Διπλωματική Εργασία του Φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διπλωματική Εργασία του Φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΠΑΠΑΧΡΗΣΤΟΣ ΒΑΣΙΛEIOΣ ΤΟΥ ΓΕΩΡΓΙΟΥ Αριθμός Μητρώου: 7456 Θέμα: «ΜΕΛΕΤΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΣΤΙΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΑΡΤΑΣ» Επιβλέπουσα: ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΠΥΡΓΙΩΤΗ Επίκουρη Καθηγήτρια Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας:.. Πάτρα Οκτώβριος 2015

2 2

3 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: «ΜΕΛΕΤΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΣΤΙΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΑΡΤΑΣ» του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΠΑΠΑΧΡΗΣΤΟ ΒΑΣΙΛΕΙΟ ΤΟΥ ΓΕΩΡΓΙΟΥ Αριθμός Μητρώου: 7456 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάσθηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις / /. Η επιβλέπουσα: Ο Διευθυντής του Τομέα: Ελευθερία Πυργιώτη Επίκουρη Καθηγήτρια Αντώνιος Αλεξανδρίδης Καθηγητής 3

4 4

5 Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω την καθηγήτρια μου, κ. Ελευθερία Πυργιώτη για την βοήθειά της, στη διπλωματική εργασία. 5

6 6

7 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Τίτλος: «ΜΕΛΕΤΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΣΤΙΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΑΡΤΑΣ» Φοιτητής: Παπαχρήστος Βασίλειος Επιβλέπουσα: Πυργιώτη Ελευθερία ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και η καταγραφή των σφαλμάτων που έχουν προκληθεί από ποικίλες αιτίες στις Γραμμές Μέσης Τάσης Ηλεκτρικής Ενέργειας και πιο συγκεκριμένα στο εναέριο δίκτυο αυτού. Για την κατανόηση όμως που οι εν λόγω αιτίες οδήγησαν σε σφάλματα, αλλά και για να έχουμε μια πιο πλήρη εικόνα επί του αντικειμένου, έπρεπε αρχικά να γίνει μια συνοπτική παρουσίαση ενός τυπικού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, εξειδικεύοντας στην περιοχή που γίνεται η μελέτη στα παρακάτω κεφάλαια. Στο δεύτερο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας, αναφέρεται η οδηγία της ΙΕΕΕ για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Σκοπός της είναι να παρουσιάσει λύσεις για τη μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές διανομής. Το τρίτο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας εστιάζεται αναλυτικά στα καταγεγραμμένα σφάλματα που προκλήθηκαν στις γραμμές μέσης τάσης το έτος Η μελέτη γίνεται στη γραμμή μέσης τάσης με αφετηρία τον υποσταθμό Αράχθου Άρτας, γραμμή R-25 Άρτας-Πηγών. Το πραγματικό μήκος της συγκεκριμένης γραμμής υπολογίστηκε από τα μονογραμμικά σχέδια που μας παρείχε η ΔΕΔΔΗΕ. Επομένως, χρησιμοποιώντας την μεθοδολογία της ΙΕΕΕ οδηγίας, υπολογίζεται η θεωρητική τιμή των κεραυνικών σφαλμάτων. Έπειτα τα καταγεγραμμένα σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα, συλλέχτηκαν και κατηγοριοποιήθηκαν από την βάση δεδομένων της ΔΕΔΔΗΕ για την χρονική περίοδο 1/1/2011 έως 31/12/2011, παρέχοντας την πραγματική τιμή των κεραυνικών σφαλμάτων. Στο τελευταίο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα καθώς και μια λεπτομερής σύγκριση θεωρητικών και πραγματικών δεδομένων με διαγράμματα, κατηγοριοποιώντας τα σφάλματα ανά χρόνο και ανά μήνα για το έτος

8 8

9 SUMMARY The purpose of this diploma thesis is to study and record errors, caused by a variety of causes on Lines MV Electricity and more specifically its network overhead. However, in order to understand how these causes lead to errors, and to have a more complete picture on the object, there had to initially be an overview of a typical power system, specific to the region where the study has been done. The second chapter of this diploma thesis, regards the IEEE s behavior overhead electricity distribution lines, by lightning. It s purpose is to present solutions to reduce short circuits caused by lightning on overhead distribution lines. The third chapter of the thesis focuses in detail in the recorded errors caused in medium voltage lines in The study focuses on the medium voltage line starting from the substation Arachthos Arta, line R-25 Arta-Piges. The actual length of the line was calculated from the monorail projects provided by the DEDDHE. Therefore, using the methodology of the IEEE Directive, the theoretical value of the lightning bug is calculated. Then the recorded faults from lightning strikes, are collected and categorized by the DEDDHE database for the period 1/1/2011 to 31/12/2011, providing the real value of the lightning bug. The last chapter lists the conclusions and a detailed comparison of theoretical and real data with charts, categorizing errors per year and per month for the year

10 10

11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ιστορική Αναδρομή Γενικά Σταθμοί Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας Υδροηλεκτρικός Σταθμός Πουρναρίου Ι και ΙΙ Δίκτυα Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας Δίκτυα Διανομή Ηλεκτρικής Ενέργειας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : ΙΕΕΕ ΟΔΗΓΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΕΡΑΥΝΙΚΩΝ ΠΛΗΓΜΑΤΩΝ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Γενικά Περίληψη Οδηγίας Πίνακας Ορισμών Παράμετροι κεραυνών Περίπτωση κεραυνικού πλήγματος Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του κεραυνού Κανονική λογαριθμική στατιστική κατανομή Παράμετροι των κυματομορφών Συμπεριφορά εναέριων γραμμών διανομής σε περίπτωση κεραυνού Κεραυνικά πλήγματα σε εναέριες γραμμές Βραχυκυκλώματα που προκαλούνται από επαγόμενη τάση Βραχυκυκλώματα από απευθείας κεραυνικά πλήγματα Επίπεδο μόνωσης γραμμών διανομής CFO τάση της συνδυασμένης μόνωσης Προσδιορισμός της CFO τάσης για κατασκευές με μόνωσης σειράς Πρακτικές εκτιμήσεις όταν αυξάνεται το CFO της κατασκευής Ικανότητα του ξύλου για διακοπή του τόξου Καταστροφή του ξύλου λόγω κεραυνικού πλήγματος Προστασία των γραμμών διανομής με αγωγό προστασίας (OHGW) Γωνία Προστασίας Απαιτήσεις μόνωσης Αποτελεσματικότητα γείωσης και μόνωσης Τοποθέτηση κατασκευής συστήματος διανομής Αγωγοί προστασίας και αλεξικέραυνα Προστασία γραμμών με αλεξικέραυνα Μήκος αγωγών σύνδεσης των αλεξικέραυνων Βραχυκυκλώματα από έμμεσα πλήγματα Βραχυκυκλώματα από άμεσα πλήγματα Προστασία αλεξικέραυνων άνω φάσης (άμεσο πλήγμα) Ικανότητα απορρόφησης ενέργειας του αλεξικέραυνου ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Παράδειγμα 1 : Σχέδιο ξύλινου βραχίονα 15 kv Παράδειγμα 2 : Γραμμή διανομής 35 kv με αγωγό προστασίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΣ ΚΑΙ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Εισαγωγή Θεωρητική μεθοδολογία υπολογισμού σφαλμάτων Θεωρητικός υπολογισμός της γραμμής R 25 Άρτας- Πηγών Πραγματικά δεδομένα σφαλμάτων από κεραυνό της γραμμής R

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ Συγκριτικά διαγράμματα Σχεδιαγράμματα σφαλμάτων των γραμμών διανομής ανά μήνα Παρατηρήσεις - Συμπεράσματα Προληπτικά μέτρα προστασίας ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ιστορική αναδρομή Πριν το 1800, η γνώση γύρω από τον ηλεκτρισμό περιοριζόταν κυρίως στις μελέτες των ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων. Η πρώτη ευρέος χρήση του ηλεκτρισμού άρχισε γύρω στο 1870, όταν χρησιμοποιήθηκαν οι λαμπτήρες τόξου για τη φωτισμό οικιών και οδών. Το πρώτο πλήρες ηλεκτρικό σύστημα, αποτελούμενο από γεννήτρια, καλώδιο, ασφάλεια, μετρητή και φορτία, ήταν αυτό που εγκατέστησε ο Thomas Edison στην Νέα Υόρκη, στον σταθμό της Pearl Street το Ήταν ένα σύστημα συνεχούς ρεύματος (dc), που αποτελούνταν από μία ατμομηχανή που κινούσε μία γεννήτρια συνεχούς και τροφοδοτούσε με ηλεκτρική ενέργεια 59 καταναλωτές σε μία ακτίνα 1,5km. Πολύ σύντομα, αντίστοιχα συστήματα λειτούργησαν στις περισσότερες μεγαλουπόλεις σε όλο τον κόσμο. Το τεχνικό πρόβλημα που αντιμετώπισαν αυτά τα πρώτα ηλεκτρικά συστήματα, ήταν ότι παρέμεναν ανενεργά, ή τουλάχιστον υπολειτουργούσαν, καθώς υπήρξε έλλειψη ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας. Στην πορεία όμως, με την ανακάλυψη των κινητήρων, η ηλεκτρική κινητήρια ισχύς, κατέστη γρήγορα πολύ δημοφιλής και χρησιμοποιήθηκε σε πολλές εφαρμογές, λύνοντας έτσι το πρόβλημα που προαναφέρθηκε. Παρά την ευρεία χρήση των συστημάτων συνεχούς ρεύματος, αυτά πολύ γρήγορα, αντικαταστάθηκαν πλήρως από τα συστήματα εναλλασσομένου ρεύματος (ac). Ο λόγος ήταν προφανής. Τα συστήματα συνεχούς ρεύματος δεν είχαν την δυνατότητα να μεταφέρουν ισχύ σε μεγάλες αποστάσεις, διότι για να γίνει κάτι τέτοιο, και ταυτόχρονα να κρατηθούν οι απώλειες μεταφοράς και οι πτώσεις τάσεις σε αποδεκτά επίπεδα, έπρεπε τα επίπεδα τάσεις να είναι υψηλά. Υψηλές όμως τάσεις, δεν ήταν αποδεκτές ούτε για παραγωγή, αλλά ούτε για κατανάλωση, επειδή δεν το επέτρεπε η τεχνολογία της εποχής. Η λύση του παραπάνω προβλήματος, στηρίχτηκε στην εξής εκδοχή. Θα μεταφερόταν η ισχύς σε μεγάλες αποστάσεις υπό υψηλότερη τάση, η οποία στη συνέχεια θα μειωνόταν σε χαμηλότερες τιμές στις θέσεις που θα υπήρχαν τα φορτία. 13

14 Έτσι, ανακαλύφθηκαν οι μετασχηματιστές που εξυπηρέτησαν την παραπάνω εκδοχή και στη συνέχεια αναπτύχθηκαν τα ηλεκτρικά δίκτυα εναλλασσόμενου ρεύματος και ο Nicola Tesla τα έκανε ακόμα πιο ελκυστικά με την ανάπτυξη των πολυφασικών συστημάτων. Στη συνέχεια, άρχισε η ανάπτυξη των τοπικών ηλεκτροπαραγωγών σταθμών, οι οποίοι συνδέθηκαν με τα συστήματα μεταφοράς και διανομή, για να εξυπηρετηθούν οι ανάγκες των καταναλωτών. Σύντομα, τέτοια συστήματα που είχαν αναπτυχθεί, συνδέθηκαν και μεταξύ τους για την καλύτερη εκμετάλλευση αλλά και την άμεση εξυπηρέτηση των καταναλωτών. Η αυξανόμενη ανάγκη για μεταφορά όλο και μεγαλύτερων ποσοτήτων ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, έδρασε σαν κίνητρο για την χρήση προοδευτικά όλο και υψηλότερων επιπέδων τάσης. Με την πάροδο των ετών η βιομηχανία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας εξαπλώθηκε ραγδαία αλλά συνεχίζει και σήμερα, να εξαπλώνεται Και να εκσυγχρονίζεται. 1.1 ΓΕΝΙΚΑ Τα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (Σ.Η.Ε.) είναι το σύνολο των εγκαταστάσεων (γεννήτριες, μετασχηματιστές, γραμμές μεταφοράς, διακόπτες, διατάξεις αντιστάθμισης) που χρησιμοποιούνται για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στις περιοχές κατανάλωσης. Για να φέρει σε πέρας αυτή την αποστολή, ένα ΣΗΕ διαθέτει: Τους Σταθμούς Παραγωγής, εγκατεστημένους στις πιο πρόσφορες περιοχές, όπου παράγεται η ηλεκτρική ενέργεια σε επαρκείς ποσότητες. Τα Δίκτυα Μεταφοράς, που χρησιμοποιούνται για την μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας από τους σταθμούς παραγωγής στα κέντρα κατανάλωσης. Τα Δίκτυα Διανομής (Δ.Δ.), για τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας στους επιμέρους καταναλωτές, ώστε να χρησιμοποιηθεί από αυτούς μετατρεπόμενη σε άλλες πιο εξυπηρετικές μορφές, όπως φώς, θερμότητα, κίνηση, ήχο κλπ. Οι απαιτήσεις σε παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έχουν αυξηθεί τα τελευταία χρόνια. Οι μελλοντικές απαιτήσεις αναμένονται ακόμα μεγαλύτερες, καθώς το ποσοστό κατανάλωσης της μη ηλεκτρικής ενέργειας μειώνεται προς όφελος της ηλεκτρικής ενέργειας. Παρουσιάζεται λοιπόν, φανερή η ανάγκη να γίνει πληρέστερη εκμετάλλευση των υπαρχόντων συμβατικών πηγών πρωτογενούς ενέργειας και αφετέρου να αναζητηθούν νέες πηγές για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. 14

15 1.2 ΣΤΑΘΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Το συντριπτικά μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται παγκοσμίως (περίπου το 99%), παράγεται από σταθμούς που χρησιμοποιούν συμβατικές πηγές ενέργειας (υδροηλεκτρική, ορυκτά καύσιμα, πυρηνικά καύσιμα). Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί, ανάλογα με το μέσο και τις μηχανές που χρησιμοποιούν για τον θερμοδυναμικό τους κύκλο, διακρίνονται σε ατμοηλεκτρικούς που χρησιμοποιούν ατμό, σε αεριοστροβιλικούς που χρησιμοποιούν καυσαέρια, σε συνδυασμό και των δύο (σταθμοί συνδυασμένου κύκλου) και σε ντιζελοηλεκτρικούς σταθμούς που χρησιμοποιούν εμβολοφόρους κινητήρες ντίζελ. Στην Ελλάδα πάνω από το 90% της θερμικής παραγωγής προέρχεται από ατμοηλεκτρικούς σταθμούς (ΑΗΣ). Οι αεριοστρόβιλοι χρησιμοποιούνται για ειδικές μόνο περιπτώσεις, όπως είναι η κάλυψη των αιχμών ζήτησης και σε μικρά ή απομονωμένα νησιωτικά δίκτυα. Επίσης και οι ντιζελοηλεκτρικοί σταθμοί δεν χρησιμοποιούνται στο διασυνδεμένο δίκτυο, παρά μόνο για την τροφοδότηση μικρών, απομονωμένων, αυτόνομών δικτύων που βρίσκονται κυρίως σε νησιά. Εκτός από τους θερμικούς σταθμούς, έχουμε και τους υδροηλεκτρικούς. Στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς η δυναμική ενέργεια των υδάτων μετατρέπεται σε άλλες μορφές ενέργειας με τελικό σκοπό να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια. Η ηλεκτρική ενέργεια αυτή, αποκτάται χωρίς σημαντικό λειτουργικό κόστος και χωρίς ρύπανση στο περιβάλλον. Η ανάγκη για την επιμήκυνση του χρόνου εξάντλησης των γεωλογικών καυσίμων αλλά ταυτόχρονα και για την μείωση της ρύπανσης του περιβάλλοντος, οδήγησε στην εύρεση, στην νέα έρευνα, αλλά και αξιοποίηση, εναλλακτικών μορφών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (π.χ. αέρας ήλιος, παλιρροιακά κύματα, βιομάζα, γεωθερμία). Στη χώρα μας χρησιμοποιείται μόνο η αιολική και η ηλιακή ενέργεια ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ ΠΟΥΡΝΑΡΙΟΥ Ι ΚΑΙ ΙΙ Η γραμμή R-25 που αναφέρεται στο 3 και 4 κεφάλαιο, τροφοδοτείται από τον υδροηλεκτρικό σταθμό Πουρναρίου Ι και ΙΙ. Αξίζει να αναφέρουμε κάποια πράγματα, γι αυτούς τους σταθμούς. Στον ποταμό Άραχθο, περίπου 6 km ανατολικά της Άρτας, βρίσκεται ο υδροηλεκτρικός σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Πουρναρίου Ι. Αποτελείτε από σήραγγα εκτροπής μήκους 687 m με επένδυση από σκυρόδεμα, ένα χωμάτινο φράγμα μέγιστου ύψους 87 m, μήκους στέψης 580 m και συνολικού όγκου 9 εκ. m 3, τρεις σήραγγες προσαγωγής, έναν εκχειλιστή με τρία θυροφραγματα και κεκλιμένη διώρυγα από σκυρόδεμα και έναν ημι-υπόγειο σταθμό παραγωγής εξοπλισμένο με τρεις μονάδες τύπου Francis, εγκατεστημένης ισχύος 100MW η καθεμιά, με μέση ετήσια συνολική ενέργεια 235 GWh. Το παραπάνω έργο τέθηκε σε λειτουργία το Επίσης, 2,5 km κάτω από τον υδροηλεκτρικό σταθμό Πουρναρίου Ι, βρίσκεται ο υδροηλεκτρικός σταθμός Πουρναρίου ΙΙ. Είναι ένα πιο μικρό έργο, αλλά κατασκευαστικά πιο σύγχρονο, που σκοπό είχε την αναβάθμιση του αρχικού έργου, καθώς εξοικονομείτε το νερό που περνάει από τον πρώτο υποσταθμό και οδηγείτε στον δεύτερο για νέα κατανάλωση. Ο παραπάνω υποσταθμός περιλαμβάνει, ένα χωμάτινο ανάχωμα με αργιλικό πυρήνα μέγιστου ύψους 15 m και μήκους στέψης 2 km. Επίσης 15

16 περιλαμβάνει έναν εκχειλιστή χωρίς θυροφράγματα, μέγιστης παροχετευτικότητας m 2 /sec. Ο υπαίθριος σταθμός παραγωγής είναι εξοπλισμένος με δύο μονάδες τύπου βολβού οριζόντιου άξονα, εγκατεστημένης ισχύος 16 MW καθεμιά, καθώς και μία μονάδα τύπου S εγκατεστημένης ισχύος 1,6 MW, που παράγουν μέση ετήσια συνολική ενέργεια 45 GWh. Επίσης, περιλαμβάνει έναν μικρό ταμιευτήρα επιφάνειας 0,65 km 2, και ωφέλιμης χωρητικότητας 4 εκ. m 3, ο οποίος αποθηκεύει την ημερήσια μη ρυθμιζόμενη εκροή, που την κατανέμει σε 24ωρη βάση. Το παραπάνω έργο τέθηκε σε λειτουργία στο Τα παραπάνω έργα αποτελούν μέρος του υδροηλεκτρικού συγκροτήματος Άραχθος- Αώος- Λούρος της ΔΕΗ, που συνολικά αποτελείτε από 5 υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Εικόνα 1.1 Πανοραμική άποψη που διακρίνεται στο πάνω μέρος ο ΥΗ σταθμός Πουρναρίου Ι και στο κάτω μέρος ο ΥΗ σταθμός Πουρναρίου ΙΙ [ Εικόνα 1.2 Υδροηλεκτρικός σταθμός Πουρναρίου Ι 16

17 Εικόνα 1.3 Υδροηλεκτρικός σταθμός Πουρναρίου ΙΙ 1.3 Δίκτυα Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας Ο ηλεκτρισμός μεταφέρεται σε μεγάλες αποστάσεις με μικρή απώλεια και με μεγάλη ασφάλεια. Εάν θέλουμε να αποφύγουμε την μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας, θα πρέπει να έχουμε την παραγωγή ρεύματος κοντά στις καταναλώσεις, δηλαδή μέσα στις πόλεις. Αυτό θα ήταν δυνατόν, χάρη των θερμικών σταθμών, όμως σημαντικό μειονέκτημα είναι η μεταφορά των καυσίμων. Γι αυτό οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί κατασκευάζονται κοντά στις φυσικές τους πηγές καυσίμων, τα ανθρακωρυχεία, λιγνίτη, κτλ. Για να μεταφέρουμε την ηλεκτρική ενέργεια από τους σταθμούς παραγωγής στις καταναλώσεις έχουμε εγκαταστήσει γραμμές υψηλής τάσης (στην Ελλάδα είναι 400 kv και 150 kv). Μία γραμμή μεταφοράς αποτελείτε από τους: 1. Αγωγούς της γραμμής. Συνήθως είναι απλή τριφασική, έχει τρεις αγωγούς, αλλά υπάρχουν και διπλές γραμμές με δύο τριφασικά κυκλώματα που έχουν έξι αγωγούς. Παρατηρούμε ότι για λόγους οικονομίας δεν μεταφέρετε ο ουδέτερος αγωγός. Το υλικό που κατασκευάζεται ο αγωγός είναι ο χαλκός ή το αλουμίνιο ή το αλουμίνιο ενισχυμένο με χάλυβα. Τέλος, οι αγωγοί διακρίνονται σε μονόκλωνους και σε πολύκλωνους. 2. Μετασχηματιστές, οι οποίοι διακρίνονται σε μ/σ ανύψωσης (οι οποίοι ανυψώνουν την τάση και τους τοποθετούμε στους σταθμούς παραγωγής για να μετατρέπουν το ρεύμα κατάλληλο για μεταφορά) και τους μ/σ υποβιβασμού (που τους τοποθετούμε στους υποσταθμούς διανομής για να τροφοδοτούνε τους καταναλωτές). 17

18 3. Μονωτήρες, που σκοπό έχουν να συγκρατούν τους αγωγούς και συγχρόνως να τους διατηρούν μονωμένους με τη γη. 4. Στύλους, πάνω στους οποίους στηρίζονται οι αγωγοί και οι μονωτήρες 5. Το Σύστημα Προστασίας και Ελέγχου, που προστατεύει τη γραμμή από τους κινδύνους καταστροφής. Διακρίνεται, στα σύρματα γης που τοποθετούνται στο πάνω μέρος των πυλώνων και γειώνουν τον κάθε στύλο, στα αλεξικέραυνα, στους αυτόματους διακόπτες που προστατεύουν τη γραμμή από τα βραχυκυκλώματα και στα διάφορα ρελαί. Παρακάτω απεικονίζονται κάποιοι πυλώνες, από γραμμές μεταφοράς της περιοχής που έκανα την εργασία, στην περιοχή της Άρτας. Εικόνα 1.4 Γενική διάταξη μονοφασικών γραμμών υψηλής τάσεις, που οδηγούνται στους πυλώνες γραμμών μεταφοράς, στον Υδροηλεκτρικό Σταθμό Πουρναρίου Ι Εικόνα 1.5 Στύλοι γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης στον Υδροηλεκτρικό Σταθμό Πουρναρίου Ι 18

19 Εικόνα 1.6 Πανοραμική άποψη, στην περιοχή της Άρτας. Παρατηρούμε ένα δίκτυο γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης, που αφετηρία έχει τον ΥΗ Σταθμό Πουρναρίου Ι. Εικόνα 1.7 Γραμμή μεταφοράς υψηλής τάσης στην περιοχή που γίνετε η εργασία. 19

20 1.4 Δίκτυα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας Ο σκοπός των δικτύων διανομής είναι η παραλαβή της ηλεκτρικής ενέργειας από τους υποσταθμούς μεταφοράς, στους υποσταθμούς διανομής και από εκεί να μοιραστεί στους καταναλωτές. Χωρίζεται σε δύο στάδια. Στο πρώτο έχουμε την μεταφορά από τους υποσταθμούς υψηλής τάσεις, στους υποσταθμούς χαμηλής τάσης, που πραγματοποιείται με την μέση τάση και το δεύτερο στάδιο έχουμε, την διανομή που την πραγματοποιούμε με την χαμηλή τάση. Όπως στις γραμμές μεταφοράς, έτσι και στα δίκτυα διανομής έχουμε τους στύλους, τους μετασχηματιστές, τους μονωτήρες και τα όργανα προστασίας (αυτόματους διακόπτες, ασφάλειες υψηλής τάσης που τοποθετούνται στα σημεία διακλαδώσεων και τους αποζεύκτες ώστε να μην νεκρώνεται όλο το δίκτυο από μία τοπική βλάβη, αλλά μόνο η γραμμή που διακλαδίζεται). Στους μετασχηματιστές διανομής μετασχηματίζεται η μέση τάση σε χαμηλή και οδηγείται μέσω του δικτύου χαμηλής τάσης στους καταναλωτές. Στα εναέρια δίκτυα διανομής, ο μετασχηματιστής με τα εξαρτήματά του τοποθετούνται επάνω στο στύλο. Παρακάτω, υπάρχουν φωτογραφίες (εικόνα 1.7, 1.8) που δείχνουν τη δομή του μετασχηματιστή, στην γραμμή που γίνεται η μελέτη (R-25 Άρτας- Πηγών). Παρατηρούμε, τους μονωτήρες, στη συνέχεια η γραμμή διακλαδίζεται για να τροφοδοτήσει τον μετασχηματιστή, αφού περάσει από τα αλεξικέραυνα και τους τρεις μονοπολικούς ασφαλειοδιακόπτες. Στη συνέχεια οι αγωγοί χαμηλής τάσης που εξέρχονται του μετασχηματιστή οδηγούνται σε ένα κιβώτιο που υπάρχουν ασφάλειες για την προστασία της πλευράς της χαμηλής τάσης. Μετά το κιβώτιο αυτό, η γραμμή χαμηλής τάσης οδηγείται προς τους μονωτήρες χαμηλής τάσης. Επίσης υπάρχει ο αγωγός γείωσης των αλεξικέραυνων (στην επιφάνεια του πυλώνα). Σε αυτόν ενώνεται το μεταλλικό σώμα του μετασχηματιστή, για λόγους προστασίας, καθώς επίσης ενώνεται και ο ουδέτερος των γραμμών χαμηλής τάσης. Εκτός από τους εναέριους υποσταθμούς, στην περίπτωση που η ισχύς είναι πολύ μεγάλη και ο χώρος επιτρεπτός, τοποθετούνται επίγειοι κλειστοί υποσταθμοί τύπου υπαίθρου. Και τέλος στα κέντρα των πόλεων, λόγο οικονομίας χώρου, χρησιμοποιούνται υπόγειοι υποσταθμοί. 20

21 Εικόνα 1.7 Υποσταθμός περιοχής Άνω Καλεντίνης Άρτας, γραμμής R-25 Άρτας- Πηγών. Εικόνα 1.8 Υποσταθμός περιοχής Παναγιά Άρτας, γραμμή R-25 Άρτας- Πηγών (δεν διακρίνεται στη φωτογραφία το κιβώτιο χαμηλής τάσης). Εικόνα 1.9 Δίκτυο χαμηλής τάσης γραμμής R-25 Άρτας -Πηγών 21

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΙΕΕΕ - ΟΔΗΓΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΕΡΑΥΝΙΚΩΝ ΠΛΗΓΜΑΤΩΝ ΣΕ ΕΝΑΕΡΙΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΕΝΙΚΑ Οι κεραυνοί σχετίζονται απόλυτα με τα καιρικά φαινόμενα, επομένως σε πολλές περιοχές οι καταιγίδες είναι ο κύριος λόγος εμφάνισης τους. Ο κεραυνός είναι ένα φυσικό φαινόμενο που δημιουργείται συνήθως κατά την διάρκεια καταιγίδων που προκαλεί βίαιες μετακινήσεις φορτίων μέσα στο δίκτυο υπό την μορφή ρεύματος Ι, πολλών kv. Οποιαδήποτε ηλεκτρική εκκένωση που συμβαίνει στην ατμόσφαιρα και οφείλεται σε καιρικά φαινόμενα ονομάζεται κεραυνός. Δημιουργείται συνήθως κατά την διάρκεια καταιγίδων από ηλεκτροστατικές εκκενώσεις που παράγουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Υπάρχουν τρία βασικά είδη δημιουργίας κεραυνών, από το σύννεφο στη γη, από σύννεφο σε σύννεφο και μεταξύ σύννεφων με την πρώτη κατηγορία να είναι η πιο συνηθισμένη μέθοδος που προκαλεί υπερτάσεις σε εναέριο γραμμές διανομής. Ο κεραυνός ξεκινά από σημεία υψηλής πεδιακής έντασης. Δύο ετερόσημα φορτία μέσα στο ίδιο σύννεφο ή δύο γειτονικά σύννεφα δημιουργούν στο διάστημα που παρεμβάλλεται μεταξύ τους υψηλές πεδιακές εντάσεις που μπορούν να προκαλέσουν μια εκκένωση εσωτερική του νέφους, ή ανάμεσα σε δύο σύννεφα. Συγκέντρωση φορτίου ενός προσήμου σε μία θέση του νέφους και το φορτίο αντίθετου προσήμου, που επάγεται εξαιτίας του, στο έδαφος, δημιουργούν ανάμεσα στο νέφος και το έδαφος μια ζώνη αυξημένων πεδιακών εντάσεων. Οι υψηλότερες εντάσεις μέσα στη ζώνη αυτή μπορεί να αναπτύσσονται είτε κοντά στο νέφος είτε σε περίπτωση που το έδαφος παρουσιάζει μια σημαντική προεξοχή στην πλευρά του εδάφους. 22

23 Στην πρώτη περίπτωση, η ενδεχόμενη εκκένωση που θα επακολουθήσει θα αρχίσει από το νέφος ( με έναν κατερχόμενο οχετό προεκκένωσης) ενώ στη δεύτερη από το έδαφος ( με έναν ανερχόμενο οχετό προεκκένωσης). Έτσι διακρίνονται τέσσερις περιπτώσεις έναρξης του οχετού προεκκένωσης: 1) Κατερχόμενος αρνητικός οχετός προεκκένωσης που αρχίζει από ένα αρνητικό σύννεφο. 2) Ανερχόμενος θετικός οχετός προεκκένωσης που αρχίζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικό σύννεφο. 3) Κατερχόμενος θετικός οχετός προεκκένωσης που αρχίζει από ένα θετικό σύννεφο. 4) Ανερχόμενος αρνητικός οχετός προεκκένωσης που αρχίζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικό σύννεφο. Αν ο οχετός προεκκένωσης που αναπτύσσεται με έναν από τους τέσσερεις πιο πάνω τρόπους γεφυρώσει ολόκληρο το διάκενο σύννεφο-γη, επακολουθεί ο οχετός επιστροφής και έτσι ολοκληρώνεται ένας από τους τέσσερις τύπους κεραυνού που εικονίζονται στο Σχήμα 2.1: Σχήμα 2.1: Τέσσερεις τύποι κεραυνού Από τα είδη των κεραυνών που περιγράφηκαν, ο ανερχόμενος θετικός οχετός (d) αποτελεί τον ισχυρότερο τύπο κεραυνού που συνοδεύεται από τις μεγαλύτερες εντάσεις ρεύματος που έχουν καταγραφεί. Ο κατερχόμενος θετικός οχετός (c) είναι γενικά σπάνιος. Κατά τον K.Berger οι κεραυνοί αυτοί εμφανίζονται μία μόνο φορά στο τέλος της καταιγίδας. Η πιο πάνω εικόνα των κεραυνών είναι απλοποιημένη. Στην πραγματικότητα, πριν ο οχετός προεκκένωσης συναντήσει το έδαφος (ή το νέφος) ένας αντίθετος οχετός αναπτύσσεται από την αντίθετη πλευρά που έρχεται να προϋπαντήσει τον κύριο οχετό προεκκένωσης. 23

24 2.1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΟΔΗΓΙΑΣ Οι παρακάτω οδηγίες σχεδιασμού περιέχουν πληροφορίες για την βελτίωση της συμπεριφοράς των εναέριων γραμμών διανομής έναντι των κεραυνικών πληγμάτων και χρησιμοποιείται κατά κύριο λόγο από σχεδιαστές γραμμών διανομής. Οι συγκεκριμένες οδηγίες αναγνωρίζουν ότι χρειάζεται μια σειρά από συμβιβασμούς σε κάθε σχεδιασμό γραμμών διανομής αφού δεν μπορεί να υπάρξει ένα ιδανικό σχέδιο γραμμών. Μπορεί σε κάποιες παραμέτρους όπως η τάση, η χωρητικότητα και η όδευση να οριστούν αρχικά, όμως κάποιες άλλες εξαρτώνται από την κρίση του σχεδιαστή όπως η δομή και η γεωμετρία του υλικού, η θωράκιση εάν υπάρχει, ο βαθμός μόνωσης, η γείωση και η τοποθέτηση αλεξικεραύνων. Οι οδηγίες βοηθούν τον σχεδιαστή στη βελτίωση του σχεδιασμού των γραμμών διανομής από οικονομικής πλευράς. Οι οδηγίες της ΙΕΕΕ θα προσδιορίσουν τους παράγοντες που συμβάλουν στις βλάβες των εναέριων γραμμών διανομής από κεραυνικά πλήγματα καθώς και βελτιώσεις για νέες και υπάρχουσες κατασκευές. Οι οδηγίες αυτές περιορίζονται για προστασία της μόνωσης των γραμμών διανομής για συστήματα με τάση 69 kv. Θεματικός κύκλος προστασίας του εξοπλισμού καλύπτεται από ΙΕΕΕ Std C Ο κύριος σκοπός των οδηγιών είναι η παρουσίαση εναλλακτικών λύσεων για την μείωση των υπερπηδήσεων που προκαλούνται από κεραυνικά πλήγματα στις εναέριες γραμμές. 2.2 ΠΙΝΑΚΑΣ ΟΡΙΣΜΩΝ ΑΝΑΣΤΡΟΦΟ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑ ( back flashover) : Βραχυκύκλωμα στην μόνωση λόγω του κεραυνικού πλήγματος σε σημείο ενός δικτύου ή μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης που κανονικά βρίσκεται στο δυναμικό του εδάφους ΒΑΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΜΟΝΩΣΗΣ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ ( basic impulse insulation level BIL) : Σημείο αναφοράς της αντοχής της μόνωσης από κεραυνικό πλήγμα όπου εκφράζεται από την μεγαλύτερη τιμή τάσης που αντέχει ένα δεδομένο κύμα τάσης πλήρους ώθησης ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΟΥΣΤΙΚΗ ΤΑΣΗ ΚΕΡΑΥΝΩΝ ( critical impulse flashover voltage CFO ) : Η μέγιστη τιμή της κρουστικής τάσης που υπό κανονικές συνθήκες προκαλεί βραχυκύκλωμα στο μέσο που την περιβάλει κατά 50 % των περιπτώσεων ΑΜΕΣΟ ΠΛΗΓΜΑ ( direct stroke ) : Απευθείας κεραυνικό πλήγμα σε οποιοδήποτε σημείο ενός δικτύου ή μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης ΓΡΑΜΜΕΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ( distribution line ) : Γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος όπου μέσω αυτών διανέμεται το ρεύμα από έναν υποσταθμό κύριας πηγής στους καταναλωτές, συνήθως τάσεως 34,5 kv ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑ ( flashover ) : Μια ανεπιθύμητη εκκένωση μέσω αέρα γύρω ή πάνω στην επιφάνεια μιας υγρής ή στερεάς μόνωσης, ανάμεσα σε μέρη διαφορετικής πολικότητας ή δυναμικού, παραγόμενη από την εφαρμογή της τάσης όπου το μονοπάτι που έχει καταρρεύσει γίνεται ικανοποιητικά ιονισμένο για να διατηρήσει ένα ηλεκτρικό τόξο ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΟ ΕΔΑΦΟΥΣ ( ground electrode ) : Ένας αγωγός ή μια ομάδα αγωγών σε στενή επαφή με το έδαφος για να παρέχει σύνδεση με το έδαφος. 24

25 2.2.8 ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΚΕΡΑΥΝΩΝ (ground flash density, GFD, Ng ) : Ο μέσος αριθμός των κεραυνικών πληγμάτων ανά μονάδα τόπου ανά μονάδα χρόνου σε μια συγκεκριμένη θέση ( κεραυνοί / km2 /έτος ) ΜΟΝΩΤΗΣ ΕΠΙΤΟΝΩΝ ( guy insulator ) : Ένα μονωτικό στοιχείο με εγκάρσιες σχισμές για το σκοπό της μόνωσης δύο μερών ενός επιτόνου ή για να παρέχει μονωτικό ρόλο μεταξύ της κατασκευής και του στηρίγματος, καθώς και για να παρέχει προστασία σε περίπτωση σπασμένων καλωδίων. Τα μονωτικά στοιχεία αυτά από πορσελάνη σχεδιάζονται για να πιέζονται σε περίπτωση συμπίεσης αλλά ξύλινοι μονωτές εξοπλισμένοι με κατάλληλο υλικό χρησιμοποιούνται πιο συχνά σε περιπτώσεις πίεσης ΕΠΙΤΟΝΟ ( guy wire ) :Ένα απομονωμένο καλώδιο που χρησιμοποιείται για στήριξη ημι-ελαστικής έντασης ανάμεση στο πόλο ή την κατασκευή και την ράβδο στήριξης ή μεταξύ κατασκευών ΕΜΜΕΣΟ ΠΛΗΓΜΑ ( indirect stroke ) : Ένα κεραυνικό πλήγμα που δεν χτυπά απευθείας κάποιο σημείο που δικτύου αλλά προκαλεί υπέρταση σε αυτό ΕΠΑΓΟΜΕΝΗ ΤΑΣΗ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ ( induced voltage from lighting strokes ) : Η τάση που προκαλείται σε ένα δίκτυο ή μια ηλεκτρική εγκατάσταση από ένα έμμεσο πλήγμα ΠΡΩΤΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ ( lightning first stroke ) : Η πρώτη εκφόρτιση κεραυνού στο έδαφος όταν η αιχμή από το κάθετο μονοπάτι συναντά το μονοπάτι ανόδου από το έδαφος ΑΚΟΛΟΥΘΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ ( lightning subsequent stroke ) : Μια εκφόρτιση κεραυνού που ακολουθεί την πορεία απο το πρώτο πλήγμα ΚΕΡΑΥΝΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ ( lightning flash ) : Η πλήρης εκφόρτιση κεραυνού που κατά κύριο λόγο δημιουργείται από αγωγούς ενός σύννεφου ακολουθούμενοι από ένα ή περισσότερα πλήγματα επιστροφής ΣΦΑΛΜΑ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ ( lightning outage ) : Μια διακοπή ρεύματος λόγω του κεραυνικού πλήγματος που οδηγεί σε βλάβη στο σύστημα με αποτέλεσμα να είναι αναγκαία η λειτουργία μιας συσκευής διακοπής για την επιδιόρθωση της βλάβης ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΓΡΑΜΜΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ ( line lightning performance ) : Η απόδοση μιας γραμμής που εκφράζεται ως ο ετήσιος αριθμός των βραχυκυκλωμάτων από κεραυνικά πλήγματα σε μια βάση κυκλώματος μιλίου ή πύργου γραμμών μιλίου ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟ/ΑΠΑΓΩΓΕΑΣ ΥΠΕΡΤΑΣΕΩΝ ΑΠΟ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΟΞΕΙΔΙΑ (metal-oxide surge arrester MOSA ) : Ένας απαγωγέας υπερτάσεων που χρησιμοποιεί βαλβίδες από μεταλλικά οξείδια μη γραμμικής αντίστασης ΕΝΑΕΡΙΟΣ ΑΓΩΓΟΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ( overhead ground wire OHGW ) : Ένα ή περισσότερα γειωμένα καλώδια τοποθετημένα πάνω από τους αγωγούς φάσης με κύριο σκοπό την διακοπή των άμεσων πληγμάτων για την προστασία των αγωγών φάσεως από αυτά. Μπορεί να γειώνονται άμεσα ή έμμεσα μέσω μικρών διακένων ΓΩΝΙΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ( shielding angle ) : Η γωνία που βρίσκεται ανάμεσα στην κατακόρυφη γραμμή μέσω του εναέριου αγωγού εδάφους και μιας γραμμής συνδεδεμένη σε αυτόν με το προστατευτικό αγωγό ΑΓΩΓΟΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ( shield wire ) : Γειωμένα καλώδια τοποθετημένα κοντά στους αγωγούς φάσεων με σκοπό να προστατεύσουν τους αγωγούς φάσεως από άμεσα κευρανικά πλήγματα, να μειώσουν την επαγόμενη τάση που δημιουργείται από τα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία, να μειώσουν την κυματική αντίσταση ενός συστήματος OHGW και να αυξήσουν την αμοιβαία κυματική αντίσταση ενός συστήματος OHGW στους προστατευμένους αγωγούς 25

26 φάσης. Η συνδεσμολογία τους μπορεί να είναι έμμεσα μέσω μικρών ανοιγμάτων είτε ηλεκτρικά συνδεδεμένοι απευθείας στην κατασκευή ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟ ΔΙΑΚΕΝΟ ( spark gap ) : Οποιοδήποτε διάστημα αέρα ανάμεσα σε δύο αγωγούς που είναι ηλεκτρικά μονωμένοι μεταξύ τους ή ηλεκτρικά συνδεδεμένοι από απόσταση ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟ ( surge arrester ) : Μια προστατευτική διάταξη για τον περιορισμό των υπερτάσεων στον εξοπλισμό. Αυτό επιτυγχάνεται εκτρέποντας το ρεύμα και διατηρώντας την συσκευή στην αρχική της κατάσταση. 2.3 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΚΕΡΑΥΝΩΝ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟΥ ΠΛΗΓΜΑΤΟΣ Η ένδειξη δραστηριότητας κεραυνών στις περισσότερες περιοχές του κόσμου μπορεί να υπολογιστεί από κεραυνικά δεδομένα (ημέρες καταιγίδων με κεραυνούς ανά έτος) που μπορούμε να παρατηρήσουμε στο Σχήμα 2.2. Το κεραυνικό επίπεδο είναι μια ένδειξη από τοπικές δραστηριότητες κεραυνών που βασίζεται στις μέσες τιμές των ποσοτήτων, οι οποίες πηγάζουν από διαθέσιμες εδαφικές παρατηρήσεις. Για μια πιο ακριβής απεικόνιση των δραστηριοτήτων των κεραυνών, μπορεί να συλλεχτεί από χάρτες που απεικονίζουν την πυκνότητα πληγμάτων κεραυνών στο έδαφος (GFD), όπου τα δεδομένα πηγάζουν από το δίκτυο εντοπισμού των κεραυνών. Δίκτυα μέτρησης και συστήματα εντοπισμού κεραυνών έχουν εγκατασταθεί σε διάφορα σημεία του κόσμου για μια ολοκληρωμένη συλλογή πληροφοριών και για την αναβάθμιση των GFD χαρτών οι οποίοι παρέχουν ακρίβεια και λεπτομέρεια στο μεγάλο βαθμό. Μερικά στοιχεία που μας παρέχουν οι GFD χάρτες είναι η συχνότητα και ο αριθμός των κεραυνών, η ώρα, η τοποθεσία, η ημερομηνία, η πολικότητα και η εκτίμηση του ρεύματος του μεγίστου κεραυνικού πλήγματος. Επιπροσθέτως οι συγκεκριμένοι χάρτες χρησιμοποιούνται για τον σχεδιασμό γραμμών διανομής, για τον υπολογισμό βραχυκυκλωμάτων από κεραυνικά πλήγματα καθώς και για πολλές άλλες αναλύσεις. Η αξιοπιστία μιας γραμμής διανομής εξαρτάται από την έκθεση της στον κεραυνό η οποία για να μπορέσει να προσδιοριστεί, ο μελετητής γραμμών διανομής θα πρέπει να γνωρίζει τον ετήσιο αριθμό κεραυνών ανά μονάδα περιοχής ανά μονάδα χρόνου. 26

27 α) β) Σχήμα 2.2 : α) Παγκόσμιος Ισοκεραυνικός Χάρτης [IEEE Std ]. β) Ισοκεραυνικός χάρτης Ελλάδας Σχήμα 2.3 : Χάρτης GFD κεντρικής Ευρώπης[ 27

28 Οι συγκεκριμένοι χάρτες δημιουργούνται από δίκτυα όπως NLDN που παρέχουν χάρτες GFD με μεγαλύτερη ακρίβεια και λεπτομέρειες σε σύγκριση με οτιδήποτε άλλο. Τα συστήματα περιοχών παρέχουν πολλές σημαντικές παραμέτρους εκτός των κεραυνικών δεδομένων όπως ημερομηνία, ώρα, τοποθεσία, αριθμός πληγμάτων, μέγιστο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και εκτίμηση του μεγίστου του ρεύματος από το κεραυνικό πλήγμα. Το GFD μπορεί να υπολογιστεί από το κεραυνικό επίπεδο: Ng = 0,04 T d 1.25 [κεραυνοί/km 2 /έτος] [1] Όπου, Τ d = αριθμός των ημερών με κεραυνούς ανά χρόνο ΧΩΡΑ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΗ ΕΚΦΡΑΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ 1.12 ΜΕΞΙΚΟ * T d 1.12 ΒΡΑΖΙΛΙΑ * T d 1.56 ΚΟΛΟΜΒΙΑ * T d Πίνακας 2.1: Διαφορετικές εκφράσεις συνάρτησης λόγω τροπικών κλιμάτων σε συγκεκριμένες περιοχές [ Torres et al. ] Μια εναλλακτική μέθοδος υπολογισμού για το GFD είναι από τα αρχεία ωρών καταιγίδας: N g = 0,04 T h 1.1 [2] Επίσης ένας άλλος τρόπος υπολογισμού για το GFD είναι απευθείας από τα στοιχεία των δικτύων εντοπισμού των κεραυνών ή καταγραφείς κεραυνών. Εάν υπάρχουν δεδομένα πολλών ετών, αυτός ο τρόπος έχει το πλεονέκτημα και την ιδιαιτερότητα να αναγνωρίσει διαφοροποιήσεις τοπικά. Σε περιοχές που δεν υπάρχουν δίκτυα εντοπισμού των κεραυνών ή καταγραφείς κεραυνών, η προτεινόμενη εκτίμηση της πυκνότητας των κεραυνών είναι: Όπου, Ng=Nt / 3 [3] Ν t= Ολική πυκνότητα κεραυνών ανά km 2 ανά χρόνο από τον χάρτη Σχήματος 2.2 Κάθε χρόνο υπάρχει διαφοροποίηση των ποσοστών των κεραυνών και των διακοπών ρεύματος σε σύγκριση με άλλα έτη. Η σταθερή απόκλιση για ετήσιες μετρήσεις δραστηριοτήτων κεραυνών βρίσκεται μεταξύ 20% και 50% από το μέσο όρο. Συγκεκριμένα ένας υπολογισμός GFD για μια μικρή περιοχή, 10 x 10 km, έχει μεγαλύτερη σταθερή απόκλιση μεταξύ 30% και 50% από το μέσο όρο ενώ μεγαλύτερες περιοχές,500 x 500 km, έχουν μικρότερη απόκλιση (20%-25%). Σε περιοχές με χαμηλά επίπεδα κεραυνικής δραστηριότητας, η σταθερή απόκλιση είναι μεγαλύτερη. 28

29 Επομένως, χρειάζονται δεδομένα πολλών ετών για γίνει ένας ακριβής υπολογισμός του μέσου όρου. Συγκεκριμένα χρησιμοποιούνται δεδομένα για κεραυνούς στο έδαφος μιας μεμονωμένης περιοχής καθώς και για το υπολογισμό των ποσοστών διακοπών από κεραυνούς σε μια γραμμή διανομής από τα στοιχεία διακοπής λειτουργίας. 2.4 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΚΕΡΑΥΝΟΥ ΚΑΝΟΝΙΚΗ-ΛΟΓΑΡΙΘΜΙΚΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ Στο Σχήμα 2.3 παρουσιάζονται περιληπτικά οι παράμετροι κεραυνών για τα πρώτα πλήγματα και η διαφοροποίηση του ρεύματος κορυφής ενός κεραυνού Ι 0 μπορεί να προσεγγιστεί από μια λογαριθμική-κανονική κατανομή. Η συνάρτηση που αντιπροσωπεύει την συγκεκριμένη κατανομή για οποιαδήποτε παράμετρο x είναι: f(x)=1/(β*x* 2 π)exp( z2 2 ) [4] z = ln( x M ) β Όπου, f(x) = πυκνότητα πιθανότητας Μ = η μέση τιμή του x β = κανονική λογαριθμική απόκλιση Οι κεραυνοί αποτελούνται από το πρώτο πλήγμα αλλά μπορεί να επακολουθούν και άλλα πλήγματα, με το ίδιο «μονοπάτι» καταλήγοντας στο ίδιο μέρος πάνω στην γραμμή. Τα πρώτα πλήγματα έχουν την μέγιστη τιμή ρεύματος ενώ τα πλήγματα που επακολουθούν έχουν πιο γρήγορο ρυθμό ανύψωσης ρεύματος όπως φαίνεται και από το σχήμα. 29

30 Σχήμα 2.4 : Πίνακας CIGRE Working Group 33.01, παράμετροι του ρεύματος του κεραυνού [IEEE Std ]. Για να υπολογίσουμε με ένα απλό τρόπο την πιθανολογική κατανομή των κορυφαίων τιμών ρεύματος χρησιμοποιούμε την παρακάτω συνάρτηση [Αnderson] που μας δίνει την πιθανότητα το μέγιστο ρεύμα του κεραυνού Ι Ο να είναι ίσο ή μεγαλύτερο από μια συγκεκριμένη τιμή i 0 [ka]: P(I 0 i 0 ) = 1 [5] 1+( i 0 ) Όπου, P(I 0 i 0 ): η πιθανότητα ότι το πρώτο πλήγμα που επιστρέφει να έχει μέγιστη τιμή ρεύματος I 0 που υπερβαίνει i 0. i 0 : η μέγιστη τιμή ρεύματος του πρώτου πλήγματος που επιστρέφει. Όταν η μέση μέγιστη τιμή ρεύματος του πρώτου πλήγματος από το Σχήμα 2.4, 31.1 ka, χρησιμοποιηθεί για i 0 στην εξίσωση [5], τότε η πιθανότητα της μέγιστης τιμής ρεύματος του κεραυνού I 0 που υπερβαίνει το μέσο είναι περίπου 0.5. Η εξίσωση [5] εφαρμόζεται για τιμές I 0 μικρότερες των 200kA [Borghetti et al.]. Η διανομή της μέγιστη τιμής των επακόλουθων πληγμάτων υπολογίζεται από [ΙΕΕΕ Std ]: P(I 0 i 0 ) = 1 [6] 1+( i 0 12 )2.7 Όταν η μέση μέγιστη τιμή ρεύματος των επακόλουθων πληγμάτων από το Σχήμα 2.4, 12.3 ka, χρησιμοποιηθεί για i 0 στην εξίσωση [6], τότε η πιθανότητα της μέγιστης τιμής ρεύματος του κεραυνού I 0 που υπερβαίνει το μέσο είναι περίπου 0.5. Γενικά όλα τα σφάλματα στην προστασία καταλήγουν σε βραχυκυκλώματα στην μόνωση ανεξαρτήτως του χαμηλού επιπέδου της μέγιστης τιμής ρεύματος ή της απόστασης του πλήγματος. 30

31 2.4.2 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΟΜΟΡΦΩΝ Τα άμεσα πλήγματα σε απροστάτευτους αγωγούς δημιουργούν υπερτάσεις που έχουν την ίδια κυματομορφή με το ρεύμα του πλήγματος. Το Σχήμα 2.5 περιγράφει μια τυπική κυματομορφή του ρεύματος του κεραυνού χρησιμοποιώντας κιόλας τις παραμέτρους στην παρακάτω λίστα. Σχήμα 2.5 : Περιγραφή των παραμέτρων των κεραυνών σε κυματική μορφή [IEEE Std ]. Από μια πιο απλή προσέγγιση, οι υπερτάσεις των κοντινών πληγμάτων συνδυάζονται επαγωγικά στην κυματομορφή του ρεύματος που σημαίνει ότι το μέγιστο μέγεθος των υπερτάσεων εξαρτάται από την μέγιστη κλίση Sm. Επίσης η διάρκεια των υπερτάσεων εξαρτάται από το T ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΝΑΕΡΙΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΣΕ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΚΕΡΑΥΝΟΥ Ένα κεραυνικό πλήγμα μπορεί να προκαλέσει διακοπές ρεύματος σε γραμμές διανομής. Τα βραχυκυκλώματα αυτά δημιουργούνται από άμεσα πλήγματα και από μεταβολές τάσεως από κοντινά πλήγματα. Τα άμεσα πλήγματα σε γραμμές διανομής ενέργειας προκαλούν απευθείας βραχυκύκλωμα στις μονώσεις στις περισσότερες των περιπτώσεων. Βεβαίως μετά από παρατηρήσεις πολλές από τις διακοπές λειτουργίας σχετίζονται σε έμμεσο κεραυνικό πλήγμα. Κατά την διάρκεια εκκένωσης κεραυνού οι περισσότερες τάσεις που δημιουργούνται στην γραμμή διανομής και καταλήγουν σε κοντινή απόσταση είναι μικρότερες από 300 kv. Σημαντικό ρόλο παίζουν και το ύψος και η απόσταση των προστατευτικών αντικειμένων γύρω από τις γραμμές διανομής, αφού οι κεραυνοί συγκεντρώνονται στα υψηλότερα σημεία ΚΕΥΡΑΝΙΚΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ ΣΕ ΕΝΑΕΡΙΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ Η αξιοπιστία μια γραμμής διανομής εξαρτάται από τον κεραυνό ειδικότερα εάν οι πόλοι της είναι σε υψηλότερα σημεία από την περιβάλλουσα τοποθεσία. Από 31

32 την παρακάτω εξίσωση [Eriksson] υπολογίζεται το ποσοστό των κεραυνών Ν που πλήττουν μια ανοιχτή περιοχή : N = N g ( 28 h0.6 +b ) [7] 10 Όπου, h = ύψος του πόλου,m b= το πλάτος της κατασκευής,m (για τις περισσότερες γραμμές διανομής είναι αμελητέο) Ng = πυκνότητα των κεραυνών, κεραυνοί/km 2 /έτος Ν = κεραυνοί/100km/έτος Εάν το ύψος του στύλου αυξηθεί κατά 20%, τότε το ποσοστό των κεραυνών στις εναέρια γραμμή διανομής θα αυξηθεί κατά 12%. Η έκθεση της γραμμής διανομής στο κεραυνικό πλήγμα εξαρτάται από το πόσο προεξέχουν οι κατασκευές πάνω από την γύρω περιοχή. Τα φυσικά στοιχεία όπως τα βουνά, δέντρα δρουν σαν προστασία από πλήγματα από κεραυνούς για τις γραμμές διανομής. Επομένως ο παράγοντας προστασίας Sf, ορίζεται ως το τμήμα ανά μονάδα των γραμμών διανομής που προστατεύεται από κοντινά στοιχεία. Ο αριθμός των κεραυνικών πληγμάτων είναι : N s = N(1 S f ) [8] Όπου, Νs = αριθμός των κεραυνών που συλλέγεται από μια προστατευμένη γραμμή (κεραυνοί/100 km/έτος) Ν= ποσοστό κεραυνών σε μια γραμμή σε ανοιχτό έδαφος (κεραυνοί/100 km/έτος) S f= παράγοντας προστασίας του περιβάλλοντος Ένας παράγοντας θωράκισης, 0.0, σημαίνει ότι η γραμμή διανομής είναι σε ανοιχτό χώρο χωρίς προστασία από κοντινές κατασκευές, ενώ ο παράγοντας θωράκισης, 1.0, σημαίνει ότι η γραμμή διανομής είναι πλήρως καλυμμένη από έμμεσα πλήγματα κεραυνών. Το Σχήμα 2.6 παρουσιάζει ένα τρόπο υπολογισμού του παράγοντα θωράκισης για μια γραμμή διανομής ύψους 10m,όπου υποθέτουμε ότι τα αντικείμενα βρίσκονται μια ευθεία παράλληλη προς την γραμμή διανομής (μια σειρά από δέντρα ή κτιρίων). 32

33 Σχήμα 2.6 : Παράγοντες θωράκισης λόγω κοντινών αντικειμένων σε διαφορετικά ύψη για γραμμή διανομής 10 m. Το συγκεκριμένο σχήμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τις δυο πλευρές της γραμμής διανομής, εφόσον ο παράγοντας θωράκισης από δεξιά και αριστερά προστεθούν. Παραδείγματος χάρη, έστω μια γραμμή διανομής 10 m με μια σειρά από κτίρια ύψους 7.5m, 30m από την αριστερή πλευρά της γραμμής διανομής( SfLEFT = 0.23 ) και μια σειρά από κτίρια ύψους 15m, 40m από την δεξιά πλευρά της γραμμής διανομής( SfRIGHT = 0.4 ). Η πυκνότητα κεραυνών, GFD, είναι 1 κεραυνός/km 2 /έτος και χρησιμοποιώντας την Εξίσωση [7],ο αριθμός άμεσων πληγμάτων στην εναέρια γραμμή διανομής σε ανοιχτό έδαφος είναι κεραυνοί/100 km/έτος. Ο αριθμός των έμμεσων κεραυνικών πληγμάτων δεδομένου των προηγούμενων στοιχείων θα μειωνόταν σε : N s = N[1 (S fleft + S fright )]= (11.15κεραυνοί/100km/έτος)*[1-(0,23+0,4)]= [9] 4,12 κεραυνοί/100 km/έτος Όλα τα απευθείας κεραυνικά πλήγματα θα προκαλέσουν βραχυκυκλώματα στην γραμμή ανεξαρτήτως του επιπέδου μόνωσης ή διαστήματος αγωγών εκτός εάν η μόνωση της γραμμής διανομής προστατεύεται από αγωγό προστασίας ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΟΚΑΛΟΥΝΤΑΙ ΑΠΟ ΕΠΑΓΟΜΕΝΗ ΤΑΣΗ Η θεωρία του Rusck εξηγεί ότι η μέγιστη τάση που προκαλείται σε μια γραμμή μεταφοράς ενέργειας στο πιο κοντινό σημείο του πλήγματος πάνω στην γραμμή υπολογίζεται από : V max = I 0 h a y [10] Όπου, Ι 0 = μέγιστη τιμή ρεύματος του κεραυνού 33

34 h a = μέσο ύψος της γραμμής πάνω από το επίπεδο του εδάφους y = η πιο κοντινή απόσταση ανάμεσα στο κεραυνικό πλήγμα και την γραμμή Η παραπάνω εξίσωση χρησιμοποιείται για ένα απείρως μακρύ, μονό αγωγό πάνω από ένα τέλεια αγώγιμο έδαφος. Ένας εναέριος αγωγός προστασίας ή ένας γειωμένος ουδέτερος αγωγός θα μειώσει την τάση στην μόνωση έως ένα σημείο που εξαρτάται από την γείωση και την απόσταση του γειωμένου αγωγού από τους αγωγούς φάσης ( ). Όταν τα επίπεδα της μόνωσης βρίσκονται σε χαμηλό επίπεδο το ποσοστό των βραχυκυκλωμάτων από επαγόμενη τάση αυξάνεται σημαντικά. Στο Σχήμα 2.7 παρουσιάζεται η συχνότητα των βραχυκυκλωμάτων ως συνάρτηση της κρίσιμης τάσης διάσπασης (CFO) μιας γραμμής σε δυο διατάξεις γείωσης. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα η μια γραμμή αντιπροσωπεύει ένα μηγειωμένο κύκλωμα που δεν έχει ούτε ουδέτερο ούτε αγωγό προστασίας ενώ η άλλη γραμμή αντιπροσωπεύει ένα γειωμένο κύκλωμα με γειωμένο ουδέτερο αγωγό ή εναέριο αγωγό προστασίας. Η γείωση στο αγωγό, για μια δεδομένη τιμή CFO, μειώνει την τάση που εμφανίζεται στη μόνωση που έχει ως απόρροια λιγότερα βραχυκυκλώματα. Κατασκευές με κοινή γείωση και μη-μειωμένες κατασκευές έχουν μεγαλύτερο CFO σε σύγκριση με μια κατασκευή πολλαπλής γείωσης λόγω απουσίας του γειωμένου ουδέτερου αγωγού. Σχήμα 2.7: Αριθμός βραχυκυκλωμάτων από επαγόμενη τάση έναντι του επιπέδου μόνωσης της γραμμής διανομής. Τα αποτελέσματα του Σχήματος 2.7 αναφέρονται σε γραμμή ανοιχτού εδάφους χωρίς προστασία από δέντρα ή κτίρια που έχει άμεση επιρροή στο αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων. Επομένως για μια γραμμή διανομής ύψους 10 m σε ανοιχτό έδαφος με GFD = 1 κεραυνό/km2/έτος από την εξίσωση [5] : N = N g ( 28 h0.6 +b ) 10 Έχουμε μια προσέγγιση της τάξεως των 11 κεραυνών/100 km/έτος λόγω των άμεσων πληγμάτων ενώ οι επαγόμενες τάσεις θα δημιουργήσουν πρόβλημα όταν υπάρχουν χαμηλά επίπεδα μόνωσης στις γραμμές. Εάν το CFO είναι λιγότερο από 75kV σε ένα μη-γειωμένο δίκτυο, τα επαγόμενα βραχυκυκλώματα θα είναι πολύ περισσότερα από τα αντίστοιχα άμεσα. 34

35 Σε περίπτωση που το CFO αυξηθεί σε 300 kv ή περισσότερο περιορίζεται ο αριθμός των βραχυκυκλωμάτων αρκετά. Επιπλέον σε μεγάλη πλειοψηφία των γραμμών διανομής έχουν τοποθετηθεί αλεξικέραυνα στους μετασχηματιστές που έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της επαγόμενης τάσης από κεραυνικό πλήγμα που όμως επηρεάζει σε μικρό βαθμό σε αγροτικά και αστικά κέντρα ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΠΟ ΑΠΕΥΘΕΙΑΣ ΚΕΡΑΥΝΙΚΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ Οι επιδράσεις των ατελειών εδάφους και του φαινομένου Corona έχουν μικρή επιρροή στην κυματική αντίσταση του αγωγού φάσεως, που απορρέει σε αλλαγές μικρότερες του 30% της τιμής. Εκτός εάν η μόνωση της γραμμής διανομής έχει αγωγό προστασίας (OHGW) ή αλεξικέραυνα, περισσότερο από 99% των απευθείας πληγμάτων θα καταλήξουν σε βραχυκυκλώματα της γραμμής διανομής ανεξαρτήτως του επιπέδου μόνωσης, των διαστημάτων των αγωγών ή της γείωσης. Η κυματική αντίσταση ενός μονού καλωδίου πάνω από το επίπεδο εδάφους είναι: Όπου, z 0 = 60 ln ( 2000 h ) [11] r Ζ 0= κυματική αντίσταση (Ω) h = ύψος του αγωγού από το επίπεδο του εδάφους (m) r = ακτίνα του αγωγού (m) Η κυματική αντίσταση ενός αγωγού που τροφοδοτείται από την μέση έχει το μισό της τιμής αυτής, και το ρεύμα του κεραυνού θα χωριστεί ισομερώς για κάθε μονοπάτι πάνω από το έδαφος. Ένας απροστάτευτος αγωγός φάσεως με ακτίνα r = 10 mm και ύψος h = 10 m σε τέλειο έδαφος έχει αντίσταση των 456 Ω από την μια άκρη ή 228 Ω σε μια κανονική περίπτωση για απευθείας κεραυνικό πλήγμα που καταλήγει κάπου πάνω στην γραμμή. 2.6 ΕΠΙΠΕΔΟ ΜΟΝΩΣΗΣ ΓΡΑΜΜΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ Στην πλειοψηφία τους οι εναέριες διατάξεις χρησιμοποιούν διάφορους τύπους μονωτικών υλικών ως κεραυνική προστασία όπως πορσελάνη, αέρας, ξύλο, πολυμερή, fiberglass τα οποία έχουν διαφορετική ισχύ. Η συγκεκριμένη οδηγία της ΙΕΕΕ απευθύνεται σε μηχανικούς συστήματος διανομής για την βελτίωση της μόνωσης των εναέριων γραμμών από κεραυνικό πλήγμα. Τα επίπεδα βραχυκυκλωμάτων από κεραυνικά πλήγματα στις γραμμές διανομής, διαμορφώνουν το επίπεδο της μόνωσης καθώς και επηρεάζονται από ορισμένους παράγοντες: i. Πολικότητα και ρυθμός ανόδου της τάσης. 35

36 ii. Ατμοσφαιρικές συνθήκες καθώς και η πυκνότητα αέρα, ποσοστό υγρασίας, βροχόπτωση και ατμοσφαιρικής μόλυνσης. iii. Διάφοροι φυσικοί παράγοντες όπως το σχήμα και η διαμόρφωση του μονωτήρα, το σχήμα της μεταλλικής διάταξης. Κατά την διαδικασία εκφόρτισης κεραυνικού πλήγματος επάνω σε ξύλο,η ισχύς της μόνωσης εξαρτάται κυρίως από την υγρασία που υπάρχει στην επιφάνεια του παρά από τις φυσικές διαστάσεις του. Η έννοια του CFO που βασίζονται οι οδηγίες, προσδιορίζεται ως το επίπεδο τάσης κατά το οποίο έχουμε 50% πιθανότητα βραχυκυκλώματος και 50% πιθανότητα αντοχής σε εργαστηριακές συνθήκες. Βεβαίως εάν χρησιμοποιηθεί μια Γκαουσιανή κατανομή των δεδομένων τότε η πιθανότητα αντίστασης μπορεί να υπολογιστεί από την τιμή CFO και την σταθερή απόκλιση. Μετά από εργαστηριακές μελέτες η προσέγγιση «επιπρόσθετης αντοχής μόνωσης» είναι η πιο βέλτιστη και πρακτική. Συγκεκριμένα χρησιμοποιεί το CFO του βασικού μονωτικού στοιχείου προσθέτοντας την αύξηση του CFO που προσφέρεται από ένα επιπλέον στοιχείο δεδομένου ότι η επιπλέον μονωτική ισχύς είναι πάντα μικρότερη από αυτή που έχει μόνο του το στοιχείο που προστίθεται CFO ΤΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΗΣ ΜΟΝΩΣΗΣ Από την αρχή οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί έχουν κατασκευάσει γραμμές διανομής με ξύλινους βραχίονες και πόλους σε σειρά με βασικούς μονωτήρες που έχει ως αποτέλεσμα τη αύξηση της ισχύς της μόνωσης ενάντια στα κεραυνικά πλήγματα. Κατά την διάρκεια των χρόνων έχουν γίνει πολλές εργαστηριακές έρευνες και μελέτες όπου τα αποτελέσματα τους εφαρμόστηκαν σε γραμμές μεταφοράς και όχι σε γραμμές διανομής όπου η πιο ασθενής μόνωση τοποθετείται σε ένα πόλο αντί μεταξύ αγωγών μέσω του αέρα. Πρόσφατα στις γραμμές διανομής χρησιμοποιούνται οι μονωτήρες πολυμερών και οι βραχίονες από fiberglass ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ CFO ΤΑΣΗΣ ΓΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΜΕ ΜΟΝΩΣΕΙΣ ΣΕΙΡΑΣ Σύμφωνα με μελέτες όταν προστεθεί 1m ξύλου ή fiberglass αναβαθμίζει κατά kV στην αντοχή της μόνωσης κατά των κεραυνικών πληγμάτων. Η μόνωση εναλλασσόμενου ρεύματος λαμβάνεται από το μονωτήρα καθώς ο ξύλινος ή fiberglass βραχίονας θεωρείται ως επιπλέον μονωτικό στοιχείο για την τάση του κεραυνού. Όταν κατά την διαδικασία πορείας του κεραυνικού πλήγματος στο έδαφος δεν συναντά ξύλινο ή fiberglass βραχίονα, αλλά δύο ή περισσότερους μονωτήρες στη σειρά τότε το CFO αυτών των συνδυαστικών μονωτήρων λαμβάνεται από μια σειρά διαφορετικών παραγόντων με ξεχωριστή ανάλυση. Πολλές επιχειρήσεις χρησιμοποιούν τέτοιους συνδυασμούς από μια τεράστια «βιβλιοθήκη». Βεβαίως η εκτεταμένη μέθοδος πρόσθετων CFO μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το υπολογισμό του συνολικού CFO μιας κατασκευής διανομής από: i. Προσδιορισμό της συμβολής του κάθε ξεχωριστού στοιχείου μόνωσης στο συνολικό συνδυαστικού CFO 36

37 ii. Υπολογισμό του συνολικού συνδυαστικού CFO, έχοντας γνώση της τιμής CFO των στοιχείων μόνωσης Αυτό επιτυγχάνεται με την χρήση πινάκων ή καμπυλών πειραματικών δεδομένων, και την μετέπειτα αξιοποίηση για την συσχέτιση αποτελεσμάτων ενός μονωτικού στοιχείου που προστίθεται σε ένα άλλο. Βασικά στοιχεία της συγκεκριμένης διαδικασίας είναι τα ενδεικτικά δεδομένα CFO της βασικής μόνωσης καθώς και σε ένα επιπρόσθετο σύνολο δεδομένων. Όταν εμπλέκονται δύο στοιχεία σε ένα σχηματισμό, το CFO του συνδυασμού είναι μικρότερης κλίμακας από το σύνολο των μεμονωμένων CFO. Η βασική μόνωση θεωρείται ο μονωτήρας. Η συνολική CFO τάση για δύο στοιχεία είναι : CFO total = CFO insulator + CFO addsecond [12] Όπου, CFO total= κρίσιμη τάση βραχυκυκλώματος του κύριου στοιχείου CFO addsecond= κρίσιμη τάση βραχυκυκλώματος που προστίθεται από το δεύτερο στοιχείο. Ενώ η συνολική κρίσιμη τάση βραχυκυκλώματος για περισσότερα από δυο στοιχεία υπολογίζεται από : CFO total = CFO insulator + CFO addsecond + CFO addthird CFO addnth Όπου, CFOadd.third = κρίσιμη τάση βραχυκυκλώματος που προστίθεται από το τρίτο στοιχείο CFOadd.nth = κρίσιμη τάση βραχυκυκλώματος που προστίθεται από το n στοιχείο Παρακάτω παρουσιάζονται σε πίνακες, οι πιο συχνές τιμές CFO και τα πρόσθετα στοιχεία όπου αναφέρονται σε υγρές συνθήκες. Από εργαστηριακές διαδικασίες ή από τους κατασκευαστές συλλέγονται οι ξηρές συνθήκες που πολλαπλασιάζοντας με ένα συντελεστή 0,8 έχουμε μια εκτίμηση των τιμών CFO υπό υγρές συνθήκες. Οι συντελεστές κυμαίνονται μεταξύ 0,7 0,9. Οι τιμές των παρακάτω πινάκων είναι για επίπεδα υγρού CFO.Επίσης οι τιμές είναι το ελάχιστο των τιμών αρνητικής και θετικής πολικότητας καθώς και για περισσότερες πληροφορίες για τους μονωτήρες πρέπει να διασταυρωθούν με τις ακριβές τιμές των κατασκευαστών. 37

38 Σχήμα 2.8: Κύρια Μόνωση (CFOinsulator), CFO δεύτερων εξαρτημάτων ( CFOadd.second), CFO τρίτων εξαρτημάτων ( CFOadd.third) [IEEE Std ]. Για εξαρτήματα που δεν περιέχονται στους παραπάνω πίνακες το συνολικό CFO υπολογίζεται με μειώσεις για το δεύτερο και τρίτο εξάρτημα : CFO add second=0.45*cfo insulator [14] CFO add third=0.20*cfo insulator Αυτή η μέθοδος έχει ποσοστό σφάλματος ±20% ενώ πιο ακριβείς μέθοδοι είναι: 1. Εργαστηριακές δοκιμές από κεραυνικό πλήγμα στην κατασκευή κατά από υγρές συνθήκες. 2. Δοκιμές από κεραυνικό πλήγμα κάτω από ξηρές συνθήκες και πολλαπλασιασμός των τιμών με συντελεστή 0,8 για το υπολογισμό του CFO σε υγρές συνθήκες. 3. Χρήση λεπτομερειακών CFOs εξαρτημάτων. 4. Παραπομπή σε άλλα αποτελέσματα από δοκιμές σε κατασκευές διανομής. 38

39 2.6.3 ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΚΤΙΜΗΣΕΙΣ ΟΤΑΝ ΑΥΞΑΝΕΤΑΙ ΤΟ CFO ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Μια σημαντική μείωση στο CFO προέρχεται από τον εξοπλισμό και τα υλικά υποστήριξης στις κατασκευές διανομής. Αυτή η μείωση στο CFO στις κατασκευές μπορεί να αυξήσει τα βραχυκυκλώματα από επαγόμενες τάσεις. Αναφέρονται αναλυτικά παρακάτω διάφορες περιπτώσεις: Επίτονα : Η συμμέτοχή τους στην μείωση του CFO είναι καθοριστική αφού τοποθετούνται ψηλά στο πόλο σε κοντινή απόσταση από τα κύρια μονωτικά στοιχεία παρέχονται μια διαδρομή προς το έδαφος. Χρησιμοποιώντας μικρούς μονωτήρες επιτόνων από πορσελάνη αποδίδεται πολύ λίγη επιπλέον μόνωση της τάξεως λιγότερο από 30 kv του CFO. Ενώ συγκριτικά ένας μονωτήρας από fiberglass 50 cm παρέχει CFO της τάξεως του 250kV. Διακόπτες ασφαλείας : Η εγκατάσταση διακοπτών ασφαλείας είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα απροστάτευτου εξοπλισμού που μπορεί να ελαττώσει το CFO ενός στύλου. Για συστήματα των 15kV, ο διακόπτης ασφαλείας μπορεί να έχει 95kV BIL. Βεβαίως εξαρτώμενο από τον τρόπο που ο διακόπτης έχει τοποθετηθεί, αυτό μπορεί να μειώσει το CFO ολόκληρης της κατασκευής σε 95 kv επειδή το BIL κάθε συστήματος μόνωσης είναι πάντα μικρότερο από το CFO αυτού του συστήματος. Στην εφαρμογή σε ξύλινους πόλους οι βλάβες στους διακόπτες ασφαλείας μπορεί να βελτιωθεί τακτοποιώντας την βλάβη έτσι ώστε το μπράτσο σύνδεσης να τοποθετηθεί μακριά από τους γειωμένους αγωγούς ( επίτονα, γειωμένοι αγωγοί, ουδέτεροι αγωγοί). Συγκεκριμένα αυτό διευρύνεται και σε διακόπτες σε άλλα μέρη του εξοπλισμού που δεν προστατεύονται από αλεξικέραυνα. Ύψος ουδέτερου αγωγού: Σε κάθε γραμμή, το ύψος του ουδέτερου αγωγού διαφέρει εξαρτώμενο από το εξοπλισμό που είναι συνδεδεμένος. Στους ξύλινους στύλους, όσο πιο κοντά είναι ο ουδέτερος αγωγός στους αγωγού φάσης, τόσο πιο χαμηλό είναι το CFO. Ηλεκτρικά Αγώγιμα Κατασκευαστικά Υλικά : Με την χρήση κατασκευών από ατσάλι και τσιμέντο στις εναέριες γραμμές διανομής που αυξάνεται ραγδαία έχει ως απόρροια να μειώνει σημαντικά το CFO. Μεταλλικοί βραχίονες και υλικά χρησιμοποιούνται επίσης σε ξύλινες κατασκευές στύλων. Εάν τα υλικά αυτά είναι γειωμένα, τότε έχουμε το ίδιο αποτέλεσμα σαν η κατασκευή να ήταν εξ ολοκλήρου μεταλλική. Στις συγκεκριμένες κατασκευές, το συνολικό CFO παρέχεται από το μονωτήρα όπου αντισταθμίζουν την απώλεια μόνωσης του ξύλου. Βεβαίως παραχωρήσεις γίνονται ανάμεσα στην συμπεριφορά έναντι του κεραυνού και το μηχανικό σχεδιασμό ή τιμή. Ο μηχανικός θα πρέπει να γνωρίζει τα αρνητικά αποτελέσματα που περιέχει το μεταλλικό υλικό έναντι κεραυνικού πλήγματος και να προσπαθήσει να ελαχιστοποιήσει αυτά για καλύτερο σχεδιασμό. Γενικά χρησιμοποιούνται υποστηρίγματα από ξύλο ή fiberglass για να μεγαλύτερη μόνωση σε ξύλινους στύλους και σχεδιασμό βραχιόνων. Πολλαπλά κυκλώματα σε ένα πόλο : Όταν έχουμε πολλαπλά κυκλώματα σε ένα πόλο στις περισσότερες περιπτώσεις καταλήγουν σε μειωμένη μόνωση. Επίσης 39

40 όταν χρησιμοποιούμε λιγότερο ξύλο εν σειρά και καθορισμένες αποστάσεις φάσεων έχουμε σαν αποτέλεσμα μειωμένα επίπεδα μόνωσης συνήθως σε γραμμές διανομής που στηρίζονται κάτω από γραμμές μεταφοράς σε ξύλινους πόλους. Οι γραμμές μεταφοράς έχουν ένα προστατευτικό αγωγό γείωσης σε κάθε πόλο που μπορεί να μειώσει την μόνωση και αντιμετωπίζεται με απομάκρυνση του συγκεκριμένου αγωγού από το πόλο με διαχωριστήρες fiberglass. Προστατευτικά διάκενα και σύνδεσμοι μονωτήρων: Η σύνδεση των μονωτήρων γίνεται μερικές φορές για να αποτραπεί η πρόκληση βλάβης από κεραυνικό πλήγμα στους ξύλινους πόλους ή βραχίονες καθώς και αποτροπή φωτιάς στο κορυφή των πόλων. Μια επιπλέον χρησιμότητα των προστατευτικών διακένων είναι να αποτρέπουν καταστροφές από κεραυνούς στα ξύλινα στοιχεία της κατασκευής. Χρησιμοποιήθηκαν στην πράξη από την Rural Utility Service distribution specifications στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1983 αλλά δεν προβλέπεται πλέον. Σε ορισμένα σημεία στο κόσμο χρησιμοποιούνται έναντι των αλεξικέραυνων για την προστασία του εξοπλισμού. Οι σύνδεσμοι μονωτήρων και τα προστατευτικά διάκενα μειώνουν σημαντικά το CFO της κατασκευής. Βέβαια δεν είναι η βέλτιστη αντιμετώπιση έναντι στη πρόληψη βλάβης σε ξύλινα τμήματα όπως για παράδειγμα οι σύνδεσμοι μονωτήρα- ξύλου στη βάση του μονωτήρα. Γραμμές με διαχωριστήρες αγωγών :Οι συγκεκριμένες γραμμές είναι εναέριες γραμμές διανομής με μικρά διαχωριστικά διαστήματα. Οι επικαλυμμένοι αγωγοί και διαχωριστήρες (15 40cm) που κρέμονται από ένα μεταβιβαστικό αγωγό παρέχουν στήριξη και ικανότητα μόνωσης. Ένα τέτοιος σχηματισμός από διαχωρισμένους αγωγούς θα έχει σταθερό CFO ( kV). Επειδή το επίπεδο μόνωσης είναι χαμηλό, οι επιδόσεις έναντι των κεραυνών θα είναι μειωμένη σε σύγκριση με μια παραδοσιακή ανοιχτή κατασκευή [Powell R. - April 1965]. Οι συγκεκριμένες κατασκευές έχουν το πλεονέκτημα του μεταβιβαστικού αγωγού που δρα στην πλειοψηφία των περιπτώσεων ως αγωγός προστασίας το οποίο μειώνει κατά ένα βαθμό τα βραχυκυκλώματα από απευθείας κεραυνικό πλήγμα. Σε αντίθεση βέβαια με ανάστροφα βραχυκυκλώματα που έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να συμβούν λόγω του χαμηλού επιπέδου μόνωσης. Μια βελτιωμένη γείωση θα μπορούσα να βελτιώσει την επίδοση έναντι στα κεραυνικά πλήγματα εάν η αγωγιμότητα του εδάφους είναι μεγάλη και ο διαχωρισμός μεταξύ των ουδετέρων είναι μικρότερη από 30 m. Οι γραμμές με διαχωριστήρες αγωγών τοποθετούνται σε περιοχές όπου υπάρχουν επαφές με δέντρα και δημιουργούν βλάβες. Το διαχωριστικό καλώδιο (spacer cable) προστατεύεται από απευθείας κεραυνικά πλήγματα. Επίσης η αναλογία από επαγόμενα βραχυκυκλώματα μειώνεται επειδή εφαρμόζεται ίδιο δυναμικό σε κάθε διαχωριστήρα αγωγό όταν διαφωτίζονται από ηλεκτρομαγνητικά πεδία από το κοντινό κεραυνικό πλήγμα ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΓΙΑ ΔΙΑΚΟΠΗ ΤΟΥ ΤΟΞΟΥ Οι ξύλινοι πόλοι και βραχίονες έχουν την ικανότητα να αποτρέπουν την δημιουργία τόξου που προκαλείται από το κεραυνό και να το προλαμβάνουν από την πρόκληση βλάβης στην συχνότητα του ρεύματος. Οι συγκεκριμένες ικανότητες του 40

41 ξύλου για την διακοπή του τόξου είναι μια λειτουργία της στιγμιαίας τάσης στη συχνότητα του ρεύματος την χρονική στιγμή του βραχυκυκλώματος από το κεραυνικό πλήγμα. Εάν η τάση είναι κοντά στο μηδέν, είναι πολύ πιθανό το τόξο να εξαφανιστεί χωρίς να προκαλέσει βλάβη. Εάν η ονομαστική τάση κατά μήκος του ξύλινου βραχίονα διατηρηθεί κάτω από ένα συγκεκριμένο επίπεδο, η πιθανότητα πρόκλησης βλάβης μειώνεται δραστικά. Εάν εμφανιστούν πολλαπλά βραχυκυκλώματα, η πιθανότητα για διακοπή είναι ελάχιστη (Σχήμα 2.9). Από άποψη πιθανοτήτων,οι περισσότερες γραμμές διανομής θα υποστούν πολλαπλά βραχυκυκλώματα από άμεσα κεραυνικά πλήγματα. Σε κατασκευές διανομής που έχουν RMS τάση στο ξύλο μεγαλύτερη από 10 kv/m του ξύλου, η διακοπή μπορεί να μην έχει ικανοποιητικό αποτέλεσμα. Για παράδειγμα μια γραμμή διανομής 13,2 kv με 0,5m ξύλο μεταξύ του μονωτήρα φάσης και του ουδετέρου αγωγού, έχει κλίση τάσης RMS στο ξύλο : 13.2kV 3 0.5m = 15.2 kv m [Παράδειγμα] Για αυτήν την τάση εάν έχουμε κενά ξύλου 1m ανάμεσα σε όλους τους αγωγού φάσης και όλα τα γειωμένα αντικείμενα στο πόλο, τότε η διακοπή παίζει σημαντικό ρόλο. Αυτό επιτυγχάνεται σε κυκλώματα με υψηλά επίπεδα μόνωσης και μεγάλες αποστάσεις ξύλου. Στην συγκεκριμένη οδηγία, παίρνουμε την παραδοχή ότι όλα τα βραχυκυκλώματα προκαλούν βλάβες. Σχήμα 2.9: Πιθανότητα ενός τόξου ρεύματος λόγω βραχυκυκλώματος από κεραυνό σε ξύλινο βραχίονα υπό υγρές συνθήκες [IEEE Std ] ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗ ΞΥΛΟΥ ΛΟΓΩ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟΥ ΠΛΗΓΜΑΤΟΣ Σύμφωνα με εμπειρικά δεδομένα, οι βλάβες στους πόλους ή βραχίονες από κεραυνούς είναι σχετικά σπάνιες, βεβαίως όμως σε ορισμένες περιοχές με υψηλή συχνότητα κεραυνών μπορεί να προκαλέσει ανησυχία. Υπάρχει πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν την πιθανότητα βλάβης από κεραυνό ειδικότερα η υγρασία και η ηλικία του ξύλου. Η καταστροφή και ο θρυμματισμός του ξύλου συμβαίνει όταν η βλάβη είναι εσωτερική στο ξύλο και όχι στην επιφάνεια του. Εάν το ξύλο είναι πράσινο, είναι πολύ πιθανό η βλάβη να είναι εσωτερική. 41

42 Για την προστασία του ξύλου χρησιμοποιείται η σύνδεση των μονωτήρων που έχει ως απόρροια να βραχυκυκλώνεται ο ξύλινος βραχίονας. Μια καλύτερη εναλλακτική λύση, είναι η χρήση επιφανειακών ηλεκτροδίων που προσαρμόζονται κοντά στην άκρη των μονωτήρων τα οποία μπορεί να είναι καλύμματα αγωγών, ταινίες, μεταλλικές προεκτάσεις προσαρμοσμένες κοντά στο μονωτήρα στη πιθανή κατεύθυνση του βραχυκυκλώματος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την διακοπή κοντά στην επιφάνεια αντί εσωτερικά του ξύλου. Παίρνοντας προληπτικά μέτρα για την καταστροφή του ξύλου από κεραυνικά πλήγματα, μειώνουμε επίσης την πιθανότητα για ανάφλεξη στην κορυφή του πόλου όπου προκαλούνται από διαρροές ρεύματος στις συνδέσεις μετάλλων με ξύλο. Η βέλτιστη προσέγγιση είναι μια τοπική σύνδεση των μονωτήρων με ταινίες ή καλύμματα αγωγών στο τμήμα που είναι πιο πιθανό ξεκινήσει. 2.7 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕ ΑΓΩΓΟ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ (OHGW- Overhead Ground wire) Οι βασικές αρχές για την προστασία των εναέριων γραμμών διανομής από απευθείας κεραυνικό πλήγμα λαμβάνουν υπόψιν ότι : - Η χρήση OHGW μειώνουν την πιθανότητα των απευθείας πληγμάτων στους αγωγούς φάσης αλλά αυξάνουν την πιθανότητα των ανάστροφων βραχυκυκλωμάτων. Επίσης μπορεί να μειώσει το κίνδυνο διακοπών από κεραυνούς εάν η αγωγιμότητα του εδάφους είναι υψηλή. Η επιθυμητή τιμή της αντίστασης του εδάφους εξαρτάται από το CFO της γραμμής, και γενικότερα η αντίσταση κάθε πόλου πρέπει να είναι λιγότερο από CFO (kv) / (15kA) για να είναι 25% πιο αποτελεσματικό ενάντια στα ανάστροφα βραχυκυκλώματα από απευθείας κεραυνικά πλήγματα. Πρακτικά είναι σχεδόν απίθανο να έχουμε τέτοιες τιμές στις αντιστάσεις των πόλων στις περισσότερες περιοχές. - Η χρήση αλεξικέραυνων σε όλες τις φάσεις σε ένα τριφασικό σύστημα και εφαρμοσμένες στον ίδιο πόλο μπορεί να μειώσει την αναλογία των βραχυκυκλωμάτων από απευθείας κεραυνικά πλήγματα εάν γίνει σωστή επιλογή αυτών. Η απόσταση των αλεξικέραυνων δεν πρέπει να είναι περισσότερο από ένα ή δύο ανοίγματα πόλων. - Η χρήση και των δύο προστατευτικών μεθόδων παρέχει επιπλέον προστασία στις γραμμές διανομής. Οι OHGW κατευθύνουν το μεγαλύτερο ποσοστό της κεραυνικής ενέργειας μακριά από τους αγωγούς φάσεως και του εξοπλισμού, και τα αλεξικέραυνα περιορίζουν την κορυφή της τάσης και μειώνουν τα ανάστροφα βραχυκυκλώματα πιο αποτελεσματικά σε σύγκριση με την γείωση σε κάθε πόλο. Ακόμα και μετά την χρήση αυτού του υβριδικού συστήματος, βραχυκυκλώματα θα συμβούν αλλά σε μειωμένο αριθμό. Συγκεκριμένα οι αγωγοί προστασίας είναι γειωμένοι και τοποθετούνται πάνω στους αγωγούς φάσης για την διακοπή των κεραυνικών πληγμάτων και μέσω του γειωμένου πόλου, το ρεύμα του κεραυνού κατευθύνεται στο έδαφος. Το ρεύμα του κεραυνού διατρέχει την γειωμένη αντίσταση του πόλου προκαλώντας μια πιθανή αύξηση, με αποτέλεσμα μια διαφορά στην τάση μεταξύ του γειωμένου πόλου και των αγωγών φάσεων. Αυτή η διαφορά στην τάση μπορεί να προκαλέσει ένα ανάστροφο βραχυκύκλωμα στην μόνωση από το γειωμένο πόλο σε ένα από τους αγωγούς φάσεως. Το φαινόμενο του ανάστροφου βραχυκυκλώματος είναι ένας ουσιαστικός περιορισμός για την αποτελεσματικότητα των εφαρμογών των προστατευτικών αγωγών 42

43 σε γραμμές διανομής. Οι προστατευτικοί αγωγοί παρέχουν αποτελεσματική προστασία μόνο εάν : - Χρησιμοποιούνται πρακτικές σχεδίασης καλής μόνωσης για να παρέχεται ικανοποιητικό CFO ανάμεσα στο γειωμένο καθοδικό πόλο και τους αγωγούς φάσεως. - Αποκτηθούν χαμηλές αντιστάσεις γείωσης. Για κυκλώματα διανομής με τρεις αγωγούς, η προσθήκη ενός προστατευτικού αγωγού θα μειώσει το αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται. Επειδή ο προστατευτικός αγωγός είναι γειωμένος, καταστέλλονται οι τάσεις στους αγωγούς φάσεως μέσω της χωρητικής σύζευξης. Όσο μικρότερη είναι η απόσταση μεταξύ των αγωγών φάσεων με τον προστατευτικό αγωγό, τόσο καλύτερη είναι η σύζευξη με αποτέλεσμα να προκαλούνται μικρότερες τάσεις. Προσθέτοντας ένα γειωμένο αγωγό κάτω από τους αγωγούς φάσης θα έχει τα ίδιο αποτέλεσμα με ένα εναέριο προστατευτικό αγωγό. Για κυκλώματα διανομής με τέσσερις αγωγούς και σύστημα πολλαπλής γείωσης, αντικαθιστώντας τον ουδέτερο αγωγό που βρίσκεται από κάτω με έναν εναέριο προστατευτικό αγωγό δεν θα μειώσει τον αριθμό βραχυκυκλωμάτων. Παρόλα αυτά ο συνδυασμός του προστατευτικού και του ουδετέρου αγωγού θα αυξήσει την επίδοση έως ένα επίπεδο επειδή ο συντελεστής σύζευξης θα είναι μεγαλύτερος. Από άποψη κόστους, η πρόσθεση ενός OHGW στον σχεδιασμό γραμμών διανομής μπορεί να είναι ουσιώδες. Επιπροσθέτως στο κόστος του αγωγού, των πόλων γείωσης και της επιπλέον μόνωσης, το ύψος των στύλων πρέπει να είναι μεγαλύτερο για να στηρίξουν τους αγωγούς προστασίας έτσι ώστε να είναι επαρκής η γωνία προστασίας ανάμεσα στο προστατευτικό αγωγό και τους εξωτερικούς αγωγούς φάσης. Όμως από την άλλη πλευρά το μεγαλύτερο ύψος των κατασκευών προσελκύει περισσότερα άμεσα κεραυνικά πλήγματα που αντισταθμίζει αμυδρά την μείωση του ποσοστού βραχυκυκλωμάτων που παρέχει η προστασία ΓΩΝΙΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Για να μπορέσουμε να εξασφαλίσουμε ότι όλα τα κεραυνικά πλήγματα θα καταλήξουν στον προστατευτικό αγωγό και όχι στους αγωγούς φάσεως, προτείνεται μια γωνία των 450 ή λιγότερο. Αυτή η οδηγία ισχύει μόνο για γραμμές ύψους μικρότερες από 15m με αποστάσεις μεταξύ αγωγών κάτω από 2m. Πιο υψηλές γραμμές διανομής χρειάζονται μικρότερες γωνίες προστασίας [ΙΕΕΕ Std ]. Σχήμα 2.10 : Γωνία προστασίας προστατευτικού αγωγού (OHGW) [IEEE Std ]. 43

44 2.7.2 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΜΟΝΩΣΗΣ Η αποτελεσματικότητα των προστατευτικών αγωγών εξαρτάται πολύ από την μόνωση που παρέχεται ανάμεσα στο γειωμένο αγωγό και τους αγωγούς φάσεως. Είναι αρκετά δύσκολο να υπάρχει επαρκής μόνωση όταν ο γειωμένος αγωγός είναι σε επαφή με τον πόλο σε όλο το ύψος του. Στους ξύλινου στύλους είναι αναγκαίο να απομονωθεί ο γειωμένος πόλος από το στύλο κοντά στους μονωτήρες φάσης και τους βραχίονες με την βοήθεια ράβδων fiberglass ή οριζόντια στηρίγματα για να υπάρχει 30-60cm απόσταση από τον γειωμένο αγωγό και το στύλο. Το CFO από τον γειωμένο αγωγό στην κοντινότερη φάση είναι η ελάχιστη τιμή από τις άλλες πορείες. Ένα CFO πάνω από kv είναι απαραίτητη η εφαρμογή προστατευτικών αγωγών. Έτσι χρησιμοποιώντας στηρίγματα με γειωμένους πόλους, μπορεί να επιτευχθεί το επίπεδο μόνωσης στις γραμμές διανομής ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΓΕΙΩΣΗΣ ΚΑΙ ΜΟΝΩΣΗΣ Η αποτελεσματικότητα του προστατευτικού αγωγού εξαρτάται από την γείωση. Επομένως οι αντιστάσεις του εδάφους πρέπει να είναι μικρότερες από 10Ω εάν το CFO είναι μικρότερο από 200kV. Εάν όμως το CFΟ είναι kv, τότε η αντίσταση γείωσης πρέπει να είναι 40Ω και θα παρουσιάσει την ίδια απόδοση. Για να έχουμε επαρκή αποτελέσματα ο προστατευτικός αγωγός θα πρέπει να γειώνεται σε κάθε στύλο. Σχήμα 2.11 : Επίδραση της αντίστασης εδάφους σε ένα προστατευτικού αγωγού(ohgw) με CFO 175kV και 350kV [IEEE Std ] ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ Όταν έχουμε τοποθετημένες τις γραμμές διανομής κάτω από τις γραμμές μεταφοράς, γίνονται πιο ευπαθείς σε ανάστροφα βραχυκυκλώματα. Όσο μεγαλύτερα σε ύψος και πλάτος είναι οι κατασκευές, τόσο μεγαλύτερη πιθανότητα έχουν να πληγούν από άμεσα κεραυνικά πλήγματα. Η πιθανότητα ενός ανάστροφου βραχυκυκλώματος είναι μεγαλύτερη στα κυκλώματα διανομής παρά στα κυκλώματα μεταφοράς. Αυτό συμβαίνει γιατί οι αγωγοί διανομής είναι πιο μακριά από τους προστατευτικούς αγωγούς που καταλήγει σε χαμηλότερο συνδυασμό τάσεως και μεγαλύτερη τάση στη μόνωση σε σύγκριση με τους αγωγούς μεταφοράς. Η αντοχή της μόνωσης στα κυκλώματα διανομής είναι συνήθως 44

45 μικρότερα από τα κυκλώματα μεταφοράς. Πρέπει να δοθεί μεγάλη προσοχή για να διατηρηθεί σε χαμηλά επίπεδα η αντίσταση γείωσης και σε υψηλά επίπεδα η μόνωση για να αποφευχθούν μεγάλες τιμές βραχυκυκλωμάτων στα κυκλώματα διανομής ΑΓΩΓΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΑ Για να μπορέσουμε να εξαλείψουμε ένα μεγάλο τμήμα των πιθανών βραχυκυκλωμάτων, χρησιμοποιούμε αλεξικέραυνα σε κάθε στύλο και φάση σε συνδυασμό με ένα προστατευτικό αγωγό. Τα αλεξικέραυνα προστατεύουν την μόνωση από ανάστροφα βραχυκυκλώματα ενώ ο προστατευτικός αγωγός διοχετεύει το μεγαλύτερο ποσοστό του ρεύματος στη γη, για να μην επηρεαστούν τα αλεξικέραυνα από την μεγάλη ποσότητα ρεύματος εισόδου. Με την τοποθέτηση των αλεξικέραυνων, ο σχεδιασμός των προστατευτικών αγωγών εξαρτάται λιγότερο από το επίπεδο μόνωσης και γείωσης. 2.8 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΓΡΑΜΜΩΝ ΜΕ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΑ Τα αλεξικέραυνα διανομής χρησιμοποιούνται για την προστασία μόνωσης εξοπλισμών (μετασχηματιστές, ρυθμιστές). Λειτουργούν σαν υψηλές αντιστάσεις σε κανονικές τάσεις λειτουργίας και ως χαμηλές αντιστάσεις σε κεραυνικές συνθήκες οδηγώντας το ρεύμα στο έδαφος και περιορίζοντας την τάση της κατασκευής στο άθροισμα της τάσης εκφόρτισης του αλεξικέραυνου συν το επαγωγικό ρεύμα στις γραμμές του αλεξικέραυνου και των γειωμένων αγωγών. Τα αλεξικέραυνα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία της μόνωσης σε γραμμές διανομής μειώνοντας την ύπαρξη βραχυκυκλωμάτων και διακοπών στα κυκλώματα. Χωρίζονται σε πολλά διαφορετικά είδη αλεξικέραυνων όπως με διάκενα, από καρβίδιο σιλικόνης, με ή χωρίς διάκενα από οξείδιο του μετάλλου έχοντας όλα την ίδια απόδοση [ΙΕΕΕ Std C ]. Για την προστασία του εξοπλισμού στις περισσότερες περιπτώσεις επιλέγεται αλεξικέραυνο με το μικρότερο προστατευτικό επίπεδο, όμως για την προστασία μόνωσης δεν είναι αναγκαίο αφού το προστατευτικό επίπεδο του αλεξικέραυνου είναι πολύ χαμηλότερο από το επίπεδο μόνωσης της γραμμής. Γενικά κανένα αλεξικέραυνο δεν μπορεί να αντέξει ένα απευθείας πλήγμα, αλλά διαμοιράζοντας το σε παράλληλα αλεξικέραυνα είναι αποδοτικό και μπορεί να κρατήσει την διασκόρπιση της ενέργειας αυτής σε λογικά επίπεδα. Όταν τοποθετούνται αλεξικέραυνα για την προστασία, το ποσοστό αποτυχίας των επιπλέον αλεξικέραυνων θα πρέπει να εξεταστεί μαζί με την βελτίωση της γραμμής από την προσθήκη αυτών ΜΗΚΟΣ ΑΓΩΓΩΝ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΤΩΝ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΩΝ Οι αγωγοί αλεξικέραυνων που συνδέουν την γραμμή διανομής και τα τερματικά εδάφους των αλεξικέραυνων στην κατασκευή, εμφανίζουν μικρή ποσότητα εσωτερικής επαγωγής η οποία προκαλεί L x (di/ dt) πτώσεις τάσεως που εμφανίζονται στους αγωγούς. Κάθε πτώση τάσης κατά μήκος ενός αγωγού αλεξικέραυνου θα επιβαρύνει την τάση εκφόρτισης του αλεξικεραύνου, αυξάνοντας την τάση που εμφανίζεται στις συσκευές που προστατεύονται από τα αλεξικέραυνα. 45

46 Η επίδραση του μήκους αλεξικέραυνου στην προστασία της μόνωσης δεν είναι τόσο σημαντική όσο η προστασία του εξοπλισμού. Όταν έχουμε εναέριο εξοπλισμό, το περιθώριο είναι αρκετά υψηλό καθώς επίσης και η μόνωση της γραμμής είναι μεγαλύτερη από το κανονικό BIL του εξοπλισμού. Η βέλτιστη προσέγγιση βέβαια είναι να διατηρούνται μικρά μήκη αγωγών και ευθείες συνδέσεις μεταξύ των αλεξικεραύνων και των αγωγών γης όσο το δυνατόν είναι εφικτό [IEEE Std C περισσότερες πληροφορίες] ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΠΟ ΕΜΜΕΣΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ Τα αλεξικέραυνα μπορούν να μειώσουν δραστικά το ποσοστό βραχυκυκλωμάτων λόγω των τάσεων που προκαλούνται από έμμεσα πλήγματα. Το παρακάτω σχήμα παρουσιάζει την μόνωση επιπέδου 150kV για ένα μη-γειωμένο κύκλωμα. Έστω και η ασθενής χρήση αλεξικέραυνων μπορεί να μειώσει σημαντικά το ποσοστό βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από την τάση, πχ μια τοποθέτηση αλεξικέραυνων ανά 8 στύλους αποδίδουν τουλάχιστον 25% μείωση στα σφάλματα. Βέβαια στα περισσότερα κυκλώματα διανομής με μεγάλο αριθμό μετασχηματιστών, τα αλεξικέραυνα εγκαθίστανται για την προστασία των μετασχηματιστών με μεγάλη αποτελεσματικότητα. Σχήμα 2.12: Αποστάσεις αλεξικέραυνων για βραχυκυκλώματα από επαγόμενη τάση. (CFO = 150kV h = 10m Ng = 1 κεραυνός/km2/έτος μήκος ανοίγματος = 75m) Η πιο αποτελεσματική χρήση των αλεξικέραυνων είναι η προστασία στύλων με μικρά επίπεδα μόνωσης. Αυτοί οι «αδύναμοι σύνδεσμοι» ή «weak links» μπορούν να είναι οι διακόπτες, οι τερματικοί στύλοι, στύλοι διασταυρώσεων. Από άποψη κόστους η εγκατάσταση αλεξικέραυνων έναντι βελτίωση του επιπέδου μόνωσης μπορεί να είναι πιο οικονομική. 46

47 2.8.3 ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΠΟ ΑΜΕΣΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ Η προστασία έναντι στα άμεσα πλήγματα είναι μεγάλη πρόκληση λόγω των υψηλών κρουστικών ρευμάτων, των μεγάλων κλίσεων μετώπου, και της υψηλής ενέργειας των κεραυνών. Για να μπορέσουν τα αλεξικέραυνα θεωρητικά να αποδώσουν, θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν σε μεγάλη συχνότητα, ουσιαστικά σε κάθε στύλο. Το παρακάτω σχήμα παρουσιάζει αποτελέσματα για διαστήματα αλεξικέραυνων για την προστασία από άμεσα πλήγματα. Υποθέτει ότι ο ουδέτερος αγωγός είναι γειωμένος σε κάθε στύλο. Μπορεί να είναι παραπλανητικός ο μεγάλος αριθμός βραχυκυκλωμάτων στο παρακάτω σχήμα όπου ο ουδέτερος αγωγός δεν είναι γειωμένος εκτός από τους στύλους όπου τα αλεξικέραυνα εφαρμόζονται σε όλες τις φάσεις και το επίπεδο μόνωσης από το ουδέτερο γειωμένο αγωγό είναι υψηλό. Σχήμα 2.13 : Απόσταση αλεξικέραυνων για προστασία από άμεσα πλήγματα. (το μήκος του ανοίγματος είναι 75 m) ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟΥ ΑΝΩ ΦΑΣΗΣ ( ΑΜΕΣΟ ΠΛΗΓΜΑ ) Εάν ο αγωγός άνω φάσης έχει εγκατασταθεί έτσι ώστε να αναχαιτίζει όλα τα κεραυνικά πλήγματα, τα αλεξικέραυνα μπορούν να τοποθετηθούν στην άνω φάση κάνοντας το να συμπεριφέρεται σαν αγωγός προστασίας. Κατά την διάρκεια του κεραυνικού πλήγματος, το αλεξικέραυνο στην άνω φάση θα κατευθύνει το κύμα ρεύματος προς το έδαφος προστατεύοντας το κύκλωμα όταν η αντίσταση γείωσης είναι αρκετά χαμηλή και η μόνωση στις απροστάτευτες φάσεις αρκετά υψηλή. Όπως συμπεριφέρεται ο αγωγός προστασίας έτσι και εδώ θα πρέπει να διατηρήσουμε το υψηλό επίπεδο μόνωσης στις απροστάτευτες φάσεις. Από το Σχήμα 2.11 χρησιμοποιώντας τις καμπύλες ενός αγωγού προστασίας, μπορούμε να υπολογίσουμε την αποτελεσματικότητα ενός σχεδιασμού αλεξικέραυνου άνω φάσης, κάνοντας χρήση αυτού σε κάθε στύλο για να αυξηθεί η αποδοτικότητα. 47

48 2.8.5 ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟΥ ΣΕ ΑΜΕΣΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ Σε εφαρμογές με συνήθη έκθεση σε κεραυνούς (π.χ. ανοιχτή γραμμή διανομής, χωρίς αγωγό προστασίας), τα αλεξικέραυνα που ανήκουν στις κατηγορίες διανομής και αυτά των μεταλλικών οξειδίων μπορούν να υποστούν περιστασιακές βλάβες λόγω των άμεσων πληγμάτων. Ένα σημαντικό ποσοστό άμεσων πληγμάτων κεραυνών μπορούν να αναγκάσουν τα αλεξικέραυνα να απορροφήσουν ενέργεια πέρα από την ικανότητα που έχει ορίσει ο κατασκευαστής και το 4/10μs κρουστικό κύμα δοκιμής. Αυτό μετριάζεται από το γεγονός ότι τα αλεξικέρυνα έχουν επιδείξει αρκετά μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας από ότι είναι δημοσιευμένο. Άλλος ένας μηχανισμός αποτυχίας στο σχεδιασμό αλεξικέραυνων από οξείδια του μετάλλου είναι περιστατικά βραχυκυκλωμάτων γύρω από τα εμπόδια, όταν τα αλεξικέραυνα υπόκεινται σε συμβάντα πολλαπλών πληγμάτων. Τα επιφανειακά βραχυκυκλώματα λόγω πολλαπλών πληγμάτων είναι λιγότερο πιθανα για αλεξικέραυνα χωρίς διάκενα, όπως αυτά με περίβλημα από πολυμερή. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Παράδειγμα 1: Σχέδιο Ξύλινου Βραχίονα 15 kv Μια υπηρεσία πραγματοποιεί αναθεώρηση του σχεδιασμού της για γραμμής διανομής με τρεις αγωγούς, τάξης 15 kv. Η υπηρεσία αυτή βρίσκεται σε μια περιοχή με μέτρια κεραυνικά επίπεδα με 40 ημέρες θύελλες και κεραυνούς ανά χρόνο. Οι μονωτήρες είναι ANSI - τάξης 55-4 με πορσελάνινη κορυφή. Υποθέστε ότι οι βραχίονες είναι αγώγιμοι και χρησιμοποιούνται μονωτικές κορυφές από ατσάλι. Τα επίτονα έχουν μονωτήρες με πορσελάνη (ANSI - τάξης 54-4). Το σταθερό μέγεθος στύλου είναι 12,2m με βάθος θεμελίωσης στη γη 2m.Στόχος είναι να υπολογιστεί το επίπεδο συμπεριφοράς έναντι κεραυνού με βάση το σχέδιο και να διερευνηθούν οι βελτιώσεις. Σχήμα Α.1 : Σχέδιο ξύλινου βραχίονα τάξης 15 kv [IEEE Std ]. 48

49 Από παράγραφο εξίσωση [1] έχουμε: N g = 0.04 (40) 1,25 = 4 κεραυνοί/km 2 /έτος Εναλλακτικός τρόπος υπολογισμού των απευθείας πληγμάτων: Το GFD μπορεί να υπολογιστεί από την Εξίσωση [3] Ng=12/3=4 κεραυνοί/km 2 /έτος Το ύψος του πάνω αγωγού είναι 10,2m με πλάτος κατασκευής 2,24m. Επομένως ο αριθμός των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος είναι (παράγραφο 2.5.1, εξίσωση [7] ): N = 4 [28 (10.2) ] 10 = 46 κεραυνοί 100 km έτος ΑΠΟ ΣΕ ΠΟΡΕΙΑ ΣΥΝΟΛΙΚΟ (kv) ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Μεσαία φάση Επίτονο Μονωτήρες (105kV) 152 σε 0,2m ξύλινου πόλου(47kv) σε μονωτήρα καλωδίων (0kV) Εξωτερική φάση Επίτονο Μονωτήρες (105kV) 268 σε 0,6m ξύλινου βραχίονα(105kv) σε 0,2mξύλινου πόλου (13 kv)μονωτήρα καλωδίων (0kV) Δεξιά φάση Μεσαία φάση Μονωτήρες (105kV) 275 σε 0,6m ξύλινου βραχίονα(150kv) στο δεύτερο μονωτήρα (20kV) Δεξιά φάση Μεσαία φάση Αέρας 360 ΠΙΝΑΚΑΣ Α.1 Υπολογισμοί CFO για πιθανές πορείες βραχυκυκλωμάτων για μελέτη πόλου 15 KV. Θεωρώντας ένα προστατευτικό παράγοντα 0,75 και όλα τα άμεσα κεραυνικά πλήγματα θα προκαλέσουν βραχυκύκλωμα, ο αριθμός των βραχυκυκλωμάτων από άμεσο πλήγμα είναι: Βραχυκύκλωμα από άμεσα πλήγματα = 11,5 βραχυκυκλώματα 100 km έτος Επαγόμενα Βραχυκυκλώματα: Ο αριθμός των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται σε ανοιχτό έδαφος υπολογίζεται από το παρακάτω σχήμα, χρησιμοποιώντας την μικρότερη CFO πορεία 152 kv : Incduced Βραχυκυκλώματαανοιχτού εδάφους =4*2=8 Βραχυκυκλώματα/100km/έτος 49

50 Το μεγαλύτερο τμήμα της γραμμής διανομής είναι προστατευμένο, περισσότερα πλήγματα μπορεί να καταλήξουν κοντά στη γραμμή χωρίς απευθείας άμεσο πλήγμα. Ο αριθμός των βραχυκυκλωμάτων λόγω τάσης θα πρέπει να είναι μεταξύ της τιμής των άμεσων και έμμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Έτσι κάνοντας μια εκτίμηση καταλήγουμε στο : inducedβραχυκυκλώματα = 16 Βραχυκυκλώματα 100 km έτος Συνολικές βλάβες = ,5 = 27,05 βλάβες 100 km έτος Μέθοδοι Βελτίωσης: Οι αλλαγές στην μόνωση για την μείωση των βραχυκυκλωμάτων από τάση είναι η κύρια εκδοχή προς εξέταση με στόχο 300kV CFO. i. Χρήση 50cm μονωτήρες τύπου αλυσίδας από fiberglass.έτσι μπορούμε να μειώσουμε την μεσαία CFO από την φάση στο καλώδιο σε 310kV [0,5m μονωτήρας από fiberglass τύπου αλυσίδας (250kV) + (0.45 x 105kV=47kV) + 0.2m ξύλινου στύλου ( 0.2mx 65 kv/m=13kv)]. Κατά γενική άποψη ελαχιστοποιούμε τα βραχυκυκλώματα που προκαλούνται από την τάση. ii. Χρήση ξύλινων βραχιόνων. Αυξάνοντας την ποσότητα του ξύλου στην πορεία του βραχυκυκλώματος από την μεσαία φάση στο καλώδιο. Το CFO θα είναι 255kV [μονωτήρας (105KV) + ξύλινος βραχίονας (0,52mx 250 kv/m=130kv) + ξύλινος στύλος (0,3mx 65 kv/m =20kV)].Αυτό μειώνει το αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από τάση σε λιγότερο από 0,8 βραχυκυκλώματα/100km/έτος. Επιπροσθέτως άλλα σχέδια κατασκευών πρέπει να εξεταστούν (τερματικός στύλος, γωνία και διασταύρωση). Οι επιλογές προς βελτίωση μπορούν να συγκριθούν από άποψη κόστους με τα υπάρχοντα σχέδια. 50

51 Παράδειγμα 2: Γραμμή διανομής 35kV με αγωγό προστασίας (OHGW) Μια υπηρεσία θέλει να χρησιμοποιήσει ένα σχέδιο προστατευμένης γραμμής διανομής για τα ουδέτερα κυκλώματα της πολλαπλής γείωσης με τέσσερις αγωγούς (Σχήμα Α2). Ο παράγοντας προστασίας που θα τοποθετηθεί η γραμμή είναι 0,5 με GFD = 6,7 κεραυνούς/km2/έτος. Το σχέδιο παρέχει μια προστατευτική γωνία Οι μονωτές φάσης είναι ANSI - class 57-2, με μονωτήρες σε πορσελάνινους στύλους σε ατσάλινα στηρίγματα. Ο προστατευτικός αγωγός υποστηρίζεται από ένα μονωτή ANSI-class 55-5, με πορσελάνινες κορυφές. Η γραμμή διανομής χρησιμοποίει ξύλινους πόλους 15.24m και κάθε πόλος είναι γειωμένος με αντίσταση εδάφους 10Ω ή λιγότερο. Πίνακας Α.2: Μόνωση CFO για γραμμή 35kV του Σχήματος Α.2. Σχήμα Α.2 : Κατασκευή ξύλινου στύλου 35kV με προστατευτικό αγωγό. 51

52 Από τους υπολογισμούς στο Πίνακα Α.2 καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι χρειάζονται στηρίγματα αποκλίσεων από fiberglass με κατεύθυνση προς το έδαφος. Ο αγωγός που καταλήγει στο έδαφος αντισταθμίζεται από ένα μονωτήρα 0.46 m στηρίγματος απόκλισης από fiberglass και προσαρμόζεται στο στύλο 0.49 m κάτω από το κάτω αγωγό φάσης. Εάν δεν υπήρχαν τα στηρίγματα αποκλίσεων, το CFO θα ήταν 180 kv που θα προκαλούσε βραχυκυκλώματα λόγω της τάσης, ενώ ο προστατευτικός αγωγός δεν θα ήταν τόσο αποδοτικός έναντι στα άμεσα πλήγματα. Η μικρότερη πορεία CFO είναι 261 kv, οι πιο σημαντικές πορείες είναι οι πορείες βραχυκυκλώματος από την φάση στο έδαφος(phase-to-ground). Ο λόγος είναι επειδή η τάση για ένα πλήγμα στο προστατευτικό αγωγό και οι επαγόμενες τάσεις είναι πιέσεις τάσης από φάση στο έδαφος. Η χαμηλότερη πορεία βραχυκυκλώματος από φάση στο έδαφος είναι 325 kv από την φάση C στο γειωμένο αγωγό του στύλου. Άμεσα πλήγματα : Το GFD μπορεί να υπολογιστεί από : Ν g = 0.04 (60) 1.25 = 6.68 κεραυνοί km 2 έτος Το ύψος του προστατευτικού αγωγού είναι 13.13m και το πλάτος αγωγών φάσης είναι 1.22m.Επομένως υπολογίζεται ο αριθμός των άμεσων πληγμάτων από: N = N g ( 28 h0.6 + b 10 ) = 6.7 ( ) = 88.8 κεραυνοί 100 km έτος 10 Κάνοντας μια εκτίμηση για τα πλήγματα που χρησιμοποιούν ένα παράγοντα προστασίας 0.5 : Άμεσα πλήγματα σε γραμμή διανομής = 44.4 κεραυνοί/100 km/έτος Επειδή η γραμμή διανομής είναι γειωμένη σε κάθε πόλο και η γωνία προστασίας είναι μικρότερη από 45 0, όλα τα πλήγματα στην γραμμή διανομής κάνοντας μια θεώρηση ότι πλήττουν τον προστατευτικό αγωγό. Από το παρακάτω σχήμα μπορούμε να προσδιορίσουμε τον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων (αντίσταση εδάφους 10Ω, CFO 350 kv ): Άμεσα πλήγματα=44.4 κεραυνοί/100km/έτοςx0.04 = 1.8 βραχυκυκλώματα/100km/έτος. 52

53 Επαγόμενα βραχυκυκλώματα: Με CFO 325 kv, η κατασκευή μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι ανθεκτική σε βραχυκυκλώματα που προκαλούνται από την τάση. Τότε όλα τα βραχυκυκλώματα οφείλονται στα άμεσα πλήγματα και όλα προκαλούν βλάβες. Συνολικές βλάβες = άμεσα = 1.8 βραχυκυκλώματα/100 km/έτος Μέθοδοι βελτίωσης: Το Σχήμα Α.2 έχει καλή απόδοση σε περίπτωση κεραυνού. Ένα τμήμα που μπορούμε να εστιάσουμε είναι ο σχεδιασμός τη γειωμένης αντίστασης 10Ω ίσως είναι δύσκολο να επιτευχθεί. Το παραπάνω σχήμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υπολογίσει την μείωση στην απόδοση λόγω της αντίστασης της βάσης. Εάν για παράδειγμα η αντίσταση της βάσης είναι 50Ω, το ποσοστό βραχυκυκλώματος θα αυξηθεί κατά 35% για τα άμεσα πλήγματα (15.3 βραχυκυκλώματα/100 km/έτος). Μια μέθοδος βελτίωσης είναι η χρήση υποστηριγμάτων από fiberglass έναντι από ατσάλι που θα οδηγήσει σε αύξηση του CFΟ φάσης προς φάσης και φάσης προς έδαφος. 53

54 Κεφάλαιο 3 ο ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΣ ΚΑΙ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι μετρήσεις έχουν πραγματοποιηθεί στη γραμμή που υπάγεται στην περιφερειακή διεύθυνση Ηπείρου στο Υ/Σ Αράχθου. Η γραμμή είναι η : R -25 Γραμμή Άρτας Πηγών (μήκος 145 km) Οι περιοχές από τις οποίες περνάει η γραμμή και πήραμε τις μετρήσεις είναι οι ακόλουθες: Αθαμάνιο Αστροχώρι Άνω Καλεντίνη Βελενζίκο Βλαχέρνα Βουργαρέλη Βραγγιανά Γραμμενίτσα Διάσελο Διχομοίρι Ελάτη Θεοδώριανα Καταφύλλιο Κάψαλα Κρανιά Μαρκινιάδα Μεγαλόχαρη Μεσόπυργος Μεσούντα 54

55 Μεσοχώρα Μηλιανά Μυρόφυλο Παλαιοκότουνο Παναγιά Πέτα Πέτρα Πηγές Πλάτανο Ρεντζιανά Τετράκωμο Στο παρόν κεφάλαιο θα παρουσιάσουμε τα καταγεγραμμένα σφάλματα στα δελτία σημαντικών μη προγραμματιζόμενων διακοπών της δημόσιας επιχείρησης ηλεκτρισμού στη περιοχή που μελετάω για το έτος 2011.Τα σφάλματα που θα μας απασχολήσουν είναι αυτά που έχουν καταγραφεί με τις παρακάτω αιτιολογίες: Άγνωστο Άνεμος Άλλα αίτια Ανθρώπινη επέμβαση Ατάνυστοι αγωγοί Ζώα-πτηνά Κακοκαιρία Κακός χειρισμός Κακοτεχνία Κλαδιά δέντρων Κεραυνός Ξένα σώματα Πάγος-χιόνι Ρύπανση Υλικά δικτύου Σύμφωνα με τις οδηγίες της ΙΕΕΕ για την συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας σε περίπτωση κεραυνικού πλήγματος, υπολογίζουμε σε θεωρητικό επίπεδο τα σφάλματα που προκύπτουν από ένα τέτοιο πλήγμα. Έπειτα συγκρίνεται ο θεωρητικός υπολογισμός με τα πραγματικά δεδομένα από την βάση δεδομένων της ΔΕΔΔΗΕ. Όλα τα παρακάτω σχήματα χρησιμοποιήθηκαν από την οδηγία της ΙΕΕΕ, IEEE - Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines, IEEE Std , IEEE Power & Energy Society. 55

56 3.2 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ Η μεθοδολογία που ακολουθείται για τον υπολογισμό του συνολικού αριθμού σφαλμάτων από κεραυνούς σε γραμμές μεσαίας τάση γίνεται με την πρόσθεση του αριθμού βραχυκυκλωμάτων από άμεσα κεραυνικά πλήγματα, από έμμεσα κεραυνικά πλήγματα και βραχυκυκλώματα από ζημιές στο προστατευτικό εξοπλισμό. Χωρίζεται σε διάφορα στάδια τα οποία είναι: 1. Ng Εκτίμηση πυκνότητας κεραυνών περιοχής με την βοήθεια του ισοκεραυνικού χάρτη της Ελλάδας (σχήμα 2.2β) και υπολογισμό των ημέρων καταιγίδας στην συγκεκριμένη περιοχή. Td= ημέρες καταιγίδας/ έτος Ng = 0,04 T d 1.25 [κεραυνοί/km 2 /έτος] 2. Ν Εκτίμηση των κεραυνικών πληγμάτων σε απροστάτευτη γραμμή. N = N g ( 28 h0.6 + b ) Sf Υπολογισμός του συντελεστή προστασίας της γραμμής. Ο αριθμός των κεραυνικών πληγμάτων σε μια γραμμή μειώνεται δραστικά όταν υπάρχουν γειτονικά δέντρα, ψηλά κτίρια ή άλλες γραμμές. Σχήμα 3.2 : Απόσταση των αντικειμένων από την γραμμή διανομής (m) [IEEE Std ]. 4. Ns Υπολογισμός του αριθμού των βραχυκυκλωμάτων από άμεσα κεραυνικά πλήγματα στη γραμμή διανομής. N S = N (1 S f ) 5. Ni Υπολογισμός του αριθμού των βραχυκυκλωμάτων από έμμεσα κεραυνικά πλήγματα στη γραμμή διανομής. Επομένως από το παρακάτω 56

57 σχήμα και θεωρώντας το μικρότερο CFO path προσδιορίζεται ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων. Σχήμα 3.3 : Αριθμός βραχυκυκλωμάτων από επαγόμενη τάση έναντι του επιπέδου μόνωσης της γραμμής διανομής. [IEEE Std ]. Από το παρακάτω πίνακα για τις γραμμές διανομής 20 kv μπορούμε να προσδιορίσουμε το μικρότερο CFO path στην συγκεκριμένη περίπτωση που προκύπτει από πίνακες για την τυπική αντοχή σε κρουστική τάση κεραυνών. Έπειτα ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων που προσδιορίζεται για ανοιχτό έδαφος και απροστάτευτη γραμμή, πολλαπλασιάζεται με την πυκνότητα των κεραυνών της συγκεκριμένης περιοχής που μελετάμε. Σύμφωνα με την οδηγία της ΙΕΕΕ για να υπολογίσουμε τον αριθμό των έμμεσων βραχυκυκλωμάτων σε προστατευμένη γραμμή θεωρούμε ότι ο αριθμός αυτός βρίσκεται κάπου μεταξύ του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος και του αριθμού των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Μέγιστη τάση λειτουργίας εξοπλισμού Um (kv), r.m.s τιμή Τυπική αντοχή σε μικρής διάρκειας εναλλασσόμενη τάση (kv), r.m.s. τιμή Τυπική αντοχή σε κρουστική τάση κεραυνών (kv), r.m.s Πίνακας 3.1: Τυπικά επίπεδα μόνωσης για 20kV (IEC 71) 6. Np Εκτίμηση των σφαλμάτων που οφείλονται στην αστοχία των προστατευτικών διατάξεων. 7. Ν Εκτίμηση του συνολικού αριθμού των σφαλμάτων στην γραμμή διανομής. N=Ns+Ni+Np 57

58 8. Νtotal - Αναγωγή του συνολικού αριθμού σφαλμάτων ( 100 km / έτος ) στο πραγματικό μήκος της γραμμής που εξετάζουμε. Εικόνα 3.1 : Χάρτης από δορυφόρο για την περιοχή μελέτης (Google Maps) 3.3 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΓΡΑΜΜΗΣ R-25 ΑΡΤΑΣ-ΠΗΓΩΝ Εικόνα 3.2 : Χάρτης από δορυφόρο με την όδευση της γραμμής R-25 58

59 Αρχικά, σύμφωνα με τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδος (σχήμα 2.2β), για την περιοχή της Άρτας η εκτίμηση των ημερών καταιγίδας ανά έτος εκτιμάται : Td = 55 ημέρες καταιγίδας / έτος Η πυκνότητα κεραυνών στη Γη υπολογίζεται από το παρακάτω τύπο : Ν g = 0.04 T 1.25 d = 0.04 (55) 1.25 = 5,99 κεραυνοί km 2 έτος Η μέση τιμή για το ύψος της γραμμής είναι 12 m και το πλάτος είναι 2,5 m. Επομένως ο αριθμός σφαλμάτων που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών, σε αθωράκιστη γραμμή υπολογίζεται από : N = N g ( 28 h0.6 +b ) = 5,99 ( ,6 +2,5 10 = 75,9 κεραυνοί 100 km έτος Έπειτα, υπολογίζεται ο προστατευτικός παράγοντας Sf όλης της διάταξης από άμεσα κεραυνικά πλήγματα (κτίρια, δέντρα, βουνά παρέχουν προστασία). Στο παρακάτω σχήμα από τις οδηγίες ΙΕΕΕ υπολογίζουμε το συντελεστή προστασίας. 10 )= Σχήμα 3.4 : Απόσταση των αντικειμένων από την γραμμή διανομής (m). Από της πληροφορίες που λάβαμε από το μονογραμμικό σχέδιο της γραμμής το οποίο μας παρείχε η ΔΕΗ, διαπιστώσαμε ότι πρόκειται για μια γραμμή σε συνδυασμό με έντονη βλάστηση (Εικόνα 3.3), θεωρούμε ότι γύρω από τη γραμμή υπάρχουν αντικείμενα χαμηλότερου ύψους (Εικόνα 3.4): Μια μέση απόσταση 30 m από την κατασκευή Ύψος εμποδίων στην δεξιά πλευρά 10m Sf1=0,35 Ύψος εμποδίων στην αριστερή πλευρά 10m Sf2=0,35 S f = S f1 + S f2 = 0,35 + 0,35 = 0,7 59

60 Εικόνα 3.3 Βλάστιση περιοχής που διανύει η γραμμη R-25 Εικόνα 3.4 Στη φωτογραφία φαίνεται το ύψος του πυλώνα και των εμποδίων Ο συνολικός αριθμός άμεσων πληγμάτων της γραμμής είναι: N S = N (1 S f ) = 75,9 0.3 = 22,77 κεραυνοί 100 km έτος Το επόμενο στάδιο είναι, ο υπολογισμός των έμμεσων πληγμάτων από κεραυνικά πλήγματα στη γραμμή θεωρώντας το μικρότερο CFO path (125 kv) από το παρακάτω σχήμα. Κάνοντας μια θεώρηση για να καταλήξουμε στο συνολικό αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων, γίνεται μια προσαύξηση της τάξεως του 80% λόγω του μεγάλου συντελεστή προστασίας στο αριθμό των συγκεκριμένων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. 60

61 Σχήμα 3.5: Αριθμός βραχυκυκλωμάτων από επαγόμενη τάση έναντι του επιπέδου μόνωσης της γραμμής διανομής Επομένως θεωρούμε ότι έχουμε 3 επαγόμενα βραχυκυκλώματα από το σχήμα και χρησιμοποιώντας την πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης έχουμε: Επαγόμενα Βραχυκυκλώματα=Ng*3=5,99*3=17,97 κεραυνοί/100km/έτος Όταν μια γραμμή είναι προστατευμένη μειώνεται ο αριθμός άμεσων πληγμάτων αλλά αυξάνεται ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε κοντινά σημεία της γραμμής διανομής. Επομένως θεωρούμε μια προσαύξηση της τάξεως του 80% λόγω του μεγάλου συντελεστή προστασίας στον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής προστασίας τόσο περισσότερα επαγόμενα κεραυνικά πλήγματα στην κοντινή περιοχή της γραμμής με απόρροια περισσότερα επαγόμενα βραχυκυκλώματα. Ni= (Επαγόμενα Βραχυκυκλώματα) * (προσαύξηση 80%)= 17,97*1.8= =32,346 κεραυνοί/100km/έτος Επίσης τα σφάλματα για κακή λειτουργία των προστατευτικών διατάξεων, θεωρούμε ότι είναι μηδενικά, άρα: Νp=0 Επομένως, N = N P + N S + N i = , ,346 = 55,116 κεραυνοί 100 km έτος Εφαρμόζοντας την αναγωγή στο πραγματικό μήκος της γραμμής 145 km, έχουμε: N total = N 1,85 = 55,116 1,85 = 79,918 = 80 κεραυνοί 100 km έτος 61

62 Ο παραπάνω αριθμός είναι η θεωρητική τιμή των αναμενόμενων σφαλμάτων ανά έτος για τη γραμμή διανομής R-25, όπως θα δούμε και παρακάτω η αναμενόμενη με τη πραγματική τιμή των σφαλμάτων ανά έτος παρουσιάζει αποκλίσεις. 3.4 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΓΡΑΜΜΗ R-25 ΑΡΤΑΣ-ΠΗΓΩΝ Τα παρακάτω δεδομένα μου παραχωρήθηκαν από την ΔΕΔΔΗΕ Άρτας. Παρατηρούμε, ότι ο συνολικός αριθμός σφαλμάτων είναι 108, ενώ ο αριθμός σφαλμάτων από πλήγμα κεραυνού είναι 13. Παρακάτω (Πίνακας 4.1), φαίνονται αναλυτικά, οι αντίστοιχοι μήνες που είχαμε σφάλματα από κεραυνούς. ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΝΟΥΣ ΑΘΑΜΑΝΙΟ 1 ΒΟΥΡΓΑΡΕΛΗ 2 ΚΑΨΑΛΑ 1 ΜΑΡΚΙΝΙΑΔΑ 1 ΜΕΣΟΠΥΡΓΟ 1 ΜΥΡΟΦΥΛΟ 3 ΠΑΛΑΙΟΚΟΤΟΥΝΟ 3 ΤΕΤΡΑΚΩΜΟ 1 ΣΥΝΟΛΟ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ 13 Πίνακας 3.2: Οι περιοχές που υπήρχαν σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα, στη γραμμή R-25 το έτος ΓΡΑΜΜΗ R-25 ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΚΑΘΕ ΜΗΝΑ ΕΤΟΥΣ 2011 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 4 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 7 ΜΑΡΤΙΟΣ 6 ΑΠΡΙΛΙΟΣ 8 ΜΑΙΟΣ 5 ΙΟΥΝΙΟΣ 7 ΙΟΥΛΙΟΣ 9 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 7 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 19 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 15 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 6 ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 15 ΣΥΝΟΛΟ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ 108 Πίνακας 3.3: Αριθμός σφαλμάτων σε μηνιαία βάση της γραμμής R-25 το έτος

63 ΑΙΤΙΟ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΚΕΡΑΥΝΟΣ 13 ΑΝΕΜΟΣ 13 ΑΓΝΩΣΤΟ 17 ΚΛΑΔΙΑ ΔΕΝΤΡΩΝ 7 ΚΑΚΟΚΑΙΡΙΑ 29 ΑΛΛΟ ΑΙΤΙΟ 18 ΑΤΑΝΥΣΤΟΙ ΑΓΩΓΟΙ 1 ΡΥΠΑΝΣΗ 1 ΥΛΙΚΑ ΔΙΚΤΥΟΥ 2 ΖΩΑ-ΠΤΗΝΑ 5 ΚΑΚΟΤΕΧΝΙΑ 1 ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΕΠΕΜΒΑΣΗ 1 ΣΥΝΟΛΟ 108 Πίνακας 3.4: Καταγεγραμμένα σφάλματα στην γραμμή R-25 το έτος % 1% 1% 2% 1% 4% ΣΦΑΛΜΑΤΑ 1% 12% 12% ΚΕΡΑΥΝΟΣ ΑΝΕΜΟΣ ΑΓΝΩΣΤΟ ΚΛΑΔΙΑ ΔΕΝΤΡΩΝ 16% ΚΑΚΟΚΑΙΡΙΑ 27% 6% ΑΛΛΟ ΑΙΤΙΟ ΑΤΑΝΥΣΤΟΙ ΑΓΩΓΟΙ ΡΥΠΑΝΣΗ ΥΛΙΚΑ ΔΙΚΤΥΟΥ Γράφημα 3.1: Αιτία πραγματικών σφαλμάτων 63

64 ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΑΡΙΘΜΟΣ ΚΕΡΑΥΝΩΝ 22 Ιανουαρίου Ιανουαρίου Μαρτίου Απριλίου Μαΐου Μαΐου Μαΐου Μαΐου Μαΐου Μαΐου Μαΐου Μαΐου Μαΐου Ιουνίου Ιουνίου Ιουνίου Ιουνίου Ιουνίου Ιουλίου Σεπτεμβρίου Σεπτεμβρίου Σεπτεμβρίου Σεπτεμβρίου Οκτωβρίου Οκτωβρίου Οκτωβρίου Δεκεμβρίου Δεκεμβρίου Δεκεμβρίου Σύνολο 72 Πίνακας 3.5: Εκκενώσεις κεραυνών στην γραμμή R-25(προσεγγιστικά), βάση του συστήματος Zeus [ Περισσότερες πληροφορίες στο κεφάλαιο

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 4.1 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ Σε αυτή την ενότητα γίνεται η στατιστική ανάλυση και επεξεργασία των δεδομένων θεωρητικά και πραγματικά που έχουμε συλλέξει και παρουσιάσει ως αυτό το σημείο. Ο επόμενος πίνακας παρουσιάζει τη σύγκριση μεταξύ των θεωρητικών, πραγματικών τιμών σφαλμάτων και των πληγμάτων που κατέγραψα αξιοποιώντας το σύστημα Zeus, η οποία σύγκριση, στη συνέχεια γίνεται και με τη βοήθεια ραβδογραμμάτων. Η τιμή των πραγματικών σφαλμάτων, καθώς και των πληγμάτων του συστήματος Zeus εξηγείται παρακάτω. ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΤΙΜΗ (σφάλμα/έτος) ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΤΙΜΗ (σφάλμα/έτος) ΤΙΜΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ZEUS (πλήγματα/ έτος) Πίνακας 4.1: Διαφορά των τιμών θεωρητικής, πρακτικής και συστήματος Zeus Σύγκριση Θεωρητικής- Πραγματικής τιμής- Σφάλματα από σύστημα Zeus ΘΕΩΡHΤΙΚΗ ΤΙΜΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΤΙΜΗ Συστήματος Zeus Γράφημα 4.1: Ραβδόγραμμα θεωρητικής τιμής, πρακτική και συστήματος Zeus. 65

66 4.2 ΣΧΕΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΓΡΑΜΜΗΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΑΝΑ ΜΗΝΑ ΜΗΝΑΣ/ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΚΕΡΑΥΝΟΣ ΑΝΕΜΟΣ ΑΤΑΝΥΣΤΟΙ ΑΓΩΓΟΙ ΠΑΓΟΣ- ΧΙΟΝΙ ΡΥΠΑΝΣΗ ΚΛΑΔΙΑ ΔΕΝΤΡΩΝ ΞΕΝΑ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΣΩΜΑΤΑ ΕΠΕΜΒΑΣΗ ΖΩΑ- ΠΤΗΝΑ ΚΑΚΟΤΕΧΝΙΑ ΥΛΙΚΑ ΣΥΝΟΛΟ ΆΛΛΟ ΔΙΚΤΥΟΥ ΑΙΤΙΟ ΚΑΚΟΚΑΙΡΙΑ ΚΑΚΟΣ ΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΑΓΝΩΣΤΟ ΣΦΑΛΜΑΤΩ Ν/ΜΗΝΑ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ ΜΑΡΤΙΟΣ ΑΠΡΙΛΙΟΣ ΜΑΙΟΣ ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ ΣΥΝΟΛΟ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ/ ΑΙΤΙΟ Πίνακας 4.2: Αναλυτική απεικόνιση των πραγματικών σφαλμάτων στη γραμμή διανομής R-25 που εξετάζουμε ανά μήνα το έτος 2011 Παρατηρούμε, ότι τα περισσότερα σφάλματα στη γραμμή είναι τα Κακοκαιρία, Άλλο Αίτιο και Άγνωστο. Ενώ από τα γνωστά, αυτά που συμβαίνουν περισσότερο είναι εκτός Κακοκαιρίας, τα σφάλματα από Κεραυνό και από Άνεμο. Επίσης, περισσότερα σφάλματα συναντάμε τους μήνες Σεπτέμβριο, Οκτώβριο και Δεκέμβριο. 4.3 Παρατηρήσεις Συμπεράσματα Αρχικά παρατηρούμε, βάση του Πίνακα 4.2, ότι τα σφάλματα που συνέβησαν στη γραμμή R-25 από κεραυνό είναι 13. Παρατηρούμε ότι υπάρχει απόκλιση της πραγματικής, με τη θεωρητική τιμή που υπολογίσαμε παραπάνω. Για τον λόγο αυτό, αναζήτησα την βοήθεια του συστήματος Zeus από την ιστοσελίδα meteo ( Κατέγραψα τους κεραυνούς που, πιθανών, έπληξαν την γραμμή μου καθώς και τις ημερομηνίες. Τα αποτελέσματα της αναζήτησης τα κατέγραψα στον πίνακα 3.5. Σκοπός μου είναι να συγκρίνω τα αποτελέσματα του Zeus με τα σφάλματα της ΔΕΗ. Αξίζει να αναφερθεί ότι, το σύστημα Zeus είναι μία μέθοδος καταγραφής που βασίζεται στο γεγονός ότι κατά τη διάρκεια που μία ηλεκτρική εκκένωση έρχεται σε επαφή με το έδαφος εκπέμπεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία χαμηλής συχνότητας, η οποία και διαδίδεται από την τοποθεσία του συμβάντος με την ταχύτητα του φωτός. Με κεραίες που είναι τοποθετημένες, καταγράφεται η ακριβής ημερομηνία και η τοποθεσία του συμβάντος. Η σύγκριση των τιμών φαίνεται και στον Πίνακα 4.1. Σύμφωνα με τον παραπάνω πίνακα (πίνακας 4.1) παρατηρούμε ότι τα θεωρητικά σφάλματα είναι περισσότερα από τα πραγματικά σφάλματα, το οποίο είναι θετικό γεγονός. Επομένως τα σφάλματα που αναμένουμε σε θεωρητικό επίπεδο για τη γραμμή διανομής είναι μεγαλύτερα σε αριθμό από τα πραγματικά. 66

67 Βεβαίως υπάρχει απόκλιση στην ακρίβεια των αποτελεσμάτων η οποία εξαρτάται από διάφορους παράγοντες. Αρχικά, ο αριθμός για τις μέρες της ετήσιας καταιγίδας (T d) επιλέχτηκε βάση του ισοκεραυνικού χάρτη (σχήμα 2.2β), του οποίου η τιμή που επέλεξα, τυχών δεν είναι απολύτως ακριβής λόγω του μεγάλου μήκους της γραμμής. Το μήκος της γραμμής, τυχών δεν είναι το σωστό. Μετρήθηκε από το μονογραμμικό σχέδιο, που μου παραχωρήθηκε από την ΔΕΔΔΗΕ, αλλά υπάρχει ενδεχόμενο σφάλματος κατά την μέτρηση. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, η θεωρητική τιμή, του συνόλου των κεραυνών που αναμένουμε σε ετήσια βάση (Ntotal), να μην είναι η σωστή. Επίσης, η ελλιπής πληροφόρηση για τον συντελεστή προστασίας (S f) της γραμμής διανομής, καθώς έγινε προσεγγιστική υπόθεση της τιμής αυτής. Λόγω, επίσης του μεγάλου μήκος και της γεωγραφικής θέσης της γραμμής, η ακριβής προσέγγιση του συντελεστή προστασίας είναι αρκετά δύσκολη. Η τιμή που επιλέχτηκε ήταν κατά μέσο όρο της γεωγραφικής κατάστασης της περιοχής όπως φαίνεται από τις φωτογραφίες του 1 ου κεφαλαίου. Τα καταγεγραμμένα στοιχεία της ΔΕΔΔΗΕ, με τα οποία καταλήξαμε στους θεωρητικούς υπολογισμούς, δεν είναι απόλυτα ακριβή. Όσον αφορά το σύστημα Zeus, δεν μπορούμε να εμπιστευτούμε ότι οι τιμές είναι ακριβής. Καθώς δεν μπορούμε με ακρίβεια να δούμε αν οι κεραυνοί, έπληξαν την περιοχή που μελετάμε, λόγω του ότι τα πλήγματα τις αντίστοιχες μέρες, διακρίνονται σε χάρτη απόστασης ύψους 100km από την επιφάνεια (Εικόνα 4.1). Που σημαίνει ότι υπάρχει ενδεχόμενο λάθους. Επίσης δεν γνωρίζουμε αν οι κεραυνοί που έπληξαν την περιοχή χτύπησαν πράγματι την γραμμή ή όχι. Εικόνα 4.1 Φωτογραφία συστήματος Zeus (30 Μαίου 2011). Συμβουλευτικά, είναι θετικό που οι τιμές του Zeus είναι μεγαλύτερες από τις πραγματικές, καθώς επιβεβαιώνουν την κατάσταση του καιρού. Με την σύγκριση των ημερομηνιών, από τα δεδομένα της ΔΕΔΔΗΕ (Πίνακας4.2) για την καταγραφή κεραυνικού πλήγματος, με το σύστημα Zeus (Πίνακας 3.5), παρατηρούμε ότι υπάρχει σύγκλιση των τιμών. Δηλαδή, τα περισσότερα καταγεγραμμένα κεραυνικά πλήγματα τα είχαμε τους μήνες 67