ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ. Διπλωματική Εργασία. Χωριανόπουλου Στυλιανού

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διπλωματική Εργασία Του Φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Ηλεκτρονικών Υπολογιστών, της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών: Χωριανόπουλου Στυλιανού Αριθμός Μητρώου: 7149 Θέμα: Μελέτη σφαλμάτων από κεραυνούς στο δίκτυο Μέσης Τάσης της νήσου Ζακύνθου Επιβλέπουσα: ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΠΥΡΓΙΩΤΗ Επίκουρη Καθηγήτρια Πάτρα: 1

2 Το σύνολο της εργασίας αποτελεί πρωτότυπο έργο, παραχθέν από τον Χωριανόπουλο Στέλιο και δεν παραβιάζει δικαιώματα τρίτων καθ οποιονδήποτε τρόπο. Αν η εργασία περιέχει υλικό, το οποίο δεν έχει παραχθεί από τον/ην ίδιο/α, αυτό είναι ευδιάκριτο και αναφέρεται ρητώς εντός του κειμένου της εργασίας ως προϊόν εργασίας τρίτου, σημειώνοντας με παρομοίως σαφή τρόπο τα στοιχεία ταυτοποίησής του, ενώ παράλληλα βεβαιώνει πως στην περίπτωση χρήσης αυτούσιων γραφικών αναπαραστάσεων, εικόνων, γραφημάτων κλπ., έχει λάβει τη χωρίς περιορισμούς άδεια του κατόχου των πνευματικών δικαιωμάτων για την συμπερίληψη και επακόλουθη δημοσίευση του υλικού αυτού.. 2

3 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: «Μελέτη σφαλμάτων από κεραυνούς στο δίκτυο Μέσης Τάσης της νήσου Ζακύνθου» του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Χωριανόπουλου Στέλιου Α.Μ.: 7149 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 Ευχαριστίες: Ευχαριστώ θερμά την καθηγήτριά μου και επιβλέπουσα της διπλωματικής εργασίας κ. Ελευθερία Πυργιώτη για την καθοδήγησή και τις συμβουλές όσον αφορά την πραγματοποίηση της συγκεκριμένης εργασίας. 4

5 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Τίτλος: Μελέτη σφαλμάτων από κεραυνούς στο δίκτυο Μέσης Τάσης της νήσου Ζακύνθου Φοιτητής : Χωριανόπουλος Στέλιος Επιβλέπουσα: ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΠΥΡΓΙΩΤΗ Περίληψη Στην συγκεκριμένη εργασία, επιδιώκουμε να κάνουμε μια μελέτη σχετικά με την επήρεια των κεραυνικών πληγμάτων στο δίκτυο Μ.Τ της Ζακύνθου και πιο ειδικά στο εναέριο κομμάτι του. Όπως είναι γνωστό, οι γραμμές πλήττονται από άμεσα κεραυνικά πλήγματα η από επαγόμενες τάσεις από αυτά και οι υπερτάσεις που δημιουργούνται προκαλούν διάφορες επιπλοκές στην λειτουργία του δικτύου και στον εξοπλισμό του. Αρχικά γίνεται μια γενική περιγραφή του μηχανισμού των ηλεκτρικών εκκενώσεων στην ατμόσφαιρα και την γη και πιο συγκεκριμένα στο φαινόμενο του κεραυνού.στην συνέχεια αναλύεται ένα δίκτυο Μ.Τ στα επιμέρους στοιχεία του και παρουσιάζονται τα σφάλματα που είναι δυνατόν να συμβούν σε αυτό. Μετά γίνεται αναφορά στην ΙΕΕΕ 5

6 οδηγία που περιγράφεται η συμπεριφορά των εναέριων γραμμών σε περίπτωση κεραυνού και προτείνει τρόπους μείωσης των βραχυκυκλωμάτων. Τέλος, παρουσιάζονται τα καταγεγραμμένα σφάλματα στο δίκτυο Ζακύνθου στην δεκαετία Αφού υπολογίζεται θεωρητικά τα ο αναμενόμενος αριθμός σφαλμάτων, γίνεται μια σύγκριση με τον πραγματικό προκειμένου να εξαχθούν ορισμένα συμπεράσματα σχετικά με το κατά πόσο προστατεύονται οι γραμμές και στο πως είναι δυνατόν να γίνουν λιγότερο ευάλωτες έναντι στους κεραυνούς. 6

7 Περιεχόμενα Εισαγωγη...9 Κεφάλαιο 1: Το φαινόμενο του κεραυνού 1.1: Γενικά : Ηλεκτρική κατάσταση της γης : Hλεκτρική συμπεριφορά του.13 συννέφου 1.4: Oρισμοί σχετικά με τον κεραυνό : Τα είδη των κεραυνών : Μηχανισμός ατμοσφαιρικών εκκενώσεων : Απόσταση διάσπασης : Μοντέλο κεραυνού : Ισοκεραυνικές καμπύλες 25 Κεφάλαιο 2: Δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας 2.1: Διανομή ηλεκτρικής ενέργειας : Κατηγοριοποίηση των δικτύων διανομής : Σχεδιαστικοί τύποι δικτύων : Δίκτυα μέσης τάσης Εναέρια δίκτυα Αγωγοί Μονωτήρες Υπόγεια δίκτυα : Υποσταθμοί διανομής Εναέριοι υποσταθμοί Επίγειοι υποσταθμοί : Σφάλματα και υπερτάσεις 42 Κεφάλαιο 3: ΙΕΕΕ Οδηγία 3.1: Εισαγωγή : Ορισμοί Παράμετροι κεραυνών Κατανομές μέγιστου ρεύματος 49 κεραυνών Συμπεριφορά εναέριων γραμμών διανομής σε περίπτωση 7

8 κεραυνού Πλήγματα κεραυνών σε εναέριες Γραμμές Βραχυκύκλωμα από επαγόμενη τάση Επίπεδα μόνωσης γραμμών διανομής CFO τάση συνδυασμένης μόνωσης Προσδιορισμός της CFO τάσης για κατασκευές με μονώσεις σειράς Τεχνικά ζητήματα Ικανότητα ξύλου για διακοπή τόξου Καταστροφή ξύλου λόγω κεραυνού Προστασία γραμμών διανομής με προστατευτικούς αγωγούς Απαιτήσεις μόνωσης Αποτελεσματικότητα της γείωσης και του επιπέδου μόνωσης Προστασία γραμμών με αλεξικέραυνα Μήκος αγωγών σύνδεσης αλεξικέραυνων Βραχυκυκλώματα από έμμεσα πλήγματα Βραχυκυκλώματα από άμεσα πλήγματα.. 72 Κεφάλαιο 4: Σφάλματα στο δίκτυο διανομής Ζακύνθου 4.1: Εισαγωγή : Μεθοδολογία θεωρητικού υπολογισμού σφαλμάτων : Υπολογισμός σφαλμάτων από κεραυνούς στις γραμμές Ζακύνθου Γραμμή R Γραμμή R Γραμμή R Γραμμή R Γραμμή R Γραμμή R Γραμμή R Γραμμή R : Καταγεγραμμένα σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα : Παρατηρήσεις Συμπεράσματα 106 Βιβλιογραφια 108 8

9 Εισαγωγή Σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας (Σ.Η.Ε): Με τον όρο Σ.Η.Ε εννοούμε το σύνολο των εγκαταστάσεων (εργοστάσια, σταθμούς-υποσταθμούς), αλλά και όλων εκείνων των στοιχείων (μετασχηματιστές,γραμμές μεταφοράς,διακόπτες, λοιπές διατάξεις...) που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή και παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Λόγω του έργου που καλείται να επιτελέσει,ένα σύγχρονο Σ.Η.Ε πρέπει να πληροί ορισμένες προδιαγραφές.είναι αναγκαίο να είναι σε θέση να παρέχει την απαιτούμενη ισχύ όταν και όπου αυτή ζητηθεί, εξασφαλίζοντας παράλληλα την ελαχίστου κόστους λειτουργία του και διατηρώντας την ομαλότητα του. Αυτό είναι πολύ δύσκολο δεδομένου του τεραστίου όγκου δεδομένων στοιχείων, παραμέτρων καθώς και λοιπών απρόβλεπτων παραγόντων όπως βλάβες ή μεταβολές στην ζήτηση ενέργειας, που πρέπει να επεξεργάζεται συνεχώς για να λειτουργήσει αποδοτικά. Τέλος, δεν πρέπει να αμελείται το γεγονός ότι πρέπει είναι φιλικό προς το περιβάλλον και είναι ζωτικής σημασίας το να επιτυγχάνει το βέλτιστο αποτέλεσμα δεσμεύοντας τους ελάχιστους δυνατούς πόρους. Ένα σύγχρονο Σ.Η.Ε μπορεί να αναλυθεί στα εξής επιμέρους τμήματα: Σταθμοί παραγωγής: Υπάρχουν διαφόρων ειδών σταθμοί παραγωγής όπως υδροηλεκτρικοί,πυρηνικοί,γεωθερμικοί κ.ο.κ.στην Ελλάδα ο κυρίαρχος τύπος είναι ατμοηλεκτρικός σταθμός (συνδυαστικού κύκλου),που λειτουργεί με καύση ορυκτών κυρίως λιγνίτη.. Η ιδανική τοποθεσία εγκατάστασης του σταθμού εξαρτάται κυρίως από το είδος του. Δίκτυο μεταφοράς: Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια,μέσω μετασχηματιστών ανύψωσης-βύθισης τάσης και γραμμών μεταφοράς, διοχετεύεται από τους σταθμούς παραγωγής στους υποσταθμούς διανομής. 9

10 Δίκτυο διανομής: Με χρήση Μ/Τ (μείωσης τάσης) και γραμμών μεταφοράς,η ενέργεια διανέμεται μέσω αυτού του δικτύου στους καταναλωτές (οικιακούς, βιομηχανικούς) προς αξιοποίηση. Βασική δομή Σ.Η.Ε. ( Η μεταφορά της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από τους σταθμούς παραγωγής στους υποσταθμούς γίνεται με γραμμές υψηλής τάσης και υπερυψηλής. Όσο αν αφορά το Σ.Η.Ε της Ελλάδας, χρησιμοποιούνται επί το πλείστον γραμμές 400 kv και 150 kv. Από εκεί και πέρα τα δίκτυα διανομής Μ.Τ αποτελούνται από γραμμές 22,20 ή 15 kv και εν τέλει καταλήγουμε σε γραμμές Χ.Τ 380/220 V. 10

11 Στάδια μεταφοράς της Ηλ. Ενέργιας ( C123/487/3182,12855/) 11

12 Κεφάλαιο 1: Το φαινο μενο του κεραυνου. 1.1 Γενικά: Αστραπή λέγεται η ηλεκτρική εκκένωση που είναι δυνατόν να συμβεί ανάμεσα σε δύο νέφη, μεταξύ δύο διαφορετικών τμημάτων του ίδιου του νέφους ή μεταξύ νέφους και εδάφους. Στην τελευταία περίπτωση έχει επικρατήσει να ονομάζεται Κεραυνός. Η αστραπή δημιουργείται όταν υπάρχει συσσώρευση στατικού ηλεκτρισμού ικανή να υπερβεί τη φυσική αντίσταση του ατμοσφαιρικού αέρα. Παρόλο που η αντίσταση του ξηρού ατμοσφαιρικού αέρα είναι σημαντικά μεγάλη, όταν εμπεριέχονται σταγονίδια νερού αυξάνεται η αγωγιμότητα και εξαιτίας του πεδίου που υπάρχει στην ατμόσφαιρα, δημιουργείται μια δίοδος ηλεκτρικού ρεύματος διαμέσου του αέρα που συνοδεύεται από μια λάμψη. Η εκκένωση αυτή απελευθερώνει μεγάλα ποσά ενέργειας σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα.. Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας αυτής ξοδεύεται κατά τη θέρμανση του αέρα, όπου αναπτύσονται θερμοκρασίες χιλιάδων βαθμών Κελσίου. Η απότομη θέρμανση εξαναγκάζει τον αέρα να διασταλεί, δημιουργώντας ένα κύμα κρούσης την λεγόμενη βροντή. Σημειώνεται ότι κατά σύγχρονες απόψεις μετεωρολόγων και φυσικών (και σύμφωνα με το site Wikipedia.com), οι αστραπές θεωρούνται κεραυνοί ανεξάρτητα αν η ηλεκτρική εκκένωσή τους φθάνει στο έδαφος ή όχι. Έτσι ορίζεται ότι: "Οποιαδήποτε ηλεκτρική εκκένωση που συμβαίνει στην ατμόσφαιρα και οφείλεται σε φυσικά αίτια ονομάζεται κεραυνός". Παρά ταύτα και οι δύο έννοιες συνεχίζουν να υπάρχουν ως ξεχωριστές λόγω άλλων παραγόντων. Σημείωση: Παρακάτω παρουσιάζεται μια πιο λεπτομερής περιγραφή του μηχανισμού των ηλεκτρικών εκκενώσεων και των διαφόρων φαινομένων που σχετίζονται με τον κεραυνό, όπως αυτά παρουσιάζονται στο βιβλίο με τίτλο «ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ» της καθηγήτριας Ε.ΠΥΡΓΙΩΤΗ. 12

13 1.2 Ηλεκτρική κατάσταση της γης Η γη εμφανίζεται μόνιμα φορτισμένη με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο της τάξης των 5x105 C. Το αρνητικό αυτό φορτίο προκαλεί στην επιφάνεια της γης, υπό συνθήκες καλοκαιρίας, ένα ηλεκτρικό πεδίο με κατεύθυνση δυναμικών γραμμών από την ατμόσφαιρα προς την γη και η ένταση του ηλεκτρικού αυτού πεδίου είναι γύρω στα 0,13 kv/m. Ισοδύναμη ποσότητα θετικού φορτίου παραμένει στην ατμόσφαιρα παρουσιάζοντας μεγαλύτερη πυκνότητα στα χαμηλότερα στρώματα. Η παρουσία αυτού του κατανεμημένου θετικού φορτίου έχει σαν αποτέλεσμα της προοδευτική μείωση του πεδίου της γης με το ύψος. Εξαιτίας αυτού του κατακόρυφου πεδίου η γη έχει μια τάση της τάξης των 300 kv σε σχέση με τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Είναι γνωστό πως ιονισμένα σωματίδια και των δύο πρόσημων που παράγονται από κοσμική ακτινοβολία, γήινη ραδιενέργεια και άλλες αιτίες προσδίδουν στον αέρα μια αγωγιμότητα. Ένεκα αυτής της αγωγιμότητας και του προαναφερθέντος ηλεκτρικού πεδίου της ατμόσφαιρας, ιόντα και των δύο πρόσημων κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτό θα είχε σαν αποτέλεσμα την σταδιακή εξομάλυνση του γήινου πεδίου και κατ' επέκταση την εκφόρτιση της γης. Αυτό δεν συμβαίνει διότι η γη δέχεται ταυτόχρονα ένα αρνητικό φορτίο ισοδύναμο με αυτό του ρεύματος των θετικών ιόντων. Πιστεύεται πως η κύρια αιτία που τροφοδοτεί την γη με αρνητικό φορτίο είναι τα ηλεκτρισμένα σύννεφα και οι κεραυνοί. 1.3 Hλεκτρική συμπεριφορά του συννέφου Η πιο συνηθισμένη ηλεκτρική εικόνα ενός σύννεφου, είναι ένα ηλεκτρικό δίπολο με θετικό φορτίο στην κορυφή του και αρνητικό στην προς την γη πλευρά του. Αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα πως κάθε σύννεφο έχει αυτή την ηλεκτρική δομή. Απλά αυτή είναι η συνηθέστερη. Για τον τρόπο με τον οποίο συγκεντρώνονται τα ηλεκτρικά φορτία σε ένα σύννεφο έχουν διατυπωθεί διάφορες θεωρίες χωρίς κάποια από αυτές να είναι γενικά παραδεκτή. Οι θεωρίες αυτές μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες. Σε αυτές που βασίζονται στην φόρτιση σταγονιδίων του νέφους που συμβαίνει μόλις αρχίσει η πτώση τους προς την γη και σε αυτές που βασίζονται στην μεταφορά φορτίων στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας με ανοδικά ρεύματα που οφείλονται σε θερμοκρασιακές διαφορές. 13

14 Το ηλεκτρικό πεδίο με τον τρόπο που παρουσιάστηκε προηγουμένως, διαταράσσει το ομαλό πεδίο καλοκαιρίας με αποτέλεσμα να προκαλείται η αναστροφή του και κατά συνέπεια να αναστρέφεται και η φορά του ρεύματος που ρέει προς την γη. Ο χρόνος που χρειάζεται ένα σύννεφο, για να μεταβεί από την ουδέτερη κατάστασή του στην ηλεκτρισμένη, είναι περί τα 2 λεπτά. Συνεπώς η σταθερά χρόνου αύξησης του ηλεκτρικού πεδίου είναι 2 λεπτά. Με τον σχηματισμό ενός ηλεκτρισμένου νέφους το ηλεκτρικό πεδίο της καλοκαιρίας αφού αναστραφεί αποκτά την κατεύθυνση της κακοκαιρίας και η τιμή της έντασής του φθάνει τα 10 kv/m. Ο κεραυνός έχει σαν αποτέλεσμα να διαταράσσει την ισορροπία αυτού του πεδίου για λίγα μs και μετά επανέρχεται στην αρχική του κατάσταση. Όταν το πεδίο που προκαλείται στην επιφάνεια της γης αποκτήσει μία ιδιαίτερα υψηλή τιμή (πάνω από 2 kv/m) αρχίζει ο ιονισμός από κρούσεις σε αιχμηρές προεξοχές του εδάφους όπως πολύ ψηλά κτήρια, πυλώνες μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος κ.α. και θετικά ιόντα μεταφέρονται μέσω του αγωγού από την γη στην ατμόσφαιρα. To ηλεκτρικό ρεύμα που δημιουργείται ονομάζεται ρεύμα ιονισμού προεξοχής (point discharge current). Αυτό το ρεύμα όπως και τα φορτία χώρου που δημιουργούνται παίζουν σημαντικό ρόλο στην εκκένωση του κεραυνού, ιδιαίτερα στα τελευταία στάδια εξέλιξής του. Πάντως πρέπει να σημειωθεί πως η ταχύτητα αυτών των ιόντων είναι μικρή σε σχέση με αυτή της κίνησης του ανέμου κατά την διάρκεια μιας καταιγίδας με άμεση συνέπεια η κίνησή τους να καθορίζεται από την κίνηση του ανέμου, έτσι ώστε πολλά από αυτά τα ιόντα να διασκορπίζονται στην ατμόσφαιρα. Επομένως η τιμή του ρεύματος είναι συνάρτηση τριών παραγόντων: α) το μέγεθος του ηλεκτρικού πεδίου, β) το ύψος του αγωγού, γ) την ταχύτητα του ανέμου. Τέλος, πρέπει να σημειωθεί πως δεν προκαλούν ηλεκτρικές εκκενώσεις όλα τα σύννεφα. 14

15 Τυπικό παλμογράφημα του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια της γης κατά τη διάρκεια ηλεκτρικής καταιγίδας. Οι θετικές τιμές του πεδίου αντιστοιχούν στην κατεύθυνση του πεδίου καλοκαιρίας. 1.4 Oρισμοί σχετικά με τον κεραυνό Πολικότητα κεραυνού: Η εκκένωση ενός «αρνητικού νέφους» προς την γη γίνεται με ένα «αρνητικό κεραυνό» και ενός θετικού νέφους με έναν «θετικό κεραυνό». Πολικότητα του ρεύματος του κεραυνού: Κατά την εκκένωση ενός «αρνητικού νέφους» ρέει προς την γη ένα «αρνητικό ρεύμα» και αντίθετα. Κατεύθυνση οχετός προεκκένωσης: Υπάρχει ο «κατερχόμενος οχετός προεκκένωσης» και ο «ανερχόμενος οχετός προεκκένωσης». Ο κατερχόμενος προχωρεί από το σύννεφο προς την γη ενώ ο ανερχόμενος το αντίθετο. Ένας «ανερχόμενος οχετός σύνδεσης» είναι μια εκκένωση που ξεκινά από το έδαφος και συναντά, σε μία ενδιάμεση θέση έναν κατερχόμενο οχετό. Πολικότητα του οχετού προεκκένωσης: Η πολικότητα ενός οχετού προεκκένωσης είναι ουσιαστικά η πολικότητα που έχει το φορτίο από το οποίο ξεκινά η προεκκένωση. Παράδειγμα από ένα αρνητικό σύννεφο ξεκινά ένας αρνητικός κατερχόμενος οχετός προεκκένωσης και καταλήγει ένας θετικός ανερχόμενος οχετός προεκκένωσης. 15

16 Πολικότητα του ηλεκτρικού πεδίου: Το ηλεκτρικό πεδίο προσδιορίζεται από την πολικότητα της περιοχής του. Ετσι κάτω από ένα αρνητικό σύννεφο έχουμε αρνητικό ηλεκτρικό πεδίο. 1.5 Τα είδη των κεραυνών Ο κεραυνός ξεκινάει 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 μία εκκένωση εσωτερικά του νέφους ή ανάμεσα σε δύο σύννεφα. Συγκέντρωση φορτίου ενός πρόσημου σε μία θέση του νέφους και το φορτίο αντίθετου πρόσημου, που επάγεται εξαιτίας του στο έδαφος, δημιουργούν ανάμεσα στο νέφος και το έδαφος μία ζώνη αυξημένων πεδιακών εντάσεων. Οι υψηλότερες εντάσεις μέσα στη ζώνη αυτή μπορεί να αναπτύσσονται είτε κοντά στο νέφος είτε στην περίπτωση που το έδαφος παρουσιάζει μία σημαντική προεξοχή στην πλευρά του εδάφους. Στην πρώτη περίπτωση, η ενδεχόμενη εκκένωση που θα επακολουθήσει θα αρχίσει από το νέφος (με έναν κατερχόμενο οχετό εκκένωσης) ενώ στη δεύτερη από το έδαφος (με έναν ανερχόμενο οχετό εκκένωσης). Έτσι διακρίνουμε τέσσερις περιπτώσεις έναρξης του οχετού προεκκένωσης του κεραυνού: #1 α. Ο «κατερχόμενος αρνητικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος. #2 α. Ο «ανερχόμενος θετικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος. #3 α. Ο «κατερχόμενος θετικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από ένα θετικά φορτισμένο νέφος. #4 α. Ο «ανερχόμενος αρνητικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικά φορτισμένο νέφος. 16

17 Αν ο οχετός προεκκένωσης που αναπτύσσεται με έναν από τους τέσσερις πιο πάνω τρόπους διαχωρίσει το διάκενο σύννεφο-γη, επακολουθεί ο οχετός επιστροφής και έτσι ολοκληρώνεται ένας από τους τέσσερις τύπους κεραυνού στους οποίους δίνονται οι πιο κάτω ορισμοί #1 β. Η «κατερχόμενη αρνητική εκκένωση» που πηγάζει από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος με έναν κατερχόμενο αρνητικός οχετό προεκκένωσης. Αυτός ο τύπος κεραυνού είναι και ο πιο συνηθισμένος καταλαμβάνοντας το 90% των περιπτώσεων. #2 β. Ο «ανερχόμενος θετικός οχετός/αρνητική εκκένωση» που πηγάζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος. #3 β. Η «κατερχόμενη θετική εκκένωση» που πηγάζει από ένα θετικά φορτισμένo νέφος. #4 β. Ο «ανερχόμενος αρνητικός οχετός/θετική εκκένωση» που πηγάζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικά φορτισμένο νέφος.!!!σημείωση!!! Από τους πιο πάνω τύπους, ο 4β που παρατηρήθηκε στον σταθμό του San Salvatore και μελετήθηκε από τον Berger, αποτελεί τον ισχυρότερο τύπο κεραυνού που συνοδεύεται από τις μεγαλύτερες εντάσεις ρεύματος που έχουν καταγραφεί. 17

18 1.6 Μηχανισμός ατμοσφαιρικών εκκενώσεων Σε περιοχές του νέφους με μεγάλη πυκνότητα φορτίου, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να πάρει αρκετά μεγάλες τιμές. Οι υψηλές εντάσεις συνδυαζόμενες με την μικρή πυκνότητα του αέρα (λόγω ύψους) και μερικούς άλλους παράγοντες που προκαλούν πρόσθετη ενίσχυση του ηλεκτρικού πεδίου, μπορούν να προκαλέσουν έναρξη ιονισμού των μορίων του αέρα από κρούσεις ηλεκτρονίων. Ο ιονισμός αυτός αποτελεί το πρώτο βήμα για την έναρξη μιας ηλεκτρικής εκκένωσης. Αν οι γραμμές μέγιστης πεδιακής έντασης κατευθύνονται προς το έδαφος τότε ο οχετός θα ακολουθήσει αυτή την κατεύθυνση και θα προκαλέσει ηλεκτρική σύνδεση και αλληλεξουδετέρωση των δύο ετερόσημων φορτίων. Ο μηχανισμός αυτός ονομάζεται «οχετός προεκκένωσης». Η πρόοδος του πραγματοποιείται με διαδοχικά βήματα και με μήκος το καθένα μερικά μέτρα ή δεκάδες μέτρα. Η μέση ταχύτητα προόδου του οχετού προεκκένωσης είναι τα 0,15 m/ks και είναι πολύ μικρή συγκρινόμενη με την ταχύτητα του φωτός που είναι τα 300m/KS. Η διαμήκης πτώση τάσης κατά μήκος του οχετού (πριν αυτός συναντήσει το έδαφος) ποικίλει στις διάφορες θέσεις του, η μέση τιμή της πάντως είναι μικρότερη από 0,1 kv/cm. Έτσι ο οχετός προεκκένωσης εμφανίζεται σαν μία μεταλλική προεξοχή που επεκτείνεται από το σύννεφο προς το έδαφος. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου γύρω από τον οχετό προεκκένωσης και ιδίως στο προς το έδαφος άκρο του είναι μεγάλη και υπερβαίνει κατά πολύ την πεδιακή ένταση που απαιτείται για ιονισμό από κρούσεις (30 kv/cm). Γι' αυτό το λόγο, ο οχετός περιβάλλεται συνέχεια από έναν μανδύα κορόνα που εκτείνεται μερικά μέτρα γύρω από αυτόν. Το πάχος του είναι μεγαλύτερο στο προς το έδαφος άκρο του οχετού, όσο η κεφαλή του οχετού φτάνει στο έδαφος. Όταν η κεφαλή του οχετού φτάσει σε μια απόσταση από το έδαφος τέτοια που η μέση πεδιακή ένταση να είναι περί τα 5 kv/cm, το τελευταίο αυτό μήκος γεφυρώνεται ολόκληρο από κορόνα και μετατρέπεται ταχύτατα (20-30 KS) επίσης σε οχετό. Με αυτό το τελευταίο βήμα, που ορίζεται σαν το «τελικό πήδημα», το φορτίο της περιοχής του νέφους από όπου άρχισε ο οχετός προεκκένωσης βρίσκεται, μέσω αυτού, ημιαγώγιμα συνδεδεμένο με το έδαφος. Μέσα από αυτή την ημιαγώγιμη σύνδεση εκκενώνεται το φορτίου του νέφους με ένα μεγάλο ρεύμα (πολλές δεκάδες ή εκατοντάδες ka). Από το ρεύμα αυτό ο οχετός προεκκένωσης θερμαίνεται και αποκτά πολύ μεγάλη λαμπρότητα. Η θέρμανση του οχετού προεκκένωσης από το άκρο που αυτός συναντά το έδαφος και προχωρεί προς το σημείο εκκίνησης του με ταχύτητα μερικά δέκατα της ταχύτητας 18

19 του φωτός, δηλαδή πολύ μεγαλύτερη από αυτή με την οποία προχωρεί ο οχετός προεκκένωσης. Η φάση αυτή με την οποία συμπληρώνεται η εκκένωση ονομάζεται «οχετός επιστροφής». Τα βήματα σχηματισμού του οχετού επιστροφής. Διακρίνεται το κανάλι του οχετού προεκκένωσης και ο σχηματισμός κορόνα γύρω από αυτό Η πιο πάνω περιγραφή του κεραυνού είναι εξιδανικευμένη και αφορά την περίπτωση που ένα σύννεφο βρίσκεται πάνω από ένα απόλυτα επίπεδο έδαφος ή μία επιφάνεια ήρεμου ύδατος. Αν ένα ηλεκτρισμένο σύννεφο βρεθεί πάνω από μία πολύ υψηλή και σχετικά αιχμηρή προεξοχή του εδάφους (πάνω από 100 ή 150 m) η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο άκρο της προεξοχής αυτής μπορεί να γίνει, εξ επαγωγής, τόσο μεγάλη ώστε ο οχετός προεκκένωσης να ξεκινήσει από το άκρο της προεξοχής και να κατευθυνθεί προς το σύννεφο. Προκύπτει έτσι ένας «ανερχόμενος» οχετός προεκκένωσης. Αν η προεξοχή του εδάφους έχει σχετικά μικρό ύψος τότε αυτός δεν είναι ικανός να αρχίσει από αυτή. Ο κατερχόμενος οχετός καθώς πλησιάζει το έδαφος, επάγει ένα ηλεκτρικό φορτίο η ένταση του οποίου είναι μεγαλύτερη σε προεξοχές του εδάφους. Όταν στο άκρο μιας από αυτές τις προεξοχές η ένταση ενισχυθεί αρκετά, θα αρχίσει από αυτή ένας ανερχόμενος οχετός προεκκένωσης (συνδετικός οχετός) που θα κατευθυνθεί προς την κεφαλή του κατερχόμενου οχετού προεκκένωσης. Με την συνάντηση των δύο οχετών συμπληρώνεται η ημιαγώγιμη σύνδεση νέφους-εδάφους και ακολουθεί ο οχετός επιστροφής με τον οποίο συμπληρώνεται ο κεραυνός. 19

20 Η αρχική εκκένωση του κεραυνού ακολουθείται από επόμενες εκκενώσεις όπως φαίνεται στο σχήμα. Οι εκκενώσεις αυτές διαδέχονται η μία την άλλη σε μικρά χρονικά διαστήματα και η κάθε μία περιλαμβάνει δικό της συνδετικό οχετό και οχετό επιστροφής. Συνήθως οι διαδοχικές αυτές εκκενώσεις ακολουθούν την ίδια όδευση που χαράζει η αρχική εκκένωση χωρίς όμως να αποκλείεται και το αντίθετο. Έχει παρατηρηθεί πως πολλαπλές εκκενώσεις παρουσιάζουν οι κατερχόμενοι αρνητικοί κεραυνοί που αποτελούν και το μεγαλύτερο ποσοστό των κεραυνών, ενώ πολλαπλοί θετικοί κεραυνοί είναι σπανιότατοι. Δημιουργία ενός κεραυνού (πολλαπλού), όπως φαίνεται από μια φωτογραφική μηχανή κινούμενη προς τα δεξιά 1.7 Απόσταση διάσπασης Καθώς ο κατερχόμενος (θετικός ή αρνητικός) οχετός προεκκένωσης πλησιάζει το έδαφος, η κεφαλή του παρουσιάζει ως προς το έδαφος τάση μερικών δεκάδων ΜV. Το σημείο που θα πλήξει ο κεραυνός καθορίζεται μόλις ο κατερχόμενος οχετός πλησιάζει το έδαφος σε απόσταση τέτοια, που με την τάση που επικρατεί ανάμεσα στην κεφαλή του οχετού και την γη, να μπορεί να συμβεί διάσπαση. Η απόσταση αυτή ονομάζεται απόσταση διάσπασης. Η απόσταση διάσπασης, όπως γίνεται αντιληπτό, εξαρτάται από το φορτίο του οχετού προεκκένωσης και κατά συνέπεια από το ρεύμα του. Για τον καθορισμό της απόστασης διάσπασης ο Whitehead δίνει την παρακάτω εμπειρική σχέση, όπου Rs (m) η απόσταση διάσπασης και Ιo (ka) το ρεύμα του κεραυνού: Rs = 6.7 x Io 0.8 m 20

21 Γραφική παράσταση που δείχνει την σχέση της απόστασης διάσπασης με το εύρος ρεύματος αρνητικών κεραυνών. 1.8 Μοντέλο κεραυνού ιαταραχές σε ένα σύστηµα μεταφοράς και διανοµής µπορούν να συµβούν κατά τη διάρκεια µεταβατικών ϕαινοµένων των οποίων το μέγεθος µπορεί να υπερβεί κατά πολύ την ονοµαστική τάση λειτουργίας του εξοπλισµού καθώς και την τάση αντοχής της µόνωσης. Τα ϕαινόµενα αυτά είναι οι κεραυνικές και οι διακοπτικές υπερτάσεις. Οι κεραυνικές υπερτάσεις έχουν µεγάλα µεγέθη (τάξεως 1000 kv), και ένα κεϱαυνικό πλήγµα µπορεί να διοχετεύσει ϱεύµατα τάξεως 100 ka. 21

22 Κάθε κεραυνικό πλήγµα συνοδεύεται από ένα οδεύον κύµα. Η κλίση του ϱεύµατος µπορεί να υπερβεί τα 100 ka/sec. Τέτοια οδεύοντα κύµατα είναι πολύ επικίνδυνα για τη µόνωση των διάφορων συσκευών. Τα αντικεραυνικά συστήµατα παραµορφώνουν τα οδεύοντα κύµατα µε σκοπό να ελαχιστοποιηθεί η καταπόνηση των συστηµάτων µεταφοράς και διανοµής. Η παραγωγή κρουστικών τάσεων είναι αναγκαία για τη µελέτη της συµπεϱιφοράς των µονόσεων σε συνθήκες µεταβατικών ϕαινοµένων. Κάθε µονόφορη τάση µε πολύ µικρή διάρκεια µπορεί να χαρακτηρισθεί σαν κρουστική τάση. Η µορφή των κρουστικών τάσεων, που παράγονται στο εργαστήριο για διηλεκτρικές δοκιµές, είναι της μορφής της διπλοεκθετικής τάσης που έχει αναλυτική έκφραση : V(t) = U x e a 1t + e a 2t Εύρος, U ιάρκεια µετώπου T1 : συνήθως µας ενδιαφέρει περισσότερο η κλίση του µετώπου και όχι τόσο πολύ ο χρόνος T1. ιάρκεια ουράς, T2: Ο χρόνος που η τάση έχει τιµή µεγαλύτερη από το 50% του εύρους της. Επειδή το µέτωπο έχει κατά κανόνα πολύ µικρότερη διάρκεια από την ουρά, ο χρόνος T2 µετριέται από την αρχή της τάσης. Μια κρουστική τάση µε µέτωπο T1 και ουρά T2, συµβολίζεται µε το λόγο Τ1/Τ2 µs. Κρουστικές τάσεις που έχουν μετωπικό χρόνο μικρότερο απο 1µsec έως μερικές δεκάδες µsec χαρακτηρίζονται κεραυνικές. Για τον έλεγχο της µόνωσης σε ατµοσφαιρικές υπερτάσεις έχει τυποποιηθεί η κρουστική τάση µε διάρκεια µετώπου T1 = 1.2 µsec και διάρκεια ουράς T2 = 50 µsec. Παρακάτω παρουσιάζονται οι τυπικές κυµατοµορφές ϱεύµατος και τάσης ενός κεραυνού: 22

23 Τυπική κρουστική τάση ( 1.2/50µs ) Τυπικό κρουστικό ϱεύµα ( 8/20µs ) Πλήρης κρουστική τάση κεραυνών 23

24 Κρουστική τάση κεραυνών, αποκοµµένη κατά µέτωπο Κρουστική τάση κεραυνών, αποκοµµένη ουρά. Κρουστική τάση γραµµικού µετώπου, αποκοµµένη κατά µέτωπο. 24

25 1.9 Ισοκεραυνικές καμπύλες Παγκόσμιος Ισοκεραυνικός χάρτης Κάθε καμπύλη που φαίνεται στον χάρτη, ενώνει ουσιαστικά ένα σύνολο περιοχών που παρουσιάζουν ένα συγκεκριμένο κοινό χαρακτηριστικό. Αυτό είναι ο αναμενόμενος αριθμός των ημερών ανά έτος που οι τάδε περιοχές πλήγονται από καταιγίδες. Η κάθε καμπύλη λοιπόν ορίζει μια κεραυνική στάθμη. Από την στάθμη αυτή δύναται να υπολογίσουμε την πυκνότητα των κεραυνών ανά έτος και km 2 που πέφτουν στο έδαφος σε ένα σύνολο περιοχών. Υπάρχουν διάφορες μελέτες και μέθοδοι για την μέτρηση της πυκνότητας των κεραυνών, με σημαντικότερη αυτή του A.J.Eriksson που βασίζεται στην παρακάτω εξίσωση : Ng = 0.04 T 1.25 Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι η τιμή Ng επηρεάζεται αρκετά από την φύση της θύελλας και από τα γεωγραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής.στις ορεινές περιοχές για παράδειγμα είναι λογικό να συμβαίνουν περισσότεροι κεραυνοί από ότι στις πεδινές. 25

26 Κεφάλαιο 2: Δι κτυο διανομή ς ήλεκτρική ς ενε ργειας 2.1 Διανομή ηλεκτρικής ενέργειας Σύστημα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας ( 26

27 Αρχικά στους σταθμούς παραγωγής αφότου γίνει ανύψωση της τάσης για λόγους μείωσης των απωλειών, η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται μέσω συρματόσχοινων αναρτημένων σε πυλώνες σε μεγάλη απόσταση. Πλησιάζοντας στην κατανάλωση γίνεται η αντίστροφη διαδικασία, ώστε να δοθεί στους καταναλωτές υπό μορφή μέσης τάσης συνήθως 20KV. Στο στάδιο αυτό η ενέργεια μεταφέρεται για κάποιες αποστάσεις στα τρία συρματόσχοινα, αναρτημένα στους ξύλινους στύλους που διακρίνουμε εύκολα στους δρόμους. Ανάλογα με την ζήτηση της ισχύος από έναν πελάτη η ΔΕΗ ίσως χρειαστεί υψηλότερη τάση, όπου και γίνεται χρήση ειδικού μετασχηματιστή. Στη συνέχεια έχουμε περεταίρω υποβιβασμό στη χαμηλή τάση των 380V (από φάση σε φάση), σε τοπολογία αστέρα. Από εκεί και πέρα, η ενέργεια παρέχεται στους πελάτες και καταναλώνεται σε διάφορες τριφασικές η μονοφασικές συσκευές. Σε αυτό το στάδιο, μετά την χρήση μετασχηματιστών για τον υποβιβασμό της τάσης, η διανομή γίνεται μέσω τεσσάρων αγωγών ( τρεις φάσεις και γειωμένος ουδέτερος). Ο ουδέτερος πόλος γειώνεται πάντα για να υπάρχει συμμετρία τάσης μεταξύ των τριών φάσεων με αυτόν. Λόγω της ασυμμετρίας φορτίου, καθώς είναι αδύνατο όλες οι φάσεις να βλέπουν ίσα φορτία στη μονάδα χρόνου, το δευτερεύον τύλιγμα κάθε φάσης διαρρέεται από διαφορετικό ρεύμα, οπότε, αν ο ουδέτερος δεν ήταν γειωμένος, η τιμή της τάσης σε καθεμιά από τις φάσεις θα μεταβαλλόταν συνεχώς, δημιουργώντας προβλήματα στα φορτία του δικτύου καθώς και περισσότερη παραμόρφωση στο ρεύμα. Γειώνοντας λοιπόν τον ουδέτερο, στέλνουμε το παρασιτικό ρεύμα που δημιουργείται στη Γη, η οποία αποτελεί τον μεγαλύτερο διαθέσιμο πυκνωτή. Ένα πέμπτο συρματόσχοινο αναρτάται συνήθως από κάτω για την τροφοδοσία του δημοτικού φωτισμού. Ο στύλος πρέπει να είναι αρκετά υψηλός, ώστε το συρματόσχοινο αυτό να απέχει από το έδαφος τουλάχιστον 8 μέτρα. 27

28 Σύστημα εγκατάστασης χαμηλής τάσης ( Στο πάνω σχήμα, οι αγωγοί μετά τον στύλο είναι χάλκινοι 4Ν, (καθαρότητας 99,9%). Στην ηλεκτρική μας εγκατάσταση, η φάση που καταλήγει στην πρίζα παρέχεται πάντα με μαύρο καλώδιο και είναι συνδεδεμένη σε κάποια από τις τρεις φάσεις του στύλου. Ο ουδέτερος παρέχεται με γκρι καλώδιο ενώ η γείωση της πρίζας με κιτρινοπράσινο καλώδιο. Γενικά το όλο σύστημα μεταφοράς - διανομής περιέχει και άλλα στοιχεία (διακόπτες, ασφάλειες, πυκνωτές) στη διαδρομή από το σταθμό παραγωγής μέχρι τον τελευταίο καταναλωτή, ώστε αυτό να είναι αποδοτικό και η διαχείρισή του πιο εύκολη. Ακόμα, μέρη του δικτύου αποτελούν και οι σχετικοί κόμβοι (υποσταθμοί), που κάνουν εφικτή τη κατανομή της ζήτησης ομοιόμορφα, αναλόγως των διαθεσίμων γεννητριών και της γεωγραφικής κατανομής της ζήτησης. Οι γραμμές διανομής πρέπει να εξασφαλίζουν την καλή και οικονομική λειτουργία του δικτύου. Το κύριο χαρακτηριστικό που επηρεάζει το κατά πόσο είναι ικανοποιητική αυτή η λειτουργία 28

29 είναι η πτώση τάσης στην γραμμή διανομής λόγω της αντίστασή της. Πρέπει λοιπόν να έχουμε όσο το δυνατόν μικρότερη αντίσταση και πτώση τάσης προκειμένου να εξασφαλίζεται σταθερή τάση στους καταναλωτές. Βέβαια αυτό οδηγεί στην αύξηση του κόστους της εγκατάστασης λόγω απαίτησης αγωγών μεγαλύτερης διατομής. Επίσης η συνεχής τροφοδότηση των καταναλωτών εξασφαλίζεται με την συνεχής επίβλεψη του δικτύου χρησιμοποιώντας κατάλληλες συσκευές και ειδικευμένα συνεργεία επισκευής βλαβών. Για την Ελλάδα και την Ευρώπη η διανομή ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται τυποποιημένα,δηλαδή με εναλλασσόμενο τριφασικό ρεύμα 50 Hz και υπό τάση 220/380V. Οι γραμμές διανομής μέσης τάσης έχουν μόνο τρεις αγωγούς και λειτουργούν με πολική τάση 20 KV. Υπάρχουν επίσης γραμμές 22, 11, 15 και 6.6 KV. Όσο αν αφορά την χαμηλή τάση, οι γραμμές διανομής εκτός των τριών αγωγών φάσεων περιλαμβάνουν και ουδέτερο αγωγό. 2.2 Κατηγοριοποίηση των δικτύων διανομής Τα δίκτυα διανομής μπορούμε να τα κατατάξουμε σε ορισμένες κατηγορίες λαμβάνοντας υπ όψην κάποια χαρακτηριστικά τους όπως α) το επίπεδο τάσης, β) την δομή τους, γ) την θέση τους, δ) το μέγεθος τους. α) Ανάλογα με το επίπεδο τάσης διακρίνονται σε: ίκτυα Μέσης Τάσης (ΜΤ kv) Δίκτυα Χαμηλής Τάσης (ΧΤ 220/380 V) *Σημείωση* Τα όρια αυτά της διακύµανσης της τάσης, θεσπίστηκαν από την Ευρωπαϊκή επιτροπή ηλεκτροτεχνικής τυποποίησης (CENELEC) και εγκρίθηκαν τόσο από την Ε.Ε όσο και από τη χώρα µας. Στη ΧΤ η ονοµαστική τιμή είναι 230/400 V και η τροφοδοσία των καταναλωτών επιτρέπεται να κυµαίνεται στο ± 10% της ονοµαστικής αυτής τάσης. Στη ΜΤ η ονοµαστική τιμή της τάση εξαρτάται από το δίκτυο (20, 15 ή 6.6 kv). Και εδώ η τάση τροφοδότησης των καταναλωτών αφήνεται να κυµαίνεται στο ± 10% της ονοµαστικής. 29

30 β) Ως προς την δομή έχουμε : Ανοιχτά δίκτυα: τα φορτία τροφοδοτούνται από ένα σημείο έτσι σε περίπτωση βλάβης, τα φορτία πέραν του σημείου που έγινε, απομονώνονται. Τα ανοικτά δίκτυα κατασκευάζονται κυρίως σε αραιοκατοικηµένες περιοχές µε λίγα ϕορτία. Κλειστά δίκτυα: κάθε καταναλωτής δύναται να τροφοδοτηθεί από παραπάνω απο δύο σηµεία έτσι έχουμε την ευχέρεια εναλλακτικής τροφοδοσίας σε περίπτωση βλάβης. Τα κλειστά δίκτυα κατασκευάζονται σε πυκνοκατοικηµένες περιοχές και όπως είναι λογικό κοστίζουν περισσότερο. Ανοικτό δίκτυο διανοµής Κλειστό δίκτυο διανοµής γ) Όσο αν αφορά την θέση τους έχουμε: Εναέρια δίκτυα: είναι τα πιο διαδεδοµένα και χρησιµοποιούνται για τη µεταφορά και διανοµή της ηλεκτρικής ενέργειας. Κατασκευάζονται εύκολα όπως εύκολη είναι η επίβλεψη και η συντήρηση τους. Οι στύλοι ανάρτησης των γραμµών σε τέτοιου τύπου δίκτυα είναι συνήθως τσιµεντένιοι ή ξύλινοι ενώ οι αγωγοί είναι συνήθως από αλουµίνιο, χάλυβα η κράματα τους. Παλαιότερα υπήρχαν και αγωγοί χαλκού, όµως η χρήση τους περιορίζεται σε περιοχές έντονης διάβρωσης πλέον λόγω κόστους. 30

31 Υπόγεια δίκτυα: είναι ο τύπος δικτύων που βολεύουν για την κάλυψη πυκνοκατοικημένων περιοχών για λόγους ασφαλείας και καλαισθησίας, εκεί δηλαδή που δεν υπάρχει περίσσια χώρου για να τηρούνται οι αποστάσεις ασφαλείας από τα κτήρια. Απαιτούν ειδικά ακροκιβώτια και καλώδια με αποτέλεσμα το κόστος κατασκευής τους να γίνεται υψηλότερο σε σχέση με τα εναέρια. δ) Ανάλογα το μέγεθος τους, έχουμε τις εξής κατηγορίες: Μικρού μήκους: μέχρι 50 km Μεσαίου μήκους: από 50 km ως 250 km Μεγάλου μήκους: από 250 km και άνω Οι γραµµές διανοµής ξεκινούν από υποσταθµούς και καταλήγουν σε άλλους υποσταθµούς καταναλωτών είτε µέσης τάσης όπως εργοστάσια, ή νοσοκοµεία είτε σε χαµηλής τάσης όπως σπίτια. Συνεπώς το µήκος τους δεν ξεπερνά τα 250 km. 2.3 Σχεδιαστικοί τύποι δικτύων Υπάρχουν 3 κυρίαρχοι τρόποι σχεδιασμού ενός συστήματος διανομής.αυτοί είναι: α) το ακτινικό, β)το κυκλικό, γ)το δικτυωτό. Η κύρια διαφορά τους έγκειται στο πως τα συστήματα τροφοδοσίας τοποθετούνται και διασυνδέονται σε έναν υποσταθμό. 31

32 Aκτινικά συστήματα: Τα περισσότερα συστήματα σχεδιάζονται ακτινικά, υπάρχει δηλαδή μία ηλεκτρική ροή ανάμεσα σε ένα υποσταθμό και ένα καταναλωτή, η οποία αν διακοπεί, αποτρέπεται η μεταφορά ενέργειας. Τα βασικότερα πλεονεκτήματα του ακτινικού τρόπου σχεδίασης είναι η απλή και εύκολη σχεδίαση τους και το χαμηλό κόστος σε σχέση με τις εναλλακτικές επιλογές.επίσης, γίνεται εύκολο να προσδιορίσει κανείς το επίπεδο τάσης, να βρεθούν οι απαιτήσεις σε χωρητικότητα εξοπλισμού, να προβλεφθούν τυχόν σφάλματα και να εγκατασταθούν εύκολα οι συσκευές προστασίας.βέβαια γίνονται τα λιγότερο αξιόπιστα λόγω της μίας και μοναδικής σύζευξης που υπάρχει. Γι αυτό δεν προβλέπεται η χρήση τους για κρίσημα φορτία όπως νοσοκομεία, κεντρικές υπηρεσίες κ.α... Κυκλικά συστήματα: υπάρχουν δύο ροές ενέργειας μεταξύ υποσταθμού και καταναλωτή, έτσι η παροχή διατηρείται ακόμα και αν υπάρξει στον βρόγχο κάποιο σημείο διακοπής της ροής.. Τα κυκλικά συστήματα είναι πιο αξιόπιστα σε σχέση με τα ακτινικά. Το βασικό τους μειονέκτημα είναι το κόστος και η χωρητικότητα. Ένας βρόγχος πρέπει να καλύπτει τις απαιτήσεις σε ενέργεια,λαμβανομένης υπόψην την πτώση τάσης, μόνο όταν τροφοδοτείται από την μια ροη και όχι και από τις δύο. Οι διατομές των αγωγών συνεπώς αυξάνονται και μαζί τους και το κόστος. Τέλος, απαιτείται επιπλέον χωρητικότητα σε κάθε γραμμή ροής. Δικτυωτά συστήματα: είναι τα περιπλοκότερα αλλά και τα πιο αξιόπιστα ταυτόχρονα. Υπάρχουν πολλές γραμμές ροής μεταξύ των σημείων του συστήματος κάτι που δίνει την δυνατότητα στο σύστημα αν διακοπεί μία από αυτές, να συνεχίσει ομαλά την λειτουργία του χρησιμοποιώντας κάποια άλλη. Είναι αυτονόητο ότι είναι πιο ακριβά από τους άλλους τύπους λόγω των περισσοτέρων γραμμών και λόγω της πολυπλοκότητας τους η επίβλεψη τους από τούς τεχνικούς δυσκολεύει. 32

33 2.4 Δίκτυα μέσης τάσης Εναέρια δίκτυα Οι γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσης τάσης, μεταφέρουν ενέργεια από τους υποσταθμούς μεταφοράς στους υποσταθμούς διανομής και μπορεί να είναι τόσο εναέριες όσο και υπόγειες. Περνούν συνήθως κατά μήκος των μεγάλων οδικών αρτηριών για λόγους κυρίως προσβασιμότητας σε αυτές από τους τεχνικούς για επιθεώρηση και συντήρηση. Τα εναέρια δίκτυα ΜΤ έχουν δενδροειδή µορφή, αποτελούνται δηλαδή από την κύρια γραµµή και τις διακλαδώσεις πάνω στις οποίες συνδέονται οι υποσταθµοί ΜΤ/ΧΤ. Η κύρια γραµµή κατασκευάζεται συνήθως µε αγωγούς µεγαλύτερης διατοµής απ ότι οι διακλαδώσεις. Τα κύρια εξαρτήματα που απαρτίζουν τις γραμμές μέσης τάσης είναι τα εξής: Οι αγωγοί, παρόμοιοι με τους αντίστοιχους των γραμμών Υ.Τ μικρότερης βέβαια διατομής, κατασκευασμένοι από αλουμίνιο με χαλύβδινη ενίσχυση η και χωρίς. Οι μονωτήρες Οι στύλοι, έχουν μικρότερες διαστάσεις από τους Υ.Τ. Κάποιες φορές σε ένα στύλο μέσης τάσης ίσως αναρτάται και γραμμή Χ.Τ. Συστήματα ελέγχου και προστασίας, αποτελούνται από αυτόματους διακόπτες απομόνωσης και από ασφάλειες υψηλής τάσης που τοποθετούνται στα σημεία διακλάδωσης. Στην συνέχεια γίνεται μια πιο αναλυτική και λεπτομερής παρουσίαση των διαφόρων στοιχίων που απαρτίζουν τα εναέρια Μ.Τ δίκτυα. 33

34 Αγωγοί Ως αγωγούς χρησιμοποιούμε συρματόσχοινα, πολύκλονα για στήριξη και ευκαμψία (με συνήθεις αριθμούς κλώνων όπως 7,19,37,61) και χωρίς μόνωση. Οι αγωγοί είναι κατασκευασμένοι από χαλκό, αλουμίνιο (σε καθαρή μορφή ή κράματα) ή σύνθετο υλικό αλουμινίου με χάλυβα (ACSR). Σπανιότερα χρησιμοποιούνται και άλλα υλικά ή κράματα όπως γαλβανισμένος χάλυβας ή ορύχαλκος. Στην Χ.Τ πλέον γίνεται πιο συχνά χρήση συνεστραμμένων καλωδίων. Η επιλογή των αγωγών γίνεται µε οικονοµικά κριτήρια με σκοπό την ελαχιστοποίηση κόστους αλλά και λαμβάνοντας υπόψην το ϕυσικό περιβάλλον που θα τοποθετηθούν. Για παράδειγµα οι αγωγοί ACSR ενδείκνυνται για περιοχές κανονικής διαβρωτικότητας ενώ για περιοχές µε έντονη διαβρωτικότητα όπως οι παραθαλάσσιες καταλληλότεροι είναι οι αγωγοί χαλκού. Βασικό είναι επίσης οι αγωγοί μας να αντέχουν μηχανικές και θερμικές καταπονήσεις. Στην περίπτωση της Μ.Τ πρέπει να προσεχθούν οι απώλειες λόγω του φαινομένου Corona (ηλεκτρική διάσπαση του αέρα γύρω από τον αγωγό), καθώς η ελάχιστη πεδιακή ένταση που απαιτείται για την εκδήλωση του φαινομένου εξαρτάται από την διατομή του αγωγού. Κατά τον ορισμό των διατοµών των αγωγών µιας εναέριας γραµµής λαµβάνονται υπόψιν οι εξής παράμετροι : Μηχανική Αντοχή της γραµµής Μέγιστη επιτρεπόµενη πτώση τάσης κατά µήκος Μέγιστη επιτρεπτή ένταση Χρησιµοποιούνται κατά κόρον τα εξής είδη αγωγών µε τυποποιηµένες διατοµές: Γυµνοί Αγωγοί ACSR,CU 16,35,95 mm 2 Συνεστραµµένα καλώδια: 3 x 50 mm 2 Al + 50 mm 2 St 3 x 150 mm 2 Al + 50 mm 2 St 34

35 Οσο αν αφορά το υλικό κατασκεύης, ο χαλκός είναι μεν πιο ακριβός άλλα διαθέτει υψηλή αγωγημότητα, καλή μηχανική αντοχή και είναι πιο ανθεκτικός στην διάβρωση. Γι αυτό κυριαρχεί σε περιοχές κοντά στην θάλασσα όπου προκαλείται διάβρωση από το αλάτι. Το αλουμίνιο κοστίζει λιγότερο, όμως υστερεί σε αγωγημότητα ( 60% αυτής του χαλκού) και σε μηχανική αντοχή (50% αυτής του χαλκού) αλλά και διαβρώνεται ευκολότερα. Τη βέλτιστη λύση για τα παραπάνω προβλήματα αποτέλεσαν οι αγωγοί ACSR. Αυτοί είναι πολύκλωνοι αγωγοί από αλουμίνιο και χάλυβα οι οποίοι αντέχουν μηχανικές καταπονήσεις ως και 50% παραπάνω από τον χαλκό. Για ίδια διατομή ζυγίζουν περίπου 20% λιγότερο, είναι φθηνότεροι και παρουσιάζουν λιγότερες απώλειες Corona. 35

36 36

37 Μονωτήρες Ο ρόλος των µονωτήρων στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας είναι διπλός. Αφενός στηρίζουν τους αγωγούς και αφ εταίρου εξασφαλίζουν διηλεκτρική αντοχή µεταξύ αγωγών ή μεταξύ αγωγών και γης. Συνεπώς πρέπει να καλύπτουν τόσο ηλεκτρικές όσο και µηχανικές απαιτήσεις. Πάνω τους επίσης στηρίζονται διάφορες βοηθητικές διατάξεις όπως διακόπτες κ.α. Οι µονωτήρες έχουν εξωτερικές επιφάνειες οι οποίες με το πέρας του χρόνου ρυπαίνονται, σε διαφορετικό βαθµό ανάλογα µε την περιοχή τοποθέτησης τους. Το ρεύµα διαρροής που βρίσκει διέξοδο µέσω του επιφανειακού στρώµατος ρύπων, προκαλεί αύξηση της θερµοκρασίας, έτσι υπάρχει περίπτωση να οδηγηθούµε στην υπερπήδηση του µονωτήρα και το σχηµατισµό ηλεκτρικού τόξου στο περιβάλλον µέσο. Οι παραπάνω επιπτώσεις είναι αυτές που καθορίζουν τόσο τα υλικά από τα οποία θα κατασκευαστεί ο κάθε µονωτήρας, όσο και το πώς θα σχεδιαστεί. Ειδικά για τους μονωτήρες που πρόκειται να χρησιµοποιηθούν σε εξωτερικό χώρο, εκτεθηµένο σε ατµοσϕαιρική ρύπανση και υγρασία, χρειάζεται επιπλέον προσοχή. Τα υλικά που χρησιµοποιούνται συνήθως για την κατασκευή των µονωτήρων είναι η πορσελάνη και το γυαλί και αυτό γιατί οι ισχυροί ηλεκτροστατικοί δεσµοί πυριτίου-οξυγόνου που εμφανίζουν τα κεραµικά υλικά έχουν ως αποτέλεσµα το υψηλό σηµείο τήξης τους και την αντοχή στην διάβρωση. Το σοβαρότερο ίσως μειονέκτημα τους είναι το ότι είναι εύθραυστα υλικά. Συγκεκριμένα η πορσελάνη είναι καλό διηλεκτρικό με μεγάλη µηχανική αντοχή και λόγω του ότι είναι πορώδες υλικό, επεξεργάζεται εύκολα επιφανειακά και γίνεται λεία και αδιαπέραστη από την υγρασία. Σηµαντικό µειονέκτηµα της είναι το υψηλό κόστος βιοµηχανικής παρασκευής. Επίσης µπορεί να υποστεί τυχόν διάτρηση εσωτερικά, χωρίς καµία εμφανή εξωτερική ένδειξη οδηγώντας σε αστοχία του μονωτήρα που δεν γίνεται αντιληπτή παρά μόνο όταν είναι αργά. Το γυαλί, αποτελεί ίσως το καλύτερο διαθέσιμο διηλεκτρικό. Παρουσιάζει µεγαλύτερη µηχανική αντοχή συγκριτικά µε την πορσελάνη κάτι που επιτρέπει τη χρήση λεπτότερων δακτυλίων στις διατάξεις των δισκοειδών µονωτήρων. Σε αυτές τις διατάξεις, αυξάνεται σηµαντικά το µήκος του ερπυσµού ενώ παράλληλα δύναται να αυξηθεί η ονοµαστική τάση λειτουργίας των μονωτήρων. Οι μονωτήρες γυαλιού έχουν την ικανότητα να αποθηκεύουν σηµαντική ενέργεια, ενώ υπόκεινται σε µηχανικές καταπονήσεις. Οταν απελευθερωθεί αυτή η ενέργεια ύστερα από την καθολική διάβρωση ενός στρώµατος, τότε το τεµάχιο διασπάται σε µικρά θραύσµατα, τα οποία 37

38 εκτοξεύονται στον τριγύρω χώρο. Αυτός είναι ο λόγος που δεν ενδείκνυται η χρήση τους κοντά σε κατοικηµένες περιοχές. Σχετικά με τον τύπο μονωτήρων που συναντάμε στα δίαφορα δίκτυα, στην Χ.Τ, οι µονωτήρες που κατά κύριο λόγο χρησιµοποιούμε είναι κυλινδρικοί ή τύπου κώδωνα. Στην Μ.Τ και μέχρι και τα 33 kv χρησιμοποιούνται μονωτήρες με ίσιο στέλεχος, ενώ για την Υ.Τ έχουμε αποκλειστικά μονωτήρες ανάρτησης που αποτελούνται από δίσκους, με τον αριθμό τους να μεταβάλεται ανάλογα με την τιμή της τάσης. Γυάλινοι μονωτήρες ( middle/ jpeg?rrr=1) Μονωτήρες μεταξύ αγωγών ίδιας φάσης ( Υπόγεια δίκτυα Εδώ οι γραµµές είναι θαμμένες µέσα στην γη, σε βάθος 50 με 70 πόντους περίπου και οι αγωγοί διαθέτουν ειδικό περίβληµα. Το κόστος τους είναι μεγαλύτερο από των εναέριων δικτύων για λόγους κατασκευαστικούς και µόνωσης. Ένα πλεονέκτημα είναι ότι οι υπόγειες γραµµές είναι ασϕαλείς και δεν αλλοιώνουν 38

39 αισθητικά το περιβάλλον. Για τον λόγο αυτό χρησιµοποιούνται κυρίως σε πυκνοκατοικημένες περιοχές. Οι υπόγειοι αγωγοί είναι από χαλκό ή αλουµίνιο και φέρουν µονωτικά και προστατευτικά στρώµατα.ειδικότερα ο κάθε αγωγός μονώνεται από τους άλλους χωριστά και όλοι τους περιβάλονται κοινά µονωτικά στρώµατα. 2.5 Υποσταθμοί διανομής Στους υποσταθµούς διανομής καταλήγουν οι γραµµές µέσης τάσης και στην συνέχεια με τους Μ/Τ µετατρέπεται η µέση τάση σε χαµηλή. Έπειτα οι γραµµές φθάνουν στους µετρητές των καταναλωτών. Βασικό χαρακτηριστικό των υποσταθμών είναι η ισχύς τους που ορίζεται ως το άθροισµα των ισχύων των Μ/Τ που διαθέτουν και είναι επίγειοι, εναέριοι ή υπόγειοι. Η θέση εγκατάστασης τους καθορίζεται από τα φορτία που καλούνται να εξυπηρετήσουν Εναέριοι υποσταθμοί Η τοποθέτησή τους, συμπεριλαμβανομένων των μετασχηματιστών, γίνεται πάνω σε στύλους. Με αυτούς εξυπηρετούνται τα εναέρια δίκτυα μέσης και χαμηλής τάσης και αποτελούνται από ένα ή σπανιότερα δύο Μ/Τ με συνολική ισχύ εως και 250 KVA. Η εγκατάσταση στηρίζεται σε στύλους ανάλογα με το βάρος της και οι γραμμές Μ.Τ στηρίζονται σε μονωτήρες (κώδωνα). Μια διακλάδωσή της γραμμής καταλήγει στον Μ/Τ μέσω οργάνων προστασίας. Μετά τον μετασχηματιστή η γραμμή χαμηλής τάσης πηγαίνει σε ειδικό κιβώτιο που περιλαμβάνει ασφάλειες και άλλα όργανα ελέγχου. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η μορφή και η δομή ενός τυπικού εναέριου υποσταθμού. 39

40 2.5.2 Επίγειοι υποσταθμοί Οι υποσταθμοί αυτοί βρίσκονται στην επιφάνεια του εδάφους, εξυπηρετώντας εναέριες, επίγειες και υπόγειες γραμμές, και χρησιμοποιούνται για την εξυπηρέτηση μεγάλων σχετικά ισχύων. Μπορεί να είναι κλειστοί (στεγασμένοι) η και ανοικτοί.. Εκτός των μετασχηματιστών, περιλαμβάνονται και όργανα μέτρησης, αλεξικέραυνα, αυτόματοι διακόπτες και ασφάλειες μέσα στην εγκατάσταση. Όσο για τους μονωτήρες που συναντάμε στους επίγειους υποσταθμούς, πέραν των κλασσικών μονωτήρων ανάρτησης υπάρχουν και οι διέλευσης. Για την διευκόλυνση της επιθεώρησης των υποσταθμών, τα όργανα τοποθετούνται κατάλληλα σε σημείο προσιτό από τον εξωτερικό χώρο. 40

41 Κλειστός επίγειος υποσταθμός 41

42 2.6 Σφάλματα και υπερτάσεις Μια γραμμή διανομής μέσης τάσης είναι να δυνατόν να βγει εκτός λειτουργίας λόγω κάποιου σφάλματoς με αποτέλεσμα την παρεμπόδιση ή την οριστική διακοπή της παροχής ενέργειας στους καταναλωτές. Βλάβη στο υλικό, κακές ατμοσφαιρικές συνθήκες, ρύπανση μονωτήρων, υπερβολική καταπόνηση, ανθρώπινος παράγοντας, πυρκαγιά, είναι οι πιο συχνές αιτίες πρόκλησης βλάβης. Σύμφωνα με την σοβαρότητα του κάθε σφάλματως, το κατατάσσουμε σε συγκεκριμένη κατηγορία για να αντιμετωπιστεί αναλόγως. Έτσι προκύπτουν οι εξής κατηγορίες σφαλμάτων: Παροδικά: Μικρής σημασίας σφάλματα όπου η γραμμή δεν λειτουργεί για μικρό χρονικό διάστημα, της τάξης μερικών δευτερολέπτων, ενώ στην συνέχια επέρχεται η ομαλή λειτουργεία χωρίς κάποια εξωτερική παρέμβαση. Μόνιμα: Η γραμμή βγαίνει μόνιμα εκτός λειτουργείας συνεπώς χρειάζεται εξέταση και επισκευή από ειδικούς. Παραμένοντα: είναι τα σφάλματα τα οποία δεν γίνεται να καταταχθούν στις παραπάνω κατηγορίες καθώς εμφανίζουν κάποια χαρακτηριστικά και των παροδικών και των μόνιμων σφαλμάτων. Για παράδειγμα, τυχαίνει καμία φορά η γραμμή μεταφοράς Υ.Τ να είναι εκτός λειτουργίας για κάποιο χρόνο και μετά χωρίς κάποια επέμβαση να επανέρχεται η ομαλή λειτουργία της. Τα σφάλματα προκαλούνται στις γραμμές μεταφοράς κυρίως από υπερτάσεις, τάσεις δηλαδή που είναι υψηλότερες από αυτές που επικρατούν συνήθως σε ομαλές συνθήκες ή έχουν ασυνήθιστη μορφή. Παρόλο που διαρκούν ελάχιστα, προκαλούν στις μονώσεις σοβαρές διηλεκτρικές καταπονήσεις. Επειδή μερικά είδη υπερτάσεων μπορούν να φθάσουν σε επικίνδυνα υψηλές τιμές, όπως αυτές που προέρχονται από κεραυνικά πλήγματα, η μόνωση των γραμμών γίνεται πιο δαπανηρή ενώ σε κάποιες περιπτώσεις είναι αδύνατον να έχουμε σίγουρη κάλυψη. Γίνεται προσπάθεια πάντα, η μόνωση να σχεδιαστεί με τρόπο ώστε αντέχει την πιο κρίσιμη και υπερβολική αναμενόμενη καταπόνηση από υπερτάσεις. Ανάλογα με την αιτία, πρόκλησής τους, οι υπερτάσεις διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: α)ατμοσφαιρικές υπερτάσεις: προέρχονται από ατμοσφαιρικές εκκενώσεις και πιο συγκεκριμένα τις εκκενώσεις μεταξύ νέφους και γης δηλαδή τους κεραυνούς. 42

43 β)εσωτερικές υπερτάσεις: προέρχονται από εσωτερικές διαταραχές της ομαλής λειτουργίας του συστήματος. Οι εσωτερικές υπερτάσεις ανάλογα με τον τρόπο δημιουργίας τους, την διάρκεια τους και το μέγεθος τους, χωρίζονται ακόμη σε: Δυναμικές υπερτάσεις: έχουν μικρό εύρος αλλά μεγάλη διάρκεια, από κλάσματα δευτερολέπτου μέχρι κάποια λεπτά. Η μορφή τους μπορεί να είναι ίδια με αυτήν της τάσεως λειτουργίας. Βέβαια στην πιο συχνή περίπτωση έχουν τη μορφή μιας αποσβενόμενης ταλάντωσης. Οι δυναμικές υπερτάσεις δεν συνιστούν κίνδυνο για δίκτυα υψηλής τάσεως και υπερύψηλης, όμως είναι σημαντικές γιατί βάσει αυτών γίνεται η επιλογή των συσκευών προστασίας Μεταβατικές υπερτάσεις χειρισμών: έχουν σημαντικά λιγότερη διάρκεια από τις δυναμικές αλλά το εύρος τους είναι αρκετά μεγαλύτερο. Κα οι υπερτάσεις χειρισμών και οι δυναμικές έχουν μια αναλογία με την τάση κανονικής λειτουργίας. Αύτο σημαίνει ότι το εύρος τους μεγαλώνει ανάλογα με την αύξηση της τάσης λειτουργίας. Αντιθέτως, οι ατμοσφαιρικές δεν εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά της τάσης του συστήματος. Οι ατμοσφαιρικές λοιπόν υπερτάσεις είναι μεγαλύτερης σημασίας από τις μεταβατικές χειρισμών όταν εξετάζουμε συστήματα μέχρι τα 300 kv. Παράλληλα όμως με την αύξηση της τάσης δικτύου οι υπερτάσεις χειρισμών γίνονται όλο και πιο επικίνδυνες. Οι πιο απειλητικές μεταβατικές υπερτάσεις χειρισμών και οι πιο καταστροφικές για την ομαλή λειτουργία είναι αυτές που λαμβάνουν τις μεγαλύτερες τιμές. Τέτοιες είναι αυτές που δημιουργούνται κατά το κλείσιμο διακοπτών. 43

44 Κεφάλαιο 3: ΙΕΕΕ Οδήγι α για τήν βελτι ωσή τής αντικεραυνική ς συμπεριφορα ς στις εναε ριες γραμμε ς διανομή ς ήλεκτρική ς ενε ργειας 3.1 Εισαγωγή Η συγκεκριμένη οδηγία μας παρέχει πληροφορίες για τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται στη βελτίωση της συμπεριφοράς μιας εναέριας γραμμής μεταφοράς σε πτώση κεραυνού και απευθύνεται στον μελετητή των γραμμών διανομής. Σύμφωνα με την οδηγία αυτή, δεν είναι δυνατόν να υπάρξει σχεδιασμός της τέλειας γραμμής διανομής, για αυτόν τον λόγο μια σειρά από συμβιβασμούς πρέπει να ληφθούν από τους σχεδιαστές των γραμμών. Ενώ κάποιες παράμετροι όπως η τάση ή η χωρητικότητα μπορούν να προκαθοριστούν, άλλες παράμετροι αφήνονται στην επιλογή του παρατηρητή. Μπορεί δηλαδή να εξετάσει στοιχεία όπως την δομή και γεωμετρία των υλικών που θα χρησιμοποιηθούν, την προστασία της γραμμής από παραπλήσιες κατασκευές, το επίπεδο μόνωσης, την γείωση κτλ.. Η οδηγία προορίζεται για την προστασία της μόνωσης των γραμμών διανομής συστημάτων με τάση κάτω από 69kV. Θέματα προστασίας του εξοπλισμού αναφέρονται στο IEEE Std C Σε αυτά τα πλαίσια, βασικός σκοπός είναι να παρουσιαστούν εναλλακτικές λύσεις για την μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές διανομής Μέσης Τάσης. 3.2 Ορισμοί Κεραυνός : Η πλήρης εκκένωση κεραυνού, που συνήθως δημιουργείται από αγωγούς ενός σύννεφου ακολουθούμενοι από ένα ή περισσότερα πλήγματα επιστροφής. Άμεσο πλήγμα : Ένα απευθείας χτύπημα κεραυνού σε οποιοδήποτε μέρος ενός δικτύου ή μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης. 44

45 Έμμεσο πλήγμα : Ένα χτύπημα κεραυνού που δεν χτυπά απευθείας κάποιο μέρος ενός δικτύου, αλλά μπορεί να προκαλέσει υπέρταση σε αυτό. Πρώτο πλήγμα κεραυνού : Η ηλεκτρική εκκένωση στο έδαφος που συμβαίνει όταν η άκρη ενός κατερχόμενου οχετού συναντηθεί με έναν ανερχόμενο από το έδαφος. Ακόλουθο πλήγμα κεραυνού : Μία εκκένωση κεραυνού που μπορεί να ακολουθήσει μία πορεία που έχει ήδη προδιαγράψει το πρώτο πλήγμα. Επαγόμενη τάση: Η τάση που επάγεται σε ένα δίκτυο ή μια ηλεκτρική εγκατάσταση από ένα έμμεσο πλήγμα. Βραχυκύκλωμα : Μια ανεπιθύμητη εκκένωση μέσω του αέρα ή στην επιφάνεια μιας στερεής ή υγρής μόνωσης που οδηγεί σε διάσπαση, ανάμεσα σε μέρη διαφορετικού δυναμικού ή πολικότητας. Παράγεται από εφαρμογή μιας τάσης που το μονοπάτι της διάσπασης έχει ιονιστεί επαρκώς ώστε να διατηρεί ένα ηλεκτρικό τόξο. Γραμμή διανομής : Γραμμές ηλεκτρικής ισχύος που μεταφέρουν ισχύ από έναν κύριο υποσταθμό στους καταναλωτές, συνήθως με τάση 34.5 kv ή λιγότερο. Τονίζεται ότι αυτή η οδηγία αφορά τάσεις εως και 69 kv Ανάστροφο βραχυκύκλωμα κεραυνού : Ορίζεται ως το βραχυκύκλωμα στη μόνωση λόγω πλήγματος από κεραυνό σε κάποιο μέρος ενός δικτύου ή μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης που συνήθως βρίσκεται στο δυναμικό του εδάφους. Βασικό επίπεδο μόνωσης έναντι κεραυνών : αναφέρεται μόνωσησς σε κρουστική τάση κεραυνού ( την μέγιστη τιμή ). στην αντοχή της Κρίσιμη κρουστική τάση κεραυνών, (CFO) Η μέγιστη τιμή της κρουστικής τάσης που, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, προκαλεί βραχυκύκλωμα στο μέσο που την περιβάλει, στο 50% των περιπτώσεων. Ηλεκτρόδιο γείωσης : Ένας αγωγός ή μια ομάδα αγωγών, σε στενή επαφή με το έδαφος με σκοπό να παρέχουν συνεχή σύνδεση με το έδαφος. Πυκνότητα κεραυνών : Ο μέσος αριθμός των πληγμάτων από κεραυνό ανά μονάδα χώρου και ανά μονάδα χρόνου σε μια συγκεκριμένη περιοχή (κεραυνοί/ km2/ έτος). Σφάλμα λόγω κεραυνού : Είναι η διακοπή ρεύματος, που οφείλεται σε πτώση κεραυνού και προκαλεί ένα ρεύμα σφάλματος στο σύστημα, απαιτώντας την λειτουργία μιας συσκευής διακοπής για τον καθαρισμό του σφάλματος. 45

46 Συμπεριφορά γραμμών σε κεραυνούς : Η απόδοση μιας γραμμής που εκφράζεται ως ο ετήσιος αριθμός των βραχυκυκλωμάτων από κεραυνούς σε βάση ενός μιλίου του κυκλώματος ή πύργου γραμμών μιλίου. Επίτονο : Ένα απομονωμένο καλώδιο που χρησιμοποιείται για υποστήριξη έντασης ημιελαστικού χαρακτήρα ανάμεσα στον πόλο ή την κατασκευή και την ράβδο στήριξης, ή ανάμεσα στις κατασκευές. Μονωτήρας επιτόνων : Ένα μονωτικό στοιχείο, συνήθως επιμηκυμένης μορφής με εγκάρσιες τρύπες ή σχισμές, με σκοπό την μόνωση δύο μερών ενός επιτόνου ή την παροχή μόνωσης ανάμεσα στην κατασκευή και το στήριγμα. Επίσης παρέχει προστασία σε περίπτωση σπασμένων καλωδίων. Οι πορσελάνινοι μονωτήρες καλωδίων γενικά, είναι σχεδιασμένοι να αντέχουν στην πίεση αλλά συνήθως χρησιμοποιούνται ξύλινοι μονωτήρες κατάλληλα εξοπλισμένοι γι' αυτό το σκοπό. Αλεξικέραυνο : Μία προστατευτική συσκευή που περιορίζει τις υπερτάσεις στον εξοπλισμό παρεκκλίνοντας το ρεύμα και διατηρώντας έτσι την συσκευή στην αρχική της κατάσταση. Αλεξικέραυνο μεταλλικών οξειδίων : Ένα αλεξικέραυνο που χρησιμοποιεί βαλβίδες κατασκευασμένες από υλικά μεταλλικών οξειδίων μη γραμμικής αντίστασης. Εναέριος αγωγός προστασίας : Είναι το τοποθετημένο καλώδιο (ένα ή περισσότερα) πάνω από τους αγωγούς με σκοπό να διακόπτουν τα άμεσα πλήγματα από κεραυνούς. Μπορεί να συνδέονται στο σύστημα γείωσης άμεσα ή έμμεσα μέσω μικρών διακένων. Γωνία προστασίας : Η γωνία ανάμεσα στην κατακόρυφη γραμμή μέσω του εναέριου αγωγού γείωσης και στη γραμμή που συνδέει τον εναέριο αγωγό γείωσης με τον προστατευτικό αγωγό. Αγωγός προστασίας : Είναι αγωγοί τοποθετημένοι κοντά στους αγωγούς φάσεων. Μπορούν να είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένοι απευθείας στην κατασκευή ή έμμεσα μέσω μικρών διακένων και εξυπηρετούν τους σκοπούς: Προστασία των αγωγών φάσης από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Μείωση των επαγόμενων τάσεων που προκαλούνται από εξωτερικά. Μείωση της κυματικής αντίστασης ενός συστήματος. Αύξηση της αμοιβαίας κυματικής αντίστασης ενός συστήματος προστατευμένους αγωγούς φάσης. στους 46

47 Προστατευτικό διάκενο : Οποιοδήποτε διάστημα αέρα ανάμεσα σε δύο αγωγούς που είναι ηλεκτρικά μονωμένοι μεταξύ τους ή συνδέονται ηλεκτρικά σε κάποια απόσταση Παράμετροι κεραυνών Στις περισσότερες περιπτώσεις ο κεραυνός εμφανίζεται μέσα σε ένα σύννεφο, αλλά αυτό που επηρεάζει περισσότερο τις εναέριες γραμμές διανομής είναι ο κεραυνός μεταξύ σύννεφου και Γης. Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, είναι πιθανόν να συμβούν διακοπές ρεύματος λόγω των κεραυνών και ανέμων. Έτσι κάποιες διακοπές που συμβαίνουν λόγω ανέμου, πτώσεις δέντρων ή ελαττωματικού εξοπλισμού είναι πιθανόν να θεωρηθεί ότι συνέβησαν από κεραυνό, κάτι που θα έκανε τον αριθμό των σφαλμάτων λόγο κεραυνού να φαίνεται εικονικά υψηλός. Στις περισσότερες περιοχές του κόσμου, μια ένδειξη της κεραυνικής δραστηριότητας μπορεί να αποκτηθεί από τα κεραυνικά δεδομένα της περιοχής (ημέρες καταιγίδας ανά έτος). Παρακάτω παρατήθεται ο παγκόσμιος ισοκεραυνικός χάρτης. Το κεραυνικό επίπεδο είναι μια ένδειξη της κατά τόπους κεραυνικής δραστηριότητας που βασίζεται σε μέσες τιμές των ποσοτήτων και προκύπτουν από ιστορικά διαθέσιμες παρατηρήσεις. Ωστόσο, για συγκεκριμένες περιοχές είναι διαθέσιμα και περισσότερο λεπτομερή δεδομένα. Έτσι μια λεπτομερέστερη απεικόνιση της κεραυνικής δραστηριότητας μπορεί να αποκτηθεί από χάρτες που απεικονίζουν την πυκνότητα κεραυνών στο έδαφος (GFD maps), οι οποίοι είναι κατασκευασμένοι από τις πληροφορίες που μας παρέχουν τα δίκτυα εντοπισμού κεραυνών. Συστήματα εντοπισμού κεραυνών, καθώς και δίκτυα μέτρησης κεραυνών έχουν τοποθετηθεί στη βόρεια Αμερική και σε άλλα μέρη του πλανήτη. Έχοντας αρκετή εμπειρία, αυτά τα δίκτυα μπορούν να παρέχουν λεπτομερείς GFD χάρτες. Οι χάρτες GFD είναι πολύ πιο λεπτομερείς και ακριβείς απ' ότι τα κεραυνικά δεδομένα. Τα συστήματα θέσης παρέχουν επίσης κάποιες χρήσιμες και λεπτομερείς μετρήσεις. Εκτός του ότι παρέχουν την συχνότητα των κεραυνών, τα δίκτυα μπορούν επίσης να μας πληροφορήσουν για την ώρα, την ημερομηνία, την τοποθεσία, τον αριθμό των κεραυνών, το εκτιμώμενο ρεύμα του μεγίστου πλήγματος και την πολικότητα. Σε ορισμένες περιοχές του πλανήτη, αυτά τα συστήματα έχουν ή είναι κοντά στο να έχουν επαρκή στοιχεία (το λιγότερο επτά χρόνων) για να χρησιμοποιηθούν σε 47

48 σχεδιαστικούς σκοπούς. Αυτή τη στιγμή, οι χάρτες GFD χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό γραμμών διανομής, εκτιμώντας τον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων λόγω κεραυνού, καθώς επίσης και σε πολλούς άλλους τύπους ανάλυσης λόγω κεραυνών. Παγκόσμιος ισοκεραυνικός χάρτης Η αξιοπιστία μιας γραμμής διανομής εξαρτάται από την έκθεσή της η όχι σε περιπτώσεις κεραυνών. Για να προσδιορισθεί αυτό, ο σχεδιαστής πρέπει να γνωρίζει τον ετήσιο αριθμό κεραυνών ανά μονάδα περιοχής και ανά μονάδα χρόνου (GFD). Το GFD μπορεί να υπολογιστεί με διάφορους τρόπους, όπως για παράδειγμα υπολογίζωντας το κεραυνικό επίπεδο της περιοχής, σύμφωνα με την εξίσωση : Ng = 0.04Td (1.25) [κεραυνοί/km/έτος] *Td: ο αριθμός των ημερών καταιγίδας ανά χρόνο (το κεραυνικό επίπεδο). Ένας άλλος τρόπος υπολογισμού για το GFD μπορεί να προκύψει από τα αρχεία των ωρών καταιγίδας ως εξής: Ng = Tη (1.1) Εκτιμήσεις για μια μέση τιμή του GFD μπορούν επίσης να γίνουν από τα δίκτυα εντοπισμού κεραυνών ή από τους μετρητές/καταγραφείς των κεραυνών. Αν έχουμε 48

49 δεδομένα αρκετών ετών, έχουμε το πλεονέκτημα του εντοπισμού των διαφοροποιήσεων σε μια περιοχή. Τα ποσοστά των κεραυνών καθώς και οι διακοπές που προκαλούνται έχουν σημαντικές διακυμάνσεις χρονικά. Συνήθως, αυτές οι ετήσιες διακυμάνσεις της κεραυνικής δραστηριότητας έχουν μια απόκλιση της τάξης του 20% με 50% από την μέση τιμή τους. Αν περιοριστούμε σε μια μικρή περιοχή, π.χ. 10 km2, τότε εκτιμάται ότι αυξάνεται αυτή η απόκλιση 30% με 50% από το μέσο όρο. Αντιθέτως, σε μια περιοχή μεγαλύτερης έκτασης, π.χ. 500 km2 η απόκλιση είναι μικρότερη, της τάξης του 20% με 25% από το μέσο όρο. Σε περιοχές με χαμηλά επίπεδα κεραυνικής δραστηριότητας, η σχετικά σταθερή απόκλιση είναι μεγαλύτερη. Με τέτοιες μεγάλες διακυμάνσεις, χρειαζόμαστε δεδομένα πολλών ετών για να υπολογίσουμε με ακρίβεια το μέσο όρο Κατανομές μέγιστου ρεύματος κεραυνών Παρακάτω παρατήθεται ο πίνακας με τις παραμέτρους των κεραυνών ( από το CIGRE WORKING GROUP). Η διακύμανση που εμφανίζεται στο μέγιστο ρεύμα κεραυνού Ιο μπορεί να προσεγγισθεί με μια λογαριθμική/κανονική κατανομή που περιγράφουν οι εξισώσεις: F(x) = Z = 1 2πβχ exp ( z 2 ) ln ( χ Μ ) β Οπου F(χ) η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας μιας τυχαίας παραμέτρου που ακολουθεί την εν λόγω κατανομή και β,μ σταθερές παράμετροι που δίνονται στον πίνακα. Προκειμένου να διαχειριστούμε την πιθανολογική κατανομή των κορυφαίων τιμών ρεύματος με έναν πιο απλό τρόπο, χρησιμοποιούμε την εξίσωση παρακάτω που μας δίνει την πιθανότητα το μέγιστο ρεύμα του κεραυνού Ιο να είναι ίσο ή μεγαλύτερο από μια συγκεκριμένη τιμή io [ka]. P( I >= i0 ) = ( i0 31 ) 26 49

50 50

51 Κυματομορφή παραμετρων ρεύματος κεραυνών Συμπεριφορά εναέριων γραμμών διανομής σε περίπτωση κεραυνού Τα πλήγματα από κεραυνό είναι υπεύθυνα για έναν μεγάλο αριθμό διακοπών ρεύματος στις γραμμές μεταφοράς. Εδώ περιγράφεται μια μέθοδος θεωρητικού υπολογισμού των άμεσων και έμμεσων πληγμάτων από κεραυνό στα δίκτυα διανομής. Υπάρχουν δυο βασικές περιπτώσεις όπου προκαλείται βραχυκύκλωμα στην γραμμή λόγω κεραυνού. Στην πρώτη, αυτό προκαλείται από άμμεσο πλήγμα, δηλαδή, όταν ένας κεραυνός πλήττει τον αγωγό φάσης της γραμμής. Τότε το συνολικό ρεύμα Iο, διασπάται σε δύο τμήματα που διαρρέουν τη γραμμή από το σημείο του πλήγματος προς αντίθετες κατευθύνσεις. Κάθε ένα από τα ρεύματα Ιο/2, πολλαπλασιασμένο με την κυματική αντίσταση Zο, δίνει με τον τρόπο αυτό την παραγόμενη υπέρταση. 51

52 V ο = ( Ι ο 2 )Ζ ο Συνήθως ένα άμεσο πλήγμα προκαλεί βραχυκύκλωμα στη μόνωση. Για παράδειγμα, ένα μικρής τάξεως πλήγμα κεραυνού 10 ka θα μπορούσε να προκαλέσει μια υπέρταση περίπου 2000 kv, κάτι που όπως καταλαβαίνουμε υπερβαίνει κατά πολύ την στάθμη της μόνωσης των 69 kv που χρησιμοποιείται σ' αυτές τις γραμμές. Στην άλλη περίπτωση έχουμε επαγόμενες τάσεις από κοντινά στην εγκατάσταση πλήγματα. Καθώς ο οδηγός οχετός του κεραυνού κατέρχεται προς το έδαφος, κοντά σε μια γραμμή, φορτίο με πρόσημο αντίθετο από αυτό του οχετού, συσσωρεύεται στην περιοχή της γραμμής που πρόσκειται στον οχετό φορτίο Φ. Αν ο οχετός δεν πλήξει τη γραμμή, αλλά ένα άλλο σημείο του εδάφους σε απόσταση από τον άξονα της γραμμής, τότε με την απότομη εξουδετέρωση του φορτίου που θα συμβεί θα πάψει να υπάρχει ο λόγος συσσώρευσης του φορτίου Φ και αυτό θα διαχυθεί με τη μορφή δύο αντίθετων κυμάτων ρεύματος, I, προς τις απομακρυσμένες περιοχές τις γραμμής, απ' όπου είχε νωρίτερα προέλθει. Κάθε ένα από τα ρεύματα I, πολλαπλασιασμένο με την κυματική αντίσταση Zο της γραμμής παράγει σε μια τάση: V ο = Ι Z ο Πολλές από τις διακοπές ρεύματος που σχετίζονται με κεραυνούς οφείλονται σε πλήγματα που χτυπούν στο έδαφος κοντά στην γραμμή. Οι περισσότερες τάσεις που επάγονται σε μια γραμμή διανομής από πλήγματα κεραυνών κοντά στη γραμμή είναι τις τάξης των 300 kv και λιγότερο. Οι κεραυνοί είναι δυνατόν να απορροφηθούν από ψηλότερα αντικείμενα. 52

53 3.4.2 Πλήγματα κεραυνών σε εναέριες γραμμές Υψος κατασκευής: Οι κεραυνοί μπορεί να έχουν πολύ σημαντική επίδραση στην αξιοπιστία μιας γραμμής, ειδικότερα αν οι πόλοι της βρίσκονται σε ψηλότερο επίπεδο από τον περιβάλλοντα χώρο. Οι περισσότεροι κεραυνοί απορροφούνται από υψηλότερες κατασκευές. Ο ρυθμός απορρόφησης κεραυνών Ν, σε ανοιχτό έδαφος (μη ύπαρξης δέντρων ή κτιρίων πλησίον), προσδιορίζεται από την εξίσωση του Eriksson: Ν = Νg ( 28h0.6 +b ) 10 N: ο αριθμός των κεραυνών/100 km/ έτος Ng: η πυκνότητα των κεραυνών (κεραυνοί/km2/έτος) h: είναι το ύψος του στύλου (m) b: το πλάτος της κατασκευής (m) Παρατηρούμε ότι εάν το ύψος του πόλου αυξηθεί κατά 20%, ο ρυθμός απορρόφησης των κεραυνών σε μια εναέρια γραμμή διανομής θα αυξηθεί κατά 12%. Εδώ πρέπει να σημειωθεί ότι μια γραμμή μπορεί να απορροφήσει πολύ περισσότερους κεραυνούς απ' ότι προβλεπόταν αρχικά από το μοντέλο 4 H, που χρησιμοποιείτο για χρόνια, όπου ο αριθμός των κεραυνών στην γραμμή διανομής υπολογιζόταν για ένα πλάτος διπλάσιο του ύψους της γραμμής και στις δύο πλευρές της γραμμής. Η έκθεση της γραμμής διανομής στον κεραυνό εξαρτάται από το πόσο προεξέχουν οι κατασκευές πάνω από την γύρω περιοχή. Οι κατασκευές που βρίσκονται σε κορυφές βουνών, οροσειρών, ή λόφων είναι πιο πιθανοί στόχοι κεραυνών από αυτές που είναι προστατευμένες από φυσικά στοιχεία. Προστασία από κοντινές κατασκευές και δέντρα: Στην συμπεριφορά των γραμμών διανομής παίζουν σημαντικό ρόλο, σε περίπτωση κεραυνού, δέντρα και κτίρια που βρίσκονται τυχόν τριγύρω καθώς οι παράπλευρες κατασκευές μπορούν να τραβήξουν πολλούς κεραυνούς που σε διαφορετική περίπτωση θα έπλητταν την γραμμή. Εδώ εισέρχεται ο παράγοντας σκίασης, Sf, και ορίζεται το τμήμα ανά μονάδα γραμμών διανομής που προστατεύεται από κοντινά αντικείμενα. Για παράδειγμα ένας μηδενικός παράγοντας σκίασης θα σήμαινε ότι η γραμμή βρίσκεται σε ανοιχτό έδαφος χωρίς προστασία από παράπλευρες κατασκευές, ενώ ο παράγοντας σκίασης ίσος με την μονάδα σημαίνει ότι η γραμμή είναι πλήρως καλυμμένη από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Ο αριθμός των πληγμάτων στη γραμμή με παράμετρο τον Sf υπολογίζεται από τον τύπο: Νs = N(1 - Sf) 53

54 Το σχήμα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί και για τις δύο πλευρές της γραμμής διανομής, αν απλά προστεθούν οι παράγοντες προστασίας της δεξιάς και της αριστερής πλευράς. Αν το άθροισμα ξεπερνά το 1, τότε ο ολικός παράγοντας προστασίας ισούται με 1. Βραχυκύκλωμα,ανεξάρτητα από το επίπεδο μόνωσης, τα διαστήματα των αγωγών ή της γείωσης,θα προκαλέσουν όλα τα άμεσα πλήγματα κεραυνών, εκτός αν η μόνωση της γραμμής διανομής προστατεύεται από αγωγό προστασίας ή αλεξικέραυνα. Γι' αυτό για να εκτιμήσουμε τον αριθμό των άμεσων πληγμάτων χρησιμοποιούμε τις παραπάνω εξισώσεις για ανοιχτό έδαφος ή για μερικώς προστατευμένη γραμμή. Στη θεωρητική ανάλυση, θεωρούμε ότι κάθε πλήγμα θα προκαλέσει βραχυκύκλωμα στο δίκτυο διανομής Βραχυκύκλωμα από επαγόμενη τάση Σύμφωνα με τη θεωρία του Rusck, η μέγιστη τάση που επάγεται στο κοντινότερο, στο πλήγμα, σημείο μιας γραμμής μεταφοράς δίνεται από: Vmax = 38.8 Iohα/y Ιο: είναι η μέγιστη τιμή ρεύματος του κεραυνού ha: είναι το μέσο ύψος της γραμμής πάνω από το επίπεδο του εδάφους y: είναι η πλησιέστερη απόσταση ανάμεσα στη γραμμή και το πλήγμα του κεραυνού 54

55 Η εξίσωση χρησιμοποιείται για έναν απείρως μακρύ αγωγό, μίας φάσης, πάνω από ένα τέλεια αγώγιμο έδαφος. Ένας γειωμένος ουδέτερος αγωγός ή ένας εναέριος αγωγός προστασίας θα μείωνε την τάση κατά μήκος της μόνωσης κατά έναν παράγοντα ο οποίος εξαρτάται από τη γείωση και την απόσταση του γειωμένου αγωγού από τους αγωγούς φάσης. Αυτός ο παράγοντας κυμαίνεται μεταξύ 0.6 και 0.9. Η συχνότητα των βραχυκυκλωμάτων από επαγόμενη τάση μπορεί να αυξηθεί δραματικά για γραμμές με μικρά επίπεδα μόνωσης. Στο σχήμα παρακάτω φαίνεται η συχνότητα των βραχυκυκλωμάτων ως συνάρτηση της κρίσιμης τιμής τάσης διάσπασης (CFO) στη γραμμή. Τα αποτελέσματα φαίνονται για δύο διαφορετικές διατάξεις γείωσης. Το μη γειωμένο κύκλωμα δεν έχει ούτε ουδέτερο ούτε αγωγό προστασίας, όπως είναι ένα κύκλωμα με τρεις αγωγούς μη γειωμένους ή ένα κύκλωμα με τέσσερις αγωγούς με κοινή γείωση. Τα αποτελέσματα για ένα γειωμένο κύκλωμα αναφέρονται σε ένα κύκλωμα με γειωμένο ουδέτερο αγωγό ή εναέριο αγωγό προστασίας. Ένα γειωμένο κύκλωμα εμφανίζει λιγότερα βραχυκυκλώματα, για μια δεδομένη τιμή CFO, γιατί ο γειωμένος αγωγός μειώνει την τάση που εμφανίζεται πάνω στη μόνωση. Ωστόσο οι μη γειωμένες και οι κοινής γείωσης κατασκευές, έχουν συνήθως μεγαλύτερη CFO από τη φάση στη γείωση, από μία αντίστοιχη κατασκευή κυκλώματος πολλαπλής γείωσης, λόγω της απουσίας του γειωμένου ουδέτερου αγωγού. Οι τιμές είναι κανονικοποιημένες για GFD 1 κεραυνό/km2/έτος και ύψος γραμμής 10m. Τα αποτελέσματα μπορούν να θεωρηθούν γραμμικά ανάλογα με το μήκος της γραμμής και τον GFD. 55

56 Αριθμός βραχυκυκλωμάτων από επαγόμενη τάση έναντι του επιπέδου μόνωσης της γραμμής διανομής Τα αποτελέσματα που φαίνονται στο παραπάνω σχήμα αναφέρονται σε γραμμή σε ανοιχτό έδαφος χωρίς να υπάρχουν κοντά σε αυτήν δέντρα ή κτίρια. Ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων εξαρτάται από την παρουσία ή όχι γειτονικών αντικειμένων στη γραμμή, που όμως μπορεί να προστατεύουν τη γραμμή από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Αυτό μπορεί να αυξήσει την επαγόμενη τάση, επειδή αυξάνεται ο αριθμός των πληγμάτων κοντά στη γραμμή. Ως σημείο αναφοράς, μια γραμμή διανομής ύψους 10m σε ανοιχτό έδαφος με GFD = 1 κεραυνό/km2/έτος θα έχει κατά προσέγγιση 11 κεραυνούς/100km/έτος λόγω των 56

57 άμεσων πληγμάτων, σύμφωνα. Σε ανοιχτό έδαφος, οι επαγόμενες τάσεις θα είναι πρόβλημα μόνο για τις γραμμές με χαμηλά επίπεδα μόνωσης. Για παράδειγμα, σε ένα μη γειωμένο δίκτυο, ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων θα ξεπερνά τον αριθμό των άμεσων βραχυκυκλωμάτων μόνο αν η CFO είναι λιγότερο από 75 kv. Σε προστατευμένες περιοχές, τα επαγόμενα βραχυκυκλώματα είναι μεγαλύτερου ενδιαφέροντος. Γενικά, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι αν η κρίσιμη τάση διάσπασης (CFO) είναι μεγαλύτερη των 300kV, τα επαγόμενα βραχυκυκλώματα θα είναι σχεδόν μηδενικά. Σχεδόν όλες οι μετρήσεις που αφορούν επαγόμενες τάσεις από κεραυνούς είναι λιγότερες από 300kV.Τέλος, ένας άλλος παράγοντας που πρέπει να λάβουμε υπ' όψιν είναι ότι οι περισσότερες γραμμές διανομής έχουν αλεξικέραυνα στους μετασχηματιστές, τα οποία παρέχουν ως ένα βαθμό μείωση της επαγόμενης τάσης από κεραυνό Επίπεδα μόνωσης γραμμών διανομής Στις περισσότερες περιπτώσεις, στις εναέριες γραμμές διανομής, χρησιμοποιούνται περισσότεροι του ενός τύποι μονωτικών υλικών για προστασία. Τα πιο διαδεδομένα συστατικά που χρησιμοποιούνται γι αυτό το σκοπό είναι η πορσελάνη, ο αέρας, το ξύλο, διάφορα πολυμερή και υαλονήματα. Καθένα απ' αυτά έχει και τη δική του μονωτική ισχύ. Όταν τα μονωτικά υλικά χρησιμοποιούνται σε σειρά, η συνολική μονωτική τους ικανότητα δεν είναι το άθροισμά των επιμέρους. Κατά τον υπολογισμό της ολικής στάθμης μόνωσης πρέπει να ληφθούν υπόψην κάποιοι παράγοντες που επηρεάζουν τα επίπεδα των βραχυκυκλωμάτων λόγω κεραυνών στις γραμμές διανομής, που είναι: Οι ατμοσφαιρικές συνθήκες, όπως η πυκνότητα του αέρα, η υγρασία, οι βροχοπτώσεις και ατμοσφαιρική μόλυνση. Η πολικότητα και ο ρυθμός αύξησης της τάσης. Κάποιοι φυσικοί παράγοντες όπως το σχήμα των μονωτήρων, το σχήμα του μεταλλικού υλικού και η διάταξη του μονωτήρα. 57

58 Παρόλο που ο σχεδιαστής μηχανικός μπορεί να είναι περισσότερο εξοικειωμένος με το βασικό επίπεδο μόνωσης έναντι κεραυνών ενός δεδομένου συνδυασμού μονωτικών υλικών, τα αποτελέσματα της οδηγίας αυτής δίνονται με βάση την CFO των συνδυασμών αυτών. Η CFO προσδιορίζεται ως εκείνο το επίπεδο της τάσης στο οποίο υπάρχει 50% πιθανότητα να συμβεί βραχυκύκλωμα και 50% πιθανότητα να αντέξει η μόνωση. Αυτή η τιμή είναι πειραματική και λαμβάνεται μόνο στο εργαστήριο. Υποθέτοντας ότι τα δεδομένα από τα βραχυκυκλώματα ακολουθούν μια Γκαουσιανή κατανομή, τότε κάθε συγκεκριμένη πιθανότητα να αντέξει η μόνωση μπορεί να υπολογιστεί στατιστικά από την τιμή της CFO και την κανονική κατανομή. Καθώς τα εργαστηριακά δεδομένα είναι πλέον διαθέσιμα, μελετούνται διάφοροι τρόποι σε μια προσπάθεια να καθοριστεί η εκτιμώμενη CFO για έναν δεδομένο συνδυασμό μονωτικών υλικών. Η προσέγγιση της «επιπρόσθετης αντοχής μόνωσης» μπορεί να είναι η πιο πρακτική CFO τάση συνδυασμένης μόνωσης Η βασική τεχνική σχεδιασμού και κατασκευής ηλεκτρικών δικτύων είναι αυτή όπου οι γραμμές διανομής στηρίζονται σε ξύλινους βραχίονες και οι στύλοι συνδέονται σε σειρά με τους βασικούς μονωτήρες για να αυξήσουν την αντοχή της γραμμής έναντι των κρουστικών πληγμάτων από κεραυνούς.. Στις εναέριες γραμμές διανομής, το σημείο με την πιο ασθενή μόνωση είναι συνήθως σε στύλο παρά μεταξύ των αγωγών στον αέρα. Σήμερα οι έρευνες στρέφονται σε πολύ-διηλεκτρικούς συνδυασμούς που χρησιμοποιούνται στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτές οι έρευνες αφορούν τις γραμμές διανομής και μεταφοράς και στο βαθμό αντοχής του ξύλου, όταν αυτό εκτίθεται σε κεραυνό, σε κρουστικές τάσεις χειρισμών και σε κρουστικές τάσεις με απότομο μέτωπο. Πρόσφατα, στις γραμμές διανομής χρησιμοποιούνται μονωτήρες πολυμερών και οι βραχίονες από υαλονήματα (fiberglass). 58

59 3.5.3 Προσδιορισμός της CFO τάσης για κατασκευές με μονώσεις σειράς Σύμφωνα με αποτελέσματα εργαστηριακών ερευνών, ένα μέτρο ξύλου ή ένα μέτρο υαλονήματος προσδίδουν περίπου kv στην ήδη υπάρχουσα μόνωση. Για μεγαλύτερα μήκη, η αντοχή της μόνωσης από κεραυνό για έναν ξύλινο ή από fiberglass βραχίονα, σε συνδυασμό με τους μονωτές καθορίζεται κυρίως μόνο από τον εκάστοτε βραχίονα. Έτσι η μόνωση έναντι της εναλλασσόμενης τάσης λαμβάνεται μόνο από το μονωτήρα, ενώ ο ξύλινος ή από υαλονήματα μονωτήρας θεωρείται ως μια επιπλέον μόνωση σε κρουστική τάση κεραυνών. Όταν η πορεία του κεραυνού δεν εμπεριέχει κάποιο ξύλινο βραχίονα ή fiberglass βραχίονα, αλλά δύο ή περισσότερους τύπους μονωτήρων συνδεδεμένων σε σειρά, τότε η κρίσιμη τιμή τάσης βραχυκύκλωσης (CFO) δεν προσδιορίζεται απλώς προσθέτοντας τις τιμές των CFO των ξεχωριστών συστατικών, αλλά λαμβάνεται ως συνάρτηση ενός μεγάλου αριθμού διαφορετικών παραγόντων, ο καθένας από τους οποίους απαιτεί ξεχωριστή ανάλυση. Προκειμένου να υπολογιστεί η συνολική CFO μιας κατασκευής διανομής μπορεί να χρησιμοποιηθεί μέθοδος πρόσθετων CFO η οποία περιλαμβάνει: Τον προσδιορισμό της συμβολής του κάθε ξεχωριστού συστατικού μόνωσης στην συνολική CFO του συνδυασμού. Τον υπολογισμό της CFO του ολικού συνδυασμού γνωρίζοντας την CFO των συστατικών μόνωσης. Αυτό γίνεται εφικτό χρησιμοποιώντας κάποιους πίνακες και γραφικές παραστάσεις που απεικονίζουν τα ήδη υπάρχοντα πειραματικά αποτελέσματα και χρησιμοποιώντας αυτά, να συσχετισθεί η επίδραση καθενός μονωτικού υλικού προστιθέμενο στο άλλο. Η όλη διαδικασία στηρίζεται στα χαρακτηριστικά δεδομένα της CFO της βασικής μόνωσης και σε ένα επιπρόσθετο σύνολο σύνθετων δεδομένων που είναι γνωστό ως η κρίσιμη τάση βραχυκύκλωσης (CFO voltage) που προστίθεται από ένα συγκεκριμένο συστατικό. Όταν εμπλέκονται δύο συστατικά, η CFO του συνδυασμού τους είναι πολύ χαμηλότερη απ' ότι το άθροισμα των δύο ξεχωριστών CFO τιμών τους. Ο μονωτήρας θεωρείται ως η βασική πρωταρχική μόνωση. Η CFO (total) που αποκτάται για σχηματισμούς που αποτελούνται από δύο συστατικά υπολογίζεται ως η CFO(ins) του βασικού συστατικού συν την CFO(add.sec) του δεύτερου συστατικού. Έτσι έχουμε: CFO tota l = CFO ins + CFOadd.sec 59

60 Η αντίστοιχη σχέση για περισσότερα (n στον αριθμό) υλικά έχει την μορφή: CFO tota l = CFO ins + CFOadd.sec + CFOadd.thrd + CFOadd.nth Η ευρέως χρησιμοποιούμενη τιμή κρίσιμης τάσης βραχυκύκλωσης (CFO), καθώς επίσης και η CFO των προστιθέμενων υλικών δίδεται στους πίνακες: Κύρια μόνωση CFOins Επιπρόσθετη CFO δευτερευόντων συστατικών (CFOadd.sec) 60

61 Συστατικά επιπρόσθετης CFO Οι τιμές που δίνονται παραπάνω αναφέρονται σε υγρές συνθήκες, κάτι το οποίο συνιστάται για τον υπολογισμό της CFO, καθώς είναι προφανές ότι αναφερόμαστε σε περιπτώσεις καταιγίδων. Αν έχουμε την CFO υπό ξηρές συνθήκες (συνήθως δίνεται απ' τον κατασκευαστή, ή από εργαστηριακές μετρήσεις) και θέλουμε την CFO υπό υγρές συνθήκες τότε πολλαπλασιάζουμε την CFO υπό ξηρές συνθήκες με ένα συντελεστή 0.8. Γενικά η υγρή τιμή είναι περίπου το της ξηρής. Επίσης οι τιμές αναφέρονται στο ελάχιστο των τιμών θετικής και αρνητικής πολικότητας και οι μονωτήρες αναφέρονται μόνο ως παράδειγμα (μη αληθείς τιμές). Για συστατικά που δεν αναφέρονται στους παραπάνω πίνακες, η συνολική CFO μπορεί να υπολογιστεί με μειώσεις για το δεύτερο και τρίτο συστατικό, όπως: CFOadd.sec = 0.45 CFOins CFOadd.third = 0.20 CFOins Η χρήση της εκτεταμένης μεθόδου πρόσθετων-cfo και των πινάκων που δίνονται σε αυτήν την οδηγία συνήθως δίνει αποτελέσματα με σφάλμα ±20%. Περισσότερο ακριβή αποτελέσματα είναι διαθέσιμα με τις εξής μεθόδους: Εκτέλεση εργαστηριακών δοκιμών έναντι κεραυνών στην κατασκευή σε υγρές συνθήκες. Αυτή η μέθοδος θα δώσει και τα πιο ακριβή αποτελέσματα. Εκτέλεση δοκιμών έναντι κεραυνών υπό ξηρές συνθήκες, και πολλαπλασιασμός των τιμών με 0.8 για τον υπολογισμό του CFO σε υγρές συνθήκες. Χρήση λεπτομερέστερων τιμών κρίσιμης τάσης βραχυκύκλωσης CFO. 61

62 3.5.4 Τεχνικά ζητήματα Είναι δυνατόν να μειωθεί η κρίσιμη τάση βραχυκύκλωσης στις δομές διανομής εξαιτίας του εξοπλισμού και των υλικών υποστήριξης, με αποτέλεσμα την μεγάλη αύξηση των υπερπηδήσεων από επαγόμενες τάσεις. Παρακάτω περιγράφεται ειδικότερα για το κάθε στοιχείο, πως επηρεάζει την CFO. Επίτονα: μπορεί να είναι ένας απ' τους κύριους παράγοντες μείωσης της CFO μιας γραμμής. Αυτό γίνεται γιατί, προκειμένου να έχουν μηχανικό πλεονέκτημα, προσκολλώνται ψηλά στον πόλο σε άμεση επαφή με τα κύρια μονωτικά υλικά. Επειδή τα επίτονα παρέχουν διαδρομή προς τη γη, η παρουσία τους μειώνει την CFO του ολικού σχηματισμού. Οι μικροί πορσελάνινοι μονωτές επιτόνων που χρησιμοποιούνται συνήθως, δεν παρέχουν σχεδόν καθόλου επιπλέον μόνωση (γενικά λιγότερο από 30 kv της CFO). Έτσι για να αποκτήσουμε αξιοσημείωτη αντοχή μόνωσης χρησιμοποιούμε μονωτήρες από fiberglass. Ένας μονωτήρας 50cm από fiberglass παρέχει CFO περίπου 250kV. Αγώγιμα υποστηρίγματα και αγώγιμες κατασκευές: η χρήση τσιμεντένιων και ατσάλινων κατασκευών σε εναέριες γραμμές διανομής αυξάνεται συνεχώς, γεγονός που μειώνει σημαντικά την CFO. Μεταλλικοί βραχίονες και μεταλλικά υλικά χρησιμοποιούνται επίσης σε ξύλινες πολικές κατασκευές. Εάν ένα από αυτά τα υλικά είναι γειωμένο, το αποτέλεσμα είναι το ίδιο με αυτό μιας κατασκευής εξ ολοκλήρου από μέταλλο. Η συνολική CFO παρέχεται από τον μονωτήρα και μονωτήρες με μεγαλύτερη CFO θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για να αντισταθμίζουν την απώλεια της μόνωσης του ξύλου. Προφανώς, θα πρέπει να υπάρχει ένα ισοζύγιο ανάμεσα στην συμπεριφορά έναντι του κεραυνού και άλλα ζητήματα, όπως ο μηχανικός σχεδιασμός ή η τιμή. Και όντως αυτό το ισοζύγιο υπάρχει και είναι ιδιαίτερα μεγάλης σημασίας. Σε ξύλινους πόλους και βραχίονες, μπορούν να χρησιμοποιηθούν υποστηρίγματα από ξύλο ή fiberglass για να διατηρηθούν καλά επίπεδα μόνωσης. Πολλαπλά κυκλώματα: όταν εμφανίζονται σε έναν πόλο συνήθως προκαλούν εξασθένιση της μόνωσης. Οι αυστηρά καθορισμένες αποστάσεις των φάσεων και λιγότερο ξύλο εν σειρά συνήθως μειώνουν τα επίπεδα μόνωσης. Αυτό πραγματοποιείται κυρίως σε γραμμές διανομής που βρίσκονται κάτω από γραμμές μεταφοράς, σε ξύλινους πόλους. Τα κυκλώματα μεταφοράς έχουν συνήθως αγωγό προστασίας που είναι συνδεδεμένος με τη γείωση σε κάθε πόλο. Ο αγωγός γείωσης μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της μόνωσης βέβαια αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί απομακρύνοντας τον αγωγό γείωσης από τους πόλους με διαχωριστήρες από fiberglass. 62

63 Γραμμές με διαχωριστήρες αγωγών: είναι εναέριες γραμμές διανομής με πολύ κοντινά διαστήματα διαχωρισμού. Επικαλυμμένοι αγωγοί και διαχωριστήρες (15-40 cm) που κρέμονται από έναν μεταβιβαστικό αγωγό, παρέχουν στήριξη και ικανότητα μόνωσης. Μια κατασκευή από διαχωρισμένους αγωγούς θα έχει σταθερό CFO, που είναι συνήθως της τάξης των kv. Λόγω του σχετικά χαμηλού επιπέδου μόνωσης, η συμπεριφορά των γραμμών αυτών έναντι κεραυνού, μπορεί να είναι μικρότερη από μια παραδοσιακή ανοιχτή κατασκευή. Αυτές οι κατασκευές έχουν το πλεονέκτημα του μεταβιβαστικού αγωγού, που συνήθως λειτουργεί και ως αγωγός προστασίας, κάτι το οποίο μπορεί να μειώσει τα άμεσα πλήγματα από κεραυνούς. Ανάστροφα βραχυκυκλώματα έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να συμβούν λόγω του χαμηλού επιπέδου μόνωσης. Βελτιωμένη γείωση θα μπορούσε να βελτιώσει την συμπεριφορά έναντι κεραυνού. Προστατευτικά διάκενα και σύνδεσμοι μονωτήρων: Η σύνδεση των μονωτήρων συνήθως γίνεται για την πρόληψη βλάβης που προκαλείται από κεραυνό σε ξύλινους πόλους ή βραχίονες ή για την πρόληψη φωτιάς στην κορυφή των πόλων. Τα προστατευτικά διάκενα χρησιμοποιούνται επίσης για την πρόληψη καταστροφών από κεραυνούς στα ξύλινα υλικά της κατασκευής. Τα προστατευτικά διάκενα χρησιμοποιούνται επίσης αντί για αλεξικέραυνα για την προστασία εξοπλισμού. Τα προστατευτικά διάκενα και οι σύνδεσμοι μονωτήρων μειώνουν σημαντικά το CFO μιας κατασκευής Ικανότητα ξύλου για διακοπή τόξου Οι ξύλινοι πόλοι και βραχίονες έχουν την ικανότητα της καταστολής του τόξου που προκαλείται από κεραυνό και έτσι προλαμβάνουν την εμφάνιση βλαβών στο δίκτυο. Οι ικανότητες του ξύλου για διακοπή είναι κατά κύριο λόγο μια λειτουργία της στιγμιαίας τάσης στη συχνότητα του ρεύματος την στιγμή που συμβαίνει η υπερπήδηση λόγω του κεραυνού. Εάν η τάση είναι κοντά σε μηδενική τιμή, είναι πολύ πιθανό η διακοπή να μην προκαλέσει βλάβη. Εάν η ονομαστική τάση κατά μήκος του ξύλινου βραχίονα διατηρηθεί κάτω από ένα συγκεκριμένο επίπεδο, η πιθανότητα για την πρόκληση βλάβης μπορεί να μειωθεί κατά πολύ. 63

64 Για το φαινόμενο των πολλαπλών υπερπηδήσεων, η ικανότητα διακοπής του τόξου είναι πολύ μικρότερη. Οι περισσότερες γραμμές διανομής θα υποστούν πολλαπλές υπερπηδήσεις από ένα άμεσο πλήγμα. Στις δομές διανομής που εμφανίζουν κατά μήκος του ξύλου, RMS τάση μεγαλύτερη από 10 kv/m ξύλου, η ικανότητα διακοπής του τόξου δεν επιφέρει σημαντικά αποτελέσματα. Για παράδειγμα, μια γραμμή διανομής των 13.2 kv με 0.5 m ξύλου μεταξύ του μονωτή της φάσης και του ουδέτερου αγωγού έχει μια βάθμωση τάσης RMS κατά μήκος του ξύλου της τάξης των 132kV / 3 / 0.5m kv / m. Για αυτά τα επίπεδα της τάσης, εάν επιτυγχάνονται κενά 1 m ξύλου ανάμεσα σε όλους τους αγωγούς φάσης και όλα τα γειωμένα αντικείμενα στον πόλο, τότε η διακοπή μπορεί να γίνει ένας σημαντικός παράγοντας. Αυτό μπορεί ήδη να επιτευχθεί στα κυκλώματα με υψηλά επίπεδα μόνωσης και μακρινές αποστάσεις ξύλου. Στα παραπάνω θεωρούμε ότι όλοι οι κεραυνοί θα δημιουργήσουν σφάλματα. Πιθανότητα σχηματισμού τόξου, λόγω βραχυκυκλώματος από κεραυνό σε υγρό ξύλινο βραχίονα 64

65 3.5.6 Καταστροφή ξύλου λόγω κεραυνού Η καταστροφή σε πόλους ή σε βραχίονες είναι εξαιρετικά σπάνια. Παρόλα αυτά, σε περιοχές με υψηλά ποσοστά πληγμάτων κεραυνών μπορεί να αποτελεί παράγοντα ανησυχίας υπό ορισμένες συνθήκες. Η πιθανότητα καταστροφής λόγω κεραυνού εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, ιδιαίτερα από τα επίπεδα υγρασίας καθώς και την ηλικία του ξύλου. Βλάβες και κατακερματισμός του ξύλου συμβαίνουν μόνο όταν η κατάρρευση είναι στο εσωτερικό τμήμα του τόξου και όχι κατά μήκος της επιφανείας του. Εάν το ξύλο είναι χλωρό, τότε είναι πιο πιθανό να εμφανίσει εσωτερική καταστροφή. Σε περίπτωση που έχει συμβεί καταστροφή του ξύλου στο παρελθόν, τότε τα ξύλινα τμήματα πρέπει να προστατεύονται, συνδέοντας τους μονωτήρες. Όμως κάτι τέτοιο οδηγεί σε βραχυκύκλωμα της μόνωσης που προσδίδεται από το ξύλο. Μια καλύτερη λύση θα ήταν να χρησιμοποιηθούν ηλεκτρόδια επιφανείας τοποθετημένα κοντά στην άκρη του μονωτήρα. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν καλύμματα αγωγών, ταινίες ή άλλες μεταλλικές προεκτάσεις προσαρμοσμένες κοντά στον μονωτήρα στην πιθανή κατεύθυνση του βραχυκυκλώματος. Αυτά οδηγούν σε επιφανειακή βλάβη και όχι σε εσωτερική. Τα προληπτικά μέτρα για την καταστροφή του ξύλου από κεραυνούς μειώνουν επίσης την πιθανότητα για την πρόκληση φωτιάς στην κορυφή των πόλων. Αυτές οι φωτιές είναι αποτέλεσμα της διαρροής του ρεύματος στις συνδέσεις μετάλλων με ξύλο. Οι τοπικοί σύνδεσμοί, ταινίες αγωγών ή καλύμματα, μπορούν να γεφυρώσουν την απόσταση που είναι πολύ πιθανόν να ξεσπάσουν φωτιές, όπως είναι οι ασθενείς μεταλλικές-ξύλινες επαφές Προστασία γραμμών διανομής με προστατευτικούς αγωγούς Οι προστατευτικοί αγωγοί, είναι γειωμένοι αγωγοί που τοποθετούνται πάνω από τους αγωγούς φάσης για να αποροφήσουν τα πλήγματα των κεραυνών, που σε διαφορετική περίπτωση θα έπλητταν απευθείας στις φάσεις. Το κρουστικό ρεύμα των κεραυνών εκτρέπεται μ' αυτόν τον τρόπο προς το έδαφος διαμέσου ενός γειωμένου στύλου. Για να είναι αποτελεσματικό, ο αγωγός προστασίας γειώνεται σε κάθε στύλο. Τα κρουστικά ρεύματα προκαλούν μια αύξηση του δυναμικού, ρέοντας από τον στύλο 65

66 προς το έδαφος, προκαλώντας μία μεγάλη διαφορά δυναμικού μεταξύ του καθοδικού αγωγού γείωσης και των αγωγών τάσης, η οποία μπορεί να προκαλέσει ανάστροφα βραχυκυκλώματα κατά μήκος της μόνωσης μεταξύ του αγωγού γείωσης και ενός από τους αγωγούς φάσης. Αυτό το φαινόμενο (του ανάστροφου βραχυκυκλώματος) είναι ένας σημαντικός αρνητικός παράγοντας στην αποτελεσματικότητα των αγωγών προστασίας στις γραμμές διανομής. Οι προστατευτικοί αγωγοί μπορούν να παρέχουν αποτελεσματική προστασία αν Χρησιμοποιηθεί καλός σχεδιασμός μόνωσης που να παρέχει την κατάλληλη CFO μεταξύ του καθοδικού αγωγού εδάφους και των αγωγών φάσης και αν επιτευχθούν χαμηλές αντιστάσεις γείωσης. Αν προσθέταμε αγωγό προστασίας σε γραμμές διανομής τριών αγωγών θα μειωνόταν ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων. Αφού ο αγωγός προστασίας είναι γειωμένος, θα καταστείλει τις τάσεις στους αγωγούς φάσης μέσω της χωρητικής σύζευξης. Όσο πιο κοντά βρίσκονται οι αγωγοί φάσης στον αγωγό προστασίας, τόσο καλύτερη θα είναι η σύζευξη, και τόσο μικρότερος θα είναι ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων (παρόλο που αυτό μπορεί να μειώσει το CFO). Εδώ πρέπει να σημειώσουμε ότι ακόμα και αν τοποθετήσουμε έναν αγωγό γείωσης κάτω από τους αγωγούς φάσης θα έχουμε σχεδόν το ίδιο αποτέλεσμα με έναν εναέριο αγωγό προστασίας. Για ένα σύστημα τεσσάρων αγωγών με πολλαπλή γείωση, αν αντικαταστήσουμε τον ουδέτερο αγωγό που βρίσκεται από κάτω με έναν εναέριο προστατευτικό αγωγό, τότε δεν έχουμε μείωση στον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων. Περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης μπορούμε να έχουμε αν χρησιμοποιήσουμε και αγωγό προστασίας και ουδέτερο αγωγό. Το κόστος της εγκατάστασης ενός αγωγού προστασίας σε μια γραμμή διανομής είναι σημαντικό. Επιπροσθέτως του κόστους των αγωγών, της γείωσης των πόλων, της περαιτέρω μόνωσης, το ύψος των στύλων πρέπει να είναι μεγαλύτερο για να στηρίζει τον αγωγό προστασίας, τόσο ώστε να είναι επαρκής η γωνία προστασίας ανάμεσα στον προστατευτικό αγωγό και τους εξωτερικούς αγωγούς φάσης. Το ύψος τον μεγαλύτερων κατασκευών ελκύει περισσότερα άμεσα πλήγματα, κάτι που αντισταθμίζει ελάχιστα την μείωση του ποσοστού βραχυκυκλωμάτων που παρέχει η προστασία. Παρά το αυξημένο κόστος και τις δυσκολίες σχεδίασης, οι αγωγοί προστασίας έχουν χρησιμοποιηθεί με μεγάλη επιτυχία. Για να εξασφαλιστεί ότι όλα τα πλήγματα από κεραυνό καταλήγουν στον προστατευτικό αγωγό και όχι στους αγωγούς φάσης, προτείνεται μια γωνία προστασίας 45 ή λιγότερο. Αυτό ισχύει μόνο για γραμμές με ύψος μικρότερο από 15m 66

67 με αποστάσεις μεταξύ αγωγών μικρότερες από 2m. Ψηλότερες γραμμές απαιτούν μικρότερη γωνία προστασίας Απαιτήσεις μόνωσης Γωνία προστασίας Το αν θα είναι επιτυχές το έργο του αγωγού προστασίας στις γραμμές διανομής εξαρτάται κυρίως από την μόνωση μεταξύ τον καθοδικών αγωγών γείωσης και των αγωγών φάσης. Εάν ο καθοδικός αγωγός γείωσης βρίσκεται σε επαφή με τον στύλο καθ' όλο του το ύψος, είναι δύσκολο να έχουμε επαρκής μόνωση. Σε ξύλινους πυλώνες, είναι συνήθως απαραίτητο να απομονώνουμε τους καθοδικούς αγωγούς γείωσης από τους στύλους στο σημείο άμεσης γειτονίας με τους μονωτήρες των φάσεων και τους βραχίονες. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με ράβδους από fiberglass, ή στηρίγματα που τοποθετούνται οριζόντια στον στύλο για να κρατήσουν τον γειωμένο αγωγό cm μακριά από τον στύλο. Η CFO από τον γειωμένο αγωγό προς την κοντινότερη φάση είναι η πιο μικρή τιμή από όλες τις πορείες. Επίσης πρέπει να δωθεί ιδιαίτερη προσοχή στην μόνωση των επιτόνων προκειμένου να αποκτηθεί η απαραίτητη CFO τιμή. Μία CFO πάνω από kv είναι απαραίτητη για να θεωρηθεί αποτελεσματική η εφαρμογή των προστατευτικών αγωγών. 67

68 3.6.3 Αποτελεσματικότητα της γείωσης και του επιπέδου μόνωσης Η αποτελεσματικότητα του αγωγού προστασίας είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την υπάρχουσα γείωση. Για να είναι αποτελεσματική μια κατασκευή που φέρει αγωγό προστασίας, οι αντιστάσεις του εδάφους θα πρέπει να είναι μικρότερες των 10Ω για CFO μικρότερη από 200 kv. Εάν δοθεί προσοχή στο επίπεδο μόνωσης και η CFO είναι kv, μία αντίσταση γείωσης 40Ω θα έχει παρόμοια απόδοση. Ο αγωγός προστασίας πρέπει να είναι γειωμένος σε κάθε πόλο για να έχουμε ικανοποιητικά αποτελέσματα. Γραμμές διανομής εγκατεστημένες κάτω από γραμμές μεταφοράς μπορεί να είναι ιδιαίτερα ευπαθείς σε ανάστροφα βραχυκυκλώματα. Μεγαλύτερο ύψος κατασκευής και εγκαταστάσεις μεγαλύτερου πλάτους θα προκαλέσουν περισσότερα άμεσα πλήγματα στις κατασκευές. Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί στην διατήρηση υψηλών επιπέδων μόνωσης, προκειμένου να αποφευχθούν υπερβολικά μεγάλα ποσοστά βραχυκυκλωμάτων. Το παρακάτω σχήμα δείχνει την συμπεριφορά σε άμεσο πλήγμα και την επίδραση της γείωσης με ένα παράδειγμα προσομοίωσης από υπολογιστή ενός προστατευτικού αγωγού με CFO 175 kv και 350kV. Το μήκος του ανοίγματος είναι 75μ. Αποτέλεσμα της αντίστασης γείωσης στην απόδοση του προστατευτικού αγωγού 68

69 3.7.1 Προστασία γραμμών με αλεξικέραυνα Για να ελαχιστοποιήσουμε τα βραχυκυκλώματα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αλεξικέραυνα σε κάθε στύλο και για κάθε φάση, σε συνδυασμό με έναν προστατευτικό αγωγό, ώστε να προστατεύεται η μόνωση από ανάστροφα βραχυκυκλώματα. Ο αγωγός προστασίας διοχετεύει το μεγαλύτερο ποσοστό του ρεύματος στο έδαφος, έτσι τα αλεξικέραυνα δεν υπόκεινται μεγάλη είσοδο ρεύματος. Τα αλεξικέραυνα καθιστούν τον σχεδιασμό προστατευτικών αγωγών λιγότερο εξαρτημένο από το επίπεδο της μόνωσης και της γείωσης. Τα αλεξικέραυνα των γραμμών διανομής χρησιμοποιούνται αποτελεσματικά στην προστασία του εξοπλισμού (μετασχηματιστές, ρυθμιστές..). Τα αλεξικέραυνα λειτουργούν ως υψηλές αντιστάσεις σε συνθήκες κανονικών τάσεων ενώ μετατρέπονται σε χαμηλές αντιστάσεις κατά την διάρκεια κρουστικής τάσης κεραυνού. Τα αλεξικέραυνα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία της μόνωσης σε γραμμές διανομής και για την πρόληψη βραχυκυκλωμάτων και διακοπών του κυκλώματος. Διάφοροι τύποι αλεξικέραυνων είναι διαθέσιμοι (π.χ. με διάκενο από καρβίδιο σιλικόνης, απαγωγείς υπερτάσεων με διάκενο ή χωρίς διάκενο από οξείδιο μετάλλου). Από την πλευρά της προστασίας της μόνωσης των γραμμών διανομής, όλα συμπεριφέρονται κατά τον ίδιο τρόπο. Κάποιες διαφορές που πιθανόν να υπάρχουν στις χαρακτηριστικές τάσης και ρεύματος μπορεί να προκαλέσουν μόνο μικρή διαφορά στην προστασία της μόνωσης, εφόσον υπάρχει σημαντικό περιθώριο. Για την επιλογή του κατάλληλου αλεξικέραυνου μπορούμε να ανατρέξουμε στο IEEE Std C ή στις οδηγίες του κατασκευαστή. Για την προστασία του εξοπλισμού (και ιδιαίτερα μη-γειωμένων γραμμών), είναι συνήθως απαραίτητο να επιλέγουμε αλεξικέραυνο με το χαμηλότερο δυνατό επίπεδο προστασίας. Ωστόσο, για την προστασία της μόνωσης των γραμμών, κάτι τέτοιο δεν είναι απαραίτητο γιατί το επίπεδο προστασίας του αλεξικέραυνου είναι γενικά χαμηλότερο από αυτό της μόνωσης της γραμμής. 69

70 3.7.2 Μήκος αγωγών σύνδεσης αλεξικέραυνων Οι αγωγοί αλεξικέραυνων, που συνδέουν την γραμμή διανομής με τα τερματικά σημεία της γείωσης των αλεξικέραυνων στην κατασκευή, περιέχουν ένα μικρό ποσοστό εσωτερικής επαγωγής. Αυτή η επαγωγή μπορεί να προκαλέσει πτώσεις τάσης L(di/dt) κατά μήκος του αγωγού που άγει το κρουστικό ρεύμα του κεραυνού. Κάθε πτώση τάσης κατά μήκος του αγωγού του αλεξικέραυνου προστίθεται στην τάση εκφόρτισης του αλεξικέραυνου. Έτσι αυξάνεται η τάση που εμφανίζεται στα άκρα των συσκευών που προστατεύονται από το αλεξικέραυνο. Το αποτέλεσμα που έχει το μήκος της γραμμής οδήγησης δεν είναι τόσο σημαντικό στη προστασία της μόνωσης των γραμμών διανομής όσο είναι στη προστασία του εξοπλισμού. Γενικά, το περιθώριο για εναέριους εξοπλισμούς είναι αρκετά μεγάλο. Επίσης, η στάθμη της μόνωσης των γραμμών είναι γενικά μεγαλύτερη από αυτή της βασικής στάθμης μόνωσης BIL. Βέβαια, είναι καλό να διατηρούνται οι γραμμές διανομής με αλεξικέραυνο και οι γειωμένοι αγωγοί όσο το δυνατόν πιο κοντοί και ευθείς. Στο IEEE Std C αναφέρονται περισσότερες πληροφορίες για τις θέσεις τοποθέτησης των αλεξικέραυνων Βραχυκυκλώματα από έμμεσα πλήγματα Το ποσοστό των επαγόμενων τάσεων από γειτονικά πλήγματα κεραυνών, μπορεί να μειωθεί αρκετά χάρη στα αλεξικέραυνα. Αξίζει να σημειωθεί ότι ακόμη και αραιή χρήση αλεξικέραυνων μπορεί να μειώσει σημαντικά τα βραχυκυκλώματα που προκαλούνται από τις επαγόμενες τάσεις (τοποθέτηση αλεξικέραυνων ανά 8 στύλους αποδίδουν τουλάχιστον 25% μείωση στα σφάλματα). Σε κυκλώματα διανομής με πολλούς μετασχηματιστές, τα αλεξικέραυνα που χρησιμοποιούνται για την προστασία των ίδιων των μετασχηματιστών, παρέχουν σημαντική προστασία έναντι επαγόμενων 70

71 τάσεων. Στο σχήμα φαίνονται τα αποτελέσματα για επίπεδο μόνωσης των 150 kv ενός κυκλώματος χωρίς γείωση. Τα αλεξικέραυνα μπορούν να προβούν ακόμα πιο αποτελεσματικά στην μείωση των βραχυκυκλωμάτων, εάν χρησιμοποιηθούν για την προστασία των στύλων με μικρά επίπεδα μόνωσης. Αυτά οι «αδύναμοι κρίκοι» του συστήματος μπορεί να είναι διακόπτες, τερματικοί στύλοι ή στύλοι διασταυρώσεων. Η τοποθέτηση αλεξικέραυνων σε αυτούς τους στύλους μπορεί να είναι περισσότερο συμφέρουσα από οικονομική άποψη από τη βελτίωση του επιπέδου μόνωσης της γραμμής. 71

72 3.7.4 Βραχυκυκλώματα από άμεσα πλήγματα Κάνοντας λόγω για άμεσα κεραυνικά πλήγματα, η προστασία είναι δύσκολη υπόθεση λόγω των υψηλών κρουστικών ρευμάτων, των απότομων κλίσεων μετώπου και του μεγάλου ενεργειακού περιεχομένου των κεραυνών. Θεωρητικά, τα αλεξικέραυνα προστατεύουν επαρκώς έναντι άμεσων πληγμάτων, αλλά πρέπει να τοποθετούνται σε πολύ μικρή απόσταση μεταξύ τους (ουσιαστικά σε κάθε στύλο). Το σχήμα δείχνει υπολογισμούς των διαστημάτων των αλεξικέραυνων για την προστασία ενάντια σε άμεσα πλήγματα. Υποθέτουμε ότι ο ουδέτερος αγωγός είναι γειωμένος σε κάθε στύλο. Ο υψηλός αριθμός βραχυκυκλωμάτων μπορεί να είναι παραπλανητικός σύμφωνα με το σχήμα, όπου ο ουδέτερος αγωγός δεν είναι γειωμένος, με εξαίρεση τους στύλους όπου τα αλεξικέραυνα εφαρμόζονται σε όλες τις φάσεις και το επίπεδο μόνωσης από το ουδέτερο γειωμένο αγωγό είναι υψηλό. 72

73 Ικανότητα αλεξικέραυνου σε άμεσο πλήγμα : 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 4/10 μs κρουστικό κύμα δοκιμής. Άλλος ένας μηχανισμός αποτυχίας στο σχεδιασμό αλεξικέραυνων από οξείδια του μετάλλου είναι τα περιστατικά βραχυκυκλώματα γύρω από τα εμπόδια, όταν τα αλεξικέραυνα υπόκεινται σε πολλαπλά πλήγματα. Τα επιφανειακά βραχυκυκλώματα λόγω πολλαπλών πληγμάτων είναι λιγότερο πιθανά για αλεξικέραυνα χωρίς διάκενα, όπως αυτά με περίβλημα από πολυμερή. Προστασία αλεξικέραυνου άνω φάσης: Εάν ο αγωγός της άνω φάσης έχει τοποθετηθεί έτσι ώστε να παρεμποδίζει τα πλήγματα των κεραυνών, τα αλεξικέραυνα μπορούν να εφαρμοστούν στην άνω φάση, κάτι που τα κάνει να λειτουργούν ως αγωγοί προστασίας. Κατά το πλήγμα, το αλεξικέραυνο άνω φάσης θα κατευθύνει το κρουστικό ρεύμα στο έδαφος. Το κύκλωμα θεωρείται προστατευμένο αν η αντίσταση γείωσης είναι αρκετά μικρή και η μόνωση των απροστάτευτων φάσεων είναι αρκετά μεγάλη. Όπως σε ένα αγωγό προστασίας, θα πρέπει να δοθεί προσοχή για την διατήρηση υψηλού επιπέδου μόνωσης στις απροστάτευτες φάσεις Τα αλεξικέραυνα θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε σχεδόν κάθε στύλο ή πύργο, προκειμένου να επιτευχθεί η μέγιστη προστασία. 73

74 Κεφάλαιο 4: Σφάλματα στο δίκτυο διανομής Ζακύνθου. 4.1 Eισαγωγή Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι να υπολογίσουμε με κάποια μέθοδο, θεωρητικά τον αναμενόμενο αριθμό σφαλμάτων που συμβαίνουν στην διάρκεια ενός έτους στο δίκτυο Μ.Τ του νησιού της Ζακύνθου και προήλθαν από κεραυνικά πλήγματα. Με την σύγκριση των θεωρητικών δεδομένων με τα πραγματικά, τα οποία μας δόθηκαν από την βάση δεδομένων της ΔΕΔΔΗΕ, θα είμαστε σε θέση να εξάγουμε χρήσιμα συμπεράσματα για το δίκτυο, όπως για παράδειγμα το αν είναι αρκετά προστατευμένες οι γραμμές μεταφοράς. Το δίκτυο της Ζακύνθου αποτελείται από τις εξής γραμμές : R23 με συνολικό μήκος: R24 με συνολικό μήκος : R26 με συνολικό μήκος : R27 με συνολικό μήκος : R28 με συνολικό μήκος : R29 με συνολικό μήκος : R30 με συνολικό μήκος : R31 με συνολικό μήκος : 18,1 km 36,3 km 13,8 km 3,1 km km 67,5 km 135 km 96,3 km Όλες οι γραμμές έχουν αφετηρία την πόλη της Ζακύνθου και το μήκος τους υπολογίστηκε από τον χάρτη της ΔΕΔΔΗΕ γι αυτό και ίσως υπάρχουν μικρές αποκλίσεις. Στην συνέχεια, ακολουθεί ο χάρτης του νησιού από την υπηρεσία google maps, όπου είναι χαραγμένος ο βασικός κορμός κάθε γραμμής με διαφορετικό χρώμα. 74

75 (R23, R24, R26, R27, R28, R29, R30, R31) Παρακάτω παρουσιάζονται πιο αναλυτικά οι διάφορες περιοχές και χωριά που διέρχεται η κάθε γραμμή. 75

76 76

77 4.2 Μεθοδολογία θεωρητικού υπολογισμού σφαλμάτων Για τον υπολογισμό του ολικού αριθμού σφαλμάτων προερχόμενων από κεραυνούς σε γραμμές διανομής χρειάζεται απλά να γνωρίζουμε τρία βασικά στοιχεία. Αυτά είναι ο αριθμός βραχυκυκλωμάτων από άμεσα πλήγματα κεραυνών, ο αριθμός βραχυκυκλωμάτων που συνέβησαν εξαιτίας γειτονικών πληγμάτων και τέλος τα σφάλματα που προκλήθηκαν από ζημιά του προστατευτικού εξοπλισμού. Η μέθοδος υπολογισμού συνοψίζεται στα παρακάτω βήματα: Βήμα 1 : Εκτίμηση της πυκνότητας των κεραυνών στην περιοχή που εξετάζουμε (Ng) κυρίως από τα δεδομένα του ισοκεραυνικού χάρτη. Βήμα 2 : Εκτίμηση των πληγμάτων των κεραυνών σε απροστάτευτη γραμμή (N). Βήμα 3 : Προσδιορισμός του συντελεστή θωράκισης (Sf) της γραμμής που εξετάζουμε από γειτονικά αντικείμενα. Παρακείμενα δέντρα, ψηλές κατασκευές ή και άλλες γραμμές ελαττώνουν σημαντικά τον αριθμό των πληγμάτων σε μία γραμμή. Μία προστατευμένη γραμμή δέχεται πολύ λιγότερα άμεσα πλήγματα κεραυνών από ότι μια γραμμή σε ανοιχτό έδαφος. Βήμα 4 : Υπολογισμός του αριθμού των βραχυκυκλωμάτων (Ns) που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών στη γραμμή. Βήμα 5 : Προσδιορισμός του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων (Ni) που οφείλονται σε έμμεσα πλήγματα. Βήμα 6 : Εύρεση των σφαλμάτων (Νp) που οφείλονται στην δυσλειτουργία των προστατευτικών διατάξεων. Βήμα 7 : Υπολογισμός του Νολ (overall outage rate) που ουσιαστικά εμπεριέχει τις παραπάνω παραμέτρους και γίνεται με χρήση του παρακάτω τύπου: Νολ = Νs + Ni +Np Βήμα 8 : Το Nολ που υπολογίσθηκε με την παραπάνω διαδικασία είναι ανά 100km. Συνεπώς πρέπει να το ανάγουμε στο πραγματικό μήκος της γραμμής. 77

78 4.3 Υπολογισμός σφαλμάτων από κεραυνούς στις γραμμές Ζακύνθου Γραμμή R-23 Από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδας η εκτίμηση των ημερών καταιγίδας ανά έτος για την περιοχή της Ζακύνθου υπολογίζεται : Τd = 50 ημέρες καταιγίδας/έτος Συνεπώς η πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης θα είναι : Νg = 0.04*(50) 1.25 = κεραυνοί/km*έτος Θεωρούμε το ύψος της γραμμής 12m και το πλάτος της 2,5 m. Οπότε με αυτά τα δεδομένα υπολογίζουμε τον αριθμό των σφαλμάτων που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών, σε αθωράκιστη γραμμή : Ν = Νg * ( 28*h 0.6 +b )/10 = 67,462 κεραυνοί/km*έτος Tώρα θα γίνει εκτίμηση του προστατευτικού παράγοντα Sf, που αντιπροσωπεύει το ποσοστό προστασίας της διάταξης από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Την προστασία αυτή μπορεί να παρέχουν δέντρα, κτίρια ή βουνά ή γενικότερα υψηλότερες κατασκευές. H συγκεκριμένη γραμμή διέρχεται από αραιοκατοικημένη περιοχή μετρίου ύψους ως επί το πλείστον κτίσματα και δέντρα, σε κοντινή απόσταση. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα του παράγοντα σκίασης έχουμε: Μια μέση απόσταση 15 m από την κατασκευή. Ύψος εμποδίων από την δεξιά πλευρά 10 m Sfr = 0,41 Ύψος εμποδίων από την αριστερή πλευρά 10 m Sfl = 0,41 78

79 Ο συνολικός συντελεστής προστασίας προκύπτει εαν προσθέσουμε τους δύο επιμέρους συντελεστές: Sftotal = Sfr + Sfl = 0,82 Στην συνέχεια μπορούμε να βρούμε τον συνολικό αριθμό των άμεσων πληγμάτων της γραμμής: Ns = N(1-Sf) = 12,1κεραυνοί/km*έτος Στην συνέχεια γίνεται ο προσδιορισμός των έμμεσων πληγμάτων των κεραυνών στη γραμμή. Ο αριθμός αυτός σε ανοιχτό έδαφος υπολογίζεται από το παρακάτω σχήμα της οδηγίας ΙΕΕΕ θεωρώντας το μικρότερο CFO path (που στην περίπτωσή μας είναι 125 kv,) 79

80 Ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων είναι 3. Κάνοντας αναγωγή αυτού του αριθμού στην πυκνότητα κεραυνών στην επιφάνεια της γης έχουμε: Επαγόμενα βραχυκυκλώματα = Ng*3= 15,954 κεραυνοί/100km*έτος. Όταν μια γραμμή είναι προστατευμένη ναι μεν δέχεται λιγότερα άμεσα πλήγματα κεραυνών, όμως περισσότερα κτίρια ή δέντρα σημαίνουν ότι θα συμβούν περισσότερα κοντινά πλήγματα στη γραμμή διανομής, κάτι που αυξάνει τον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων.έτσι στον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων, θεωρούμε μια προσαύξηση της τάξης του 80%. Σύμφωνα με την οδηγία IEEE, ο συνολικός αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων κυμαίνεται μεταξύ του αριθμού των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος και του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Νi= 15,954 * 1.8 = 28,717 κεραυνοί/100km*έτος Κάνοντας την παραδοχή ότι δεν έχουμε σφάλματα που να οφείλονται στην κακή λειτουργία των προστατευτικών διατάξεων, δηλαδή ότι Νp = 0, υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που συμβαίνουν στην γραμμή διανομής : Νtot= Ni + Ns + Np = 40,8 σφάλματα/έτος. 80

81 Τέλος, με αναγωγή στο ολικό μήκος της γραμμής, προκύπτει ο συνολικός αριθμός των βραχυκυκλωμάτων : Nολικο = Νtot * = 7,35 σφάλματα/έτος Γραμμή R-24 Από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδας η εκτίμηση των ημερών καταιγίδας ανά έτος για την περιοχή της Ζακύνθου υπολογίζεται : Τd = 50 ημέρες καταιγίδας/έτος Συνεπώς η πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης θα είναι : Νg = 0.04*(50) 1.25 = κεραυνοί/km*έτος Θεωρούμε το ύψος της γραμμής 12m και το πλάτος της 2,5 m. Οπότε με αυτά τα δεδομένα υπολογίζουμε τον αριθμό των σφαλμάτων που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών, σε αθωράκιστη γραμμή : Ν = Νg * ( 28*h 0.6 +b )/10 = 67,462 κεραυνοί/km*έτος Tώρα θα γίνει εκτίμηση του προστατευτικού παράγοντα Sf, που αντιπροσωπεύει το ποσοστό προστασίας της διάταξης από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Την προστασία αυτή μπορεί να παρέχουν δέντρα, κτίρια ή βουνά ή γενικότερα υψηλότερες κατασκευές. Η γραμμή R-24 στο μεγαλύτερο μέρος της διέρχεται από περιοχές με ελάχιστα εως καθόλου κτίσματα και αρκετά δέντρα. Βέβαια ένα σημαντικό κομμάτι της διασχίζει περιοχή έντονα δομημένη. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα του παράγοντα σκίασης έχουμε: Μια μέση απόσταση 15 m από την κατασκευή. Ύψος εμποδίων από την δεξιά πλευρά 10 m Sfr = 0.4 Ύψος εμποδίων από την αριστερή πλευρά 10 m Sfl =

82 Ο συνολικός συντελεστής προστασίας προκύπτει εαν προσθέσουμε τους δύο επιμέρους συντελεστές: Sftotal = Sfr + Sfl = 0.8 Στην συνέχεια μπορούμε να βρούμε τον συνολικό αριθμό των άμεσων πληγμάτων της γραμμής: Ns = N(1-Sf) = 13,492 κεραυνοί/km*έτος Στην συνέχεια γίνεται ο υπολογισμός των έμμεσων πληγμάτων των κεραυνών στη γραμμή. Ο αριθμός αυτός σε ανοιχτό έδαφος υπολογίζεται από το παρακάτω σχήμα της οδηγίας ΙΕΕΕ θεωρώντας το μικρότερο CFO path( που στην περίπτωσή μας είναι 125 kv,) 82

83 Ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων είναι 3. Άρα μετά απο αναγωγή αυτού του αριθμού στην πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης έχουμε: Επαγόμενα βραχυκυκλώματα = Ng*3= 15,954 κεραυνοί/100km*έτος. Όταν μια γραμμή είναι προστατευμένη ναι μεν δέχεται λιγότερα άμεσα πλήγματα κεραυνών, όμως περισσότερα κτίρια ή δέντρα σημαίνουν ότι θα συμβούν περισσότερα κοντινά πλήγματα στη γραμμή διανομής, κάτι που αυξάνει τον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων.έτσι στον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων, θεωρούμε μια προσαύξηση της τάξης του 80%. Σύμφωνα με την οδηγία IEEE, ο συνολικός αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων κυμαίνεται μεταξύ του αριθμού των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος και του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Νi= 15,954 * 1.8 = 28,717 κεραυνοί/100km*έτος Κάνοντας την παραδοχή ότι δεν υπάρχουν σφάλματα που να οφείλονται στην κακή λειτουργία των προστατευτικών διατάξεων, δηλαδή ότι Νp = 0, υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που συμβαίνουν στην γραμμή διανομής : Νtot= Ni + Ns + Np = 42,209 σφάλματα/έτος. 83

84 Τέλος, με αναγωγή στο ολικό μήκος της γραμμής, προκύπτει ο συνολικός αριθμός των βραχυκυκλωμάτων : Nολικο = Νtot * 0,363 = 15,322 σφάλματα/έτος Γραμμή R-26 Από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδας η εκτίμηση των ημερών καταιγίδας ανά έτος για την περιοχή της Ζακύνθου υπολογίζεται : Τd = 50 ημέρες καταιγίδας/έτος Συνεπώς η πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης θα είναι : Νg = 0.04*(50) 1.25 = κεραυνοί/km*έτος Θεωρούμε το ύψος της γραμμής 12m και το πλάτος της 2,5 m. Οπότε με αυτά τα δεδομένα υπολογίζουμε τον αριθμό των σφαλμάτων που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών, σε αθωράκιστη γραμμή : Ν = Νg * ( 28*h 0.6 +b )/10 = 67,462 κεραυνοί/km*έτος Tώρα θα γίνει εκτίμηση του προστατευτικού παράγοντα Sf, που αντιπροσωπεύει το ποσοστό προστασίας της διάταξης από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Την προστασία αυτή μπορεί να παρέχουν δέντρα, κτίρια ή βουνά ή γενικότερα υψηλότερες κατασκευές. H συγκεκριμένη γραμμή διέρχεται από την περιοχή της πόλης, ένα μέρος της παράλληλα με την παραλία και ένα άλλο τον λόφο Μπόχαλη. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα του παράγοντα σκίασης έχουμε: Μια μέση απόσταση 10 m από την κατασκευή. Ύψος εμποδίων από την δεξιά πλευρά 10 m Sfr = 0,43 Ύψος εμποδίων από την αριστερή πλευρά 15 m Sfl =

85 Ο συνολικός συντελεστής προστασίας προκύπτει εαν προσθέσουμε τους δύο επιμέρους συντελεστές: Sftotal = Sfr + Sfl >1 (σχιάζεται πλήρως) Στην συνέχεια μπορούμε να βρούμε τον συνολικό αριθμό των άμεσων πληγμάτων της γραμμής: Ns = N(1-Sf) = 0 κεραυνοί/km*έτος Στην συνέχεια γίνεται ο υπολογισμός των έμμεσων πληγμάτων των κεραυνών στη γραμμή. Ο αριθμός αυτός σε ανοιχτό έδαφος υπολογίζεται από το παρακάτω σχήμα της οδηγίας ΙΕΕΕ θεωρώντας το μικρότερο CFO path( που στην περίπτωσή μας είναι 125 kv,) 85

86 Ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων είναι 3. Μετά από αναγωγή αυτού του αριθμού στην πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης έχουμε: Επαγόμενα βραχυκυκλώματα = Ng*3= 15,954 κεραυνοί/100km*έτος. Όταν μια γραμμή είναι προστατευμένη ναι μεν δέχεται λιγότερα άμεσα πλήγματα κεραυνών, όμως περισσότερα κτίρια ή δέντρα σημαίνουν ότι θα συμβούν περισσότερα κοντινά πλήγματα στη γραμμή διανομής, κάτι που αυξάνει τον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων.έτσι στον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων, θεωρούμε μια προσαύξηση της τάξης του 80%. Σύμφωνα με την οδηγία IEEE, ο συνολικός αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων κυμαίνεται μεταξύ του αριθμού των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος και του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Νi= 15,954 * 1.8 = 28,717 κεραυνοί/100km*έτος Κάνοντας την παραδοχή ότι δεν υπάρχουν σφάλματα που να οφείλονται στην κακή λειτουργία των προστατευτικών διατάξεων, δηλαδή ότι Νp = 0, υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που συμβαίνουν στην γραμμή διανομής : Νtot= Ni + Ns + Np = 28,717 σφάλματα/έτος. Τέλος, με αναγωγή στο ολικό μήκος της γραμμής, προκύπτει ο συνολικός αριθμός των βραχυκυκλωμάτων : 86

87 Nολικο = Νtot * 0,138= 3,96 σφάλματα/έτος Γραμμή R-27 Από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδας η εκτίμηση των ημερών καταιγίδας ανά έτος για την περιοχή της Ζακύνθου υπολογίζεται : Τd = 50 ημέρες καταιγήδας/έτος Συνεπώς η πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης θα είναι : Νg = 0.04*(50) 1.25 = κεραυνοί/km*έτος Θεωρούμε το ύψος της γραμμής 12m και το πλάτος της 2,5 m. Οπότε με αυτά τα δεδομένα υπολογίζουμε τον αριθμό των σφαλμάτων που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών, σε αθωράκιστη γραμμή : Ν = Νg * ( 28*h 0.6 +b )/10 = 67,462 κεραυνοί/km*έτος Tώρα θα γίνει εκτίμηση του προστατευτικού παράγοντα Sf, που αντιπροσωπεύει το ποσοστό προστασίας της διάταξης από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Την προστασία αυτή μπορεί να παρέχουν δέντρα, κτίρια ή βουνά ή γενικότερα υψηλότερες κατασκευές. Η R-27 γραμμή κατά κύριο λόγο διασχίζει περιοχές με λίγα και χαμηλά κτίσματα και αρκετά δέντρα. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα του παράγοντα σκίασης έχουμε: Μια μέση απόσταση 15 m από την κατασκευή. Ύψος εμποδίων από την δεξιά πλευρά 10m Sfr = 0,4 Ύψος εμποδίων από την αριστερή πλευρά 10 m Sfl = 0,4 87

88 Ο συνολικός συντελεστής προστασίας προκύπτει εαν προσθέσουμε τους δύο επιμέρους συντελεστές: Sftotal = Sfr + Sfl = 0,8 Στην συνέχεια μπορούμε να βρούμε τον συνολικό αριθμό των άμεσων πληγμάτων της γραμμής: Ns = N(1-Sf) = 13,5 κεραυνοί/km*έτος Στην συνέχεια γίνεται ο υπολογισμός των έμμεσων πληγμάτων των κεραυνών στη γραμμή. Ο αριθμός αυτός σε ανοιχτό έδαφος υπολογίζεται από το παρακάτω σχήμα της οδηγίας ΙΕΕΕ θεωρώντας το μικρότερο CFO path( που στην περίπτωσή μας είναι 125 kv,) 88

89 Ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων είναι 3. Κάνοντας αναγωγή στην πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης έχουμε: Επαγόμενα βραχυκυκλώματα = Ng*3= 15,954 κεραυνοί/100km*έτος. Όταν μια γραμμή είναι προστατευμένη ναι μεν δέχεται λιγότερα άμεσα πλήγματα κεραυνών, όμως περισσότερα κτίρια ή δέντρα σημαίνουν ότι θα συμβούν περισσότερα κοντινά πλήγματα στη γραμμή διανομής, κάτι που αυξάνει τον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων.έτσι στον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων, θεωρούμε μια προσαύξηση της τάξης του 80%. Σύμφωνα με την οδηγία IEEE, ο συνολικός αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων κυμαίνεται μεταξύ του αριθμού των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος και του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Νi= 15,954 * 1.8 = 28,717 κεραυνοί/100km*έτος Κάνοντας την παραδοχή ότι δεν υπάρχουν σφάλματα που να οφείλονται στην κακή λειτουργία των προστατευτικών διατάξεων, δηλαδή ότι Νp = 0, υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που συμβαίνουν στην γραμμή διανομής : Νtot= Ni + Ns + Np = 42 σφάλματα/έτος. 89

90 Τέλος, με αναγωγή στο ολικό μήκος της γραμμής, προκύπτει ο συνολικός αριθμός των βραχυκυκλωμάτων : Nολικο = Νtot * 0,31 = 13,02 σφάλματα/έτος Γραμμή R-28 Από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδας η εκτίμηση των ημερών καταιγίδας ανά έτος για την περιοχή της Ζακύνθου υπολογίζεται : Τd = 50 ημέρες καταιγίδας/έτος Συνεπώς η πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης θα είναι : Νg = 0.04*(50) 1.25 = κεραυνοί/km*έτος Θεωρούμε το ύψος της γραμμής 12m και το πλάτος της 2,5 m. Οπότε με αυτά τα δεδομένα υπολογίζουμε τον αριθμό των σφαλμάτων που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών, σε αθωράκιστη γραμμή : Ν = Νg * ( 28*h 0.6 +b )/10 = 67,462 κεραυνοί/km*έτος Tώρα θα γίνει εκτίμηση του προστατευτικού παράγοντα Sf, που αντιπροσωπεύει το ποσοστό προστασίας της διάταξης από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Την προστασία αυτή μπορεί να παρέχουν δέντρα, κτίρια ή βουνά ή γενικότερα υψηλότερες κατασκευές. Η R-28 γραμμή διασχίζει μερικά χωριά ενώ στο μεγαλύτερο μέρος της περνάει από δασώδεις περιοχές. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα του παράγοντα σκίασης έχουμε: Μια μέση απόσταση 15 m από την κατασκευή. Ύψος εμποδίων από την δεξιά πλευρά 10 m Sfr = 0,42 Ύψος εμποδίων από την αριστερή πλευρά 10 m Sfl = 0,42 90

91 Ο συνολικός συντελεστής προστασίας προκύπτει εαν προσθέσουμε τους δύο επιμέρους συντελεστές: Sftotal = Sfr + Sfl = 0,84 Στην συνέχεια μπορούμε να βρούμε τον συνολικό αριθμό των άμεσων πληγμάτων της γραμμής: Ns = N(1-Sf) = 10,8 κεραυνοί/km*έτος Στην συνέχεια γίνεται ο υπολογισμός των έμμεσων πληγμάτων των κεραυνών στη γραμμή. Ο αριθμός αυτός σε ανοιχτό έδαφος υπολογίζεται από το παρακάτω σχήμα της οδηγίας ΙΕΕΕ θεωρώντας το μικρότερο CFO path( που στην περίπτωσή μας είναι 125 kv,) 91

92 Ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων είναι 3. Μετά απο αναγωγή αυτού του αριθμού στην πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης έχουμε: Επαγόμενα βραχυκυκλώματα = Ng*3= 15,954 κεραυνοί/100km*έτος. Όταν μια γραμμή είναι προστατευμένη ναι μεν δέχεται λιγότερα άμεσα πλήγματα κεραυνών, όμως περισσότερα κτίρια ή δέντρα σημαίνουν ότι θα συμβούν περισσότερα κοντινά πλήγματα στη γραμμή διανομής, κάτι που αυξάνει τον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων.έτσι στον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων, θεωρούμε μια προσαύξηση της τάξης του 80%. Σύμφωνα με την οδηγία IEEE, ο συνολικός αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων κυμαίνεται μεταξύ του αριθμού των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος και του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Νi= 15,954 * 1.8 = 28,717 κεραυνοί/100km*έτος Κάνοντας την παραδοχή ότι δεν υπάρχουν σφάλματα που να οφείλονται στην κακή λειτουργία των προστατευτικών διατάξεων, δηλαδή ότι Νp = 0, υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που συμβαίνουν στην γραμμή διανομής : Νtot= Ni + Ns + Np = 39,5 σφάλματα/έτος. Τέλος, με αναγωγή στο ολικό μήκος της γραμμής, προκύπτει ο συνολικός αριθμός των βραχυκυκλωμάτων : 92

93 Nολικο = Νtot * 1,24 = 49 σφάλματα/έτος Γραμμή R-29 Από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδας η εκτίμηση των ημερών καταιγίδας ανά έτος για την περιοχή της Ζακύνθου υπολογίζεται : Τd = 50 ημέρες καταιγίδας/έτος Συνεπώς η πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης θα είναι : Νg = 0.04*(50) 1.25 = κεραυνοί/km*έτος Θεωρούμε το ύψος της γραμμής 12m και το πλάτος της 2,5 m. Οπότε με αυτά τα δεδομένα υπολογίζουμε τον αριθμό των σφαλμάτων που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών, σε αθωράκιστη γραμμή : Ν = Νg * ( 28*h 0.6 +b )/10 = 67,462 κεραυνοί/km*έτος Tώρα θα γίνει εκτίμηση του προστατευτικού παράγοντα Sf, που αντιπροσωπεύει το ποσοστό προστασίας της διάταξης από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Την προστασία αυτή μπορεί να παρέχουν δέντρα, κτίρια ή βουνά ή γενικότερα υψηλότερες κατασκευές. Η R-29 γραμμή διασχίζει κατοικημένες περιοχές και μέρη με χαμηλά δέντρα Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα του παράγοντα σκίασης έχουμε: Μια μέση απόσταση 10 m από την κατασκευή. Ύψος εμποδίων από την δεξιά πλευρά 7,5 m Sfr = 0,44 Ύψος εμποδίων από την αριστερή πλευρά 7,5 m Sfl = 0,44 93

94 Ο συνολικός συντελεστής προστασίας προκύπτει εαν προσθέσουμε τους δύο επιμέρους συντελεστές: Sftotal = Sfr + Sfl = 0,88 Στην συνέχεια μπορούμε να βρούμε τον συνολικό αριθμό των άμεσων πληγμάτων της γραμμής: Ns = N(1-Sf) = 8,1 κεραυνοί/km*έτος Στην συνέχεια γίνεται ο υπολογισμός των έμμεσων πληγμάτων των κεραυνών στη γραμμή. Ο αριθμός αυτός σε ανοιχτό έδαφος υπολογίζεται από το παρακάτω σχήμα της οδηγίας ΙΕΕΕ θεωρώντας το μικρότερο CFO path( που στην περίπτωσή μας είναι 125 kv,) 94

95 Ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων είναι 3. Κάνουμε αναγωγή στην πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης και έχουμε: Επαγόμενα βραχυκυκλώματα = Ng*3= 15,954 κεραυνοί/100km*έτος. Όταν μια γραμμή είναι προστατευμένη ναι μεν δέχεται λιγότερα άμεσα πλήγματα κεραυνών, όμως περισσότερα κτίρια ή δέντρα σημαίνουν ότι θα συμβούν περισσότερα κοντινά πλήγματα στη γραμμή διανομής, κάτι που αυξάνει τον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων.έτσι στον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων, θεωρούμε μια προσαύξηση της τάξης του 80%. Σύμφωνα με την οδηγία IEEE, ο συνολικός αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων κυμαίνεται μεταξύ του αριθμού των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος και του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Νi= 15,954 * 1.8 = 28,717 κεραυνοί/100km*έτος Κάνοντας την παραδοχή ότι δεν υπάρχουν σφάλματα που να οφείλονται στην κακή λειτουργία των προστατευτικών διατάξεων, δηλαδή ότι Νp = 0, υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που συμβαίνουν στην γραμμή διανομής : Νtot= Ni + Ns + Np = 36,81 σφάλματα/έτος. Τέλος, με αναγωγή στο ολικό μήκος της γραμμής, προκύπτει ο συνολικός αριθμός των βραχυκυκλωμάτων : 95

96 Nολικο = Νtot * 0,675 = 24,85 σφάλματα/έτος Γραμμή R-30 Από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδας η εκτίμηση των ημερών καταιγίδας ανά έτος για την περιοχή της Ζακύνθου υπολογίζεται : Τd = 50 ημέρες καταιγίδας/έτος Συνεπώς η πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης θα είναι : Νg = 0.04*(50) 1.25 = κεραυνοί/km*έτος Θεωρούμε το ύψος της γραμμής 12m και το πλάτος της 2,5 m. Οπότε με αυτά τα δεδομένα υπολογίζουμε τον αριθμό των σφαλμάτων που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών, σε αθωράκιστη γραμμή : Ν = Νg * ( 28*h 0.6 +b )/10 = 67,462 κεραυνοί/km*έτος Tώρα θα γίνει εκτίμηση του προστατευτικού παράγοντα Sf, που αντιπροσωπεύει το ποσοστό προστασίας της διάταξης από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Την προστασία αυτή μπορεί να παρέχουν δέντρα, κτίρια ή βουνά ή γενικότερα υψηλότερες κατασκευές. Η R-30 γραμμή είναι η μεγαλύτερη σε μήκος γραμμή και διασχίζει ως εκ τούτου διαφορετικής μορφολογίας περιοχές. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα του παράγοντα σκίασης έχουμε: Μια μέση απόσταση 10 m από την κατασκευή. Ύψος εμποδίων από την δεξιά πλευρά 10 m Sfr = 0,45 Ύψος εμποδίων από την αριστερή πλευρά 10 m Sfl = 0,45 96

97 Ο συνολικός συντελεστής προστασίας προκύπτει εαν προσθέσουμε τους δύο επιμέρους συντελεστές: Sftotal = Sfr + Sfl = 0,9 Στην συνέχεια μπορούμε να βρούμε τον συνολικό αριθμό των άμεσων πληγμάτων της γραμμής: Ns = N(1-Sf) = 6,75 κεραυνοί/km*έτος Στην συνέχεια γίνεται ο υπολογισμός των έμμεσων πληγμάτων των κεραυνών στη γραμμή. Ο αριθμός αυτός σε ανοιχτό έδαφος υπολογίζεται από το παρακάτω σχήμα της οδηγίας ΙΕΕΕ θεωρώντας το μικρότερο CFO path( που στην περίπτωσή μας είναι 125 kv,) 97

98 Ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων είναι 3. Κάνουμε αναγωγή στην πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης και έχουμε: Επαγόμενα βραχυκυκλώματα = Ng*3= 15,954 κεραυνοί/100km*έτος. Όταν μια γραμμή είναι προστατευμένη ναι μεν δέχεται λιγότερα άμεσα πλήγματα κεραυνών, όμως περισσότερα κτίρια ή δέντρα σημαίνουν ότι θα συμβούν περισσότερα κοντινά πλήγματα στη γραμμή διανομής, κάτι που αυξάνει τον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων.έτσι στον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων, θεωρούμε μια προσαύξηση της τάξης του 80%. Σύμφωνα με την οδηγία IEEE, ο συνολικός αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων κυμαίνεται μεταξύ του αριθμού των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος και του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Νi= 15,954 * 1.8 = 28,717 κεραυνοί/100km*έτος Κάνοντας την παραδοχή ότι δεν υπάρχουν σφάλματα που να οφείλονται στην κακή λειτουργία των προστατευτικών διατάξεων, δηλαδή ότι Νp = 0, υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που συμβαίνουν στην γραμμή διανομής : Νtot= Ni + Ns + Np = 35,5 σφάλματα/έτος. Τέλος, με αναγωγή στο ολικό μήκος της γραμμής, προκύπτει ο συνολικός αριθμός των βραχυκυκλωμάτων : 98

99 Nολικο = Νtot * 1,35 = 47,87 σφάλματα/έτος Γραμμή R-31 Από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδας η εκτίμηση των ημερών καταιγίδας ανά έτος για την περιοχή της Ζακύνθου υπολογίζεται : Τd = 50 ημέρες καταιγίδας/έτος Συνεπώς η πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης θα είναι : Νg = 0.04*(50) 1.25 = κεραυνοί/km*έτος Θεωρούμε το ύψος της γραμμής 12m και το πλάτος της 2,5 m. Οπότε με αυτά τα δεδομένα υπολογίζουμε τον αριθμό των σφαλμάτων που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών, σε αθωράκιστη γραμμή : Ν = Νg * ( 28*h 0.6 +b )/10 = 67,462 κεραυνοί/km*έτος Tώρα θα γίνει εκτίμηση του προστατευτικού παράγοντα Sf, που αντιπροσωπεύει το ποσοστό προστασίας της διάταξης από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Την προστασία αυτή μπορεί να παρέχουν δέντρα, κτίρια ή βουνά ή γενικότερα υψηλότερες κατασκευές. Η R-31 γραμμή είναι η μεγαλύτερη σε μήκος γραμμή και διασχίζει ως εκ τούτου διαφορετικής μορφολογίας περιοχές. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα του παράγοντα σκίασης έχουμε: Μια μέση απόσταση 20 m από την κατασκευή. Ύψος εμποδίων από την δεξιά πλευρά 10 m Sfr = 0,38 Ύψος εμποδίων από την αριστερή πλευρά 10m Sfl = 0,38 99

100 Ο συνολικός συντελεστής προστασίας προκύπτει εαν προσθέσουμε τους δύο επιμέρους συντελεστές: Sftotal = Sfr + Sfl = 0,76 Στην συνέχεια μπορούμε να βρούμε τον συνολικό αριθμό των άμεσων πληγμάτων της γραμμής: Ns = N(1-Sf) = 16,19 κεραυνοί/km*έτος Στην συνέχεια γίνεται ο υπολογισμός των έμμεσων πληγμάτων των κεραυνών στη γραμμή. Ο αριθμός αυτός σε ανοιχτό έδαφος υπολογίζεται από το παρακάτω σχήμα της οδηγίας ΙΕΕΕ θεωρώντας το μικρότερο CFO path( που στην περίπτωσή μας είναι 125 kv,) 100

101 Ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων είναι 3. Κάνουμε αναγωγή στην πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης και έχουμε: Επαγόμενα βραχυκυκλώματα = Ng*3= 15,954 κεραυνοί/100km*έτος. Όταν μια γραμμή είναι προστατευμένη ναι μεν δέχεται λιγότερα άμεσα πλήγματα κεραυνών, όμως περισσότερα κτίρια ή δέντρα σημαίνουν ότι θα συμβούν περισσότερα κοντινά πλήγματα στη γραμμή διανομής, κάτι που αυξάνει τον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων.έτσι στον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων, θεωρούμε μια προσαύξηση της τάξης του 80%. Σύμφωνα με την οδηγία IEEE, ο συνολικός αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων κυμαίνεται μεταξύ του αριθμού των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος και του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Νi= 15,954 * 1.8 = 28,717 κεραυνοί/100km*έτος Κάνοντας την παραδοχή ότι δεν υπάρχουν σφάλματα που να οφείλονται στην κακή λειτουργία των προστατευτικών διατάξεων, δηλαδή ότι Νp = 0, υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που συμβαίνουν στην γραμμή διανομής : Νtot= Ni + Ns + Np = 44,9 σφάλματα/έτος. 101

102 Τέλος, με αναγωγή στο ολικό μήκος της γραμμής, προκύπτει ο συνολικός αριθμός των βραχυκυκλωμάτων : Nολικο = Νtot * 0,96 = 43,1 σφάλματα/έτος 4.4 Καταγεγραμμένα σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα Χρησιμοποιώντας την βάση δεδομένων που μας δόθηκε από την ΔΕΗ Ζακύνθου, η οποία περιλαμβάνει όλα τα καταγεγραμμένα σφάλματα που συνέλεξαν από το 2003 εως το 2013, θα επιχειρήσουμε να κάνουμε μια σύγκριση του θεωρητικού αριθμού σφαλμάτων που υπολογίσαμε παραπάνω για κάθε γραμμή, με τον αντίστοιχο πραγματικό. Από την βάση δεδομένων κρατήσαμε μόνο τα σφάλματα που προήλθαν από κεραυνικό πλήγμα ανά έτος για την κάθε μία από τις οχτώ γραμμές R-23 R-24 R26 R-27 R-28 R-29 R-30 R

103 Από την βάση δεδομένων, συλέχθηκαν τα σφάλματα τα οποία καταχωρήθηκαν με βεβαιότητα ότι προήλθαν από κεραυνού. Συνεπώς αγνοήθηκε ένας σημαντικός αριθμός σφαλμάτων που σημειώθηκαν ότι προήλθαν από αίτια όπως κακοκαιρία ή άλλα αίτια, τα οποία εν δυνάμη να προήλθαν από κεραυνό, λόγω αβεβαιότητας όμως δεν προσμετρήθηκαν. Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται συγκριτικά, ο θεωρητικός αριθμός σφαλμάτων ανά γραμμή στην διάρκεια ενός έτους που υπολογίσαμε με την μέθοδο στο προηγούμενο κεφάλαιο καθώς και ο πραγματικός αριθμός ο οποίος προέκυψε από τον παραπάνω πίνακα σφαλμάτων ( υπολογίζοντας τον Μ.Ο σφαλμάτων στα 11 έτη). Θεωρητικός αριθμός σφαλμάτων Πραγματικός αριθμός σφαλμάτων R-23 7,35 3 R-24 15,32 15 R-26 3,96 2 R-27 13,02 14 R R-29 24,85 18 R-30 47,87 35 R-31 43,

104 Θεωρητικός αριθμός σφαλμάτων Πραγματικός αριθμός σφαλμάτων ,87 43, , ,3215 3, , ,85 18 R-23 R-24 R-26 R-27 R-28 R-29 R-30 R-31 Παρατηρούμε ότι σχεδόν σε όλες τις γραμμές τα αναμενόμενα σφάλματα ήταν εν τέλει περισσότερα από αυτά που συνέβησαν στην πραγματικότητα, χωρίς να υπάρχει σημαντική διαφορά μεταξύ των δυο τιμών κάτι που επιβεβαιώνει ότι η μέθοδος που ακολουθήσαμε αποτελεί ένα καλό εργαλείο προσέγγισης του αριθμού των σφαλμάτων που ενδέχεται να συμβούν σε μια γραμμή Μ.Τ και προέρχονται από κεραυνό. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι γραφικές απεικονίσεις των δεδομένων που συλέχθηκαν σχετικά με τις γραμμές και παρουσιάζονται παρακάτω, προκειμένου να σχηματίσουμε εικονικά μια ιδέα για το πώς κατανεμήθηκαν τα σφάλματα ανά γραμμή και ανά έτος. Στο γράφημα που ακολουθεί, φαίνονται τα συνολικά σφάλματα και στις 8 γραμμές που καταγράφηκαν ανά έτος, ο Μ.Ο στην διάρκεια της δεκαετίας 2003 ως 2013, καθώς και ο θεωρητικά αναμενόμενος Μ.Ο συνολικών σφαλμάτων στην συγκεκριμένη δεκαετία. 104

105 Σφάλματα ανά έτος Συνολικά σφάλματα Μ.Ο 2003~ ,9 157,9 157,9 157,9 157,9 157,9 157,9 157,9 157,9 157,9 157,9 Θεωρητικός Μ.Ο 2003~ ,47 204,47 204,47 204,47 204,47 204,47 204,47 204,47 204,47 204,47 204,47 Στο παρακάτω γράφημα φαίνεται ο αριθμός τον σφαλμάτων στην κάθε γραμμή, από το σύνολο των καταγεγραμμένων σφαλμάτων (1737), στην περίοδο 2003~ Σφάλματα ανά γραμμή 19% 1% 9% 1% 9% R-23 R-24 R-26 22% R-27 28% R-28 11% R-29 R-30 R