ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Η/Υ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: Διερεύνηση διηλεκτρικής συμπεριφοράς εναέριας γραμμής διανομής ηλεκτρικής ενέργειας 20kV σε περίπτωση άμεσου κεραυνικού πλήγματος με τη χρήση του λογισμικού ATP-EMTP. Ελευθερίου Ηλίας Α.Ε.Μ Επιβλέπων καθηγητής: Π.Ν. Μικρόπουλος ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 2

3 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Η/Υ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: Διερεύνηση διηλεκτρικής συμπεριφοράς εναέριας γραμμής διανομής ηλεκτρικής ενέργειας 20kV σε περίπτωση άμεσου κεραυνικού πλήγματος με τη χρήση του λογισμικού ATP-EMTP. Ελευθερίου Ηλίας Α.Ε.Μ Επιβλέπων καθηγητής: Π.Ν. Μικρόπουλος ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

4 4

5 Πρόλογος Το παρόν πόνημα αποτελεί την διπλωματική μου εργασία στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Ο σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη μέσω προσομοιώσεων των παραγόντων που διαμορφώνουν τις υπερτάσεις που αναπτύσσονται στις εναέριες γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και της διηλεκτρικής συμπεριφοράς αυτών σε περίπτωση κεραυνικού πλήγματος. Η εργασία χωρίζεται σε δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος, παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο του αντικειμένου της εργασίας. Αναλυτικότερα, στο πρώτο κεφάλαιο, περιγράφεται ο μηχανισμός του κεραυνού, η έννοια του άμεσου κεραυνικού πλήγματος και παρουσιάζεται η έννοια των εξωτερικών υπερτάσεων καθώς μέσω αυτών προσομοιώνεται εργαστηριακά το κεραυνικό πλήγμα σε μία γραμμή. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η έννοια του μονωτικού επιπέδου μιας γραμμής καθώς επίσης και ο τρόπος υπολογισμού της κρίσιμης τάσης υπερπήδησης (CFO) με τη βοήθεια του προτύπου της IEEE. Επίσης, γίνεται αναφορά στα βασικά κατασκευαστικά στοιχεία των εναέριων γραμμών διανομής, τα οποία είναι οι στύλοι, οι αγωγοί και οι μονωτήρες των γραμμών. Στο δεύτερο μέρος, μελετώνται μέσω προσομοιώσεων που πραγματοποιήθηκαν με τη βοήθεια του λογισμικού ATP-EMTP οι υπερτάσεις που εμφανίζονται στις γραμμές διανομής καθώς και οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διηλεκτρική συμπεριφορά τους. Πιο συγκεκριμένα, στο τρίτο κεφάλαιο εξηγείται ο τρόπος προσομοίωσης των στοιχείων μιας εναέριας γραμμής διανομής και παρουσιάζεται η μονωτική ικανότητα των πιθανών διαδρομών της ηλεκτρικής εκκένωσης στις περιπτώσεις κεραυνικού πλήγματος σε ξύλινο στύλο με και χωρίς επίτονο. Στο τέταρτο κεφάλαιο δίδονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων που πραγματοποιήθηκαν και στο πέμπτο κεφάλαιο εξάγονται συμπεράσματα που βοηθούν στην καλύτερη κατανόηση της διηλεκτρικής συμπεριφοράς της γραμμής. Θα ήθελα να κλείσω την προλόγιση της εργασίας, ευχαριστώντας τον Αναπληρωτή Καθηγητή Κ. Π.Ν. Μικρόπουλο για την εμπιστοσύνη που έδειξε στο πρόσωπό μου μέσω της ανάθεσης αυτής της εργασίας αλλά και για την έγκαιρη και εύστοχη καθοδήγησή του καθ' όλη τη διάρκεια διεκπεραίωσης της. Ευχαριστώ επίσης τον υποψήφιο διδάκτορα Ζαχαρία Δάτσιο για την βοήθεια του. Ελευθερίου Ηλίας Θεσσαλονίκη, Ιούνιος

6 6

7 Περιεχόμενα 1. Αστραπή Κεραυνός Βασικές έννοιες Κεραυνικά πλήγματα Υπερτάσεις Εναέριες γραμμές διανομής Επίπεδο μόνωσης Προσδιορισμός CFO σε διατάξεις με στοιχεία σε σειρά Επιπρόσθετα στοιχεία που επηρεάζουν τη CFO της διάταξης Στύλοι Βασικές έννοιες Μονωτική συμπεριφορά ξύλινου στύλου Μεταβλητή αντίσταση ξύλινου στύλου Αγωγοί γραμμών διανομής Μονωτήρες Βασικές έννοιες Μονωτήρες με ίσο στέλεχος Επιφανειακή διάσπαση μονωτήρων Μοντέλα επιφανειακής διάσπασης μονωτήρων Μέθοδοι ολοκλήρωσης Εξαρτήματα σύνδεσης αγωγών Εξαρτήματα ανάρτησης αγωγών Βραχίονες στύλων (τραβέρσες) Προσομοίωση στοιχείων γραμμών διανομής Πηγή Κεραυνικό πλήγμα Γραμμή διανομής μέσης τάσης Ξύλινος στύλος και βραχίονας Μονωτήρες Μοντέλο ISF Πιθανές διαδρομές ηλεκτρικού σπινθήρα Ξύλινος στύλος χωρίς επίτονο Ξύλινος στύλος με επίτονο Αποτελέσματα προσομοιώσεων μέσω ATP-EMTP Ξύλινος στύλος χωρίς επίτονο Κεραυνικό πλήγμα στη φάση Α Επίδραση τιμής αντίστασης ξύλου Επίδραση τιμής αντίστασης γείωσης στύλου Κεραυνικό πλήγμα στη φάση C Επίδραση τιμής αντίστασης ξύλου Επίδραση τιμής αντίστασης γείωσης στύλου Ξύλινος στύλος με επίτονο Κεραυνικό πλήγμα στη φάση Α Επίδραση τιμής αντίστασης ξύλου Επίδραση τιμής αντίστασης γείωσης επίτονου Κεραυνικό πλήγμα στη φάση C Επίδραση τιμής αντίστασης ξύλου

8 Επίδραση τιμής αντίστασης γείωσης επίτονου Συμπεράσματα Περαιτέρω διερεύνηση Συμπεράσματα Περαιτέρω διερεύνηση Αναφορές Παράρτημα

9 Κεφάλαιο 1 Αστραπή Κεραυνός 1.1 Βασικές έννοιες Η αστραπή είναι μία τεράστια ηλεκτροστατική εκκένωση, απλή η πολλαπλή μεταξύ ηλεκτρικά φορτισμένων περιοχών. Αυτές οι περιοχές μπορεί να βρίσκονται σε διαφορετικά σημεία ενός μόνο σύννεφου (IC intra cloud), σε δύο διαφορετικά σύννεφα (CC cloud cloud), ή ανάμεσα σε ένα σύννεφο και την επιφάνεια της γης (CG cloud ground). Η κατηγορία που παρουσιάζει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον είναι η CG, οι αστραπές δηλαδή οι οποίες καταλήγουν στην επιφάνεια της γης. Η συγκεκριμένη κατηγορία αστραπών ονομάζεται κεραυνός. Οι κεραυνοί παρά το γεγονός ότι δεν είναι τόσο συχνοί όσο οι άλλες δύο κατηγορίες αστραπών, είναι αυτοί που έχουν μελετηθεί και κατανοηθεί σε μεγαλύτερο βαθμό. Σημειώνεται επίσης ότι σύμφωνα με σύγχρονες επιστημονικές απόψεις οι έννοιες του κεραυνού και της αστραπής ταυτίζονται. Στο σχήμα 1 φαίνονται τα είδη αστραπών που προαναφέρθηκαν. Σχήμα 1 Οι τρεις κατηγορίες αστραπών (IC, CC, CG) καθώς και οι διαφορετικά φορτισμένες περιοχές στα σύννεφα και στο έδαφος. Εμφανίζονται οι ηλεκτρικές εκκενώσεις μεταξύ διαφορετικά φορτισμένων περιοχών [1]. Χαρακτηριστικές παράμετροι ενός κεραυνού αποτελούν [2]: 1. Η πολικότητα, η οποία καθορίζεται από το πρόσημο του φορτίου του κεραυνού και εξαρτάται από την γεωγραφική θέση. Στην πλειοψηφία των περιπτώσεων (90%) το φορτίο του κεραυνού είναι αρνητικό (αρνητικοί κεραυνοί). 2. Η κατεύθυνση, η οποία καθορίζεται από το μέσο εκκίνησης του κεραυνού, από το σύννεφο προς την γη ή από τη γη προς το σύννεφο. 9

10 3. Το ρεύμα, το οποίο εμφανίζεται υπό τη μορφή μίας ή περισσότερων κρούσεων με απότομο μέτωπο, που η κάθε μια τους μετά το μέγιστο εύρος μειώνεται με σχετικά αργό ρυθμό. Τυπική κυματομορφή του ρεύματος ενός κεραυνού αποτελεί αυτή με διάρκεια μετώπου τάξης 5μs και διάρκεια ημίσεως εύρους της τάξης των 100μs. Χαρακτηριστικά μεγέθη του ρεύματος κεραυνού αποτελούν: Το μέγιστο εύρος (Ι), το εύρος του ρεύματος ενός κεραυνού μπορεί να ποικίλει από μερικές εκατοντάδες Α μέχρι εκατοντάδες ka. Το μέγιστο εύρος του ρεύματος του κεραυνού σε συνδυασμό με την αντίσταση που θα αναγκαστεί να διαρρεύσει καθορίζουν τη μέγιστη αναπτυσσόμενη εξαιτίας του τάση. Επομένως σε ένα ηλεκτρικό σύστημα το μέγιστο εύρος του ρεύματος καθορίζει την πιθανότητα διάσπασης της μόνωσης. Η μέση κλίση (di/dt), ο μέσος ρυθμός ανόδου του ρεύματος, ο οποίος υπολογίζεται στο τμήμα του μετώπου της κυματομορφής του ρεύματος που βρίσκεται μεταξύ του 30% και 90% του μέγιστου εύρους, / μs Η διάρκεια, κατ αντιστοιχία με το εύρος του ρεύματος του κεραυνού, η διάρκεια του ρεύματος σε συνδυασμό με την αντίσταση που θα αναγκαστεί ο κεραυνός να διαρρεύσει καθορίζουν την ενέργεια που παράγεται σ αυτή και κατά συνέπεια και τη θερμότητα η οποία εκλύεται κατά τη δίοδό του. 4. Το ολικό φορτίο (Q total ), το ολοκλήρωμα του ρεύματος του κεραυνού στο χρόνο, για όλη τη διάρκειά του. 5. Το κρουστικό φορτίο (Q impulse ), το ολοκλήρωμα της κρουστικής συνιστώσας του ρεύματος του κεραυνού στο χρόνο. 6. Η ειδική ενέργεια (SE), η ενέργεια που καταναλώνεται κατά τη ροή του ρεύματος του κεραυνού σε μοναδιαία αντίσταση. Υπολογίζεται ως το ολοκλήρωμα του τετραγώνου του ρεύματος του κεραυνού στο χρόνο για όλη τη διάρκειά του. Εκφράζει την ενέργεια που συνοδεύει την ηλεκτρική εκκένωση του κεραυνού σε μονάδες A 2 s ή ισοδύναμα σε J/Ω. 7. Ο αριθμός των διαδοχικών εκκενώσεων, ο κεραυνός μπορεί να αποτελείται από μια απλή εκκένωση ή από πολλαπλές εκκενώσεις. 1.2 Κεραυνικά πλήγματα Οι κεραυνοί μπορούν να πλήξουν την 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 την 10

11 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 [3] [4]. Αντικείμενο της παρούσας μελέτης αποτελεί το άμεσο κεραυνικό πλήγμα, οι συνέπειες του οποίου είναι εν δυνάμει καταστροφικές. Ως φαινόμενο είναι σπάνιο αλλά οι επιπτώσεις του έχουν προκαλέσει την διερεύνηση του σε μεγάλο βαθμό. 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. Στο σχήμα 2 φαίνεται η μορφή ενός άμεσου κεραυνικού πλήγματος σε μία γραμμή διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Σχήμα 2 Άμεσο κεραυνικό πλήγμα σε εναέρια γραμμή διανομής ηλεκτρικής ενέργειας 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 του στύλους. Ο αριθμός των στύλων που θα επηρεαστούν εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό και από την αντίσταση γείωσής τους. Εάν το επίπεδο μόνωσης είναι υψηλό, τότε θα παρατηρηθούν διασπάσεις σε έναν ή και σε κανέναν στύλο. 1.3 Υπερτάσεις Υπέρταση ορίζεται ως κάθε τάση που ξεπερνά σε τιμή τη μέγιστη επιτρεπτή τιμή τάσης λειτουργίας του εξοπλισμού. Οι γραμμές διανομής του ελληνικού δικτύου, έχουν ονομαστική τάση λειτουργίας 20kV και η μέγιστη τάση λειτουργίας τους είναι 24kV. Οι υπερτάσεις που μπορούν να επιβαρύνουν κάποιο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την προέλευσή τους, σε εσωτερικές και εξωτερικές. Οι εσωτερικές υπερτάσεις (ή υπερτάσεις μεγάλης διάρκειας μετώπου) εμφανίζονται σε ένα σύστημα κυρίως λόγω χειρισμών, αλλά και λόγω σφαλμάτων γης ή λόγω 11

12 κεραυνικού πλήγματος σε αγωγό γραμμής μεταφοράς σε μεγάλη απόσταση από το σύστημα. Έχουν τη μορφή αποσβεννύμενης ταλάντωσης με επικίνδυνο τμήμα την πρώτη ημιπερίοδο. 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 επικίνδυνες. Έχουν την μορφή οδευόντων 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. Τα κυματικά φαινόμενα ενδιαφέρουν πρακτικά, γιατί οι υπερτάσεις που δημιουργούνται από τις ανακλάσεις και ενισχύσεις των οδευόντων κυμάτων στους τερματισμούς των γραμμών, προσδιορίζουν τη μόνωση των συσκευών, την προστασία τους, τη μορφή του τυλίγματος στους μετασχηματιστές ισχύος αλλά και άλλα στοιχεία του εξοπλισμού. Στο σχήμα 3 αναπαρίσταται η πτώση κεραυνού σε μία γραμμή διανομής και η κυματική συμπεριφορά της υπέρτασης που παρουσιάζεται. Σχήμα 3 Κεραυνικό πλήγμα στο σημείο Α της γραμμής. Το κύμα f 1 οδεύει προς τον πυλώνα και δημιουργεί υπερπήδηση του μονωτήρα ανάρτησης στο σημείο Β. Μετά την υπερπήδηση, το κύμα συνεχίζει να οδεύει στον αγωγό, αλλάζοντας όμως μορφή (f 1 ). Ένα μέρος του ρεύματος (f 1 ), οδεύει μέσω του στύλου προς τη γη. 12

13 Κεφάλαιο 2 Εναέριες γραμμές διανομής Οι γραμμές διανομής ξεκινούν από τους υποσταθμούς μεταφοράς, όπου γίνεται υποβιβασμός της υψηλής τάσης (400kV) σε μέση τάση (20kV) και καταλήγουν στους υποσταθμούς διανομής όπου γίνεται υποβιβασμός της μέσης τάσης στη χαμηλή τάση που χρησιμοποιούν οι περισσότεροι καταναλωτές (220/380V) [5]. Τα κυριότερα κατασκευαστικά στοιχεία των εναέριων γραμμών διανομής είναι οι αγωγοί των φάσεων, οι μονωτήρες των φάσεων και οι στύλοι. Κάθε γραμμή διανομής θα πρέπει να είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται η αντοχή της όχι μόνο στην συνεχή καταπόνηση λόγω της κανονικής τάσης λειτουργίας αλλά και στην επιπρόσθετη καταπόνηση λόγω υπερτάσεων που μπορεί να εμφανιστούν. Η αντοχή των γραμμών διανομής σε υπερτάσεις εξασφαλίζεται μέσω των μονωτικών στοιχείων που είναι εγκατεστημένα κατά μήκος της. 2.1 Επίπεδο μόνωσης Τα συνηθέστερα μονωτικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μίας εναέριας γραμμής διανομής είναι η πορσελάνη, ο αέρας, το ξύλο, τα πολυμερή και το fiberglass, κάθε ένα εκ των οποίων παρουσιάζει διαφορετική συμπεριφορά. Όταν τα μονωτικά στοιχεία τοποθετούνται σε σειρά τότε το συνολικό μονωτικό επίπεδο δεν είναι το άθροισμα των επιπέδων των επιμέρους μονωτικών στοιχείων αλλά έχει μικρότερη τιμή. Γενικότερα, είναι δύσκολο να εκτιμηθεί το συνολικό μονωτικό επίπεδο στις γραμμές διανομής. Αυτό οφείλεται στις ατμοσφαιρικές συνθήκες (πυκνότητα αέρα, υγρασία, βροχή, ατμοσφαιρική ρύπανση κτλ.), στην πολικότητα, στον ρυθμό αύξησης της υπέρτασης αλλά και σε φυσικούς παράγοντες. όπως είναι το σχήμα των μονωτήρων, το σχήμα του μεταλλικού εξοπλισμού καθώς και η διαμόρφωση των μονωτήρων (οριζόντια τοποθέτηση, κάθετη τοποθέτηση ή τοποθέτηση υπό γωνία). Θα χρησιμοποιηθεί η έννοια της κρίσιμης τάσης υπερπήδησης για να περιγραφεί η μονωτική ικανότητα ενός μονωτικού στοιχείου ή του συνδυασμού πολλών. Η κρίσιμη τάση υπερπήδησης (CFO) ορίζεται ως η μέγιστη τιμή της τάσης ενός κύματος, η οποία κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες προκαλεί διάσπαση στο περιβάλλον μέσο στο 50% των περιπτώσεων επιβολή της. Η τιμή της τάσης αυτής βρίσκεται μέσω εργαστηριακών δοκιμών. Αν υποτεθεί πως η πιθανότητα διάσπασης μπορεί να προσεγγιστεί με την κανονική κατανομή, τότε οποιαδήποτε συγκεκριμένη πιθανότητα αντοχής μπορεί να υπολογιστεί στατιστικά μέσω της CFO και της τυπικής απόκλισης Προσδιορισμός CFO σε διατάξεις με Στοιχεία σε σειρά Σύμφωνα με μελέτες, ένα μέτρο ξύλου ή fiberglass προσθέτει από 330kV έως 500kV στην συνολική αντοχή της μόνωσης σε περίπτωση κεραυνικού πλήγματος [6]. Για 13

14 μεγαλύτερα μήκη, η μονωτική ισχύς του συνδυασμού ξύλινου ή fiberglass βραχίονα με τους μονωτήρες καθορίζεται κυρίως μόνο από το βραχίονα. Υπό συνθήκες κανονικής λειτουργίας οι μονωτήρες αποτελούν το μόνο μονωτικό στοιχείο, καθώς ο βραχίονας λαμβάνεται υπόψη ως επιπλέον μονωτικό στοιχείο μόνο σε περίπτωση υπέρτασης λόγω κεραυνού. Εάν υποτεθεί ότι η διαδρομή του κεραυνού προς το έδαφος αποτελείται μόνο από διαφόρων τύπων μονωτήρες συνδεδεμένους σε σειρά, τότε η κρίσιμη τάση υπερπήδησης του συνδυασμού δεν είναι το άθροισμα των επιμέρους CFO. Αυτό γιατί οι CFO των επιμέρους στοιχείων υπολογίστηκαν λαμβάνοντας υπόψη διάφορους παράγοντες, κάθε ένας από τους οποίους απαιτεί ατομική ανάλυση. Για να υπολογιστεί η CFO του συνδυασμού πρέπει να καθοριστεί η συνεισφορά κάθε επιπρόσθετου μονωτικού στοιχείου στη συνολική CFO. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας πίνακες ή καμπύλες που αναπαριστούν τα διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα και αξιοποιώντας αυτά τα δεδομένα για την εύρεση του συσχετισμού ενός μονωτικού στοιχείου που προστίθεται σε κάποιο άλλο. Αυτή η διαδικασία βασίζεται στα δεδομένα για τη CFO της βασικής μόνωσης και σε επιπλέον δεδομένα για τη CFO που προστίθεται λόγω των υπολοίπων μονωτικών στοιχείων. Στην περίπτωση που κατά μήκος της διαδρομής του κεραυνού μεσολαβούν δύο μονωτικά στοιχεία, η συνολική κρίσιμη τάση υπερπήδησης υπολογίζεται ως το άθροισμα της CFO του βασικού στοιχείου (το οποίο συνήθως είναι ο μονωτήρας) και της επιπλέον CFO που παρέχεται από το δεύτερο στοιχείο. Η συνολική CFO θα έχει τιμή μικρότερη από ότι το άθροισμα των επιμέρους CFO των δύο στοιχείων. Γίνεται λοιπόν κατανοητό πως το ίδιο μονωτικό στοιχείο παρέχει διαφορετικές CFO στην διάταξη εάν θεωρηθεί μόνο του και εάν συνδυάζεται με άλλα μονωτικά στοιχεία. Ο υπολογισμός της συνολικής CFO γίνεται με βάση την παρακάτω σχέση. Όπου, CFO T είναι η συνολικό CFO της διάταξης CFO ins είναι η CFO του βασικού στοιχείου CFO add,sec είναι η CFO που προστίθεται λόγω του δεύτερου στοιχείου CFO add,third είναι η CFO που προστίθεται λόγω του τρίτου στοιχείου CFO add,nth είναι η CFO που προστίθεται λόγω του νιοστού στοιχείου σχέση (1) Στον πίνακα 4 παρουσιάζονται οι τιμές των CFO και των μέσων πεδίων διαφόρων μονωτικών στοιχειών, ανάλογα με την τοποθέτηση και τον τύπο τους. 14

15 Πίνακας 4 Οι κρίσιμες τάσεις υπερπήδησης και τα μέσα πεδία διαφόρων μονωτικών στοιχείων, συναρτήσει της τοποθέτησης τους (κύριο, δευτερεύων κτλ.) και του τύπου τους [3]. Στον παραπάνω πίνακα γίνεται εμφανής η μείωση της CFO οποιουδήποτε στοιχείου όταν αυτό από βασικό χρησιμοποιηθεί ως δευτερεύον. Τα δεδομένα του πίνακα αναφέρονται σε υγρές συνθήκες, κάτι που συνίσταται για την εκτίμηση της CFO. Σε περίπτωση που τα δεδομένα αναφέρονται σε στεγνές συνθήκες οι CFO τιμές πολλαπλασιάζονται με έναν συντελεστή προκειμένου να υπολογιστεί μία εκτίμηση για τις υγρές συνθήκες. Ο συντελεστής αυτός παίρνει τιμές από 0.7 έως 0.9. Επίσης στην περίπτωση που είναι γνωστή η CFO που παρέχει ένα στοιχείο ως βασικό και απαιτείται η εύρεση της CFO που παρέχει το ίδιο στοιχείο εάν χρησιμοποιηθεί ως δεύτερο ή ως τρίτο,τότε η CFO που χαρακτηρίζει το στοιχείο ως βασικό πολλαπλασιάζεται με 0.45 ή με 0.2 αντίστοιχα. Η χρήση της παραπάνω διαδικασίας και των δοθέντων δεδομένων παρέχει αποτελέσματα με σφάλμα ±20% Επιπρόσθετα στοιχεία που επηρεάζουν τη CFO της διάταξης Πολλές φορές μέρη του εξοπλισμού μπορούν να μειώσουν σημαντικά τη συνολική CFO κάτω από τα 300kV, τιμή που συνίσταται για τον περιορισμό των περισσότερων υπερπηδήσεων λόγω επαγόμενων τάσεων. Η χρήση λοιπόν των εν λόγω μερών του εξοπλισμού μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του αριθμού αυτών των υπερπηδήσεων. Τα μέρη του εξοπλισμού που μπορούν να προκαλέσουν μείωση της κρίσιμης τάσης υπερπήδησης, είναι[3]: 1. Επίτονοι. Πρόκειται για τεντωμένα συρματόσχοινα σχεδιασμένα να παρέχουν σταθερότητα σε μία κάθετη ελεύθερη διάταξη όπως είναι ένας 15

16 στύλος μιας γραμμής διανομής. 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 συνδέονται σε σημείο του στύλου μεγάλου ύψους, στην ευρύτερη περιοχή των βασικών μονωτικών στοιχείων. Στα σχήματα Π-1 έως Π-5 του παραρτήματος φαίνεται ο τρόπος σωστής εγκατάστασης του επίτονου στις περιπτώσεις ξύλινων στύλων. Οι επίτονοι παρέχουν μία δυνατή διαδρομή για το κεραυνικό ρεύμα προς το έδαφος και αυτός είναι ο λόγος που προκαλούν μείωση της CFO. Για την αντιστάθμιση αυτού του προβλήματος συνδέονται σε σειρά με τους επίτονους, μονωτήρες τύπου strain. Οι μονωτήρες αυτοί είναι σχεδιασμένοι έτσι ώστε να λειτουργούν κάτω από συνθήκες μηχανικής καταπόνησης. Τοποθετούνται στο σημείο όπου ο επίτονος ενώνεται με τον στύλο έτσι ώστε να διατηρηθούν οι ιδιότητές του αλλά και να μονωθεί ηλεκτρικά. Στα σχήματα Π-6 και Π-7 του παραρτήματος φαίνεται το σύστημα μονωτήρων επιτόνου σύμφωνα με τις τεχνικές προδιαγραφές της ΔΕΗ. 2. Ύψος ουδέτερου αγωγού. Το ύψος του ουδέτερου αγωγού εξαρτάται από τον συνδεδεμένο εξοπλισμό. Στους ξύλινους στύλους, όσο πιο κοντά είναι ο ουδέτερος αγωγός στους αγωγούς φάσης τόσο μειώνεται και η CFO. 3. Ηλεκτρικά αγώγιμα κατασκευαστικά υλικά. Η χρήση τσιμεντένιων ή σιδερένιων δομών σε εναέριες γραμμές διανομής μειώνει σημαντικά τη CFO σε σχέση με την χρήση ξύλου ή fiberglass. Σε μερικές περιπτώσεις χρήσης ξύλινου στύλου απαιτούνται μεταλλικοί βραχίονες ή άλλα σκεύη. Αν αυτά είναι γειωμένα τότε το αποτέλεσμα μπορεί να είναι το ίδιο με την χρήση μιας εξ ολοκλήρου μεταλλικής διάταξης. Σε αυτές τις περιπτώσεις η συνολική CFO παρέχεται από τους μονωτήρες και κατά συνέπεια απαιτείται η χρήση μονωτήρων υψηλής CFO προκειμένου να αντισταθμιστεί η απώλεια των μονωτικών ιδιοτήτων του ξύλου 4. Προστατευτικά διάκενα. Τα προστατευτικά διάκενα (spark gaps) βοηθούν στην προστασία των ξύλινων διατάξεων από κεραυνικά πλήγματα, όμως αποτελούν εξοπλισμό που δεν χρησιμοποιείται ιδιαίτερα στα σύγχρονα συστήματα. 2.2 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, οι οποίοι διακρίνονται σε ξύλινους ή οπλισμένου σκυροδέματος, σε ελαφρύς, μέσους και 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 σχήμα Π-8 του παραρτήματος. Επίσης στα σχήματα Π-9 και Π-10 παρουσιάζονται οι τυποποιημένες διαστάσεις των δοκών αγκυρώσεως και των πασσάλων ενισχύσεως των στύλων. 16

17 2.2.1 Βασικές έννοιες 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, όπως φαίνεται και στο σχήμα Π-11 του παραρτήματος. 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 (σχήμα Π-12 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 (σχήμα Π- 13 παραρτήματος). Από την ΔΕΗ δίνονται συγκεκριμένες οδηγίες όσο αναφορά τον τρόπο υλοτόμησης, αποφλοίωσης, καθαρισμού και αποξήρανσης των εν δυνάμει στύλων (Π-14 και Π-15). 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-16). 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[7]. 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 εάν είναι εμποτισμένος η διάρκεια ζωής του μπορεί να φτάσει τα χρόνια[7]. Λόγω της μεγάλης διάρκειας ζωής του στύλου 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 εμποτισμού εξοικονομούνται δασικά δέντρα ετησίως, με αυξητική τάση εξοικονόμησης. Η ΔΕΗ καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο πρέπει να γίνει ο εμποτισμός των εν δυνάμει στύλων όπως φαίνεται από το σχήμα Π-17 του παραρτήματος. Τα συντηρητικά που χρησιμοποιούνται στην Ελλάδα είναι το κρεόζωτο και σπανιότερα η πενταχλωροφαινόλη (Π-18). Το κρεόζωτο είναι βιομηχανικό υλικό προληπτικής κατεργασίας του ξύλου που χρησιμοποιείται άνω της εκατονταετίας, αλλά η τοξικότητά του προκαλεί όλο και περισσότερες ανησυχίες. Είναι ένα πολύπλοκο μείγμα εκατοντάδων διαφορετικών ενώσεων που περιλαμβάνουν δικαι πολυ-κυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες, οι οποίοι είναι πολύ επιβλαβείς για το περιβάλλον και συνιστούν μη αποδεκτό κίνδυνο για τις μελλοντικές γενιές. Παρά την επικινδυνότητά του όμως αποτελεί μονόδρομο σε πολλές περιπτώσεις και έτσι πολλά κράτη συμπεριλαμβανομένης και της Ελλάδας εγκρίνουν την διάθεση κρεόζωτου στην αγορά για σαφώς καθορισμένες χρήσεις, στις περιπτώσεις που δεν υφίστανται εναλλακτικά προϊόντα που να προκαλούν λιγότερη ζημιά στο περιβάλλον[8]. Για τις περιπτώσεις αυτές, επιβάλλονται αυστηρές προϋποθέσεις, συμπεριλαμβανομένων μέτρων προστασίας των εργαζόμενων από την έκθεση κατά την κατεργασία της ξυλείας και τον χειρισμό του 17

18 κατεργασμένου ξύλου[8]. Η ΔΕΗ δεν συγκεκριμενοποιεί μόνο το είδος του συντηρητικού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί αλλά και την ελάχιστη επιτρεπόμενη συγκράτηση του συντηρητικού (Π-19) καθώς και το ελάχιστο βάθος διείσδυσης του (Π-20). 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 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. Σύμφωνα με την οδηγία της ΔΕΗ που παρουσιάζεται στο σχήμα Π-1 του παραρτήματος το μέσο μήκος του σύρματος του επίτονου ανέρχεται στα 17 μέτρα. Για το καλύτερο δυνατό μηχανικό αποτέλεσμα οι επίτονοι συνδέονται σε σημείο του στύλου μεγάλου ύψους, στην ευρύτερη περιοχή των βασικών μονωτικών στοιχείων. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με την ΙΕΕΕ [3], τοποθετούνται σε απόσταση 0.2 μέτρων από την κορυφή του στύλου. Οι επίτονοι αγκυρώνονται είτε με ξυλοδοκό είτε με τσιμεντένια πλάκα. Τοποθετούνται πάντοτε εντατήρες ώστε το συρματόσχοινο να τανυστεί σωστά. Όταν ο διαθέσιμος χώρος δεν επαρκεί μπορούν να αγκυρωθούν και σε οικοδομές. Επίσης, όταν δεν είναι δυνατή η τοποθέτηση του επίτονου σε μικρή απόσταση από τον στύλο, βάζουμε επίτονο κεφαλής[9]. Σε σειρά με τους επίτονους συνδέονται μονωτήρες τύπου strain, οι οποίοι είναι σχεδιασμένοι ώστε να λειτουργούν κάτω από συνθήκες μηχανικής καταπόνησης. Σύμφωνα με την τεχνική προδιαγραφή της ΔΕΗ που φαίνεται στο σχήμα Π-6 του παραρτήματος η απόσταση από το σημείο επαφής του επίτονου με τον στύλο μέχρι το σημείο τοποθέτησης του μονωτήρα είναι περίπου 1.5 μέτρο. Συνήθως υπάρχει και προφυλακτήρας (προστατευτικό μεταλλικό κάλυμμα) προς την μεριά πρόσδεσης του επίτονου στο έδαφος. Στα σχήματα Π-1-Π-5 και Π-21-Π-23 του παραρτήματος υπάρχουν τυποποιημένες κατασκευές από τις οδηγίες της Δ.Ε.Η. για τη μορφή και τη θεμελίωση των στύλων στο έδαφος καθώς και για τη χρήση επιτόνων και αντηρίδων στους ξύλινους στύλους Μονωτική συμπεριφορά ξύλινου στύλου Σύμφωνα με εμπειρικές διαπιστώσεις η καταστροφή των ξύλινων στύλων ή των βραχιόνων από κεραυνό είναι σπάνιο φαινόμενο[10]. 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 18

19 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 [11]. Καθώς τα μόρια ξύλου γεμίζουν σε ποικίλους βαθμούς με νερό, η ηλεκτρική αντίσταση του ξύλου μεταβάλλεται σε μεγάλο εύρος τιμών. 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[11]. Η ΔΕΗ έχει ορίσει ως μέγιστη περιεκτικότητα του ξύλινου στύλου σε υγρασία το 25%, όπως φαίνεται στο σχήμα Π-16 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[11]. 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. 19

20 2.2.3 Μεταβλητή αντίσταση ξύλινου στύλου Παρακάτω παρουσιάζονται οι παράμετροι που μπορούν να επηρεάσουν την αντίσταση του ξύλινου στύλου. Οι παράμετροι αυτές, είναι[12]: 1. Συντηρητικό στύλου Τα τρία κυριότερα συντηρητικά που χρησιμοποιούνται στους ξύλινους στύλος είναι το κρεόζωτο, το αρσενικό και το wolmanit CX. Αποδεδειγμένα, τα τρία αυτά συντηρητικά έχουν διαφορετική επίδραση στην αγωγιμότητα των στύλων. Οι στύλοι στους οποίους έχει χρησιμοποιηθεί το κρεόζωτο παρουσιάζουν την υψηλότερη τιμή αντίστασης στα ηλεκτρικά ρεύματα. Παρόλα αυτά το κρεόζωτο περιέχει υψηλά επίπεδα πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων, ουσίες που μπορούν να μολύνουν το περιβάλλον και να βλάψουν τους ανθρώπους που διαχειρίζονται τους στύλους. Στην Ελλάδα τα συντηρητικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι το κρεόζωτο και η πενταχλωροφαινόλη σύμφωνα με την αντίστοιχη οδηγία της ΔΕΗ όπως φαίνεται στο σχήμα Π-18 του παραρτήματος 2. Μέθοδος στεγανοποίησης του στύλου Παραδοσιακά υπάρχει μόλις ένας τρόπος στεγανοποίησης του ξύλου. Αυτός είναι η έκθεση του ξύλου σε εξωτερικό χώρο για περίπου ένα χρόνο μέχρι το περιεχόμενο υγρασίας να αποκτήσει αποδεκτά χαμηλή τιμή. Στις μέρες μας πολλές φορές χρησιμοποιείται και η θέρμανση του στύλου προκειμένου να επιταχυνθεί η παραπάνω διαδικασία. Συγκεκριμένα, με αυτόν τον τρόπο ένας ξύλινος στύλος μπορεί να στεγανοποιηθεί σε τρείς μέρες. Η μέθοδος στεγανοποίησης που θα επιλεγεί θα επηρεάσει τις ρωγμές ή χαραμάδες που δημιουργούνται στο ξύλο. Οι ρωγμές αυτές με την σειρά τους θα επηρεάσουν τον τρόπο που διεισδύει το συντηρητικό στο ξύλο αλλά και στο βαθμό στον οποίο θα απορροφηθεί η υγρασία. Οι επιτρεπτοί τρόποι στεγανοποίησης στην Ελλάδα παρουσιάζονται στο σχήμα Π-15 του παραρτήματος σύμφωνα με την οδηγία της ΔΕΗ. Ένας ακόμη παράγοντας ο οποίος πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι η ηλικία αλλά και η πυκνότητα του ξύλου τη στιγμή που αυτό κόβεται. 3. Θερμοκρασία περιβάλλοντος χώρου Έχει παρατηρηθεί ότι η θερμοκρασία επηρεάζει την αντίσταση του ξύλινου στύλου. Στις περιοχές που αποτελούν την πηγή των δέντρων από τα οποία κατασκευάζονται οι ξύλινοι στύλοι εγκαθίστανται σταθμοί μέτρησης της θερμοκρασίας, της ατμοσφαιρικής κατακρήμνισης καθώς και της ηλιακής ακτινοβολίας. 4. Μορφή ατμοσφαιρικής κατακρήμνισης και διάρκεια της Κατά την διάρκεια του χειμώνα η ατμοσφαιρική κατακρήμνιση έχει τη μορφή χιονιού, το οποίο μπορεί να καθίσει στο βραχίονα των στύλων. Κατά την διάρκεια της άνοιξης, του καλοκαιριού και του φθινοπώρου έχει την μορφή βροχής. Μια μεταβλητή που έχει παρατηρηθεί ότι επηρεάζει διαφορετικά την αντίσταση του στύλου είναι εάν η βροχή είναι συνεχής για 20

21 έναν αριθμό ημερών ή εάν βρέχει καταρρακτωδώς για μικρό χρονικό διάστημα. 5. Εξοπλισμός τοποθετημένος στον στύλο. Οι ξύλινοι στύλοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για την στήριξη οπτικών καλωδίων τα οποία ενώνονται στο στύλο μέσω μεταλλικών βιδών. Επίσης κάποιες φορές χρησιμοποιούνται για την στήριξη του στύλου επίτονοι χωρίς την χρήση μονωτήρα. Αυτές και άλλες παρόμοιες συνθήκες καθιστούν πιθανό για έναν εργαζόμενο στον στύλο να έρθει σε επαφή με σημεία διαφορετικών δυναμικών. Παρακάτω ακολουθούν τα αποτελέσματα μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν στην Σουηδία προκειμένου να διαπιστωθεί ο βαθμός επιρροής των παραπάνω παραμέτρων στην αντίσταση του στύλου[12]. Για τις μετρήσεις αυτές χρησιμοποιήθηκαν 8 στύλοι. Στους στύλους αυτούς εγκαταστάθηκε μεταλλικός βραχίονας και χάλκινο σύρμα στην βάση του στύλου προκειμένου να εξαλειφθεί η επίδραση του εδάφους. Στον πίνακα 5 παρουσιάζεται η ηλικία των στύλων, το συντηρητικό που χρησιμοποιήθηκε καθώς και η μέθοδος στεγανοποίησής τους. Πίνακας 5 Η ηλικία, το συντηρητικό που χρησιμοποιήθηκε και η μέθοδος στεγανοποίησης των στύλων που χρησιμοποιήθηκαν στις μετρήσεις[12]. Για την μελέτη χρησιμοποιήθηκε μία φάση των 6kV συνδεδεμένη απευθείας στο μεταλλικό βραχίονα χωρίς μονωτήρα. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε διάστημα 12 μηνών προκειμένου να ληφθεί υπόψη ο παράγοντας της θερμοκρασίας και της ατμοσφαιρικής κατακρήμνισης και επανελήφθησαν τουλάχιστον μία φορά τον μήνα. Το συνολικό ρεύμα που έρρεε στον στύλο όπως και η τάση κατά μήκος του έχουν μετρηθεί και έχει υπολογιστεί η συνολική αντίσταση του στύλου. Στα σχήματα 6, 7 και 8 παρουσιάζονται οι τιμές που εμφάνισε η αντίσταση του στύλου κατά την διάρκεια ενός έτους, για στύλο 20 ετών με συντηρητικό το αρσενικό, για στύλο 20 ετών με συντηρητικό το κρεόζωτο και για στύλο ενός έτους με συντηρητικό το wolmanit CX. Η αντίσταση μεταβάλλεται μεταξύ των 28kΩ που 21

22 παρουσίασε ο στύλος με αρσενικό τον μήνα Νοέμβριο και των 1450kΩ που παρουσίασε ο στύλος με wolmanit CX τον μήνα Αύγουστο. Συνολικά, τις υψηλότερες τιμές αλλά και τις μικρότερες μεταβολές παρουσίασε ο στύλος με συντηρητικό το κρεόζωτο[12]. Σχήμα 6 Τιμές αντίστασης στύλου 20 ετών με συντηρητικό το αρσενικό για διάστημα ενός έτους στην Σουηδία[12]. Σχήμα 7 Τιμές αντίστασης στύλου 20 ετών με συντηρητικό το κρεόζωτο για διάστημα ενός έτους στην Σουηδία[12]. 22

23 Σχήμα 8 Τιμές αντίστασης στύλου ενός έτους με συντηρητικό το wolmanit CX για διάστημα ενός έτους στην Σουηδία[12]. Στα σχήματα 9 και 10 παρουσιάζεται η ατμοσφαιρική κατακρήμνιση και η θερμοκρασία κατά την διάρκεια των μετρήσεων. Η ατμοσφαιρική κατακρήμνιση από τον Νοέμβριο μέχρι τον Φεβρουάριο είναι χιόνι. Η χαμηλότερη τιμή που παρουσίασε η αντίσταση τον μήνα Νοέμβριο εξηγείται λόγω του γεγονότος ότι η θερμοκρασία ήταν μηδενική και το χιόνι ήταν πολύ υγρό και είχε κολλήσει στον στύλο με αποτέλεσμα το ξύλο να έχει μεγάλο περιεχόμενο υγρασίας χωρίς να υπάρχει η δυνατότητα να στεγνώσει. Σχήμα 9 Η ατμοσφαιρική κατακρήμνιση κατά την διάρκεια των μετρήσεων για διάστημα ενός έτους. Από τον Νοέμβριο μέχρι τον Φεβρουάριο η ατμοσφαιρική κατακρήμνιση είναι χιόνι[12]. 23

24 Σχήμα 10 Η θερμοκρασία κατά την διάρκεια των μετρήσεων για διάστημα ενός έτους[12]. Από τα αποτελέσματα που παρουσιάστηκαν παραπάνω αναγνωρίστηκαν κάποιες από τις μεταβλητές που μπορούν να επηρεάσουν την αγωγιμότητα του στύλου, αλλά γίνεται φανερό ότι η επίδραση των παραπάνω μεταβλητών είναι πολύπλοκη. Καμία από αυτές δεν μπορεί να αναγνωριστεί ότι ασκεί σημαντική επίδραση μόνη της στην αγωγιμότητα. Θα πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλοί παράγοντες. Κάποιοι από αυτούς όπως η θερμοκρασία, η ατμοσφαιρική κατακρήμνιση και η έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία θα πρέπει να εξεταστούν επί τόπου. Κάποιοι άλλοι, όπως η μέθοδος στεγανοποίησης ή το συντηρητικό που χρησιμοποιήθηκε θα πρέπει να ληφθούν υπόψη εκ των προτέρων. 2.3 Αγωγοί γραμμών διανομής Οι αγωγοί που χρησιμοποιούνται στις γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας είναι χωρίς μόνωση και κατασκευάζονται από χαλκό (Cu), αλουμίνιο (Al) ή αλουμίνιο-χάλυβα (ACSR). Τα χαρακτηριστικά των αγωγών παρουσιάζονται στο σχήμα Π-24 του παραρτήματος. Στα εναέρια δίκτυα δεν 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 [13]: 1. Τη μέγιστη επιτρεπτή ένταση (θερμικό όριο) που είναι αποδεκτή για κάθε διατομή και είδος αγωγού. 2. Τη μέγιστη επιτρεπτή πτώση τάσης. 3. 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 24

25 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 με τις αντίστοιχες ισοδύναμες διατομές χαλκού να είναι 16mm 2, 35mm 2 και 95mm Μονωτήρες Βασικές έννοιες Ένα απαραίτητο εξάρτημα των εναέριων γραμμών διανομής μέσης τάσης είναι οι μονωτήρες. Σκοπός τους είναι η στερέωση των εναέριων δικτύων διανομής πάνω στους στύλους. Η μηχανική και διηλεκτρική συμπεριφορά των μονωτήρων που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή, μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζει σε σημαντικό βαθμό την αξιοπιστία των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Οι μονωτήρες γενικότερα κατηγοριοποιούνται με βάση το είδος της τάσης λειτουργίας τους (AC ή DC μονωτήρες), την εφαρμογή τους (μονωτήρες στήριξης διέλευσης και ανάρτησης καθώς και σε υπαίθριους ή εσωτερικού χώρου εγκατάστασης) και το μονωτικό υλικό που συνδυάζουν (κεραμικοί ή πολυμερείς μονωτήρες, όπως πορσελάνη ή σκληρυμένο γυαλί για τους κεραμικούς και ελαστομερές καουτσούκ σιλικόνης για τους πολυμερείς μονωτήρες) [14]. Για τη σχεδίαση και εφαρμογή των μονωτήρων σε σχέση με τη διηλεκτρική συμπεριφορά τους, οι μονωτήρες πρέπει να αντέχουν στην κανονική τάση λειτουργίας αλλά και στις τυχόν υπερτάσεις που μπορεί να εμφανιστούν. Ειδικότερα, για τους μονωτήρες που χρησιμοποιούνται σε υπαίθριες εγκαταστάσεις υψηλής τάσης, όπως στις εναέριες γραμμές μεταφοράς ή διανομής ή στους υποσταθμούς, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η μείωση της επιφανειακής διηλεκτρικής αντοχής τους λόγω της ρύπανσης της μονωτικής επιφάνειάς τους από ρύπους μεταφερόμενους κυρίως από τον άνεμο, οι οποίοι σχηματίζουν αγώγιμες ή μερικώς αγώγιμες επιφανειακές ζώνες όταν υγρανθούν [14]. Η ανάρτηση των αγωγών στους στύλους των γραμμών μέσης τάσης γίνεται με μονωτήρες ανάρτησης. Οι μονωτήρες μπορεί να είναι αλυσίδα από πολλούς δισκοειδείς μονωτήρες σε σειρά, μπορεί να είναι ένας ή και πολλοί. Οι μονωτήρες είναι φτιαγμένοι κυρίως από γυαλί ή πορσελάνη. Σπανιότερα χρησιμοποιούνται μονωτήρες από καουτσούκ σιλικόνης ή από τεφλόν, κυρίως λόγω μικρού βάρους [13]. Το συνηθέστερα χρησιμοποιούμενο μονωτικό υλικό στις διατάξεις των μονωτήρων είναι η πορσελάνη. Οι ισχυροί ηλεκτροστατικοί δεσμοί πυριτίου οξυγόνου που συγκρατούν τα κεραμικά υλικά (πορσελάνη και γυαλί) έχουν σαν αποτέλεσμα το υψηλό σημείο τήξης, τη μεγάλη μηχανική αντοχή (αλλά και το εύθραυστο) και την υψηλή αντίσταση διάβρωσης από χημικά μέσα[15]. Σαν βασικότερο μειονέκτημα της πορσελάνης θα μπορούσε να καταγραφεί η δυσκολία και το υψηλό κόστος βιομηχανικής παρασκευής της σε συμπαγή τεμάχια µε πάχος μεγαλύτερο από 2cm. 25

26 Αυτός είναι και ο λόγος που οι μονωτήρες πορσελάνης μέσης και υψηλής τάσης κατασκευάζονται συνήθως από περισσότερα τεμάχια που συγκολλούνται µε τσιμέντο[16]. Τέλος, ένα ακόμα σοβαρό μειονέκτημα της πορσελάνης, είναι το ότι η πορσελάνη μπορεί να υποστεί διάτρηση εσωτερικά χωρίς καμία εξωτερική ένδειξη και έτσι ο βαθμός της ενδεχόμενης βλάβης να παραμείνει άγνωστος μέχρι να επέλθει ολική συντριβή του μονωτήρα[15]. Η μορφή και το μήκος των μονωτήρων εξαρτάται από την τάση και τις ατμοσφαιρικές συνθήκες (βροχή, θάλασσα, σκόνη κτλ.). Η κατασκευή τους είναι τέτοια έτσι ώστε όταν προσβάλλονται από την βροχή να μένει η κάτω επιφάνεια στεγνή και έτσι να διατηρεί τη μονωτική της ικανότητα. Οι μονωτικές ικανότητες ενός δίσκου εξαρτώνται από την μορφή του, το υλικό της επιφάνειας και την ρύπανση του. Η πάνω επιφάνειά τους είναι λεία ώστε να μην επικάθονται σε αυτήν σκόνη ή ρύπανση. Η κάτω επιφάνειά τους έχει πτυχές για την διατήρηση ξηρών ζωνών. Με αυτόν τον τρόπο ο μονωτήρας διατηρεί τις ικανότητές του για πολλά χρόνια χωρίς συντήρηση. Όσον αφορά την σύνδεση των αγωγών στους μονωτήρες αναρτήσεως, αυτή γίνεται μέσω ειδικών διατάξεων προσδέσεως, όπου καταβάλλεται προσπάθεια να μη δημιουργούνται απότομες κάμψεις των αγωγών στα σημεία πρόσδεσης. Η τελευταία απαίτηση έχει ιδιαίτερη σημασία, όσο αφορά στην πρόληψη βλάβης των αγωγών από τις μηχανικές ταλαντώσεις, τις προκαλούμενες από τον άνεμο και τον πάγο [17]. Βασική απαίτηση της σχεδίασης των μονωτήρων, σε περίπτωση ηλεκτρικής διάσπασής τους είναι η διάσπαση να γίνεται υπό μορφή εξωτερικής υπερπήδησης της επιφάνειάς τους, παρά υπό μορφή εσωτερικής διάτρησης της πορσελάνης ή του γυαλιού. Είναι προφανής ο λόγος προτίμησης της διάσπασης της μόνωσης του αέρα καθώς αυτή αυτοαποκαθίσταται σε αντίθεση με την καταστρεπτική διάσπαση της στερεάς μόνωσης, η οποία είναι ανεπανόρθωτη. Υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας δεν αναμένεται υπερπήδηση αλλά ούτε και διάτρηση των μονωτήρων, αλλά μόνο σε περιπτώσεις υψηλών υπερτάσεων, όπου η διάσπαση είναι αναπόφευκτη, οπότε και προτιμάται η εξωτερική υπερπήδηση[17]. 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. 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 με ίσο στέλεχος Σε γραμμές με τάση λειτουργίας μέχρι και 33kV χρησιμοποιούνται οι μονωτήρες με ίσο στέλεχος. Οι μονωτήρες αυτοί τοποθετούνται στο βραχίονα του στύλου [13] και μπορεί να αποτελούνται από ένα, δύο ή και τρία μέρη αναλόγως της τάσης λειτουργίας [18]. Ο μονωτήρας στο πάνω μέρος του έχει ένα αυλάκι για την 26

27 τοποθέτηση του αγωγού φάσης. Παρακάτω στα σχήματα 11 και 12 παρουσιάζονται οι μονωτήρες με ίσο στέλεχος. Σχήμα 11 Κεραμικός μονωτήρας με ίσο στέλεχος 22kV[19] Σχήμα 12 Μονωτήρες μέσης τάσης με ίσο στέλεχος [9] Μήκος ερπυσμού ενός μονωτήρα ορίζεται η ελάχιστη διαδρομή κατά μήκος της μονωτικής επιφάνειας που παρεμβάλλεται μεταξύ δύο αγώγιμων τμημάτων του. Κατά συνέπεια είναι επιθυμητό να αυξηθεί το κάθετο μήκος της μονωτικής επιφάνειας προκειμένου να αυξηθεί το μήκος ερπυσμού. Για να επιτευχθεί αυτό τοποθετούνται στο σώμα του μονωτήρα ένα, δύο ή και περισσότερα καλύμματα βροχής. Εκτός της αύξησης του μήκους ερπυσμού τα καλύμματα βροχής λόγω του σχεδιασμού τους συνεισφέρουν και διαφορετικά. Κατά την διάρκεια βροχής η εξωτερική τους επιφάνεια υγραίνεται ενώ η εσωτερική παραμένει στεγνή και μη αγώγιμη. Έτσι, εμφανίζονται ασυνέχειες στο αγώγιμο μονοπάτι μέσω της επιφάνειας των μονωτήρων [18]. Σε συστήματα των 11kV συνήθως χρησιμοποιείται μονωτήρας ενός μέρους. Σε υψηλότερες τάσεις η κατασκευή μονωτήρα ίσου στελέχους ενός μέρους γίνεται δύσκολη. Αυτό γιατί σε υψηλότερη τάση θα πρέπει να αυξηθεί το πάχος του μονωτήρα, κάτι το οποίο δεν είναι ιδιαιτέρως πρακτικό. Έτσι, αντί αυτού 27

28 χρησιμοποιούνται περισσότερα μέρη τα οποία ενώνονται μεταξύ τους με τσιμέντο και αποτελούν έναν πλήρη μονωτήρα[18]. Όταν ο μονωτήρας είναι υγρός η εξωτερική επιφάνεια γίνεται σχεδόν αγώγιμη. Έτσι το μήκος υπερπήδησης του μονωτήρα μειώνεται. Ο σχεδιασμός του μονωτήρα θα πρέπει να εξασφαλίζει ότι όταν ο μονωτήρας είναι υγρός, η μείωση του μήκους υπερπήδησης θα είναι η μικρότερη δυνατή. Αυτός είναι και ο λόγος που οι μονωτήρες ίσου στελέχους έχουν το συγκεκριμένο σχήμα, έτσι ώστε ακόμα και σε περίπτωση βροχής το κάτω μέρος να παραμένει στεγνό. Επίσης, το πάνω μέρος του μονωτήρα έχει όσο το δυνατόν μικρότερη κλίση έτσι ώστε να διατηρείται η μέγιστη τάση υπερπήδησης κατά την διάρκεια βροχής [18]. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τους μονωτήρες αυτού του τύπου με βάση τις προδιαγραφές της ΔΕΗ παρουσιάζονται στους πίνακες Π-25 έως Π-28 του παραρτήματος Επιφανειακή διάσπαση μονωτήρων Το φαινόμενο της επιφανειακής διάσπασης μονωτήρων ή υπερπήδηση είναι ιδιαίτερα σύνθετο ενώ αποτέλεσε και αποτελεί αντικείμενο εκτενούς έρευνας. Ο όρος υπερπήδηση (flashover) προσδιορίζει γενικότερα την τελική φάση του φαινομένου της ηλεκτρικής διάσπασης του αέρα ή όποιου άλλου ρευστού διηλεκτρικού μέσω έρποντα σπινθήρα πάνω στην επιφάνεια ενός στερεού διηλεκτρικού[14]. Η διαδικασία της υπερπήδησης επηρεάζεται από συνδυασμό παραγόντων που καθορίζουν τη διηλεκτρική αντοχή του διακένου αέρα, όπως είναι: η μορφολογία του διακένου, το είδος της τάσης καταπόνησης, οι ατμοσφαιρικές συνθήκες (συντελεστής πυκνότητας αέρα και υγρασία) και τα τεχνικά χαρακτηριστικά του μονωτήρα (γεωμετρία, υλικό κτλ.). Εκτός όμως από αυτούς τους παράγοντες, η διηλεκτρική συμπεριφορά των υπαίθριων μονωτήρων εξαρτάται από τον βαθμό ρύπανσης της επιφάνειάς τους [14]. Ο όρος ρύπανση μονωτήρων αναφέρεται στην επικάθηση στην επιφάνεια των μονωτήρων, ρύπων που μεταφέρονται από τον άνεμο ή άλλους μηχανισμούς (όξινη βροχή). Οι ρύποι μπορεί να είναι υπό τη μορφή στερεών καταλοίπων που απορρίπτονται στην ατμόσφαιρα από τις βιομηχανίες ή αλατούχου επιστρώματος που μεταφέρεται ως θαλάσσια άλμη από τον αέρα στις παραθαλάσσιες περιοχές ή ακόμη και υπό τη μορφή συνδυασμού των δύο παραπάνω ρύπων. Οι ρύποι αυτοί, εάν υγρανθούν, όπως για παράδειγμα σε συνθήκες σιγανής βροχής, δημιουργούν αγώγιμες ή μερικώς αγώγιμες ζώνες στην επιφάνεια του μονωτήρα, οι οποίες μειώνουν την επιφανειακή διηλεκτρική αντοχή του μονωτήρα. Επομένως, η γεωμετρία και οι ιδιότητες της μονωτικής επιφάνειας των μονωτήρων, επηρεάζοντας τον βαθμό ύγρανσης και ρύπανσης, καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τη διαδικασία της επιφανειακής διάσπασης ή υπερπήδησης [14]. 28

29 Μοντέλα επιφανειακής διάσπασης μονωτήρων Έχει πλέον γίνει ξεκάθαρο από τα πειραματικά δεδομένα ότι πολλές από τις κυματομορφές των κεραυνικών υπερτάσεων στις γραμμές μεταφοράς και διανομής διαφέρουν σημαντικά από την κανονική εξωτερική κρουστική τάση κυματομορφής 1,2/50μs και ότι οι κυματομορφές αυτές παρουσιάζουν μεγάλες διαφοροποιήσεις μεταξύ τους. Κατά συνέπεια, είναι σημαντικό να εξεταστεί η συμπεριφορά των μονώσεων στις περιπτώσεις που δέχονται υπερτάσεις μη κανονικής κυματομορφής. Παραδοσιακά, τα χαρακτηριστικά αντοχής των μονώσεων υπό μη κανονικές κυματομορφές προσεγγίζονται μέσω καμπύλων τάσης - χρόνου οι οποίες προέκυψαν από πειραματικές μελέτες. Εκτός όμως από τις καμπύλες αυτές έχουν αναπτυχθεί και διαφορετικοί τρόποι θεωρητικών προσεγγίσεων. Η αυξημένη γνώση των τελευταίων ετών όσο αναφορά το φαινόμενο της διάσπασης έχει οδηγήσει στην δημιουργία μοντέλων. Τα μοντέλα αυτά είναι, οι πειραματικές καμπύλες τάσης χρόνου, οι μέθοδοι ολοκλήρωσης και τα φυσικά μοντέλα προόδου του λήντερ Μέθοδοι ολοκλήρωσης Η βάση των μεθόδων ολοκλήρωσης είναι η ανάπτυξη αναλυτικής διαδικασίας πρόβλεψης της τάσης αντοχής, βασισμένη στα δεδομένα από τις διασπάσεις υπό κανονική κρουστική τάση (1,2/50μs). Στην συνέχεια γίνεται μία εκτίμηση της συμπεριφοράς της μόνωσης ως συνάρτηση μίας ή περισσότερων σημαντικών παραμέτρων της κυματομορφής της μη κανονικής υπέρτασης[20]. Η μέθοδος προτάθηκε στην δεκαετία του πενήντα από τους Witzke και Bliss, Jones, Akopian και Kind[21]-[23]. Αργότερα η μέθοδος επαναδιατυπώθηκε από τους Darveniza και Huse, προσδιορίζοντας την στατιστική διασπορά των τιμών των σταθερών που χρησιμοποιούνται στην μέθοδο ολοκλήρωσης, οι οποίες έχουν προκύψει από πειραματικές μελέτες και εκτελώντας πειράματα για διαφορετικές διατάξεις μονωτήρων[24][25]. Ο Kind είχε ήδη αναπτύξει μία ειδική περίπτωση της μεθόδου ολοκλήρωσης (κριτήριο ίσων εμβαδών) βασισμένη στην εξάρτηση της ταχύτητας διάδοσης του λήντερ στο διάκενο από την τάση[26]. Αργότερα οι Darveniza και Vlastos απέδειξαν ότι ακόμα και η γενική μέθοδος ολοκλήρωσης μπορεί να εξηγηθεί με φυσικό τρόπο, εάν το κρίσιμο μέθοδος της ηλεκτρικής στοιβάδας που απαιτείται για να παραχθεί οποιαδήποτε εκκένωση θεωρηθεί το κριτήριο για την πλήρη διάσπαση[27]. Οι κοινές παραδοχές στις οποίες βασίζονται όλες οι μέθοδοι ολοκλήρωσης, είναι ότι[20]: Υπάρχει μία ελάχιστη τάση U 0 η οποία θα πρέπει να ξεπεραστεί προκειμένου να ξεκινήσει ή να συνεχιστεί η διαδικασία της διάσπασης. Ο χρόνος διάσπασης είναι συνάρτηση τόσο του εύρους όσο και της διάρκειας της εφαρμοζόμενης τάσης για τιμές μεγαλύτερες της U 0 Για κάθε διάταξη μονωτήρων υπάρχουν μοναδικές σταθερές 29

30 Ανάλογα με την μέθοδο ολοκλήρωσης δίνεται διαφορετική βαρύτητα στην επίδραση του εύρους και του χρόνου της εφαρμοζόμενης τάσης. Η διηλεκτρική αντοχή της μονωτικής διάταξης δίνεται τότε από την παρακάτω σχέση[20]: σχέση (2) Όπου DE (kv k *μs) είναι η καταπόνηση, U(t) (kv) είναι η εφαρμοζόμενη τάση, U 0 (kv) είναι η ελάχιστη τάση για την εκκίνηση του φαινομένου της διάσπασης, t 0 (μs) είναι η στιγμή που η εφαρμοζόμενη τάση ( U(t) ) ξεπερνάει την ελάχιστη τάση U 0, t c (μs) είναι ο συνολικός χρόνος μέχρι την διάσπαση και k είναι μία σταθερά [20]. Υπάρχουν διάφορες προτάσεις για τις τιμές των U 0, k και DE. Αρχικά οι Witzke, Bliss και Jones συνάντησαν δυσκολίες στην επιλογή των σταθερών και θεώρησαν βολικότερο να χρησιμοποιήσουν τις τιμές U o = t 0 = 0 και k = 4.4. Ο Kind επίσης πρότεινε μία απλούστευση θεωρώντας k = 1 και εφαρμόζοντας το κριτήριο των ίσων εμβαδών[20]. Μπορούσε επίσης να δείξει πειραματικά ότι η τάση διάσπασης της γραμμικά αυξανόμενης τάσης αυξάνεται γραμμικά με την τετραγωνική ρίζα της κλίσης, γεγονός που επιβεβαίωνε το κριτήριο των ίσων εμβαδών. Το κριτήριο αυτό των ίσων εμβαδών εφαρμόστηκε σε διάφορες διατάξεις διακένων, τυπικές για εναέριες γραμμές μεταφοράς και υποσταθμούς και τις περισσότερες φορές περιέγραφε τα πειραματικά αποτελέσματα με μεγαλύτερη ακρίβεια σε σχέση με την απλοποιημένη μέθοδο του Witzke. Ένα από τα προβλήματα του κριτηρίου των ίσων εμβαδών, είναι ότι δεν δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα στις περιπτώσεις ανομοιογενών διακένων[20]. Το μειονέκτημα των μεθόδων ολοκλήρωσης είναι ότι σχετίζονται με συγκεκριμένες γεωμετρίες και κυματομορφές τάσεων, γεγονός που περιορίζει την δυνατότητα εφαρμογής τους [20]. Σε μια προσπάθεια να εξαλειφθεί το συγκεκριμένο μειονέκτημα, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι που προσπαθούν να λάβουν υπόψη τους σε μεγαλύτερο βαθμό τα φυσικά φαινόμενα που παρατηρούνται κατά την διάσπαση διακένων αέρα ή μονωτήρων υπό μη κανονικές κρουστικές τάσεις. Το 1994 η ΙΕΕΕ αξιολόγησε τις μεθόδους αυτές για μη κανονικές κρουστικές τάσεις μέσω της μεθόδου ολοκλήρωσης και προέκυψε μία εκτενής βιβλιογραφία [28] και σχολιασμός [29]. Μία σημαντική αξιολόγηση των μεθόδων αυτών κατέδειξε πως η καταλληλότερη έκφραση για την DE, η οποία ικανοποιεί καλύτερα τις καμπύλες τάσης χρόνου είναι η εξής, σχέση (3) Αυτή η σχέση επιβεβαιώνει τον ισχυρισμό του Hagenguth [30] ο οποίος στήριξε την διάσπαση υπό μη κανονικές κρουστικές τάσεις στη CFO και όχι στην μέγιστη τιμή της επιβαλλόμενης τάσης, για κάθε πολικότητα και γεωμετρία[31]. Έχουν προταθεί διάφορες τιμές για τις παραμέτρους DE,U 0 και k [32], οι χρησιμότερες εκ των οποίων παρουσιάζονται στον πίνακα

31 Πίνακας 13 Κατάλληλες παράμετροι για την μέθοδο ολοκλήρωσης για μη κανονικές κρουστικές τάσεις, βασισμένες στη CFO υπό κανονική κρουστική τάση (1,2/50μs) [33] Οι Darwell και Darveniza [24] αξιολόγησαν διάφορες επιλογές για τα DE και U 0 με k=1 και για τα DE και k με U 0 = 0[31]. Διαπίστωσαν ότι για k=1 οι τιμές που δίνουν τα καλύτερα αποτελέσματα για επιβαλλόμενες τάσεις μεγάλης διάρκειας μετώπου σε μονωτήρες, διάκενα ακίδας ακίδας και διάκενα ακίδας πλάκας είναι, U 0 /CFO = 0.88±0.04 και DE = (0.68±)CFO. Αντίστοιχα για U 0 = 0, οι τιμές που προέκυψαν είναι k = 4±0.5 και DE = (6.8±)CFO k [31]. Για το φαινόμενο της διάσπασης σε μονωτήρες η ΙΕΕΕ κατέδειξε ότι για 2<k<3 και τις αντίστοιχες τιμές για τα DE και U 0, προκύπτει η μικρότερη σχετική τυπική απόκλιση από μία σειρά σημείων κατά μήκος της καμπύλης τάσης χρόνου. Είναι δυνατό να διαμορφωθεί η μέθοδος έτσι ώστε να συμπίπτει με τα επιθυμητά σημεία της καμπύλης τάσης χρόνου[31]. Για παράδειγμα ο hileman [34] πρότεινε την τιμή 1,36 για το k όπως φαίνεται και από τον πίνακα 13 γιατί για αυτήν την τιμή προέκυψαν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά για CFO ίση με 520kV/m στα 16μs. Η τιμή αυτή επιλέγεται για τις γραμμές διανομής μέσης τάση καθώς είναι η μικρότερη δυνατή που προσεγγίζει ικανοποιητικά τα χαρακτηριστικά τους. 2.5 Εξαρτήματα σύνδεσης αγωγών Για τη σύνδεση των αγωγών μεταξύ τους ή με τους μονωτήρες υπάρχουν διάφορα εξαρτήματα, τα κυριότερα εκ των οποίων είναι [9], 1. Οι συνδετήρες, που εξασφαλίζουν την ηλεκτρική σύνδεση των αγωγών 2. Οι σφιγκτήρες, που εξασφαλίζουν την μηχανική σύνδεση των αγωγών 3. Οι ενωτήρες, που εξασφαλίζουν ταυτόχρονα την ηλεκτρική και την μηχανική σύνδεση Για κάθε είδος αγωγού χρησιμοποιείται ο κατάλληλος συνδυασμός των παραπάνω. Στα σχήματα Π-29 έως Π-32 του παραρτήματος παρουσιάζονται παραδείγματα χρήσης των παραπάνω εξαρτημάτων. Στην περίπτωση που πρέπει να ενωθούν χάλκινοι αγωγοί με αγωγούς αλουμινίου, επειδή καταστρέφεται το αλουμίνιο, γίνεται παρεμβολή μεταξύ τους ενός άλλου μετάλλου και χρησιμοποιούνται διμεταλλικοί σωληνωτοί σύνδεσμοι όπως φαίνεται στο σχήμα Π-33 του παραρτήματος. 31

32 2.6 Εξαρτήματα ανάρτησης αγωγών Για τη στήριξη των αγωγών στους μονωτήρες χρησιμοποιούνται σύνδεσμοι, όπως είναι οι σφικτήρες τέρματος και οι σφικτήρες ανάρτησης που παρουσιάζονται στο σχήμα Π-34 του παραρτήματος. Στη χαμηλή και στη μέση τάση οι αγωγοί δένονται στους μονωτήρες με σύρμα, με διαφορετικούς όμως τρόπους όπως φαίνεται και στα σχήματα Π-35 - Π-37 του παραρτήματος. Τέλος, οι διακλαδωτήρες χρησιμεύουν μόνο στη χαμηλή τάση για τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας από τη γραμμή στον καταναλωτή όπως φαίνεται στο σχήμα Π-38 του παραρτήματος[9]. 2.7 Βραχίονες στύλων (τραβέρσες) Στη μέση τάση οι μονωτήρες στηρίζονται στους βραχίονες (ή τραβέρσες), όπως φαίνεται και στο σχήμα Π-39 του παραρτήματος[9]. 32

33 Κεφάλαιο 3 Προσομοίωση στοιχείων γραμμής διανομής Παρακάτω θα περιγραφεί ο τρόπος με τον οποίο αναπαραστάθηκαν τα στοιχεία της εναέριας γραμμής διανομής ηλεκτρικής ενέργειας που θα μελετηθεί στο λογισμικό ATP-EMTP προκειμένου να εκτελεστούν διαφόρων ειδών προσομοιώσεις και να εξαχθούν κάποια συμπεράσματα για την συμπεριφορά της γραμμής σε περίπτωση κεραυνικού πλήγματος. 3.1 Πηγή Η μελέτη αυτή εξετάζει σύστημα διανομής με ονομαστική τάση λειτουργίας 20kV και μέγιστη τάση λειτουργίας 24kV. Κατά συνέπεια θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί η κατάλληλη πηγή για την προσομοίωση. Επιλέχθηκε πηγή εναλλασσόμενης τάσης με συχνότητα 50Hz. 3.2 Κεραυνικό πλήγμα Το κεραυνικό πλήγμα που πλήττει την γραμμή αναπαρίσταται στην μελέτη με ιδανική πηγή ρεύματος CIGRE τύπου 15 αρνητικής πολικότητας. Η συγκεκριμένη πηγή επιτρέπει στο χρήστη να εισάγει την μέγιστη τιμή ρεύματος του κεραυνού, την διάρκεια μετώπου και την διάρκεια ημίσεως εύρους της κυματομορφής. Η μέγιστη τιμή του ρεύματος του κεραυνού ορίστηκε στα 10kA, η διάρκεια μετώπου στα 2.73μs και η διάρκεια ημίσεως εύρους 77.5μs. Στο σχήμα 14 φαίνεται η κυματομορφή του ρεύματος του κεραυνικού πλήγματος που θα μελετηθεί. 0 [ka] Σχήμα [us] 40 (f ile A_600kΩ_100Ω.pl4; x-v ar t) c:li -LINEA Κυματομορφή ρεύματος κεραυνικού πλήγματος 33

34 3.3 Γραμμή διανομής μέσης τάσης Η γραμμή αναπαρίσταται μέσω διανεμημένων εξαρτώμενων από τη συχνότητα παραμέτρων με το μοντέλο JMarti, το οποίο χρησιμοποιεί σταθερό πίνακα ιδιομετασχηματισμού και συμπεριλαμβάνει το επιδερμικό φαινόμενο. Το μοντέλο λειτουργεί σε ένα εύρος συχνοτήτων. Ξεκινά από την παράμετρο της συχνότητας που εισάγεται ως freq.init (η συχνότητα αυτή θα πρέπει να έχει χαμηλή τιμή, π.χ. 0,01Hz) και τελειώνει σε μία άνω τιμή συχνότητας η οποία καθορίζεται από τις παραμέτρους decades και points/dec. Απαιτείται επίσης η εισαγωγή μίας συχνότητας σταθερής κατάστασης (freq. ss), η οποία στην περίπτωσή που εξετάζεται είναι η συχνότητα του ελληνικού δικτύου των 50Hz και η εισαγωγή της τιμής της συχνότητας υπολογισμού των στοιχείων του πίνακα ιδιομετασχηματισμού. Εισάγεται ακόμα η ειδική αγωγιμότητα του εδάφους καθώς και το μήκος της γραμμής. Επίσης προκειμένου να αποφευχθούν επιπλοκές λόγω ανακλάσεων των κυμάτων της τάσης τοποθετούνται γραμμές μεγάλου μήκους στην αρχή και στο τέλος του τμήματος της γραμμής [35][36]. Το μοντέλο JMarti λαμβάνει υπόψη τη γεωμετρία της γραμμής. Συγκεκριμένα απαιτείται η εισαγωγή του αριθμού των φάσεων της γραμμής, της εσωτερικής και εξωτερικής ακτίνας των αγωγών φάσης (σε περίπτωση που υπάρχει εγκατεστημένος αγωγός προστασίας η εσωτερική ακτίνα έχει μηδενική τιμή) και της dc αντίστασης των αγωγών. Εισάγεται επίσης, η οριζόντια απόσταση των αγωγών με αναφορά τον στύλο, το ύψος του στύλου αλλά και το ύψος των αγωγών στο κατώτατο σημείο καμπής τους (ύψος στύλου - βέλος). Χρησιμοποιήθηκαν αγωγοί τύπου ACSR με διατομή 56mm 2 και ισοδύναμη διατομή χαλκού ίση με 35mm Ξύλινος στύλος και βραχίονας Η μορφή του ξύλινου στύλου που προσομοιώνεται παρουσιάζεται στο σχήμα

35 Σχήμα 15 Τυπικός ξύλινος στύλος γραμμής διανομής χωρίς εγκατεστημένο επίτονο. Ο ξύλινος στύλος που χρησιμοποιείται στην εναέρια γραμμή διανομής αναπαρίσταται ως ο παράλληλος συνδυασμός αντίστασης και χωρητικότητας, όπως φαίνεται στο σχήμα 16. Σχήμα 16 Κυκλωματικό ισοδύναμο ξύλινου στύλου διανομής όπως εφαρμόζεται στο λογισμικό ATP- EMTP[37] Η τιμή της αντίστασης που παρουσιάζει το ξύλο δεν έχει σταθερή τιμή. Όπως αναφέρθηκε και στην παράγραφο υπάρχουν διάφοροι παράμετροι οι οποίοι επηρεάζουν την τιμή της, όπως το συντηρητικό που χρησιμοποιήθηκε για τον εμποτισμό του στύλου και η μορφή της ατμοσφαιρικής κατακρήμνισης. Το φαινόμενο της μεταβλητής αντίστασης του ξύλινου στύλου και βραχίονα εξετάζεται στις προσομοιώσεις που ακολουθούν όπου και διαπιστώνεται κατά πόσο η μεταβολή αυτή επηρεάζει τη διηλεκτρική συμπεριφορά της γραμμής. Αρχικά θεωρείται αντίσταση του ξύλου ίση με 600kΩ/m. Η χωρητικότητα του ξύλινου στύλου θα υπολογιστεί με την βοήθεια της σχέσης υπολογισμού της παράσιτης χωρητικότητας για κάθετο αγωγό, σχέση (4) Όπου l είναι το μήκος του κυλινδρικού αγωγού, d η διάμετρος και s η απόσταση από το γειωμένο επίπεδο αναφοράς, όπως φαίνεται και στο σχήμα

36 Σχήμα 17 Κυλινδρικός αγωγός, μήκους l και διαμέτρου d, σε απόσταση s από γειωμένο επίπεδο αναφοράς[14]. Στην περίπτωσή μας, όπου η τιμή του s είναι μηδενική, η σχέση της παράσιτης χωρητικότητας μετασχηματίζεται όπως φαίνεται παρακάτω, σχέση (5) Λαμβάνοντας υπόψη τις τυποποιημένες ελάχιστες διαμέτρους των στύλων όπως παρουσιάζονται στα σχήματα Π-8 και Π-22 του παραρτήματος, ορίζεται η διάμετρος του στύλου στο υπό μελέτη σύστημα ίση με 30cm. Έτσι, η χωρητικότητα που προκύπτει για ένα μέτρο στύλου είναι ίση με 41.4pF. Για την χωρητικότητα του βραχίονα στο σύστημα που εξετάζουμε θεωρείται ότι αυτή είναι ίση με 3.66pF για ένα μέτρο βραχίονα [38]. 3.5 Μονωτήρες Οι μονωτήρες της διάταξης προσομοιώνονται ως ο παράλληλος συνδυασμός αντίστασης και χωρητικότητας. Θεωρείται ότι η χωρητικότητα των μονωτήρων είναι ίση με 40pF και η αντίσταση ισούται με 1ΜΩ. Στις προσομοιώσεις που ακολουθούν χρησιμοποιήθηκαν στις φάσεις μονωτήρες τύπου κώδωνα με CFO ίση με 225kV σύμφωνα με την προδιαγραφή της ΔΕΗ που παρουσιάζεται στον πίνακα Π-25 του παραρτήματος και στον επίτονο χρησιμοποιείται δισκοειδής μονωτήρας με CFO 110kV [14]. 3.6 Μοντέλο ISF [39] Η προσομοίωση των διασπάσεων των μονωτικών στοιχείων της γραμμής πραγματοποιείται με την βοήθεια του αντικειμένου ISF[39]. Μέσω της χρήσης του αντικειμένου ISF δεν προσομοιώνεται η διάσπαση ενός μόνο μονωτικού στοιχείου αλλά μίας ολόκληρης διαδρομής που θα μπορούσε να ακολουθήσει ο ηλεκτρικός σπινθήρας. Φυσικά, για την ορθή χρήση του αντικειμένου απαιτείται η γνώση της συνολικής CFO της διαδρομής. 36

37 Το νέο αυτό μοντέλο ISF (Insulator String Flashover) αναπτύχθηκε με την χρήση της γλώσσας MODELS [40][41] του ΑΤΡ-ΕΜΤΡ [39][42]. Το αντικείμενο αυτό υλοποιεί τα μοντέλα επιφανειακής διάσπασης μέσω του ελέγχου ενός διακόπτη TACS τύπου 13 [39]. Σε σειρά με το μοντέλο ISF τοποθετείται αυτεπαγωγή τιμής 1μΗ/m. Στο σχήμα 18 φαίνεται το παράθυρο διαλόγου του αντικειμένου ISF στο ATPDraw. Σχήμα 18 Παράθυρο διαλόγου αντικειμένου ISF στο περιβάλλον του ATPDraw[39] Ανάλογα με το μοντέλο που επιλέγει ο χρήστης για να προσομοιωθεί η διάσπαση θα πρέπει να εισαχθούν και οι αντίστοιχες σταθερές. Συγκεκριμένα ο χρήστης θα πρέπει να εισάγει τα παρακάτω δεδομένα[39], D = το μήκος της αλυσίδας μονωτήρα. Κ1, Κ2 = σταθερές που χρησιμοποιούνται στο μοντέλο ανάπτυξης λήντερ των Shindo και Suzuki [43] K3 = σταθερά που χρησιμοποιείται στο μοντέλο ανάπτυξης λήντερ του CIGRE [20] Ε0 = η κρίσιμη τιμή ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου που χρησιμοποιείται στα μοντέλα ανάπτυξης λήντερ του CIGRE [20], του Pigini [44] και του Motoyama [45] [46] DE, U 0, k = σταθερές της μεθόδου ολοκλήρωσης [21][22][27] Η επιλογή του μοντέλου προσομοίωσης της διάσπασης γίνεται δίνοντας μία τιμή στην παράμετρο επιλογής μοντέλου MS, από το 1 μέχρι το 6. Στην συγκεκριμένη μελέτη επιλέγεται η μέθοδος ολοκλήρωσης για την προσομοίωση της διάσπασης. Έτσι δίδεται στην παράμετρο επιλογής μοντέλου η τιμή 2. 37

38 3.7 Πιθανές διαδρομές ηλεκτρικού σπινθήρα Ξύλινος στύλος χωρίς επίτονο Οι πιθανές διαδρομές του ηλεκτρικού σπινθήρα για ξύλινο στύλο με ξύλινο βραχίονα χωρίς επίτονο φαίνονται στο σχήμα 19. Σχήμα 19 Διαδρομές διάσπασης κεραυνικού πλήγματος σε ξύλινο στύλο μέσης τάσης. Οι διαδρομές που μπορεί να ακολουθήσει η διάσπαση με την βοήθεια του παραπάνω σχήματος είναι: 1. Διάσπαση μεταξύ των φάσεων Α και Β μέσω του αέρα μεταξύ των αγωγών. 2. Διάσπαση μεταξύ των φάσεων Β και C μέσω του αέρα μεταξύ των αγωγών. 3. Διάσπαση μεταξύ των φάσεων Α και Β μέσω των μονωτήρων των φάσεων και του μέρους του βραχίονα που παρεμβάλλεται ανάμεσά τους. 4. Διάσπαση μεταξύ των φάσεων Β και C μέσω των μονωτήρων των φάσεων και του μέρους του βραχίονα που παρεμβάλλεται ανάμεσά τους. 5. Διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του στύλου της γραμμής. 6. Διάσπαση μεταξύ της φάσης Β και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του στύλου της γραμμής. 7. Διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του στύλου της γραμμής. Όμως προαναφέρθηκε, προκειμένου να χρησιμοποιηθεί το μοντέλο ISF απαιτείται η γνώση της συνολικής CFO της διαδρομής του ηλεκτρικού σπινθήρα. Έτσι, και ανάλογα με το μοντέλο διάσπασης που έχει επιλεγεί προς εφαρμογή επιλέγονται οι 38

39 κατάλληλες σταθερές, ο ορισμός των οποίων απαιτείται για την σωστή προσομοίωση της διάσπασης. Οι CFO των παραπάνω διαδρομών θα υπολογιστούν με βάση το πρότυπο της ΙΕΕΕ[3]. Σύμφωνα με το πρότυπο, η συνολική CFO μίας διάταξης με πολλά μονωτικά στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά υπολογίζεται μέσω της σχέσης (1) της παραγράφου 2.1.1, η οποία ξαναγράφεται παρακάτω. σχέση (1) Όπου, CFO ins είναι η CFO του κύριου μονωτικού στοιχείου της διάταξης και οι υπόλοιπες CFO αντιστοιχούν στα υπόλοιπα μονωτικά στοιχεία της διαδρομής. Παρακάτω υπολογίζεται η CFO της τρίτης διαδρομής της διάσπασης. Διαδρομή 3 Η σχέση 1, γίνεται: Όπου, είναι η CFO του μονωτήρα της φάσης Α (Β) σχέση (6) είναι η CFO του μέρους του βραχίονα που παρεμβάλλεται ανάμεσα στις φάσεις είναι η CFO του μονωτήρα της φάσης Β (Α) Ο μονωτήρας της φάσης σύμφωνα με την προδιαγραφή της ΔΕΗ που παρουσιάζεται στον πίνακα Π-25 του παραρτήματος θα έχει Η παραπάνω τιμή πολλαπλασιάζεται με 0.8 προκειμένου να υπολογιστεί η CFO του μονωτήρα υπό υγρές συνθήκες. Κατά συνέπεια η CFO του κύριου μονωτικού στοιχείου της διάταξης θα είναι: Στην συνέχεια για να υπολογιστεί η CFO του μονωτήρα της φάσης στην οποία καταλήγει η διάσπαση που αποτελεί το τρίτο σε σειρά συνδεδεμένο μονωτικό στοιχείο της διάταξης, θα πολλαπλασιαστεί η παραπάνω τιμή με 0.2 σύμφωνα και πάλι με το πρότυπο της ΙΕΕΕ. Έτσι, Είναι γνωστό πως το μέσο πεδίο του ξύλινου βραχίονα είναι 250kV/m. Έτσι στην περίπτωση διάσπασης μεταξύ των φάσεων Α και Β όπου το μήκος του βραχίονα είναι 1.4 μέτρα η CFO του βραχίονα θα είναι: 39

40 Τελικά, για τη συνολική CFO της διάταξης στις περιπτώσεις διάσπασης μεταξύ των φάσεων Α και Β μέσω των μονωτήρων των φάσεων και του μέρους του βραχίονα που παρεμβάλλεται ανάμεσά τους θα ισχύει, Με ανάλογο τρόπο υπολογίζονται οι CFO και για τις υπόλοιπες διαδρομές του ηλεκτρικού σπινθήρα Ξύλινος στύλος με επίτονο Σε περίπτωση εγκατάστασης επίτονου στον τερματικό στύλο προστίθενται τρεις επιπλέον διαδρομές που μπορεί να ακολουθήσει ο ηλεκτρικός σπινθήρας οι οποίες φαίνονται στο σχήμα 20. Σχήμα 20 Διαδρομές διάσπασης κεραυνικού πλήγματος σε ξύλινο στύλο μέσης τάσης. Οι επιπλέον διαδρομές που μπορεί να ακολουθήσει η διάσπαση με την βοήθεια του παραπάνω σχήματος είναι: 8. Διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του επίτονου της γραμμής. 9. Διάσπαση μεταξύ της φάσης Β και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του επίτονου της γραμμής. 10. Διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του επίτονου της γραμμής. Οι CFO των επιπλέον αυτών διαδρομών θα υπολογιστούν με βάση το πρότυπο της ΙΕΕΕ[3] όπως και στην περίπτωση του στύλου χωρίς επίτονο. Παρακάτω υπολογίζεται η CFO της όγδοης διαδρομής. 40

41 Διαδρομή 8 σχέση (7) Όπου, είναι η CFO του μονωτήρα της φάσης Α είναι η CFO του τμήματος του βραχίονα από την φάση Α μέχρι την τομή αυτού με τον στύλο. είναι η CFO του strain μονωτήρα του επίτονου. Ο μονωτήρας της φάσης σύμφωνα με την προδιαγραφή της ΔΕΗ που παρουσιάζεται στον πίνακα Π-25 του παραρτήματος θα έχει Η παραπάνω τιμή πολλαπλασιάζεται με 0.8 προκειμένου να υπολογιστεί η CFO του μονωτήρα υπό υγρές συνθήκες. Κατά συνέπεια η CFO του κύριου μονωτικού στοιχείου της διάταξης θα είναι: Σύμφωνα με τα τεχνικά χαρακτηριστικά των δισκοειδών μονωτήρων [14], για τον μονωτήρα που τοποθετείται στον επίτονο θα ισχύει, Η παραπάνω τιμή πολλαπλασιάζεται με 0.8 προκειμένου να υπολογιστεί η CFO του μονωτήρα υπό υγρές συνθήκες και με 0.2 καθώς αποτελεί το τρίτο σε σειρά συνδεδεμένο μονωτικό στοιχείο της διάταξης. Έτσι, Τέλος είναι γνωστό ότι το μέσο πεδίο του ξύλινου βραχίονα είναι 250kV/m όταν τοποθετείται ως δεύτερο μονωτικό στοιχείο. Έτσι στην περίπτωση διάσπασης μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του επίτονου όπου το μήκος του βραχίονα είναι 1.15 μέτρα η CFO του βραχίονα θα είναι: Έτσι τελικά για τη συνολικό CFO της διάταξης στις περιπτώσεις διάσπασης μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του επίτονου της γραμμής, θα ισχύει Αναλόγως υπολογίζονται οι CFO και για τις υπόλοιπες διαδρομές του ηλεκτρικού σπινθήρα. 41

42 Κεφάλαιο 4 Αποτελέσματα προσομοιώσεων μέσω ATP-EMTP Στο παρόν κεφάλαιο μελετήθηκε η διηλεκτρική συμπεριφορά εναέριας γραμμής διανομής που πλήττεται από κεραυνό 10kΑ κυματομορφής 2.73 / 77.5 μs. Ως παράμετροι επίδρασης των υπερτάσεων που αναπτύσσονται, ελήφθησαν η αντίσταση ξύλου καθώς και η αντίσταση γείωσής του στύλου. Στις περιπτώσεις εγκατάστασης επίτονου στον τερματικό στύλο, μελετήθηκε ως παράμετρος επίδρασης και η αντίσταση γείωσης του επίτονου. Οι προσομοιώσεις περιλαμβάνουν ξύλινο στύλο ύψους 7.5m και αποστάσεις μεταξύ των φάσεων ίσες με 1.4m (Α-Β) και 0.9m (Β-C). 4.1 Ξύλινος στύλος χωρίς επίτονο Κεραυνικό πλήγμα στην φάση Α Για τις προσομοιώσεις που ακολουθούν θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m καθώς και αντίσταση γείωσης στύλων 100 Ω. 0,2 [MV] -0,2-0,6-1,0-1,4-1,8-2,2 Σχήμα 21-2, [us] 10 (f ile a_w600_re100.pl4; x-v ar t) v :LINEA -LINEB v :LINEB -LINEC v :LINEA -F1PHA Υπερτάσεις στην γραμμή στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Α και Β, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Β και C και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης. Από το σχήμα 21 γίνεται εμφανές ότι στο σημείο του πλήγματος συμβαίνει ηλεκτρική διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β μέσω των μονωτήρων και του τμήματος του βραχίονα (διαδρομή 3 σχήμα 19) και μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του στύλου (διαδρομή 5 σχήμα 19). Οι διασπάσεις αυτές δεν συμβαίνουν ταυτόχρονα καθώς λόγω μικρότερης CFO, η διάσπαση μεταξύ των φάσεων Α,Β συμβαίνει ταχύτερα. Η 42

43 διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της γης καθυστερεί μέχρις ότου αναπτυχθεί υπέρταση τέτοιου μεγέθους που να προκαλέσει την διάσπαση της μόνωσης, μετά το πέρας της βύθισής της λόγω της διάσπασης μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β. Το διάστημα που μεσολαβεί ανάμεσα στη διάσπαση μεταξύ των φάσεων Α, Β και στη διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της γης, παρατηρείται αύξηση της τάσης μεταξύ των φάσεων B, C που οφείλεται στην εξίσωση των δυναμικών των φάσεων Α και Β λόγω της διάσπασης μεταξύ τους. Σε απόσταση 50 μέτρων από το πλήγμα (πρώτος γειτονικός στύλος) διαπιστώνεται ηλεκτρική διάσπαση μόνο μεταξύ των φάσεων Α και Β μέσω των μονωτήρων και του βραχίονα (διαδρομή 3 σχήμα 19) όπως φαίνεται στο σχήμα 22. Το ίδιο συμβαίνει και σε απόσταση 100 μέτρων από το πλήγμα (δεύτερος γειτονικός στύλος), σύμφωνα με το σχήμα 23. 0,5 [MV] 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2,5 Σχήμα 22-3, [us] 10 (f ile a_w600_re100.pl4; x-v ar t) v :SPAN1A-SPAN1B v :SPAN1B-SPAN1C v :SPAN1A-F2PHA Υπερτάσεις στην γραμμή 50 μέτρα από το σημείο του πλήγματος (πρώτος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Α και Β, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Β και C και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης. Από τα διαγράμματα των υπερτάσεων (σχήματα 21-23) διαπιστώνεται και μία χρονική καθυστέρηση στην εμφάνιση της υπέρτασης αναλόγως της απόστασης από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Η χρονική αυτή καθυστέρηση φαίνεται στο σχήμα 24, όπου ενδεικτικά παρουσιάζεται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Α και Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από αυτόν (πρώτος και δεύτερος γειτονικός στύλος). Η καθυστέρηση αυτή οφείλεται στο χρόνο όδευσης του κύματος. Παρατηρείται επίσης ότι η τιμή κορυφής της υπέρτασης δεν εξασθενεί σημαντικά με την απόσταση από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. 43

44 1,0 [MV] 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2,5 Σχήμα 23-3, [us] 10 (f ile a_w600_re100.pl4; x-v ar t) v :SPAN2A-SPAN2B v :SPAN2B-SPAN2C v :SPAN2A-F3PHA Υπερτάσεις στην γραμμή 100 μέτρα από το σημείο του πλήγματος (δεύτερος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Α και Β, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Β και C και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης. 0,6 [MV] 0,3 0,0-0,3-0,6-0,9-1,2-1,5 Σχήμα 24-1, [us] 10 (f ile a_w600_re100.pl4; x-v ar t) v :LINEA -LINEB v :SPAN1A-SPAN1B v :SPAN2A-SPAN2B Υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από αυτόν (πρώτος και δεύτερος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση σε απόσταση 50 μέτρων από αυτόν (πρώτος γειτονικός στύλος) και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση σε απόσταση 100 μέτρων από αυτόν (δεύτερος γειτονικός στύλος). 44

45 Επίδραση τιμής αντίστασης ξύλου Στις προηγούμενες προσομοιώσεις θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m καθώς και αντίσταση γείωσης στύλων 100Ω. Εδώ, διερευνάται η επίδραση της αλλαγής της τιμής αντίστασης ξύλου στις υπερτάσεις που αναπτύσσονται στην εναέρια γραμμή διανομής, μεταβάλλοντάς την σε τιμές 60kΩ/m και 1.2MΩ/m. Οι κυματομορφές που θα παρουσιαστούν εστιάζονται στην τιμή κορυφής προκειμένου να γίνουν όσο πιο αντιληπτές είναι εφικτό οι μεταβολές που προκύπτουν. Από το σχήμα 25 φαίνεται ότι για την υπέρταση μεταξύ των φάσεων Α και Β, οι κυματομορφές στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για αντιστάσεις ξύλου 600kΩ/m και 1.2ΜΩ/m διαφέρουν ελάχιστα, ενώ στην περίπτωση αντίστασης ξύλου ίσης με 60kΩ/m προκύπτουν διαφοροποιήσεις. Συγκεκριμένα για αντίσταση ίση με 60kΩ/m η κυματομορφή εμφανίζει τιμή κορυφής μικρότερη κατά 2.1kV. Επίσης παρουσιάζεται μία χρονική καθυστέρηση στην εμφάνιση της τιμής κορυφής ίση με 5ns. Στην περίπτωση της υπέρτασης μεταξύ φάσεων Β και C (σχήμα 26), η χρονική καθυστέρηση που προκύπτει για διαφορετικές τιμές αντίστασης είναι ίση με 5ns. Παρατηρείται επίσης μία μεταβολή στην τιμή κορυφής της υπέρτασης στην περίπτωση αντίστασης 60kΩ/m, όπου η τιμή κορυφής είναι μικρότερη κατά 3.46kV σε σχέση με αυτήν για αντίσταση 600kΩ/m. -1,56 [MV] -1,58-1,60-1,62-1,64-1,66-1,68 Σχήμα 25-1,70 4,70 4,74 4,78 4,82 4,86 [us] 4,90 a_w60_re100.pl4: v :LINEA -LINEB a_w600_re100.pl4: v :LINEA -LINEB Υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ/m Για την υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 27, οι κυματομορφές για αντιστάσεις ξύλου 600kΩ/m και 1.2ΜΩ/m διαφέρουν 45

46 ελάχιστα, ενώ στην περίπτωση αντίστασης ξύλου ίσης με 60kΩ/m παρουσιάζεται μία καθυστέρηση στην κυματομορφή ίση με 5ns. Από τα διαγράμματα των υπερτάσεων (σχήματα 25-27) διαπιστώνεται ότι η μεταβολή της αντίστασης του ξύλου δεν ασκεί μεγάλη επίδραση στην διηλεκτρική συμπεριφορά της γραμμής. Παρόλα αυτά, φαίνεται ότι στην περίπτωση αντίστασης ξύλου ίσης με 60kΩ/m οι διαφοροποιήσεις που εμφανίζονται είναι εντονότερες από ότι στην περίπτωση αντίστασης ξύλου ίσης με 1.2ΜΩ/m. Συγκεκριμένα στην περίπτωση αντίστασης ξύλου ίσης με 1.2ΜΩ/m οι κυματομορφές των υπερτάσεων ουσιαστικά ταυτίζονται με αυτές για αντίσταση 600kΩ/m, ενώ για αντίσταση 60kΩ/m παρουσιάζονται μικρές διαφοροποιήσεις στην τιμή κορυφής της κυματομορφής αλλά και μία καθυστέρηση της τάξεως των 5ns. Απομακρυνόμενοι από το σημείο του πλήγματος η επίδραση της αλλαγής της αντίστασης του ξύλου παραμένει μικρή αλλά αυξάνεται. Συγκεκριμένα στην περίπτωση της υπέρτασης μεταξύ των φάσεων Α και Β, στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα η διαφοροποίηση στην τιμή κορυφής των κυματομορφών για αντιστάσεις 600kΩ/m και 60kΩ/m είναι 2.1kV. Σε απόσταση 50 μέτρων από το πλήγμα (πρώτος γειτονικός στύλος) η διαφορά αυτή γίνεται 3.8kV και σε απόσταση 100 μέτρων από το πλήγμα (δεύτερος γειτονικός στύλος) 5kV. Το ίδιο συμβαίνει και στις υπερτάσεις μεταξύ των φάσεων B και C όπου η διαφοροποίηση από 3.46kV στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα γίνεται 4.93kV σε απόσταση 50 μέτρων από αυτό (πρώτος γειτονικός στύλος) και 6.01kV σε απόσταση 100 μέτρων από το πλήγμα (δεύτερος γειτονικός στύλος) [kv] Σχήμα ,75 4,85 4,95 5,05 5,15 5,25 [us] 5,35 a_w60_re100.pl4: v :LINEB -LINEC Υπέρταση μεταξύ της φάσης Β και της φάσης C για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ/m 46

47 -2,35 [MV] -2,40-2,45-2,50-2,55-2,60 Σχήμα 27-2,65 4,65 4,70 4,75 4,80 4,85 4,90 [us] 4,95 a_w60_re100.pl4: v :LINEA -F1PHA Υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ Επίδραση τιμής αντίστασης γείωσης στύλου Στις προηγούμενες προσομοιώσεις θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m καθώς και αντίσταση γείωσης στύλων 100Ω. Εδώ, διερευνάται η επίδραση της αλλαγής της τιμής αντίστασης γείωσης του στύλου, μεταβάλλοντάς την σε τιμές 1000Ω και 10000Ω. Από τα σχήματα 28 και 29 φαίνεται ότι στο σημείο του πλήγματος για όλες τις εξεταζόμενες τιμές αντίστασης γείωσης του στύλου θα συμβεί ηλεκτρική διάσπαση μεταξύ των φάσεων Α και Β μέσω των μονωτήρων και του βραχίονα (διαδρομή 3 σχήμα 19) αλλά και μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του στύλου(διαδρομή 5 σχήμα 19). 47

48 0,2 [MV] -0,2-0,6-1,0-1,4 Σχήμα 28-1, [us] 10 a_w600_re100.pl4: v :LINEA -LINEB Υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του στύλου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 1000Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 10000Ω 0,0 [MV] -0,5-1,0-1,5-2,0-2,5 Σχήμα 29-3, [us] 10 a_w600_re100.pl4: v :LINEA -F1PHA Υπέρταση μεταξύ της φάσης A και της γης στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του στύλου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 1000Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 10000Ω 48

49 100 [kv] Σχήμα [us] 10 a_w600_re100.pl4: v :LINEB -LINEC Υπέρταση μεταξύ της φάσης Β και της φάσης C στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του στύλου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 1000Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 10000Ω Μέσω του σχήματος 30 διαπιστώνεται ότι στις περιπτώσεις αντίστασης γείωσης στύλου ίσης με 1000Ω και 10000Ω επέρχεται ηλεκτρική διάσπαση στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα μεταξύ των φάσεων Β και C μέσω των μονωτήρων τους και του βραχίονα (διαδρομή 4 σχήμα 19) κάτι που δεν συμβαίνει για την αρχική τιμή της αντίστασης γείωσης των 100Ω. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αύξηση της τιμής της αντίστασης γείωσης οδηγεί σε αύξηση του δυναμικού της φάσης Α. Καθώς όμως η φάση Α είναι βραχυκυκλωμένη με τη φάση Β λόγω της μεταξύ τους διάσπασης, αυξάνεται και το δυναμικό της φάσης Β με αποτέλεσμα την διάσπαση ανάμεσα σε αυτήν και την φάση C. Στα σχήματα 31 και 32 φαίνονται οι διαφοροποιήσεις που παρουσιάζονται στις τιμές των ρευμάτων που ρέουν στην αντίσταση γείωσης του στύλου και μεταξύ των φάσεων Α, Β λόγω της μεταβολής της τιμής της αντίστασης γείωσης. Στις δύο περιπτώσεις αντίστασης γείωσης στύλου ίσης με 1000Ω και 10000Ω, η διάσπαση μεταξύ των φάσεων B, C δεν συμβαίνει ταυτόχρονα. Συγκεκριμένα για αντίσταση γείωσης ίση με 10000Ω η διάσπαση επέρχεται ταχύτερα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αύξηση της τιμής της αντίστασης οδηγεί σε ανάλογη αύξηση του δυναμικού της φάσης Α. Έτσι, όσο περισσότερο αυξάνεται η τιμή της αντίστασης γείωσης τόσο αυξάνεται το δυναμικό της φάσης Α και κατά συνέπεια και της φάσης Β και η διάσπαση επέρχεται ταχύτερα. Εξετάζοντας τις υπερτάσεις της γραμμής σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από το σημείο του πλήγματος (πρώτος και δεύτερος γειτονικός στύλος), διαπιστώνεται ότι για αντιστάσεις 1000Ω και 10000Ω συμβαίνουν ηλεκτρικές διασπάσεις τόσο μεταξύ 49

50 της φάσης Α και της φάσης Β μέσω των μονωτήρων τους και του βραχίονα (διαδρομή 3 σχήμα 19) όπως συμβαίνει στην περίπτωση αντίστασης γείωσης του στύλου ίσης με 100Ω, όσο και μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του στύλου (διαδρομή 5 σχήμα 19). 0 [A] Σχήμα [us] 10 A_W600_RE100.pl4: c:pol_g1- Ρεύμα αντίστασης γείωσης στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του στύλο. Με κόκκινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω, με πράσινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 1000Ω και με μπλε αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 10000Ω 0 [A] Σχήμα [us] 10 A_W600_RE100.pl4: c:linea -XX0020 Ρεύμα μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του στύλο. Με κόκκινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω, με πράσινο αναπαρίσταται το ρεύμα για 50

51 αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 1000Ω και με μπλε αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 10000Ω Κεραυνικό πλήγμα στην φάση C Για τις προσομοιώσεις που ακολουθούν θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m καθώς και αντίσταση γείωσης στύλων 100 Ω. 0,5 [MV] 0,0-0,5-1,0-1,5 Σχήμα 33-2, [us] 10 (f ile c_w600_re100.pl4; x-v ar t) v :LINEB -LINEA v :LINEC -LINEB v :LINEC -F1PHC Υπερτάσεις στην γραμμή στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων B και A, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων C και B και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης. Από το σχήμα 33 γίνεται εμφανές ότι στο σημείο του πλήγματος συμβαίνει ηλεκτρική διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της φάσης Β μέσω των μονωτήρων τους και του τμήματος του βραχίονα (διαδρομή 4 σχήμα 19) και μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του στύλου (διαδρομή 7 σχήμα 19). Οι διασπάσεις αυτές δεν συμβαίνουν ταυτόχρονα καθώς λόγω μικρότερης CFO, η διάσπαση μεταξύ των φάσεων C,Β συμβαίνει ταχύτερα. Η διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της γης καθυστερεί μέχρις ότου αναπτυχθεί υπέρταση τέτοιου μεγέθους που να προκαλέσει την διάσπαση της μόνωσης, μετά το πέρας της βύθισής της λόγω της διάσπασης μεταξύ της φάσης C και της φάσης Β. Το διάστημα που μεσολαβεί ανάμεσα στην διάσπαση μεταξύ των φάσεων C, Β και στη διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της γης, παρατηρείται αύξηση της τάσης μεταξύ των φάσεων B, A που οφείλεται στην εξίσωση των δυναμικών των φάσεων C, Β λόγω της διάσπασης μεταξύ τους. Ανάλογα συμπεριφέρεται η γραμμή και σε απόσταση 50 μέτρων από το σημείο του πλήγματος (πρώτος γειτονικός στύλος), όπως φαίνεται στο σχήμα 34. Σε απόσταση 100 μέτρων από το πλήγμα (δεύτερος γειτονικός στύλος) διαπιστώνεται ηλεκτρική 51

52 διάσπαση μόνο μεταξύ των φάσεων C και Β μέσω των μονωτήρων και του βραχίονα (διαδρομή 4 σχήμα 79) όπως φαίνεται στο σχήμα 35. 0,5 [MV] 0,0-0,5-1,0-1,5 Σχήμα 34-2, [us] 10 (f ile c_w600_re100.pl4; x-v ar t) v :SPAN1B-SPAN1A v :SPAN1C-SPAN1B v :SPAN1C-F2PHC Υπερτάσεις στην γραμμή 50 μέτρα από το σημείο του πλήγματος (πρώτος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων B και A, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων C και B και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης. 0,5 [MV] 0,0-0,5-1,0-1,5 Σχήμα 35-2, [us] 10 (f ile c_w600_re100.pl4; x-v ar t) v :SPAN2B-SPAN2A v :SPAN2C-SPAN2B v :SPAN2C-F3PHC Υπερτάσεις στην γραμμή 100 μέτρα από το σημείο του πλήγματος (δεύτερος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων B και A, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων C και B και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης. 52

53 Από τα διαγράμματα των υπερτάσεων (σχήματα 33-35) διαπιστώνεται και μία χρονική καθυστέρηση στην εμφάνιση της υπέρτασης αναλόγως της απόστασης από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Η χρονική αυτή καθυστέρηση φαίνεται στο σχήμα 36, όπου ενδεικτικά παρουσιάζεται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων C και Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από αυτό (πρώτος και δεύτερος γειτονικός στύλος). Η καθυστέρηση αυτή οφείλεται στο χρόνο όδευσης του κύματος. Παρατηρείται επίσης ότι η τιμή κορυφής της υπέρτασης δεν εξασθενεί σημαντικά με την απόσταση από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. 0,4 [MV] 0,2 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8-1,0 Σχήμα 36-1, [us] 10 (f ile c_w600_re100.pl4; x-v ar t) v :LINEC -LINEB v :SPAN1C-SPAN1B v :SPAN2C-SPAN2B Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της φάσης Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από αυτό (πρώτος και δεύτερος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση σε απόσταση 50 μέτρων από αυτό (πρώτος γειτονικός στύλος) και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση σε απόσταση 100 μέτρων από αυτό (δεύτερος γειτονικός στύλος) Επίδραση τιμής αντίστασης ξύλου Στις προηγούμενες προσομοιώσεις θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m καθώς και αντίσταση γείωσης στύλων 100Ω. Εδώ, διερευνάται η επίδραση της αλλαγής της τιμής αντίστασης ξύλου στις υπερτάσεις που αναπτύσσονται στην εναέρια γραμμή διανομής, μεταβάλλοντάς την σε τιμές 60kΩ/m και 1.2MΩ/m. Οι κυματομορφές που θα παρουσιαστούν εστιάζονται στο μέγιστο προκειμένου να γίνουν όσο πιο αντιληπτές είναι εφικτό οι μεταβολές που προκύπτουν. Στην περίπτωση της υπέρτασης μεταξύ των φάσεων Β και Α (σχήμα 37), η χρονική καθυστέρηση που προκύπτει για διαφορετικές τιμές αντίστασης είναι πολύ μικρή. Παρατηρείται μία μεταβολή στην τιμή κορυφής της υπέρτασης στην περίπτωση αντίστασης 60kΩ/m, όπου η τιμή κορυφής είναι μικρότερη κατά 4.28kV σε σχέση με 53

54 τις άλλες. Παρόμοια συμπεριφορά παρατηρείται και σε απόσταση 50m και 100m από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα (πρώτος και δεύτερος γειτονικός στύλος) με την διαφορά των τιμών κορυφής μεταξύ των περιπτώσεων αντίστασης ξύλου 60kΩ/m και 600kΩ/m να φτάνει σε απόσταση 50 μέτρων από το πλήγμα (πρώτος γειτονικός στύλος) τα 5.03kV και σε απόσταση 100 μέτρων από το πλήγμα (δεύτερος γειτονικός στύλος) τα 4.67kV. -0,80 [MV] -0,85-0,90-0,95-1,00-1,05 Σχήμα 37-1,10 4,5 4,7 4,9 5,1 5,3 [us] 5,5 c_w60_re100.pl4: v :LINEB -LINEA Υπέρταση μεταξύ της φάσης Β και της φάσης Α για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ/m Στην περίπτωση της υπέρτασης μεταξύ φάσεων C και B (σχήμα 38), οι κυματομορφές στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για αντιστάσεις ξύλου 600kΩ/m και 1.2ΜΩ/m διαφέρουν ελάχιστα, ενώ στην περίπτωση αντίστασης ξύλου ίσης με 60kΩ/m προκύπτουν διαφοροποιήσεις. Συγκεκριμένα για αντίσταση ίση με 60kΩ/m η κυματομορφή εμφανίζει μέγιστη τιμή μεγαλύτερη κατά 5.4kV. Επίσης παρουσιάζεται και μία χρονική καθυστέρηση στην εμφάνιση της τιμής κορυφής ίση με 5ns. Αντίστοιχα οι διαφοροποιήσεις στην τιμή κορυφής μεταξύ των κυματομορφών διαμορφώνονται σε 4.3kV στα 50 μέτρα από το σημείο του πλήγματος (πρώτος γειτονικός στύλος) και σε 3.3kV στα 100 μέτρα από το σημείο του πλήγματος (δεύτερος γειτονικός στύλος). 54

55 -1,06 [MV] -1,08-1,10-1,12-1,14 Σχήμα 38-1,16 4,48 4,52 4,56 4,60 4,64 4,68 [us] 4,72 c_w60_re100.pl4: v :LINEC -LINEB Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της φάσης B για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ/m Για την υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 39, οι κυματομορφές για αντιστάσεις ξύλου 600kΩ/m και 1.2ΜΩ/m διαφέρουν ελάχιστα, ενώ στην περίπτωση αντίστασης ξύλου ίσης με 60kΩ/m παρουσιάζεται μία διαφοροποίηση στην τιμή κορυφής της κυματομορφής ίση με 3.1kV. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η διηλεκτρική συμπεριφορά της γραμμής σε απόσταση 50 μέτρων από το πλήγμα (πρώτος γειτονικός στύλος) με την αλλαγή της αντίστασης του ξύλου σε 60kΩ/m, όπου αλλάζοντας την τιμή της αντίστασης του ξύλου αποσοβείται η διάσπαση όπως φαίνεται στο σχήμα 40. Η διαφοροποίηση στην τιμή κορυφής της κυματομορφής σε αυτήν την περίπτωση είναι ίση με 3.4kV, τιμή αρκετά μεγάλη έτσι ώστε να μην διασπαστεί η μόνωση. Σε απόσταση 100 μέτρων από το πλήγμα (δεύτερος γειτονικός στύλος) η διαφοροποίηση της τιμής κορυφής φτάνει στα 3.1kV. Από τα σχήματα διαπιστώνεται ότι η μεταβολή της αντίστασης του ξύλου δεν επιφέρει σημαντικές μεταβολές στις υπερτάσεις που παρατηρούνται. Κάποιες φορές όμως αυτές οι μικρές μεταβολές μπορεί να διαφοροποιήσουν την διηλεκτρική συμπεριφορά της εναέριας γραμμής διανομής, όπως στην περίπτωση της υπέρτασης μεταξύ της φάσης C και της γης σε απόσταση 50 μέτρων από το σημείο του πλήγματος (πρώτος γειτονικός στύλος). 55

56 -1,75 [MV] -1,78-1,81-1,84-1,87 Σχήμα 39-1,90 5,00 5,05 5,10 5,15 5,20 5,25 [us] 5,30 c_w60_re100.pl4: v :LINEC -F1PHC Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ 0,0 [MV] -0,4-0,8-1,2-1,6 Σχήμα 40-2, [us] 10 c_w60_re100.pl4: v :SPAN1C-F2PHC c_w600_re100.pl4: v :SPAN1C-F2PHC Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου σε απόσταση 50 μέτρων από το σημείο του πλήγματος (πρώτος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ 56

57 Επίδραση τιμής αντίστασης γείωσης στύλου Στις προηγούμενες προσομοιώσεις θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m καθώς και αντίσταση γείωσης στύλων 100Ω. Εδώ, διερευνάται η επίδραση της αλλαγής της τιμής αντίστασης γείωσης του στύλου, μεταβάλλοντάς την σε τιμές 1000Ω και 10000Ω. Από τα σχήματα 41 και 42 φαίνεται ότι στο σημείο του πλήγματος για όλες τις εξεταζόμενες τιμές αντίστασης γείωσης του στύλου θα συμβεί ηλεκτρική διάσπαση μεταξύ των φάσεων C και Β μέσω των μονωτήρων τους και του βραχίονα (διαδρομή 4 σχήμα 19) αλλά και μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του στύλου (διαδρομή 7 σχήμα 19). 0,2 [MV] 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8-1,0 Σχήμα 41-1, [us] 10 c_w600_re100.pl4: v :LINEC -LINEB Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της φάσης Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του στύλου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 1000Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 10000Ω 57

58 0,0 [MV] -0,4-0,8-1,2-1,6 Σχήμα 42-2, [us] 10 c_w600_re100.pl4: v :LINEC -F1PHC Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του στύλου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 1000Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 10000Ω 0,1 [MV] -0,1-0,3-0,5-0,7-0,9 Σχήμα 43-1, [us] 10 c_w600_re100.pl4: v :LINEB -LINEA Υπέρταση μεταξύ της φάσης Β και της φάσης A στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του στύλου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 1000Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 10000Ω Μέσω του σχήματος 43 διαπιστώνεται ότι στις περιπτώσεις αντίστασης γείωσης στύλου ίσης με 1000Ω και 10000Ω επέρχεται ηλεκτρική διάσπαση στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα μεταξύ των φάσεων Β και A μέσω των μονωτήρων 58

59 τους και του βραχίονα (διαδρομή 3 σχήμα 19) κάτι που δεν συμβαίνει για την αρχική τιμή της αντίστασης γείωσης των 100Ω. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αύξηση της τιμής της αντίστασης γείωσης οδηγεί σε αύξηση του δυναμικού της φάσης C. Καθώς όμως η φάση C είναι βραχυκυκλωμένη με τη φάση Β λόγω της μεταξύ τους διάσπασης αυξάνεται και το δυναμικό της φάσης Β με αποτέλεσμα την διάσπαση ανάμεσα σε αυτήν και την φάση A. Στα σχήματα 44 και 45 φαίνονται οι διαφοροποιήσεις που παρουσιάζονται στις τιμές των ρευμάτων που ρέουν στην αντίσταση γείωσης του στύλου και μεταξύ των φάσεων C, Β λόγω της μεταβολής της τιμής της αντίστασης γείωσης. Στις δύο περιπτώσεις αντίστασης γείωσης στύλου ίσης με 1000Ω και 10000Ω, η διάσπαση μεταξύ των φάσεων B, A δεν συμβαίνει ταυτόχρονα. Συγκεκριμένα για αντίσταση γείωσης ίση με 10000Ω η διάσπαση επέρχεται ταχύτερα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αύξηση της τιμής της αντίστασης οδηγεί σε ανάλογη αύξηση του δυναμικού της φάσης C. Έτσι, όσο περισσότερο αυξάνεται η τιμή της αντίστασης γείωσης τόσο αυξάνεται το δυναμικό της φάσης C και κατά συνέπεια και της φάσης Β και η διάσπαση επέρχεται ταχύτερα. Εξετάζοντας τις υπερτάσεις της γραμμής σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από το σημείο του πλήγματος (δεύτερος γειτονικός στύλος), διαπιστώνεται ότι για αντιστάσεις 1000Ω και 10000Ω συμβαίνει διάσπαση όχι μόνο μεταξύ της φάσης C και της φάσης Β μέσω των μονωτήρων τους και του βραχίονα (διαδρομή 4 σχήμα 19) όπως συμβαίνει στην περίπτωση αντίστασης γείωσης του στύλου ίσης με 100Ω, αλλά και μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του μονωτήρα της φάσης του βραχίονα και του στύλου (διαδρομή 7 σχήμα 19) [A] Σχήμα [us] 10 c_w600_re100.pl4: c:pol_g1- Ρεύμα αντίστασης γείωσης στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του στύλο. Με κόκκινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω, με πράσινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης 59

60 στύλου ίση με 1000Ω και με μπλε αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 10000Ω 0 [A] Σχήμα [us] 10 c_w600_re100.pl4: c:linec -XX0022 Ρεύμα μεταξύ της φάσης C και της φάσης Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του στύλο. Με κόκκινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω, με πράσινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 1000Ω και με μπλε αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 10000Ω 4.2 Ξύλινος στύλος με επίτονο Κεραυνικό πλήγμα στην φάση Α Για τις προσομοιώσεις που ακολουθούν θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m, αντίσταση γείωσης στύλων 100 Ω και αντίσταση γείωσης επίτονου 10 Ω. 0,0 [MV] -0,2-0,4-0,6-0,8-1,0-1,2-1,4-1, [us] 10 (f ile a_w600_re10_gw.pl4; x-v ar t) v :LINEA -LINEB v :LINEB -LINEC v :LINEA -F1PHA 60

61 Σχήμα 46 Υπερτάσεις στην γραμμή στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Α και Β, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Β και C και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του στύλου 0,0 [MV] -0,2-0,4-0,6-0,8-1,0 Σχήμα 47-1, [us] 10 (f ile a_w600_re10_gw.pl4; x-v ar t) v :SPAN1A-SPAN1B v :SPAN1B-SPAN1C v :SPAN1A-F2PHA Υπερτάσεις στην γραμμή 50 μέτρα από το σημείο του πλήγματος (πρώτος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Α και Β, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Β και C και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του στύλου Από τα σχήμα 46 και 47 διαπιστώνεται ότι δεν συμβαίνει διάσπαση στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα όπως και σε απόσταση 50 μέτρων από αυτόν (πρώτος γειτονικός στύλος). Επέρχεται ηλεκτρική διάσπαση όμως σε απόσταση 100 μέτρων από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του επίτονου (διαδρομή 8 σχήμα 20), όπως φαίνεται στο σχήμα 48. Από τα διαγράμματα των υπερτάσεων (σχήματα 46-48) διαπιστώνεται και μία χρονική καθυστέρηση στην εμφάνιση της υπέρτασης αναλόγως της απόστασης από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Η καθυστέρηση αυτή στην εμφάνιση της υπέρτασης φαίνεται στο σχήμα 49, όπου ενδεικτικά παρουσιάζεται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Α και Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από αυτό (πρώτος και δεύτερος γειτονικός στύλος). Η χρονική αυτή καθυστέρηση οφείλεται στο χρόνο όδευσης του κύματος. Μέσω του σχήματος 49 διαπιστώνεται επίσης αύξηση της υπέρτασης που εμφανίζεται μεταξύ των φάσεων όσο αυξάνεται η απόσταση από το σημείο διάσπασης (δεύτερος γειτονικός στύλος). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του επίτονου δεν γίνεται άμεσα αντιληπτή στην υπόλοιπη διάταξη. Έτσι και επειδή μέχρι να γίνει αντιληπτή, το 61

62 κεραυνικό ρεύμα συνεχίζει να αυξάνεται, η τάση αυξάνεται όσο απομακρυνόμαστε από το σημείο διάσπασης. 0,0 [MV] -0,2-0,4-0,6-0,8 Σχήμα 48-1, [us] 10 (f ile a_w600_re10_gw.pl4; x-v ar t) v :SPAN2A-SPAN2B v :SPAN2B-SPAN2C v :SPAN2A-F3PHA Υπερτάσεις στην γραμμή 100 μέτρα από το σημείο του πλήγματος (δεύτερος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Α και Β, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Β και C, με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του στύλου και με ροζ αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του επίτονου 0,0 [MV] -0,2-0,4-0,6-0,8 Σχήμα 49-1, [us] 10 (f ile a_w600_re10_gw.pl4; x-v ar t) v :LINEA -LINEB v :SPAN1A-SPAN1B v :SPAN2A-SPAN2B Υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από αυτό (πρώτος και δεύτερος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση σε απόσταση 50 μέτρων από αυτό (πρώτος γειτονικός 62

63 στύλος) και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση σε απόσταση 100 μέτρων από αυτό (δεύτερος γειτονικός στύλος) Επίδραση τιμής αντίστασης ξύλου Στις προηγούμενες προσομοιώσεις θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m, αντίσταση γείωσης στύλων 100Ω και αντίσταση γείωσης επίτονου 10Ω. Εδώ, διερευνάται η επίδραση της αλλαγής της τιμής αντίστασης ξύλου στις υπερτάσεις που αναπτύσσονται στην εναέρια γραμμή διανομής, μεταβάλλοντάς την σε τιμές 60kΩ/m και 1.2MΩ/m. Οι κυματομορφές που θα παρουσιαστούν εστιάζονται στο μέγιστο προκειμένου να γίνουν όσο πιο αντιληπτές είναι εφικτό οι μεταβολές που προκύπτουν. Από το σχήμα 50 φαίνεται ότι για την υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και Β, οι κυματομορφές στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για αντιστάσεις ξύλου 600kΩ/m και 1.2ΜΩ/m διαφέρουν ελάχιστα, ενώ στην περίπτωση αντίστασης ξύλου ίσης με 60kΩ/m προκύπτουν διαφοροποιήσεις. Συγκεκριμένα για αντίσταση ίση με 60kΩ/m η κυματομορφή εμφανίζει μέγιστη τιμή μικρότερη κατά 1.9kV. Επίσης παρουσιάζεται και μία χρονική καθυστέρηση στην εμφάνιση της τιμής κορυφής ίση με 10ns. Η διαφοροποίηση στην τιμή κορυφής φτάνει τα 2.56kV σε απόσταση 50 μέτρων από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και εξαλείφεται σε απόσταση 100 μέτρων από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Στο σχήμα 51 φαίνεται η υπέρταση μεταξύ της φάσης Β και της φάσης C. Σε αυτήν την περίπτωση όπως και στην υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και Β οι κυματομορφές στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για αντιστάσεις ξύλου 600kΩ/m και 1.2ΜΩ/m διαφέρουν ελάχιστα, ενώ στην περίπτωση αντίστασης ξύλου ίσης με 60kΩ/m η κυματομορφή εμφανίζει τιμή κορυφής μεγαλύτερη κατά 0.444kV και μία χρονική καθυστέρηση ίση με 10ns. Η διαφοροποίηση στην τιμή κορυφής περιορίζεται στα 0.325kV σε απόσταση 50 μέτρων από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και εξαλείφεται σε απόσταση 100 μέτρων από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα όπου συμβαίνει διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της γης μέσω του επίτονου. Για την υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 52, οι κυματομορφές για αντιστάσεις ξύλου 600kΩ/m και 1.2ΜΩ/m διαφέρουν ελάχιστα, ενώ στην περίπτωση αντίστασης ξύλου ίσης με 60kΩ/m παρουσιάζεται μία καθυστέρηση στην κυματομορφή ίση με 10ns. Αξίζει να αναφερθεί πως οι όποιες διαφορές προέκυψαν στην τιμή κορυφής των κυματομορφών των τάσεων εξαλείφονται σε απόσταση 100 μέτρων από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και είναι εντονότερες στις υπερτάσεις μεταξύ των φάσεων Α και Β σε σχέση με αυτές μεταξύ των φάσεων Β και C ή μεταξύ της φάσης Α και της γης. 63

64 -945 [kv] Σχήμα ,68 4,73 4,78 4,83 4,88 4,93 [us] 4,98 A_W60_RE10_GW.pl4: v :LINEA -LINEB Υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ/m -76 [kv] Σχήμα ,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 [us] 5,2 A_W60_RE10_GW.pl4: v :LINEB -LINEC Υπέρταση μεταξύ της φάσης Β και της φάσης C για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ/m 64

65 -1,30 [MV] -1,35-1,40-1,45-1,50-1,55 Σχήμα 52-1,60 4,65 4,70 4,75 4,80 4,85 4,90 4,95 5,00 [us] 5,05 A_W60_RE10_GW.pl4: v :LINEA -F1PHA Υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ/m Επίδραση τιμής αντίστασης γείωσης επίτονου Στις προηγούμενες προσομοιώσεις θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m, αντίσταση γείωσης στύλων 100Ω και αντίσταση γείωσης επίτονου 10Ω. Εδώ, διερευνάται η επίδραση της αλλαγής της τιμής αντίστασης γείωσης του επίτονου, μεταβάλλοντας την σε τιμές 100Ω και 1000Ω. Από το σχήμα 53 φαίνεται ότι για όλες τις εξεταζόμενες τιμές αντίστασης γείωσης του επίτονου θα συμβεί ηλεκτρική διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της γης σε απόσταση 100 μέτρων από το σημείο του πλήγματος μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του επίτονου (διαδρομή 8 σχήμα 20). 0,0 [MV] -0,2-0,4-0,6-0,8-1, [us] 10 a_w600_re10_gw.pl4: v :SPAN2A-H3PHA 65

66 Σχήμα 53 Υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της γης σε απόσταση 100 μέτρων από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του επίτονου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 100Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω 0,2 [MV] 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8-1,0-1,2 Σχήμα 54-1, [us] 10 A_W600_RE10_GW.pl4: v :LINEA -LINEB Υπέρταση μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του επίτονου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 100Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω Μέσω του σχήματος 54 διαπιστώνεται ότι στις περιπτώσεις αντίστασης γείωσης επίτονου ίσης με 100Ω και 1000Ω επέρχεται ηλεκτρική διάσπαση στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα μεταξύ των φάσεων Α και Β μέσω των μονωτήρων τους και του βραχίονα (διαδρομή 3 σχήμα 19) κάτι που δεν συμβαίνει για την αρχική τιμή της αντίστασης γείωσης των 10Ω. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αύξηση της τιμής της αντίστασης γείωσης του επίτονου οδηγεί σε αύξηση του δυναμικού της φάσης Α σε τέτοιο βαθμό που να προκαλεί την διάσπαση μεταξύ των φάσεων Α, Β στο σημείο του πλήγματος. Στα σχήματα 55 και 56 φαίνονται οι διαφοροποιήσεις που παρουσιάζονται στις τιμές των ρευμάτων που ρέουν στην αντίσταση γείωσης του επίτονου και μεταξύ των φάσεων Α, Β στο σημείο του πλήγματος λόγω της μεταβολής της τιμής της αντίστασης γείωσης. Στις δύο περιπτώσεις αντίστασης γείωσης επίτονου ίσης με 100Ω και 1000Ω, η διάσπαση μεταξύ των φάσεων Α, Β δεν συμβαίνει ταυτόχρονα. Συγκεκριμένα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω η διάσπαση επέρχεται ταχύτερα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αύξηση της τιμής της αντίστασης γείωσης του επίτονου οδηγεί σε ανάλογη αύξηση του δυναμικού της φάσης Α. Έτσι, όσο περισσότερο αυξάνεται η τιμή της αντίστασης γείωσης του επίτονου τόσο αυξάνεται το δυναμικό της φάσης Α και η διάσπαση επέρχεται ταχύτερα (σχήμα 54). 66

67 0 [ka] Σχήμα [us] 10 a_w600_re10_gw.pl4: c:xx0036- a_w600_re100_gw.pl4: c:xx0036- Ρεύμα αντίστασης γείωσης επίτονου σε απόσταση 100 μέτρων από το σημείο του πλήγματος για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης. Με κόκκινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω και με πράσινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 100Ω και με μπλε αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω 0 [A] Σχήμα [us] 10 A_W600_RE10_GW.pl4: c:linea -XX0021 Ρεύμα μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του επίτονου. Με κόκκινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω και με πράσινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 100Ω και με μπλε αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω Από το σχήμα 57 φαίνεται ότι για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω παρουσιάζεται διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της γης στο σημείο του πλήγματος μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του στύλου (διαδρομή 67

68 5, σχήμα 19) κάτι που δεν συμβαίνει για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω ή 100Ω. Αυτό συμβαίνει διότι για αυτήν την τιμή της αντίστασης γείωσης το δυναμικό της φάσης Α αποκτά τιμή αρκετά μεγάλη ώστε να οδηγήσει στην διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της γης. 0,0 [MV] -0,5-1,0-1,5-2,0-2,5 Σχήμα 57-3, [us] 10 A_W600_RE10_GW.pl4: v :LINEA -F1PHA Υπέρταση μεταξύ της φάσης A και της γης στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης επίτονου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 100Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω Κεραυνικό πλήγμα στην φάση C Για τις προσομοιώσεις που ακολουθούν θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m, αντίσταση γείωσης στύλων 100 Ω και αντίσταση γείωσης επίτονου 10 Ω. 0,2 [MV] -0,1-0,4-0,7-1,0-1,3-1, [us] 10 (f ile c_w600_re10_gw.pl4; x-v ar t) v :LINEB -LINEA v :LINEC -LINEB v :LINEC -F1PHC 68

69 Σχήμα 58 Υπερτάσεις στην γραμμή στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων B και A, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων C και B και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του στύλου 0,6 [MV] 0,3 0,0-0,3-0,6-0,9 Σχήμα 59-1, [us] 10 (f ile c_w600_re10_gw.pl4; x-v ar t) v :SPAN1B-SPAN1A v :SPAN1C-SPAN1B v :SPAN1C-F2PHC Υπερτάσεις στην γραμμή 50 μέτρα από το σημείο του πλήγματος (πρώτος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων B και A, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων C και B και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του στύλου Από τα σχήματα 58 και 59 διαπιστώνεται ότι επέρχεται διάσπαση στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα μεταξύ των φάσεων C και Β μέσω των μονωτήρων και του βραχίονα (διαδρομή 4 σχήμα 19), ενώ σε απόσταση 50 μέτρων από το πλήγμα (πρώτος γειτονικός στύλος) δεν συμβαίνει ηλεκτρική διάσπαση. Θα συμβεί επίσης ηλεκτρική διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της γης (διαδρομή 10 σχήμα 20) μέσω του επίτονου σε απόσταση 100 μέτρων από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα (δεύτερος γειτονικός στύλος) όπως φαίνεται στο σχήμα 60. Από τα διαγράμματα των υπερτάσεων (σχήματα 58-60) διαπιστώνεται και μία χρονική καθυστέρηση στην εμφάνιση της υπέρτασης αναλόγως της απόστασης από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Η χρονική αυτή καθυστέρηση στην εμφάνιση της υπέρτασης φαίνεται στο σχήμα 61, όπου ενδεικτικά παρουσιάζεται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων C και B στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από αυτό (πρώτος και δεύτερος γειτονικός στύλος). Η χρονική αυτή καθυστέρηση οφείλεται στο χρόνο όδευσης του κύματος. Μέσω του σχήματος 61 διαπιστώνεται επίσης αύξηση της υπέρτασης που εμφανίζεται μεταξύ των φάσεων όσο αυξάνεται η απόσταση από το σημείο διάσπασης (δεύτερος γειτονικός στύλος). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η 69

70 διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του επίτονου δεν γίνεται άμεσα αντιληπτή στην υπόλοιπη διάταξη. Έτσι και επειδή μέχρι να γίνει αντιληπτή, το κεραυνικό ρεύμα συνεχίζει να αυξάνεται, η τάση αυξάνεται όσο απομακρυνόμαστε από το σημείο διάσπασης. 0,75 [MV] 0,50 0,25 0,00-0,25-0,50-0,75 Σχήμα 60-1, [us] 10 (f ile c_w600_re10_gw.pl4; x-v ar t) v :SPAN2B-SPAN2A v :SPAN2C-SPAN2B v :SPAN2C-F3PHC v :SPAN2C-H3PHC Υπερτάσεις στην γραμμή 100 μέτρα από το σημείο του πλήγματος (δεύτερος γειτονικός στύλος). Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Β και Α, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων C και B, με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του στύλου και με ροζ αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του επίτονου 700 [kv] Σχήμα [us] 10 (f ile c_w600_re10_gw.pl4; x-v ar t) v :LINEC -LINEB v :SPAN1C-SPAN1B v :SPAN2C-SPAN2B Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της φάσης B στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από αυτό (πρώτος και δεύτερος γειτονικός στύλος). 70

71 Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση σε απόσταση 50 μέτρων από αυτό (πρώτος γειτονικός στύλος) και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση σε απόσταση 100 μέτρων από αυτό (δεύτερος γειτονικός στύλος). Διαπιστώνεται επίσης πως η διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της γης μέσω του επίτονου σε απόσταση 100 μέτρων από το πλήγμα, συμβαίνει πριν την διάσπαση μεταξύ των φάσεων C και B στο σημείο του πλήγματος, όπως φαίνεται στο σχήμα 62. Αυτό συμβαίνει λόγω της μικρότερης CFO της διαδρομής μέσω του επίτονου. Επίσης, η διάσπαση μέσω του επίτονου δεν γίνεται άμεσα αντιληπτή από τα υπόλοιπα σημεία του κυκλώματος και έτσι η τάση μεταξύ των φάσεων C, B συνεχίζει να αυξάνεται και αποκτά τιμή αρκετά μεγάλη ώστε να προκληθεί η διάσπαση των φάσεων C, B. 0,2 [MV] 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8 Σχήμα 62-1, [us] 10 (f ile C_W600_RE10_GW.pl4; x-v ar t) v :LINEC -LINEB v :SPAN2C-H3PHC Ηλεκτρικές διασπάσεις στην γραμμή. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της φάσης B στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ της φάσης C και του επίτονου σε απόσταση 100 μέτρων από το πλήγμα (δεύτερος γειτονικός στύλος) Επίδραση τιμής αντίστασης ξύλου Στις προηγούμενες προσομοιώσεις θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m, αντίσταση γείωσης στύλων 100Ω και αντίσταση γείωσης επίτονου 10Ω. Εδώ, διερευνάται η επίδραση της αλλαγής της τιμής αντίστασης ξύλου στις υπερτάσεις που αναπτύσσονται στην εναέρια γραμμή διανομής, μεταβάλλοντάς την σε τιμές 60kΩ/m και 1.2MΩ/m. Οι κυματομορφές που θα παρουσιαστούν εστιάζονται στο μέγιστο προκειμένου να γίνουν όσο πιο αντιληπτές είναι εφικτό οι μεταβολές που προκύπτουν. 71

72 Στα σχήματα 63 και 65 φαίνεται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Β και Α και μεταξύ της φάσης C και της γης. Σε αυτές τις περιπτώσεις η τιμή κορυφής των κυματομορφών δεν παρουσιάζει σημαντική διαφοροποίηση, όμως εμφανίζεται χρονική καθυστέρηση μεταξύ τους. Συγκεκριμένα η αύξηση της τιμής της αντίστασης ξύλου προκαλεί καθυστέρηση η οποία στην περίπτωση που εξετάζεται είναι ίση με 5ns. Η καθυστέρηση αυτή εμφανίζεται και σε απόσταση 50m και 100m, όπου εμφανίζεται επιπλέον και διαφοροποίηση στην τιμή κορυφής των κυματομορφών. Η χρονική καθυστέρηση παρατηρείται και στην υπέρταση μεταξύ των φάσεων C και Β όπως φαίνεται στο σχήμα 64. Σε αυτήν την περίπτωση οι τιμές κορυφής για αντιστάσεις 600kΩ/m και 1.2MΩ/m δεν παρουσιάζουν διαφοροποίηση, όμως για αντίσταση ξύλου 60kΩ/m η τιμή κορυφής είναι μικρότερη κατά 1.64kV στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και κατά 2.55kV σε απόσταση 50 μέτρων από αυτόν [kv] Σχήμα ,7 4,8 4,9 5,0 5,1 [us] 5,2 C_W60_RE10_GW.pl4: v :LINEB -LINEA Υπέρταση μεταξύ της φάσης Β και της φάσης Α για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ/m 72

73 -860 [kv] Σχήμα ,70 4,75 4,80 4,85 4,90 4,95 5,00 [us] 5,05 C_W60_RE10_GW.pl4: v :LINEC -LINEB c_w600_re10_gw.pl4: v :LINEC -LINEB Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της φάσης B για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ/m -1,46 [MV] -1,47-1,48-1,49-1,50-1,51-1,52-1,53 Σχήμα 65-1,54 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 [us] 5,1 C_W60_RE10_GW.pl4: v :LINEC -F1PHC Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης για διαφορετικές τιμές αντίστασης ξύλου στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 60kΩ/m, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση ξύλου ίση με 1.2ΜΩ/m 73

74 Επίδραση τιμής αντίστασης γείωσης επίτονου Στις προηγούμενες προσομοιώσεις θεωρήθηκε αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m, αντίσταση γείωσης στύλων 100Ω και αντίσταση γείωσης επίτονου 10Ω. Εδώ, διερευνάται η επίδραση της αλλαγής της τιμής αντίστασης γείωσης του επίτονου, μεταβάλλοντας την σε τιμές 100Ω και 1000Ω. Από τα σχήματα 66 και 67 φαίνεται ότι για όλες τις εξεταζόμενες τιμές αντίστασης γείωσης του επίτονου θα συμβεί ηλεκτρική διάσπαση μεταξύ των φάσεων C και Β μέσω των μονωτήρων των φάσεων και του βραχίονα (διαδρομή 4 σχήμα 19) στο σημείο του πλήγματος, αλλά και μεταξύ της φάσης C και της γης σε απόσταση 100 μέτρων από το σημείο του πλήγματος μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του επίτονου (διαδρομή 10 σχήμα 20). 0,2 [MV] 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8-1,0 Σχήμα 66-1, [us] 10 C_W600_RE10_GW.pl4: v :LINEC -LINEB Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της φάσης B στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του επίτονου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 100Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω 74

75 0,0 [MV] -0,2-0,4-0,6-0,8 Σχήμα 67-1, [us] 10 c_w600_re10_gw.pl4: v :SPAN2C-H3PHC Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης σε απόσταση 100 μέτρων από το στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του επίτονου. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 100Ω και με μπλε αναπαρίσταται η υπέρταση για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω Από το σχήμα 66 παρατηρείται επίσης πως η διάσπαση μεταξύ των φάσεων C, B για διάφορες τιμές αντίστασης γείωσης του επίτονου δεν πραγματοποιείται ταυτόχρονα. Συγκεκριμένα, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της αντίστασης γείωσης του επίτονου, τόσο ταχύτερα επέρχεται και η διάσπαση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αύξηση της τιμής της αντίστασης γείωσης του επίτονου οδηγεί σε ανάλογη αύξηση του δυναμικού της φάσης C. Έτσι, όσο περισσότερο αυξάνεται η τιμή της αντίστασης γείωσης του επίτονου τόσο αυξάνεται το δυναμικό της φάσης C και η διάσπαση επέρχεται ταχύτερα. Στα σχήματα 68 και 69 φαίνονται οι διαφοροποιήσεις που παρουσιάζονται στις τιμές των ρευμάτων που ρέουν στην αντίσταση γείωσης του επίτονου και μεταξύ των φάσεων C, Β στο σημείο του πλήγματος λόγω της μεταβολής της τιμής της αντίστασης γείωσης. 75

76 0 [ka] Σχήμα [us] 10 c_w600_re10_gw.pl4: c:xx0039- Ρεύμα αντίστασης γείωσης επίτονου σε απόσταση 100 μέτρων από το σημείο του πλήγματος για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης. Με κόκκινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω και με πράσινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 100Ω και με μπλε αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω 0 [A] Σχήμα [us] 10 c_w600_re10_gw.pl4: c:linec -XX0023 Ρεύμα μεταξύ της φάσης C και της φάσης Β στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης του επίτονου. Με κόκκινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω και με πράσινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 100Ω και με μπλε αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω Από το σχήμα 70 φαίνεται ότι για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω παρουσιάζεται διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της γης στο σημείο του πλήγματος μέσω του μονωτήρα της φάσης, του βραχίονα και του στύλου (διαδρομή 7, σχήμα 76

77 19) κάτι που δεν συμβαίνει για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω ή 100Ω. Αυτό συμβαίνει διότι για αυτήν την τιμή της αντίστασης γείωσης το δυναμικό της φάσης C αποκτά τιμή αρκετά μεγάλη ώστε να οδηγήσει στην διάσπαση μεταξύ της φάσης και της γης. 0,0 [MV] -0,4-0,8-1,2-1,6 Σχήμα 70-2, [us] 10 c_w600_re10_gw.pl4: v :LINEC -F1PHC Υπέρταση μεταξύ της φάσης C και της γης στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα για διαφορετικές τιμές αντίστασης γείωσης επίτονου. Με κόκκινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 10Ω και με πράσινο αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 100Ω και με μπλε αναπαρίσταται το ρεύμα για αντίσταση γείωσης επίτονου ίση με 1000Ω 77

78 5.1 Συμπεράσματα Κεφάλαιο 5 Συμπεράσματα Περαιτέρω διερεύνηση Σε περίπτωση πλήγματος στην φάση Α σε στύλο χωρίς εγκατεστημένο επίτονο με αντίσταση γείωσης του στύλου ίση με 100Ω και αντίσταση ξύλου ίση με 600kΩ/m, στο σημείο του πλήγματος συμβαίνει αρχικά διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β και στην συνέχεια μεταξύ της φάσης Α και της γης. Σε απόσταση 50 μέτρων από το πλήγμα, συμβαίνει διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β. Σε περίπτωση πλήγματος στην φάση C με τις ισχύουσες συνθήκες του πλήγματος στην φάση Α, στο σημείο του πλήγματος παρατηρείται αρχικά διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της φάσης Β και στην συνέχεια μεταξύ της φάσης C και της γης. Σε απόσταση 50 μέτρων από το πλήγμα, συμβαίνει διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της φάσης Β αλλά και μεταξύ της φάσης C και της γης. Συγκρίνοντας την συμπεριφορά του συστήματος στις δύο αυτές περιπτώσεις πληγμάτων, διαπιστώνεται πως στην περίπτωση του πλήγματος στην φάση C, παρατηρείται διάσπαση μεταξύ της φάσης που δέχεται το πλήγμα και της γης σε απόσταση 50 μέτρων από το πλήγμα, γεγονός που δεν λαμβάνει χώρα στην περίπτωση του πλήγματος στην φάση Α. Η παραπάνω διαφοροποίηση προκύπτει λόγω του γεγονότος πως η απόσταση μεταξύ των φάσεων C, B είναι 0.9 μέτρα ενώ μεταξύ των φάσεων Α, Β είναι 1.4 μέτρα. Έτσι η κρίσιμη τάση υπερπήδησης της διαδρομής από τον φάση Α έως την φάση Β είναι μεγαλύτερη σε σχέση με αυτήν της διαδρομής από τη φάση C έως την φάση Β, καθώς τα υπόλοιπα μονωτικά στοιχεία των δύο διαδρομών είναι όμοια. Συμπεραίνεται λοιπόν πως η διάσπαση μεταξύ των φάσεων C, B για πλήγμα στη φάση C συμβαίνει ταχύτερα και για μικρότερη τάση σε σχέση με την διάσπαση μεταξύ των φάσεων Α, Β για πλήγμα στη φάση Α. Συγκρίνοντας τις δύο αυτές διασπάσεις μεταξύ τους αλλά και με το κεραυνικό ρεύμα με την βοήθεια του σχήματος 71 διαπιστώνεται πως η διάσπαση μεταξύ των φάσεων Α, Β συμβαίνει κοντά στο μέγιστο της κυματομορφής του κεραυνικού ρεύματος, ενώ η διάσπαση μεταξύ των φάσεων C,B συμβαίνει κατά την διάρκεια μετώπου της κυματομορφής του ρεύματος. 78

79 0,2 [MV] -0,2 0 [ka] -2-0,6-4 -1,0-6 -1,4-8 Σχήμα 71-1, [us] 10 A_W600_RE100.pl4: v :LINEA -LINEB c:li -LINEA Υπέρταση μεταξύ της φάσης που δέχεται το πλήγμα και της γειτονικής της για τις δύο περιπτώσεις πληγμάτων χωρίς εγκατεστημένο επίτονο, κεραυνικό ρεύμα. Με κόκκινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων Α, Β για πλήγμα στην φάση Α, με πράσινο αναπαρίσταται η υπέρταση μεταξύ των φάσεων C, B για πλήγμα στην φάση C και με μπλε αναπαρίσταται το κεραυνικό ρεύμα. Έτσι, το κεραυνικό ρεύμα που ρέει μεταξύ των φάσεων Α, Β σε περίπτωση πλήγματος στην φάση Α, λόγω της διάσπασής τους και καταλήγει στην γραμμή είναι μικρότερο σε σχέση με αυτό που ρέει μεταξύ των φάσεων C, B σε περίπτωση πλήγματος στην φάση C. Το αυξημένο συγκριτικά ρεύμα που ρέει στο δεύτερο στύλο στην περίπτωση πλήγματος στην φάση C συνοδεύεται από την ανάπτυξη δυναμικού τιμής ικανής να προκαλέσει διάσπαση μεταξύ της φάσης C και της γης σε απόσταση 50 μέτρων από το πλήγμα. Συμπεραίνεται έτσι πως ο αριθμός των διασπάσεων λόγω κεραυνικού πλήγματος σε μία γραμμή διανομής ηλεκτρικής ενέργειας αποτελεί εν δυνάμει συνάρτηση της φάσης που θα πληγεί. Στην παρούσα διπλωματική εξετάστηκαν και οι διαφοροποιήσεις που προκύπτουν στις υπερτάσεις που εμφανίζονται λόγω της μεταβολής της τιμής της αντίστασης του ξύλου. Η αντίσταση του ξύλου επηρεάζει σε μικρό βαθμό τη διηλεκτρική συμπεριφορά της γραμμής. Αυτό γιατί τις περισσότερες φορές οι διαφοροποιήσεις που προκαλεί στις υπερτάσεις που εμφανίζονται είναι άνευ σημασίας. Σε κάποιες όμως περιπτώσεις οι μικρές αυτές διαφοροποιήσεις μπορεί να προκαλέσουν ή να αποσοβήσουν μία ηλεκτρική διάσπαση. Μέσω των προσομοιώσεων που μελετήθηκαν στο παρόν κεφάλαιο εξάγονται κάποια συμπεράσματα για την επίδραση που ασκεί στην διηλεκτρική συμπεριφορά της γραμμής η μεταβολή της τιμής της αντίστασης γείωσης του στύλου. Για τις δύο περιπτώσεις πληγμάτων που εξετάστηκαν (φάση Α, φάση C) αρχικά θεωρήθηκε αντίσταση γείωσης στύλου ίση με 100Ω. Για αυτήν την τιμή αντίστασης για πλήγμα στην φάση Α, στο στύλο που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα εμφανίζεται διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της φάσης Β και μεταξύ της φάσης Α και της γης. Εάν 79

80 αυξήσουμε την τιμή της αντίστασης γείωσης του στύλου σε 1000Ω ή σε 10000Ω τότε εμφανίζεται επιπλέον διάσπαση μεταξύ των φάσεων Β, C λόγω της αύξησης του δυναμικού της φάσης Α που προκαλεί η αύξηση της τιμής της αντίστασης. Η διάσπαση μεταξύ των φάσεων B, C συμβαίνει μετά το πέρας των υπολοίπων δύο διασπάσεων στο στύλο. Επίσης, για τιμή αντίστασης γείωσης ίση με 1000Ω ή 10000Ω παρατηρείται σε αποστάσεις 50 και 100 μέτρων από το πλήγμα διάσπαση μεταξύ της φάσης Α και της γης, γεγονός που δεν συνέβαινε για αντίσταση γείωσης ίση με 100Ω. Αιτία αυτού, αποτελεί η αύξηση του δυναμικού της φάσης Α λόγω της αύξησης της αντίστασης γείωσης σε μεγάλο βαθμό. Η συμπεριφορά του συστήματος στην περίπτωση πλήγματος στην φάση C είναι αντίστοιχη. Συμπεραίνεται λοιπόν, πως η αύξηση της τιμής αντίστασης γείωσης επιβαρύνει και καταπονεί το σύστημα με επιπρόσθετες διασπάσεις. Γεγονός που χρίζει προσοχής αποτελεί η διάσπαση μεταξύ της φάσης που δέχεται το πλήγμα και της γης μέσω του στύλου, που συμβαίνει σε κάποιες από τις περιπτώσεις που εξετάστηκαν παραπάνω. Οι διασπάσεις αυτές προκύπτουν από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων που διεξήχθησαν και έλαβαν υπόψη τους τα τυποποιημένα χαρακτηριστικά του συστήματος. Ως φαινόμενο κρίνεται ανεπιθύμητο καθώς μπορεί να προκαλέσει μη αναστρέψιμες ζημιές στην δομή του στύλου και πιθανώς την ολική καταστροφή αυτού. Στις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιήθηκε ως αναφορά για τις τιμές των CFO και των μέσων πεδίων το πρότυπο της IEEE. Στο πρότυπο αυτό θεωρείται ως μέσο πεδίο για έναν ξύλινο στύλο ο οποίος λειτουργεί ως τρίτο μονωτικό στοιχείο η τιμή των 65kV/m. Χρησιμοποιώντας την συγκεκριμένη τιμή για τις προσομοιώσεις μας, διαπιστώθηκε ότι σε κάποιες περιπτώσεις παρατηρείται διάσπαση μέσω του στύλου. Στον πίνακα 72 παρουσιάζονται οι ελάχιστες τιμές μέσων πεδίων για ξύλινο στύλο ως τρίτο μονωτικό στοιχείο που απαιτούνται για τις προσομοιώσεις που διενεργήθηκαν παραπάνω προκειμένου να μην λάβει χώρα επιφανειακή διάσπαση κατά μήκος του στύλου. Πλήγμα φάση Α kv/m Πλήγμα φάση C kv/m Σημείο πλήγματος 170 Σημείο πλήγματος m από πλήγμα m από πλήγμα m από πλήγμα m από πλήγμα

81 Σημείο πλήγματος 165 Σημείο πλήγματος m από πλήγμα m από πλήγμα m από πλήγμα m από πλήγμα 165 Πίνακας 72 Ελάχιστες τιμές μέσων πεδίων για ξύλινο στύλο ως τρίτο μονωτικό στοιχείο προκειμένου να αποφευχθούν οι διασπάσεις μέσω του στύλου. Στις περιπτώσεις όπου σε απόσταση 100 μέτρων από το σημείο του πλήγματος υπάρχει εγκατεστημένος επίτονος, ο αριθμός των διασπάσεων στο υπό μελέτη σύστημα μειώνεται δραστικά καθώς η μικρή αντίσταση γείωσης του επίτονου επιτρέπει την εύκολη διέλευση του ρεύματος προς την γη. 5.2 Περαιτέρω διερεύνηση Στην προσομοιώσεις που προηγήθηκαν παρατηρήθηκε η διάσπαση μεταξύ της φάσης που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα και της γης μέσω του ξύλινου στύλου. Η διάσπαση αυτή θα μπορούσε να οφείλεται στην προσομοίωση του CFO όλων των πιθανών διαδρομών ηλεκτρικού σπινθήρα με το ίδιο μοντέλο διάσπασης (μέθοδος ολοκλήρωσης). Το μοντέλο αυτό ενδεχομένως να μην δίδει σωστά αποτελέσματα όταν η μόνωση περιλαμβάνει ξύλινα στοιχεία και έτσι να προέκυψαν κάποια ανακριβή αποτελέσματα. Αξίζει, κατά συνέπεια να διερευνηθεί ο τυπικός ξύλινος στύλος του ελληνικού δικτύου διανομής εν ξηρώ και υπό βροχή καθώς και οι περιπτώσεις νέου και υποβαθμισμένου στύλου. Τέλος, κατά τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν για μεταβλητή αντίσταση ξύλου, δεν μεταβλήθηκε το επίπεδο CFO του ξύλου. Ενδεχομένως τα μεγέθη αυτά να συσχετίζονται, αλλά δεν υπάρχει προς το παρόν σχετική βιβλιογραφία. Προτείνεται η διενέργεια πειραματικών μετρήσεων προκειμένου να διαπιστωθεί εάν και κατά πόσο το μονωτικό επίπεδο του ξύλου εκτιμάται συναρτήσει της αντίστασής του. 81

82 Κεφάλαιο 6 Αναφορές [1]thunder.msfc.nasa.gov [2]Π.Ν. Μικρόπουλος, Συστήματα αντικεραυνικής προστασίας, υπηρεσία δημοσιευμάτων ΑΠΘ, 4 η έκδοση, Θεσσαλονίκη 2004 [3]IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Electrical Power Overhead Distribution Lines, IEEE Standards, IEEE Std [4]Thanaphong Thanasaksiri, Lightning Flashover Rates of Overhead Distribution Lines Applying EMTP and IEEE Std.1410 [5]rae.gr [6]Grzybowski, S., and Jacob, P. B., The Steep-Front, Short-Duration Pulse Characteristics of Distribution Insulators with Wood, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 5, no. 3, pp , July [7]woodman.gr/el/thetechnical/whytreatment [8]europa.eu/rapid/press-release_IP _el.htm [9]Φίλιππας Ι. Δερμόπουλος, Παναγιώτης Τσαραμιάδης, δίκτυα σταθμοί, παραγωγή μεταφορά διανομή ενέργειας, [10]Darveniza M., Electrical Properties of Wood and Line Design. St. Lucia, Queensland: University of Queensland Press, 1980 [11]AIEE committee report, Impulse flashovers of combinations of line insulators, Air gaps, and wood structural members, April 1956 [12]Mats Wahlberg, Sarah Ronnberg, Current in power line wood poles, lulea university of technology, Sweden [13]Πέτρος Ντοκόπουλος, Πανεπιστημιακές παραδόσεις στα μάθημα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας ΙΙ, ΑΠΘ, Θεσσαλονίκη 2006 [14]Π.Ν. Μικρόπουλος, Εργαστηριακές ασκήσεις στην τεχνολογία των υψηλών τάσεων, πανεπιστημιακές εκδόσεις ΑΠΘ, Θεσσαλονίκη 2008 [15]J.S.T. Looms, insulators for high voltages, Peter Peregrinus Ltd. London, United Kingdom 1990 [16]Κ. Καγκαράκης, Μαθήματα στα ηλεκτροτεχνικά υλικά, εκδόσεις συμμετρία, Αθήνα 1994 [17]Βασιλική Βουρλιόγκα, Σύγχρονα θέματα αντικεραυνικής προστασίας και εφαρμογή αυτών σε πραγματική γραμμή μέσης τάσης [18]electrical4u.com/types-of-electrical-insulator-overhead-insulator [19]insulatorsindia.co.in/products/index/22-kv-pin-insulator_2743.html 82

83 [20]CIGRE Working Group 33.01, Guide to procedures for estimating the lightning performance of transmission lines, Technical Bulletin 63, Oct [21]R. L. Witzke and T. J. Bliss, Surge protection of cable-connected equipment, Trans. AIEE, vol. 69, no. 1, pp , Jan [22]R. L. Witzke and T. J. Bliss, Co-ordination of Lightning Arrester Location with Transformer Insulation Level, Trans. AIEE, vol. 69, no. 2, pp , Jan [23]A.A. Akopian, on impulse discharge voltages across high voltage insulation as related to the shape of the voltage wave, CIGRE paper p, 1954 [24]R.O. Caldwell, M. Darveniza, Experimental and analytical studies of the effect of nonstandard waveshapes on the impulse strength of external insulation, IEEE trans. On PAS, vol.92 pp , 1973 [25]K. Alstad, J. Huse, A. Schei, Lightning impulse flashover criterion for overhead line insulation paper 42.19, 4p ISH Milan 1979 [26]D. Kind, Die aufbauflache bei stossspannungsbeanspruchung technischer elektrodenanordnungen in luft, ETZ-A vol. 79, pp 65-69, 1958 [27]M. Darveniza, and A. E. Vlastos, The generalized integration method for predicting impulse volt-time characteristics for non-standard wave shapes-a theoretical basis, IEEE Trans. Elect. Insul., vol. 23, no. 3, pp , Jun [28]IEEE Task Force on nonstandard lightning voltage waves, Bibliography of research on nonstandard voltage waves, IEEE trans. Power del. Vol.4 no.5 pp , October 1994 [29]IEEE Task Force on nonstandard lightning voltage waves, Review of research on nonstandard lightning voltage waves IEEE trans. Power del. Vol.9 no.4 pp , October 1994 [30]J. Hagenguth, Volt-time areas of impulse sparkover, trans. IEEE vol.60 no.7 pp , July 1941 [31]William A. Chisholm, New challenges in lightning impulse flashover modeling of air gaps and insulators, IEEE electrical insulation magazine, 2010 [32]EPRI AC transmission line reference book, 200kV and above (red book), 3rd ed., product , Palo Alto, CA:EPRI, 2005 [33]William A. Chisholm, John G. Anderson, Andrew Phillips, John Chan, Lightning performance of compact lines, X international symposium of lightning protection, November 2009, Curitiba, Brazil [34]A.R. Hileman, insulation coordination for power systems, Boca Raton, FL:CRC/Taylor and Francis, 1999 [35]R.J. Cabral, D.S. Gazzana, R.C. Leborgne, A.S. Bretas, G.A.D. Dias and M.Tello, Evaluation of the wire guard arrangements in overhead distribution feeders against lightning., department of electrical engineering, Federal university of Rio Grande Do Sul 83

84 [36]Carl Henk Bredenoord, Simulation Study of Lightning Fault Waveforms Influenced by the Arc Quenching Properties of Wooden Distribution Line Poles [37]Michael A. Omidiora, MattiLehtonen, Petri Hyvonen, Modeling and analysis of the lightning performance of air distribution cables, Aallo university, School of electrical engineering, Finland, April 2012 [38] I.M. Dudurych, T.J. Gallagher, J. Corbett and M. Val Escudero, EMTP analysis of the lightning performance of a HV transmission line, IEE Proceedings Generation Transmission and Distribution, Vol. 150, No.4, [39]Pantelis N. Mikropoulos, Zacharias G. Datsios, Thomas E. Tsovilis, Insulator string flashover modeling with the aid of an ATPDraw object, Aristotle University of Thessaloniki, 2011 [40]L. Dubé, MODELS in ATP, language manual, Feb [41]L. Dubé, Users guide to MODELS in ATP, Apr [42]Canadian-American EMTP Users Group, ATP Rule Book, [43]T. Shindo, and T. Suzuki, A new calculation method of breakdown voltage-time characteristics of long air gaps, IEEE Trans. Power App. Syst., vol. PAS-104, no. 6, pp , Jun [44]A. Pigini, G. Rizzi, E. Garbagnati, A. Porrino, G. Baldo, and G. Pesavento, Performance of large air gaps under lightning overvoltages: Experimental study and analysis of accuracy of predetermination methods, IEEE Trans. Power Del., vol. 4, no. 2, pp , Apr [45]H. Motoyama, Experimental study and analysis of breakdown characteristics of long air gaps with short tail lightning impulse, IEEE Trans. Power Del., vol. 11, no. 2, pp , Apr [46]T. Mozumi, Y. Baba, M. Ishii, N. Nagaoka, and A. Ametani, Numerical electromagnetic field analysis of archorn voltages during back-flashover on a 500-kV twin-circuit line, IEEE Trans. Power Del., vol. 18, no. 1, pp , Jan [47]ΔΕΗ, Tυποποιημένες κατασκευές διανομής, τόμος 2, 3 η έκδοση, Ιανουάριος 1984 [48]ΔΕΗ, τεχνική προδιαγραφή Εμποτισμένοι ξύλινοι στύλοι, ξυλοδοκοί αγκυρώσεως και ξύλινοι πάσσαλοι ενισχύσεως, Νοέμβριος 1981 [49]ΔΕΗ, τεχνική προδιαγραφή ΔΔ-329, Νοέμβριος

85 Κεφάλαιο 7 Παράρτημα Σχήμα Π-1 Τοποθέτηση επίτονου σε ξύλινο στύλο [47] 85

86 Σχήμα Π-2 Τοποθέτηση επίτονου μέσης τάσης σε ξύλινο στύλο [47] 86

87 Σχήμα Π-3 Υπόμνημα χρησιμοποιούμενων εξαρτημάτων για την τοποθέτηση επίτονου σε ξύλινο στύλο [47] 87

88 Σχήμα Π-4 Υπόμνημα χρησιμοποιούμενων εξαρτημάτων για τις αγκυρώσεις επίτονων [47] 88

89 Σχήμα Π-5 Αγκυρώσεις επίτονων [47] 89

90 Σχήμα Π-6 Υπόμνημα χρησιμοποιούμενων εξαρτημάτων στο σύστημα μονωτήρων επιτόνου [49] Σχήμα Π-7 Σύστημα μονωτήρων επιτόνου για γραμμές μέσης τάσης [49] 90

91 Σχήμα Π-8 Τυποποιημένες ελάχιστες διαστάσεις στύλων [48] Σχήμα Π-9 Τυποποιημένες διαστάσεις δοκών αγκυρώσεως [48] Σχήμα Π-10 Τυποποιημένες διαστάσεις πασσάλων ενισχύσεως [48] 91

92 92

93 Σχήμα Π-11 Είδη και προέλευση ξυλείας για στύλους, πασσάλους ενισχύσεως και δοκούς αγκυρώσεως [48] Σχήμα Π-12 Απαγορευμένα ελαττώματα στύλων. Τα παραπάνω ελαττώματα καθιστούν την χρήση του υπό συζήτηση στύλου απαγορευτική. Ισχύουν και για πασσάλους ενισχύσεως και δοκούς αγκυρώσεως [48] 93

94 Σχήμα Π-13 Περιορισμένα ελαττώματα στύλων. Τα παραπάνω ελαττώματα εφόσον δεν ξεπερνούν τα καθορισμένα όρια δεν αποτελούν αιτία απόρριψης του υπό συζήτηση στύλου. Ισχύουν και για πασσάλους ενισχύσεως και δοκούς αγκυρώσεως [48] Σχήμα Π-14 Οδηγίες υλοτόμησης, αποφλοίωσης και καθαρισμού των εν δυνάμει στύλων [48] 94

95 Σχήμα Π-15 Οδηγίες αποξήρανσης στύλων [48] Σχήμα Π-16 Περιορισμοί περιεκτικότητας υγρασίας του στύλου και προτεινόμενη μέθοδος υπολογισμού αυτής [48] 95

96 Σχήμα Π-17 Οδηγίες εμποτισμού ξύλων που προορίζονται για κατασκευή στύλου [48] 96

97 Σχήμα Π-18 Συντηρητικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στους στύλους [48] 97