•srr" LIBRARY ^Diversity or- morat MORATUWA f ? A ■ A’A. SRI LA NX. > / £>£E OS 11*1 MODELING OF POWER TRANSMISSION LINES FOR LIGHTNING BACK FLASHOVER ANALYSIS A CASE STUDY: 220kV BIYAGAMA - KOTMALE TRANSMISSION LINE Master of Science Dissertation M. CHAN AKA Department of Electrical Engineering University of Moratuwa, Sri Lanka SQ_\ 3 \0 S2A-3<>+?> TH December 2010 University of Moratuwa /CVl « 496441 vr t 4 i ■7S 6 4 41 \ MODELING OF POWER TRANSMISSION LINES FOR LIGHTNING BACK FLASHOVER ANALYSIS A CASE STUDY: 220KV BIYAGAMA - KOTMALE TRANSMISSION LINE A dissertation submitted to the Department of Electrical Engineering, University of Moratuwa in partial fulfillment of the requirement for the Degree of Master of Science by MALLIKARACHCHIGE CHANAKA Supervised by: Prof. H.Y.R. Perera Eng. K.P.K. Shanthi Department of Electrical Engineering University of Moratuwa, Sri Lanka December 2010 DECLARATION The work submitted in this dissertation is the result of my own investigation, except where otherwise stated. It has not already been accepted for any degree, and is also not being concurrently submitted for any other degree. M. Chanaka 30th December 2010 We endorse the declaration by the candidate. kr. fz- Prof. H.Y.R. Perera Eng. K.P.K. Shanthi Page 1 i C O N T E N T S D e c l a r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i A b s t r a c t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v D e d i c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i A c k n o w l e d g e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i i L i s t o f F i g u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i i i L i s t o f T a b l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x C H A P T E R - 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L e s s C o n s t a n t P a r a m e t e r D i s t r i b u t e d L i n e ( C P D L ) m o d e l r e p r e s e n t i n g t h e t r a n s m i s s i o n t o w e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 3 . 3 . 3 T o w e r g r o u n d i n g r e s i s t a n c e m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 3 . 3 . 4 L i n e i n s u l a t o r s a n d b a c k f l a s h o v e r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 3 . 3 . 5 L i n e t e r m i n a t i o n m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 3 . 3 . 6 S u r g e a r r e s t e r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 3 . 3 . 7 L i g h t n i n g s t r o k e c u r r e n t g e n e r a t o r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 3 . 3 . 8 P o w e r f r e q u e n c y p h a s e v o l t a g e g e n e r a t o r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 . 4 S e l e c t i o n o f a T r a n s m i s s i o n L i n e A r r e s t e r ( T L A ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 C H A P T E R - 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 A p p l i c a t i o n o f t h e m e t h o d o l o g y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 4 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 4 . 2 P o w e r S y s t e m s C A D ( P S C A D ) m o d e l i n g t o o l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 4 . 2 . 1 P S C A D G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e ( G U I ) w i n d o w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 4 . 3 C r e a t i o n o f s u b m o d e l s i n P S C A D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 4 . 3 . 1 T r a n s m i s s i o n l i n e m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 4 . 3 . 2 T r a n s m i s s i o n t o w e r m o d e 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 4 . 3 . 3 T o w e r g r o u n d i n g r e s i s t a n c e m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 4 . 3 . 4 L i n e i n s u l a t o r s t r i n g w i t h b a c k f l a s h o v e r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 4 . 3 . 5 P o w e r f r e q u e n c y p h a s e v o l t a g e g e n e r a t o r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 4 . 3 . 6 L i n e e n d t e r m i n a t i o n m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 4 . 3 . 7 S u r g e A r r e s t e r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 4 . 3 . 8 L i g h t n i n g s u r g e g e n e r a t o r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 4 . 4 A s s e m b l y o f s u b m o d e l s a n d d a t a s i g n a l c o o r d i n a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 4 . 5 M e t h o d o f s i m u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 4 . 5 . 1 M u l t i p l e R u n c o m p o n e n t a n d v a r i a b l e s e t t i n g s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 4 . 5 . 2 S i m u l a t i o n c r i t e r i a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 4 . 5 . 3 P r o j e c t s i m u l a t i o n s e t t i n g s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 C H A P T E R - 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 R e s u l t s a n d a n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 5 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 P a g e I i i i 5 . 2 B a c k f l a s h o v e r m i n i m u m c u r r e n t v a r i a t i o n r e s u l t s a n d a n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 5 . 2 . 1 R e s u l t s o f s i m u l a t i o n s w i t h o u t a r r e s t e r p r o t e c t i o n ( S t e p - ] ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 5 . 2 . 2 R e s u l t s o f s i m u l a t i o n s w i t h a r r e s t e r p r o t e c t i o n ( S t e p - 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 C H A P T E R - 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 C o n c l u s i o n a n d r e c o m m e n d a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 6 . 1 C o n c l u s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 6 . 2 R e c o m m e n d a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 R E F E R E N C E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 A n n e x - ! P r e s e n t T r a n s m i s s i o n s y s t e m o f S r i L a n k a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A l A n n e x - 2 T r a n s m i s s i o n s y s t e m o f S r i L a n k a ( S i n g l e l i n e d i a g r a m ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A 2 A n n e x - 3 2 2 0 k V B i y a g a m a - K o t m a l e t r a n s m i s s i o n l i n e p a r a m e t e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A 3 A n n e x - 4 : A t y p i c a l t r a n s m i s s i o n t o w e r u s e d i n t h e s e l e c t e d t r a n s m i s s i o n l i n e . . . . . . . . . . A 4 A n n e x - 5 : T o w e r s c h e d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A S A n n e x - 6 G r o u n d i n g R e s i s t a n c e v a r i a t i o n o f t o w e r s d u e t o s o i l i o n i z a t i o n e f f e c t . . . . . . A 6 A n n e x - 7 S i m p l i f i e d s e l e c t i o n p r o c e d u r e o f a n A B B s u r g e a r r e s t e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A 7 - 1 P a g e I i v A b s t r a c t P e r f o r m a n c e o f p o w e r t r a n s m i s s i o n l i n e s h a s a g r e a t i m p a c t o n r e l i a b i l i t y a s p e c t s o f a p a r t i c u l a r p o w e r s u p p l y s y s t e m o f a c o u n t r y . U n r e l i a b l e p o w e r t r a n s m i s s i o n l i n e s c a n e v e n l e a d t o t o t a l p o w e r f a i l u r e s r e s u l t i n g w i t h g r e a t f i n a n c i a l l o s s e s . T h e l i g h t n i n g b a c k f l a s h o v e r e f f e c t s a r e r e c o g n i z e d a s o n e o f t h e m a j o r c a u s e s o f t r a n s m i s s i o n l i n e o u t a g e s . S e v e r a l t y p e s o f s o l u t i o n s a r e p r e s e n t l y a v a i l a b l e t o a d d r e s s t h e i s s u e o f l i g h t n i n g b a c k f l a s h o v e r s . H o w e v e r t h e m o d e r n c o n c e p t o f t r a n s m i s s i o n l i n e m o u n t e d s u r g e a r r e s t e r s i s o f g r e a t p o p u l a r i t y d u e t o i t s e x c e l l e n t p e r f o r m a n c e , e a s e o f i n s t a l l a t i o n a n d t h e l o w c o s t c o m p a r e d t o t h e o t h e r t r a d i t i o n a l s o l u t i o n s . T h i s r e p o r t d e s c r i b e s a c a s e s t u d y w h i c h w a s c a r r i e d o u t o n o n e o f c r i t i c a l 2 2 0 k V p o w e r t r a n s m i s s i o n l i n e s o f t h e S r i L a n k a n t r a n s m i s s i o n n e t w o r k , h a v i n g s e v e r a l p a s t r e c o r d s o f l i g h t n i n g b a c k f l a s h o v e r r e l a t e d o u t a g e s r e s u l t i n g w i t h t o t a l s y s t e m f a i l u r e s . T h e s t u d y d e s c r i b e d i n t h i s r e p o r t i s m a i n l y f o c u s e s o n t h e w a y o f a n a l y z i n g t h e b a c k f l a s h o v e r e v e n t s b y t r a n s i e n t m o d e l i n g a n d s u b s e q u e n t s i m u l a t i o n o f t h e s e l e c t e d t r a n s m i s s i o n l i n e i n a n e l e c t r o m a g n e t i c t r a n s i e n t c o m p u t e r p r o g r a m . T h e s t u d y u s e s t h e P o w e r S y s t e m C A D ( P S C A D ) s o f t w a r e p r o g r a m a s t h e s o f t w a r e t o o l f o r t h e p u r p o s e o f m o d e l i n g a n d s i m u l a t i o n o f s e l e c t e d 2 2 0 k V B i y a g a m a - K o t m a l e p o w e r t r a n s m i s s i o n l i n e . S i m u l a t i o n o f t h e c r e a t e d t r a n s m i s s i o n l i n e m o d e l i s c a r r i e d o u t w i t h a n d w i t h o u t T r a n s m i s s i o n L i n e A r r e s t e r ( T L A ) m o d e l t o e v a l u a t e t h e i m p r o v e m e n t s i n l i g h t n i n g b a c k f l a s h o v e r p e r f o r m a n c e a f t e r i n s t a l l a t i o n o f T L A s i n t h e s e l e c t e d t r a n s m i s s i o n l i n e . T h e r e s u l t o f t h e s i m u l a t i o n s s h o w s t h a t t h e i n s t a l l a t i o n o f 0 2 n o s . o f T L A s a t t o p p h a s e s o f e a c h s e l e c t e d t o w e r s i m p r o v e s t h e l i g h t n i n g p e r f o r m a n c e o f t h e s e l e c t e d p o w e r t r a n s m i s s i o n l i n e . P a g e I v A c k n o w l e d g e m e n t T h a n k s a r e d u e f i r s t t o m y s u p e r v i s o r s , P r o f e s s o r H . Y . R . P e r e r a a n d E n g . K . P . K . S h a n t h i , f o r t h e i r g r e a t i n s i g h t s , p e r s p e c t i v e s , g u i d a n c e a n d s e n s e o f h u m o r . M y s i n c e r e t h a n k s g o e s t o t h e o f f i c e r s i n t h e P o s t G r a d u a t e O f f i c e , F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g , U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a , S r i L a n k a f o r h e l p i n g i n v a r i o u s w a y s t o c l a r i f y t h e t h i n g s r e l a t e d t o m y a c a d e m i c w o r k s i n t i m e w i t h e x c e l l e n t c o o p e r a t i o n a n d g u i d a n c e . S i n c e r e g r a t i t u d e i s a l s o e x t e n d e d t o t h e c o u r s e c o o r d i n a t o r s a n d r e s t o f t h e s t a f f w h o s e r v e i n t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g o f f i c e . M y s p e c i a l t h a n k s g o e s t o D r . D h a r s h a n a M u t h u m u n i w h o s p e n t h i s v a l u a b l e t i m e t o g u i d e m e a n d p r o v i d i n g v a l u a b l e i n f o r m a t i o n r e q u i r e d f o r t h i s s t u d y . I w o u l d l i k e t o e x p r e s s m y s i n c e r e g r a t i t u d e t o E n g . L . A . S . F e r n a n d o , E n g . ( M r s . ) N A m a r a s i r i , E n g . W . W . R . P i t a w a l a , E n g . W . D . A . J . C h a n d r a k u m a r a , E n g . N . L . A . A . C h a n d r a n a t h , E n g . W . A . J a y a l a t h a n d E n g . U . R a n a t h u n g a w o r k i n g a t C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d f o r t h e i r e x c e l l e n t s u p p o r t a n d t h e e n c o u r a g e m e n t t o w a r d s t h e s u c c e s s o f t h i s a c a d e m i c w o r k . F u r t h e r m y h e a r t f e l t t h a n k s g o e s t o E n g . L . A . A . N . P e r e r a , E n g . K . P . D . S . K . D h a r m a d a s a a n d E n g . D . L . P . M u n a s i n g h e f o r t h e i r v a l u a b l e h e l p a n d t h e c o n t i n u o u s e n c o u r a g e m e n t . F i n a l l y , I w o u l d l i k e t o t h a n k m a n y i n d i v i d u a l s , f r i e n d s a n d c o l l e a g u e s w h o h a v e n o t b e e n m e n t i o n e d h e r e p e r s o n a l l y i n m a k i n g t h i s e d u c a t i o n a l p r o c e s s a s u c c e s s . I c o u l d n o t b e a b l e t o d o n e i t w i t h o u t y o u r s u p p o r t . M . C h a n a k a 2 9 1 h D e c e m b e r 2 0 1 0 P a g e I v i i L i s t o f f i g u r e s F i g u r e D e s c r i p t i o n P a g e F i g u r e 1 . 1 - B e n j a m i n F r a n k l i n ' s f a m o u s k i t e e x p e r i m e n t i n 1 7 5 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 F i g u r e 1 . 2 - C h a r g e d i s t r i b u t i o n o f t h u n d e r c l o u d s a n d t y p e s o f l i g h t n i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 F i g u r e 1 . 3 - P r o g r e s s i o n o f t h e D o w n w a r d L e a d e r a n d f o r m a t i o n o f t h e R e t u r n S t r o k e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 F i g u r e 1 . 4 - I s o k e r a u n i c L e v e l ( I K L ) m a p o f S r i L a n k a [ 5 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 F i g u r e 1 . 5 - I n d u c e d c h a r g e s o n a p o w e r t r a n s m i s s i o n l i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 F i g u r e 1 . 6 - L i g h t n i n g S t r o k e C u r r e n t P r o b a b i l i t y D i s t r i b u t i o n [ 6 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 F i g u r e 1 . 7 - 2 2 0 k V , B i y a g a m a - K o t m a l e T r a n s m i s s i o n L i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 F i g u r e 1 . 8 - S i n g l e l i n e d i a g r a m o f V i c t o r i a c o m p l e x w i t h B i y a g a m a - K o t m a l e l i n e . 1 2 F i g u r e 1 . 9 - G r o u n d i n g r e s i s t a n c e v a r i a t i o n o f t o w e r s 3 1 - 5 2 a n d 8 3 - 9 7 s t a r t i n g f r o m K o t m a l e e n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 F i g u r e 2 . 1 - C o m p a r i s o n o f m o n t h l y l i n e f a i l u r e s w i t h I K L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 F i g u r e 3 . 1 - C o m p l e t e t r a n s m i s s i o n l i n e m o d e l p r o p o s e d f o r t h e a n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 F i g u r e 3 . 2 - F r e q u e n c y D e p e n d e n t ( P h a s e ) M o d e l i n P S C A D a n d i t s c o n n e c t i o n a r r a n g e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 F i g u r e 3 . 3 - C o n s t a n t P a r a m e t e r D i s t r i b u t e d L i n e ( C P D L ) M o d e l f o r T o w e r s . . . . . . . . . . 2 3 F i g u r e 3 . 4 - F l a s h o v e r v o l t a g e - t i m e c h a r a c t e r i s t i c o f 2 2 0 k V l i n e i n s u l a t i o n w i t h 2 m A r c - h o r n g a p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 F i g u r e 3 . 5 - I n s u l a t o r s t r i n g a n d b a c k f l a s h o v e r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 F i g u r e 3 . 6 - B a s i c l o g i c d i a g r a m f o r b a c k f l a s h o v e r c o n t r o l m o d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 F i g u r e 3 . 7 - G r o u n d i n g a r r a n g e m e n t o f a t y p i c a l e n d t e r m i n a t i o n m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 F i g u r e 3 . 8 - F r e q u e n c y d e p e n d e n t s u r g e a r r e s t e r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 F i g u r e 3 . 9 - V - I R e l a t i o n s h i p f o r n o n l i n e a r r e s i s t o r s A 0 a n d A 1 [ 1 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 F i g u r e 3 . I 0 - S t a n d a r d w a v e f o r m s f o r l i g h t n i n g s u r g e v o l t a g e a n d c u r r e n t . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 F i g u r e 3 . 1 1 - S y s t e m a n d A r r e s t e r p a r a m e t e r m a t c h i n g c o n f i g u r a t i o n [ 1 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 F i g u r e 3 . 1 2 - S e l e c t i o n p r o c e d u r e o f e l e c t r i c a l p a r a m e t e r s f o r A B B s u r g e a r r e s t e r s [ 1 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 F i g u r e 4 . 1 - T y p i c a l w o r k i n g w i n d o w o f P S C A D s o f t w a r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 F i g u r e 4 . 3 - T r a n s m i s s i o n l i n e p a r a m e t e r i n p u t w i n d o w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 F i g u r e 4 . 2 - T r a n s m i s s i o n l i n e m o d e l ( R e m o t e e n d m e t h o d ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 F i g u r e 4 . 5 - T y p i c a l t o w e r m o d e l c r e a t e d i n P S C A D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 F i g u r e 4 . 4 - G e n e r a l L i n e G e o m e t r y D a t a i n p u t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 F i g u r e 4 . 7 - I n s u l a t o r s t r i n g c a p a c i t o r a n d B a c k f l a s h o v e r B r e a k e r m o d e l s . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 F i g u r e 4 . 6 - T o w e r g r o u n d i n g r e s i s t a n c e m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 F i g u r e 4 . 8 - B a c k f l a s h o v e r c o n t r o l m o d u l e i m p l e m e n t e d i n P S C A D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 F i g u r e 4 . 9 - P o w e r f r e q u e n c y p h a s e v o l t a g e g e n e r a t o r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 F i g u r e 4 . 1 0 - L i n e t e r m i n a t i o n m o d e l c r e a t e d i n P S C A D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 F i g u r e 4 . 1 1 - S u r g e a r r e s t e r m o d e l c r e a t e d i n P S C A D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 P a g e I v i i i F i g u r e 4 . 1 2 - C r e a t e d t e s t c i r c u i t i n P S C A D f o r s u r g e a r r e s t e r t e s t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 F i g u r e 4 . 1 3 - T e s t s u r g e w a v e f o r m 3 0 / 6 0 u s w i t h 1 k A p e a k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 F i g u r e 4 . 1 4 - T e s t r e s u l t , a r r e s t e r d i s c h a r g e v o l t a g e a t l k A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 F i g u r e 4 . 1 5 - T e s t s u r g e w a v e f o r m 8 / 2 0 f ! S w i t h 1 0 k A p e a k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 F i g u r e 4 . 1 6 - T e s t r e s u l t , a r r e s t e r d i s c h a r g e v o l t a g e a t I O k A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 F i g u r e 4 . 1 6 - T e s t r e s u l t , a r r e s t e r d i s c h a r g e v o l t a g e a t 1 O k A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 F i g u r e 4 . 1 7 - L i g h t n i n g s u r g e g e n e r a t o r m o d e l c r e a t e d i n P S C A D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 F i g u r e 4 . 1 8 - M u l t i p l e R u n s i m u l a t i o n c o m p o n e n t i n P S C A D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 F i g u r e 5 . 1 - T y p i c a l v i e w o f a n o u t p u t d a t a f i l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 F i g u r e 5 . 2 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 F i g u r e 5 . 4 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 F i g u r e 5 . 3 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 F i g u r e 5 . 5 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7 F i g u r e 5 . 6 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7 F i g u r e 5 . 7 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 F i g u r e 5 . 8 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 F i g u r e 5 . 9 - R e s u l t s o f S i m u l a t i o n n o . 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9 F i g u r e 5 . I I - R e s u l t s o f S i m u l a t i o n n o . 1 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 F i g u r e 5 . I 0 - R e s u l t s o f S i m u l a t i o n n o . 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 P a g e I i x . . F i g u r e 4 . 1 2 - C r e a t e d t e s t c i r c u i t i n P S C A D f o r s u r g e a r r e s t e r t e s t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 F i g u r e 4 . 1 3 - T e s t s u r g e w a v e f o r m 3 0 / 6 0 u s w i t h 1 k A p e a k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 F i g u r e 4 . 1 4 - T e s t r e s u l t , a r r e s t e r d i s c h a r g e v o l t a g e a t 1 k A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 F i g u r e 4 . 1 5 - T e s t s u r g e w a v e f o r m 8 / 2 0 j l S w i t h I O k A p e a k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 F i g u r e 4 . 1 6 - T e s t r e s u l t , a r r e s t e r d i s c h a r g e v o l t a g e a t 1 O k A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 F i g u r e 4 . 1 6 - T e s t r e s u l t , a r r e s t e r d i s c h a r g e v o l t a g e a t 1 O k A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 F i g u r e 4 . 1 7 - L i g h t n i n g s u r g e g e n e r a t o r m o d e l c r e a t e d i n P S C A D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 F i g u r e 4 . 1 8 - M u l t i p l e R u n s i m u l a t i o n c o m p o n e n t i n P S C A D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 F i g u r e 5 . 1 - T y p i c a l v i e w o f a n o u t p u t d a t a f i l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 F i g u r e 5 . 2 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 F i g u r e 5 . 4 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 F i g u r e 5 . 3 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 F i g u r e 5 . 5 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 F i g u r e 5 . 6 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7 F i g u r e 5 . 7 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 F i g u r e 5 . 8 - R e s u l t s o f s i m u l a t i o n n o . 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 F i g u r e 5 . 9 - R e s u l t s o f S i m u l a t i o n n o . 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9 F i g u r e 5 . 1 1 - R e s u l t s o f S i m u l a t i o n n o . 1 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 F i g u r e 5 . 1 0 - R e s u l t s o f S i m u l a t i o n n o . 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 P a g e I i x . . L i s t o f t a b l e s T a b l e D e s c r i p t i o n P a g e T a b l e 1 . 1 - R a n g e o f v a l u e s f o r l i g h t n i n g p a r a m e t e r s [ 6 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 T a b l e 1 . 2 - C E B S p e c i f i c a t i o n s f o r a s i n g l e i n s u l a t o r d i s c [ 4 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 T a b l e 2 . 1 - M o n t h l y l i n e f a i l u r e s a n d I K L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 T a b l e 3 . 1 - C a l c u l a t e d p a r a m e t e r s f o r a t y p i c a l t o w e r m o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 T a b l e 4 . 1 - l n i t i a l l , V v a l u e s f o r A o a n d A 1 [ 1 1 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 T a b l e 4 . 2 - R a n g e o f v a l u e s u s e d f o r v a r i a b l e s i n M u l t i p l e R u n c o m p o n e n t . . . . . . . . . . . . . . 5 0 T a b l e 4 . 3 - D e t a i l e d s i m u l a t i o n c r i t e r i a f o r S t e p - 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 T a b l e 4 . 4 - D e t a i l e d s i m u l a t i o n c r i t e r i a f o r S t e p - 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 P a g e I x