Simulation of Inductive Coupling Between Overhead Line and Buried Counterpoise in ATPDraw
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Simulering av induktiv koppling mellan luftlina och nedgrävd marklina i ATPDraw (Swedish)
Abstract [en]
Due to the high soil resistivity in Sweden, it is common to use an earth continuity conductor, or continuous counterpoise, in the earthing arrangements in the transmission system. This leads to situations where inductive coupling might occur between the phase conductors in the air, and its continuous counterpoise conductor in the soil. This coupling situation is more complex than if all conductors are in the same medium, usually air. Therefore, commonly used transient simulation softwares like ATPDraw or PSCAD, that calculate in time domain, lack a simple way of modeling this coupling situation. This thesis investigates whether the time domain simulation software ATPDraw, running the solver ATP, can be used to model the inductive coupling between conducting structures in different media, like the coupling between conductors in air and conductors in soil. If this was possible it would reduce the need to switch between different softwares, modeling the same setup several times, and streamline the process when investigating inductive coupling. The matrix import object in ATPDraw was used to import the admittance- and impedance matrices for the systems of conductors. These matrices were constructed using MATLAB to calculate the self- and mutual impedances and admittances for each conductor. The simulation behaviour of the matrix-based model was evaluated using both ATPDraw and a frequency domain solver, XGS Lab, to construct comparison models. The method suggested seems to be able to model and simulate the inductive coupling using ATPDraw. However, there is still some uncertainty around the capabilities and stability of the matrix import object. The results provide one potential method of simulating the inductive coupling of conductive structures in different media using ATPDraw. Further studies into the capabilities of the software and the modeling tool used would be valuable.
Abstract [sv]
På grund av den höga markresistiviteten i Sverige så är det vanligt att en genomgående marklina, ofta nedgrävd, används i jordningsystemen för transmissionsnätet. Det leder till att induktiv koppling mellan fasledarna och marklinan kan uppstå. Denna kopplingssituation är mer komplex än om alla ledare är i samma medium, som luft. Därför saknar vanligt förekommande transienta simuleringsprogram, som ATPDraw eller PSCAD, enkla sätt att modelera denna situation. Detta arbete undersöker om tidsdomänssimuleringsmjukvaran ATPDraw, som kör ATP, kan användas för att modellera den induktiva kopplingen mellan ledande strukturer i olika media, som kopplingen mellan ledare i luft och ledare i mark. Om detta vore möjligt skulle det minska behovet att byta mellan olika mjukvaror, där samma modell behöver konstrueras flera gånger, och förenkla processen för att undersöka förekomsten av induktiv koppling i system. Matrisimportobjektet i ATPDraw användes för att importera imperdans- och admittansmatriserna för ledarkonfigurationerna. Matriserna konstruerades i MATLAB där egenimperdans, ömsimperdans och shuntadmittans beräknades för varje ledare. Genom att använda både ATPDraw och frekvensdomänslösaren XGS Lab kunde jämförelsemodeller konstrueras. Med dessa utvärderades den matrisbaserade modellens simuleringsbeteende. Den föreslagna modelleringstekniken verkar kapabel att simulera den induktiva kopplingen mellan ledare i olika media i ATPDraw. Dock kvarstår osäkerheter kring förmågorna och stabiliteten hos modeleringsverktyget matrisimport. Resultaten visar på ett möjligt sätt att simulera induktiv koppling mellan ledare i olika media då ATPDraw används. Framtida studier där funktionaliteten av mjukvaran och det använda modelleringsverktyget undersöks skulle vara värdefulla.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 54
Series
TRITA-EECS-EX ; 2025:633
Keywords [en]
Earth Continuity Conductor, Continuous Counterpoise, Induced Current, Inductive Coupling, Electrical Safety, ATPDraw
Keywords [sv]
Genomgående marklina, Markledare, Inducerad ström, Induktiv koppling, Elektrisk säkerhet, ATPDraw
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-371802OAI: oai:DiVA.org:kth-371802DiVA, id: diva2:2007699
External cooperation
Svenska Kraftnät
Subject / course
Electric Power and Energy Systems
Educational program
Master of Science - Electric Power Engineering
Supervisors
Examiners
2025-10-302025-10-202025-10-30Bibliographically approved