatio n s   s y s te m s ,   a n   ea r th i n g   o r   estab lis h in g   s y s te m   is   h ar d w ar e  w h ic h   in ter f ac e s   p ar ts   o f   th e  elec tr ic  cir cu it  w it h   th e  g r o u n d ,   alo n g   t h ese  li n es  ch ar ac ter izin g   th e  elec tr ic  ca p ab ilit y   o f   th e  tr an s m itter s   co m p ar ati v e  w i th   th e  w o r ld ' s   co n d u cti v e  s u r f ac e.   Sp ec if ica l l y ,   it  i n f l u en c e s   t h e  e x ten t  an d   ap p r o p r iatio n   o f   s h o r t  cu r r e n t  o u t  f lo w s   t h r o u g h   th e  s y s te m ,   an d   t h e  i m p a cts  it  m a k es  o n   h ar d w ar e  an d   in d iv id u als  i n   t h e   v ici n it y   o f   t h e  cir cu it.    T h e  g r o u n d i n g   s y s te m   d r iv e  th e  g r o u n d   f a u lt   cu r r e n t  e f f i cien tl y   to   th e   ea r th ,   a n d   to   p r o tec t  th e   p eo p le  w ith in   a n d   i n   th e  s u r r o u n d i n g s   o f   t h e  s u b s ta tio n .   T h e  m ain   o b j ec tiv e  o f   ea r t h i n g   s y s te m s   i s   ca r r y i n g   an d   d is s ip atio n   th e  elec tr ical  cu r r en ts   t h at  ar e  p r o d u ce d   d u r in g   f au l t  co n d itio n s   i n to   th e  g r o u n d ,   in   o r d er   to   en s u r e  th at  a  w o r k er   i n   th e  v i c in it y   o f   t h e  g r o u n d ed   in s ta ll atio n   is   n o t  ex p o s ed   to   a  cr itical  elec tr ical  s h o c k   an d   to   en s u r e  t h e  p r o p er   u p p er   li m it s   f o r   t h e  s tep   a n d   th e   to u ch   v o lta g es  h av e  b ee n   s e t  b y   in ter n atio n al   s tan d ar d s .   Du e  to   in cr ea s in g   n u m b er   an d   co m p le x it y   o f   AC   s u b s ta tio n ,   m o r e  i m p o r ta n t  n e ed s   f o r   b o th   s af et y   an d   ac cu r ate  d es ig n   p r o ce d u r es  f o r   t h e  g r o u n d in g   s y s te m s .   I n   f ac t,  s o il   r esis tiv it y   d ata  i s   t h e  k e y   f ac to r   i n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   3 ,  J u n e  2 0 2 1   :   1 8 5 7   -   1864   1858   d esig n in g   a  g o o d   g r o u n d in g   s y s te m   b ec a u s e  o f   t h e  s o il  co n d u cts  elec tr ical   cu r r en t  to   ea r t h .   T h e  r esis t iv i t y   o f   s o il v ar ies  w id el y   t h r o u g h o u t t h e  w o r ld   an d   c h an g es d r a m a ti ca ll y   w it h i n   s m all  ar ea s .     Ma n y   t h eo r etica l  m eth o d s   h a v e  b ee n   d is cu s s ed   t h e  ca lcu l atio n   th e  ea r t h in g   r esi s tan ce   an d   ea r th   s u r f ac e  p o ten tial s   o f   v ar ian t  elec tr ic  s u b s tatio n   ea r t h i n g   s y s te m s ,   i.e . ,   s tar tin g   f r o m   a  g r id   co n s i s ts   o f   o n e   m es h   o r   r o d   to   a  f in al  d e s ig n   c o n s is tin g   o f   m a n y   r eg u lar   m es h es o r   r o d s   [ 1 ,   2 ] .   I n   r ec en t  y e ar s ,   as th e   s h o r tag e   o f   f o s s i l  en er g y ,   d is tr ib u ted   g en er atio n   b ec o m es  t h e  d ev elo p m e n t  tr e n d   o f   n e w   d es ig n   o f   ea r th i n g   s y s te m s   w it h   its   s p ec ialt ies  o f   ec o n o m y   a n d   e n v i r o n m e n t a l   p r o t e c t i o n .   a n d   e n e r g y   s t o r a g e   [ 3 - 5 ] .   I n   c a s e   o f   a   p r o s p e c t i v e   f a u l t   c u r r e n t ,   s t e p   v o l t a g e ,   t o u c h   v o l t a g e s   a n d   e a r t h   p o t e n t i a l   r i s e   a r e   k e p t   b e l o w   a   s a f e   l i m i t .   T h u s ,   t h i s   m ay   o c c u r   a   c h a n g e   i n   s o il  ch ar ac te r is t ics  ( m o is t u r e,   p H,   an d   o r g an ics),   co r r o s io n ,   ac ce ler ated   ag in g   f r o m   li g h tn i n g   an d   ea r th   cu r r en t  [ 6 - 1 2 ] .   A s   a  n o v el  s o lu tio n   to   th e s e  p r o b lem s ,   n an o tech n o lo g y   s o il  h a s   ai m ed   to   b o th   in cr ea s e   s o il  co n d u cti v it y   a n d   r ed u ce   c o r r o s io n .   T h is   p ap er   p r esen ted   t h e  e f f ec t  o f   n an o p ar ticles  in   ch ar ac ter izatio n   o f   s o il  ea r th i n g   s y s te m   an d   an a l y s is   t h e  g r o u n d   r esis ta n ce   f o r   n e w   n an o tec h n o lo g y   ea r t h i n g   s y s te m   f o r   r ed u cin g   g r o u n d   r es is ta n ce   t h e n   en h a n c in g   g r o u n d   p o ten tia l  p er f o r m a n ce .   T h u s ,   it  h as  b ee n   o b v io u s   th e  p r o g r es s iv e   in   ea r th in g   s y s te m s   o f   elec tr ical   p o w er   s y s te m s   b y   u s i n g   n a n o p ar ticles  in   v ar ian t  s o ils ;  i t  is   p r esen ted   n e w  cr ea tio n   b ased   o n   n a n o p ar ticles  tech n iq u e  in   o r d er   to   d esig n   n e w   e n h a n ce m e n t  p er f o r m an ce   o f   elec tr ica l   p o w er   s u b s ta tio n .       2.   G RO UND I N G   SY ST E M   T h e  r ea s o n   f o r   ea r th i n g   i n   a n   elec tr ic  p o w er   s y s te m   i s   to   li m it,  co n ce r n i n g   t h e  g e n er al  m ass   o f   ea r t h ,   th e  ca p ab ilit y   o f   cu r r en t  f lo w  co n d u cto r s ,   w h ich   ar e  a  p ie ce   o f   th e  eq u ip m e n t,  n o n - cu r r en t  ca r r y i n g   m eta l   w o r k s ,   ac ce s s o r ies  w it h   t h e   eq u ip m e n t,  m ec h an ic al   as s e m b l y   an d   ap p lian ce s   co n n e cted   to   th e  s y s te m   f r a m e w o r k .   I t  is   also   n ec ess ar y   to   m ai n tain ed   ea r th in g   p r o p er l y   o f   all  elec tr ical  in s tallati o n .   T h u s ,   th er e  ar e   t w o   t y p es   o f   th e   ea r th in g   s y s te m s   w h ich   ar e  u s i n g   elec tr o d es  o r   g r id s   s y s te m s .   I n   th i s   s ec tio n ,   Na n o - T ec h   ea r th in g   s y s te m   f o llo w ed   af t er   th e  tr ad itio n al   ea r th i n g   s y s te m   m o d els  to   e x p lai n   t h e  r elatio n   b et w ee n   r esis ta n ce   an d   len g th   o f   g r o u n d in g   s y s te m s   an d   t h e  i m p o r tan ce   o f   n a n o p ar ticles  in   Na n o - T ec h   g r o u n d in g   s y s te m s .   I n   t h e  p ast,  th e   s o il   w a s   tr ea ted   w i th   s alt   an d   co al  th er e  i s   s alt  a n d   co al  to   h elp   r ed u ce   th e   s o il   r esis ti v it y   t h at  th e   r o d s   o r   t h e  g r id s   ar e  b u r ied   d o w n ,   w h ate v er ,   th is   r e s ea r ch   p r o p o s ed   d is tr ib u tio n   o f   n an o p ar ticles i n   t h e  s o il h a s   b ee n   co n tr o lled   in   s o il r esi s ti v it y   th e n   a f f ec ted   o n   g r o u n d in g   s y s te m   r esi s tan ce .       2 . 1 .   P ro ble m   o f   t ra ditio na l g ro un din g   s y s t e m s   So ils   m ad e  u p   o f   g r a v el,   s a n d   o r   s to n e  h a v e  t h e  h i g h e s t  s o il   r esis ti v it y   th at   p r esen t   a  b i g   p r o b lem   i n   in s ta llatio n   ea r t h in g   s y s te m   o f   elec tr ical  p o w er   s u b s tatio n s   in   th e m .   Mo is t u r e  co n te n t,  te m p er at u r e  an d   s alt s   also   af f ec t  s o il  r esis ti v it y .   Gr an ite,   m i lls to n e,   an d   all  r o ck   f o r m atio n s   f o u n d   in   s ite  ar ea   an d   all  ty p es  o f   r o ck   h av e   a  h i g h   elec tr ical   r esi s tiv it y - a  r ea l   h ea d ac h e  w h e n   d es ig n in g /i n s talli n g   a  h i g h   v o lta g e  a n d   lo w   v o lta g e   elec tr ical  ea r th i n g   s y s t e m s .   T h u s ,   t h e  s o il  r es is ti v it y   is   a  m ea s u r e  o f   h o w   m u ch   th e   s o il  r esis ts   o r   co n d u cts   e l e c t r i c   c u r r e n t .   I t   i s   a   c r i t i c a l   f a c t o r   i n   d e s i g n   o f   s y s t em s   t h a t   r e l y   o n   p a s s i n g   c u r r e n t   t h r o u g h   t h e   e a r t h ' s   s u r f a c e .   T h e   g r o u n d i n g   e l e c t r o d e s   p r o v i d e   t h e   e s s e n t i a l   f u n c t i o n   o f   c o n n e c t i n g   t h e   e l e c t r i c a l   s y s te m   to   th e  ea r th .   T h e  ea r th   is   co n s id er ed   to   b e  at  ze r o   p o ten tial.  T h e   p r i m ar y   p u r p o s e  o f   th e  g r o u n d in g   elec tr o d e  is   to   m ai n tai n   t h e   elec tr ical  eq u ip m en t   at  t h e  e ar th   p o ten tial   p r esen t   at  t h e  g r o u n d i n g   elec tr o d e.   I n   ad d it io n ,   th e   p u r p o s e  o f   g r o u n d i n g   g r id   is   to   s er v e  t h e  d u al  p u r p o s e  o f   ca r r y i n g   c u r r e n ts   i n to   t h e  ea r th   w ith o u t e x ce ed in g   t h e  o p er atin g   to ler an ce s   o f   an y   p r o tecte d   eq u ip m e n t  w h ile  as s u r i n g   th at  p er s o n n el  i n   th e  v ici n it y   ar e  n o t   e x p o s ed   to   elec tr ic   s h o ck   a s   w o u ld   r es u lt  f r o m   e x ce s s iv e  s tep   o r   to u ch   p o ten ti als.  C o n s id er in g   r esis tiv it y   o f   s o il  an d   len g t h   an d   d ia m eter   o f   th e  r o d   f o llo w i n g   ( 1 )   s h o w   t h e  r elatio n   b et w ee n   r esis ta n ce   an d   len g t h   o f   o n e  r o d   [ 1 ,   3,   1 3 ] ,     =   2  [ l og ( 8 ) − 1 ]   ( 1 )     I n   ca s e   o f   t w o   r o d s   s et   in   s er i es,  t w o   o p tio n   ar e  a v ailab le   wh en   s p ac i n g   b et w ee n   r o d s   is   g r ea ter   th a n   len g th   o f   th e  r o d   as in   ( 2 ) ,   w h atev er ,   w h e n   s p ac in g   b et w ee n   r o d s   is   s m aller   t h an   le n g t h   o f   t h e  r o d   as in   ( 3 ):     =   4  [ lo g ( 8 ) − 1 ] + 4  [ 1 − 2 3 2 ]   ( 2 )     =   4  [ l og ( 32 2  ) − 2 + 3 − 2 16 2 ]   ( 3 )     w h er e:       :  is   th e  r esi s ti v it y   o f   s o il,  i n   o h m   m e ter   ( Ω . m )   L    :  is   th e  le n g th   o f   r ein f o r cin g   r o d   b elo w   g r o u n d   le v el,   in   m eter   ( m )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       I n n o v a tive  ea r th in g   s ystems   fo r   elec tr ic  p o w er  s u b s ta tio n s   u s in g   co n d u ctive   n a n o p a r ticles   ( A h med   Th a b et )   1859   d    :  is   th e  d ia m eter   o f   t h e  r o d ,   in   m eter   ( m )   S    :  is   th e  s p ac i n g   ( d is tan ce )   b et w ee n   t w o   r o d s ,   in   m eter   ( m )   A   t y p ica l  tech n iq u e  f o r   g ettin g   a  lo w   g r o u n d   o p p o s itio n   at  h ig h er   v o ltag e  s u b s ta tio n s   is   to   u tili ze   in ter co n n ec ted   g r o u n d   n et w o r k s .   A  t y p ical  g r id   s y s te m   g r o u n d   r o d s   m a y   b e  co n n ec ted   to   t h e  g r id   f o r   f u r t h er   r ed u ctio n   o f   t h e  g r o u n d   r esis t an ce   w h e n   t h e  u p p er   la y er   o f   s o il  is   o f   m u c h   h i g h er   r esi s ti v it y   t h an   t h at  o f   t h e   s o il  u n d er n ea t h .   T h e  r esis ta n ce   to   g r o u n d   d eter m in e s   t h e  m ax i m u m   r is e   o f   t h e  g r o u n d i n g   s y s te m   d u r i n g   a  g r o u n d   f au lt [ 1 ,   3,   1 3 ] .   T h e  f o llo w i n g   ( 4 )   f o r   g r id   r esi s tan ce   co u ld   b e  u s ed :     =   ln ( 2 √ ℎ ) + K 1 L √ − K 2   ( 4 )     w h er e:    L   : is th e  to tal  le n g th   o f   all  co n d u cto r s ,   A   : is th e  to tal  ar ea   o f   t h e  g r id ,   h   : is th e  d ep th   at  w h ic h   th e  g r id   is   lo ca ted   d   is   th e  g r id   co n d u c to r s ’   d ia m eter ,     : is th e  r esi s ti v it y   o f   t h e  s o il   d   : is th e  d ia m eter   o f   t h e  g r id   K 1   an d   K 2   : a r e  f ac to r s   p r esen ted   g r ap h ic all y   as  f u n ctio n s   o f   le n g t h - to - w id t h   r atio   o f   th e  g r id   ar ea     2 . 2 .   P ro po s ed  g ro un din g   s y s t e m s   I n   f ac t,  s o il   r esi s ti v it y   i s   t h e  r esis ti v e  p ar a m eter   i n   t h e   g r o u n d in g   s y s te m   f o r   c u r r en t  f lo w  to   ea r th .   L o w   g r o u n d   o b s tr u ctio n   i s   p r e f er ed   o r   ev e n   r eq u ir e.   I f   th e   s o il  h a s   h ig h   r esis t iv i t y ,   an d   th e  g r o u n d in g   s y s te m   is   n o t  s u f f ic ie n tl y   ar r an g ed   to   p o w er   s y s te m   s tab ilit y ,   th e  d is s ip atio n   o f   t h e  elec tr ical  cu r r e n t  r u n n i n g   th r o u g h   th e  p o w er   s y s te m   w ill  b e  a   r esu lt  i n   a  h ig h er   v o lta g e  o n   th e  g r o u n d i n g   s y s te m .   I n   ad d itio n ,   th is   h as   s u g g e s tio n s   in   ce r tai n   ap p licatio n ,   f o r   ex a m p le,   h ig h e r   to u ch   o r   s tep   p o s s ib ilit ies,  o r   in   m o r e  e x tr ao r d in ar y   ca s es  d is ap p o in t m e n t  o f   d ep en d ab le  ac tiv it y   o f   o v er - c u r r en t  o r   o v er   v o ltag e  d ev ices.   A cc o r d in g   to   th e   p r o p er ties   o f   m an y   co n v e n tio n al  m ater ials   th at  h a v e  b ee n   c h an g ed   w h en   f o r m ed   o r   m i x e d   w it h   n an o p ar ticles,   th e  p r o p o s ed   Nan o - T ec h   ea r th i n g   s y s te m   h a v e  b ee n   d esi g n ed   h o w   to   u s e  n a n o p ar ticles  d is tr ib u tio n   f o r   ch an g i n g   p r o p er ties   o f   s o il.  T h er ef o r e,   th e  n an o m etr ic  s o il  r esis tiv it y   h as  b ee n   d r o p p d   f o r cin g   t h e  f a u lt   cu r r en t  to   g o   w ith   t h e  ea r th i n g   p at h ,   ca u s i n g   th e  e f f ic ien c y   an d   th e  r eliab ilit y   to   in cr ea s e  an d   r ed u ce   th e   h az ar d s   o f   elec tr ic  s h o ck s .   T h e  (1 - 4 )   a r e  u s ed   as  th e  s a m e  i n   th e  n e w   ea r t h in g   s y s te m   b u t   th e  o n l y   d if f er en ce   is   ch an g i n g   i n   s o il  r esis tiv it y   ( )   to   b e   ef f ec ti v e  r esis ti v it y   ( )   [ 1 4 - 2 0 ] .   E f f ec tiv e  r esis ti v it y   p r esen t s   th e  co m b i n atio n   r esi s ti v it y   o f   n a n o p ar ticles  an d   s o il  r es is ti v itie s .   T h e  n e w   co n v er s io n   p ar a m eter s   o f   g r o u n d in g   sy s te m   i s   b ein g   as ( 5 )   an d   ( 6 ) :     = ( 1 − )  +      ( 5 )     =   1    ( 6 )     w h er e:         is   th e  e f f ec ti v e  co n d u cti v it y ,   i n   s ie m e n s   p er   m eter   ( S/ m )         is   th e  e f f ec ti v e  r esis ti v it y ,   i n   o h m   m eter   ( Ω . m )   As  s h o w n   i n   Fi g u r e   1 ,   Na n o - T ec h   ea r th i n g   s y s te m s   f o r   elec tr ical  p o w er   s u b s tatio n s   h as   b ee n   ex p lain ed   th e   d is tr ib u tio n   o f   n an o p ar ticles  i n s id e  t h e  s o il   m ed iu m   o f   elec tr o d es  g r o u n d i n g   s y s te m s   an d   g r id s   g r o u n d i n g   s y s te m s   r esp ec tiv e l y .   I n   ca s e  o f   E lectr o d es  n an o tech n o lo g y   g r o u n d in g   s y s te m   th e  ca lc u latio n   o f   g r o u n d   r esi s ta n ce   is   b ein g   as  (7 - 9 ) .     =    2  [ l og ( 8 ) − 1 ]   ( 7 )     =    4  [ l og ( 8 ) − 1 ] +  4  [ 1 − 2 3 2 ] ,  f o r   S>L   ( 8 )     =    4  [ l og ( 32 2  ) − 2 + 3 − 2 16 2 ] ,  f o r   S<L   ( 9 )     w h ate v er ,   th e  ca l c u latio n   o f   g r o u n d   r esis ta n ce   o f   g r id s   n a n o t ec h n o lo g y   g r o u n d i n g   s y s te m   i s   b ein g   a s   ( 1 0 ) .     =    ln ( 2 √ ℎ ) + K 1 L √ − K 2   ( 1 0 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   3 ,  J u n e  2 0 2 1   :   1 8 5 7   -   1864   1860       ( a)       ( b )     Fig u r e   1 .   Nan o - tec h   ea r th i n g   s y s te m s   f o r   elec tr ical  p o w er   s u b s tatio n s ,   ( a)   n a n o - t ec h   elec tr o d es g r o u n d i n g   s y s te m s ,   ( b )   n an o - tech   g r id   g r o u n d i n g   s y s te m s       3.   P RO P O SE D  NANO M E T RI C  SO I L   M E DIA   Nan o p ar ticles,  an d   n a n o m ater ials   in   g e n er al,   h a v e  b ec o m e  o n e  o f   th e  n e w   ac t iv e  m ater ials   b ein g   p u t   in to   s o il  ea r th in g   s y s te m   f o r m u latio n   to   m a k e  t h e  m o r e  e f f ic ien t  Nan o - T ec h   ea r th i n g   s y s te m .   T h er e  ar e  m an y   r ea s o n s   w h y   t h is   i s   b ein g   d o n e,   w it h   th e  m o s t  co m m o n   b ein g   t h at  s o m e  n a n o m a ter ials   h av e  ex tr e m el y   h i g h   elec tr icall y   co n d u cti v e  p r o p e r ties   th at  ca n   b e  u ti lized   in   s o il  f o r m u latio n   [ 2 1 ,   2 2 ] .   Her e,   th e  co n d u cti v e   n an o p ar ticles  d is p la y   e x tr ao r d in ar y   g u ar a n tee  as  o p tio n s   in   co n tr ast  to   o r d in ar y   co n d u cti v e  m a ter ials .   A s   o f   late,   u ti lizatio n   o f   co n d u ct iv e   n an o m ater ials ,   f o r   e x a m p le,   c o n d u cti v e  m etal  n a n o m ater ial s   h a v e  o p en ed   n e w  o p p o r tu n itie s   f o r   elec tr o n ic   an d   o p to elec tr o n ic  d ev ices.  B esid es,  ad d in g   ad ap tab ilit y   to   co n d u ct iv e   n an o m ater ials   i m p r o v es  th e   a p p licatio n   i n   t h e  f ield s   o f   wea r ab le  elec tr o n ics,  elec tr o m a g n et ic  i n ter f er en ce   ( E MI )   s h ield in g ,   an d   w ea r ab le  an ten n as.  C o n s eq u en tl y ,   t h e   co n d u ctiv e  n a n o m ater ial s   h a v e  b ee n   u t ilized   as   o p tio n s   f o r   d ev elo p in g   g r o u n d in g   s y s te m s   i n   co n tr ast  t o   cu s to m ar y   co n d u cti v e  m e tals   o f   tr ad itio n al   g r o u n d i n g   s y s te m s .   T h e   n ee d   o f   th e  co n d u cti v e  m etal  n a n o m ater ials   in d u s tr y   is   f i n d i n g   t h e  b est  tec h n iq u e  f o r   d e l i v e r i n g   p r a c t i c a l ,   e x c e l l e n t   c o n d u c t i v e   m e t a l   n a n o m a t e r i a l s   a t   a   m e c h a n i c a l   s c a l e .   C o n d u c t i v e  n a n o p a r t i c l e s   o f f e r   s e v e r a l   a d v a n t a g e s   i n   s o i l   o f   N a n o - T e c h   e a r t i n g   s y s t e m s .   T a b l e   1   d e p i c t s   n an o p ar ticles  t y p es  an d   s p ec if ic  s o il r esis ta n ce   o f   th e  s o il.        T ab le  1 .   T y p es o f   n a n o p ar ticle s   an d   s o il r esis tiv it y   o f   th e  s o il   [ 2 3 - 25]   M a t e r i a l s   S p e c i f i c   E a r t h   R e si s t a n c e   ρ   [ Ω . m ]   S a n d y   S o i l   4 5 0   N a n o p a r t i c l e s   C o p p e r   1 . 6 9 4   A l u mi n u m   2 . 6 7   I r o n   1 0 . 1       4.   RE SU L T S  A ND  D I SCU SS I O N   T h is   r esear ch   is   en h a n cin g   th e   tr ad itio n al  g r o u n d   s y s te m   p er f o r m a n ce   i n   elec tr ical  p o w er   s u b s tatio n   b y   u s i n g   n e w   Na n o - T ec h   ea r t h in g   s y s te m   th a t  p r o v id e  ea r t h in g   r esis tan ce   eq u al   to   n a n o - Oh m   o r d e r .   Du e   to   th e  i m p o r tan ce   o f   t y p es  a n d   co n ce n tr atio n s   o f   n a n o p ar ticles  in   tr ad itio n al  g r o u n d i n g   s y s te m s   f o r   elec tr ical  p o w er   s u b s tatio n s ,   th e  f o llo w i n g   r es u lts   ar e  ill u s tr ated   an   ef f icie n t  n a n o p ar ticles  an d   co n ce n tr atio n s   f o r   o b tain in g   th e  b es t g r o u n d   s y s t e m   p er f o r m a n ce .       4 . 1 .     E f f ec t   o f   na no pa rt icles o n e l ec t ro de  ea rt hin g   s y s t e m s   Dev elo p in g   elec tr o d e  ea r th i n g   s y s te m s   h as  s h o w n   i n   Fig u r e   2 ,   it  o b v io u s   t h at  p er f o r m an ce   o f   tr ad itio n al  elec tr o d e  ea r th i n g   s y s te m   ( 0   % w t.   n an o p ar ti cles)   as   s h o w n   in   Fi g u r e  2 ( a) ,   w h atev er ,   t h e   d ev elo p m en t  o f   elec tr o d e  ea r th in g   s y s te m   h as  b ee n   d ep icted   d u e  to   s m all  p en etr atio n   a m o u n t  o f   co n d u cti v e   n an o p ar ticles  ( 0 . 0   % w t.  u p   t o   0 . 0 1   %w t.)   in   s an d   s o il  as   s h o w n   i n   Fi g u r e  2 ( b ) .   I t  is   o b av io u s   th at  t h e   co n d u ctio n   o f   elec tr o d e  g r o u n d   s y s t e m s   d ec r ea s e s   w it h   in cr ea s i n g   n an o p ar ticles   v o lu m e  f r ac tio n s .   I n   ad d itio n ,   it  h as  b ee n   clea r ed   th at  t h e   co p p er   m ater ial s   o f   elec tr o d es  an d   n an o p ar ticles   h av e  a n   ef f icie n t   co n d u ctio n   m ater ial  w it h   r es p ec t  t o   alu m in u m   an d   ir o n   m ater ials .   A l s o ,   d ev elo p in g   ele ctr o d e  ea r th in g   s y s te m s   ar e  s h o w n   i n   Fi g u r e   3 ,   it  o b v io u s   t h at  p er f o r m a n ce   o f   tr ad itio n al  elec tr o d e  ea r th in g   s y s te m   ( 0 . 0   % w t.  n an o p ar ticles).   Dis tr ib u tio n   o f   n an o p ar ticles  ( 0 . 0 1   % w t.)   in s id e  s an d   s o il  ten d s   to   r ed u ce   elec tr o d e  r esis tan ce   th en   e n h an ci n g   th e   co n d u ctio n   o f   Na n o - T ec h   elec tr o d es  g r o u n d i n g   s y s te m s .   I n   ad d itio n ,   it  h as  b ee n   clea r ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       I n n o v a tive  ea r th in g   s ystems   fo r   elec tr ic  p o w er  s u b s ta tio n s   u s in g   co n d u ctive   n a n o p a r ticles   ( A h med   Th a b et )   1861   th at  t h e  n a n o p ar ticles  m ater ia ls   h a v e  a n   ef f icie n t  f ac to r   f o r   r ed u ctio n   t h e  g r o u n d   r esis ta n ce   w it h   r esp ec t  to   len g th   o f   elec tr o d es   m ater ials .   I n   ca s e  o f   u s i n g   Nan o - T ec h   elec tr o d es  g r o u n d i n g   s y s te m s ,   it  h a s   b ee n   clea r ed   th at  u s in g   co p p e r   n an o p ar ticles  as  s h o w n   i n   Fi g u r e  3 ( a)   p r o v id ed   m o r e  r ed u ctio n   in   g r o u n d   r esis ta n ce   f o r   elec tr ical  s u b s ta tio n s   th at  r ea c h   to   n an o - o h m   w it h   r esp ec t  t o   tr ad itio n al  g r o u n d   s y s te m s .   On   th e  o t h er   w is e,   Fig u r e  3 ( b )   s h o w s   th e  e f f ec t   o f   A l u m i n u m   n an o p ar ticles   f o r   en h a n ci n g   g r o u n d in g   s y s te m s   w it h   v ar ia n t   n an o p ar ticles   co n ce n tr atio n s ,   w h ate v er ,   t h e  e f f ec t  o f   I r o n   n a n o p ar ticles  o n   g r o u n d i n g   s y s te m s   h a v e  b ee n   s h o w n   in   F ig u r e  3 ( c) .           ( a)       ( b )     Fig u r e   2 .   Mo d if ied   elec tr o d e  u s in g   s a n d   n a n o p ar ticles b y   v ar iatio n s   o f   n u m b er   o f   elec tr o d es ,   ( a)   0 . 0   % w t.  n an o p ar ticles+ s an d ,   ( b )   0 . 0 1   % w t.  n a n o p ar ticles+ s a n d           ( a)       ( b )         ( c)     Fig u r e   3 .   Mo d if ied   elec tr o d e  u s in g   s a n d   n a n o p ar ticles b y   v ar iatio n s   o f   v o l u m e  f r ac tio n s ,  ( a)   u n iq u e  co p p er   elec tr o d e ,  ( b )   u n iq u e  al u m i n u m   elec tr o d e ,  ( c)   u n iq u e  ir o n   el ec tr o d e      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   3 ,  J u n e  2 0 2 1   :   1 8 5 7   -   1864   1862   4 . 2 .     E f f ec t   o f   na no pa rt icles o n g r id ea rt hin g   s y s t e m s   Fig u r e  4   s h o w s   t h e  d ev elo p in g   o f   g r id   ea r th i n g   s y s te m s   a n d   o b v io u s   th a t  ef f ec t  o f   n a n o p ar ticles  o n   g r id   r esis ta n ce   an d   co n d u ctio n   o f   g r id   g r o u n d   s y s te m s   v ar i an t  v o l u m e  f r ac t io n s .   F ig u r e  4 ( a)   s h o w s   t h e  ef f ec t   o f   tr ad itio n al  g r id   ea r th in g   s y s te m s   f o r   n atu r al  s a n d   s o il  ( 0 . 0   %w t  n an o p ar ticles).   W h atev er ,   Fig u r e  4 ( b )   s h o w s   t h at  p en etr atio n   o f   s m all  a m o u n t  o f   n a n o p ar ticles  ( 0 . 0 0 0 1   %w t.)   in   t h e  s an d   s o il   ea r th in g   s y s te m   to   m ak e   a  h u g e  r ed u c tio n   o f   g r o u n d   r es is ta n ce   o f   ea r th in g   s y s t e m .  I t  h as   b ee n   clea r ed   t h at  t y p e  o f   g r id   m ater ial s   s till   m o r e  e f f icien t f o r   in cr ea s i n g   co n d u ctio n   o f   g r o u n d   s y s te m .           ( a)       (b )     Fig u r e   4 .   Mo d if ied   g r id   u s i n g   s an d   n a n o p ar ticles b y   v ar iatio n s   o f   v o lu m e  f r ac tio n s ,   ( a)   0 . 0   % w t.  n an o p ar ticles+ s an d ,   ( b )   0 . 0 0 0 1   % w t.  n an o p ar ticles+ s an d       5.   T RE ND  O F   NANO P ART I C L E S IN SO I L   E ARTH I G   S YST E M S   E x ac t  s tr u c tu r e  o f   th e  g r o u n d i n g   s y s te m   r eq u ir e s   a  p r ec is e  e v alu a tio n   o f   t h e  s ite ' s   s o il  co n d itio n s .   I n   an y   ca s e,   e v en   a  litt le  s ite  w il l  f r eq u en t l y   h av e  b r o ad l y   f l u c tu ati n g   s o il  r esis ti v it y   s tar ti n g   w it h   o n e  s p o t  th e n   o n to   th e  n ex t.  So il  r esi s ti v it y   is   an   e le m e n t  o f   a  f e w   f ac t o r s ,   th ese  v ar iab les  i n co r p o r a te  th e  k i n d   o f   s o il,   d am p n es s   co n ten t,  te m p er atu r e,   m i n er al  s u b s tan ce ,   g r a n u l ar it y   an d   co n s er v a tiv e s .   I n   co n v e n tio n   ea r th in g   s y s te m s ,   d a m p n es s ,   m i n er als,  an d   b r o k e  u p   s alt s   ar e  t h e  m ai n   f ac to r s   t h at  ca n   b e  i m p ac ted   b y   a n y   r ea s o n ab le   co n tr o l  id ea .   I n f o r m a t io n   o n   t h e  n ea r b y   s o il  co n d itio n s   is   c o m p u ls o r y   a n d   is   th e  i n itial  p h ase  i n   th e  s tr u ct u r e  p r o ce d u r e.   T h is   in co r p o r ates  its   d a m p n e s s   s u b s tan ce ,   te m p e r atu r e,   an d   r esis ti v it y   u n d er   a  g iv e n   ar r an g e m en t  o f   co n d itio n s .   S in ce   ab o u t 9 4 % o f   th e  g r o u n d in g   r e s is ta n ce   o f   a  g iv e n   e lectr o d e  is   d ictated   b y   t h e  c h ar ac ter   o f   th e  s o il  i n s id e  g r o u n d i n g   s y s te m ,   w i th   n an o tec h n o lo g y   s cien ce ,   t h e  p en etr atio n   p r o ce s s   o f   co n d u ctiv e   n an o p ar ticles  i n s id e  g r o u n d in g   s o il  s i te  is   a n   ef f icie n t  s o lu tio n   to   g et  m o r e  co n d u c tiv e   p ass   o f   ex ce s s i v e   cu r r en t  p as s   i n   p o w er   s ta tio n .   I n   ca s e   o f   Nan o - T ch   g r o u n d   s y s te m   d esi g n ,   th e   g r o u n d   r esis ta n ce   r ea ch ed   m icr o   o r   n a n o   o h m   r esi s ta n ce   th at  i s   i n v esti g ated   t h e  s tab ilit y   a n d   r eliab ilit y   o f   th e   elec tr ic   p o w er   s ta tio n s .     A  m o r e  p r ac tical  ac tio n   m a y   b e  to   r ep lace   o n ly   t h at  p ar t  o f   t h e  s o il  th at  e x er cises   t h e  g r ea te s t  in f l u e n ce   o n   th e   u lti m ate  g r o u n d i n g   r esis ta n ce   an d   to   u s e  t h e  lo w e s t r esi s ti v it y   “so il”  av a ilab le  [ 2 3 - 2 5 ] .   I n   Na n o - T ec h   ea r t h in g   s y s te m ,   Na n o p ar ticles  ca n   b e  e m b ed d ed   in   s o il  o f   ea r t h i n g   s y s t e m   a n d   t h e   s tr u ct u r e  o f   s o il   co m p o s ite   is   r an d o m .   I t  d o es   n o t  h elp   to   d ev elo p   h i g h l y   co n d u cti v e  p ar ti cles  f o r   co m p o s ite s   if   th e y   d o   n o t  to u ch   ea ch   o th er :  T h e  elec tr o n s   h a v e  to   t u n n el  t h r o u g h   t h e  g ap s ,   a n d   ele ctr ic  co n d u cti v it y   i s   i m p r o v i n g   co n tr o l  o f   th e  d is t r ib u tio n   o f   t h e  p ar ticles  i n s id e  th e   s o il.  C o n d u cti v e  n an o p ar ticles  ( NP s )   ca n   in cr ea s e  t h e  n u m b er   o f   elec tr o p o r ated   ce lls ,   th e y   h a v e  a  m o r e  p r o n o u n ce d   i m p ac t   o n   t h e   s o il  elec tr i f icatio n .   T h u s ,   it  ca n   b e  a v ailab le  to   b e  co n tr o lled   th e  s o il  r esis tiv it y   b y   v ar y i n g   t h e  s tr u ctu r e  o f   s o il.  Mix i n g   co n d u cti v e  n an o p ar ticles  t h r o u g h   s o il  o f   g r o u n d in g   s ite  h a s   b ee n   ef f ec t iv e  m eth o d o lo g y   f o r   r ed u cin g   s o il   r esis ti v it y   an d   t h en   m a k e  a  lo w es t  ea r th i n g   r esis ta n ce   f o r   elec tr ic  p o w er   s u b s ta tio n s .   T ab le  2   s h o w s   a   co m p ar ati v e   r esu lt  b et w ee n   el ec tr o d es  g r o u n d in g   s y s te m s   in   p u r e  s an d   s o il  an d   Nan o - T ec h   elec tr o d e  ea r th in g   s y s te m s .   I t  h a s   b ee n   clea r ed   th at  a  s m all  co n ce n tr atio n   ( 0 . 0 0 5   % w t. )   o f   co n d u cti v e  n a n o p ar ticles  o f   t h e  s a m e   elec tr o d e  m a ter ial  h e lp s   to   r ed u ctio n   ea r t h i n g   r esi s tan ce   to   b e  m icr o - o h m .   Mo r eo v er ,   T ab l es  3   an d   4   s h o w   t h e   r esu lt  d if f er e n ce   b et w ee n   g r id s   g r o u n d i n g   s y s te m s   ( 20   m   x  50   m 2   a n d  50   m   x   50   m 2 )   in   p u r e  s an d   s o il  an d   n an o - tec h   elec tr o d e  ea r th in g   s y s te m s .   I t  h as   b ee n   c lear ed   th at  a  v er y   s m all   co n ce n tr atio n   ( 0 . 0 0 0 0 1   % w t. )   o f   co n d u cti v e  n a n o p ar ticles o f   t h e  s a m e  g r id   m ater ial  h e lp s   to   r ed u ctio n   ea r th in g   r esis tan ce   to   b e  m icr o - o h m .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       I n n o v a tive  ea r th in g   s ystems   fo r   elec tr ic  p o w er  s u b s ta tio n s   u s in g   co n d u ctive   n a n o p a r ticles   ( A h med   Th a b et )   1863   T ab le  2 .   T r a d itio n al  an d   n an o - tech   elec tr o d e  ea r th in g   s y s te m s   ( co p p er ,   alu m i n u m ,   ir o n )   L e n g t h   ( m)   0   % w t .   n a n o p a r t i c l e s+ S a n d   0 . 0 05   % w t .   n a n o p a r t i c l e s+ S a n d   C o p p e r   A l u mi n u m   I r o n   C o p p e r   A l u mi n u m   I r o n   1   7 9 . 8 2   1 0 8 . 6 9   2 0 1 . 9 1   2 . 2 0 × 1 0 - 04   3 . 4 6 × 1 0 - 04   1 . 3 1 × 1 0 - 03   10   1 2 . 4 9   1 7 . 0 1   3 1 . 6 0   3 . 4 4 × 1 0 - 05   5 . 4 2 × 1 0 - 05   2 . 0 5 × 1 0 - 04   20   6 . 9 3   9 . 4 3   1 7 . 5 2   1 . 9 1 × 1 0 - 05   3 . 0 0 × 1 0 - 05   1 . 1 4 × 1 0 - 04   30   4 . 8 8   6 . 6 5   1 2 . 3 5   1 . 3 4 × 1 0 - 05   2 . 1 2 × 1 0 - 05   8 . 0 1 × 1 0 - 05   40   3 . 8 0   5 . 1 8   9 . 6 2   1 . 0 5 × 1 0 - 05   1 . 6 5 × 1 0 - 05   6 . 2 4 × 1 0 - 05   50   3 . 1 3   4 . 2 6   7 . 9 1   8 . 6 1 × 1 0 - 06   1 . 3 6 × 1 0 - 05   5 . 1 4 × 1 0 - 05   60   2 . 6 7   3 . 6 3   6 . 7 5   7 . 3 4 × 1 0 - 06   1 . 1 6 × 1 0 - 05   4 . 3 8 × 1 0 - 05   70   2 . 3 3   3 . 1 7   5 . 8 9   6 . 4 1 × 1 0 - 06   1 . 0 1 × 1 0 - 05   3 . 8 2 × 1 0 - 05   80   2 . 0 7   2 . 8 2   5. 24   5 . 7 0 × 1 0 - 06   8 . 9 8 × 1 0 - 06   3 . 4 0 × 1 0 - 05   90   1 . 8 7   2 . 5 4   4 . 7 2   5 . 1 4 × 1 0 - 06   8 . 1 0 × 1 0 - 06   3 . 0 6 × 1 0 - 05   1 0 0   1 . 7 0   2 . 3 2   4 . 3 0   4 . 6 8 × 1 0 - 06   7 . 3 8 × 1 0 - 06   2 . 7 9 × 1 0 - 05       T ab le  3 .   T r a d itio n al  g r id   ea r th in g   s y s te m s   ( co p p er ,   alu m i n u m ,   ir o n )   L e n g t h   ( m)   0   % w t .   n a n o p a r t i c l e s+ S a n d     C o p p e r   ( m 2 )   A l u mi n u m (m 2 )   I r o n   ( m 2 )   2 0 x 5 0   5 0 x 5 0   2 0 x 5 0   5 0 x 5 0   2 0 x 5 0   5 0 x 5 0   5 0 0   2 . 2 4 5 7   1 . 6 4 8 7   3 . 0 6 0 8   2 . 2 4 7 1   5 . 7 0 4 3   4 . 1 8 7 9   1 0 0 0   1 . 9 1 9 1   1 . 3 2 2 1   2 . 6 1 5 6   1 . 8 0 2 0   4 . 8 7 4 7   3 . 3 5 8 3   1 5 0 0   1 . 8 0 2 7   1 . 2 0 5 7   2 . 4 5 7 0   1 . 6 4 3 3   4 . 5 7 9 0   3 . 0 6 2 6   2 0 0 0   1 . 7 4 2 2   1 . 1 4 5 2   2 . 3 7 4 5   1 . 5 6 0 8   4 . 4 2 5 3   2. 9 0 8 9   2 5 0 0   1 . 7 0 4 9   1 . 1 0 7 9   2 . 3 2 3 6   1 . 5 1 0 0   4 . 3 3 0 5   2 . 8 1 4 1   3 0 0 0   1 . 6 7 9 4   1 . 0 8 2 4   2 . 2 8 9 0   1 . 4 7 5 3   4 . 2 6 6 0   2 . 7 4 9 5   3 5 0 0   1 . 6 6 1 0   1 . 0 6 4 0   2 . 2 6 3 8   1 . 4 5 0 1   4 . 2 1 9 0   2 . 7 0 2 6   4 0 0 0   1 . 6 4 6 9   1 . 0 4 9 9   2 . 2 4 4 7   1 . 4 3 1 0   4 . 1 8 3 3   2 . 6 6 6 9   4 5 0 0   1 . 6 3 5 8   1 . 0 3 8 9   2 . 2 2 9 6   1 . 4 1 5 9   4 . 1 5 5 2   2 . 6 3 8 8   5 0 0 0   1 . 6 2 6 9   1 . 0 2 9 9   2 . 2 1 7 4   1 . 4 0 3 7   4 . 1 3 2 5   2 . 6 1 6 0       T ab le  4 .   Nan o - T ec h   g r id   ea r th in g   s y s te m s   ( co p p er ,   alu m i n u m ,   ir o n )   L e n g t h   ( m)   0 . 0 0 0 0 1   % w t .   n a n o p a r t i c l e s + S a n d   C o p p e r   ( m 2 )    A l u mi n u m (m 2 )   I r o n   ( m 2 )   2 0 x 5 0   5 0 x 5 0   2 0 x 5 0   5 0 x 5 0   2 0 x 5 0   5 0 x 5 0   5 0 0   3 . 1 0 × 1 0 - 03   2 . 3 0 × 1 0 - 03   4 . 8 0 × 1 0 - 03   3 . 6 0 × 1 0 - 03   0 . 0 1 8 2   1 . 3 3 × 1 0 - 02   1 0 0 0   2 . 6 0 × 1 0 - 03   1 . 8 0 × 1 0 - 03   4 . 1 0 × 1 0 - 03   2 . 8 0 × 1 0 - 03   0 . 0 1 5 5   1 . 0 7 × 1 0 - 02   1 5 0 0   2 . 5 0 × 1 0 - 03   1 . 7 0 × 1 0 - 03   3 . 9 0 × 1 0 - 03   2 . 6 0 × 1 0 - 03   0 . 0 1 4 6   9 . 8 0 × 1 0 - 03   2 0 0 0   2 . 4 0 × 1 0 - 03   1 . 6 0 × 1 0 - 03   3 . 8 0 × 1 0 - 03   2 . 5 0 × 1 0 - 03   0 . 0 1 4 1   9 . 3 0 × 1 0 - 03   2 5 0 0   2 . 3 0 × 1 0 - 0 3   1 . 5 0 × 1 0 - 03   3 . 7 0 × 1 0 - 03   2 . 4 0 × 1 0 - 03   1 . 3 8 × 1 0 - 02   9 . 0 0 × 1 0 - 03   3 0 0 0   2 . 3 0 × 1 0 - 03   1 . 5 0 × 1 0 - 03   3 . 6 0 × 1 0 - 03   2 . 3 0 × 1 0 - 03   1 . 3 6 × 1 0 - 02   8 . 8 0 × 1 0 - 03   3 5 0 0   2 . 3 0 × 1 0 - 03   1 . 5 0 × 1 0 - 03   3 . 5 0 × 1 0 - 03   2 . 3 0 × 1 0 - 03   1 . 3 4 × 1 0 - 02   8 . 6 0 × 1 0 - 03   4 0 0 0   2 . 3 0 × 1 0 - 03   1 . 4 0 × 1 0 - 03   3 . 5 0 × 1 0 - 03   2 . 3 0 × 1 0 - 03   1 . 3 3 × 10 - 02   8 . 5 0 × 1 0 - 03   4 5 0 0   2 . 3 0 × 1 0 - 03   1 . 4 0 × 1 0 - 03   3 . 5 0 × 1 0 - 03   2 . 2 0 × 1 0 - 03   1 . 3 2 × 1 0 - 02   8 . 4 0 × 1 0 - 03   5 0 0 0   2 . 3 0 × 1 0 - 03   1 . 4 0 × 1 0 - 03   3 . 5 0 × 1 0 - 03   2 . 2 0 × 1 0 - 03   1 . 3 2 × 1 0 - 02   8 . 3 0 × 1 0 - 03       6.   CO NCLU SI O N   Nan o p ar ticles  d is tr ib u t io n   i n   th e  s o il  h as  b ee n   co n tr o lled   in   r ed u ctio n   o f   s o il  r esis tiv it y   th at  h as   af f ec ted   o n   g r o u n d in g   r esi s t an ce   o f   ea r t h in g   s y s te m .   P e n etr atio n   o f   n a n o p ar ticles  i n s id e  s o il  m a tr ix   i s   ac ce p tin g   c h a n g in g   t h e  elec tr i ca l  p r o p er ties   o f   s o il  r esi s ti v i t y   t h at  h as  b ee n   i n cr ea s i n g   c o n d u cti v it y   to   f lo w   th e  f a u lt  c u r r en t s   f r o m   t h e  el ec tr i c  p o w er   s y s te m .   A   s m al l   co n ce n tr atio n   o f   co n d u cti v e  n an o p ar ticles   o f   t h e   s a m e  e lectr o d e  m ater ial  h elp s   to   r ed u ctio n   th e   ea r th i n g   r esis ta n ce   to   b e  m icr o - o h m .   Nan o - T ec h   ea r t h in g   m et h o d o lo g y   h a s   b ee n   tr ea ted   p o w er   s u b s tat io n   s o il  w i th   n a n o p ar tic les  th at  h as  b ee n   d ed u ce d   m o r e  ef f icie n t   p r o ce d u r e  f o r   o b tain in g   s o il r e s is ti v it y   r ed u ctio n   w it h   r esp ec t to   tr ad itio n al  m eth o d o lo g y .   Nan o - T ec h   ea r th in g   s y s te m s   i s   m o r e  e f f icie n t  f o r   c o n tr o llin g   i n   g r o u n d i n g   s y s te m   p ar a m eter s   o f   e lectr ical  s u b s tatio n s   w it h   r esp ec t   to   ty p e  an d   co n ce n tr atio n   o f   in clu s io n s   b ec au s e  o f   t h e  c o n d u cti v e  n a n o p ar ticles  in cr e ase  th e  n u m b er   o f   elec tr o p o r ated   ce lls ,   th e y   h av e   a  m o r e  p r o n o u n ce d   i m p ac t o n   th e  s o il e lectr i f icatio n       ACK NO WL E D G E M E NT S     T h e  p r esen t  w o r k   w a s   s u p p o r ted   b y   h i g h   v o ltag e   lab o r ato r y   t h at  h as  b ee n   es tab lis h ed   o n   2 0 1 6   an d   f o llo w ed   th e   E lectr ical  E n g in ee r in g   Dep ar t m e n t,  C o lleg e   o f   E n g i n ee r i n g   at  Qa s s i m   Un i v er s it y   in   B u r a y d a h ,   KS A .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   3 ,  J u n e  2 0 2 1   :   1 8 5 7   -   1864   1864   RE F E R E NC E S   [1 ]   A .   T h .   M o h a m e d ,   a n d   O.   E.   G o u d a ,   “ G ro u n d in g   S y ste m s  f o r  El e c tri c   S u b sta ti o n s  in   No n - Un if o rm   S o il :   De sig n   a n d   Op e ra ti o n , ”  L AP   L AM BE RT   Ac a d e mic ,   2 0 1 4 .   [2 ]   M d .   A b d u s  S A LA M ,   Q.  M .   Ra h m a n ,   S .   P .   A N G ,   a n d   F .   W e n ,   “ S o il   re sistiv it y   a n d   g ro u n d   re sist a n c e   f o r  d r y   a n d   w e t   so il , ”   J o u rn a l   o f   M o d e rn   Po we r S y ste ms   a n d   Cle a n   En e rg y ,   v o l.   5 ,   p p .   2 9 0 - 2 9 7 ,   2 0 1 7 .   [3 ]   O .   E .   G o u d a ,   “ De s ig n   P a r a m e te r s   o f   E l e c t r i c a l   N e tw o r k   G r o u n d i n g   S y s t e m s , ”   I G I   G l o b a l   P u b l i s h e r ,  p p .   1 - 3 1 6 ,  2 0 1 8 .   [4 ]   Ch .   C.   T u n g ,   a n d   S .   C.   L i m ,   “ P e rf o r m a n c e   o f   e le c tri c a l  g ro u n d in g   s y ste m   in   so il   a t  lo w   m o istu re   c o n ten t  c o n d it io n   a t  v a rio u s c o m p re ss io n   lev e ls,”   J o u rn a l  o f  E n g i n e e rin g   S c ien c e   a n d   T e c h n o l o g y ,  v o l .   1 2 ,   n o .   1 ,   p p .   2 7 - 4 7 ,   2 0 1 7 .   [5 ]   M .   S h .   Re ff in ,   N.  M .   No r,   N.  N .   A h m a d   a n d   S .   A b d u ll a h ,   “ P e rfo rm a n c e   o f   P ra c ti c a l  G ro u n d in g   S y st e m s   u n d e r   Hig h   Im p u lse   Co n d i ti o n s,”   En e rg ies ,  v o l.   1 1 ,   n o .   1 1 ,   p p .   3 1 8 7 ,   2 0 1 8 .   [6 ]   L .   M .   P o p o v i c ,   “ P r a c t i c a l   M e t h o d s   f o r   A n a l y s i s   a n d   D e s i g n   o f   H V   I n s t a l l a t i o n   G r o u n d i n g   S y s t e m s , ”   P a p e r b a c k ,   2 0 1 8 .   [7 ]   A .   M a k k i e h ,   A .   E m h e m e d ,   D .   W a n g ,   A .   J u n y e n t - F e r r e ,   a n d   G .   B u r t ,   “ I n v e s t i g a t i o n   o f   d i f f e r e n t   s y s t e m   e a r t h i n g   s c h e m e s   f o r   p r o t e c t i o n   o f   l o w - v o l t a g e   D C   m i c r o g r i d s , ”  T h e   J o u r n a l   o f   E n g i n e e r i n g ,  v o l .   2 0 1 9 ,   no.   1 8 ,   p p .   5 1 2 9 - 5 1 3 3 ,   2019.   [8 ]   Q.  X u ,   J.  He ,   S .   Hu a n g ,   J.  Zen g ,   Ch .   F a n ,   a n d   W .   W a n g ,   “ Re s e a r c h e s  o n   g ro u n d in g   m o d e s  o f   th e   A C/DC  h y b rid   s y s t e m   w i t h   v a r i o u s   d i s t r i b u t e d   r e n e w a b l e   e n e r g y , ”   T h e   J o u r n a l   o f   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   2019 ,   n o .   1 6 ,   p p .   3 0 3 5 - 3 0 3 8 ,   2 0 1 9 .   [9 ]   C h .   Z h a o ,   L .   T a n g ,   D .   H u a n g ,   J .   X i a ,   X .   L i u ,   a n d   X .   X u ,   “ S t u d y   o n   t h e   s c h e m e   d e s i g n   o f   i n t e g r a t e d   g r o u n d i n g   s y s t e m   f o r   a   5 5 0   k V   g a s   i n s u l a t e d   t r a n s m i s s i o n   l i n e , ”   T h e   J o u r n a l   o f   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   2 0 1 9 ,   n o .   1 6 ,     p p .   2 5 5 1 -   2 5 5 5 ,   2 0 1 9 .   [1 0 ]   A .   S u n jerg a a ,   Q.  L ia,  D.  P o lj a k c ,   M .   R u b in ste in d ,   a n d   F .   Ra c h i d ia,  “ Iso late d   v s.  In terc o n n e c ted   W in d   T u r b in e   G ro u n d i n g   S y ste m s:  E ff e c t  o n   th e   Ha r m o n ic  G ro u n d in g   Im p e d a n c e ,   G ro u n d   P o ten ti a l  Rise   a n d   S tep   Vo lt a g e , ”   El e c tric P o we r S y ste ms   Res e a rc h , v o l.   1 7 3 ,   p p .   2 3 0 - 2 3 9 ,   2 0 1 9 .   [1 1 ]   L .   K.  Yu a n   Je t,   N.  E.   En g ,   a n d   N.   M .   No r,   “ De sig n   o f   a   S u b sta ti o n   G ro u n d i n g   S y s t e m   f o r  F a st  F ro n t  Ov e rv o lt a g e , ”   In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  Rec e n t  T e c h n o l o g y   a n d   En g i n e e rin g ,   v o l   . 8 ,   n o .   3 S ,   p p .   2 0 - 2 4 ,   2 0 1 9 .   [1 2 ]   M.   F.   B.   R.   G o n ç a lv e sa , c ,   E.   G .   d a   Co sta b ,   A .   F .   A n d ra d e a ,   V .   S .   Brit o d ,   G .   R.   S .   L irab ,   a n d   G . V . R.   X a v ier,   “ G r o u n d i n g   s y s t e m   m o d e l s   f o r   e l e c t r i c   c u r r e n t   i m p u l s e , ”  E l e c t r i c   P o w e r   S y s t e m s   R e s e a r c h ,  v o l .   1 7 7 ,   n o .   1 0 5 9 8 1 ,   2 0 1 9 .   [1 3 ]   “ IEE E  S td   8 0 - 2 0 1 3   ( Re v isio n   o f   IEE E  S t d   8 0 - 2 0 0 0 /In c o r p o ra tes   I EE E  S t d   8 0 - 2 0 1 3 /Co r  1 - 2 0 1 5 ), ”   I EE E  Gu i d e   fo r   S a fety   i n   AC  S u b sta t io n   Gr o u n d in g ,   2 0 1 3 .   [1 4 ]   A .   T h a b e t,   S .   A b d e lh a d y   a n d   A b d e l - M o a m e n   M .   A . ,   “ De si g n   o f   m u lt i - n a n o p a rti c les   tec h n iq u e   f o r  e n h a n c in g   m a g n e ti c   c h a r a c teriz a ti o n   o f   p o w e r   tran s f o rm e rs  c o re s , ”  Ad v a n c e s  in   El e c trica l  a n d   El e c tro n i c   En g in e e rin g   J o u rn a l ,  v o l .   1 6 ,   n o.   2 ,   p p .   1 6 7 - 1 7 7 ,   2 0 1 8 .     [1 5 ]   A .   T h a b e t,   M .   S a m ir,   a n d   M o u n tas se r  M .   M .   M a h m o u d ,   “ Ne w   D e sig n   f o r  p o ly p ro p y len e   th in   f il m   o f   HV   m e talli z e d   p o w e r  c a p a c it o r  u sin g   m u lt ip le  n a n o p a rti c les   tec h n iq u e , ”  2 0 1 8   T we n ti e t h   In ter n a ti o n a l  M id d le  Ea s t   Po we r S y ste ms   Co n fer e n c e   ( M EP CON) ,   Ca iro ,   Eg y p t,   2 0 1 8 ,   p p .   1 2 2 - 1 2 7 .     [1 6 ]   A .   T h a b e t,   a n d   Y.   A .   M u b a ra k   “ T h e r m a l  Ex p e rim e n t  A n a l y sis  fo r  Die lec tri c   Ch a ra c teriz a ti o n   o f   Hig h - De n sity   P o l y e t h y l e n e   N a n o c o m p o s i t e s , ”  A d v a n c e s   i n   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g ,  v o l .   1 4 ,   n o.   3 ,   p p .   2 9 5 - 3 0 3 ,   2016.   [1 7 ]   O.  G o u d a ,   a n d   A .   T h a b e t,   “ E x p e rime n tal  V e rif ica ti o n   o n   E n h a n c in g   El e c tri c   a n d   Die lec tri c   P h e n o m e n a   o f  T ra n s f o r m e r  Na n o f lu id s , ”  M a ter ia ls R e se a rc h  Pro c e e d i n g s   v o l .   1 ,   p p .   2 4 3 - 246 ,   2 0 1 6 .     [1 8 ]   A .   T h a b e t,   a n d   Y.  A .   M u b a ra k   “ Ex p e ri m e n tal  En h a n c e m e n t  f o r  El e c tri c   P ro p e rti e s  o f   P o ly e th y len e   Na n o c o m p o sites   u n d e r  T h e r m a l  Co n d it io n s , ”  Ad v a n c e s  in   El e c tri c a l  a n d   El e c tro n ic  En g in e e rin g ,   v o l.   1 5 ,   n o.   1 ,     p p .   5 5 - 6 2 ,   2 0 1 7 .     [1 9 ]   A .   T h a b e t, ”   T h e o re ti c a l  A n a l y sis   f o r  e ff e c ts   o f  n a n o p a rti c les   o n   d iele c tri c   c h a ra c teriz a ti o n   o f   e lec t rica l  in d u stria l   m a teria ls,”   El e c trica l  En g i n e e rin g ,  v o l.   9 9 ,   n o .   2 ,   p p .   4 8 7 - 4 9 3 ,   2 0 1 7 .     [2 0 ]   A   T h a b e t,   a n d   Y.  A .   M u b a ra k , ”   T h e   Eff e c t  o f  Co st - F e we r  Na n o p a rti c les   o n   th e   El e c tri c a l  P r o p e rt i e s  o f   P o ly v in y l  Ch lo ri d e , ”   El e c trica l  E n g in e e rin g ,  v o l.   9 9 ,   n o .   2 ,   p p .   6 2 5 - 6 3 1 ,   2 0 1 7 .   [2 1 ]   S .   Na g h d i,   K.  Y.  R h e e ,   D.  Hu i  a n d   S .   Ji n   P a rk ,   “ A   Re v ie w   o f   Co n d u c ti v e   M e tal  Na n o m a teria ls   a s  Co n d u c ti v e ,   T ra n sp a re n t,   a n d   F lex ib le  Co a ti n g s,  T h in   F il m s,  a n d   Co n d u c ti v e   F il lers :  Di ff e re n t  De p o siti o n   M e th o d s  a n d   A p p li c a ti o n s , ”  Co a ti n g s ,  v o l.   8 ,   n o .   8 ,   p p .   1 - 2 7 ,   2 0 1 8 .   [2 2 ]   S h .   A h m a d ,   K.  S u b h a n i,   A .   Ra sh e e d ,   M .   A sh ra f ,   A .   Af z a l,   B.   Ra m z a n   a n d   Z.   S a rw a r ,   “ De v e lo p m e n t  o f   Co n d u c t iv e   F a b r ics   b y   Us in g   S il v e r   Na n o p a rti c les   f o r  El e c tro n ic  A p p li c a ti o n s , ”  J o u rn a l  o f  El e c tro n ic  M a ter ia ls ,   v o l .   4 9 ,     p p .   1 3 3 0 - 1 3 3 7 ,   2 0 2 0 .   [2 3 ]   Jr.  R.   B.   Ca rp e n ter,   a n d   J.   A .   L a n z o n i ,   “ De sig n in g   f o r  A   L o w   Re sista n c e   Earth   I n terf a c e   ( G ro u n d i n g ), ”   L ig h t n in g   El imin a to rs   a n d   Co n su lt a n ts ,   In c . ,   p p .   1 - 1 6 ,   2 0 0 7 .   [2 4 ]   A.   L .   V ik ra m ,   V a g h a m sh i,   a n d   K.   A ,   S o n a g ra ,   “ S u b sta ti o n   G ro u n d i n g   G rid   De sig n   Ca se   S tu d y   U sin g   M a tl a b , ”   in   In ter n a t io n a l  J o u rn a l  f o r  S c ie n ti fi c   Res e a rc h   a n d   De v e lo p me n t ,   v o l .   2 ,   n o .   3 ,   p p .   7 4 8 - 7 5 1 ,   2 0 1 4 .     [2 5 ]   R.   S h a riati n a sa b ,   J.   G h o li n e z h a d ,   “ T h e   e f fe c t  o f   g ro u n d i n g   sy ste m   m o d e li n g   o n   li g h tn in g - re late d   stu d ies   o f   tran sm issio n   li n e s , ”  J o u r n a l   o f  Ap p li e d   Res e a rc h   a n d   T e c h n o lo g y ,  v o l.   15 ,  n o .   6 ,  p p .   5 4 5 - 5 5 4 ,   2 0 1 7 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.