I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   6 ,   No .   6 Dec em b er   201 6 ,   p p .   2 5 4 5 ~ 2 5 5 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 6i 6 . 1 1 6 5 1          2545       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   O v ervo ltag e Eff e cts on  G ro und  G r id Sys te m s o f  Sin g le and Tw o   Neig hbo ring  H ig h Volta g e Subs tat io ns       K rung   L uew a t t a na Aphi ba l P ruks a nu ba l   De p a rtme n o f   El e c tri c a l   En g in e e rin g ,   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Kin g   M o n g k u t’s  Un iv e rsity   o f   T e c h n o lo g y   No rth   Ba n g k o k T h ailan d       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   27 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   J u l 4 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   J u l   1 8 ,   2 0 1 6     T h e   p o w e r   n e tw o rk s w it h   re li a b le  tran s m issio n   a n d   d istri b u ti o n   sy ste m s   re q u ire  h ig h   v o lt a g e   su b sta ti o n w it h   e ff e c ti v e   g ro u n d   g rid   s y ste m s.   T h e re f o re ,   th is  stu d y   a i m e d   to   a n a ly z e   th e   e ff e c ts   o o v e rv o lt a g e   o n   g ro u n d   g rid   sy st e m w it h in   h ig h   v o lt a g e   su b sta ti o n in   tw o   c a se s,  in c l u d i n g   a   sin g le   su b sta ti o n   a n d   th e   tw o   n e ig h b o r in g   su b sta ti o n s ,   b y   u sin g   AT P /E M T P   a n d   A NSYS   so f t wa re s.  T h e   si m u latio n w e re   p e rf o r m e d   to   sh o w   b o th   p lo tt in g   g ra p h a n d   3 re su lt w h e n   th e   fa u lt   c u rre n f lo w e d   in to   th e   g ro u n d   g rid o f   su b sta ti o n a v a rio u p o siti o n s.  I n   c a se   o th e   sin g le  h ig h v o lt a g e   s u b sta ti o n ,   th e   o v e rv o lt a g e   w a s   h ig h e st  w h e n   th e   f a u lt   c u rre n w a s   in jec ted   a t   th e   c o rn e o f   g ro u n d   g rid .   Ho w e v e r,   in   c a s e   o t w o   n e ig h b o rin g   h i g h   v o lt a g e   su b sta ti o n s,  th e   lev e ls  o f   o v e rv o lt a g e   w e r e   si m il a b e t w e e n   th a c a u se d   b y   in jec ti n g   th e   f a u lt   c u rre n a t h e   c e n ter  a n d   a th e   c o r n e o f   g ro u n d   g rid .   T h e   sim u latio n   sh o w e d   th a t   o v e rv o lt a g e   w h ich   o c c u rrin g   a t h e   g ro u n d   g rid   o f   h ig h   v o lt a g e   su b sta ti o n   A   c o u l d   p e rm e a te  to   th e   g ro u n d   g ri d   o f   n e a rb y   h ig h   v o lt a g e   su b sta ti o n   B,   w h ich   n e v e rth e les d e p e n d in g   o n   th e   h o w   th e   f a u lt   c u rre n w a in jec ted   a d if fe re n sp o ts.   T h e   d a ta  f ro m   th e se   si m u latio n a n d   a n a ly sis  c a n   b e   u se f u f o f u tu re   d e sig n o g ro u n d   g rid   sy ste m s   w it h   h ig h   re li a b il it y .   K ey w o r d :   Gr o u n d   g r id s y s te m   Gr o u n d   p o ten tial r is e   Hig h   v o lta g s u b s tatio n   Ov er v o lta g e   Co p y rig h ©   2 0 1 6   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A p h ib al  P r u k s a n u b al   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Fac u lt y   o f   E n g i n ee r in g ,   Kin g   Mo n g k u t s   U n i v er s it y   o f   T ec h n o lo g y   No r th   B an g k o k ,   P ib u ls o n g k r a m   R d . ,   B an g s u e,   B an g k o k ,   T h ailan d .     E m ail:  za r ab u r i @ y a h o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   No w ad a y s ,   elec tr icit y   is   g r ea tl y   i m p o r tan f o r   n atio n al  d e v elo p m e n in   s e v er al  asp ec ts .   I n itiall y ,   w h e n   th p o w er   en er g y   is   g en er ated ,   it  w il b tr an s m i tted   an d   d is tr ib u ted   f r o m   th p o w er   p lan ts   to   d o m est ic   u s er s   v ia  h ig h   v o ltag s u b s tat io n s .   I f   t h h ig h   v o ltag s u b s t atio n s   w er p er f o r m ed   w it h   h ig h   r eliab il it y ,   t h e y   ca n   tr an s f er   elec tr ical  p o w e r   ef f icie n tl y   an d   s a f el y .   I n d ee d ,   th r eliab ilit y   o f   h i g h   v o ltag eq u ip m e n t   tr e m en d o u s l y   d ep en d s   o n   th ef f ic ien c y   o f   t h g r o u n d   g r id   s y s te m s   w h ic h   ca n   p r ev e n th s u b s ta tio n s   d am a g e s   d u to   o v er v o lta g c au s ed   b y   th e   f a u lt   cu r r e n o r   t h n atu r al   d is aster s ,   s u ch   as  li g h t n i n g   s tr ik e s .   I f   th g r o u n d   g r id   s y s te m s   ar n o co r r ec tly   d esig n ed ,   th f a u l cu r r en w ill  n o b ef f ec ti v el y   d i s tr ib u ted   to   th e   g r o u n d   v ia  g r o u n d   g r id s .   T h is   m a y   r es u lt i n   r elea s in g   o f   lar g a m o u n t o f   r esid u al  o v er v o l tag t h at  ca n   ca u s e   en o r m o u s   d a m a g es  to   th h i g h   v o lta g eq u ip m en i n   t h s y s te m s ,   t h p er s o n ( s )   i n   th v icin it y   o f   g r o u n d ed   f ac ilit ies,  an d   also   t h s y s te m s   in   n ei g h b o r in g   s u b s ta tio n s   [ 1 ] .   I n   1 9 9 4 ,   E M T P   w a s   u s ed   to   s tu d y   a n d   an al y ze   t h m o d el  o f   g r o u n d   g r id   s y s te m .   I n   th is   s tu d y ,   th e   s i m u lat io n   a n al y s is   o f   t h li g h t n i n g   p r o tectio n   s y s te m   a s   w el as  t h d y n a m ic  b eh a v io r   o f   o v er v o ltag e   o cc u r r in g   o n   g r o u n d   s y s te m   v ia  tr an s m is s io n   lin e   m o d el   w a s   p er f o r m ed ,   a n d   t h r e s u l ts   o f   s i m u la tio n s   w er e   co m p ar ed   to   th a o f   ca lc u lati o n s   i n   ter m   o f   g r o u n d   p o te n tial  r is ( GP R )   [ 2 ] .   A d d itio n all y ,   i n   1 9 9 6 ,   th e   i m p ac ts   o f   o v er v o lta g in   a   lar g g r o u n d in g   s y s te m   wer s i m u la ted   b y   u s in g   E M T P   p r o g r am .   T h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  6 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 6   :   2 5 4 5     2 5 5 6   2546   co m p ar is o n s   o f   o v er v o lta g i n   v ar io u s   in j ec tio n   p o in t s   w e r s h o w n   [ 3 ] .   I n   2 0 0 1 ,   g r o u n d i n g   s y s te m   o f   tr an s m is s io n   l in w a s   m o d el ed   an d   s tu d ied   b y   u s i n g   A T P /EM T P .   T h ef f ec ts   o f   o v er v o ltag at  d i f f er en t   p o in ts   o n   t h g r o u n d   g r id s   w e r an al y ze d   ac co r d in g   to   th d if f er e n ce s   o f   g r id   s izes,  d ia m eter s   o f   co n d u cto r ,   s k i n   e f f ec ts ,   a n d   also   p er m itti v it y   an d   r esi s ti v it y   o f   s o i [ 4 ] .   I n   2 0 0 3 ,   th r esp o n s ti m o f   g r o u n d   r o d   i m p u ls e   w a s   s t u d ied   b y   cr ea tin g   m o d el  o f   d o u b le  ex p o n e n tial   ti m f u n ctio n   u s i n g   E MT P ,   w h ich   w as   d ev elo p ed   f r o m   t h i n v er s f a s Fo u r ier   tr an s f o r m atio n   ( I FF T ) .   T h is   w a s   ap p lied   to   s tu d y   th d y n a m ic  o f   li g h t n in g   p r o tectio n   g r o u n d   an d   t h ef f e cts  o f   ch ar g t h at  d is p er s in g   i n to   th g r o u n d   [ 5 ] .   I n   2 0 0 5 ,   t h tr an s ien t,  ca u s ed   b y   li g h t n in g   o n   tr an s m is s io n   l in e,   o n   g r o u n d in g   s y s te m   w as  s i m u lated   b y   u s i n g   f i n ite  d if f e r en ce   ti m d o m ai n   ( FDT D)   m et h o d .   T h r esu lt s   w er d ep en d ed   o n   t h d i f f er en ce s   o f   co n d u cto r   len g t h s   a n d   g r o u n d   g r id s   s izes   [ 6 ] .   R ec en tl y ,   C u r r en t   Di s tr ib u tio n   i n   E ar th   a n d   Gr o u n d in g   S y s te m   ( C DE GS )   p r o g r a m   h a s   b ee n   u s ed   f o r   illu s tr atin g   t h t h r ee - d i m e n ti o n al   ( 3 D)   p lo ts   o f p o w er   p la n g r o u n d i n g   s y s te m   th at   w as  ex p o s ed   to   t h e   lig h tn in g   c u r r en t .   T h r es u lt s   s u g g e s ted   t h at  t h s p atial  d i s t r ib u tio n s   o f   th s ca lar p o ten tia ls   a n d   th e   elec tr ic   f ield s   w er e lar g el y   af f ec ted   [ 7 ] .   I n   ad d itio n ,   th s ev er it y   o f   lig h t n i n g   s tr ik eo n   tr an s m is s io n   li n to w er   an d n ea r b y   g a s   p ip eli n w a s   ex p lo r ed   b y   u s in g   P o w er   S y s te m   C o m p u ter   A id ed   Desig n   ( P SC A D)   an d   C DE GS   p r o g r am s ,   an d   C DE G S c o u ld   g iv m o r p r ec is r esu lt s   o f   t h ef f ec t o f   s o il st r u ct u r o n   in d u ce d   v o ltag [ 8 ] .   T h er ef o r e,   th is   r esear ch   ai m e d   to   an aly ze   t h ef f ec ts   o f   o v e r v o ltag o n   g r o u n d   g r id   s y s te m s   o f   h ig h   v o ltag e   s u b s tatio n s   b y   e x a m in in g   t h o v er v o ltag e   o cc u r r in g   at  v ar io u s   p o s itio n s   o f   t h g r o u n d   g r id   s y s te m s   i n   t w o   ca s es,   s i n g le  a n d   t w o   n ei g h b o r in g   s u b s tatio n s .   T h o v er v o ltag th at   o cc u r r ed   at  v ar io u s   p o s it io n s   w a s   s i m u lated   an d   o b s er v ed   b y   u s i n g   alter n ate  tr an s ie n p r o g r a m   ( A T P ) /elec tr o m ag n etic   tr an s ien ts   p r o g r a m   ( E MT P )   s o f t w ar e.   Mo s i m p o r tan tl y ,   t h d is tr ib u tio n   p atter n s   o f   elec tr ic  f ield   o n   th g r o u n d   g r id   s y s te m s   w er also   an a l y ze d   i n   3 - b y   u s i n g   A NSY S ( Ma x w el l 3 D)   s o f t w ar e.       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 . 1 .   Su bs t a t io G ro un di ng   Sy s t e m   T h g r o u n d   g r id   s y s te m s   o f   h ig h   v o ltag s u b s tat io n s   ar p ar ticu lar l y   i m p o r ta n f o r   p r ev en t in g   t h s u b s ta tio n s   f r o m   an y   d a m a g e s   ca u s ed   b y   f a u lt  c u r r en o r   tr an s ie n t,  esp ec iall y   w h ic h   m a y   af f ec t h s ta f f s   a n d   v ar iet y   o f   eq u ip m e n i n s id th s u b s tat io n s .   T h g r o u n d   g r id   s y s te m   i n cl u d es  all  th in ter co n n ec tio n   g r o u n d i n g   f ac ilit ie s ,   f o r   ex a m p le,   o v er h ea d   g r o u n d   w ir es,  g r o u n d   g r id s ,   n e u tr al   co n d u cto r s ,   an d   u n d er g r o u n d   ca b les [ 9 ].   Fig u r e   1   s h o w ed   ca s e   s tu d y   o f   s q u ar g r o u n d   g r id   th a w a s   d esi g n ed   ac co r d in g   to   t h s ta n d ar d   I E E E   Std .   8 0 - 2 0 0 0   [ 10 ] .   I ts   d im en s io n   w as 1 8   ×  1 8   m eter s   w h ic h   co n tai n i n g   4 5   g r o u n d   r o d s .   T h g r o u n d   g r id   w a s   b u r ied   0 . 5   m e ter   u n d er   s o il  s u r f ac e.   T h s o il  r esi s ti v it y   w a s   1 0   Ω - m .   T h e   r es is ta n ce   o f   th e   s u r f ac e   m ater ial  la y er ed   at  t h ic k n e s s   o f   0 . 1   m   w as  3 0 0 0   Ω - m .   T h co n d u cto r s   cr o s s   s ec tio n al  ar e w a s   9 5   m m 2 .   T h e   len g th   o f   ea c h   g r o u n d   r o d   w a s   3   m eter s .   I n   ad d itio n ,   th f a u lt  cu r r en at  2 0   k A   m a g n it u d w as  d esi g n a ted   to   f lo w   th r o u g h   t h co n d u cto r .           Fig u r 1 .   Sq u ar Gr o u n d   Gr id   S y s t e m   W it h   Gr o u n d   R o d s   f o r   Sin g le  S u b s tatio n       2 . 2 .   Def ini t io ns   o f   T o lera ble  Vo lt a g e   2 . 2 . 1 .   F a ult  Curre nt  Div is io n F a ct o     Fau lt  c u r r en d i v is io n   f ac to r   is   f ac to r   t h at  s h o w i n g   t h in v er s ed   r atio   o f   th s y m m et r ical  f au lt   cu r r en t to   th at  p o r tio n   o f   t h c u r r en w h ich   f lo w i n g   b et w ee n   th g r o u n d   g r id   an d   t h n ei g h b o r in g   s o il.     2 . 2 . 2 .   M a x i m u m   G r id Curr e nt   Ma x i m u m   g r id   cu r r en i s   t h m u ltip licatio n   b et w ee n   t h d ec r e m en f ac to r   f o r   th e n tire   d u r atio n   o f   f au lt  an d   r m s   s y m m etr ical  g r id   cu r r en t.  I ca n   also   b ca lc u lated   b y   m u ltip licatio n   b et wee n   t h d ec r e m e n f ac to r   f o r   th en tire   d u r atio n   o f   f a u lt a n d   ze r o - sq u ar f au l t c u r r en t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708     Ove r vo lta g E ffects o n   Gro u n d   Gri d   S ystems   o f S in g le  a n d   Tw o   N eig h b o r in g   Hig h     ( K r u n g   Lu ewa tta n a )   2547     2 . 2 . 3 .   G ro un d P o t ent ia l R is e   ( G P R)   GP is   t h m a x i m u m   elec tr ical  v o lta g t h at  r ea c h es  to   a   s u b s tatio n s   g r o u n d   g r id .   I i s   ca lcu lated   i n   r elativ to   d is tan ce   o f   g r o u n d in g   p o in b y   m u lt ip licatio n   b et w ee n   m a x i m u m   g r id   cu r r en an d   r esis tan ce   o f   g r o u n d i n g   s y s te m .       2 . 2 . 4 .   Ste p Vo lt a g e   Step   v o ltag i s   th d if f er e n c o f   s u r f ac v o ltag b et w ee n   th f ee o f   p er s o n   w h o   walk i n g   o r   s tan d i n g   in   h i g h   v o lta g s u b s tatio n   d u r i n g   th e   o cc u r r en ce   o f   f a u lt  c u r r en t.  Step   v o lta g is   ca lc u lated   in   th e   d is tan ce   o f   1   m .   b et w ee n   th f ee t.     2 . 2 . 5 .   T o uch Vo lt a g e   T o u ch   v o ltag is   t h d i f f er e n c b et w ee n   t h r is i n g   g r o u n d   v o ltag an d   th s u r f ac v o lta g w h er s tan d i n g   p er s o n   to u ch e s   g r o u n d ed   s tr u ctu r e.     2 . 3 .   L a y do w M a t er ia o S o il Surf a ce   ins ide S ub s t a t io n   T h p av in g   s u r f ac in s id s u b s tatio n   m u s co n tai n   t h e m at er ials   w it h   h ig h   r es is ta n ce   i n   o r d er   to   in cr ea s t h r e s is ta n ce   b et w e en   t h p er s o n s   f ee a n d   t h l a y er ed   s u r f ac a n d   al s o   to   p r ev en t   t h d a m a g e s   f r o m   to u c h   v o ltag a n d   s tep   v o ltag e.   T h s tan d ar d   I E E E   Std . 8 0 - 2 0 0 0   r ec o m m en d s   t h at  t h e   la y er   o f   g r a v els o n   th s u r f ac s h o u ld   b 8 - 1 5   c m   th ick   [ 1 0 ] .   Mo r eo v er ,   th Me tr o p o litan   E lectr icit y   Au t h o r ity   ( ME A )   an d   t h P r o v in cial  E lectr icit y   Au t h o r ity   ( P E A )   g en er all y   s ca tter   t h g r av el s   o n   s o il  s u r f ac f o r   ab o u 1 0 - 2 0   cm   t h ic k ,   w h ic h   w as a l s o   u s e d   in   t h i s   s t u d y   as  s h o w n   in   Fig u r e   2.           Fig u r 2 .   Gr o u n d   Gr id   S y s te m   w it h   Sp r in k led   L a y d o w n   Ma t er ial       2 . 4 .   Desig n o f   E qu a t io ns   f o G ro un din g   G r ids   T h r esis tan ce   o f   g r o u n d i n g   s y s te m   o f   h i g h   v o ltag s u b s tati o n ,   th m a x i m u m   GP R   an d   th o th er   i m p o r tan t p ar a m eter s   co u ld   b ca lcu lated   b y   th f o llo w i n g   s t ep s     Firstl y ,   th m ax i m u m   g r id   c u r r en w as c alc u lated   b y   th eq u atio n s   1   an d   2   as f o llo w i n g :                                       ( 1 )                                                  ( 2 )       Fro m   th at,   t h f a u lt c u r r en t d i v is io n   f ac to r   co u ld   b o b tain e d   b y   t h eq u atio n   3   as  f o llo w i n g                                           ( 3 )   T h en ,   th g r o u n d   p o ten tial r is ( GP R )   co u ld   b ca lcu lated   b y   m u ltip lica tio n   b et w ee n   th m ax i m u m   g r id   cu r r en t a n d   th r esis tan ce   o f   g r o u n d in g   s y s te m   as  s h o wn   in   t h eq u atio n   4 .   T h r esis tan ce   o f   g r o u n d i n g   s y s te m   co u ld   b o b tain ed   b y   t h eq u atio n   5   as  f o llo w in g :                                         ( 4 )             *                (                  ) +               ( 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  6 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 6   :   2 5 4 5     2 5 5 6   2548     T h to ler ab le  s tep   v o ltag f o r   h u m an   w i th   b o d y   w eig h o f   5 0   an d   7 0   k g   an d   th to ler ab le  to u ch   v o ltag e   f o r   h u m a n   w it h   b o d y   w ei g h o f   5 0   k g   w er t h en   b ca lcu lated   b y   eq u at io n s   6 - 7   a n d   8 - 9 ,   r esp ec tiv el y ,   as f o llo w i n g :                                                                        ( 6 )                                                                       ( 7 )                                                                             ( 8 )                                                                           ( 9 )       T h m e s h   v o ltag a n d   th s tep   v o ltag co u ld   b ca lcu la ted   b y   th eq u a tio n s   1 0   an d   1 1   as f o llo w i n g :                                                       ( 1 0 )                                                     ( 1 1 )       T h s y m b o ls   a n d   d ef in itio n s   f o r   all  th ab o v eq u atio n s   w er d escr ib ed   as b elo w   A   ar ea   o f   g r o u n d   g r id s                   f au lt c u r r en t d i v is io n   f ac to r       r m s   s y m m e tr ical  g r id   f ac to r         ze r o - s eq u en ce   f au lt c u r r en t         m a x i m u m   r m s   c u r r en f lo win g   b et w ee n   g r o u n d   g r id   an d   e ar th   ( A )         d ec r em e n t f ac to r   f o r   t h en t ir d u r atio n   o f   f a u lt        ( s )   GP R   g r o u n d   p o ten tial r i s ( V)         r esis tan ce   o f   g r o u n d in g   s y s t e m                         to ler ab le  s tep   v o ltag f o r   h u m a n   w it h   5 0 k g   b o d y   w ei g h ( V)                 to ler ab le  s tep   v o ltag f o r   h u m a n   w it h   7 0 k g   b o d y   w ei g h ( V)                   to ler ab le  to u ch   v o ltag f o r   h u m a n   w it h   5 0 k g   b o d y   w ei g h t   ( V)                   to ler ab le  to u ch   v o ltag f o r   h u m a n   w it h   7 0 k g   b o d y   w ei g h t   ( V)         s u r f ac la y er   d er atin g   f ac to r         s u r f ac la y er   r esis t iv i t y                     d u r atio n   o f   s h o ck   cu r r e n t f r eq u en c y   ( s )       m es h   v o lta g ( V)       av er ag s o il r esi s ti v it y                     m e s h   f ac to r   d ef i n ed   f o r   n   p ar allel  co n d u cto r s       co r r ec tiv f ac to r   f o r   cu r r en t   ir r eg u lar it y         ef f ec ti v le n g th   o f               f o r   m es h   v o lta g ( m )         to tal  len g t h   o f   g r id   co n d u ct o r   ( m )       to tal  len g t h   o f   g r o u n d   r o d s   ( m )         s tep   v o ltag ( V)         m e s h   f ac to r   d ef i n ed   f o r   n   p ar allel  co n d u cto r         ef f ec ti v le n g th   o f               f o r   s tep   v o ltag ( m )   T h r esu lts   f r o m   ca lcu latio n   b y   all  th ab o v f o r m u las  w er u s ed   f o r   d r a w i n g   th f lo w   ch a r t [ 1 1 ]   an d   d esig n in g   t h g r o u n d   g r id   s y s t e m s   o f   h i g h   v o lta g s u b s tatio n s   ( Fig u r e   3 ) .   Fro m   t h eq u atio n s   1 to   5 ,   GP R   ca n   b ca lcu lated   eq u iv ale n t to   5 . 1 3 0   k V.   T h is   GP R   v alu w a s   u s ed   f o r   co m p ar i n g   w i th   t h r es u lts   o b tai n ed   f r o m   s i m u lat io n   u s i n g   t h A T P /EM T P   an d   A NSY S ( Ma x w ell)   p r o g r a m s .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708     Ove r vo lta g E ffects o n   Gro u n d   Gri d   S ystems   o f S in g le  a n d   Tw o   N eig h b o r in g   Hig h     ( K r u n g   Lu ewa tta n a )   2549   C O N D U C T O R   S I Z E 3 I o ,   t c ,   d   C O N D U C T O R   S I Z E 3 I o ,   t c ,   d   T O U C H   &   S T E P   C R I T E R I A E   t o u c h 5 0   o r   7 0 ,   E   s t e p 5 0   o r   7 0 T O U C H   &   S T E P   C R I T E R I A E   t o u c h 5 0   o r   7 0 ,   E   s t e p 5 0   o r   7 0 I N T I A L   D E S I G N D ,   n ,   L c ,   L T ,   h   I N T I A L   D E S I G N D ,   n ,   L c ,   L T ,   h   G R I D   R E S I S T A N C E R g ,   L c ,   L R   G R I D   R E S I S T A N C E R g ,   L c ,   L R   G R I D   C U R R E N T I G , G R I D   C U R R E N T I G , I G   R g   <   E   t o u c h I G   R g   <   E   t o u c h M E S H   &   S T E P   V O L T A G E S E m ,   E s ,   K m ,   K s ,   K i ,   K i i ,   K h M E S H   &   S T E P   V O L T A G E S E m ,   E s ,   K m ,   K s ,   K i ,   K i i ,   K h E m   <   E   t o u c h E m   <   E   t o u c h E s   <   E   s t e p E s   <   E   s t e p D E T A I L   D E S I G N D E T A I L   D E S I G N N O N O N O Y E S Y E S F I E L D   D A T A A R E A ,   ρ   E N D E N D M O D I F Y D E S I G N D ,   n ,   L c ,   L T M O D I F Y D E S I G N D ,   n ,   L c ,   L T     Fig u r 3 .   Si m u latio n   Flo w   C h ar t f o r   Desi g n i n g   t h Gr o u n d   Gr id   S y s te m       3.   G RO UND  G R I SI M UL A T I O NS   3 . 1 .   G ro un G ri d Si m u la t io ns   us ing   AT P / E M T P   A cc o r d in g   to   t h g r o u n d   g r id   s y s te m   ( Fi g u r e   1 ) ,   th e   co n f i g u r atio n   p ar a m eter s ,   an d   th e   ca lcu latio n   u s i n g   s i m u lat io n   f lo w c h ar t ( F i g u r e   3 ) ,   all  r es u lti n g   p ar a m e te r s   w er p u t i n to   t h A T P /EM T P   s o f t w ar a n d   t h p r o ce s s   o f   s i m u lat io n   w as  s tar ted   ac co r d in g   to   th m o d el  in   Fig u r 4             Fig u r e   4.   Mo d el  o f   Gr o u n d   Gr id   S y s te m   f o r   A T P /EM T P   P r o g r a m           ( a)       ( b )     Fig u r 5 .   Vo ltag Di s tr ib u tio n   ( a)   o n   Diag o n al  L in a n d   ( b )   at  th C o r n er s   o f   Gr o u n d   Gr id     w h e n   t h Fa u lt  C u r r e n t B ein g   I n j ec ted   at  th C en ter   o f   Gr o u n d   Gr id     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  6 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 6   :   2 5 4 5     2 5 5 6   2550   By   A T P /EM T P   s o f t w ar e,   th s i m u lat io n s   w er p r o ce s s ed   in   ca s o f   th 2 0   k A - f au l t c u r r en t   o r   th lig h tn in g   cu r r e n t b ein g   in j ec te d   d ir ec tly   at  t h ce n ter   ( Fi g u r e   5 )   o r   at  o n o f   th co r n er s   ( Fi g u r e   6 )   o f   g r o u n d   g r id .   T h o v er v o ltag at  th f o u r   co r n er s   an d   o n   t h d iag o n al   lin w er m ea s u r ed   an d   p lo tte d   as sh o w n   i n   Fig u r es   5   an d   6 .           ( a)       ( b )     Fig u r e   6 .   Vo ltag Dis tr ib u tio n   ( a)   o n   Diag o n al  L in a n d   ( b )   at  th C o r n er s   o f   Gr o u n d   Gr id     w h e n   th Fa u lt  C u r r e n t B ein g   I n j ec ted   at  th C o r n er   o f   Gr o u n d   Gr i d       3 . 2 .   G ro un G ri d Si m u la t io ns   us ing   ANSY S   3 . 2 . 1 .   Ca s o f   Sin g le  Su bs t a t io n   T h p ar am eter s   th at  w er ca lc u lated   in   s ec tio n   2 . 4   w er also   p r o ce s s ed   b y   A NS YS  s o f t w a r e.   Fig u r e   7   s h o w ed   t h m o d el  o f   s q u ar g r o u n d   g r id   co n n ec ti n g   with   g r o u n d   r o d s   w h ich   w as   u s ed   f o r   s i m u latio n   p r o ce s s .           Fig u r e   7 .   Mo d el  o f   G r o u n d   Gr i d   o f   Sin g le  S u b s tatio n   f o r   A N SYS  So f t w a re           ( a)       ( b )     Fig u r e   8 .   ( a)   Vo ltag es a n d   ( b )   E lectr ic  Field   Dis tr ib u t i o n   o n   Gr o u n d   Gr id   w h e n     Fau lt  C u r r e n t B ein g   I n j ec ted   A ll  O v er   t h Su r f ac o f   Gr o u n d   Gr id   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708     Ove r vo lta g E ffects o n   Gro u n d   Gri d   S ystems   o f S in g le  a n d   Tw o   N eig h b o r in g   Hig h     ( K r u n g   Lu ewa tta n a )   2551   B y   A N SYS  s o f t w ar e,   th s i m u latio n s   w er p er f o r m ed   in   ca s o f   th 2 0   k A - f a u lt  cu r r en o r   th lig h tn in g   c u r r en t b ein g   i n j ec ted   all  o v er   th s u r f ac ( Fig u r 8 ) ,   at  th ce n ter   ( Fi g u r e   9 )   o r   at  o n o f   t h co r n er s   o f   g r o u n d   g r id   ( Fig u r e   1 0 ) .   T h o v er v o ltag an d   3 - ele ctr ic  f ield   d is tr ib u tio n s   o n   t h g r o u n d   g r id   w er p r esen ted   in   Fi g u r es   8   to   1 0 .           ( a)       ( b )     Fig u r e   9 .   ( a)   Vo ltag es a n d   ( b )   E lectr ic  Field   Dis tr ib u t io n   o n   Gr o u n d   Gr i d   w h e n     Fau lt  C u r r e n t B ein g   I n j ec te d   at  th C e n t er   o f   Gr o u n d   Gr id         ( a)       ( b )     Fig u r e   1 0 .   ( a)   Vo ltag es a n d   ( b )   E lectr ic  Field   Dis tr ib u tio n   o n   Gr o u n d   Gr i d   w h e n     Fau lt  C u r r e n t B ein g   I n j ec te d   at  th C o r n er   o f   Gr o u n d   Gr i d       3 . 2 . 2 .   Ca s o f   T w o   Neig hb o r ing   Su bs t a t io n s   T h g r o u n d   g r id   s y s te m s   o f   t w o   n ei g h b o r in g   s u b s tat io n s ,   an d   B ,   w er in v est ig ated   s i m i lar l y   to   th e   s ec tio n   3 . 2 . 1 .     T h ese  t w o   s u b s t atio n s   h ad   th s a m s h ap e,   s iz e   an d   p ar am eter s   as s h o w n   i n   Fig u r e   11.           Hig h   Vo ltag Su b s ta tio n   A         Hig h   Vo ltag Su b s ta tio n   B     Fig u r e   11.   Mo d el  o f   Gr o u n d   Gr id   o f   T w o   Neig h b o r in g   S u b s tatio n s f o r   A NS YS  So f t w ar e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  6 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 6   :   2 5 4 5     2 5 5 6   2552   A l s o ,   th s i m u latio n s   b y   A NS YS  s o f t w ar w er p r o ce s s ed   in   ca s o f   th 2 0   k A - f a u lt  c u r r en o r   th e   lig h tn in g   cu r r en b ein g   i n j ec ted   al o v er   th s u r f ac ( Fig u r 1 2 ) ,   at  th ce n ter   ( Fig u r e   13) ,   o r   at   o n o f   th co r n er s   ( Fig u r e   1 4 )   o f   s u b s tati o n   A s   g r o u n d   g r id .   T h o v er v o ltag an d   3 - elec tr ic  f ield   d is tr ib u tio n s   o f   b o t h   s u b s ta tio n s   A   a n d   B   w er o b s er v ed .                                   ( a)     ( b )     Fig u r e   1 2 .   ( a)   Vo ltag es a n d   ( b )   E lectr ic  Field   Dis tr ib u tio n   o n   Gr o u n d   Gr id   o f   T w o   Neig h b o r in g   S u b s tatio n w h e n   Fau lt C u r r e n w a s   I n j ec ted   A ll O v er   th S u r f ac o f   Gr o u n d   Gr i d   o f   Su b s tatio n   A                                 ( a)   ( b )     Fig u r e   1 3 .   ( a)   Vo ltag es a n d   ( b )   E lectr ic   Field   Dis tr ib u tio n   o n   Gr o u n d   Gr id   o f   T w o   Neig h b o r in g   S u b s ta tio n s   w h e n   Fau lt C u r r en w a s   I n j ec ted   at  th C en ter   o f   Gr o u n d   Gr i d   o f   Su b s tatio n   A                                                 ( a)   ( b )     Fig u r e   1 4 .   ( a)   Vo ltag es a n d   ( b )   E lectr ic  Field   Dis tr ib u ti o n   o n   Gr o u n d   Gr id   o f   T w o   Neig h b o r in g   S u b s tatio n w h e n   Fau lt C u r r e n w a s   I n j e cted   at  th Co r n er   o f   Gr o u n d   Gr id   o f   Su b s t atio n   A       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708     Ove r vo lta g E ffects o n   Gro u n d   Gri d   S ystems   o f S in g le  a n d   Tw o   N eig h b o r in g   Hig h     ( K r u n g   Lu ewa tta n a )   2553   4.   RE SU L T A ND  D I SCU SS I O N   T h o v er v o ltag r esu lts   o b tain ed   in   Fig u r es   5   to   1 4   w er s u m m ar ized   an d   s h o w n   in   T ab les 1 ,   2   an d   3 .       T ab le  1 .   Vo ltag es o n   Gr o u n d   Gr id   w h e n   Fa u lt  C u r r e n ts   B ei n g   I n j ec ted   at  th C en ter   a n d   th C o r n er   o f   Gr o u n d   Gr i d   b y   Si m u la tio n   U s in g   A T P /EM T So f t w ar e   O v e r v o l t a g e   V a l u e s t h a t   O c c u r r e d   w h e n   t h e   F a u l t   C u r r e n t   B e i n g   I n j e c t e d   a t   t h e   Ce n t e r   a n d   t h e   C o r n e r   o f   G r o u n d   G r i d s     V o l t a g e s t h a t   O c c u r r i n g   o n     D i a g o n a l   L i n e   V o l t a g e s t h a t   O c c u r r i n g   a t   F o u r   C o r n e r s     N o d e   C u r r e n t   B e i n g   I n j e c t e d   a t   t h e   C e n t e r   ( k V )   C u r r e n t   B e i n g   I n j e c t e d   a t   t h e   C o r n e r   ( k V )     N o d e   C u r r e n t   B e i n g   I n j e c t e d   a t   t h e   C e n t e r   ( k V )   C u r r e n t   B e i n g   I n j e c t e d   a t   t h e   C o r n e r   ( k V )   0 0 0 1   0 . 3 2 0   4 . 7 6 5   0 0 0 2   0 . 3 1 3   4 . 7 6 5   0 0 0 3   0 . 3 1 9   0 . 3 3 1   0 0 0 3   0 . 3 1 3   0 . 3 3 0   0 0 0 4   4 . 7 9 5   0 . 3 3 1   0 0 0 4   0 . 3 1 3   0 . 3 3 0   0 0 0 5   0 . 3 1 9   0 . 3 3 1   0 0 0 1   0 . 3 1 3   0 . 3 3 0       T ab le  2 .   Vo ltag es o n   Gr o u n d   Gr i d   at  d if f er en U n d er g r o u n d   Dep t h s   w h en   Fa u lt  C u r r en t B ein g   I n j ec te d   all  o v er   th Su r f ac e,   at  t h C e n ter   an d   th Co r n er   o f   Gr o u n d   Gr i d   o f   Sin g le  S u b s tatio n   b y   Si m u la tio n   u s in g   A N SYS  S o f t w ar e   V o l t a g e s a t   D i f f e r e n t   D e p t h s o f   G r o u n d   G r i d   o f   S i n g l e   S u b st a t i o n       L e v e l s o f   De p t h   ( m)   C u r r e n t   B e i n g   I n j e c t e d   A l l   O v e r   t h e   S u r f a c e   o f   G r o u n d   G r i d   ( k V )   C u r r e n t   B e i n g   In j e c t e d   a t   t h e   C e n t e r   o f   G r o u n d   G r i d   ( k V )   C u r r e n t   B e i n g   I n j e c t e d   a t   t h e   C o r n e r   o f   G r o u n d   G r i d   ( k V )   0 . 1   0 . 9 9 1   1 . 3 1 9   1 . 7 0 4   0 . 5   1 . 0 5 8   3 . 9 7 5   5 . 1 7 0   3   0 . 5 9 1   1 . 3 1 9   1 . 7 0 4       T ab le  3 .   Vo ltag es o n   Gr o u n d   Gr id   at  d if f er en U n d er g r o u n d   Dep th s   w h en   Fa u lt  C u r r en t B ein g   I n j ec ted   at  all  o v er   th Su r f ac e,   at  t h Ce n ter   an d   th Co r n er   o f   Gr o u n d   Gr i d   o f     T w o   Neig h b o r in g   Su b s ta tio n s   b y   Si m u latio n   u s i n g   A   a n d   B   A N SYS  So f t w ar e   V o l t a g e s a t   D i f f e r e n t   D e p t h s o f   G r o u n d   G r i d   o f   t w o   n e i g h b o r i n g   s u b s t a t i o n s A   a n d   B       L e v e l s o f   De p t h     ( m)   C u r r e n t   B e i n g   I n j e c t e d   a l l   o v e r   t h e   S u r f a c e   o f   G r o u n d   G r i d   ( k V )   C u r r e n t   b e i n g   I n j e c t e d   a t   t h e   Ce n t e r   o f   G r o u n d   G r i d   ( k V )   C u r r e n t   B e i n g   I n j e c t e d   a t   t h e   C o r n e r   o f   G r o u n d   G r i d   ( k V )   S t a t i o n A   S t a t i o n B   S t a t i o n A   S t a t i o n B   S t a t i o n A   S t a t i o n B   0 . 1   0 . 5 8 7   0 . 4 5 3   1 . 0 8 9   1 . 0 8 9   0 . 0 2 7   0 . 0 2 7   0 . 5   0 . 7 8 7   0 . 3 2 0   3 . 7 7 4   1 . 0 8 9   3 . 7 1 0   0 . 0 2 7   3   0 . 3 2 0   0 . 0 5 2   1 . 0 8 9   1 . 0 8 9   0 . 0 2 7   0 . 0 2 7       I n   ad d itio n ,   th v a lu e s   f r o m   T ab les 2   an d   3   w er e   u s ed   to   p lo t th g r ap h s   in   Fig u r es   1 5   an d   1 6   to   co m p ar t h r esu l ts   o f   o v er v o l tag th a t o cc u r r in g   o n   t h g r o u n d   g r id .                             Fig u r 1 5 .   Vo ltag e s   at  Di f f er e n t D ep th s   o f   Si n g le  Su b s tat io n   w h en   Fa u lt  C u r r e n t     w as  I n j ec t ed   at  Var io u s   P o s it io n s   Fig u r 1 6 .   Vo ltag es a Di f f er e n t D ep th s   o f   T w o   Neig h b o r in g   S u b s ta tio n s   w h e n   Fa u lt C u r r en   w a s   I n j e cted   at  Var io u s   P o s itio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  6 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 6   :   2 5 4 5     2 5 5 6   2554   Fro m   T ab le  1 ,   th m a x i m u m   o v er v o ltag m ea s u r ed   d iag o n a ll y   w as  4 . 7 9 5   k V,   w h ich   w a s   l o w er   th a n   th ca lcu la ted   GP R   ( 5 . 1 3 0   k V)   f o r   8 . 3 4 6 %.   I n   ad d itio n ,   th m ax i m u m   o v er v o lta g e   at  th co r n er   w a s     4 . 7 6 5   k V,   w h ic h   w a s   lo w er   t h an   th ca lc u lat io n   f o r   7 . 1 1 9 %.  Ho w e v er ,   th e   o v er v o lta g e   m ea s u r ed   in   o t h er   n o d ar ea s   w a s   a s   lo w   as  ap p r o x i m atel y   3 0 0   b ec a u s e,   w h e n   t h o v er v o lta g w a s   d i s tr ib u ted   d o w n   t h e   d is tan ce   o f   g r o u n d   g r id   an d   t h d ep th   o f   r o d s   in to   t h ea r t h ,   t h r ed u ctio n   o f   v o ltag e   o cc u r r ed   as  s h o w n   i n   Fig u r es   8 a,   9 an d   1 0 a.   Fro m   T ab le   2   an d   Fig u r e   8 a,   w h e n   th f a u lt  cu r r en in j ec ted   all  o v er   th s u r f ac o f   g r o u n d   g r id ,   th o v er v o ltag w a s   f o u n d   ac r o s s   th s u r f ac o f   th g r o u n d   g r i d   an d   g r ad u all y   r ed u ce d   as  th d ep th   o f   g r o u n d   g r id   in   s o il  i n cr ea s ed .   T h m a x i m u m   v o lta g ( 1 . 0 5 8   k V)   w a s   d etec ted   at  t h d ep th   o f   0 . 5 m ,   w h ic h   w as  m u c h   lo w er   t h an   t h ca lc u lated   GP R   f o r   7 9 . 3 8 %.  T h is   m a y   b b ec au s e,   w h en   th f a u lt  cu r r e n t   w er d is tr ib u ted   all   o v er   th s u r f ac o f   t h g r o u n d   g r id ,   th elec tr ic  f ield   v ec to r   th en   d is tr ib u ted   u n if o r m l y   a n d   r esu lti n g   in   t h e   d ec r ea s o f   v io len ce   o f   th e   o v er v o ltag e as   s h o w n   i n   F ig u r e   8 b .   Ho w e v er ,   at  t h d ep th   o f   le s s   t h a n   0 . 1   m ,   t h o v er v o ltag w a s   m u c h   les s   b ec au s o f   t h h ig h   r esi s tan ce   o f   th la y d o w n   s u r f ac m ater ial.   Fro m   T ab le  2   an d   Fig u r es   9 a,   1 0 an d   1 5 ,   w h en   t h f a u lt  c u r r en w er in j ec ted   at  th ce n ter   an d   th e   co r n er   o f   g r o u n d   g r id ,   th o v er v o lta g w as  f o u n d   to   d is t r ib u te  its   v io len ce   i n   s p h er ic al  r ad iu s .   A ls o ,   th e   elec tr ic  f ield   v ec to r   w a s   f o u n d   to   d is tr ib u te  in   cir c u lar   r ad iu s   ar o u n d   th ce n ter   a n d   co r n er   o f   g r o u n d   g r id   as   s h o w n   i n   Fi g u r es   9 b   an d   1 0 b .   Fu r t h er m o r e,   t h o v er v o lta g w a s   f o u n d   to   d ec r ea s w h e n   t h d ep th   o f   g r o u n d   g r id   in   s o il  i n cr ea s ed .   T h m a x i m u m   o v er v o lta g at  t h ce n ter   ( 3 . 9 7 5   k V,   lo w er   t h a n   t h ca lcu lated   GP R   f o r   2 2 . 5 1 6 %)  a n d   th co r n er   o f   g r o u n d   g r id   ( 5 . 1 7 0   k V,   h ig h er   th a n   th ca lc u lated   GP R   f o r   0 . 7 7 6 %)  w er e   d etec ted   at  th d ep th   o f   0 . 5   m .   I n   ca s o f   i n j ec tin g   th e   f au l cu r r en at  t h co r n er   o f   g r o u n d   g r id ,   th e   o v er v o ltag e   w as  h i g h er   th a n   t h o th er   ca s es  b ec a u s t h f a u lt  c u r r en t   w as   in j ec ted   d ir ec tl y   in to   s i n g le   p o in t   o f   g r id s   co r n er ,   w h ic h     r esu lti n g   i n   th d is tr ib u tio n   o f   o v er v o ltag b ein g   li m ited   b o th   h o r izo n tall y   an d   v er ticall y .   T h elec tr ic  f ield   v ec to r   h ad   th h ig h es d en s it y   at  th co r n er   o f   g r o u n d   g r id   a n d   tr ied   to   leak   to   a   g r o u n d   g r id   co n d u cto r ,   w h ic h   r esu lti n g   i n   t h m ax i m u m   v io len ce   o f   o v er v o lta g t h at  w a s   h i g h er   th a n   t h e   ca lcu lated   GP R .   T ab le  3   an d   Fig u r es   1 2 an d   1 6   s h o w ed   t h ca s o f   s i m u latio n   o f   g r o u n d   g r id s   lo ca t ed   in   t w o   n eig h b o r in g   h ig h   v o ltag s u b s tat io n s   w h e n   t h f a u lt c u r r en w er i n j ec ted   all  o v er   th s u r f ac o f   s u b s tatio n   A.   I n   th i s   ca s e,   t h o v er v o lta g o cc u r r ed   o v er   all  th s u r f ac o f   th g r o u n d   g r id   an d   th e n   r ed u ce d   ac co r d in g   to   th d ep th   o f   g r o u n d   g r id   in   s o il.Ho w e v er ,   at  th e   d ep th   o f   g r o u n d   g r id   les s   t h an   0 . 1   m ,   th v io len ce   f r o m   o v er v o ltag e   w as  r at h er   lo w   d u to   h ig h   r esi s ta n ce   o f   th l a y d o w n   s u r f ac m ater ial.   T h m a x i m u m   v o lta g ( 0 . 7 8 7   k V)   w a s   d etec ted   at  th d ep th   o f   0 . 5   m   o f   g r o u n d   g r id ,   w h ich   w as    lo w er   t h an   th e   ca lcu lated   GP R   a s   m u c h   as   8 4 . 6 6 %b ec au s th e   f au lt  c u r r en t   w er e v en l y   d i s t r ib u ted   all  o v er   t h s u r f ac o f   t h g r o u n d   g r id ,   w h er th elec tr ic  f ield   v ec to r   also   d is tr i b u ted   u n i f o r m l y   as  s h o w n   i n   Fig u r e   1 2 b .   A th s a m d ep th   o f   0 . 5   m ,   th e f f ec o f   o v er v o lta g o n   s u b s tatio n   B   w as  d et ec ted   ( 0 . 3 2 0   k V)   an d   t h v o lta g w a s   lo w er   t h a n   ca lc u lated   GP R   f o r   9 3 . 7 6 % .   T h v io len c o f   o v er v o ltag o n   s u b s tatio n   B   w a s   m u c h   d ec r ea s ed   b ec au s o f   th r ed u ctio n   b y   th e   g r o u n d   g r id   o f   h ig h   v o l tag s u b s tat io n   A ,   th r e s is ta n ce   o f   s o il,  a n d   t h d is ta n ce   b et w ee n   h i g h   v o lta g s u b s ta tio n s   A   a n d B .   Fr o m   Fi g u r es   1 3 a n d   1 4 a,   th   f au lt   c u r r en w a s   i n j ec ted   at   th e   ce n ter   an d   t h co r n er   o f   g r o u n d   g r id   o f   s u b s tatio n   A ,   r es u lti n g   in   s i m ilar   m a x i m u m   o v er v o ltag e   at  3 . 7 7 4   k an d   3 . 7 1 0   k V,   r esp ec tiv el y ,   w h ic h   w er lo w er   t h a n   t h ca lcu lat ed   GP R   f o r   2 6 . 4 4 an d   2 7 . 6 8 %,  r esp ec tiv el y .   T h eir   v io l en ce   w as  f o u n d   to   d is tr ib u te  i n   cir cle,   w h er t h elec tr ic  f ield   v ec to r   al s o   d is tr ib u ted   s p h er icall y   ar o u n d   th ce n ter   an d   t h e   co r n er   o f   g r o u n d   g r id   as  s h o w n   i n   Fig u r es   1 3 b   an d   1 4 b .   T h o v er v o ltag e   w as  r ed u ce d   w h e n   t h d ep th   o f   g r o u n d   g r id   in   s o il  i n cr ea s ed .   B y   i n j ec tin g   th f au lt  cu r r en t   at  th ce n ter   an d   t h co r n er   o f   g r o u n d   g r id ,   th e   m ax i m u m   o v er v o lta g w a s   d e tecte d   at  t h d ep th   o f   0 . 5   m   ( 3 . 7 7 4   k an d   3 . 7 1 0   k V) ,   w h i ch   w er e   h i g h er   t h a th o s ca u s ed   b y   in j ec tin g   t h f au lt c u r r en t a l l o v er   t h s u r f ac o f   g r o u n d   g r id .   T h is   is   b ec au s th f a u lt c u r r en t   w a s   i n j ec ted   in to   a   s i n g le  s p o t o f   t h e   ce n ter   o r   th e   co r n er   o f   g r o u n d   g r id ,   h en ce   r es u lti n g   i n   h i g h er   v io le n ce   o f   o v er v o ltag t h a n   in j ec tin g   t h f au lt c u r r en t a ll o v er   th s u r f a ce   o f   g r o u n d   g r id .   I n ter esti n g l y ,   b o t h   ca s e s o f   i n j ec tin g   t h f au lt  c u r r en at   t h e   ce n ter   a n d   t h co r n er   o f   g r o u n d   g r id in   s u b s ta tio n   w er f o u n d   to   r e s u lt   i n   s i m ilar   ef f ec t s   o n   t h h ig h   v o ltag s u b s tatio n   B ,   an d   h av i n g   t h h i g h est   o v er v o ltag o n   s u b s ta tio n   B   at  1 . 0 8 9   k V,   w h ic h   w as  lo w er   th an   t h ca lcu la ted   GP R   f o r   7 8 . 7 7 %.  T h is   m a y   b e   b ec au s t h f a u lt  c u r r en w as  n o d ec lin ed   b y   t h g r o u n d   g r i d   o f   h i g h   v o lta g s u b s tatio n   A,   b u th e y   g ath er ed   in to   t h s i n g le  s p o at  t h ce n t er ,   th u s   r es u lti n g   th at   lar g q u an t it y   o f   t h o v er v o ltag co u ld   p en etr ate  an d   b in d u ce d   to   th g r o u n d   g r id   o f     h ig h   v o ltag s u b s ta tio n   B .   I n   th is   s t u d y ,   A T P /EM T an d   A NSY g a v th r esu lts   in   s i m ilar   d ir ec tio n .   A T P /EM T w a s   s i m p le   an d   ea s ier   to   u s a n d   d r a w   an d   also   g a v q u ick   p r o ce s s i n g ,   b u it  co u ld   b u s o n l y   to   p lo g r ap h s   o f   o cc u r r ed o v er v o latg v al u e s .   On   th o t h er   h a n d ,   A N SYS  c o u ld   clea r l y   ill u s tr ate  t h o v e r v o ltag an d   elec tr ic   f ield   d is tr ib u t io n   i n   3 D.   T h is   w a s   t h e   f ir s s t u d y   t h at  a p p lied   A NSYS  p r o g r a m   f o r   3 s i m u latio n   to   in v e s ti g ate   th o v er v o lta g an d   elec tr ic  f ield   d is tr ib u tio n   o n   g r o u n d   g r id s   i n   s o il u n d er n ea t h   o f   b o th   s in g le  an d   t w o   n eig h b o r in g   s u b s tatio n s ,   an d   also   to   co m p ar th o v er v o latag at  d if f er en d ep th s   o f   u n d er n ea th   s o il  an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.