ΤΙΤΛΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: «ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ»

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΤΙΤΛΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: «ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ» ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ: ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΦΟΙΤΗΤΡΙΑ: ΚΟΥΡΟΥ ΗΛΙΑΝΝΑ ΑΡΙΘΜΟΣ ΜΗΤΡΩΟΥ: ΠΑΤΡΑ 2018

2 Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Κούρου Ηλιάννα 2018 Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος Το σύνολο της εργασίας αποτελεί πρωτότυπο έργο, παραχθέν από την Κούρου Ηλιάννα, και δεν παραβιάζει δικαιώματα τρίτων καθ οιονδήποτε τρόπο 1. Αν η εργασία περιέχει υλικό, το οποίο δεν έχει παραχθεί από τον/ην ίδιο/α, αυτό είναι ευδιάκριτο και αναφέρεται ρητώς εντός του κειμένου της εργασίας ως προϊόν εργασίας τρίτου, σημειώνοντας με παρομοίως σαφή τρόπο τα στοιχεία ταυτοποίησής του, ενώ παράλληλα βεβαιώνει πως στην περίπτωση χρήσης αυτούσιων γραφικών αναπαραστάσεων, εικόνων, γραφημάτων κλπ., έχει λάβει τη χωρίς περιορισμούς άδεια του κατόχου των πνευματικών δικαιωμάτων για την συμπερίληψη και επακόλουθη δημοσίευση του υλικού αυτού. 1 Η φωτογραφία του εξωφύλλου - πνευματική ιδιοκτησία του Κωνσταντίνου Ιωαννίδη έχει λάβει την σχετική άδεια δημοσίευσης. 2

3 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: «ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ» της φοιτήτριας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Κούρου Ηλιάννας του Γεωργίου Αριθμός Μητρώου: παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις../../.. Η Επιβλέπουσα: Η Διευθύντρια του Τομέα: Πυργιώτη Ελευθερία Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Πυργιώτη Ελευθερία Αναπληρώτρια Καθηγήτρια 3

4 4

5 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «Μοντελοποίηση Δικτύων Μέσης Τάσης» Φοιτήτρια: Κούρου Ηλιάννα του Γεωργίου Επιβλέπουσα: Πυργιώτη Ελευθερία Αναπληρώτρια Καθηγήτρια ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της λειτουργίας ενός συστήματος μέσης τάσης. Συγκεκριμένα θα μελετηθεί η λειτουργία γραμμών διάδοσης μέσης τάσης των 20kV και συνολικού μήκους 1km και θα συγκριθεί με τη συμπεριφορά που θα παρουσιάσει η γραμμή στην περίπτωση που πληγεί από κεραυνό. Το πρώτο κεφάλαιο αφορά το φαινόμενο του κεραυνού. Εξηγείται η διαδικασία υπό την οποία συμβαίνει κεραυνικό πλήγμα. Αναφέρονται οι κατηγορίες των κεραυνών και οι παράμετροί τους καθώς και οι συνέπειες που αυτοί επιφέρουν. Το δεύτερο κεφάλαιο ασχολείται με τις γραμμές μεταφοράς και διανομής. Εξηγείται συνοπτικά η δομή ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Αναφέρονται τα χαρακτηριστικά και οι κατηγορίες των γραμμών, ενώ αναφορά γίνεται και στα φαινόμενα και στα σφάλματα που παρατηρούνται στις γραμμές. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση των ξύλινων πυλώνων. Διακρίνονται οι κατηγορίες αυτών και εξετάζεται η συχνότητα εμφάνισης κεραυνών και οι συνέπειές τους στους ξύλινους πυλώνες. Δίνεται προσοχή στη μονωτική συμπεριφορά του ξύλου. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά που χρειάζεται να έχουν οι αγωγοί των γραμμών διανομής και αναλύονται οι συνηθέστεροι τύποι αγωγών που χρησιμοποιούνται για τις γραμμές διανομής. 5

6 Το πέμπτο κεφάλαιο αφορά τους μονωτήρες. Εδώ αναφέρονται τα χαρακτηριστικά και οι κατηγορίες τους. Επίσης γίνεται αναφορά στις συχνές αιτίες φθορών τους και στους τρόπους αντιμετώπισης των ρύπων αυτών. Στο έκτο κεφάλαιο δίνονται πληροφορίες σχετικές με το πρόγραμμα ATPDraw το οποίο χρησιμοποιείται για την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στο έβδομο κεφάλαιο εξηγείται η διαδικασία με την οποία έγινε ο υπολογισμός των παραμέτρων των στοιχείων για τη μελέτη του συστήματος μέσης τάσης και την υλοποιηση του κυκλώματος. Στο όγδοο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης του συστήματος που υλοποιήσαμε καθώς και τα συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε. Στο τέλος παρατίθενται στο παράρτημα χρήσιμες πληροφορίες και κανονισμοί από την ΔΕΗ. 6

7 Diploma Thesis Number: Topic: "Modeling of Medium Voltage Systems" Student: Kourou Ilianna of George Supervisor: Pyrgioti Eleftheria Substitute teacher ABSTRACT The purpose of this diploma thesis is to study the operation of a medium voltage system. In particular, the operation of 20 kv medium-voltage distribution lines of total length of 1 km will be studied and will be compared with the behavior of the line in the event of a lightning strike. The first chapter deals with the lightning phenomenon. It explains the process in which a lightning strike occurs. The categories of thunderbolts and their parameters, as well as the consequences they cause, are mentioned. The second chapter deals with transmission and distribution lines. It briefly explains the structure of an electricity system. The features and categories of the lines are reported, while reference is made to the phenomena and errors observed in the lines. The third chapter analyzes the wooden pylons. Those categories are distinguished and the frequency of occurrence of lightning strikes and their consequences on the wooden pylons are examined. Attention is paid to the insulating behavior of the wood. The fourth chapter presents the key features that line pipelines need to have and analyzes the most common types of pipelines used for distribution lines. The fifth chapter deals with insulators. It mentions their characteristics and categories. It also refers to their frequent causes of damage and how to deal with these pollutants. 7

8 The sixth chapter provides information about the ATPDraw program, which is used to accomplish this diploma thesis. The seventh chapter explains the process by which the data parameters were calculated for the study of the medium voltage system and the implementation of the circuit. In the eighth chapter we present the results of the modeling of the system we accomplished and the conclusions that we have reached. Finally, useful information and regulations are provided by Greek Electrical Power Distribution Company. 8

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 : ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΕΚΚΕΝΩΣΕΙΣ (ΚΕΡΑΥΝΟΣ) Ηλεκτρική κατάσταση της γης Ηλεκτρική συμπεριφορά του σύννεφου Ο κεραυνός σαν φυσικό φαινόμενο Είδη κεραυνών Παράμετροι του κεραυνού Ρεύμα του κεραυνού Συχνότητα εμφάνισης κεραυνών Κεραυνός και συνέπειες Θερμικές συνέπειες του πλήγματος ενός κεραυνού Μηχανικές συνέπειες του πλήγματος ενός κεραυνού Ηλεκτρικές συνέπειες του πλήγματος ενός κεραυνού..20 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 0 : ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ & ΔΙΑΝΟΜΗΣ Δομή Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας Σύστημα διανομής Σύστημα υπομεταφοράς Σύστημα μεταφοράς Χαρακτηριστικά γραμμών μεταφοράς & διανομής Εν σειρά επαγωγή γραμμής Εγκάρσια χωρητικότητα γραμμής Εν σειρά αντίσταση γραμμής Θερμοκρασία Επιδερμικό φαινόμενο Σπειροειδής περιέλιξη των κλώνων Κατηγορίες γραμμών μεταφοράς & διανομής Επίπεδο τάσης γραμμών μεταφοράς & διανομής Μήκος γραμμών μεταφοράς & διανομής Αριθμός κυκλωμάτων γραμμών μεταφοράς & διανομής Ικανότητα γραμμών μεταφοράς & διανομής ηλεκτρικής ενέργειας Κανόνες και μέτρα ασφαλούς εναέριας μεταφοράς Σφάλματα γραμμών μεταφοράς & διανομής 30 9

10 Βραχυκυκλώματα Κατηγορίες σφαλμάτων Καταπονήσεις γραμμών μεταφοράς & διανομής Εσωτερικές υπερτάσεις Εξωτερικές υπερτάσεις 32 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 2 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 0 : ΣΤΗΡΙΓΜΑΤΑ ΤΩΝ ΕΝΑΕΡΙΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ Πυλώνες Κατηγορίες πυλώνων Το υλικό κατασκευής Την απόσταση μεταξύ γειτονικών πυλώνων Στηρίγματα ευθυγραμμίας Στηρίγματα ευθυγραμμίας-γωνίας Στηρίγματα γωνίας Στηρίγματα τομής και γωνίας-τομής Στηρίγματα τέρματος Τη γεωμετρία της κατασκευής Το βάρος τους Τον αριθμό των κυκλωμάτων Στύλοι Κεραυνικά πλήγματα Μονωτική συμπεριφορά ξύλινου στύλου Προδιαγραφές ξύλινου στύλου. 43 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 3 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 0 : ΑΓΩΓΟΙ ΓΡΑΜΜΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ Αλουμίνιο Παραγωγή αλουμινίου Χρήση αγωγών αλουμινίου Χαλκός Εφαρμογές χαλκού Μεταλλεύματα χαλκού Σύγκριση αγωγών αλουμινίου αγωγών χαλκού ACSR: αγωγοί αλουμινίου ενισχυμένοι με χάλυβα..51 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 4 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 0 : ΜΟΝΩΤΗΡΕΣ

11 5.1. Διηλεκτρική αντοχή μονωτήρων Αντιμετώπιση ρύπανσης μονωτήρων Φθορές μονωτήρων και συνέπειες αυτών Απώλεια μόνωσης του μονωτήρα Κατηγορίες μονωτήρων Τρόπος σύνδεσης μονωτήρων Τρόπος χρήσεως μονωτήρων Αλυσοειδείς μονωτήρες ανάρτησης 61 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 5 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 0 : ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ATP-EMTP Προγράμματα υποστήριξης για το ATP-EMTP ATPDraw Περιβάλλον ATPDraw Τύποι στοιχείων Τύποι αρχείων Διαδικασία σχεδίασης και ανάλυσης κυκλώματος Ορισμένα στοιχεία στο ATPDraw 71 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 6 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 0 : ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΤΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ Γεννήτρια προσομοίωσης κεραυνού Γραμμή διανομής μέσης τάσης Ξύλινοι στύλοι Αλυσοειδείς μονωτήρες 91 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 7 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 0 : ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Μελέτη διάταξης υπό κανονικές συνθήκες Μελέτη διάταξης με κεραυνό..102 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 109 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

12 12

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 : ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΕΚΚΕΝΩΣΕΙΣ (ΚΕΡΑΥΝΟΣ) 1.1. Ηλεκτρική κατάσταση της γης Η γη εμφανίζεται μόνιμα φορτισμένη με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο, το οποίο προκαλεί στην επιφάνειά της ηλεκτρικό πεδίο με κατεύθυνση από την ατμόσφαιρα προς τη γη. Οι κύριες αιτίες που τροφοδοτούν τη γη με αρνητικό φορτίο είναι τα ηλεκτρισμένα σύννεφα και οι κεραυνοί Ηλεκτρική συμπεριφορά του σύννεφου Στην ατμόσφαιρα υπάρχουν ιονισμένα σωματίδια (θετικά και αρνητικά) τα οποία παράγονται από κοσμική ακτινοβολία, γήινη ραδιενέργεια και άλλες αιτίες. Λόγω θερμοκρασιακών διαφορών ή φόρτισης σταγονιδίων του νέφους προκαλείται μετακίνηση των ιονισμένων σωματιδίων με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός ηλεκτρισμένου (φορτισμένου) σύννεφου. Η ηλεκτρική εικόνα ενός σύννεφου είναι ένα ηλεκτρικό δίπολο (δηλαδή ο διαχωρισμός των ιόντων). Όταν τα θετικά φορτία του σύννεφου βρίσκονται στην κορυφή του και τα αρνητικά στην προς τη γη πλευρά του τότε αυτό χαρακτηρίζεται «αρνητικά φορτισμένο» ενώ στην αντίθετη περίπτωση «θετικά φορτισμένο». Πιο συνηθισμένη είναι η περίπτωση των «αρνητικά φορτισμένων» σύννεφων Ο κεραυνός σαν φυσικό φαινόμενο Οποιαδήποτε ηλεκτρική εκκένωση συμβαίνει στην ατμόσφαιρα και οφείλεται σε φυσικά αίτια ονομάζεται κεραυνός. Ο κεραυνός ξεκινά από σημεία υψηλής πεδιακής έντασης. Δύο ετερόσημα φορτία μέσα στο ίδιο σύννεφο μπορούν να προκαλέσουν μία εκκένωση εσωτερική του νέφους. Δύο γειτονικά σύννεφα που δημιουργούν στο διάστημα που παρεμβάλλεται μεταξύ τους υψηλές πεδιακές εντάσεις μπορούν να προκαλέσουν μία εκκένωση ανάμεσα τους. Ακόμα, συγκέντρωση φορτίου ενός προσήμου σε μία θέση του νέφους και συγκέντρωση φορτίου αντίθετου προσήμου, που επάγεται εξαιτίας του νέφους στο έδαφος, δημιουργούν ανάμεσα 13

14 στο νέφος και το έδαφος μία ζώνη αυξημένων πεδιακών εντάσεων. Οι υψηλότερες εντάσεις μέσα στη ζώνη αυτή μπορεί να αναπτύσσονται είτε κοντά στο νέφος είτε, στην περίπτωση που το έδαφος παρουσιάζει μία σημαντική προεξοχή, στην πλευρά του εδάφους. Στην πρώτη περίπτωση, η ενδεχόμενη εκκένωση που θα επακολουθήσει θα αρχίσει από το νέφος (χωρίς να είναι απαραίτητο να καταλήξει στη γη) και ονομάζεται «κατερχόμενος οχετός προ εκκένωσης» ενώ στη δεύτερη από το έδαφος και ονομάζεται «ανερχόμενος οχετός προ εκκένωσης». Η διαφορά δυναμικού που προκαλεί τον κεραυνό οφείλεται στα φορτισμένα (αρνητικά/θετικά) ιόντα στα σύννεφα και στα φορτισμένα (θετικά/αρνητικά) ιόντα της ξηράς ή της θάλασσας. Ο κεραυνός λοιπόν δημιουργείται κατά τη διάρκεια των καταιγίδων και οφείλεται στη συγκέντρωση σε διαφορετικές περιοχές θετικών και αρνητικών ηλεκτρικών φορτίων. Έτσι, δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο και όταν η ένταση του φτάσει σε μεγάλη τιμή, ξεσπά ο κεραυνός με διάτρηση του αέρα και δημιουργία σπινθήρα. Να σημειωθεί πως όλα τα σύννεφα δεν προκαλούν ηλεκτρικές εκκενώσεις ακόμα και αν παρουσιάζουν συνθήκες φόρτισης Είδη κεραυνών Η πολικότητα του σύννεφου από το οποίο ξεκινά η εκκένωση προς τη γη καθορίζει την πολικότητα του κεραυνού. Συνεπώς η εκκένωση ενός «αρνητικού νέφους» προς τη γη γίνεται με έναν «αρνητικό κεραυνό» και ενός «θετικού νέφους» με ένα «θετικό κεραυνό». Επομένως μπορούν να διακριθούν τέσσερα είδη κεραυνών ανάλογα με την πολικότητά τους και τις περιπτώσεις έναρξης του οχετού προ εκκένωσης τους: 1. «Κατερχόμενος αρνητικός οχετός προ εκκένωσης»: ξεκινάει από ένα αρνητικό σύννεφο (Σχήμα 1.1. (a)). 2. «Κατερχόμενος θετικός οχετός προ εκκένωσης»: ξεκινάει από ένα θετικό σύννεφο (Σχήμα 1.1. (b)). 3. «Ανερχόμενος αρνητικός οχετός προ εκκένωσης»: ξεκινάει από μία προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικό σύννεφο (Σχήμα 1.1. (c)). 14

15 4. «Ανερχόμενος θετικός οχετός προ εκκένωσης»: ξεκινάει από μία προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικό σύννεφο (Σχήμα 1.1. (d)). (a) (b) (c) (d) Σχήμα 1.1. Αν ο οχετός προ εκκένωσης που αναπτύσσεται με έναν από τους τέσσερις πιο πάνω τρόπους γεφυρώσει ολόκληρο το διάκενο σύννεφου-γης, επακολουθεί ο οχετός επιστροφής και έτσι ολοκληρώνεται ένας από τους τέσσερις τύπους κεραυνού: 1. «Κατερχόμενη αρνητική εκκένωση»: πηγάζει από ένα αρνητικό σύννεφο με έναν κατερχόμενο οχετό προ εκκένωσης και αποτελεί τον πιο συνηθισμένο τύπο κεραυνού (Σχήμα 1.2. (a)). 2. «Κατερχόμενη θετική εκκένωση»: πηγάζει από ένα θετικό σύννεφο και αποτελεί σπάνια περίπτωση (Σχήμα 1.2. (b)). 3. «Ανερχόμενος θετικός οχετός/αρνητική εκκένωση»: πηγάζει από μία προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικό σύννεφο (Σχήμα 1.2. (c)). 4. «Ανερχόμενος αρνητικός οχετός/θετική εκκένωση»: πηγάζει από μία προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικό σύννεφο (Σχήμα 1.2. (d)). (a) (b) (c) (d) Σχήμα

16 1.5. Παράμετροι του κεραυνού 1. Πολικότητα του κεραυνού: Η εκκένωση ενός «αρνητικού νέφους» προς τη γη γίνεται με έναν «αρνητικό κεραυνό» και ενός «θετικού νέφους» με έναν «θετικό κεραυνό». Οι «θετικοί κεραυνοί» έχουν μία εκκένωση, είναι αργά σήματα, ονομάζονται αλλιώς και θερμικοί και παρουσιάζουν κινδύνους λόγω θερμότητας. Οι «αρνητικοί κεραυνοί» έχουν πολλαπλές εκκενώσεις και καταπονούν περισσότερο τις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. 2. Πολικότητα του ρεύματος του κεραυνού: Κατά την εκκένωση ενός «αρνητικού νέφους» ρέει προς τη γη ένα «αρνητικό ρεύμα» και αντίθετα. 3. Κατεύθυνση οχετού προ εκκένωσης: Ένας «κατερχόμενος οχετός προ εκκένωσης» (συχνά ονομάζεται και «οδηγός οχετός») προχωρεί από το σύννεφο προς το έδαφος, ενώ ένας «ανερχόμενος οχετός προ εκκένωσης» προχωρεί αντίθετα. 4. Πολικότητα του οχετού προ εκκένωσης: Η πολικότητα ενός οχετού προ εκκένωσης ταυτίζεται με την πολικότητα του φορτίου της θέσης από την οποία ξεκινάει (π.χ. από ένα θετικό σύννεφο ξεκινάει ένας «θετικός οχετός προ εκκένωσης» ή από μία προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικό σύννεφο ξεκινάει ένας «αρνητικός οχετός προ εκκένωσης»). 5. Πολικότητα του ηλεκτρικού πεδίου: Το ηλεκτρικό πεδίο κάτω από ένα «αρνητικό σύννεφο» ορίζεται σαν «αρνητικό» και το αντίθετο. 6. Αριθμός διαδοχικών εκκενώσεων: ο κεραυνός μπορεί να αποτελείται από μία απλή εκκένωση ή από πολλαπλές εκκενώσεις Ρεύμα του κεραυνού Όταν ένα αντικείμενο, όπως ένα κτίριο, μια γραμμή μεταφοράς ή ένα αεροπλάνο χτυπηθεί από ένα κεραυνό το μέγεθος της καταπόνησης που θα υποστεί εξαρτάται από το ρεύμα που εκφορτίζεται μέσω αυτού. Το ρεύμα αυτό αντιπροσωπεύει την πιο σημαντική παράμετρο της κεραυνικής εκκένωσης. Το μέγεθος του ρεύματος που αναπτύσσεται κατά την ροή του φορτίου εξαρτάται από το μέγεθος του φορτίου του νέφους και από το μήκος του οχετού εκκενώσεως. 16

17 Χαρακτηριστικά μεγέθη του ρεύματος κεραυνού είναι: Η μέγιστη τιμή ρεύματος, i σε ka. Η μέγιστη κλίση μετώπου του ρεύματος, di σε ka/μs. dt Το μεταφερόμενο φορτίο, i dt σε A s. Το ολοκλήρωμα του τετραγώνου του ρεύματος, ποσότητα ανάλογη της εκλυόμενης από το κεραυνικό πλήγμα ενέργειας, i 2 dt σε A 2 s. Εικόνα 1.1: Γενικευμένη κυματομορφή κεραυνικού πλήγματος ρεύματος. [1] Μια ενδιαφέρουσα παράμετρος, εκτός από τη μέγιστη τιμή του ρεύματος, είναι και η διάρκεια ροής μιας ορισμένης έντασης ρεύματος. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η διάρκεια τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια που συσσωρεύεται μέσα στην αντίσταση που διαρρέει, και κατά συνέπεια, τόσο μεγαλύτερη η εκλυόμενη θερμότητα, αφού είναι ανάλογη του i 2 dt. Για το λόγο αυτό κεραυνοί με μεγάλη διάρκεια ρεύματος, έστω και αν η μέγιστη τιμή του ρεύματος δεν είναι πολύ ψηλή, ονομάζονται θερμοί σε αντίθεση με άλλους που μπορεί να αναπτύσσουν μεγάλα ρεύματα μικρής διάρκειας. Οι θερμοί κεραυνοί είναι οι πιο επικίνδυνοι μόνο όταν προκύπτει θέμα πυρκαγιάς ή έκρηξης ενώ για ηλεκτρικά συστήματα πιο επικίνδυνοι είναι οι κεραυνοί με μεγάλες εντάσεις και μικρή διάρκεια (ψυχροί κεραυνοί). 17

18 1.7. Συχνότητα εμφάνισης κεραυνών Με σκοπό την εκτίμηση του κινδύνου που αποτελεί ο κεραυνός για μία περιοχή είναι αναγκαία η γνώση του αριθμού των κεραυνών που πλήττουν μία περιοχή στη διάρκεια μίας χρονικής περιόδου. Αυτός ο αριθμός συμβολίζεται ως Ng και μετριέται (συνήθως) σε km 2 /έτος. Καθώς όμως για τη μέτρηση αυτού του αριθμού απαιτείται εγκατάσταση ειδικών συσκευών η πληροφορία αυτή είναι διαθέσιμη για ορισμένες μόνο περιοχές. Η πληροφορία που συνήθως μας είναι διαθέσιμη είναι ο αριθμός Τ των ημερών καταιγίδας. Ο αριθμός Τ διαφέρει σημαντικά από περιοχή σε περιοχή. Σαν παρατήρηση αναφέρεται πως η συχνότητα των καταιγίδων συνοδευόμενη από κεραυνούς είναι μεγαλύτερη στον ισημερινό και μικρότερη στους πόλους. Σημαντική βοήθεια για τον προσδιορισμό της συχνότητας εμφάνισης κεραυνών μας παρέχουν οι χάρτες ισοκεραυνικών καμπυλών, στους οποίους παρουσιάζονται οι εκάστοτε περιοχές με τον δικό τους αριθμό Τ. Εικόνα 1.2: Χάρτης ισοκεραυνικών καμπυλών, σε ημέρες καταιγίδων ανά έτος για την Ελλάδα. [2] 18

19 1.8. Κεραυνός και συνέπειες Σε όλη τη Γη πέφτουν περίπου 100 κεραυνοί το δευτερόλεπτο. Ο κάθε κεραυνός παράγει τεράστια ισχύ, αλλά η πρακτική αξιοποίηση της είναι αδύνατη εξαιτίας της πολύ μικρής διάρκειας του φαινομένου. Η διαφορά δυναμικού κατά την έκρηξη ενός κεραυνού είναι πολλά εκατομμύρια Volt και η ένταση του ρεύματος δεκάδες χιλιάδες Ampere. Το μήκος ενός κεραυνού φθάνει έως αρκετά χιλιόμετρα και έχει τεθλασμένη ή κυματοειδή μορφή. Το πλάτος του σπινθήρα είναι μικρό και φτάνει το πολύ μερικές δεκάδες εκατοστά. Η διάρκεια που κρατά ο κεραυνός είναι μικρότερη από ένα δευτερόλεπτο, αλλά η θερμοκρασία που αναπτύσσεται είναι βαθμοί Κελσίου. Δημιουργεί έντονο ιονισμό των αερίων του αέρα, τα οποία εκπέμπουν φως κατά τη διάρκεια της εκκένωσης (το φαινόμενο της αστραπής). Η υπερβολική θέρμανση του αέρα και η εκτόνωση του δημιουργεί τον δυνατό κρότο που ονομάζουμε βροντή. Τα ισχυρά ρεύματα του κεραυνού προκαλούν καταστροφές. Μπορούν να ανάψουν φωτιά στο δάσος, να δημιουργήσουν σοβαρή βλάβη στις ηλεκτρικές γραμμές και να καταστρέψουν απροστάτευτες εγκαταστάσεις. Ο κεραυνός που χτυπά άνθρωπο είναι πολύ πιθανό να προκαλέσει το θάνατο Θερμικές συνέπειες του πλήγματος ενός κεραυνού Ο οχετός προ εκκένωσης ενός πλήγματος έχει ένα στενό κεντρικό πυρήνα περιβαλλόμενο από έναν μεγαλύτερο σχηματισμό Corona (εκκενώσεις στεμματοειδούς μορφής). Το ρεύμα που ρέει στον οχετό επιστροφής είναι συγκεντρωμένο, κατά το μεγαλύτερο μέρος του στον πυρήνα του οχετού και η θερμοκρασία του φτάνει στους 30000Κ ή και περισσότερο. Η θερμοκρασία αυτή προκαλεί ατμοποίηση των υδρατμών που υπάρχουν, προκαλώντας έτσι τη δημιουργία τοπικών αραιωμάτων και πυκνωμάτων του αέρα. Η ατμοποίηση αυτή έχεις ως αποτέλεσμα ένα ηχητικό κύμα που αρχικά βρίσκεται στην περιοχή των υπερήχων και τελικά καταλήγει σε βροντή. Είναι δυνατό όμως η αύξηση της θερμοκρασίας να προκαλέσει καταστροφές. Αυτό συμβαίνει όταν το ρεύμα του κεραυνού ή ένα μέρος αυτού εκφορτιστεί διαμέσου ενός αγωγού, ο οποίος παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση σε μία ένωση. Τότε μπορεί να 19

20 προκληθεί ισχυρός σπινθήρας, που θα οφείλεται στη στιγμιαία υπέρταση που παρουσιάζεται. Επίσης, αν ένας κεραυνός πλήξει ένα μονωτικό υλικό ή ένα «φτωχό» αγωγό, το σημείο του πλήγματος θα αποκτήσει πολύ υψηλή θερμοκρασία και θα έχει σαν αποτέλεσμα τη διάτρηση του υλικού ή την ανάφλεξή του Μηχανικές συνέπειες του πλήγματος ενός κεραυνού Οι μηχανικές συνέπειες του πλήγματος ενός κεραυνού διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: Συνέπειες που αφορούν το κρουστικό κύμα που παράγεται από τον οχετό επιστροφής: Η μεγάλη θερμοκρασία που αναπτύσσεται στον οχετό προ εκκένωσης έχει ως αποτέλεσμα ο αέρας που περιβάλλει τον οχετό να εξαπλώνεται με εξαιρετικά μεγάλη ταχύτητα. Έτσι παράγεται ένα κύμα πίεσης το οποίο είναι υπεύθυνο για το κύμα αέρα που σηκώνει κεραμίδια οροφών και είναι επίσης υπεύθυνο για τον τραυματισμό ανθρώπων. Συνέπειες που αφορούν τις δυνάμεις που αναπτύσσονται σε έναν ή περισσότερους αγωγούς όταν διαρρέονται από το ρεύμα του κεραυνού: Δύο παράλληλοι αγωγοί οι οποίοι μοιράζονται την εκφόρτιση του ρεύματος ενός κεραυνού, υπόκεινται σε ελκτικές δυνάμεις. Αυτές είναι υπεύθυνες για τη συγχώνευση πολύκλωνων αγωγών και για τη σύνθλιψη κοίλων αγωγών. Συνέπειες που αφορούν αγωγούς του συστήματος προστασίας: Είναι πολύ πιθανό ένας αγωγός του συστήματος προστασίας να σχηματίζει μία ορθή γωνία σε κάποιο σημείο της κατασκευής. Όταν αυτός εκφορτίζει το ρεύμα ενός κεραυνού, υπόκειται σε μία δύναμη που τείνει να τον ισιώσει. Αυτού του είδους οι δυνάμεις είναι δυνατόν να μην προκαλούν ζημιά σε έναν αγωγό συνηθισμένης διαμέτρου αν αποφευχθούν οι απότομες αλλαγές στην κατεύθυνση του αγωγού ή στερεώνοντας τον αγωγό στον τοίχο σε μικρή απόσταση από την απότομη γωνία Ηλεκτρικές συνέπειες του πλήγματος ενός κεραυνού «Επικίνδυνος σπινθήρας» ή «side flash»: είναι η εσωτερική διάσπαση που μπορεί να συμβεί μεταξύ αγωγών του συστήματος 20

21 προστασίας και εσωτερικών αγώγιμων στοιχείων της κατασκευής και μπορεί να είναι συνέπεια ενός πλήγματος κεραυνού. 21

22 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ [1] Ι.Α. Σταθόπουλου, «Προστασία Τεχνικών Εγκαταστάσεων Έναντι Υπερτάσεων», Αθήνα 1989, Εκδόσεις ΣΥΜΕΩΝ. [2] Ε. Πυργιώτη, «Προστασία Κατασκευών από Κεραυνούς», Πάτρα 2012, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. Ε. Πυργιώτη, «Υψηλές Τάσεις», Πάτρα 2015, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. Ι. Α. Σταθόπουλος, «Υψηλές Τάσεις Ι», Εκδόσεις ΣΥΜΕΩΝ

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 0 : ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ & ΔΙΑΝΟΜΗΣ 2.1 Δομή Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας Τα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (Σ.Η.Ε.) εργάζονται σε διάφορα επίπεδα τάσης που χωρίζονται μεταξύ τους με μετασχηματιστές. Με βάση την τάση λειτουργίας, το Σ.Η.Ε. διαιρείται σε τρία υποσυστήματα. Ξεκινώντας από το χαμηλότερο επίπεδο τάσης, αυτά είναι: 1. Σύστημα διανομής 2. Σύστημα υπομεταφοράς 3. Σύστημα μεταφοράς Σύστημα διανομής Στο σύστημα διανομής χρησιμοποιούνται δύο επίπεδα τάσης διανομής: Η πρωτεύουσα τάση ή τάση τροφοδοσίας (π.χ. 20kV) που χαρακτηρίζεται και μέση τάση (ΜΤ). Η δευτερεύουσα τάση ή τάση κατανάλωσης (π.χ. 220V) που χαρακτηρίζεται και χαμηλή τάση (ΧΤ). Το σύστημα διανομής περιλαμβάνει τα δίκτυα διανομής μέσης και χαμηλής τάσης και τους μετασχηματιστές διανομής με τους οποίους η μέση τάση υποβιβάζεται σε χαμηλή τάση. Το σύστημα διανομής τροφοδοτείται από τους υποσταθμούς διανομής και παρέχει ηλεκτρική ενέργεια σε μικρούς οικιακούς καταναλωτές (υπό τη χαμηλή τάση διανομής) και σε μεσαίου μεγέθους καταναλωτές (υπό τη μέση τάση διανομής) Σύστημα υπομεταφοράς Το σύστημα υπομεταφοράς διανέμει ηλεκτρική ενέργεια σε έναν αριθμό υποσταθμών διανομής που βρίσκονται σε κάποια γεωγραφική περιοχή σε ένα επίπεδο τάσης που τυπικά κυμαίνεται μεταξύ 23kV και 150kV. Αυτό δέχεται την ενέργεια είτε κατευθείαν από σταθμούς παραγωγής είτε από το σύστημα μεταφοράς μέσω 23

24 υποσταθμών. Μεγάλοι καταναλωτές είναι δυνατόν να εξυπηρετηθούν κατευθείαν από το σύστημα υπομεταφοράς Σύστημα μεταφοράς Το σύστημα μεταφοράς διαφέρει και ως προς τη λειτουργία και ως προς τα χαρακτηριστικά από τα συστήματα διανομής και υπομεταφοράς. Ενώ τα δύο τελευταία συστήματα μεταφέρουν ενέργεια από μια πηγή προς τα επιμέρους φορτία, το σύστημα μεταφοράς αφενός χειρίζεται μεγαλύτερα ποσά ισχύος, αφετέρου διασυνδέει όλους τους σταθμούς παραγωγής και όλα τα σημεία μεγάλης κατανάλωσης του συστήματος. Οι γραμμές μεταφοράς και διανομής είναι από τις σημαντικότερες συνιστώσες ενός Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας. Η βασική τους λειτουργία είναι να μεταφέρουν την ηλεκτρική ενέργεια, με τις μικρότερες κατά το δυνατόν απώλειες, από τους σταθμούς όπου αυτή παράγεται προς τα κέντρα κατανάλωσης, που συνήθως απέχουν μεταξύ τους μεγάλες αποστάσεις Χαρακτηριστικά γραμμών μεταφοράς & διανομής Θα μπορούσε κάποιος να υποθέσει ότι το κυκλωματικό μοντέλο της γραμμής είναι απλό. Ωστόσο διαφορετικά φαινόμενα που συμβαίνουν κατά τη λειτουργία των γραμμών μεταφοράς (και διανομής) δημιουργούν καταστάσεις που δεν μπορούν να αγνοηθούν. Αυτά κατά σειρά σπουδαιότητας είναι: Οι τάσεις σειράς που επάγονται στους αγωγούς και που προκαλούνται από τα μαγνητικά πεδία που τους περιβάλλουν. Τα εγκάρσια ρεύματα διαρροής μεταξύ των αγωγών που προκαλούνται από τα ηλεκτρικά πεδία που υπάρχουν στο μεταξύ των αγωγών χώρο. Η ωμική αντίσταση του υλικού των αγωγών. Το ρεύμα διαρροής μέσω του στρώματος ρύπου που επικάθεται στους μονωτήρες. Το φαινόμενο αυτό είναι περιορισμένης σημασίας και είθισται να αγνοείται. 24

25 Για να ληφθούν υπόψη τα τρία πρώτα φαινόμενα στην παράσταση μιας γραμμής μεταφοράς (και διανομής) θα πρέπει να είναι γνωστά τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά της. Αυτά μπορούν να εκφραστούν αντίστοιχα μέσω των εξής τριών παραμέτρων της γραμμής: 1. Εν σειρά επαγωγή L, σε H/m. 2. Εγκάρσια χωρητικότητα C, σε F/m. 3. Εν σειρά αντίσταση R, σε Ω/m. Οι παράμετροι αυτές είναι ομοιόμορφα κατανεμημένες καθόλο το μήκος της γραμμής και στις περισσότερες πρακτικές περιπτώσεις εκφράζονται ανά μονάδα μήκους και ανά φάση της γραμμής μεταφοράς (και διανομής) Εν σειρά επαγωγή γραμμής Όταν ένας αγωγός διαρρέεται από μεταβαλλόμενο ρεύμα, τότε παράγεται, τόσο εντός αυτού όσο και στον περιβάλλοντα αυτόν χώρο, μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο οι δυναμικές γραμμές του οποίου είναι ομόκεντροι κύκλοι που έχουν τα κέντρα τους στο κέντρο του αγωγού και βρίσκονται σε επίπεδα κάθετα προς τον άξονα του αγωγού. Στην περίπτωση που υπάρχουν περισσότεροι του ενός αγωγοί στον ίδιο χώρο, ο καθένας από αυτούς δημιουργεί το δικό του μαγνητικό πεδίο. Ευρισκόμενοι οι αγωγοί εντός των μαγνητικών αυτών πεδίων, εμπλέκονται από μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή με αποτέλεσμα να αναπτύσσονται σε αυτούς τάσεις εξ επαγωγής. Τα μέτρα αυτών των τάσεων εξαρτώνται από τα επαγωγικά χαρακτηριστικά των αγωγών, δηλαδή από τις ίδιες αυτών επαγωγές καθώς και από τις μεταξύ αυτών αμοιβαίες επαγωγές. Συνεπώς, επαγωγή είναι η παράμετρος μέσω της οποίας λαμβάνεται υπόψη η τάση που επάγεται στους αγωγούς λόγω των μαγνητικών πεδίων που τους περιβάλλουν. Η επαγωγή μιας γραμμής μαζί με την αντίσταση είναι οι παράμετροι που διαμορφώνουν την εν σειρά σύνθετη αντίσταση της γραμμής. Η επαγωγή είναι η σημαντικότερη παράμετρος της γραμμής γιατί αυτή κυρίως επηρεάζει την ικανότητα μεταφοράς της γραμμής. 25

26 Εγκάρσια χωρητικότητα γραμμής Οι αγωγοί μιας γραμμής μεταφοράς (και διανομής), ανάμεσα στους οποίους παρεμβάλλεται ως διηλεκτρικό ο αέρας, συμπεριφέρονται ουσιαστικά ως οπλισμοί ενός πυκνωτή. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ των αγωγών προκαλεί φόρτιση αυτών κατά τον ίδιο τρόπο που φορτίζονται οι οπλισμοί ενός πυκνωτή όταν μεταξύ αυτών υπάρχει μια διαφορά δυναμικού. Η χωρητικότητα μιας γραμμής μεταφοράς (και διανομής) είναι το αποτέλεσμα της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των αγωγών, εκφράζεται με το φορτίο ανά μονάδα διαφοράς δυναμικού και είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη κατά μήκος της γραμμής. Όταν μια εναλλασσόμενη τάση εφαρμόζεται σε μία γραμμή, οι συνεχείς αυξομειώσεις της τιμής της προκαλούν αντίστοιχες αυξομειώσεις του ηλεκτρικού φορτίου των αγωγών σε κάθε σημείο αυτών και αυτές με τη σειρά τους προκαλούν ροή εγκάρσιου ρεύματος διαρροής μεταξύ των αγωγών. Το ρεύμα αυτό είναι ανεξάρτητο από τη φόρτιση της γραμμής και ρέει ακόμα και στην περίπτωση που η γραμμή είναι ανοικτοκυκλωμένη για να φορτίσει τα ηλεκτρικά πεδία των αγωγών. Η χωρητικότητα μιας γραμμής μεταφοράς (και διανομής) αποτελεί τη βασική παράμετρο που διαμορφώνει την εγκάρσια αγωγιμότητα της γραμμής και παριστάνει στην ουσία ένα δρόμο για τα ρεύματα διαρροής Εν σειρά αντίσταση γραμμής Ο υπολογισμός ή η μέτρηση της αντίστασης των αγωγών αποτελούν ένα περίπλοκο πρόβλημα λόγω φαινομένων, τα πιο σπουδαία των οποίων είναι η θερμοκρασία, το επιδερμικό φαινόμενο και το σπειροειδές της περιέλιξης των κλώνων των αγωγών. Η αντίσταση σε συνεχές ρεύμα ενός αγωγού από ομοιόμορφο υλικό και με ομοιόμορφη διατομή είναι: Rdc = ρ l A (Ω), όπου: Α: η διατομή του αγωγού σε mm 2 26

27 l: το μήκος του αγωγού σε m ρ: η ειδική αντίσταση του υλικού του αγωγού σε Ω mm 2 /m Θερμοκρασία Η ειδική αντίσταση μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία και μάλιστα κατά έναν σχεδόν γραμμικό τρόπο σύμφωνα με τη σχέση: ρ2 = ρ1 Τ 0+ Τ 2 Τ 0 + Τ 1, όπου ρ1 και ρ2 είναι ειδικές αντιστάσεις στις θερμοκρασίες Τ1 και Τ2 αντίστοιχα σε και το Τ0 σταθερά του υλικού Επιδερμικό φαινόμενο Όταν το ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό είναι εναλλασσόμενο, υπάρχει μία ανομοιομορφία στην κατανομή που αυξάνεται με τη συχνότητα, καθώς αυτό παρουσιάζει την τάση να συγκεντρώνεται στην επιφάνεια του αγωγού. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται επιδερμικό φαινόμενο και προκαλεί αύξηση της ενεργού αντίστασης του αγωγού περίπου κατά 3-5% Σπειροειδής περιέλιξη των κλώνων Το γεγονός ότι οι αγωγοί αποτελούνται από κλώνους που περιελίσσονται κατά σπειροειδή τρόπο γύρω από έναν κεντρικό κλώνο, προκαλεί αύξηση του ενεργού μήκους αυτών και κατά συνέπεια μικρή αύξηση της αντίστασή τους (περίπου 1-2%) Κατηγορίες γραμμών μεταφοράς & διανομής Οι γραμμές μεταφοράς και διανομής μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με τέσσερις κύριους τρόπους: Από το επίπεδο της τάσης με το οποίο είναι φορτισμένες. Από το μήκος τους. Από τον αριθμό των κυκλωμάτων τους. Από την ικανότητά τους στην μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας. 27

28 Επίπεδο τάσης γραμμών μεταφοράς & διανομής Σύμφωνα με το Ελληνικό Σύστημα Παραγωγής-Μεταφοράς- Διανομής, το δίκτυο μεταφοράς της ΔΕΗ αποτελείται από γραμμές μεταφοράς υπερύψηλης τάσης 400kV και γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης 150kV & 66kV. Το δίκτυο διανομής της ΔΕΗ παρέχει ηλεκτρική ενέργεια με γραμμές διανομής μέσης τάσης 22kV, 20kV, 15kV & 6,6kV και γραμμές διανομής χαμηλής τάσης 380/220V Μήκος γραμμών μεταφοράς & διανομής Για να παραστήσουμε μια γραμμή μεταφοράς (και διανομής) καθοριστικό παράγοντα αποτελεί το μήκος της. Αυτό καθορίζει αν στην παράσταση της γραμμής θα ληφθεί υπόψη ο κατανεμημένος χαρακτήρας των παραμέτρων της ή αν αυτές θα θεωρηθούν συγκεντρωμένες σε ένα σημείο, αλλά και ποιες ενδεχομένως από αυτές τις παραμέτρους δεν είναι σημαντικές και μπορούν να αγνοηθούν. Οι γραμμές μεταφοράς (και διανομής) διακρίνονται σε: 1. Μικρού μήκους: Μια γραμμή ορίζεται ως μικρού μήκους αν είναι μικρότερη από 80km. Σε αυτήν την περίπτωση, η χωρητικότητα είναι τόσο μικρή που μπορεί να παραληφθεί εντελώς χωρίς αυτό να έχει σημαντικές επιπτώσεις στην ακρίβεια των υπολογισμών και να θεωρηθεί μόνο η αντίσταση και η επαγωγική αντίδραση της γραμμής. 2. Μεσαίου μήκους: Μια γραμμή ορίζεται ως μεσαίου μήκους αν έχει μήκος από 80km μέχρι 250km. 3. Μεγάλου μήκους: Μια γραμμή ορίζεται ως μεγάλου μήκους αν έχει μήκος μεγαλύτερο από 250km. Στα μοντέλα τόσο των γραμμών μικρού όσο και των γραμμών μεσαίου μήκους δε λαμβάνεται υπόψη ο κατανεμημένος χαρακτήρας των παραμέτρων και αυτές θεωρούνται συγκεντρωμένες σε ένα σημείο. Αντίθετα στις γραμμές μεγάλου μήκους πρέπει να θεωρηθεί ότι οι παράμετροι είναι ομοιόμορφα κατανεμημένες καθόλο το μήκος. 28

29 Αριθμός κυκλωμάτων γραμμών μεταφοράς & διανομής Στον επόμενο διαχωρισμό οι γραμμές διακρίνονται με βάση τον αριθμό των κυκλωμάτων τους ως εξής: Γραμμές μεταφοράς απλού κυκλώματος στις οποίες έχουμε ένα ισοδύναμο τριφασικό κύκλωμα. Γραμμές μεταφοράς διπλού κυκλώματος στις οποίες έχουμε δύο ισοδύναμα τριφασικά κυκλώματα Ικανότητα γραμμών μεταφοράς & διανομής ηλεκτρικής ενέργειας Στην τελευταία κατηγοριοποίηση κατά την οποία οι γραμμές διαχωρίζονται με βάση την ικανότητα που έχουν ως προς την μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας έχουμε τις εξής περιπτώσεις: Γραμμές μεταφοράς Ελαφρού τύπου. Γραμμές μεταφοράς Βαρέως τύπου. Γραμμές μεταφοράς Υπερβαρέως τύπου με δίδυμο και τρίδυμο αγωγό ανά φάση. Ακόμα, καθώς τα ηλεκτρικά δίκτυα διακρίνονται σε εναέρια, υπόγεια και υποβρύχια μπορεί να γίνει μία ακόμα κατηγοριοποίηση των γραμμών μεταφοράς και διανομής σε εναέριες, υπόγειες και υποθαλάσσιες. Με τον όρο γραμμές μεταφοράς και διανομής, αναφερόμαστε κύρια στις εναέριες γραμμές, διότι αυτές είναι που συμμετέχουν στα δίκτυα μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Η χρήση υπόγειων γραμμών υψηλής αλλά και υπερύψηλης τάσης, καθώς και υποβρύχιων καλωδίων υψηλής τάσης είναι πολύ περιορισμένη και απαντάται κυρίως στη μεταφορά ή υπομεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας μέσα στα αστικά κέντρα αλλά και στις διασυνδέσεις των νησιωτικών περιοχών με την ηπειρωτική χώρα στην Ελλάδα και τον υπόλοιπο κόσμο Κανόνες και μέτρα ασφαλούς εναέριας μεταφοράς Η μηχανική σχεδίαση των εναέριων γραμμών μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας υπόκειται σε ορισμένους κανόνες, οι οποίοι εξασφαλίζουν κυρίως ότι οι αγωγοί θα παραμείνουν απρόσιτοι για το κοινό, προσβλέποντας έτσι στην ασφάλειά των 29

30 πολιτών. Οι βασικότερες απαιτήσεις της μηχανικής σχεδίασης των γραμμών αφορούν: Τις ελάχιστες αποστάσεις των αγωγών από το έδαφος και από τα γειτονικά κτίσματα. Τη μηχανική αντοχή των αγωγών, των μονωτήρων και των φορέων. Οι μηχανικές δυνάμεις, οι οποίες καταπονούν τις γραμμές μεταφοράς και διανομής, είναι οι εξής: 1. Το βάρος των αγωγών. 2. Η δύναμη του ανέμου. 3. Πιθανότατα το βάρος του πάγου, ο οποίος σχηματίζεται από το χιόνι, κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Βάση αυτών των δυνάμεων υπολογίζεται τόσο η καταπόνηση και συνεπώς η μηχανική αντοχή των αγωγών μεταφοράς και διανομής, αλλά και των στηριγμάτων όσο και οι αποστάσεις τους από το έδαφος, έτσι ώστε να διασφαλίζεται η ασφάλεια τόσο των πολιτών όσο και των εργαζομένων οι οποίοι εργάζονται στη συντήρηση και την επίβλεψη του συγκεκριμένου κομματιού της μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας Σφάλματα γραμμών μεταφοράς & διανομής Βραχυκυκλώματα Βραχυκύκλωμα ή σφάλμα συμβαίνει όταν διακοπεί η μόνωση του συστήματος σε κάποιο σημείο ή όταν κάποιο αγώγιμο αντικείμενο έρθει σε επαφή με γυμνό αγωγό. Οι αιτίες που μπορούν να προκαλέσουν βραχυκυκλώματα είναι πολλές και μπορεί να είναι κεραυνοί, δυνατοί άνεμοι, πτώσεις δένδρων σε γραμμές, καταστροφές στύλων από συγκρούσεις οχημάτων, διείσδυση μικρών ζώων σε διακοπτικούς μηχανισμούς κτλ. Υπάρχουν οι εξής τύποι βραχυκυκλωμάτων: Το μονοφασικό προς γη. Το διφασικό. Το διφασικό προς γη. Το συμμετρικό τριφασικό. 30

31 Τα ρεύματα που ρέουν στις γραμμές ενός Σ.Η.Ε. αμέσως μετά από ένα βραχυκύκλωμα είναι πολλαπλάσια των κανονικών ρευμάτων φορτίου που ρέουν πριν να συμβεί το βραχυκύκλωμα, προκαλούν θερμικές και δυναμικές καταπονήσεις και αν δεν διακοπούν το ταχύτερο δυνατόν, θα προκαλέσουν καταστροφή του εξοπλισμού Κατηγορίες σφαλμάτων 1. Παροδικό σφάλμα: Είναι το σφάλμα μιας γραμμής, το οποίο την θέτει εκτός λειτουργίας για μερικά δευτερόλεπτα μόνο. Μπορεί, για παράδειγμα, να προκληθεί από ένα κλαδί δένδρου που θα ακουμπήσει τον αγωγό για κάποια δευτερόλεπτα σε περίπτωση ισχυρών ανέμων (γι αυτό δεν πρέπει οι γραμμές να περνάνε μέσα από δένδρα). Μετά το πέρας αυτού του χρόνου, η γραμμή επανέρχεται σε λειτουργία χωρίς επέμβαση από τους τεχνικούς της αρμόδιας επιχείρησης ηλεκτρικής ενέργειας. 2. Μόνιμο σφάλμα: Είναι το σφάλμα μίας γραμμής, που την θέτει εκτός λειτουργίας μόνιμα. Σε αυτή την περίπτωση πρέπει να γίνει παρέμβαση της εταιρείας (ΔΕΗ για την Ελλάδα), ώστε να εντοπίσει και να αποκαταστήσει τη βλάβη στη συγκεκριμένη γραμμή. Αυτό το είδος σφάλματος σε μία γραμμή είναι το πιο σημαντικό. 3. Παραμένον σφάλμα: Είναι το είδος του σφάλματος μιας γραμμής, το οποίο ορίζεται κάτι ενδιάμεσο του μόνιμου και του παροδικού σφάλματος. Εμφανίζεται όταν η γραμμή είναι εκτός (μόνιμο σφάλμα) και μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, χωρίς κάποια επέμβαση, ξαναμπαίνει στο δίκτυο (παροδικό σφάλμα) Καταπονήσεις γραμμών μεταφοράς & διανομής Οι τάσεις που αναπτύσσονται ανάμεσα στα διάφορα τμήματα ενός Σ.Η.Ε. διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: Τις τάσεις «Ομαλής Λειτουργίας», που αναπτύσσονται υπό ομαλές συνθήκες λειτουργίας. Τις «Υπερτάσεις», που αναπτύσσονται σε εξαιρετικές μόνο περιπτώσεις ή ανωμαλίες και οι οποίες είναι υψηλότερες από τις τάσεις ομαλής λειτουργίας, εξού και η ονομασία τους Υπερτάσεις. Υπέρταση ορίζεται ως κάθε τάση που ξεπερνά σε τιμή τη μέγιστη επιτρεπτή τιμή τάσης λειτουργίας του εξοπλισμού. Οι γραμμές 31

32 διανομής του ελληνικού δικτύου, έχουν ονομαστική τάση λειτουργίας 20kV και η μέγιστη τάση λειτουργίας τους είναι 24kV. Οι υπερτάσεις που μπορούν να επιβαρύνουν κάποιο Σ.Η.Ε. κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την προέλευσή τους, σε εσωτερικές και εξωτερικές Εσωτερικές υπερτάσεις Οι εσωτερικές υπερτάσεις (ή υπερτάσεις μεγάλης διάρκειας μετώπου) εμφανίζονται σε ένα σύστημα κυρίως λόγω χειρισμών, αλλά και λόγω σφαλμάτων γης ή λόγω κεραυνικού πλήγματος σε αγωγό γραμμής μεταφοράς σε μεγάλη απόσταση από το σύστημα. Έχουν τη μορφή αποσβεννυμένης ταλάντωσης με επικίνδυνο τμήμα την πρώτη ημιπερίοδο. Ανάλογα με το μηχανισμό γένεσης, τη διάρκεια και το μέγεθος τους υποδιαιρούνται σε: Δυναμικές: Οι δυναμικές υπερτάσεις έχουν σχετικά μικρό εύρος αλλά μεγάλη διάρκεια, από ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μέχρι αρκετά λεπτά. Η μορφή μερικών από αυτές μπορεί να είναι η ίδια με τη μορφή της τάσεως λειτουργίας αλλά συνήθως έχουν τη μορφή μιας αποσβεννυμένης ταλάντωσης με ιδιαίτερη συχνότητα. Μεταβατικές Υπερτάσεις Χειρισμών: Οι υπερτάσεις χειρισμών, όπως και οι δυναμικές, είναι ανάλογες προς την ονομαστική τάση λειτουργίας και κατά συνέπεια το εύρος τους αυξάνει με την αύξηση της τάσης κανονικής λειτουργίας. Από τις μεταβατικές υπερτάσεις χειρισμών, εκείνες που συνήθως παίρνουν τις μεγαλύτερες τιμές και είναι και οι πιο επικίνδυνες για τα δίκτυα, είναι αυτές που γεννώνται κατά το κλείσιμο ενός διακόπτη. Σε κάθε αλλαγή καταστάσεως, όπως είναι το κλείσιμο και το άνοιγμα ενός διακόπτη, εμφανίζονται οι υπερτάσεις χειρισμών οι οποίες διαδίδονται στο θεωρούμενο ηλεκτρικό δίκτυο υπό μορφή οδεύοντων κυμάτων με σύνθετη κυματομορφή Εξωτερικές υπερτάσεις Οι εξωτερικές υπερτάσεις (ή υπερτάσεις μικρής διάρκειας μετώπου) εμφανίζονται σε ένα σύστημα κυρίως λόγω άμεσου ή έμμεσου πλήγματος κεραυνού, αλλά και λόγω χειρισμών ή σφαλμάτων στο σύστημα. Στις δύο τελευταίες περιπτώσεις η τιμή τους είναι σημαντικά μικρότερη και επομένως θεωρούνται λιγότερο 32

33 επικίνδυνες. Έχουν την μορφή οδεύοντων κυμάτων με διάρκεια μετώπου μερικών μs και διάρκεια ουράς τάξης αρκετών δεκάδων μs. Η εξωτερική υπέρταση λόγω κεραυνού έχει την μορφή ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Έτσι λοιπόν σε περίπτωση κεραυνικού πλήγματος σε μια γραμμή, το κύμα οδεύει κατά μήκος της γραμμής με μια πεπερασμένη ταχύτητα και η διαταραχή που προκαλεί γίνεται αντιληπτή σε απομακρυσμένα σημεία της γραμμής μόνο μετά από πεπερασμένο χρονικό διάστημα. Το διάστημα αυτό (χρόνος όδευσης) προσδιορίζεται από την ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος στο μέσο που περιβάλει την συγκεκριμένη γραμμή. 33

34 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 2 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ Γ. Β. Γιαννακόπουλου, Ν. Α. Βοβού, «Εισαγωγή στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Θεσσαλονίκη 2008, Εκδόσεις ΖΗΤΗ. Ν. Α. Βοβού, Γ. Β. Γιαννακόπουλου, «Ανάλυση Κυκλωμάτων Ισχύος», Θεσσαλονίκη, Εκδόσεις ΖΗΤΗ. Ν. Α. Βοβού, Γ. Β. Γιαννακόπουλου, «Ανάλυση Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας», Θεσσαλονίκη 2008, Εκδόσεις ΖΗΤΗ. Ν. Α. Βοβού, Γ. Β. Γιαννακόπουλου, Π. Ν. Βοβού, «Εργαστηριακές ασκήσεις στο μάθημα Έλεγχος και Ευστάθεια ΣΗΕ», Πάτρα 2016, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. Ε. Πυργιώτη, «Προστασία Κατασκευών από Κεραυνούς», Πάτρα 2012, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. Ε. Πυργιώτη, «Υψηλές Τάσεις», Πάτρα 2015, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. Ι. Α. Σταθόπουλος, «Υψηλές Τάσεις Ι», Εκδόσεις ΣΥΜΕΩΝ. Β. Κ. Παπαδιά, «Γραμμές Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας», Αθήνα 1999, Εκδόσεις ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ. 34

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 0 : ΣΤΗΡΙΓΜΑΤΑ ΤΩΝ ΕΝΑΕΡΙΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ 3.1. Πυλώνες Ένας πυλώνας ηλεκτρισμού ή αλλιώς πύργος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, είναι μία ψηλή κατασκευή, συνήθως χάλυβα, που χρησιμοποιείται για να υποστηρίξει τους υπερυψωμένους αγωγούς ηλεκτρικής ενέργειας. Η απόσταση μεταξύ των πυλώνων εκφράζεται ως ο μέσος αριθμός πυλώνων ανά γεωγραφικό μίλι και κυμαίνεται από τέσσερις έως έξι πυλώνες ανά γεωγραφικό μίλι. Η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών πυλώνων εξαρτάται από το επιτρεπόμενο κατακόρυφο βέλος του τόξου του αναρτημένου αγωγού. Το βάρος τους καθορίζεται από το ύψος τους, το υλικό κατασκευής, αν είναι απλού, διπλού ή πολλαπλού κυκλώματος, τη θέση τους καθώς και από τη γεωμετρία της κατασκευής. Το χαρακτηριστικό ύψος κυμαίνεται από 15 έως 55 μέτρα. Η σχεδίαση ενός πυλώνα εναέριας γραμμής στηρίζεται στις ακόλουθες βασικές προδιαγραφές: Το μήκος ερπυσμού των μονωτήρων. Τις ελάχιστες αποστάσεις μεταξύ αγωγών και μεταξύ αγωγών και πυλώνων που πρέπει να τηρηθούν. Την τοποθέτηση του αγωγού ή των αγωγών προστασίας. Το βέλος ανάρτησης των αγωγών λαμβάνοντας υπόψη τη δυναμική συμπεριφορά τους αλλά και την αντικεραυνική προστασία Κατηγορίες πυλώνων Οι πυλώνες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ανάλογα με: Το υλικό κατασκευής Με βάση το υλικό κατασκευής τους οι πυλώνες διακρίνονται σε: Πυλώνες από ξύλο. Πυλώνες από οπλισμένο σκυρόδεμα. Πυλώνες από ατσάλι ή χάλυβα. 35

36 Την απόσταση μεταξύ γειτονικών πυλώνων Ανάλογα με τη θέση τους οι πυλώνες διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: Στηρίγματα ευθυγραμμίας. Στηρίγματα ευθυγραμμίας-γωνίας. Στηρίγματα γωνίας. Στηρίγματα τομής και γωνίας-τομής. Στηρίγματα τέρματος Στηρίγματα ευθυγραμμίας Τα στηρίγματα ευθυγραμμίας μεταφέρουν τους αγωγούς σε ευθεία γραμμή. Κατά την κανονική λειτουργία δεν μεταφέρουν τις δυνάμεις τάνυσης του αγωγού στα στηρίγματα και επομένως μπορούν να σχεδιάζονται σχετικά ελαφριοί. Δεδομένου ότι αντιπροσωπεύουν τα πλεονεκτικότερα στηρίγματα των αγωγών, όσον αφορά την επένδυση, επιδιώκεται στο να είναι τα τμήματα γραμμών εξοπλισμένα καθ όσο είναι δυνατό με στηρίγματα ευθυγραμμίας Στηρίγματα ευθυγραμμίας-γωνίας Τα στηρίγματα ευθυγραμμίας-γωνίας χρησιμεύουν ως στηρίγματα για την ανάρτηση των αγωγών όπου η γραμμή αλλάζει κατεύθυνση κατά τις γωνίες εκτροπής της γραμμής. Σε αυτή την περίπτωση οι μονωτήρες ανάρτησης έχουν μία κεκλιμένη θέση, ακόμα και χωρίς τη δράση του αέρα. Τα στηρίγματα ευθυγραμμίας-γωνίας χρησιμοποιούνται για εκτροπές γραμμών μεταξύ 0 και 20 και αποκτούν μεγαλύτερη σημασία για γραμμές με ένα ή δυο κυκλώματα και τάσεις μέχρι 110kV. Σε περίπτωση υψηλότερων τάσεων προκύπτει μία δυσμενής γεωμετρία του άνω μέρους του στύλου. Επομένως το οικονομικό πλεονέκτημά τους συγκρινόμενο με τα στηρίγματα γωνίας πρέπει να εξεταστεί για κάθε έργο. Η σύνδεση των αγωγών στις δομές ευθυγραμμίας-γωνίας είναι τεχνικά ασύμφορη. 36

37 Στηρίγματα γωνίας Τα στηρίγματα γωνίας μεταφέρουν τις προκύπτουσες δυνάμεις τάνυσης των αγωγών εκεί που η γραμμή αλλάζει κατεύθυνση κατά τις γωνίες εκτροπής της γραμμής. Σε αντίθεση με τα στηρίγματα ευθυγραμμίας-γωνίας, είναι εξοπλισμένα με μονωτήρες τάνυσης. Τα στηρίγματα γωνίας φορτίζονται με τον ίδιο τρόπο με τα στηρίγματα γωνίας-τομής. Στα γειτονικά σε τέτοια στηρίγματα ανοίγματα μπορούν να εμφανιστούν ιδιαίτερες διαφορές στη δύναμη τάνυσης των αγωγών, π.χ. λόγω της ανομοιόμορφης επικάλυψης με πάγο. Εντούτοις αυτός ο τύπος στηρίγματος δε σχεδιάζεται για μια αντίστοιχη περίπτωση φόρτισης, σε αντίθεση με τα στηρίγματα γωνίας-τομής. Εξαιτίας του γεγονότος αυτού, τα στηρίγματα γωνίας χρησιμοποιούνται σπάνια σε περιοχές που είναι επιρρεπείς σε έντονο σχηματισμό πάγου Στηρίγματα τομής και γωνίας-τομής Τα στηρίγματα γωνίας και γωνίας-τομής μεταφέρουν τις δυνάμεις τάνυσης των αγωγών κατά την κατεύθυνση της γραμμής ή κατά τη συνισταμένη κατεύθυνση αντίστοιχα και χρησιμεύουν ως άκαμπτα σημεία στη γραμμή. Σχεδιάζονται για δυνάμεις τάνυσης αγωγών που διαφέρουν στις δύο κατευθύνσεις της γραμμής και εξασφαλίζουν την προστασία της γραμμής ενάντια σε αλυσιδωτές βλάβες. Σε περίπτωση μακριών, ευθειών τμημάτων της γραμμής, τα στηρίγματα τομής πρέπει να διαταχθούν σε αποστάσεις μεταξύ 5 και 10km για να παρέχουν άκαμπτα σημεία στη γραμμή και κατά συνέπεια, να περιορίζουν τις αλυσιδωτές βλάβες που μπορεί να αρχίσουν να συμβαίνουν στα στηρίγματα ευθυγραμμίας Στηρίγματα τέρματος Τα στηρίγματα τέρματος μεταφέρουν τις συνολικές δυνάμεις τάνυσης των αγωγών κατά την κατεύθυνση της γραμμής στη μία πλευρά. Συχνά τα στηρίγματα τέρματος φορτίζονται επιπρόσθετα από τους αγωγούς που οδηγούν στις εισόδους των υποσταθμών, οι οποίοι λειτουργούν συχνά υπό μεγάλη γωνία ως προς τον οριζόντιο άξονα και από τις δυνάμεις τάνυσης των αγωγών, που προκαλούνται από τις μικρές αποστάσεις στην είσοδο. Αυτές οι 37

38 συνθήκες φόρτισης μπορεί να οδηγήσουν σε δυσμενή φορτία σε μεμονωμένα μέλη των χαλύβδινων δικτυωτών πυλώνων και πρέπει να εξεταστούν κατά τη διάρκεια της σχεδίασης Τη γεωμετρία της κατασκευής Ανάλογα με τη γεωμετρία της κατασκευής τα πιο διαδεδομένα είδη πυλώνων είναι: Δικτυωτού πλέγματος. Μονοί στύλοι. Πολλαπλοί στύλοι. Η πλαισίου. Υποστηριζόμενοι V. Υποστηριζόμενοι Y Το βάρος τους Η διάκριση γίνεται σε: ελαφρείς (Ε), μεσαίους (Μ) και βαρείς (Β) Τον αριθμό των κυκλωμάτων Ο αριθμός των κυκλωμάτων που φέρουν οι πυλώνες αποτελεί ένα κριτήριο διάκρισης των πυλώνων. Η επιλογή της βασικής διαμόρφωσης του πυλώνα για μία εναέρια γραμμή εξαρτάται από παραμέτρους όπως η τάση, ο αριθμός των κυκλωμάτων ανά πυλώνα, συμπεριλαμβανομένου του τύπου των αγωγών ή των πολλαπλών αγωγών που χρησιμοποιούνται Στύλοι Οι αγωγοί μιας εναέριας γραμμής διανομής πρέπει στη διαδρομή τους, να στηριχθούν, να τεντωθούν και να οδηγηθούν στην κατάλληλη πορεία. Αυτό επιτυγχάνεται με στύλους διαφόρων μορφών. Η σύνδεση ξεκινάει από το πιο κοντινό δίκτυο που ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της ζητούμενης ισχύος. Η μελέτη είναι ανάλογη με τη μορφολογία του εδάφους από την οποία 38

39 προκύπτει εάν χρειάζονται γωνίες, εάν το δίκτυό μας είναι σε ευθυγραμμία κτλ. Με βάση τα παραπάνω θα αποφασιστεί τι είδους κατασκευή θα γίνει και ανάλογα θα τοποθετηθούν οι ανάλογοι σε ύψος και μηχανική αντοχή στύλοι. Αυτοί διακρίνονται σε Ε (ελαφρείς), Μ (μεσαίους), Β (βαρείς). Τα υλικά και η εγκατάσταση κάθε στύλου είναι τυποποιημένα. Έτσι, τα ύψη των στύλων που χρησιμοποιούνται είναι από 9 έως 15 μέτρα, όπως φαίνεται και στο παράρτημα στην εικόνα Π.1. Οι ξύλινοι στύλοι αποτελούν το 90% των στύλων του εναέριου δικτύου διανομής. Ο αριθμός του εκτιμάται σε 4.5 εκατομμύρια. Για την κατασκευή τους χρησιμοποιούνται κορμοί κωνοφόρων δέντρων. Για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας στύλος στο εναέριο δίκτυο διανομής θα πρέπει να ελεγχθεί εξονυχιστικά. Εάν έχει κάποιο ή κάποια από τα τυποποιημένα απαγορευμένα ελαττώματα (εικόνα Π.2 παραρτήματος) τότε η χρήση του αποκλείεται. Το ίδιο ισχύει και στην περίπτωση που έχει κάποιο ή κάποια από τα περιορισμένα ελαττώματα σε βαθμό μεγαλύτερο του επιτρεπτού (εικόνες Π.3 & Π.4 παραρτήματος). Από την ΔΕΗ δίνονται συγκεκριμένες οδηγίες όσο αναφορά τον τρόπο υλοτόμησης, αποφλοίωσης, καθαρισμού και αποξήρανσης των εν δυνάμει στύλων (Π.5 & Π.6). Ένας στύλος για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί θα πρέπει η περιεκτικότητα του σε υγρασία πριν τον εμποτισμό να μην ξεπερνά το 25%. Η ΔΕΗ έχει ορίσει το όριο αυτό αλλά και τον τρόπο με τον οποίο γίνεται η σωστή εκτίμηση της περιεκτικότητας υγρασίας (Π.7). Στον ξύλινο στύλο χρησιμοποιούνται συντηρητικά προκειμένου να εξασφαλιστούν οι ιδιότητές του. Μέσω του εμποτισμού του ξύλου με συντηρητικά προστατεύεται ο στύλος από μύκητες (σάπισμα) και από προσβολές ξυλοφάγων εντόμων και άλλων μικροοργανισμών. Επίσης, με το κατάλληλο συντηρητικό ο στύλος καθίσταται βραδύκαυστος ενώ πολλαπλασιάζεται και η διάρκεια ζωής του. Ένας τυπικός στύλος της ΔΕΗ χωρίς εμποτισμό διαρκεί περίπου 5 χρόνια, ενώ αν είναι εμποτισμένος η διάρκεια ζωής του μπορεί να φτάσει τα χρόνια. Λόγω της μεγάλης διάρκειας ζωής του μειώνονται οι προμήθειες και περιορίζονται οι υλοτομήσεις των δασών σε επίπεδα που δεν διαταράσσουν την ισορροπία του δασικού οικοσυστήματος της χώρας. Υπολογίζεται ότι λόγω του 39

40 εμποτισμού εξοικονομούνται δασικά δέντρα ετησίως, με αυξητική τάση εξοικονόμησης. Στο τέλος μιας εναέριας γραμμής ή σε γωνίες του δικτύου τοποθετούνται επίτονοι ή αντηρίδες γιατί εκεί αναπτύσσονται μεγάλες δυνάμεις στους στύλους. Οι επίτονοι είναι συρματόσχοινα από χάλυβα σχεδιασμένα να παρέχουν σταθερότητα σε μία κάθετη ελεύθερη διάταξη όπως είναι ένας στύλος μιας γραμμής διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Το ένα άκρο τους είναι συνδεδεμένο στον στύλο και το άλλο στο έδαφος σε μία απόσταση από αυτόν. Μέσω αυτών, η διάταξη μπορεί να αντέξει πλευρικές δυνάμεις που μπορεί να της ασκηθούν όπως είναι ο άνεμος. Για το καλύτερο δυνατό μηχανικό αποτέλεσμα οι επίτονοι συνδέονται σε σημείο του στύλου μεγάλου ύψους, στην ευρύτερη περιοχή των βασικών μονωτικών στοιχείων Κεραυνικά πλήγματα Οι κεραυνοί μπορούν να πλήξουν τη γραμμή διανομής ηλεκτρικής ενέργειας είτε με άμεσο είτε με έμμεσο τρόπο. Το άμεσο κεραυνικό πλήγμα συμβαίνει όταν ο κεραυνός πλήττει τον αγωγό προστασίας, τον στύλο ή τους αγωγούς φάσης. Έμμεσο κεραυνικό πλήγμα εμφανίζεται όταν ο κεραυνός χτυπά το έδαφος γύρω από τη γραμμή ή κοντινά σε αυτήν αντικείμενα. Τα δύο παραπάνω πλήγματα μπορούν να προκαλέσουν διάσπαση στην μόνωση, κάτι που θα μπορούσε να οδηγήσει σε διακοπή λειτουργίας της γραμμής. Αντικείμενο της παρούσας μελέτης αποτελεί το άμεσο κεραυνικό πλήγμα, οι συνέπειες του οποίου είναι εν δυνάμει καταστροφικές. Οι υπερτάσεις που προκαλεί ένα άμεσο πλήγμα στην γραμμή εξαρτώνται από την αντίσταση που παρουσιάζει η γραμμή. Σε ακραίες περιπτώσεις οι υπερτάσεις αυτές μπορούν να φτάσουν την τιμή μερικών χιλιάδων kv. Στις περιπτώσεις του άμεσου κεραυνικού πλήγματος, η διάρκεια μετώπου είναι μικρή, κατά συνέπεια η τάση στον αγωγό της γραμμής αυξάνεται πολύ γρήγορα. Έχει διαπιστωθεί ότι εάν το επίπεδο μόνωσης είναι χαμηλό θα λάβουν χώρα διασπάσεις σε πολλούς από τους στύλους. Ο αριθμός των στύλων που θα επηρεαστούν εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό και από την αντίσταση 40

41 γείωσής τους. Εάν το επίπεδο μόνωσης είναι υψηλό, τότε θα παρατηρηθούν διασπάσεις σε έναν ή και σε κανέναν στύλο. Όταν ένας αγωγός πλήττει τον αγωγό φάσεως της γραμμής, το συνολικό ρεύμα Ι0 του κεραυνού διχάζεται σε δύο τμήματα I 0 2 που διαρρέουν τη γραμμή από το σημείο του πλήγματος προς αντίθετες κατευθύνσεις. Κάθε ένα από τα ρεύματα I 0, πολλαπλασιασμένο με 2 την κυματική αντίσταση Ζ0 της γραμμής δίνει την παραγόμενη υπέρταση: V = I 0 2 Z Μονωτική συμπεριφορά ξύλινου στύλου Σύμφωνα με εμπειρικές διαπιστώσεις η καταστροφή των ξύλινων στύλων ή των βραχιόνων από κεραυνό είναι σπάνιο φαινόμενο. Παρόλα αυτά σε περιοχές υψηλής κεραυνικής δραστηριότητας και υπό συγκεκριμένες συνθήκες κάτι τέτοιο θα μπορούσε να αποτελεί ενδεχόμενο. Η πιθανότητα καταστροφής εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, κυρίως όμως από το περιεχόμενο υγρασίας και από την γήρανση του ξύλου. Το στεγανοποιημένο ξύλο έχει επίπεδα κρίσιμης τάσης υπερπήδησης τα οποία προσεγγίζουν αυτά ενός ισοδύναμου αριθμού ιντσών επιφάνειας πορσελάνινου μονωτήρα. Λόγω της πορώδους και υγροσκοπικής φύσης του όμως, το ξύλο πρακτικά ποτέ δεν διατηρείται σε πλήρως στεγνή κατάσταση. Το περιεχόμενο υγρασίας των εκτεθειμένων μερών του μεταβάλλεται σε σημαντικό βαθμό. Επίσης η υγρασία πολύ σπάνια είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη, αλλά μπορεί να εμφανίζεται σε μεγάλο βαθμό σε συγκεκριμένες περιοχές. Αυτό συμβαίνει λόγω των μαλακών περιοχών του ξύλου αλλά και εξαιτίας των επιφανειακών παρεμβάσεων που γίνονται. Λόγω των επιφανειακών αυτών παρεμβάσεων, ακόμα και η χρήση συντηρητικών όπως το κρεόζωτο δεν μπορεί να εμποδίσει την εισχώρηση της υγρασίας στο ξύλο παρά μόνο να την επιβραδύνει. Καθώς τα μόρια ξύλου γεμίζουν σε ποικίλους βαθμούς με νερό, η ηλεκτρική αντίσταση του ξύλου μεταβάλλεται σε μεγάλο εύρος τιμών. 41

42 Το πλήρως βρεγμένο ξύλο δεν παρουσιάζει καμία μονωτική συμπεριφορά σε περίπτωση κεραυνικού πλήγματος. Όταν υπόκειται σε κρουστικές τάσεις μπορεί να συμπεριφέρεται περισσότερο ως αντίσταση παρά ως μονωτικό. Το πλήρως στεγνό ξύλο από την άλλη συμπεριφέρεται σχεδόν με τον ίδιο τρόπο με ένα διάκενο αέρα. Σε πρακτικές συνθήκες όπου το ποσοστό υγρασίας δεν εντάσσεται σε καμία από τις δύο παραπάνω κατηγορίες η συμπεριφορά των ξύλινων δομών θα βρίσκεται κάπου ανάμεσα στις παραπάνω ακραίες συμπεριφορές. Η ΔΕΗ έχει ορίσει ως μέγιστη περιεκτικότητα του ξύλινου στύλου σε υγρασία το 25%, όπως φαίνεται στην εικόνα Π.7 του παραρτήματος. Εάν το ξύλο ξεπερνά το παραπάνω ποσοστό τότε δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως στύλος. Μια κρουστική τάση βλέπει τα ξύλινα μέρη ως αντιστάσεις, οπότε όταν αυτή η αντίσταση έχει μεγάλη τιμή, το ξύλο έχει μονωτικές ιδιότητες και μπορεί να παρατηρηθεί επιφανειακή εκκένωση. Όσο όμως το ποσοστό υγρασίας αυξάνεται τόσο μειώνεται και η τιμή της αντίστασης και έτσι η εκκένωση ακολουθεί διαδρομή πότε επιφανειακά του ξύλου και πότε στο εσωτερικό του. Επίσης σε αυτές τις περιπτώσεις η υπερπήδηση συμβαίνει για χαμηλότερες τιμές τάσης. Στις ακραίες περιπτώσεις όπου η αντίσταση αποκτά πολύ χαμηλές τιμές δεν αποκλείεται το ενδεχόμενο η εκκένωση να ακολουθήσει διαδρομή εξ ολοκλήρου εσωτερικά του ξύλου, κάτι που θα προκαλέσει μερική ή και ολική καταστροφή αυτού. Στις περιοχές όπου τα ιστορικά δεδομένα καταδεικνύουν ότι η πιθανότητα καταστροφής του ξύλου λόγω κεραυνικού πλήγματος δεν είναι μηδενική, το ξύλο μπορεί να προστατευτεί με την χρήση επιφανειακών ηλεκτροδίων τοποθετημένων κοντά στο σημείο σύνδεσης του μονωτήρα. Με αυτόν τον τρόπο ναι μεν απαιτείται η χρήση ταινιών, σφιγκτήρων και άλλων μεταλλικών επεκτάσεων τοποθετημένων κοντά στον μονωτήρα στην κατεύθυνση της υπερπήδησης αλλά επιτυγχάνεται η δρομολόγηση του κεραυνού μέσω του εξωτερικού της επιφάνειας και όχι του εσωτερικού του ξύλου. Επιπλέον, η λήψη μέτρων προστασίας του ξύλου από κεραυνικά πλήγματα συνεισφέρει και στην μείωση του αριθμού εμφανίσεων φωτιάς στον στύλο. 42

43 Προδιαγραφές ξύλινου στύλου Εάν κόψουμε ένα στύλο κάθετα προς τον άξονα του (Εικόνα 3.1.), στην τομή αυτή διακρίνουμε ένα κεντρικό κυκλικό τμήμα, που ονομάζεται εγκάρδιο (heartwood) και ένα περιφερειακό τμήμα ανοικτότερου χρώματος που ονομάζεται σομφό ξύλο (sap-wood). Το σομφό είναι το ξύλο μέσα στο όποιο οδεύουν οι χυμοί του δένδρου και είναι το τμήμα που μπορεί να εμποτιστεί. Κατά τον εμποτισμό η εσωτερική κοιλότητα των σωληνωτών κυττάρων του ξύλου πληρούται ή επαλείφεται με συντηρητικά (κρεόζωτο, πενταχλωροφαινόλη, αρσενικό). Επίσης ελέγχεται το πάχος του σομφού ξύλου, που πρέπει να είναι τόσο όσο είναι απαραίτητο για να επιτευχθεί το απαιτούμενο βάθος διείσδυσης του συντηρητικού. Στο εγκάρδιο η κυτταρική κοιλότητα περιέχει εκχυλίσματα σε στερεά κατάσταση με συνέπεια αυτό να μην μπορεί να εμποτιστεί. Απαγορευμένα ελαττώματα και αίτια απόρριψης κατά τον έλεγχο είναι η σήψη, οι κοιλότητες, τα ρήγματα, οι οπές, οι σχισμές και οι ρωγμές. Sap-wood Heartwood Εικόνα 3.1: Εγκάρσια τομή ξύλου. [1] 43

44 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 3 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ [1] =L7CTNlTDVTS8cM: Ε. Πυργιώτη, «Προστασία Κατασκευών από Κεραυνούς», Πάτρα 2012, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. Ε. Πυργιώτη, «Υψηλές Τάσεις», Πάτρα 2015, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. d.pdf pdf 44

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 0 : ΑΓΩΓΟΙ ΓΡΑΜΜΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ Οι αγωγοί πρέπει να αντέχουν στη μηχανική και στη θερμική καταπόνηση και στην περίπτωση της μέσης τάσης να μην προκαλούν απώλειες Κορώνα (δηλαδή ηλεκτρική διάσπαση του αέρα περί τον αγωγό). Σαν αγωγοί χρησιμοποιούνται πολύκλωνα συρματόσχοινα, για λόγους ευκαμψίας. Οι αγωγοί που χρησιμοποιούνται στις γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας είναι χωρίς μόνωση και κατασκευάζονται από χαλκό (Cu), αλουμίνιο (Al) ή αλουμίνιο-χάλυβα (ACSR). Αυτοί κατασκευάζονται μονόκλωνοι ή πολύκλωνοι. Στα εναέρια δίκτυα δε χρησιμοποιούνται μονόκλωνοι αγωγοί, γιατί έχουν πολύ μικρότερη μηχανική αντοχή από τους πολύκλωνους. Επίσης οι μονόκλωνοι αγωγοί είναι δύσκαμπτοι γεγονός που τους καθιστά λιγότερο εύχρηστους και υπόκεινται σε περισσότερες καταπονήσεις. Οι αγωγοί χαλκού και αλουμινίου αποτελούνται από κλώνους της ίδιας διατομής και παίρνουν τη μορφή των συρματόσχοινων. Η επιλογή της διατομής των αγωγών μίας εναέριας γραμμής υπόκειται στην τήρηση τεχνικών περιορισμών που σχετίζονται με: Τη μέγιστη επιτρεπτή ένταση (θερμικό όριο) που είναι αποδεκτή για κάθε διατομή και είδος αγωγού. Τη μέγιστη επιτρεπτή πτώση τάσης. Τη μηχανική αντοχή της γραμμής. Κατά συνέπεια βέλτιστη διατομή είναι αυτή για την οποία το κόστος της γραμμής θεωρούμενο στο σύνολο των ετών λειτουργίας της και ανηγμένο στο έτος κατασκευής, ελαχιστοποιείται. Η επιλογή του είδους των αγωγών που θα χρησιμοποιηθούν εξαρτάται τόσο από το κόστος όσο και από τις περιβαλλοντικές συνθήκες της περιοχής και φυσικά από την επιφόρτιση. Έτσι οι αγωγοί ACSR χρησιμοποιούνται σε όλες τις περιπτώσεις τυποποιημένων επιφορτίσεων σε περιοχές φυσιολογικών συνθηκών διάβρωσης. Οι τυποποιημένες διατομές αγωγών ACSR που χρησιμοποιούνται σε εναέριες γραμμές είναι 25mm 2, 56mm 2 και 150mm 2. Επίσης χρησιμοποιούνται αγωγοί με πυρήνα από διάφορα υλικά ώστε να ενισχύουν τις μηχανικές, τις φυσικές ακόμα και τις ηλεκτρικές ιδιότητες των αγωγών. Το ζητούμενο είναι τα υλικά κατασκευής που χρησιμοποιούνται να έχουν τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα S. 45

46 Υψηλή μηχανική αντοχή F. Μικρό ειδικό βάρος ε. Χαμηλή οξείδωση λόγω των ατμοσφαιρικών συνθηκών. Ευχέρεια συνδέσεως των αγωγών. Ένα επίσης πολύ σημαντικό στοιχείο το οποίο πρέπει επίσης να γνωρίζουμε είναι η διατομή του αγωγού που θα χρησιμοποιηθεί ως μέσο διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας. Η διατομή λοιπόν καθορίζεται από δύο μεγέθη τα οποία είναι το ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό και η ωμική αντίσταση της γραμμής. Το ρεύμα είναι μέγεθος ανάλογο της διατομής ενώ η ωμική αντίσταση είναι αντιστρόφως ανάλογο μέγεθος. Ακόμα η ωμική αντίσταση ενός αγωγού (όπως έχει αναφερθεί και σε προηγούμενα) επηρεάζεται από τη θερμοκρασία. Συγκεκριμένα όσο αυξάνεται η θερμοκρασία μειώνεται η μηχανική αντοχή και για το λόγο αυτό η θερμοκρασία ισορροπίας δεν πρέπει να υπερβαίνει την ονομαστική θερμοκρασία του αγωγού. Τα βασικότερα υλικά κατασκευής αγωγών και καλωδίων που χρησιμοποιούνται στη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας είναι το αλουμίνιο και ο χαλκός. 4.1 Αλουμίνιο Το αλουμίνιο (ή αργίλιο) συμβολίζεται με «Al» και έχει ατομικό αριθμό (=ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα του ατόμου) 13. Είναι το τρίτο πιο άφθονο μέταλλο στο φλοιό της γης μετά το οξυγόνο και το πυρίτιο. Χρησιμοποιείται ευρύτατα στη βιομηχανία και αυτό γιατί παρουσιάζει πολλά και σημαντικά πλεονεκτήματα. Πιο συγκεκριμένα το αλουμίνιο: Παρουσιάζει υψηλή αντοχή σε μηχανικές καταπονήσεις. Έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση (η πιο σημαντική ιδιότητα που παρουσιάζει το μεταλλικό αλουμίνιο), η οποία αντοχή του οφείλεται στο φαινόμενο της παθητικοποίησης. Παρουσιάζει πολύ καλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα ενώ έχει και χαμηλό ειδικό βάρος. 46

47 Παραγωγή αλουμινίου Πρώτα ο βωξίτης εξορύσσεται από το κοίτασμα. Στη συνέχεια εκπλύνεται, θρυμματίζεται και διαλύεται σε πυκνό διάλυμα καυστικού νατρίου σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση. Έπειτα απομακρύνεται από το καυστικό νάτριο και παραμένει μόνο το ένυδρο οξείδιο του αργιλίου το οποίο πυρώνεται στους 1100 έτσι ώστε να απομακρυνθεί το νερό. Ακολουθεί η ηλεκτρόλυση. Το οξείδιο αργιλίου διαλύεται σε τήγμα κρυόλιθου το οποίο βρίσκεται σε ηλεκτρολυτική λεκάνη με άνοδο ηλεκτρόδιο άνθρακα και κάθοδο την επένδυση της λεκάνης από ανθεκτικό μέταλλο. Η ηλεκτρόλυση είναι μία διεργασία η οποία είναι εξαιρετικά ηλεκτροβόρα. Ένα τυπικό εργοστάσιο παραγωγής αλουμινίου καταναλώνει ρεύμα όσο μία μικρή πόλη. Ενδεχόμενη διακοπή ρεύματος για πάνω από τέσσερις ώρες σημαίνει στερεοποίηση των τηγμάτων στις λεκάνες και συνεπώς καταστροφή τους. Για αυτό το λόγο τα περισσότερα εργοστάσια είτε παράγουν επιτόπου την ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνουν είτε συνδέονται με παραπάνω από μία πηγές ενέργειας (έχουν δηλαδή απευθείας διεθνείς συνδέσεις). Εικόνα 4.1: Ράβδοι αλουμινίου. [1] 47

48 Εικόνα 4.2: Αγωγοί αλουμινίου. [2] Χρήση αγωγών αλουμινίου Οι αγωγοί αλουμινίου: Χρησιμοποιούνται στις γραμμές χαμηλής τάσης και μακριά από τη θάλασσα. Στις γραμμές υψηλής και υπερυψηλής τάσης δεν χρησιμοποιούνται γιατί έχουν μικρή μηχανική αντοχή (οι πυλώνες απέχουν πολύ μεταξύ τους και οι αναπτυσσόμενες δυνάμεις στους αγωγούς είναι πολύ μεγάλες). 4.2 Χαλκός Ο χαλκός συμβολίζεται με «Cu» και έχει ατομικό αριθμό 29. Παρουσιάζει θερμοκρασία τήξης (στερεό υγρό) 1084,6 και θερμοκρασία βρασμού (υγρό αέριο) Ένα χαρακτηριστικό που παρουσιάζει είναι πως μπορεί να μετατραπεί σε σύρματα ή σε ελάσματα-φύλλα. 48

49 Ακόμα, ο χαλκός έχει μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα και καλή μηχανική αντοχή. Η αγωγιμότητα του μειώνεται όταν έχει ξένες προσμίξεις. Επίσης μπορεί να μειωθεί όταν κατεργαστεί εν ψυχρώ. Τότε όμως του δίνεται μεγαλύτερη μηχανική αντοχή. Ένα ακόμα πλεονέκτημά του είναι ότι δεν διαβρώνεται εύκολα και για αυτό ενδείκνυται η χρησιμοποίησή του σε δίκτυα που είναι κοντά στη θάλασσα Εφαρμογές χαλκού Ο χαλκός είναι το μέταλλο που έχει τις περισσότερες εφαρμογές στη βιομηχανία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών ειδών. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή πάσης φύσεως αγωγών και καλωδίων, ενώ χρησιμοποιείται και για την κατασκευή ηλεκτρικών εξαρτημάτων όπως πηνία, ηλεκτρομαγνήτες για ηλεκτροκινητήρες, ηλεκτρομαγνήτες για γεννήτριες και αλλού Μεταλλεύματα χαλκού Ο χαλκός ανευρίσκεται αυτοφυής στη φύση, ωστόσο σήμερα τα κοιτάσματα αυτοφυούς χαλκού είναι είτε περιορισμένα είτε μη οικονομικά εκμεταλλεύσιμα. Περισσότερο συνήθης είναι η εμφάνισή του στο φλοιό της γης, ενώ εμφανίζεται και σε μικρότερο βαθμό στα οξειδωμένα μεταλλεύματα. Μεγάλη σημασία ως μελλοντικές πηγές χαλκού έχουν οι περιεκτικότητες χαλκού στα πεδία «κονδύλων» σε μεγάλα βάθη σε ωκεάνιες περιοχές, καθώς και σε κοιτάσματα συμπαγών θειούχων μεταλλευμάτων που συνδέονται με ηφαιστειακή δραστηριότητα. Ακόμη σημαντική πηγή του χαλκού είναι τα σκραπ (= ανακυκλώσιμα υλικά) χαλκού και κραμάτων χαλκού. 49

50 Εικόνα 4.3: Ράβδοι χαλκού. [3] Εικόνα 4.4: Αγωγοί χαλκού. [4] 50

51 4.3 Σύγκριση αγωγών αλουμινίου αγωγών χαλκού Το αλουμίνιο είναι τρεις φορές ελαφρύτερο από το χαλκό. Έχει μικρότερο κόστος από αυτόν και για αυτό αντικαθιστά το χαλκό κυρίως στους αγωγούς των εναέριων δικτύων. Μειονεκτεί όμως στο γεγονός ότι έχει το 60% περίπου της αγωγιμότητας του χαλκού, καθώς και μόνο το 50% της μηχανικής αντοχής του. Έτσι ένας αγωγός αλουμινίου με ισοδύναμη διατομή με αγωγό από χαλκό έχει το ½ του βάρους του και διάμετρο μεγαλύτερη κατά 1,6 φορές (60% μεγαλύτερη). Τα παραπάνω μας δείχνουν ότι ο αγωγός από αλουμίνιο δέχεται μεγαλύτερες επιφορτίσεις από τον άνεμο και τον πάγο λόγω της μεγαλύτερης επιφάνειάς του. Σε αντίθεση με το χαλκό, το αλουμίνιο υπό κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες οξειδώνεται (σκουριάζει) επιφανειακά. Το στρώμα της οξείδωσης είναι πολύ λεπτό και προστατεύει τον αγωγό από την παραπέρα οξείδωση. Κοντά στη θάλασσα όμως (σε απόσταση μέχρι 1Km περίπου) διαβρώνεται από το αλάτι που περιέχεται στον αέρα, σε βάθος μέχρι 3mm. 4.4 ACSR: αγωγοί αλουμινίου ενισχυμένοι με χάλυβα Το μειονέκτημα των αγωγών αλουμινίου αντιμετωπίζεται με επιτυχία με τους αγωγούς ACSR. Αυτοί αποτελούνται από χαλύβδινο κεντρικό πυρήνα ο οποίος περιβάλλεται από ένα ή περισσότερα στρώματα κλώνων αλουμινίου. Ο χάλυβας αναλαμβάνει τη μηχανική αντοχή και το αλουμίνιο την ηλεκτροδότηση. Το ρεύμα οδεύει κυρίως μέσα από το αλουμίνιο, δηλαδή το ρεύμα μέσα από το χάλυβα είναι αμελητέο. Οι αγωγοί ACSR έχουν περίπου 50% μεγαλύτερη αντοχή από τους αγωγούς χαλκού και είναι 20% ελαφρύτεροι για ισοδύναμη διατομή με το χαλκό. Χρησιμοποιούνται στις γραμμές υψηλής τάσης και μέσης τάσης γιατί μπορεί να γίνει μεγαλύτερο άνοιγμα μεταξύ των θέσεων στήριξης (πυλώνων ή στηλών). Οι αγωγοί ACSR χαρακτηρίζονται κατά DIN ως εξής: Al/St = διατομή του Al/ διατομή του St. (π.χ. Al/St 185/32 σημαίνει αγωγός με 185 mm 2 Al και 32 mm 2 St). Σε σύνθετους αγωγούς η σχέση διατομών Al/St είναι συνήθως ίση με 6, ενώ σε μεγάλες διατομές μπορεί να φτάσει και το 20. Οι πολύκλωνοι ACSR αγωγοί 51

52 αποτελούνται από 1 έως 3 στρώματα χαλύβδινων συρμάτων και 1 έως 3 στρώματα συρμάτων αλουμινίου. Τα σύρματα είναι συνεστραμμένα και μάλιστα η διεύθυνση συστροφής είναι αντίθετη σε δυο γειτονικά στρώματα, πράγμα που εξασφαλίζει μια καλή συνοχή του συρματόσχοινου. Πυρήνας χάλυβα Αλουμίνιο Εικόνα 4.5: Αγωγοί ACSR. [5] 52

53 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 4 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ [1] b&biw=1536&bih=750&tbm=isch&sa=1&ei=dcghw-fddapt6aty- 5TgCQ&q=%CF%81%CE%B1%CE%B2%CE%B4%CE%BF%CF%82+%CE %B1%CE%BB%CE%BF%CF%85%CE%BC%CE%B9%CE%BD%CE%B9% CE%BF%CF%85&oq=%CF%81%CE%B1%CE%B2%CE%B4%CE%BF%CF %82+%CE%B1%CE%BB&gs_l=img.3.0.0i24k j10j c.1.64.img j0i30k1j0i8i30k1.0.YWOuSToitb4#imgrc=MAlg7z9yanoE7M: [2] b&biw=1536&bih=750&tbm=isch&sa=1&ei=dcghw-fddapt6aty- 5TgCQ&q=%CE%B1%CE%B3%CF%89%CE%B3%CE%BF%CE%AF+%CE %B1%CE%BB%CE%BF%CF%85%CE%BC%CE%B9%CE%BD%CE%B9% CE%BF%CF%85&oq=%CE%B1%CE%B3%CF%89%CE%B3%CE%BF%CE %AF+%CE%B1%CE%BB%CE%BF%CF%85%CE%BC%CE%B9%CE%BD %CE%B9%CE%BF%CF%85&gs_l=img j c.1.64.img j35i39k1j0i67k1j0i24k1.0. gnq1q6ekavo#imgrc=768o_avxln9x2m: [3] %CE%BF%CE%B9+%CF%87%CE%B1%CE%BB%CE%BA%CE%BF%CF% 85&client=firefox-b- ab&tbm=isch&tbs=rimg:csxasqzvhds9ijiyyeo1muzd0qaw- LfddJrxXpJVPLSTy-VK- 1XHGbGjhlwsCU_1xlfmiA9Gob7_18zjp3EddiHeasuioSCbLISjUxRkPSEaxpGI KpExwEKhIJppb4t910mvERak37q7uuSwMqEgleklU8tJPL5RE9a6aIfjy1QioS CUr7VccZsaOGETPHulAwLzkFKhIJXCwJT_1GV-aIR9OlWhfs84- sqegkd0ahvv_1zoohekycarnitilyoscxcr12id5qy6esx7sg72- ye0&tbo=u&sa=x&ved=2ahukewir1nnoyadbahwq_kqkhyi6ansq9c96b AgBEBg&biw=1536&bih=750&dpr=1.25#imgrc=sshKNTFGQ9KLaM: [4] %CE%BF%CE%B9+%CF%87%CE%B1%CE%BB%CE%BA%CE%BF%CF% 85&client=firefox-b-ab&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiwZ37yqDbAhUCxqYKHSXyBUQQ_AUICigB&biw=1536&bih=750#imgrc=1SU w8-pnqhjfcm: [5] oqbrcq_auicigb&biw=1536&bih=714#imgrc=8gwnfivjkf91xm: %CE%B9%CE%BF %CF%

54 54

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 0 : ΜΟΝΩΤΗΡΕΣ Στις γραμμές μεταφοράς/διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας για την ανάρτηση των αγωγών φάσεων από του πυλώνες/στύλους χρησιμοποιούνται οι αλυσοειδείς μονωτήρες. Αυτοί αποτελούνται από πολλούς απλούς δισκοειδείς μονωτήρες (από πορσελάνη ή γυαλί και τα τελευταία χρόνια και από εποξεικές ρητίνες), που συνδέονται μεταξύ τους αρθρωτά με τη βοήθεια ειδικών μεταλλικών στελεχών (οπλισμοί οι οποίοι ενσωματώνονται στους μονωτήρες με εφαρμογή ειδικού τσιμέντου-συγκολλητικής ύλης). Εικόνα 5.1 [1] Εικόνα 5.2 [2] Εικόνα 5.3 [3] Εικόνα 5.4 [4] 55

56 Στις εικόνες 5.1 και 5.2 παρουσιάζονται δισκοειδείς μονωτήρες πορσελάνης ενώ στις εικόνες 5.3 και 5.4 δισκοειδείς μονωτήρες γυαλιού. Ακόμα στις εικόνες 5.5 και 5.6 δίνονται αλυσοειδείς μονωτήρες που αποτελούνται από δισκοειδούς μονωτήρες πορσελάνης και δισκοειδούς μονωτήρες γυαλιού αντίστοιχα. Εικόνα 5.5 [5] Εικόνα 5.6 [6] Ο αριθμός των δισκοειδών μονωτήρων (δίσκων) στους αλυσοειδούς μονωτήρες εξαρτάται από την τάση λειτουργίας της γραμμής, τις περιβαλλοντικές συνθήκες και από το ύψος και την κατανομή των αναμενόμενων υπερτάσεων. Ο αριθμός των δίσκων, ο οποίος καθορίζεται από τον παράγοντα της τάσης λειτουργίας της γραμμής έτσι ώστε να μη συμβεί διάσπαση σε κανέναν από τους δίσκους της αλύσου μονωτήρων, εξαρτάται από το νόμο σύμφωνα με τον οποίο η τάση αυτή κατανέμεται μεταξύ των δίσκων. Ως πλέον συμφέρουσα εμφανίζεται η ομοιόμορφη κατανομή (ιδανική) κατά την οποία οι δίσκοι καταπονούνται εξίσου αναλαμβάνοντας ο καθένας το ίδιο ποσοστό της συνολικής τάσης. Μόνο τότε εκμεταλλευόμαστε πλήρως τη μονωτική ικανότητα όλων των μονωτήρων που αποτελούν την άλυσο. Στην ομοιόμορφη κατανομή η τάση των μεταλλικών αρθρώσεων (οπλισμοί) αυξάνει γραμμικά από το μηδέν (τάση στην οποία φέρει το σημείο πρόσδεσης της αλύσου στον γειωμένο πυλώνα, δηλαδή τάση προσγειωμένου άκρου) μέχρι τη συνολική επιβαλλόμενη τιμή της τάσης (τάση την οποία φέρει ο κόμβος πρόσδεσης της αλύσου 56

57 με τον αγωγό της γραμμής, δηλαδή υπό τάση άκρο της αλύσου). Η πραγματική κατανομή της επιβαλλόμενης όμως τάσης διαφέρει σημαντικά από την ιδανική κατανομή. Κάθε απλός δισκοειδής μονωτήρας έχει δύο οπλισμούς, ανάμεσα στους οποίους παρεμβάλλεται η πορσελάνη ή το γυαλί, συνιστώντας έτσι έναν στοιχειώδη πυκνωτή χωρητικότητας C. Συνεπώς κάθε αλυσοειδής μονωτήρας μπορεί να θεωρηθεί σαν μία συνδεσμολογία χωρητικοτήτων σε σειρά. Επίσης μεταξύ των μεταλλικών αρθρώσεων διαδοχικών δίσκων και του γειωμένου πυλώνα αλλά και του αγωγού της γραμμής αναπτύσσονται παράσιτες χωρητικότητες. Η διηλεκτρική αντοχή των υλικών κατασκευής των μονωτήρων είναι πολύ μεγαλύτερη από τη διηλεκτρική αντοχή του περιβάλλοντος αέρα, επομένως και η ηλεκτρική καταπόνηση αυτών των υλικών είναι σημαντικά μικρότερη σε σχέση με την καταπόνηση του αέρα. Όταν η μεταξύ των δύο ακροτάτων σημείων του μονωτήρα επιβαλλόμενη τάση υπερβεί μια κρίσιμη τιμή σημειώνεται υπερπήδηση (flashover) του μονωτήρα, δηλαδή γεφύρωση με ηλεκτρικό τόξο που οδεύει διαμέσου του αέρα του διακένου μεταξύ του σημείου προσδέσεως του αγωγού της γραμμής στο μονωτήρα και του προσγειωμένου σημείου στηρίξεως ή αναρτήσεως του μονωτήρα. Η υπερπήδηση επέρχεται εν μέρει λόγω επιφανειακών εκκενώσεων, ερπουσών επί της επιφάνειας του μονωτήρα (επιφάνεια διαχωρισμού δύο διαφόρων διηλεκτρικών) και εν μέρει λόγω διαστάσεως στρωμάτων αέρα. Η διάσπαση ή αλλιώς διάτρηση (puncture) του μονωτήρα είναι δυνατόν να επιτευχθεί υπό πολύ υψηλότερη τάση, μόνο όταν ο μονωτήρας βυθιστεί μέσα σε λουτρό μονωτικού λαδιού (αυτό απαιτείται για να αποφευχθεί διάσπαση στον αέρα και για να διατρηθεί «υποχρεωτικά» το υλικό κατασκευής του μονωτήρα). Τελευταία πειράματα έδειξαν ότι διάτρηση μονωτήρων πορσελάνης είναι δυνατόν να επιτευχθεί και μέσα σε περιβάλλον ατμοσφαιρικού αέρα, εφόσον η επιβαλλόμενη τάση είναι κρουστική μεγάλης τιμής (μέγιστη τιμή τουλάχιστον 800kV) και μεγάλης κλίσης μετώπου (2000kV/μs). 57

58 5.1 Διηλεκτρική αντοχή μονωτήρων Η κατάσταση της επιφάνειας των μονωτήρων επηρεάζει σημαντικά τη διηλεκτρική αντοχή τους. Η αντοχή των μονωτήρων υπό βροχή είναι πολύ μικρότερη από την αντοχή τους εν ξερώ. Σημειώνεται πως η αντοχή τους υπό βροχή θα ήταν ακόμα μικρότερη αν οι μονωτήρες δεν είχαν τη γνωστή κυματοειδή διαμόρφωση της επιφάνειάς τους, που εξασφαλίζει ένα μέρος της επιφάνειάς τους να μένει αδιάβρεκτο ενώ παράλληλα να διακόπτεται η συνέχεια του αγώγιμου στρώματος ύδατος. Ακόμα η κυμάτωση της επιφάνειας των μονωτήρων (στην περίπτωση μονωτήρων αναρτήσεως στην κάτω επιφάνεια) αυξάνει το μήκος ερπυσμού. Το μήκος ερπυσμού ορίζεται ως η συντομότερη διαδρομή επί της επιφάνειας του μονωτήρα ανάμεσα στα δύο μεταλλικά άκρα του (μήκος της εξωτερικής ημιπεριμέτρου του μονωτικού υλικού σε επίπεδο τομής διερχόμενο από τον άξονα συμμετρίας του μονωτήρα), διαδρομή που ακολουθούν οι έρπουσες εκκενώσεις. Εκτός από τη βροχή, την αντοχή των μονωτήρων επηρεάζει σημαντικά η επ αυτών επικάθηση δροσιάς, ακαθαρσιών (π.χ. βιομηχανική ρύπανση) ή θαλάσσιας άλμης (καθαλάτωση), που επεκτείνεται σε ολόκληρη την επιφάνεια και όχι μόνο στα πάνω τμήματά της, σε συνδυασμό πάντοτε με τις καιρικές συνθήκες. Υπό συνθήκες έντονης ρύπανσης οι μονωτήρες εμφανίζουν, ακόμη και υπό την τάση κανονικής λειτουργίας τους, εκκενώσεις ορατές σε ορισμένη απόσταση κατά τη νύχτα και συνοδευόμενες από χαρακτηριστικό τρίξιμο. 5.2 Αντιμετώπιση ρύπανσης μονωτήρων Η χαρακτηριστική κλίση που έχει το πάνω μέρος των μονωτήρων αναρτήσεως διευκολύνει τον αυτοκαθαρισμό της επιφάνειας τους από τις διάφορες επικαθήσεις με τη βοήθεια του νερού της βροχής. Για την αποφυγή διακοπών της λειτουργίας των γραμμών λόγω των υπερπηδήσεων, που προκαλούν ορισμένες φορές οι αναφερθείσες επικαθήσεις σε περιοχές με ακάθαρτη ατμόσφαιρα, χρησιμοποιούνται μονωτήρες της επόμενης ή και μεθεπόμενης τάσεως λειτουργίας, ενώ ειδικά για μονωτήρες ανάρτησης χρησιμοποιούνται δισκοειδείς μονωτήρες πορσελάνης τύπου ομίχλης. 58

59 5.3 Φθορές μονωτήρων και συνέπειες αυτών Οι αγώγιμες ή ημιαγώγιμες επικαθήσεις στην επιφάνεια των μονωτήρων προκαλούν ανύψωση της πεδιακής έντασης τοπικά, με αποτέλεσμα την κατά τόπους μερική διάσπαση του αέρα. Τις ίδιες συνέπειες έχει και η ύπαρξη ρωγμών στην πορσελάνη ή η ύπαρξη αιχμών ή ακίδων στα μεταλλικά στελέχη του μονωτήρα. Μεταξύ των δευτερογενών συνεπειών της ύπαρξης επικαθήσεων, ρωγμών ή ακίδων αναφέρεται και η παρενόχληση λειτουργίας τηλεπικοινωνιακών συστημάτων, οδευόντων πλησίον των γραμμών. 5.4 Απώλεια μόνωσης του μονωτήρα Η απώλεια της μόνωσης στους μονωτήρες μπορεί να επέλθει με τρεις διαφορετικούς τρόπους: Ο πρώτος είναι η κανονική ηλεκτρική διάσπαση του μονωτήρα (ή αλλιώς διάτρηση) και η εκκένωση ρεύματος δια μέσου της μάζας του, φαινόμενο που ξεσπάει όταν η διαφορά δυναμικού ξεπεράσει την τάση διάσπασης του υλικού. Η διάτρηση του μονωτήρα είναι ένα εξαιρετικά σπάνιο φαινόμενο. Η ειδική αγωγιμότητα όγκου του μονωτικού υλικού είναι πολύ μικρότερη της ειδικής επιφανειακής αγωγιμότητάς του. Έτσι, οι ενδεχόμενες ηλεκτρικές εκκενώσεις πραγματοποιούνται ως επί το πλείστον στην επιφάνεια του μονωτήρα ή μέσω διάσπασης μορίων του αέρα γύρω από αυτήν, παρά διαμέσου του υλικού του. Διάτρηση, βέβαια, μπορεί να επιτευχθεί και μέσα σε περιβάλλον ατμοσφαιρικού αέρα, εφόσον, όμως, η επιβαλλόμενη τάση είναι κρουστική, μεγάλης τιμής και μεγάλης κλίσεως μετώπου (π.χ. κεραυνοπληξία). Ο δεύτερος τρόπος με τον οποίο είναι δυνατό να επέλθει απώλεια της μόνωσης σε μια διάταξη μονωτήρα είναι η ανάπτυξη ενός ισχυρού ρεύματος ερπυσμού πάνω στην επιφάνεια του υλικού. Το ρεύμα ερπυσμού μπορεί να εκτείνεται σε όλο το μήκος της επιφάνειας του μονωτικού ή, συνήθως, σε διάφορα μέρη της που συνδέονται με μικρά ηλεκτρικά τόξα. Ο τρίτος είναι η υπερπήδηση. Το δημιουργούμενο κατά την υπερπήδηση του μονωτήρα ηλεκτρικό τόξο έρχεται σε επαφή με το στέρεο μονωτικό και προκαλεί καταστροφή του υαλώδους 59

60 επιχρίσματος αυτού, καθορίζοντας ταυτόχρονα (κατά ένα ποσοστό τουλάχιστον 50%) την «οδό διελεύσεως» νέου ηλεκτρικού τόξου που ενδεχομένως λάβει χώρα στο μέλλον. Για αυτό το λόγο συνήθως εφαρμόζονται στους μονωτήρες προστατευτικοί δακτύλιοι (ή κερατίδια), με τα οποία «υποδεικνύεται» στο ηλεκτρικό τόξο η οδός διελεύσεώς του, μακριά από το στέρεο μονωτικό. Στους σύγχρονους μονωτήρες μία υπερπήδηση μικρής διάρκειας συνεπάγεται πολύ μικρή ζημιά για τον μονωτήρα καθώς μόλις παρέλθει η υπέρταση, ο μονωτήρας παρουσιάζει την κανονική του συμπεριφορά. Αντίθετα, μια διάτρηση αχρηστεύει σχεδόν πάντα τον μονωτήρα. 5.5 Κατηγορίες μονωτήρων Τρόπος σύνδεσης μονωτήρων Ανάλογα με τον τρόπο συνδέσεώς τους οι μονωτήρες διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: «Μονωτήρες αναρτήσεως»: χρησιμοποιούνται κυρίως για την ανάρτηση των γραμμών μεταφοράς Υψηλής Τάσης και αποτελούνται από μία ή δύο σειρές δισκοειδών μονωτήρων, διατεταγμένων σε μορφή αλύσου. Το πλήθος των δισκοειδών μονωτήρων σε μία διάταξη αλύσου εξαρτάται προφανώς από την τάση λειτουργίας της γραμμής και από τη διηλεκτρική αντοχή εκάστου δισκοειδούς μονωτήρα. Στην περίπτωση των μονωτήρων ανάρτησης, η αχρήστευση ενός δίσκου είναι δυνατόν να μην συνεπάγεται αχρήστευση όλης της αλυσίδας καθώς οι παραμένουσες μονάδες παρέχουν την απαραίτητη μόνωση. Οπωσδήποτε όμως ο συντελεστής ασφαλείας έχει μειωθεί και η κατεστραμμένη μονάδα πρέπει να αντικατασταθεί άμεσα. «Μονωτήρες στηρίξεως»: χρησιμοποιούνται για τη στήριξη των αγωγών Υψηλής Τάσης και διακρίνονται σε μονωτήρες γραμμής μεταφοράς και μονωτήρες υποσταθμών. «Μονωτήρες γραμμής»: χρησιμοποιούνται στις γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. 60

61 «Μονωτήρες διελεύσεως»: χρησιμοποιούνται στις θέσεις εξόδου των αγωγών από τους μετασχηματιστές ή άλλες συσκευές και για τη διέλευση αγωγών εγκαρσίως μέσω χωρισμάτων Τρόπος χρήσεως μονωτήρων Ανάλογα με τον τρόπο χρήσεώς τους οι μονωτήρες διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: «Μονωτήρες ομίχλης»: χρησιμοποιούνται σε περιοχές όπου επικρατούν συνθήκες έντονης ρυπάνσης (βιομηχανικής ή λόγω φυσικών συνθηκών). Αυτοί οι μονωτήρες έχουν μεγάλο μήκος ερπυσμού και τέτοια διαμόρφωση της εξωτερικής επιφάνειας, ώστε να παρέχεται προστασία έναντι επικάθησης ακαθαρσιών. «Μονωτήρες κανονικού τύπου»: χρησιμοποιούνται σε σύνηθες περιβάλλον και έχουν μικρότερο μήκος ερπυσμού από τους μονωτήρες τύπου ομίχλης. «Μονωτήρες εσωτερικού τύπου»: χρησιμοποιούνται σε εσωτερικούς χώρους. 5.6 Αλυσοειδείς μονωτήρες ανάρτησης Οι αλυσοειδείς μονωτήρες ανάρτησης των γραμμών αποτελούνται από σειρά αλληλοσυνδεόμενων απλών μονωτήρων που συνήθως είναι τύπου «σκούφιας»: σε αυτούς τους μονωτήρες το μονωτικό υλικό (πορσελάνη ή γυαλί) περιβάλλεται εν μέρει από γαλβανισμένη θήκη (υπό μορφή «σκούφιας»), που έχει κατάλληλη κοιλότητα για να αναρτηθεί το μεταλλικό στέλεχος του επόμενου δίσκου. Άλλος τύπος μονωτήρα χρησιμοποιούμενος για τη σύνθεση αλυσοειδών μονωτήρων είναι ο «πλήρους πυρήνα». Αλυσοειδείς μονωτήρες συνιστάμενοι από δισκοειδείς μονωτήρες τύπου «σκούφιας» και χρησιμοποιούμενοι στις γραμμές των 150kV αποτελούνται από 10 δίσκους ενώ αλυσοειδείς μονωτήρες συνιστάμενοι από μονωτήρες τύπου «πλήρους πυρήνα» και προκειμένου να επιτευχθούν οι ίδιες συνθήκες μόνωσης αποτελούνται από 7 δίσκους. Και στις δύο περιπτώσεις το μήκος του αλυσοειδούς μονωτήρα είναι περίπου το ίδιο. 61

62 Περαιτέρω εξέλιξη του μονωτήρα τύπου «πλήρους πυρήνα» αποτελεί ο μονωτήρας τύπου «ράβδου» του οποίου ένα μέλος επαρκεί για χρήση σε γραμμές των 110kV. Στους μονωτήρες τύπου «ράβδου» μεταξύ αγωγού και πυλώνα δεν παρεμβάλλεται αγώγιμο στοιχείο. Οι δύο τύποι μονωτήρων που αναφέρθηκαν τελευταίοι πλεονεκτούν έναντι των κοινών δισκοειδών μονωτήρων πορσελάνης καθώς δεν αποτελούν πηγές ραδιοφωνικών παρασίτων. 62

63 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 5 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ [1] %CF%84%CE%B7%CF%81%CE%B5%CF%82&client=firefox-b- ab&tbm=isch&tbs=rimg:cdeuv4e5x0b- IjjCONoKsFrm_1edcPOVQMen_1hFZrPMR1rPP7JZcUSGY2Uohi0t9ceTA4jB 0OI6z4i7nJwpLv- QQPTCoSCcI42gqwWub9EWt_1bZjkRPLoKhIJ51w85VAx6f8R9D09YKQR8 OsqEgmEVms8xHWs8xFj0MZ1FMGP1ioSCfsllxRIZjZSERIRurzRurL9KhIJiG LS31x5MDgR9savi6Ugx_1EqEgmMHQ4jrPiLuRE3X_1lpdTewmioSCcnCku_ 15BA9MEZx_18lCQNr4j&tbo=u&sa=X&ved=2ahUKEwiF7- jnhktbahxhjcwkhfwrbbwq9c96bagbebs&biw=1536&bih=714&dpr=1.25 #imgrc=byisz-yyvnkmjm: [2] %CF%84%CE%B7%CF%81%CE%B5%CF%82&client=firefox-bab&tbm=isch&tbs=rimg:CeEqkUk0h4ftIjj8ijUfkoy_1kUgwd7AoYfHZNHlQHtIN6 smwazofjbyl1w2-w77mt7mzywufqq9hayj7zf4wz4zyqioscfyknr-sjl- REWaXD7Kn9Ag8KhIJSDB3sChh8dkRWMSdOiQdKjMqEgk0eVAe0g3qwxH vudhi650izyosctbrm58ltixves2cdxb_1w9pnkhijbb7dvsy3ubmrwvh3rms lgeoqegnlbrpd0drihg7xxzlvn1wycoscxtl_1hznjpkqedsbuu_18dtsb&tbo=u&sa=x&v ed=2ahukewjk047z_kpbahvjciwkhsiddpwq9c96bagbebs&biw=1536&b ih=714&dpr=1.25#imgrc=4sqrstshh-3ccm: [3] %CF%84%CE%B7%CF%81%CE%B5%CF%82&client=firefox-bab&tbm=isch&tbs=rimg:CWavsGc8ckrzIjj5o3GTqZOSiwtXn8fxgXIIxQm5AidlJt ewbkxn8aabjisuuzhb3hvoeusxwiau2eel5i0cb8gsqyoscfmjczopk5kle QChbsNwHHiUKhIJC1efx_1GBcggRmZ- _1tMXT2z4qEgnFCbkCJ2Um1xEKTz0MF1fGuSoSCZZspc3wBoEkESQE8lqi znuukhijiy67ofveg84rtmeg59vsvmmqegkrsxfagbtyqrgysn-ditctsoscsxkjqjvycxdexxl_18zhbjhh&tbo=u&sa=x&ved=2ahukewj70vtr_ KPbAhWKCSwKHemMAkcQ9C96BAgBEBs&biw=1536&bih=714&dpr=1.25#i mgdii=e6ppoq1rxlwwrm:&imgrc=ivymm1krex5kym: [4] %CF%84%CE%B7%CF%81%CE%B5%CF%82&client=firefox-bab&tbm=isch&tbs=rimg:CaKT6PUaCBg1Iji35q_1fQsT2SHZgKZatRtplF7MF0 GsJ3gNIf0fQTkVDtAtGIyESA7b2YiueIEtuv2rONUz1gqpKzCoSCbfmr99CxPZI EbBfkYQFY87sKhIJdmAplq1G2mURuo57ZR5AyvgqEgkXswXQawneAxF- OPULRAya_1CoSCUh_1R9BORUO0EUkKvhWMvKMmKhIJC0YjIRIDtvYReb wfjshru3cqeglik54gs26_1ahf6xey_15ik0asoscc41tpwcqkrmez9o06s 7KVqd&tbo=u&sa=X&ved=2ahUKEwjAgODHiKTbAhXPhaYKHUtWA30Q9C9 6BAgBEBs&biw=1536&bih=714&dpr=1.25#imgrc=k7nNtGu77JnYLM: [5] %CF%84%CE%B7%CF%81%CE%B5%CF%82&client=firefox-bab&tbm=isch&tbs=rimg:CS5DfsCiqWVaIjhatD3ejBRYgJo2poY3KssfDRNbwI9 63

64 d-mnmann9cdn04ryvo2eg0f_1bqnmbgl9hw0-huykq-beuioscvq0pd6mffiaedkg0q1xepyekhijmjamhjcqyx8rm9vyevboqkoqeg kne1vaj134wxgvn7q5modlfcoscuxo2f0iofthezck8uhfpvuxkhijfi87z4 bqx9srwhqqax1jrriqegmo0xuav2fbtxfpibp7nlsussoscydrgpd5v566 Eczg1qLWmGU9&tbo=u&sa=X&ved=2ahUKEwiXrMPxjKTbAhUDjSwKHbpgB uaq9c96bagbebs&biw=1536&bih=750&dpr=1.25#imgrc=drnbwi9d- MMgTM: [6] %CF%84%CE%B7%CF%81%CE%B5%CF%82&client=firefox-bab&tbm=isch&tbs=rimg:CS5DfsCiqWVaIjhatD3ejBRYgJo2poY3KssfDRNbwI9 d-mnmann9cdn04ryvo2eg0f_1bqnmbgl9hw0-huykq-beuioscvq0pd6mffiaedkg0q1xepyekhijmjamhjcqyx8rm9vyevboqkoqeg kne1vaj134wxgvn7q5modlfcoscuxo2f0iofthezck8uhfpvuxkhijfi87z4 bqx9srwhqqax1jrriqegmo0xuav2fbtxfpibp7nlsussoscydrgpd5v566 Eczg1qLWmGU9&tbo=u&sa=X&ved=2ahUKEwiXrMPxjKTbAhUDjSwKHbpgB uaq9c96bagbebs&biw=1536&bih=750&dpr=1.25#imgrc=c4nx1vno8upt2 M: Ε. Πυργιώτη, «Προστασία Κατασκευών από Κεραυνούς», Πάτρα 2012, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. Ε. Πυργιώτη, «Υψηλές Τάσεις», Πάτρα 2015, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών. Ι. Α. Σταθόπουλος, «Υψηλές Τάσεις Ι», Εκδόσεις ΣΥΜΕΩΝ. 64

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 0 : ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ATP-EMTP Το ATP EMTP (Alternative Transients Program - Electromagnetic Transients Program) είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο πρόγραμμα ψηφιακής προσομοίωσης ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων για συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, διαθέτοντας μεγάλες δυνατότητες μοντελοποίησης. Το πρόγραμμα αναπτύχθηκε με σκοπό την προσομοίωση ηλεκτρικών κυκλωμάτων, συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και εξοπλισμού. Ο πυρήνας του προγράμματος αποτελείται από έναν μεταφραστή (compiler) που μεταφράζει τα κατάλληλα γραμμένα αρχεία εισόδου σε αρχεία εξόδου αποτελεσμάτων. Ο μεταφραστής υποστηρίζεται από άλλες εφαρμογές (υποστηρικτικά προγράμματα) που χρησιμεύουν στη διαδικασία κατασκευής των αρχείων εισόδου ή στην επεξεργασία αρχείων εξόδου. Το ATP-EMTP αναλύει το σύστημα που θα του δοθεί στο πεδίο του χρόνου επιλύοντας τις διαφορικές εξισώσεις των στοιχείων που απαρτίζουν το κύκλωμα ή το ηλεκτρικό δίκτυο. Οι διαφορικές εξισώσεις των στοιχείων λύνονται από τον πυρήνα του προγράμματος αριθμητικά. Η ανάλυση του κυκλώματος με επίλυση διαφορικών εξισώσεων, δίνει στο πρόγραμμα τη δυνατότητα να υπολογίζει όλα τα μεταβατικά φαινόμενα που θα εμφανιστούν σε αυτό. Φυσικά αυτό δε σημαίνει ότι με το ATP-EMTP υπολογίζονται μόνο μεταβατικές καταστάσεις αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την ανάλυση κυκλωμάτων στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας. Ο εξοπλισμός του ηλεκτρικού δικτύου περιγράφεται στο ATP- EMTP χρησιμοποιώντας εξισώσεις κόμβων, έχοντας ως άγνωστες μεταβλητές του προβλήματος τις τάσεις στους κόμβους. Τα ρεύματα στους κλάδους του δικτύου υπολογίζονται σαν συναρτήσεις των τάσεων των αντίστοιχων κόμβων. Το πρόγραμμα αυτό περιλαμβάνει μεθόδους επίλυσης του ηλεκτρικού δικτύου στο πεδίο του χρόνου (time domain) και στο πεδίο της συχνότητας (frequency domain). Για να επιλυθεί το πρόβλημα στο πεδίο του χρόνου γίνεται διακριτοποίηση των φυσικών μεγεθών. Αυτό σημαίνει ότι το φυσικό μέγεθος χρόνος χωρίζεται σε διακριτά διαστήματα Δt στα οποία γίνονται οι υπολογισμοί. Οι τιμές όλων των μεταβλητών του συστήματος θεωρούνται γνωστές για τη χρονική στιγμή t-δt και το 65

66 ζητούμενο είναι ο υπολογισμός τους τη χρονική στιγμή t. το διάστημα διακριτοποίησης Δt θεωρείται τόσο μικρό ώστε οι διαφορικές εξισώσεις που περιγράφουν τα στοιχεία του εξοπλισμού να προσεγγίζονται καλά χρησιμοποιώντας εξισώσεις διαφορών. Το ATP-EMTP έχει τη δυνατότητα για επίλυση στο πεδίο της συχνότητας για μόνιμη κατάσταση λειτουργίας του δικτύου. Οι εξισώσεις κόμβων γράφονται με χρήση φασόρων, ενώ με τον ίδιο τρόπο αναπαρίστανται οι τάσεις και τα ρεύματα που κυκλοφορούν στο δίκτυο. Για ένα δίκτυο με n κόμβους καταστρώνεται το σύστημα: [Y] [V] = [I], όπου: [Y]: συμμετρική μήτρα αγωγιμοτήτων, μεγέθους n x n (περιέχει μιγαδικά στοιχεία), [V]: διάνυσμα n x 1 (περιέχει φάσορες), [I]: διάνυσμα n x 1 (περιέχει φάσορες). Για την επίλυση του συστήματος, το διάνυσμα [V] χωρίζεται σε [VA] και [VB], όπου Α το υποσύνολο των άγνωστων τιμών των τάσεων και Β το υποσύνολο των γνωστών τιμών. Οι άγνωστες τάσεις υπολογίζονται επιλύοντας το γραμμικό αλγεβρικό σύστημα: [YAA] [VA] = [IA] [YAB] [VAB] 6.1. Προγράμματα υποστήριξης για το ATP-EMTP Το πρόγραμμα αποτελείται από επιμέρους υποσυστήματα, τα οποία εκτός από το βασικό προσομοιωτή περιλαμβάνουν υπορουτίνες που χρησιμοποιούνται για την προετοιμασία των δεδομένων εισόδου, όπως και για την αναπαράσταση και επεξεργασία των δεδομένων εξόδου. Όσον αφορά την προετοιμασία των δεδομένων εισόδου, ενδεικτικά αναφέρονται ότι υπάρχουν ρουτίνες για την κατασκευή των παραμέτρων μιας γραμμής μεταφοράς με βάση τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της, τον υπολογισμό παραμέτρων συνεζευγμένων RL, για την αναπαράσταση πολυφασικών, με πολλά τυλίγματα μετασχηματιστών στο πεδίο του χρόνου κτλ. Αντίστοιχα υπάρχουν ρουτίνες για την επεξεργασία των δεδομένων εξόδου, π.χ. για τη δημιουργία γραφικών παραστάσεων κτλ. 66

67 Αναφορικά τα υποστηρικτικά προγράμματα του ATP-EMTP είναι: ATPDraw: με αυτό ο χρήστης κατασκευάζει, με χρήση γραφικών, το προς προσομοίωση ηλεκτρικό δίκτυο. ATP Control Center (ATPCC): υποστηρίζει προγράμματα σχετικά με το ATP-EMTP τα οποία τρέχουν σε Windows. PCPLOT: σχεδιάζει κυματομορφές-γραφικές παραστάσεις. PLOTXY: σχεδιάζει κυματομορφές-γραφικές παραστάσεις (δημιουργήθηκε αρχικά για μετά-επεξεργασία αρχείων του ATP- EMTP, υποστηρίζει όμως και αρχεία ASCII data). GTPPLOT: σχεδιάζει κυματομορφές-γραφικές παραστάσεις (τρέχει και σε Linux). Programmer s File Editor (PFE): είναι text editor που τρέχει σε Windows. Με τον PFE ο χρήστης ελέγχει τα αρχεία εισόδου και εξόδου του EMTP ATPDraw Το πρόγραμμα ATPDraw είναι ένας γραφικός προεπεξεργαστής για το πρόγραμμα ATP-EMTP σε περιβάλλον Windows. Με το ATPDraw δίδεται η δυνατότητα της γραφικής απεικόνισης στον υπολογιστή του κυκλώματος ή ηλεκτρικού συστήματος προς προσομοίωση. Μέσα από το πρόγραμμα αναπαρίσταται με τη μορφή δομικών στοιχείων το κυκλωματικό σχέδιο του κυκλώματος ή ηλεκτρικού δικτύου, ορίζονται οι απαραίτητες παράμετροι με σχετικά εύκολο και απλό τρόπο, προκειμένου να προχωρήσει ο μελετητής στην ανάλυση με το ATP-EMTP. Η έξοδος του ATPDraw είναι το αρχείο εισόδου (text file) που χρειάζεται το ATP EMTP, ώστε να προσομοιώσει το σύστημα. Το ATPDraw κατασκευάστηκε προκειμένου να απλουστευτεί η διαδικασία εξομοίωσης ενός κυκλώματος με το ATP-EMTP. Πριν τη δημιουργία του ATPDraw, και προκειμένου να αναλυθεί ένα κύκλωμα με το ATP-EMTP, ακολουθούσε μια χρονοβόρα διαδικασία. Συνεπώς κάθε ανάλυση χρειαζόταν αρκετό χρόνο για να γίνει. Αν αναλογιστεί κανείς την πολυπλοκότητα των κυκλωμάτων που στην πράξη επιλύονται, και σε συνδυασμό με αρκετούς πειραματισμούς μοντελοποίησης, η ανάλυση ενός κυκλώματος με το ATP-EMTP χωρίς το ATPDraw είναι αρκετά δύσκολη υπόθεση. 67

68 Περιβάλλον ATPDraw Στο περιβάλλον του προγράμματος δίνεται η δυνατότητα σχεδίασης του κυκλώματος με τη βοήθεια του ποντικιού, τοποθετώντας σε αυτό όλα τα ηλεκτρικά στοιχεία όπως π.χ. γραμμικά στοιχεία, μη γραμμικά στοιχεία, πηγές, μηχανές, γραμμές μεταφοράς κτλ. Τα περισσότερα από τα στοιχεία υπάρχουν ήδη έτοιμα (μοντελοποιημένα) σε παλέτες στοιχείων, όμως το πρόγραμμα δίνει και τη δυνατότητα ορισμού νέων στοιχείων. Εικόνα 6.1: Το περιβάλλον του ATPDraw. 68

69 Εικόνα 6.2: Υπάρχοντα στοιχεία στο περιβάλλον του ATPDraw. 69

70 Το ATPDraw υποστηρίζει όλες τις λειτουργίες του περιβάλλοντος Windows, όπως copy/paste, rotate, import/export, group καθώς και πολλαπλά παράθυρα ανοιχτά Τύποι στοιχείων Το ATPDraw υποστηρίζει τους ακόλουθους τύπους στοιχείων: Γραμμικοί κλάδοι συγκεντρωμένα στοιχεία, περιλαμβάνοντας και τα TACS. Μη γραμμικοί κλάδοι. Διακόπτες. Πηγές. Δυνατότητα κατασκευής νέων μοντέλων (MODELS). Δυνατότητα ορισμού στοιχείων από το χρήστη (User Object) Τύποι αρχείων Οι βασικοί τύποι αρχείων που υποστηρίζονται από το ATPDraw είναι:.atp: atp αρχείο, αρχείο που παράγεται από το ATPDraw και μεταφράζεται απευθείας με το ATP-EMTP..adp: project αρχείο. Αρχείο που περιέχει την περιγραφή του κυκλώματος και όλα τα εξωτερικά οριζόμενα στοιχεία αυτού, όπως model, user specified, line/cable data και lib αρχεία. Μαζί με αυτό το αρχείο ανοίγουν και τα υπόλοιπα εξωτερικά αρχεία που αφορούν το συγκεκριμένο κύκλωμα έτσι ώστε να είναι δυνατή η επεξεργασία του..sup: support αρχείο. Περιλαμβάνει πληροφορίες για κάθε στοιχείο ξεχωριστά όπως αριθμό συνδέσεων, εικονίδιο, κείμενο βοήθειας..mod,.lib: model, user specified αρχείο. Αρχεία που περιέχουν πληροφορίες για τα MODEL ή User specified στοιχεία Διαδικασία σχεδίασης και ανάλυσης κυκλώματος Ανοίγοντας το ATPDraw και επιλέγοντας NEW από το menu FILE, εμφανίζεται μία λευκή οθόνη επί της οποίας μπορεί να αρχίσει ο σχεδιασμός του κυκλώματος. Πατώντας το δεξί πλήκτρο του 70

71 ποντικιού, εμφανίζεται μία λίστα που περιλαμβάνει κάποια ηλεκτρικά στοιχεία. Ο μελετητής επιλέγει ένα στοιχείο και κατόπιν αυτό εμφανίζεται στην επιφάνεια εργασίας με μαύρο χρώμα και μαύρο περίγραμμα. Με το δεξί πλήκτρο του ποντικιού πάνω στο στοιχείο διαπιστώνει κανείς ότι το στοιχείο περιστρέφεται (rotate). Το στοιχείο μπορεί να μετακινηθεί κρατώντας πατημένο πάνω του το αριστερό πλήκτρο του ποντικιού, ενώ με διπλό «κλικ» εμφανίζονται οι παράμετροί του (properties). Με πάτημα του αριστερού πλήκτρου του ποντικιού οπουδήποτε αλλού εκτός του στοιχείου, εξαφανίζεται το περίγραμμά του. Εάν πάνω σε έναν ακροδέκτη του στοιχείου πατηθεί το αριστερό πλήκτρο του ποντικιού, ξεκινά η σχεδίαση αγώγιμου δρόμου, ο οποίος για να τερματίσει σε κάποιον άλλον ακροδέκτη πρέπει να πατηθεί πάλι το αριστερό πλήκτρο του ποντικιού, πάνω στο δεύτερο ακροδέκτη. Το σχεδιασμό του κυκλώματος ακολουθεί η αποθήκευσή του. Αυτό αποθηκεύεται μαζί με όλες τις παραμέτρους σε αρχείο με κατάληξη.adp. κατόπιν παράγεται το αρχείο κειμένου.atp, το οποίο και θα αποτελέσει την είσοδο του ATP-EMTP. Μετά την προσομοίωση, επιστρέφεται ένα αρχείο κειμένου (text file) με την κατάληξη.lis και ένα αρχείο με κατάληξη.pl4, στην περίπτωση που η προσομοίωση ολοκληρωθεί επιτυχώς. Στην αντίθετη περίπτωση παράγεται μόνο το πρώτο αρχείο αναφέροντας και το λόγο για τον οποίο παρουσιάστηκε το σφάλμα. Το αρχείο.pl4 περιλαμβάνει τις γραφικές παραστάσεις που έχουν ζητηθεί από τον χρήστη Ορισμένα στοιχεία στο ATPDraw Το ATPDraw περιλαμβάνει ένα μεγάλο αριθμό από ορισμένα (predefined) στοιχεία. Οι κατηγορίες των διαθέσιμων στοιχείων φαίνονται στην Εικόνα 6.3. Οι κατηγορίες είναι: Branch Linear (Γραμμικά Στοιχεία), Branch Nonlinear (Μη Γραμμικά Στοιχεία), Switches (Διακόπτες), Sources (Πηγές), Machines (Μηχανές), Transformers (Μετασχηματιστές). Στα γραμμικά στοιχεία περιλαμβάνονται ο γραμμικός αντιστάτης, ο γραμμικός επαγωγός, ο γραμμικός πυκνωτής, καθώς και διάφοροι 71

72 συνδυασμοί αυτών για μονοφασικά ή τριφασικά κυκλώματα. Ειδικά για τριφασικά κυκλώματα, υπάρχουν φορτία RLC σε μορφή Υ ή Δ. Στα μη γραμμικά στοιχεία περιλαμβάνονται ο μη γραμμικός αντιστάτης που εξαρτάται από το ρεύμα R(i), ο μη γραμμικός επαγωγός που εξαρτάται από το ρεύμα L(i), και ο μη γραμμικός αντιστάτης που εξαρτάται από τον χρόνο R(t). Υπάρχουν αρκετά μοντέλα σε κάθε περίπτωση, που είναι κατάλληλα ανάλογα με το είδος και τη φύση της ανάλυσης. Οι διακόπτες περιλαμβάνουν διάφορα είδη, όπως διακόπτη που εξαρτάται από το χρόνο, δίοδο, στατιστικό ή συστηματικό διακόπτη κτλ. Οι πηγές περιλαμβάνουν είδη πηγών όπως συνεχούς τάσης, εναλλασσόμενης, κρουστικής, ράμπας για μονοφασικά αλλά και για τριφασικά συστήματα. Οι μηχανές περιλαμβάνουν τύπους μηχανών και τέλος οι μετασχηματιστές είδη μετασχηματιστών όπως ιδανικό ή μη ιδανικό, με απώλειες κτλ. Το Probes & 3phase περιλαμβάνει τα Probe (με τη βοήθεια αυτών ορίζουμε τα μεγέθη τα οποία αναμένουμε ως έξοδο από το ATP- EMTP) καθώς και στοιχεία για την τριφασική περιγραφή των κυκλωμάτων, όπως δυνατότητα split των γραμμών (splitter), δυνατότητα transpose των γραμμών ή δυνατότητα περιγραφής ακολουθίας. Τέλος από τα ίδια menu δίνεται πρόσβαση στα μοντέλα MODELS (MODELS: είναι μια γενικής περιγραφής γλώσσα προσομοίωσης, η οποία υποστηρίζεται από έναν μεγάλο αριθμό εργαλείων προσομοίωσης και χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση χρονικά μεταβαλλόμενων συστημάτων), στα TACS (TACS: είναι ένα στοιχείο το οποίο χρησιμεύει για την προσομοίωση συστημάτων στο πεδίο του χρόνου), στα στοιχεία που ορίζονται από το χρήστη User Specified και στα μοντέλα για γραμμές μεταφοράς ή καλώδια Line/Cable. 72

73 Εικόνα 6.3: Κατηγορίες διαθέσιμων στοιχείων 73

74 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 6 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ EMTP for students/ Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Πανεπιστημίου Πατρών Πάτρα. 74

75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 0 : ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΤΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ Προκειμένου να γίνει εφικτή η μελέτη των υπερτάσεων που αναπτύσσονται σε γραμμές διανομής μέσης τάσης, λόγω κεραυνικού πλήγματος, κρίνεται σημαντική η προσομοίωση του συστήματος. Για αυτό αρχικά χρειάζεται να προσδιοριστεί ή υπό μελέτη διάταξη. Η διάταξη, που θα επιτελέσει το σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας, μπορεί να χωριστεί σε επιμέρους τμήματα. Αυτά μπορούν να περιγραφούν αναλυτικά από μοντέλα των οποίων η επιλογή καθώς και ο υπολογισμός των παραμέτρων τους θα αναλυθούν στη συνέχεια. Τα επιμέρους τμήματα που συνθέτουν τη συνολική διάταξη είναι: Κρουστική γεννήτρια: χρησιμοποιείται για την προσομοίωση του κεραυνικού πλήγματος. Γραμμή διανομής μέσης τάσης 20kV. Ξύλινοι στύλοι του δικτύου μέσης τάσης. Αλυσοειδείς μονωτήρες ανάρτησης Γεννήτρια προσομοίωσης κεραυνού Για την προσομοίωση του κεραυνικού πλήγματος χρησιμοποιήθηκε κρουστική γεννήτρια, η οποία ανήκει στα υπάρχοντα στοιχεία που μας παρέχει το ATPDraw. Αυτή ονομάζεται Heidler type 15. Εικόνα 7.1: Πηγή Heidler type 15 75

76 Η πηγή Heidler μας δίνει τη δυνατότητα επιλογής του τύπου της πηγής που επιθυμούμε (Current/Voltage) καθώς και την τιμή αυτής (Amplitude). Ακόμα, μπορούμε να επιλέξουμε τους χρόνους μετώπου και ουράς (T_f και tau αντίστοιχα), καθώς και τους χρόνους έναρξης και παύσης της γεννήτριας (Tstart και Tstop αντίστοιχα). Στη συνέχεια δίνονται οι παράμετροι που ορίσαμε ώστε η πηγή να προσομοιώσει ένα κεραυνικό πλήγμα. Εικόνα 7.2: Ορισμός παραμέτρων πηγής HEIDLER Όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.2. ορίσαμε την πηγή Heidler ως πηγή ρεύματος των 10kA, με χρόνους μετώπου και ουράς 2.73/77.5μsec και χρόνους έναρξης και παύσης της γεννήτριας 0sec και 1000sec αντίστοιχα. 76

77 7.2. Γραμμή διανομής μέσης τάσης Για την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας χρησιμοποιήθηκε γραμμή μέσης τάσης, των 20kV. Αυτή προσομοιώθηκε με χρήση του αρχείου LCC του ATPDraw. (a) Εικόνα 7.3: Αναπαράσταση (a) πηγής των 20kV που τροφοδοτεί τη γραμμή μέσης τάσης και (b) της γραμμής διανομής μέσης τάσης στο περιβάλλον του ATPDraw (b) Για την παράσταση της πηγής τάσης, που βρίσκεται στην αρχή της γραμμής μέσης τάσης, χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο ACSOURCE (τριφασική πηγή εναλλασσόμενης τάσης). Έγινε επιλογή πολικής τάσης 20kV και συχνότητας 50Hz. Η πηγή θεωρείται άπειρος ζυγός και λειτουργεί στο διάστημα [-1, 100]sec. Έτσι μπορούμε να θεωρήσουμε ότι τη στιγμή του πλήγματος του κεραυνού (0 sec) έχουν ολοκληρωθεί όλα τα μεταβατικά φαινόμενα από την έναρξη λειτουργίας της πηγής. 77

78 Εικόνα 7.4: Στοιχεία πηγής των 20kV, όπως αυτά ορίστηκαν στο ATPDraw Το αρχείο LCC δίνει τη δυνατότητα επιλογής εναέριας γραμμής, καλώδιο ενιαίου πυρήνα και καλωδίου εγκλεισμένου σωλήνα. Η δική μας περίπτωση αφορά εναέρια γραμμή, η οποία και επιλέγει (Overhead Line). Εφόσον το σύστημα μας είναι τριφασικό, ο αριθμός των φάσεων που επιλέχθηκαν είναι τρεις. Ακόμα, έγινε η επιλογή ενσωμάτωσης του επιδερμικού φαινομένου, αυτόματου καθορισμού του bundling και μονάδων μέτρησης μετρικού συστήματος. Χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο J. Marti καθώς θεωρείται κατάλληλο για τη μελέτη μεταβατικών φαινομένων και ορίστηκαν η αντίσταση ανά μήκος των αγωγών του κομματιού, η συχνότητα έναρξης της εξομοίωσης και το μήκος του τμήματος της γραμμής που εξομοιώνει το συγκεκριμένο LCC αρχείο. Στη συνέχεια δίνεται η πρώτη καρτέλα του LCC όπου ορίστηκαν τα παραπάνω καθώς 78

79 και ρυθμίσεις που αφορούν το εύρος συχνοτήτων για τη δημιουργία πινάκων και άλλων υπολογισμών. Εικόνα 7.5: Ορισμός στοιχείων για το αρχείο LCC στην Καρτέλα «MODEL» Στην επόμενη καρτέλα του LCC εισάγονται ως δεδομένα η ακτίνα των αγωγών της φάσης (εσωτερική και εξωτερική), η DC αντίσταση των αγωγών της γραμμής, η απόσταση μεταξύ των καλωδίων (οριζόντια), το ύψος από το οποίο φέρονται τα καλώδια, το ύψος των καλωδίων στο μέσον μεταξύ των πυλώνων (midspan) και ο αριθμός των αγωγών που αντιστοιχούν σε μία φάση (NB=Number of Bundles). Όσον αφορά το ύψος των καλωδίων στο μέσον μεταξύ των πυλώνων, αυτό εξετάζεται ειδικά, καθώς δεν είναι σταθερό. Αυτό συμβαίνει γιατί σε πραγματικές γραμμές μεταφοράς/διανομής η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών πυλώνων μπορεί να διαφέρει λόγω κατασκευαστικών δυσκολιών, μορφολογίας εδάφους κτλ. Για τον υπολογισμό του μέσου ύψους λαμβάνεται υπόψη το βέλος 79

80 κάμψης. Αυτό βρίσκεται από τα σχέδια της ΔΕΗ, εξαρτάται από το άνοιγμα σε μέτρα της γραμμής (100m) και τη θερμοκρασία και έχει τιμή περίπου 1m (εικόνα Π.8). Έχοντας γνωστό το βέλος κάμψης μπορούν να βρεθούν τα μέσα ύψη όλων των αγωγών με χρήση του τύπου: h = h0-2 3 (βέλος κάμψης), όπου h0 το αρχικό ύψος. # αγωγού Αρχικό ύψος Μέσο ύψος Βέλος κάμψης (m) (m) (m) Πίνακας 7.1: Υπολογισμός μέσου ύψους Εικόνα 7.6: Ορισμός στοιχείων για το αρχείο LCC στην καρτέλα «DATA» 80

81 Επιλέγοντας «View», το αρχείο LCC δίνει τη δυνατότητα οπτικής επιβεβαίωσης της διάταξης αφού εμφανίζει σε νέα καρτέλα τη γεωμετρική απεικόνιση των δεδομένων που εισήχθησαν στην καρτέλα «DATA». Αυτή δίνεται ακολούθως: Εικόνα 7.7: View Model: με την αρίθμηση αντιστοιχούνται οι αγωγοί με τις προεπιλεγμένες φάσεις και τους αγωγούς προστασίας και με την κάθετη γραμμή δίνεται ο άξονας συμμετρίας. Στην τελευταία καρτέλα του LCC ορίζονται οι ονομασίες των κόμβων και υπάρχει η δυνατότητα αντιστοίχισης όλων των αγωγών με τους επιθυμητούς κόμβους, ώστε να είναι εφικτή η εναλλαγή των φάσεων στη διάταξη της γραμμής. 81

82 Εικόνα 7.8: Ορισμός στοιχείων για το αρχείο LCC στην καρτέλα «NODES» Ολοκληρώνοντας τον ορισμό των παραμέτρων στο αρχείο LCC έχει επιτευχθεί η προσομοίωση γραμμής διανομής μήκους 100m. Προκειμένου να μελετηθεί γραμμή συνολικού μήκους 1km χρησιμοποιούνται δέκα αρχεία LCC συνδεδεμένα σε σειρά. Στο τέλος της γραμμής οι αγωγοί φάσης της γραμμής διανομής τερματίζονται σε κατάλληλες εμπεδήσεις προσαρμογής, μία για κάθε φάση. Οι τιμές των εμπεδήσεων προέκυψαν ύστερα από χρήση του τύπου: Z0 = 60 ln 2h r 0, όπου h το μέσο ύψος των αγωγών και r0 η εξωτερική ακτίνα των αγωγών. 82

83 # αγωγού Εξωτερική Μέσο ύψος Εμπεδήσεις ακτίνα (cm) (m) (Ω) Πίνακας 7.2: Υπολογισμός εμπεδήσεων Εικόνα 7.9: Σημείο τερματισμού της γραμμής διανομής όπου απεικονίζονται οι εμπεδήσεις προσαρμογής και το τελευταίο αρχείο LCC Ξύλινοι στύλοι Προκειμένου να γίνει η προσομοίωση των στύλων που θα χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη της συγκεκριμένης διπλωματικής, χρειάζεται πριν, να προσδιοριστούν βασικά χαρακτηριστικά αυτών, τα οποία θα καθορίσουν και τις τιμές των στοιχείων που θα τους αποτελέσουν. Η επιλογή θα γίνει με χρήση πληροφοριών και κανονισμών της ΔΕΗ που δίνονται στο παράρτημα. Αρχικά χρειάζεται να προσδιοριστούν οι διαστάσεις των πυλώνων. Έτσι, επιλέγεται αυτοί να έχουν ύψος (απόσταση κορυφής-γης) 12m (Π.1) και ο ξύλινος βραχίονας (τραβέρσα) να είναι διαστάσεων mm (Π.9 & Π.10). Γνωρίζοντας πως οι πυλώνες κατηγοριοποιούνται σε βαριούς, μέσους και ελαφριούς, επιλέγουμε 83

84 να χρησιμοποιήσουμε ελαφριούς πυλώνες. Η κατηγορία στην οποία ανήκει ο κάθε στύλος (ελαφρύς στην περίπτωσή μας) καθώς και το ύψος του καθορίζουν την ελάχιστη διάμετρο που αυτοί απαιτείται να έχουν. Συνεπώς από αυτά προκύπτει ελάχιστη διάμετρος 23.8cm η οποία και επιλέγεται (Π.11). Έπειτα πρέπει να εκτιμηθεί και το κατάλληλο βάθος θεμελίωσης των ξύλινων στύλων. Αυτό καθορίζεται από το μήκος του στύλου (12m), την κατηγορία του (ελαφρύς) και τη μορφή του εδάφους. Το έδαφος μπορεί να χαρακτηριστεί πτωχό, κανονικό, καλό ή βραχώδες. Εκτιμώντας το έδαφος ως καλό το βάθος θεμελίωσης προκύπτει 1,60m (Π.12). Εικόνα 7.10: Σχέδιο ξύλινου στύλου-τραβέρσας [3] 84

85 Γνωρίζοντας τα μηχανικά χαρακτηριστικά του πυλώνα μπορούμε να υπολογίσουμε τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του. Για τον σκοπό αυτό θα χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο αντιστάσεων των Filter&Mintz. Σε αυτό περιλαμβάνονται τρεις αντιστάσεις: η Rheartwood (Rh: αντίσταση καρδιάς), η Rsapwood (Rs: αντίσταση φλοιού) και η Rradius (Rr: ακτινική αντίσταση). Οι αντιστάσεις αυτές καθορίζονται από το είδος του στύλου, τον τύπο του συντηρητικού που χρησιμοποιήθηκε καθώς και το ποσοστό υγρασίας του στύλου MC%. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τον προσδιορισμό αυτών των αντιστάσεων. Εικόνα 7.11 [1]: Δίνεται η μορφή της συνδεσμολογίας των αντιστάσεων σύμφωνα με το μοντέλο των Filter&Mintz. Όπως φαίνεται στις εικόνες 7.11, 7.13, εκτός των τριών βασικών αντιστάσεων χρησιμοποιούνται επιπλέον αντιστάσεις, που εκπροσωπούν τον βραχίονα, τις αντηρίδες ή τον κοχλία συνδέσεως του πυλώνα με την τραβέρσα καθώς και αντιστάσεις βροχής. Ο δείκτης υγρασίας MC% διαφέρει ανάμεσα σε εγκάρδιο και σομφό τμήμα του πυλώνα, όπως επίσης διαφέρει και ανά μήκος. 85

86 Πίνακας 7.1 [2]: Δίνεται η μεταβολή του δείκτη υγρασίας MC% ανά μήκος, ανάλογα με το τμήμα του πυλώνα (σομφό ή εγκάρδιο). Αξιοποιώντας τα στοιχεία του πίνακα 7.1 και χρησιμοποιώντας πληροφορίες της ΔΕΗ, προκύπτει ο πίνακας 7.2, στον οποίο παρατίθενται τα στοιχεία των πυλώνων μας και δίνεται ακολούθως: Μήκος στύλου(m) R(cm) Rh(cm) Pdepth(cm) MCs% MCh% Πίνακας 7.2 Όπου: Pdepth = R - Rh Για τον υπολογισμό των αντιστάσεων χρειάζεται ακόμα η εύρεση της ειδικής αντίστασης ρ του στύλου για το σομφό και εγκάρδιο μέρος. Αυτή εξαρτάται από τον δείκτη υγρασίας MC% και από τον τύπο συντηρητικού. Η εξάρτηση αυτή φαίνεται στην εικόνα

87 Untreated wood Penta treated wood CCA treated wood ACA treated wood ( (MC%) ) ρ = 10 ( (MC%) ) ρ = 10 ( (MC%) ) ρ = 10 ( (MC%) ) ρ = 10 Εικόνα 7.12 [4] Επιλέγοντας τύπο συντηρητικού την τελευταία περίπτωση, η ειδική αντίσταση προκύπτει από τη σχέση: ρ = 10 ( (MC%) ). χωρίζοντας τον στύλο σε εννέα τμήματα και βρίσκοντας επιπλέον τις ειδικές αντιστάσεις του σομφού (ρs) και του εγκάρδιου μέρους (ρh), ο πίνακας 7.2 διαφοροποιείται και αυξάνεται. Τα τροποποιημένα τμήματά του καθώς και οι τιμές των ειδικών αντιστάσεων δίνονται στον πίνακα 7.3 που ακολουθεί. Τμήμα στύλου (m) R (cm) Rh (cm) Pdepth (cm) MCs% MCh% 87 ρs (Ω m) ρh (Ω m) 0: : : : : : : : : Πίνακας 7.3 Έχοντας συλλέξει τα δεδομένα που χρειάζονται είναι πλέον δυνατός ο υπολογισμός των αντιστάσεων που θα χρησιμοποιηθούν για την προσομοίωση του στύλου. Αυτές βρίσκονται από τις σχέσεις που ακολουθούν και δίνονται στον πίνακα 7.4: Rs = ρ l 2 π Ρ (R P) l Rh = ρ π (R P) 2 Rr = 1,83 Rs

88 Τμήμα στύλου Rs (Ω) Rh (Ω) Rr (Ω) (m) 0: : : : : : : : : Πίνακας 7.4 Από τα αποτελέσματα παρατηρούμε πως το εγκάρδιο μέρος παρουσιάζει μικρότερη αντίσταση σε σχέση με το σομφό και αυτό συμβαίνει καθώς σε αυτό περιέχεται μεγάλο ποσοστό υγρασίας. Η συνδεσμολογία που θα χρησιμοποιήσουμε για την προσομοίωση του στύλου φαίνεται στην εικόνα Εικόνα

89 Στην εικόνα 7.13 οι αριθμοί δηλώνουν το τμήμα στο οποίο συντελεί κάθε αντίσταση. Οι αντιστάσεις Rh, Rs, Rr δηλώνουν τις αντιστάσεις της καρδιάς, του φλοιού και της ακτινικής αντίστασης αντίστοιχα. Οι αντιστάσεις Rst, RB δηλώνουν την αντίσταση της αντηρίδας και την αντίσταση του κοχλία συνδέσεως τραβέρσας και στύλου. Ακόμα ο δείκτης «CA» δηλώνει αντιστάσεις που αποτελούν την τραβέρσα. Για την προσομοίωση του ενός στύλου πραγματοποιήθηκε στο πρόγραμμα ATPDraw η συνδεσμολογία της εικόνας 7.13 με εισαγωγή στις τιμές των αντιστάσεων αυτές που βρέθηκαν παραπάνω. 89

90 Εικόνα 7.14: Προσομοίωση ενός στύλου με ξύλινη τραβέρσα 90

91 7.4. Αλυσοειδείς μονωτήρες Το μήκος των μονωτήρων που χρησιμοποιούνται στη διάταξη είναι πολύ μικρό και ίσο με 20.5cm, με μέγιστη τάση τα 140kV (τάση διάσπασης του μονωτήρα). Η εξίσωση που χρησιμοποιούμε ώστε να αντιπροσωπεύει την εξίσωση τάσης-χρόνου του μονωτήρα είναι η ακόλουθη: V = (109, ,8764 e22,8064) 1000 (kv) [5] t Το μοντέλο του μονωτήρα πραγματοποιήθηκε σε γλώσσα model μέσω του ATPDraw. Εικόνα 7.15: Προσομοίωση μονωτήρα Στη συνέχεια δίνεται ο κώδικας που χρησιμοποιήθηκε σε γλώσσα model. 91

92 MODEL IMV -Ονομασία model comment Επεξήγηση στοιχείων Volt-time curve model του model Input: Voltage across the insulator Output: Close command for the TACS switch endcomment INPUT UP, UT -Δηλώνονται ως είσοδοι του μοντέλου η φασική τάση της αλυσοειδούς και η τάση του στύλου στο σημείο που συνδέουμε το μοντέλο. OUTPUT CLOSE διακόπτη. -Το μοντέλο έχει ως έξοδο ένα TACS VAR CLOSE,U,FLASH,TT,TIME,C1,C2 -Ως μεταβλητές ορίζονται ο TACTS διακόπτης, η τάση που εμφανίζεται στο μοντέλο του μονωτήρα, η τάση υπερπήδησης του μονωτήρα, ο τρέχων χρόνος σε seconds, ο τρέχων χρόνος σε μικροseconds και οι μεταβλητές C1,C2 της εξίσωσης τάσης-χρόνου. INIT -Δίνονται στις μεταβλητές αρχικές τιμές. CLOSE:=open -Ο διακόπτης TACS είναι αρχικά ανοιχτός. TT:=0 -Αρχικά ο τρέχων χρόνος είναι 0. C1:= Το C1 ισούται με 109,82V από την εξίσωση τάσης-χρόνου. C2:= Το C2 ισούται με 30,87V από την εξίσωση τάσης-χρόνου. ENDINIT -Τέλος δήλωσης αρχικών μεταβλητών. 92

93 EXEC -ΚύριοΠρόγραμμα U:= ABS(UP-UT) -Η απόλυτη τιμή της τάσης που εμφανίζεται στο μοντέλο του μονωτήρα. IF (t<>0 ANDCLOSE=0) THEN -Αν η τρέχουσα τιμή του χρόνου της προσομοίωσης δεν είναι 0 και ο διακόπτης TACS είναι ανοιχτός. -t= η τρέχουσα τιμή χρόνου της προσομοίωσης στο μοντέλου TT:=TT+timestep -Ο τρέχων χρόνος σε seconds. -timestep= η τρέχουσα τιμή του διαστήματος χρόνου της προσομοίωσης στο μοντέλου. TIME:=TT*10**6 FLASH:=(C1+(C2*exp(-TIME/22.8)))*1000 υπερπήδησης σε Volt. -Ο τρέχων χρόνος σε μικροseconds. -Η τάση IF (U>=FLASH) THEN -Αν η τάση που εμφανίζεται στο μοντέλο του μονωτήρα είναι μεγαλύτερη της τάσης υπερπήδησης. CLOSE:=1 εμφανίζεται βραχυκύκλωμα. ENDIF ENDIF ENDEXEC ENDMODEL -Κλείνει ο διακόπτης TACS κι -Τέλος λογικής συνθήκης. -Τέλος λογικής συνθήκης. -Τέλος κύριου προγράμματος. -Τέλος μοντέλου. 93

94 Το μοντέλο δέχεται ως είσοδο τη διαφορά δυναμικού που εφαρμόζεται στα άκρα του μονωτήρα και την συγκρίνει με την τάση υπερπήδησης. Υπερπήδηση συμβαίνει όταν η τάση στα άκρα του μονωτήρα είναι μεγαλύτερη ή ίση της τάσης υπερπήδησης. Συνεπώς στις περιπτώσεις που η διαφορά δυναμικού είναι μικρότερη το μοντέλο δε δίνει κάποια εντολή, ενώ σε αντίθετη περίπτωση δίνει εντολή να κλείσει ο διακόπτης TACS με αποτέλεσμα την εμφάνιση βραχυκυκλώματος. Με αυτόν τον τρόπο στην πρώτη περίπτωση το μοντέλο παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά ενός μονωτήρα ενώ στη δεύτερη χάνει αυτά τα χαρακτηριστικά. Εικόνα 7.16: Διαφορά δυναμικού στα άκρα μονωτήρα που λειτουργεί κανονικά (κόκκινη γραμμή) και στα άκρα μονωτήρα που έχει συμβεί υπερπήδηση (πράσινη γραμμή), όπως προκύπτει από το μοντέλο που ορίσαμε. Η αρνητική τιμή που προκύπτει οφείλεται στη συνδεσμολογία του βολτομέτρου. Στη συνέχεια δίνεται η συνολική σύνδεση με την οποία επιτυγχάνεται η προσομοίωση του ξύλινου στύλου με ξύλινη τραβέρσα καθώς και η προσομοίωση της συνολικής διάταξης. 94

95 Εικόνα 7.17: Προσομοίωση ξύλινου στύλου με ξύλινη τραβέρσα και μονωτήρες. 95

96 Εικόνα 7.18: Αναπαράσταση των τεσσάρων πρώτων στύλων 96

97 Εικόνα 7.18: Αναπαράσταση της συνολικής διάταξης. 97

98 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 7 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ [1] D%CF%84%CE%B5%CE%BB%CE%BF+Filter%26Mintz&client=fi refoxb&source=lnms&tbm=isch&sa=x&ved=0ahukewipx4oh7idcahv H3iwKHUTtAXAQ_AUICigB&biw=1536&bih=750#imgrc=9RIO7wm UbgWdbM: [2] o4nyag&q=%ce%b4%ce%b5%ce%af%ce%ba%cf%84%ce %B7%CF%82+%CF%85%CE%B3%CF%81%CE%B1%CF%83% CE%AF%CE%B1%CF%82+%CF%80%CF%85%CE%BB%CF%8 9%CE%BD%CF%89%CE%BD&oq=%CE%B4%CE%B5%CE%AF %CE%BA%CF%84%CE%B7%CF%82+%CF%85%CE%B3%CF% 81%CE%B1%CF%83%CE%AF%CE%B1%CF%82+%CF%80%C F%85%CE%BB%CF%89%CE%BD%CF%89%CE%BD&gs_l=img j22j c.1.64.img j0i67k1.0.l3FfLdqgAk#imgrc=tLFVjcqIQCtqnM: [3] is_halevidis.pdf?sequence=1 [4] Study of New Mid-Pole Bonding Mitigation System to Wooden Pole Ladder Network Model to address Pole-Top Fire Issue.Mohd Fadli RahmatB.Eng. (Electrical Engineering), University Technology of Malaysia, Malaysia M.Eng. (Electrical Power), University Technology of Malaysia, Malaysia School of Electrical and Computer EngineeringCollege of Science, Engineering and Health RMIT University October 2010 [5] iou%28ele%29.pdf 98

99 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 0 : ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης που αφορούν τη διάταξη της παρούσας διπλωματικής. Συνοψίζοντας όσα έχουν αναφερθεί σε προηγούμενα κεφάλαια, έγινε μοντελοποίηση γραμμής διανομής μέσης τάσης των 20kV και συνολικού μήκους 1km. Σκοπός είναι η μελέτη της ηλεκτρικής συμπεριφοράς της γραμμής όταν αυτή λειτουργεί υπό κανονικές συνθήκες και όταν αυτή έχει πληγεί από κεραυνό (10kA στην περίπτωσή μας). Για τον σκοπό αυτό έχουν τοποθετηθεί βολτόμετρα στην κορυφή και στη βάση κάθε στύλου, στα άκρα κάθε μονωτήρα ώστε να μετρηθεί η διαφορά φάσης στα άκρα του καθώς επίσης και στις φάσεις του στύλου Μελέτη διάταξης υπό κανονικές συνθήκες Η προσομοίωση της διάταξης όταν αυτή λειτουργεί ομαλά δίνεται στην εικόνα 8.1. Εικόνα 8.1: Το υπό μελέτη κύκλωμα 99

100 Εικόνα 8.2 Εικόνα

101 Εικόνα 8.4 Εικόνα 8.5 Συμπεράσματα Παρατηρούμε πως υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας η τάση στα άκρα του πυλώνα (κορυφή και βάση) είναι μηδενική, ενώ η διαφορά δυναμικού στα άκρα του μονωτήρα είναι ίση με την τάση της φάσης. Η ισότητα αυτή οφείλεται στη μηδενική τάση στην κορυφή του πυλώνα στην οποία συνδέεται το ένα άκρο του μονωτήρα και στην τάση που φτάνει στο άλλο άκρο του, που είναι η τάση της φάσης στην οποία συνδέεται. Συνεπώς ο μονωτήρας εμποδίζει τη μεταφορά της τάσης των φάσεων προς τους πυλώνες. 101

102 8.2. Μελέτη διάταξης με κεραυνό Η προσομοίωση της διάταξης όταν αυτή πλήγεται από κεραυνό δίνεται στην εικόνα 8.6. Εικόνα 8.6: Το υπό μελέτη κύκλωμα 102

103 Εικόνα 8.7: Πυλώνας που έχει πληγεί 103

104 Εικόνα 8.8 Εικόνα

105 Εικόνα 8.10 Εικόνα

106 Εικόνα 8.12 Εικόνα

107 Εικόνα 8.14 Συμπεράσματα Μόλις κεραυνικό πλήγμα χτυπήσει μία φάση ενός πυλώνα, αναπτύσσεται υπέρταση. Αυτή η υπέρταση μεταδίδεται καθόλο το μήκος της γραμμής. Ταυτόχρονα όμως μειώνεται καθώς απομακρύνεται από τον πυλώνα τον οποίο έπληξε. Συνεπώς η υπέρταση παρουσιάζει τη μέγιστη τιμή της στον πυλώνα που επλήγη σε σχέση με τους υπόλοιπους. Στις βάσεις των πυλώνων οι τάσεις είναι αμελητέες και οι υπερτάσεις μηδενικές. Δηλαδή η υπέρταση κατά μήκος του πυλώνα μειώνεται. Τέλος καθώς απομακρυνόμαστε από τον πυλώνα που συνέβη το πλήγμα η μετάδοση της υπέρτασης μεταδίδεται με καθυστέρηση. Αυτό συμβαίνει λόγω του χρόνου που χρειάζεται το σήμα του κεραυνού να διαδοθεί στη δάταξη. 107

108 108

109 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Εικόνα Π.1 109

110 Εικόνα Π.2 Εικόνα Π.3 110

111 Εικόνα Π.4 Εικόνα Π.5 111

112 Εικόνα Π.6 Εικόνα Π.7 112

113 Εικόνα Π.8 113

114 Εικόνα Π.9 114

115 Εικόνα Π

116 Εικόνα Π

117 Εικόνα Π