ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. ΕΥΘΥΜΙΟΥ ΝΙΚΟΛΑ του ΑΝΔΡΕΑ Αριθμός Μητρώου : 7690 ΘΕΜΑ «ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΕ ΓΡΑΜΜΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΚΥΠΡΟΥ» ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΕΥΘΥΜΙΟΥ ΝΙΚΟΛΑ του ΑΝΔΡΕΑ Αριθμός Μητρώου : 7690 ΘΕΜΑ «ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΕ ΓΡΑΜΜΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΚΥΠΡΟΥ» ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ ΑΝ. ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Ε. ΠΥΡΓΙΩΤΗ Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας : Πάτρα, Ιούνιος

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα «ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΕ ΓΡΑΜΜΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΚΥΠΡΟΥ» Του φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΕΥΘΥΜΙΟΥ ΝΙΚΟΛΑ του ΑΝΔΡΕΑ Αριθμός Μητρώου : 7690 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστήμιου Πατρών στις / /.. και εγκρίθηκε από την ακόλουθη Εξεταστική Επιτροπή : Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Αν. Καθηγήτρια Ελευθερία Πυργιώτη Καθηγητής Αντώνης Αλεξανδρίδης 2

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θέλω να εκφράσω την ευγνωμοσύνη και τις ευχαριστίες μου στην επιβλέπουσα καθηγήτρια μου, Επίκουρη καθηγήτρια Κα. Ελευθερία Πυργιώτη, για την υποστήριξη και καθοδήγηση που μου παρείχε καθ' όλη την διάρκεια,καθώς και την βοήθεια της κατά την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Επίσης ιδιαίτερες ευχαριστίες θα ήθελα να απευθύνω στον Παύλο Ζαντή Ανώτερο Ηλεκτρολόγο Μηχανικό της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου και στον Προκόπη Προκοπίου, Τεχνικό Ηλεκτρολογίας της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου, για την ανεκτίμητη συνεισφορά τους στη συνεχή παροχή πληροφοριών και βοήθειας για την ολοκλήρωση αυτής της μελέτης. Τέλος, οφείλω ένα μεγάλο ευχαριστώ στους γονείς μου, Ανδρέα και Μελίνα, για την τη συνεχή κατανόηση και συμπαράστασή όλα αυτά τα χρόνια των σπουδών μου. 3

4 ΤΙΤΛΟΣ: ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΕ ΓΡΑΜΜΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΚΥΠΡΟΥ ΦΟΙΤΗΤΗΣ: ΝΙΚΟΛΑΣ ΕΥΘΥΜΙΟΥ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αξιολόγηση της προστασίας του δικτύου Υψηλής Τάσης της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου, ΑΗΚ, ενάντια στα αίτια σφαλμάτων στης γραμμές μεταφοράς/διανομής.γίνεται μια παρουσίαση των διαφόρων αιτιών που μπορούν να εμφανιστούν σε ένα εναέριο και υπόγειο δίκτυο μεταφοράς/διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, των σφαλμάτων που αυτά μπορεί να προκαλέσουν. Για αρχή γίνεται μία ιστορική αναδρομή της πορείας της ηλεκτρικής ενέργειας στην Κύπρο καθώς και του κεντρικού φορέα διαχείρισης του ηλεκτρικού ρεύματος στο νησί, της ΑΗΚ. Επιπρόσθετα παρουσιάζονται τα διάφορα στοιχεία που συνθέτουν σήμερα το δίκτυο της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου, το σύστημα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας αρχίζοντας πρώτα από τα ενεργειακά χαρακτηριστικά της Κύπρου. Επιπλέον γίνεται σύντομη αναφορά στα σημαντικότερα στοιχεία που χαρακτηρίζουν το κλίμα της Κύπρου με ιδιαίτερη αναφορά στις καταιγίδες. Στο τρίτο κεφάλαιο αναπτύσσονται βασικά στοιχεία των καλωδίων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσης και υψηλής τάσης. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται μία σύγκριση αυτών των δύο τρόπων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, παρουσιάζοντας τα θετικά και αρνητικά στοιχεία καθενός από αυτούς Στο επόμενο κεφάλαιο παρατίθενται τα είδη και αίτια δημιουργίας σφαλμάτων στις εναέριες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας,οι καταπονήσεις τις οποίες υφίστανται οι γραμμές μεταφοράς ενός δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας με ιδιαίτερη έμφαση στις Ατμοσφαιρικές Υπερτάσεις κυρίως του κεραυνού. Στην συνέχεια το επόμενο κεφάλαιο διαλαμβάνει την παρουσίαση και επεξεργασία του συνόλου των σφαλμάτων που εμφανίστηκαν στο δίκτυο της ΑΗΚ σε μια περίοδο σχεδόν 8 ετών. Διαχωρίζονται σε κατηγορίες, παρίστανται οι διάφορες αιτίες σφαλμάτων και εκτιμάται η βαρύτητα που έχουν τα πλήγματα από κεραυνούς στη πρόκληση σφαλμάτων στο δίκτυο. Επιπλέον στο έκτο κεφάλαιο αναφέρεται η οδηγία της ΙΕΕΕ για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Σκοπός της είναι να παρουσιάσει λύσεις για τη μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές διανομής. Τέλος στο τελευταίο κεφάλαιο χρησιμοποιούμε την θεωρητική μεθοδολογία υπολογισμού των σφαλμάτων και κλείνουμε με κάποια συμπεράσματα και παραδοχές 4

5 SUMMARY The aim of this diploma-thesis is to assess the protection of the Electricity Authority of Cyprus s (EAC) high-voltage network from errors to the transmission / distribution lines. A presentation of the various causes that can be displayed on an overhead and underground power transmission / distribution network were made. The first chapter is a historical overview of Electricity in Cyprus, and the islands main electrical energy regulator (EAC). Additionally, the thesis shows the various elements that make up the EAC s current network, the production system, transmission and distribution of electricity; starting first from the energy characteristics of Cyprus. Basics of electrical medium and high voltage power cables are developed in the third chapter. Furthermore, a comparison of these two power modes is made showing the positive and negative aspects of each. In the next chapter, types and causes of faults in overhead power lines are listed, with particular emphasis on Atmospheric Surges, especially lightning. Thereafter, the fifth chapter deals with the presentation and processing of all errors that have occurred in the EAC s network over a period of approx. 8 years; These are divided into categories showing the various causes of error in the network whilst assessing the extend of the damage to the network by lightning strikes. Furthermore, the sixth chapter deals with the directive of the IEEE for the behavior of overhead electricity distribution lines against lightning. Its purpose is to present solutions to reduce short circuits caused by lightning on overhead distribution lines. Finally, in the last chapter we use the theoretical errors of calculation and we close with some conclusions & assumptions. 5

6 Περιεχόμενα : Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 1.1Γενικά χαρακτηριστικά της Κύπρου Ηλεκτρισμός στην Κύπρο - Αρχή Ηλεκτρισμού Κύπρου (Α.Η.Κ) Κεφάλαιο 2: Το Δίκτυο της Κύπρου 2.1 Γενικά ενεργειακά χαρακτηριστικά της Κύπρου Σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τους ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς της ΑΗΚ Σύστημα Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας Και Διανομής Το κλίμα της Κύπρου Κεφάλαιο 3: Καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσης και υψηλής τάσης - Εναέριες γραμμές και υπόγεια καλώδια 3.1 Καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσης και υψηλής τάσης Σύγκριση εναέριων γραμμών με υπόγεια καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας Κεφάλαιο 4: Είδη και αίτια δημιουργίας σφαλμάτων στις εναέριες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας- καταπονήσεις γραμμών 4.1 Είδη σφαλμάτων Αίτια δημιουργίας σφαλμάτων στις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας Καταπονήσεις Γραμμών Μεταφοράς Εσωτερικές Υπερτάσεις Εξωτερικές Ατμοσφαιρικές Υπερτάσεις και οι χαρακτηριστικές κυματομορφές τους Κεφάλαιο 5: Παρουσίαση Σφαλμάτων στο Δίκτυο της ΑΗΚ Παρουσίαση Σφαλμάτων στο Δίκτυο της ΑΗΚ στα 11KV

7 Κεφάλαιο 6: Οδηγία της ΙΕΕΕ για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας 6.1 Πίνακας Ορισμών Συμπεριφορά εναέριων γραμμών διανομής σε περίπτωση κεραυνού Επίπεδο μόνωσης γραμμών διανομής Προστασία των γραμμών διανομής με αγωγό προστασίας (OHGW- OverheadGroundwire) Προστασία γραμμών με αλεξικέραυνα Κεφάλαιο 7:Θεωρητικός και πραγματικός υπολογισμός μετρήσεων 7.1 Θεωρητική μεθοδολογία υπολογισμού σφαλμάτων Θεωρητικός υπολογισμός σφαλμάτων γραμμής των 11kV ολόκληρου του συστήματος διανομής της ΑΗΚ Συγκριτικά διαγράμματα πραγματικά-θεωρητικά σφάλματα Συμπεράσματα-Παραδοχές

8 Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή Στις μέρες μας έχουμε όλο και πιο μεγάλη αύξηση όσο αφορά την χρήση ευαίσθητων ηλεκτρονικών συσκευών όπως επίσης και αύξηση της απαίτηση των καταναλωτών για σταθερότητα στην παροχή ηλεκτρικού ρεύματος. Για την βελτίωση της αξιοπιστίας και της ποιότητας της παρεχόμενης ηλεκτρικής ενέργειας είναι επιτακτικό να αξιολογηθούν όσο καλύτερα όλες οι αιτίες σφαλμάτων οι οποίες προκαλούν βλάβες στις υπέργειες γραμμές και δυσλειτουργία στον ευαίσθητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Πρέπει λοιπόν να βρεθούν τρόποι αντιμετώπισης και προστασίας των συστημάτων ώστε να μειωθούν στο ελάχιστο τα σφάλματα από τα φυσικά αίτια, τα οποία επηρεάζουν τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και τα ενεργά τους στοιχεία,αφού είναι και οι κυριότητες αιτίες των βλαβών. 1.1 Γενικά χαρακτηριστικά της Κύπρου Η Κύπρος αποτελεί το τρίτο μεγαλύτερο σε έκταση νησί της Μεσογείου και βρίσκεται στο βορειοανατολικό άκρο της. Η έκταση της είναι Η θέση της όπως είναι λογικό είναι εξαιρετικής σημασίας από συγκοινωνιακή, οικονομική και στρατηγική άποψη πάντα αποτελούσε σταυροδρόμι ανάμεσα σε τρεις ηπείρους και πόλο έλξης πολλών διαδοχικών κατακτητών. Την 1 ην Οκτωβρίου του 1960 η Κύπρος έχει ανακηρυχτεί ανεξάρτητο κράτος. Μετά από την τουρκική εισβολή του 1974 το 37% της Κυπριακής Δημοκρατίας εξακολουθεί να βρίσκεται υπό τουρκική κατοχή παράνομα έως και σήμερα. Επίσης από τον Μάιο του 2004η Κύπρος αποτελεί μέλος της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Κάποια στοιχεία για τον πληθυσμός της Κύπρου σύμφωνα με την απογραφή του 2011 από την Στατιστική Υπηρεσία Οικονομικών είναι ότι στις ελεύθερες περιοχές ο πληθυσμός υπολογίστηκε σε Πιο αναλυτικά: [23] Επαρχία Λευκωσίας Ελεύθερη Αμμόχωστο Επαρχία Λάρνακα Επαρχία Λεμεσό Επαρχία Πάφου

9 Εικόνα 1.1: Πολιτικός Χάρτης της Κύπρου [1] 1.2 Ηλεκτρισμός στην Κύπρο - Αρχή Ηλεκτρισμού Κύπρου (Α.Η.Κ.) Στην Κύπρο ο ηλεκτρισμός έχει εμφανιστεί για πρώτη φορά το 1903 με την εγκατάσταση από την αποικιακή κυβέρνηση ηλεκτρογεννήτριας για τις ανάγκες του Αρμοστίου στην Λευκωσία και αμέσως μετά για την ηλεκτροδότηση του νοσοκομείου της Λευκωσίας με ξεχωριστή δική του ηλεκτρογεννήτρια. Η δημόσια διάθεση και παραγωγή του ηλεκτρισμού άρχισε το 1912 στη Λεμεσό και το 1913 στη Λευκωσία με ιδιωτικές ηλεκτρικές εταιρείες. Καθώς περνούσαν τα χρόνια ιδρύθηκαν παρόμοιες εταιρείες σε όλες τις πόλεις και αγροτικά κέντρα. Η παραγωγή και διανομή του ηλεκτρισμού γινόταν από 28 ηλεκτρικές επιχειρήσεις μέχρι και το 1952 οι οποίες εξυπηρετούσαν ισάριθμες πόλεις και χωριά. Πέραν του ότι αυτός τρόπος της παραγωγής και διανομής του ηλεκτρισμού ήταν αντιοικονομικός επιπλέον δεν βοηθούσε στη γρήγορη εξάπλωση του, συστατικό αναγκαίο για την ανάπτυξη και την πρόοδο. Υπήρχε επιτακτική ανάγκη για ανάληψη κατ αποκλειστικότητα της παραγωγής, μεταφοράς και διανομής του ηλεκτρισμού από ένα κεντρικό εθνικό φορέα.αυτή καλύφθηκε με την ίδρυση το 1952 της Α.Η.Κ. ως ημικρατικού οργανισμού με την ταυτόχρονη εγκαθίδρυση του πρώτου ατμοθερμοηλεκτρικού σταθμού παραγωγής στη Δεκέλεια. Εν συνεχεία το Νοέμβριο του 1952 η Α.Η.Κ. απαλλοτρίωσε τις δύο μεγαλύτερες ιδιωτικές ηλεκτρικές επιχειρήσεις(λευκωσίας-λεμεσού) και σιγά σιγά προχώρησε στη απαλλοτρίωση και των υπόλοιπων επιχειρήσεων. Για διάστημα πέραν του μισού αιώνα, η Αρχή Ηλεκτρισμού Κύπρου (ΑΗΚ), είχε το μονοπώλιο στην παραγωγή, μεταφορά και διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας. Το ηλεκτρικό σύστημα στην Κύπρο αναπτύχθηκε με γοργά βήματα μετά την ανακήρυξη 9

10 της ανεξαρτησίας της Κυπριακής Δημοκρατίας το Ένα χρόνο μετά την ίδρυση της Αρχής (1952) είχαμε αύξηση στους καταναλωτές στις και μέχρι την ανακήρυξη της Κυπριακής Δημοκρατίας το 1960 έφτασαν τις οι καταναλωτές, οι οποίοι ήταν συνδεδεμένοι με το δίκτυο ηλεκτρισμού. Σήμερα ο εξηλεκτρισμός της Κύπρου θεωρείται πλήρης. Η Αρχή Ηλεκτρισμού Κύπρου αποτελεί, επί του παρόντος, το μεγαλύτερο παραγωγό ηλεκτρικής ενέργειας στην Κύπρο, διαθέτοντας τρεις Ηλεκτροπαραγωγούς Σταθμούς: Δεκέλεια, Μονή(1966) και Βασιλικό (1997) συνολικής εγκατεστημένης ισχύος MW. Πρόσθετα με τους Ηλεκτροπαραγωγούς Σταθμούς της Αρχής Ηλεκτρισμού, από το 2006 λειτουργεί ως αυτοπαραγωγός με παραγωγή για ιδίαν χρήση η Τσιμεντοποιία Βασιλικού. Εικόνα 1.2 :Ηλεκτροπαραγωγικός σταθμός Βασιλικού[2] Με το άνοιγμα της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας απελευθερώθηκε το 35% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας λόγο της ένταξης της Κύπρου στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Πλέον το μονοπώλιο της παραγωγής, μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας στην Κύπρο χάθηκε από την ΑΗΚ. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα για την εγκατάσταση και λειτουργία νέων μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας να αναζητούνται ενδιαφερόμενοι. Σύμφωνα με την δέσμευση της Κύπρου έναντι της Ε.Ε από 35% σε 65% αυξήθηκε από την 1/1/2009το ποσοστό της απελευθερωμένης αγοράς, με αποτέλεσμα οι καταναλωτές αυτοί που μπορούν να επιλέξουν προμηθευτή τους να είναι όλοι μη οικιακοί καταναλωτές. Στο επόμενο στάδιο, το οποίο ξεκίνησε από 1/1/2014, θα υπάρξει πλήρης ελευθεροποίηση της Αγοράς και οι καταναλωτές που μπορούν να επιλέξουν προμηθευτή τους θα είναι όλοι ανεξαιρέτως οι καταναλωτές. Σκοπός της ελευθεροποίησης της Αγοράς Ηλεκτρισμού προφανώς είναι η παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές σε ανταγωνιστικές τιμές σε συνδυασμό πάντα με την βελτίωση των παρεχόμενων προς αυτούς υπηρεσιών.[23][28] 10

11 Αξίζει να σημειωθεί ότι το ''διαμάντι'' της AHK δέχθηκε βαριές πληγές. Στις 11 Ιούλη 2011 λόγω της έκρηξης στη ναυτική βάση στο Μαρί, ο ηλεκτροπαραγωγός σταθμός του Βασιλικού που γειτνιάζει της στρατιωτικής βάσης, υπέστη βαριές απώλειες που είχαν ως αποτέλεσμα την πλήρη αναστολή των δραστηριοτήτων του. Σκληρή δουλειά σχεδόν 15 χρόνων και επενδύσεις αξίας 1,2 δισ. ευρώ χάθηκαν μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Το εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου (ΑΗΚ) στο Βασιλικό αποτελούσε μέχρι τα ξημερώματα της Δευτέρας το ''διαμάντι'' της εγχώριας βιομηχανίας και στυλοβάτη της κυπριακής οικονομίας. Με πέντε σταθμούς παραγωγής (ο τελευταίος τέθηκε πρόσφατα σε δοκιμαστική λειτουργία), το εργοστάσιο καλύπτει το ήμισυ των ενεργειακών αναγκών της χώρας. Η μονάδα διαθέτει τεχνολογία αιχμής, με την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας να γίνεται από αεριοστρόβιλους, οι οποίοι βασίζονται στη τεχνολογία jet των αεροπλάνων. Ο σταθμός έχει αποκατασταθεί και είναι πλέον σε πλήρη λειτουργία. Εικόνα 1.3 : 11 Ιούλη 2011 έκρηξης ηλεκτροπαραγωγικού σταθμού του Βασιλικού [3] 11

12 Εικόνα 1.4 : 11 Ιούλη 2011 έκρηξης ηλεκτροπαραγωγικού σταθμού του Βασιλικού[3] Τα καύσιμα που χρησιμοποιούνται σήμερα από την ΑΗΚ για σκοπούς ηλεκτροπαραγωγής είναι το μαζούτ και το ντίζελ. Επιπλέον οι μονάδες συνδυασμένου κύκλου μπορούν να λειτουργούν με ντίζελ μέχρι την έλευση του φυσικού αερίου στην Κύπρο. Για το σκοπό αυτό η Αρχή ηλεκτρισμού δρομολογεί τη διαδικασία για τη μετατροπή των υφιστάμενων συμβατικών ηλεκτροπαραγωγών μονάδων ούτως ώστε να λειτουργούν με καύση φυσικού αερίου καθώς και την εγκατάσταση περισσότερων μονάδων συνδυασμένου κύκλου. Αξίζει ωστόσο να αναφερθεί ότι η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας στην Κύπρο παρουσιάζει μεγάλη αύξηση τα τελευταία [3][23] 12

13 Κεφάλαιο 2 :Το Δίκτυο της Κύπρου 2.1 Γενικά ενεργειακά χαρακτηριστικά της Κύπρου Τα περισσότερα νησιά όπως και η Κύπρος παρουσιάζουν κοινά ενεργειακά χαρακτηριστικά. Τα σπουδαιότερα ενεργειακά χαρακτηριστικά του συστήματος της Κύπρου είναι : Μεγάλο κόστος ενεργειακού εφοδιασμού Απομονωμένο ενεργειακό σύστημα Υψηλό βαθμό εξάρτησης από εισαγωγές ενέργειας Συνεχώς αυξανόμενο ρυθμό της ενεργειακής απαίτησης Εποχιακές διακυμάνσεις ενεργειακής ζήτησης Το σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε οριακή λειτουργία Αρκετά αξιόλογο δυναμικό ανανεώσιμων πηγών ενέργειας Πολύ αυστηρούς περιορισμούς για την περιβαλλοντική προστασία Αξιόπιστο δυναμικό ορθολογικής χρήσης και εξοικονόμησης ενέργειας Ακολουθώντας την Ευρωπαϊκή περιφερειακή ανάπτυξη,κατά την τελευταία δεκαετία οι ενεργειακές ανάγκες της Κύπρου παρουσιάζουν ανοδική πορεία, η οποία συμβαδίζει με την επίσης ανοδική πορεία του ακαθάριστου εγχώριου προϊόντος. Η τελική κατανάλωση ενέργειας και η κατανάλωση ηλεκτρισμού σημείωσαν αύξηση την περίοδο με μέση ετήσια βάση κατά 1,7% και 6,1% αντίστοιχα. Επίσης μέση ετήσια αύξηση της τάξης του 3,2% την ίδια χρονική περίοδο παρουσίασε και το ακαθάριστο εθνικό προϊόν. [22] Εικόνα 2.1: Από 2000 μέχρι 2010 τελική κατανάλωση ενέργειας και ηλεκτρισμού [4] 13

14 2.2 Σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τους ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς της ΑΗΚ Το σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της Κύπρου αποτελείται : Από τρείς ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου η συνολική παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια Από τους αυτοπαραγωγούς η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια Από τους ανεξάρτητους παραγωγούς η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια με την χρήση α) Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και β) συμβατικών Μονάδων Εικόνα 2.2 Παραγωγή Ηλεκτρικής ενέργειας Συνδεδεμένης στο δίκτυο μεταφοράς και στο δίκτυο διανομής κατά το 2011 [5] Στο έτος 2011 στις GWh έφθασε το σύνολο της μεικτής Παραγόμενης Ηλεκτρικής Ενέργειας. Με GWhή 93,97% συνέβαλε η ΑΗΚ ενώ με 8 GWh ή 0,16% οι Αυτοπαραγωγοί. Επίσης τρίτοι συνέβαλαν στην συνεισφορά ηλεκτρικής ενέργειας με 131 GWh ή 2,6%. Αξίζει να σημειωθεί ότι 164 GWh ή 3,26%παρήγαν οι παραγωγοί με χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας.Επίσης218GWh ή 4,33% κατανάλωσαν για τις τοπικές ανάγκες τους οι Σταθμοί Παραγωγής, GWh έφθασε συνολικά στο σύστημα μεταφοράς ενώ οι καταγραφείσες απώλειες κατά την μεταφορά έφθασαν το 1% ή 48 GWh. 14

15 Όπως αναφέραμε και πιο πριν, από τρεις ηλεκτροπαραγωγικούς σταθμούς, ιδιοκτησίας της ΑΗΚ,το κύριο σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της Κύπρου.Η ΑΗΚ προς το παρόν αποτελεί τον μεγαλύτερο παραγωγό ηλεκτρικής ενέργειας στην Κύπρο. Εξαιρουμένων των κατεχομένων περιοχών οι σταθμοί της Μονής, Βασιλικού και Δεκέλειας τροφοδοτούν ολόκληρη την Κύπρο με ηλεκτρική ενέργεια. Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς των τριών σταθμών η οποία φθάνει στα 1408 MW καθώς επίσης η ικανότητα παραγωγής του κάθε σταθμού φαίνονται στον πιο κάτω πίνακα. Πίνακας 2.1 : Εγκατεστημένη ισχύς των τριών σταθμών [6] *Μόνο από την 1 η Ιουλίου 2011 μέχρι και την 11 η Ιουλίου που συνέβηκε η έκρηξη λειτουργούσε η μια μονάδα συνδυασμένου κύκλου με Αρ.5 και γι αυτό δε συνυπολογίζεται. 15

16 **Μετά την 11 η Ιουλίου εγκαταστάθηκαν οι προσωρινές μονάδες στους αντίστοιχους σταθμούς γι αυτό δε συνυπολογίζονται στην Εγκατεστημένη Ισχύ. Τέλος αξίζει να σημειωθεί ότι η Αρχή Ηλεκτρισμού Κύπρου βασίζεται για την παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας αποκλειστικά σε εισαγόμενα καύσιμα, κυρίως μαζούτ γιατί η Κύπρος δεν διαθέτει πρωτογενείς πηγές ενέργειας. [17][22][28] 2.3 Σύστημα Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας Και Διανομής Μέσω του δικτύου μεταφοράς υψηλής τάσης ιδιοκτησίας της ΑΗΚ σε υποσταθμούς μεταφοράς κοντά στα αστικά και βιομηχανικά ή άλλα κέντρα ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας μεταφέρεται η ηλεκτρική ενέργεια από τους τρεις ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς της ΑΗΚ. Από γραμμές των 66kV και 132kV αποτελείται το σύστημα μεταφοράς στην Κύπρο. Ακόμη υπάρχει ένα μικρό κομμάτι κατασκευής 220 kv που λειτουργεί σαν 132 kv. Η ΑΗΚ κατάφερε σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα από την ίδρυση της να ηλεκτροδοτήσει και το πιο απομακρυσμένο χωριό του νησιού κα να προσφέρει επάρκεια, ποιότητα και αξιοπιστία στην παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Μετά την είσοδο μας στην Ε.Ε και με τα νέα δεδομένα που έχουν δημιουργηθεί θα υπάρχουν δυσκολίες και ιδιαιτερότητες όσο αφορά τον στόχος της, που είναι να δώσει συνέχεια στην σημαντική αυτή προσφορά. Σε ότι αφορά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας αυτή την στιγμή υπάρχει απόλυτη εξάρτηση από τα παράγωγα του πετρελαίου γεγονός που αποτελεί ίσως το σημαντικότερο ζήτημα της ΑΗΚ. Το πρόβλημα αυτό βέβαια θα απαλυνθεί σε κάποιο βαθμό με την χρήση φυσικού αερίου στις μονάδες παραγωγής του ηλεκτροπαραγωγικού σταθμού του Βασιλικού οι οποίες έχουν σχεδιαστεί και για χρήση με φυσικό αέριο. Επίσης με την ένταξη μας Ε.Ε και το ελευθεροποιημένο περιβάλλον το οποίο δημιουργήθηκε η ΑΗΚ πλέον μπορεί να δραστηριοποιηθεί σε νέους τομείς της οικονομίας οι οποίοι σε συνεργασία με τις είδη υπάρχοντες δραστηριότητες της Αρχής εκμεταλλεύονται την τεχνογνωσία, τον τεχνολογικό εξοπλισμό και γενικότερα τις δυνατότητες του Οργανισμού. Ο κυριότερος στόχος βέβαια της ΑΗΚ είναι να συνεχίσει τον ηγετικό της ρόλο στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας ως διαχρονικός παροχέας ηλεκτρικής ενέργειας του τόπου, διασφαλίζοντας έτσι και στο νέο ελευθεροποιημένο περιβάλλον την μια αξιόπιστη, ποιοτική παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Άξιο σχολιασμού είναι ότι στις 16 Νοεμβρίου 2000 η βουλή των Αντιπροσώπων προχώρησε και ενέκρινε την τροποποίηση της υφιστάμενης περί Ηλεκτρισμού Νομοθεσίας, έτσι που να μπορεί η ΑΗΚ να επιδοθεί και σε άλλους τομείς δραστηριοτήτων. Πλέον η ΑΗΚ δικαιούται να διεξάγει δραστηριότητες σε τομείς που έχουν σχέση με την εκμετάλλευση και 16

17 ανάπτυξη των περιουσιακών της εγκαταστάσεων, των υπηρεσιών και της τεχνογνωσίας της σύμφωνα με την έγκριση του Υπουργού Εμπορίου και Τουρισμού. Αιολικά πάρκα επίσης συνδέονται στο δίκτυο μεταφοράς.επιπρόσθετα 6 νέοι υποσταθμοί μεταφοράς ενεργοποιήθηκαν κατά το 2011 στα πλαίσια της ανάπτυξης του Συστήματος Μεταφοράς και της σύνδεσης αιολικών πάρκων. [17][22][28] 17

18 Πίνακας 2.2 : Εγκαταστάσεις μεταφοράς και διανομής [6] 18

19 19

20 Εικόνα 2.3: Σύστημα παραγωγής και μεταφοράς [6] Το Δίκτυο της ΑΗΚ όπως μπορούμε να δούμε και από τα στοιχεία πιο πάνω διαθέτει: Δίκτυο Χ.Τ 415V Δίκτυο Μ.Τ 11 και 22Κ V Δίκτυο Υ.Τ 66 και 132Κ V 20

21 Εικόνα 2.4: Πυλώνες 66kV δικτύου ΑΗΚ [6] 21

22 2.4 Το κλίμα της Κύπρου Το κλίμα της,η Κύπρος το οφείλει στην επίδραση που έχει από την ανατολική μεσόγειο θάλασσα. Το μεσογειακό κλίμα που έχει η Κύπρος έχει τα εξής χαρακτηριστικά: Ζεστό και ξηρό καλοκαίρι από τα μέσα του Μάη μέχρι τα μέσα του Σεπτέμβρη Βροχερό αλλά ήπιο χειμώνα από τα μέσα του Νοεμβρίου μέχρι τα μέσα του Μάρτη Δύο ενδιάμεσες μεταβατικές εποχές, το φθινόπωρο και η Άνοιξη Ας ξεκινήσουμε πρώτα με την καλοκαιρινή διάρκεια όπου η Κύπρος βρίσκεται κάτω από την επίδραση του εποχιακού βαρομετρικού χαμηλού που έχει το κέντρο του στην νοτιοδυτική Ασία. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλές θερμοκρασίες, ο καθαρός ουρανός και η πολύ χαμηλή βροχόπτωση. Στην Κύπρο οι πιο ψυχροί μήνες είναι ο Γενάρης και ο Φλεβάρης με πιο θερμούς τους Ιούλιο και Αύγουστο. Ενώ κατά την χειμερινή διάρκεια όπου η Κύπρος επηρεάζεται από το συχνό πέρασμα μικρών υφέσεων και μετώπων που κινούνται στη Μεσόγειο με κατεύθυνση από τα δυτικά προς τα ανατολικά Από μια μέχρι τρεις μέρες διαρκούν συνήθως οι καιρικές αυτές διαταραχές κάθε φορά και δίνουν τις μεγαλύτερες ποσότητες βροχής. Πιο κάτω θα πούμε λίγα λόγια για μερικές από τις φυσικές αιτίες των σφαλμάτων : Άνεμοι: οι γενικοί άνεμοι είναι κατά τον πλείστον ελαφροί έως μέτριοι δυτικοί ή νοτιοδυτικοί το χειμώνα και βόρειοι ή βορειοδυτικοί το καλοκαίρι. Σπάνιοι είναι οι πολύ ισχυροί άνεμοι. Επίσης μικρής διάρκειας είναι οι ισχυροί άνεμοι με ταχύτητα 24 κόμβων και πάνω και συμβαίνουν μόνο όταν έχουμε μεγάλη κακοκαιρία. Ανεμοστρόβιλοι πάνω από τη θάλασσα ή τη ξηρά συμβαίνουν πολύ σπάνια. Υγρασία: Κατά το χειμώνα στη διάρκεια της μέρας και σε όλες τις νύχτες του χρόνου η σχετική υγρασία κυμαίνεται κυρίως μεταξύ 65% και 95%. Στη κεντρική πεδιάδα κυμαίνεται κοντά στο 30%.Σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση των τιμών της σχετικής υγρασίας του αέρα παίζει το υψόμετρο και η απόσταση από την παραλία Βροχόπτωση: Η πιο χαμηλή βροχόπτωση ήταν 182 χιλιοστόμετρα και η ψηλότερη 751 χιλιοστόμετρα σύμφωνα πάντα με τα στοιχεία που υπάρχουν. Η μέση βροχόπτωση πάνω από ολόκληρη την Κύπρο για τον χρόνο ως σύνολο είναι περίπου 480 χιλιοστόμετρα. Από το Νοέμβριο μέχρι το Μάρτιο είναι η πιο έντονη περίοδος βροχόπτωσης. Ενώ κυρίως τοπικές είναι οι βροχές την άνοιξη και το φθινόπωρο τέλος η βροχόπτωση είναι πολύ χαμηλή κατά την καλοκαιρινή περίοδο. Χιονόπτωση συμβαίνει σπάνια στις πεδινές 22

23 περιοχές και στην οροσειρά του Πενταδακτύλου, συμβαίνει όμως συχνά την χειμερινή περίοδο σε περιοχές της οροσειράς του Τροόδου με υψόμετρο πάνω από χίλια μέτρα. Στην πρώτη εβδομάδα του Δεκέμβρη παρατηρείται συνήθως η πρώτη χιονόπτωση ενώ η τελευταία στα μέσα του Απρίλη Χαλάζι και Καταιγίδες: Στις πεδινές περιοχές το χαλάζι πέφτει κατά μέσο όρο με αριθμό δύο ως τρείς φορές το χρόνο ενώ μέχρι δέκα φορές το χρόνο στις ορεινές. Το διάστημα από Δεκέμβριο μέχρι Απρίλη είναι η πιθανή περίοδος να συμβεί σοβαρή χαλαζόπτωση. Σοβαρές ζημιές στις καλλιέργειες προκαλεί το χαλάζι όμως που πέφτει νωρίς το καλοκαίρι και το φθινόπωρο για αυτό είναι κ πιο επικίνδυνο. Όσο αφορά τις καταιγίδες είναι αποτέλεσμα της δραστηριότητας των υφέσεων και των ψυχρών μετώπων σπάνιες από τον Ιούνη μέχρι το Σεπτέμβρη είναι πιο σφοδρές κατά την περίοδο Οκτωβρίου Δεκεμβρίου ή των ανοδικών κινήσεων στην ατμόσφαιρα κυρίως τον Μάη. Από τον Οκτώβρη μέχρι το Γενάρη συμβαίνουν όμως κατά μέσο όρο σε 4 μέχρι πέντε μέρες σε κάθε μήνα ενώ από το Φλεβάρη μέχρι το Μάη συμβαίνουν μέχρι 3 μέρες σε κάθε μήνα. [24][29][30] 23

24 Κεφάλαιο 3: Καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσης και υψηλής τάσης - Εναέριες γραμμές και υπόγεια καλώδια 3.1 Καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσης και υψηλής τάσης Οι αγωγοί είναι αυτοί που μεταφέρουν την ενέργεια για αυτό και αποτελούν ένα από τα πιο θεμελιώδη στοιχεία των καλωδίων. Συνήθως το υλικό με το οποίο αποτελούνται οι αγωγοί είναι ηλεκτροτεχνικός χαλκός (E-Cu) ή ηλεκτροτεχνικό αλουμίνιο (E-Al), όπου ο όρος E προδίδει ότι πρόκειται για τεχνικό υλικό υψηλής αγωγιμότητας. Πιο φθηνό κα πιο ελαφρύ είναι το αλουμίνιο σε σχέση με το χαλκό, αλλά τα αρνητικά του είναι ότι διαβρώνεται ευκολότερα εξαιτίας ηλεκτροχημικών δράσεων, έχει μικρότερη αγωγιμότητα και χαμηλότερη μηχανική αντοχή. Όμως όσον αφορά την ευκαμψία, οι αγωγοί χαρακτηρίζονται κατά IEC ως μονόκλωνοι (U), πολύκλωνοι (V), υψηλής ευκαμψίας πολύκλωνοι (K) και υπερύψηλης ευκαμψίας (F). Η διατομή των αγωγών είναι είτε κυκλική (r) είτε κυκλικού τομέα (s), με διατομές μεγαλύτερες από 35mm 2 να είναι σπάνιες για τον κυκλικό τομέα. Οι κυκλικές διατομές μπορεί να είναι συμπαγείς. Σε μεγάλες διατομές οι αγωγοί πρέπει να γίνονται πολύκλωνοι για λόγους ευκαμψίας.μονόκλωνοι και για μεγαλύτερες διατομές γίνονται οι αγωγοί με διατομή κυκλικού τομέα. Πρέπει γενικά να κάνουμε εξοικονόμηση όγκου η οποία επιτυγχάνεται με τη χρήση αγωγών διατομής κυκλικού τομέα ή με συμπίεση των κλώνων σε πολύκλωνους αγωγούς. Έτσι η γεωμετρική διατομή του αγωγού μειώνεται με τη συμπίεση. Αυτή η μέθοδος συνήθως εφαρμόζετε για μεγάλες διατομές. Η διατομή του αγωγού κάθε φάσης πρέπει να διαμορφώνεται σε επιμέρους πολύκλωνους κυκλικούς τομείς ούτως ώστε να μειωθεί η αντίσταση όταν έχουμε εναλλασσόμενο ρεύμα σε μεγάλες διατομές. Αυτό έχει ένα σημαντικό αποτέλεσμα, την μείωση των απωλειών λόγω επιδερμικού φαινομένου (αγωγοί Milliken). Εικόνα 3.4 : Μορφές που μπορεί να έχει η διατομή ενός αγωγού [9] 24

25 Η ποιότητα του αγωγού χαρακτηρίζεται επίσης από την αντίσταση στο συνεχές ρεύμα, σε θερμοκρασία 20 ο C. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι η αρχή των υπολογισμών της αντίστασης κατά τη λειτουργία του καλωδίου. Επιπρόσθετα δεν μπορούμε να ξεχνάμε και την επίδραση των μεγεθών όπως η κατεργασία του αγωγού, η συστροφή των σωματιδίων σε πολύκλωνους αγωγούς,επίσης η συστροφή του αγωγού κάθε φάσης η θερμοκρασία, το επιδερμικό φαινόμενο καθώς και το φαινόμενο προσέγγισης. Άλλα Κατασκευαστικά στοιχεία των καλωδίων είναι : Εξομαλυντικά στρώματα : εφαρμόζονται σε πολύκλωνα καλώδια μέσης και υψηλής τάσης πάνω σε αγωγούς που εμφανίζουν ανώμαλη επιφάνεια, επιφέροντας με αυτόν τον τρόπο μία αξιοσημείωτη εξομάλυνση του ηλεκτρικού πεδίου και κατά συνέπεια ανύψωση της τάσης αντοχής του καλωδίου. Με αυτά ημιαγώγιμα στρώματα εξασφαλίζουμε τη μη δημιουργία κενών μεταξύ αγωγού και μόνωσης, τα οποία θα οδηγούσαν σε ηλεκτρικές εκκενώσεις και βαθμιαία καταστροφή της μόνωσης, καθώς επίσης κατά τη διάρκεια των βραχυκυκλωμάτων μειώνουν τη μηχανική θερμική και θερμική καταπόνησή της. Μόνωση: το είδος και το πάχος του μονωτικού υλικού προσδιορίζουν την ηλεκτρική αντοχή του καλωδίου σε τάση, καθώς και την επιτρεπόμενη ένταση του ρεύματος φόρτισης του αγωγού. Ανάλογα με την εφαρμογή γίνεται η επιλογή του είδους της μόνωσης, λαμβάνοντας υπόψη τις ηλεκτρικές, θερμικές και μηχανικές ιδιότητες, καθώς και τη δυνατότητα εύκολης εγκατάστασης του καλωδίου, σε σχέση με την ευκαμψία του ή τη μηχανική αντοχή του. Από τη διηλεκτρική αντοχή σε kv/mm, την ωμική αντίσταση του υλικού, το συντελεστή απωλειών tanδ και το επίπεδο των μερικών εκκενώσεων, χαρακτηρίζονται οι μονωτικές ιδιότητες στα καλώδια. Μανδύας: ο μανδύας είναι ένας αγωγός με τον οποίο περιβάλλονται τα καλώδια μέσης και υψηλής τάσης. Για να μην υπάρχει κίνδυνος εμφάνισης τάσης ως προς τη γη υπό κανονική λειτουργία οι μεταλλικοί μανδύες γειώνονται στα δύο άκρα τους. Επιπρόσθετα τα χωρητικά ρεύματα και τα ρεύματα των βραχυκυκλωμάτων διά μέσου μικρής αντίστασης και κατά τρόπο ελεγχόμενο έτσι δεν υπάρχει κίνδυνος να τεθούν υπό τάση τα περί το καλώδιο τμήματα της εγκατάστασης σε περίπτωση σφάλματος ρέουν μέσω του γειωμένου αυτού αγωγού. Μπορεί επίσης να παίξει και ρόλο προστατευτικού στρώματος κατά την εισβολή της υγρασίας, ή άλλων χημικών επιδράσεων έξω από τη μόνωση. Συνήθως αποτελείται από μόλυβδο ή αλουμίνιο. Μηχανική ενίσχυση: η μηχανική ενίσχυση των καλωδίων είναι ένα περίβλημα από ατσάλινα σύρματα ή ταινίες, το οποίο προστατεύει το καλώδιο από τις όποιες μηχανικές καταπονήσεις δέχεται κατά τη μεταφορά, 25

26 εγκατάσταση και λειτουργία του. Ακόμη τοποθετούνται στρώματα από πλαστικές ταινίες και ίνες με πίσσα μεταξύ της ενίσχυσης και του μανδύα. Εξωτερικό προστατευτικό στρώμα: χρησιμοποιείται για θωράκιση από την υγρασία και κατασκευάζεται από συνθετικό PVC, μόλυβδο ή ίνες γιούτας με πίσσα, με το μόλυβδο να παίζει ταυτόχρονα το ρόλο του μανδύα. Συνηθίζεται να τοποθετούνται πλαστικές ταινίες μεταξύ τους, με σκοπό τη δημιουργία φραγμάτων για την υγρασία στην προστασία με ίνες εμποτισμένες με πίσσα. Επιπλέον, για να μην κολλάει πάνω στο τύμπανο που ευρίσκεται κατά τη μεταφορά του και να μη δυσχεραίνεται η εγκατάστασή του, το καλώδιο επικαλύπτεται με σκόνη κιμωλίας ή με ταλκ.[21] 3.2 Σύγκριση εναέριων γραμμών με υπόγεια καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας Το μεγαλύτερο ποσοστό του δικτύου μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας καλύπτεται από εναέριες γραμμές στην Κύπρο. Όμως τα τελευταία χρόνια γίνεται προσπάθεια από την ΑΗΚ να υπερτονιστούν τα πλεονεκτήματα των υπόγειων δικτύων μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Πιο κάτω γίνεται σύγκριση των δύο τρόπων μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας λαμβάνοντας υπόψη μας τεχνικούς οικονομικούς παράγοντες καθώς επίσης και τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Ξεκινώντας πρώτα με τους τεχνικοοικονομικούς παράγοντες τα υπόγεια καλώδια χρησιμοποιούνται κυρίως σε κομμάτια των δικτύων μεταφοράς και διανομής σε αστικές περιοχές, όπως επίσης και σε χώρους οικολογικού ή ιστορικού ενδιαφέροντος, οι οποίοι πρέπει να διαφυλαχθούν. Όμως αυτή η μέθοδος είναι ακριβότερη από τη χρησιμοποίηση εναέριων γραμμών επειδή : 1. Χρειαζόμαστε επιπρόσθετη μόνωση, καθώς τα καλώδια συχνά τοποθετούνται μόλις ένα μέτρο κάτω από το έδαφος. 2. Απαιτείται επιπλέον έκταση στα άκρα των καλωδίων, όπου αυτά πρέπει να συνδεθούν με τις εναέριες γραμμές. 3. Η έκταση πάνω από τα καλώδια δε δύναται να χρησιμοποιηθεί για αγροτικούς ή βιομηχανικούς σκοπούς επειδή στα σημεία που είναι θαμμένα τα καλώδια είναι ζωτικής σημασίας για τη συντήρηση και επισκευή τους. 4. Όταν θέλουμε να ενσωματωθούν υπόγεια καλώδια σε ένα ήδη υπάρχον δίκτυο εναέριων γραμμών μεταφοράς είναι πολύ δύσκολο και πολύπλοκο λόγω της διαφοράς στην αντίσταση. Μια ακόμη μεγάλη διαφορά είναι ότι όσο μεγαλώνει η ισχύς, το κόστος των υπόγειων καλωδίων αυξάνεται περισσότερο από το κόστος μίας αντίστοιχης 26

27 εναέριας γραμμής. Ένα παράδειγμα για να καταλάβουμε περισσότερο την διαφορά κόστους είναι τάσεις περί τα 225 kv, οι εκτιμήσεις δείχνουν ότι τα υπόγεια καλώδια είναι τρεις φορές ακριβότερα, ενώ για τάσεις στα 400 kv είναι 10 φορές ακριβότερα. Όσο αφορά όμως ως προς το κόστος λειτουργίας και συντήρησης των υπόγειων καλωδίων υπολογίζεται στο ένα δέκατο από το αντίστοιχο κόστος μίας εναέριας γραμμής μεταφοράς. Επιπρόσθετα αν λάβουμε υπόψη μας ότι τα υπόγεια καλώδια έχουν χαμηλότερες απώλειες από τις εναέριες γραμμές, η διαφορά κόστους μειώνεται σημαντικά. Επιπλέον στην αγορά αυτή την χρονική στιγμή υπάρχει αξιοσημείωτο πλεόνασμα σε καλώδια που έχει ως αποτέλεσμα το κόστος για υπόγεια καλώδια να είναι μόνο 3-4 φορές ακριβότερο από το αντίστοιχο των εναέριων γραμμών σύμφωνα πάντα με έρευνες. Ακόμη, σε ότι έχει να κάνει σχέση με τους τεχνικοοικονομικούς παράγοντες, τα υπόγεια καλώδια είναι ανθεκτικά σε ακραία καιρικά φαινόμενα και όπως είναι φυσικό δεν προκαλούν θανάτους ή τραυματισμούς από επαφή με τη γραμμή. Σε αντίθεση πάντα με τις εναέριες γραμμές πολύ συχνά έχουμε βλάβες λόγω κακοκαιρίας. Επίσης ένα ακόμα πλεονέκτημα των υπόγειων καλωδίων είναι ότι δεν επηρεάζουν την αισθητική των περιοχών που διασχίζουν γιατί απλά είναι κάτω από το έδαφος, σε αντίθεση με τις εναέριες γραμμές μεταφοράς.τέλος με τα υπόγεια καλώδια οι αντιδράσεις τοπικών κοινωνιών που δεν επιθυμούν εναέριες γραμμές μεταφοράς στην περιοχή τους μειώνονται αισθητά. Παράγοντας τώρα τα Ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Μέσα από έρευνες έχει διαπιστωθεί ότι η υπερβολική έκθεση σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία μπορεί να είναι ζημιογόνα για την υγεία. Τα μαγνητικά πεδία παράγονται από το ρεύμα και όπως προηγουμένως, όσο μεγαλύτερο το ρεύμα, τόσο μεγαλύτερο το μαγνητικό πεδίο τα οποία μετριούνται σε μt, ενώ τα ηλεκτρικά πεδία παράγονται από την παρουσία δυναμικού (τάσης) και μετριούνται V/m. Μια διαφορά αυτών των δύο τύπων πεδίων είναι ότι τα ηλεκτρικά πεδία δεν μπορούν να διαπεράσουν αντικείμενα και γενικότερα κατασκευές, σε αντίθεση με τα μαγνητικά πεδία, τα οποία διαπερνούν τα περισσότερα αντικείμενα. Για να περιοριστεί η έκθεση του ανθρώπου σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει εκδώσει μία σύσταση σύμφωνα με αυτήν, τα όρια είναι 100μT για μαγνητικά πεδία και 5kV/m για ηλεκτρικά πεδία. Επίσης για το ελάχιστο ύψος που πρέπει να έχουν οι εναέριες γραμμές μεταφοράς έχουν οριστεί όρια. Όσο μεγαλώνει η απόσταση από τη γραμμή τα επίπεδα πέφτουν. Σε αντίθεση με τα υπόγεια καλώδια παράγουν υψηλότερα μαγνητικά πεδία ακριβώς από πάνω τους στην επιφάνεια του εδάφους, σε σχέση με τις εναέριες γραμμές μεταφοράς. Αποτέλεσμα που το περιμέναμε αφού η απόσταση μεταξύ του καλωδίου και του επιπέδου του εδάφους είναι μικρότερη από την αντίστοιχη των εναέριων γραμμών. Ένα παράδειγμα, για ένα υπόγειο καλώδιο 400kV παράγει περισσότερο από 30μT στο επίπεδο του εδάφους. Στα 2 μέτρα από το έδαφος το μαγνητικό πεδίο πέφτει στα 10μT και μειώνεται ταχύτατα όσο απομακρυνόμαστε από το καλώδιο. Τέλος, τα υπόγεια καλώδια δεν παράγουν καθόλου ηλεκτρικό πεδίο εξαιτίας των υλικών μόνωσης και του εδάφους.[21] 27

28 Κεφάλαιο 4: Είδη και αίτια δημιουργίας σφαλμάτων στις εναέριες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας- καταπονήσεις γραμμών 4.1 Είδη σφαλμάτων Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους μια γραμμή μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής και υπερύψηλης τάσης είναι δυνατόν να τεθεί εκτός λειτουργίας. Αυτό όμως διαχωρίζει τα είδη των σφαλμάτων σε τρεις επιμέρους κατηγορίες είναι το χρονικό διάστημα, στο οποίο η γραμμή θα παραμείνει εκτός λειτουργίας, οι οποίες είναι το παραμένον, το μόνιμο και το παροδικό σφάλμα. Παραμένον σφάλμα: το οποίο ορίζεται ως κάτι το ενδιάμεσο μεταξύ του παροδικού και του μόνιμου σφάλματος μίας γραμμής μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Κάνει την εμφάνιση του όταν η γραμμή μεταφοράς υψηλής τάσης είναι εκτός λειτουργίας, γεγονός το οποίο συνάδει με ένα μόνιμο σφάλμα της γραμμής μεταφοράς. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα χωρίς να χρειαστεί να επέμβει η ΑΗΚ η γραμμή μεταφοράς επανέρχεται σε λειτουργία. Μόνιμο σφάλμα: το οποίο θέτει τη μια γραμμή μεταφοράς εκτός λειτουργίας μόνιμα, λόγω μίας από τις αιτίες που αναφέρονται παρακάτω στο επόμενο κεφάλαιο. Εδώ όμως χρειάζεται να επέμβει άμεσα η ΑΗΚ για να εντοπιστεί η βλάβη στη συγκεκριμένη γραμμή,να επισκευαστεί και αμέσως μετά να ξαναμπεί η γραμμή σε λειτουργία. Αυτού του τύπου σφάλμα είναι και το πιο σημαντικό και παράλληλα το πιο επικίνδυνο για την αξιοπιστία της γραμμής μεταφοράς αλλά και γενικότερα της επιχείρησης ηλεκτρισμού. Παροδικό σφάλμα : το οποίο τη θέτει εκτός λειτουργίας για ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα (μερικά δευτερόλεπτα). Μπορεί να συμβεί από απλά πράγματα όπως για παράδειγμα από ένα κλαδί που θα έχει επαφή με τον αγωγό για μερικά δευτερόλεπτα σε περίπτωση κάποιας κακοκαιρίας. Σε αυτή την περίπτωση η ΑΗΚ δεν χρειάζεται να επέμβει γιατί μετά το πέρας αυτού του χρονικού διαστήματος η γραμμή επανατίθεται σε λειτουργία.[17][21][26] 28

29 4.2 Αίτια δημιουργίας σφαλμάτων στις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας Σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας εμφανίζονται ανάμεσα στα διάφορα τμήματα του ηλεκτρικές τάσεις οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να διαχωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες: 1. «Ομαλής Λειτουργίας»: οι τάσεις, οι οποίες εμφανίζονται υπό ομαλές συνθήκες λειτουργίας του συστήματος 2. «Υπερτάσεις»: εμφανίζονται σε ειδικές μόνο περιπτώσεις ή ανωμαλίες, οι οποίες δημιουργούνται λόγω διαφόρων αιτίων και είναι υψηλότερες από τις τάσεις ομαλής λειτουργίας (παρουσιάζουν μεγαλύτερα πλάτη). Αναμενόμενο επακόλουθο οι πιο σοβαρές διηλεκτρικές καταπονήσεις στις γραμμές μεταφοράς προέρχονται από τις υπερτάσεις οι οποίες είναι πιο υψηλές από τις τάσεις ομαλής λειτουργίας όπως έχουμε αναφέρει. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι μονώσεις του συστήματος μεταφοράς σχεδιάζονται έτσι ώστε να είναι σε θέση να ανταπεξέλθουν σε τέτοιου είδους καταπονήσεις και έτσι είναι ως επί το πλείστον ισχυρότερες από τις μονώσεις εκείνες, οι οποίες απαιτούνται για την αντιμετώπιση των τάσεων ομαλής λειτουργίας. Μερικά παραδείγματα των αιτιών που προκαλούν τις υπερτάσεις είναι οι βλάβη στο υλικό της γραμμής μεταφοράς, κακές ατμοσφαιρικές συνθήκες (καταιγίδα), ρύπανση των μονωτήρων της γραμμής, υπερβολική καταπόνηση των διαφόρων μερών του συστήματος, ανθρώπινη ενέργεια, πυρκαγιά, κεραυνός. Όταν εμφανίζεται κάποιο από αυτά τα αίτια ή ακόμη και συνδυασμός αυτών, δημιουργείται σφάλμα στο σύστημα, και συνεπακόλουθα στην τάση του, η οποία και αυξάνεται. Υπάρχουν επίσης και κάποιες περιπτώσεις στις οποίες οι υπερτάσεις μπορούν να λάβουν εξαιρετικά υψηλές τιμές, όπως αυτές που προέρχονται από κεραυνούς. Έτσι αναγκαστικά η μόνωση έναντι αυτών των υπερτάσεων γίνεται πολύ δαπανηρή ή ακόμα και αδύνατη. Ο λόγος αυτός μας αναγκάζει να λάβουμε επιπλέον μέτρα τα οποία αποσκοπούν στη μείωση του μεγέθους των υπερτάσεων και αποκαλούνται έλεγχος των υπερτάσεων. Προφανώς υπάρχουν κι άλλες αιτίες σφαλμάτων όπως είναι η καταπόνηση που δέχεται ένας μονωτήρας, στην επιφάνεια του οποίου παρουσιάζει ένα ορισμένο τύπο ρύπανσης, κατά την οποία, η τάση ομαλής λειτουργίας. Ως αποτέλεσμα, ο σχεδιασμός της μόνωσης την οποία θα πρέπει να έχει κάθε θέση και κάθε στοιχείο του συστήματος μεταφοράς γίνεται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε αυτή να αντέχει στην πιο κρίσιμη και υπερβολική καταπόνηση στην οποία υπάρχει και η πιθανότητα να εκτεθεί σε κάποια μελλοντική στιγμή της λειτουργίας του. 29

30 Στο επόμενο υπό-κεφάλαιο θα μιλήσουμε για τα δυο είδη υπερτάσεων οι οποίες ασκούν στις μονώσεις του συστήματος τις πιο σοβαρές καταπονήσεις.[17][21][26] 4.3 Καταπονήσεις Γραμμών Μεταφοράς Όπως αναφέραμε και προηγουμένως κατά κανόνα, οι υπερτάσεις παρόλη τη σύντομη διάρκεια τους ασκούν στις μονώσεις του συστήματος τις πιο σοβαρές καταπονήσεις. Ως επακόλουθο, για τη σωστή σχεδίαση των μονώσεων ενός συστήματος, είναι αναγκαία η γνώση των υπερτάσεων που αναμένεται να επιβληθούν σε αυτό. Η σοβαρότητα της καταπόνησης καθορίζεται από τη μορφή, το εύρος και τη διάρκεια της τάσης που εμφανίζεται. Οι δύο κατηγορίες των καταπονήσεων που δέχεται η μόνωση μια γραμμής μεταφοράς είναι : Εσωτερικές: που δημιουργούνται από εσωτερικές διαταραχές της ομαλής λειτουργίας του συστήματος. Εξωτερικές: οι ατμοσφαιρικές καταπονήσεις που έχουν σαν πηγή τις ατμοσφαιρικές εκκενώσεις και πιο συγκεκριμένα τους κεραυνούς Εσωτερικές Υπερτάσεις Tα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά, ο τρόπος εκμετάλλευσης και η δομή του ηλεκτρικού δικτύου καθορίζουν τις εσωτερικές υπερτάσεις. Οι οποίες χωρίζονται σε δυναμικές και μεταβατικές υπερτάσεις χειρισμών ανάλογα με το μηχανισμό γένεσης, την διάρκεια και το μέγεθος τους. Δυναμικές Υπερτάσεις : το εύρος τους είναι σχετικά μικρό, έχουν μεγάλη διάρκεια με μορφή συνήθως μιας αποσβεννόμενης ταλάντωσης με ιδιαίτερη συχνότητας. Δεν θεωρούνται επικίνδυνες καταπονήσεις για τις μονώσεις στα δίκτυα Υ.Τ. και Υ.Υ.Τ. αλλά όμως έχουν σημαντικό ρόλο. Ο λόγος είναι ότι βάσει αυτών γίνεται η επιλογή των συσκευών προστασίας. Καθορίζουν δηλαδή έμμεσα την μόνωση των πιο δαπανηρών τμημάτων του συστήματος. Οι πιο σημαντικές αίτιες των δυναμικών υπερτάσεων είναι: Φαινόμενο Ferranti Απόρριψη φορτίου Βραχυκύκλωμα μίας φάσης προς γη 30

31 Αποσύνδεση επαγωγικού ή σύνδεση χωρητικού φορτίου. Μεταβατικές Υπερτάσεις Χειρισμών: είναι σοβαρότερη μορφή καταπονήσεων στα δίκτυα Υ.Υ.Τ. Ο λόγος είναι ότι οι υπερτάσεις χειρισμών, όπως και οι δυναμικές, είναι ανάλογες προς την ονομαστική τάση λειτουργίας και κατά συνέπεια το εύρος τους αυξάνει με την αύξηση της τάσης κανονικής λειτουργίας. Κατά το κλείσιμο ενός διακόπτη οι μεταβατικές υπερτάσεις χειρισμών συνήθως παίρνουν τις μεγαλύτερες τιμές και είναι και οι πιο επικίνδυνες για τα δίκτυα. Δηλαδή σε κάδε αλλαγή καταστάσεως εμφανίζονται οι υπερτάσεις χειρισμών οι οποίες διαδίδονται στο θεωρούμενο ηλεκτρικό δίκτυο υπό μορφή οδευόντων κυμάτων με σύνθετη κυματομορφή. Εδώ οι πιο σημαντικές αίτιες των μεταβατικών υπερτάσεων χειρισμών είναι: Διακοπή ρευμάτων βραχυκυκλώματος Ενεργοποίηση και επανάζευξη μιας γραμμής μεταφοράς με ανοιχτό άκρο. Διακοπή χωρητικού ρεύματος Διακοπή μικρών επαγωγικών ρευμάτων Εικόνα 4.1 : πλήρης κρουστική τάση χειρισμών [18] Εξωτερικές Ατμοσφαιρικές Υπερτάσεις και οι χαρακτηριστικές κυματομορφές τους Τα ηλεκτρικά φαινόμενα τα οποία λαμβάνουν χώρα στην ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια των καταιγίδων προκαλούν τις ατμοσφαιρικές υπερτάσεις στα δίκτυα. Οι 31

32 ατμοσφαιρικές υπερτάσεις που προκαλούνται από τα κεραυνικά φαινόμενα είναι οι μόνες επικίνδυνες για τη μόνωση και άρα για την ομαλή και αξιόπιστη λειτουργία των δικτύων υψηλής και υπερύψηλης τάσης. Από τον τρόπο με τον οποίο ο κεραυνός θα προσβάλει το δίκτυο εξαρτάται η υπέρταση που προκαλείται σε ένα δίκτυο. Άρα, διαφορετική είναι η υπέρταση, η οποία προκαλείται όταν ένας κεραυνός πλήττει άμεσα ένα ενεργό στοιχείο του δικτύου (ένας αγωγός φάσης), διαφορετική όταν πλήττεται από τον κεραυνό ένας αγωγός προστασίας των φάσεων της γραμμής, ή ένας πύργος της γραμμής και ακόμα διαφορετική όταν πλήττεται το έδαφος γειτονικά προς το δίκτυο. Όπως είναι λογικό οι πιο σοβαρές και επικίνδυνες υπερτάσεις συμβαίνουν σε ένα δίκτυο, όταν πλήγματα ενός κεραυνού βάλλουν τους αγωγούς φάσης ή τους ζυγούς των υπαίθριων υποσταθμών. Τα πλάτη είναι πολύ υψηλά. Τάσεις υπερβολικά υψηλών επιπέδων αποκόπτονται αμέσως λόγω κατάρρευσης της μόνωσης και, ως εκ τούτου, οδεύοντα κύματα με απότομα μέτωπα και ενίοτε πιο απότομα ουραία τμήματα μπορούν να καταπονήσουν σφοδρά τη μόνωση των μετασχηματιστών ισχύος ή άλλου εξοπλισμού υψηλής τάσης. Λόγο των συστημάτων κεραυνικής προστασίας τα οδεύοντα κύματα θα παραμορφωθούν και θα αποσβεθούν, απαγωγείς υπερτάσεων και οι διαφόρων ειδών απωλειών. Επομένως, μέσα στο σύστημα μεταφοράς είναι παρούσες κεραυνικές υπερτάσεις με πολύ διαφορετικές κυματομορφές. Εικόνα 4.2 : Πλήρης κρουστική τάση κεραυνών [19] 32

33 Εικόνα 4.3 : Κρουστική τάση κεραυνών, αποκομμένη κατά μέτωπο [19] Εικόνα 4.4 : Κρουστική τάση κεραυνών, αποκομμένη κατά ουρά [19] 33

34 Εικόνα 4.5 : Χαρακτηριστικές τιμές των παραμέτρων του κεραυνικού ρεύματος[11] 34

35 Ένας κεραυνός μπορεί να δημιουργήσει υπέρταση σε μια γραμμή μεταφοράς με τρεις μηχανισμούς : από άμεσο πλήγμα κεραυνού σε ένα αγωγό φάσεως από πλήγμα στον αγωγό προστασίας με τον οποίο προστατεύονται γενικά οι γραμμές μεταφοράς από κεραυνούς από επαγωγή, εξαιτίας κεραυνού που πλήττει το έδαφος κοντά στη γραμμή όχι όμως τη γραμμή την ίδια Εικόνα 4.6: Άμεσο πλήγμα σε πυλώνα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.[12] Εικόνα 4.7: Έμμεσο πλήγμα σε πυλώνα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας [20] 35

36 Δύο μέθοδοι για να αντιμετωπιστούν τα βραχυκυκλώματα που προκαλούν οι κεραυνοί στα ηλεκτρικά δίκτυα είναι : η τοποθέτηση γειωμένων αγωγών σε κατάλληλες θέσεις πάνω από τις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις που συλλέγουν τα άμεσα πλήγματα προστατεύοντας έτσι τα ενεργά στοιχεία του συστήματος αλεξικέραυνα (απαγωγείς υπερτάσεων), ειδικές συσκευές με ασθενή μόνωση ανάμεσα στα ενεργά στοιχεία του συστήματος και τη γη τα οποία επιτρέπουν μεν στιγμιαία τη διοχέτευση του φορτίου του κεραυνού στη γη, διακόπτουν όμως στη συνέχεια τη ροή ρεύματος στη συχνότητα του δικτύου [17][21][26] 36

37 Κεφάλαιο 5: Παρουσίαση Σφαλμάτων στο Δίκτυο της ΑΗΚ Τα στοιχεία αναφορικά με τα σφάλματα που παρουσιάστηκαν στον δίκτυο της η Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου είχε την ευγενή καλοσύνη να μας τα παραχωρήσει. Στην συνέχεια θα παρουσιαστούν αναλυτικότερα τα στοιχεία αυτά. Σύμφωνα με τα οποία καταγράφηκαν συνολικά 4776 σφάλματα που καλύπτουν μια περίοδο σχεδόν 8 ετών από 01/01/2007 μέχρι το πρώτο μισό του 2013 καθώς επίσης από την 01/01/2014 μέχρι και τις 31/05/ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΝΑ ΕΤΟΣ Half Season 1/1/14-31/5/14 ΣΥΝΟΛΟ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΣΥΝΟΛΟ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ Γράφημα 1 : Σφάλματα ανά έτος Πιο λεπτομερώς το σύνολο των παρουσιασθέντων σφαλμάτων ανά έτος φαίνεται στον πιο κάτω πίνακα. 37

38 ΕΤΟΣ ΣΦΑΛΜΑΤΑ μισός χρόνος 85 1/1-31/5 του ΣΥΝΟΛΟ 4776 Πίνακας 5.1 : Σφάλματα ανά έτος Από αυτόν τον πίνακα μπορούμε να συμπεράνουμε ότι μέσος αριθμός σφαλμάτων τον χρόνο τον οποίο η ΑΗΚ έχει να αντιμετωπίσει είναι 680. Επιπρόσθετα πιο συγκεκριμένα τα σφάλματα ανά έτος και τάση που βρέθηκε αντιμέτωπη η ΑΗΚ την περίοδο αυτή αναλύεται στον πιο κάτω πίνακα : ΕΤΟΣ Πίνακας 5.2 : Σφάλματα ανά έτος ανά τάση ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΝΑ ΤΑΣΗ 415V 11kV 22kV 66kV 132kV ΣΥΝΟΛΟ ΕΤΟΥΣ Half season /1/14-31/5/ ΣΥΝΟΛΟ Half Season 1/1/14-31/5/14 415V 11kV 22kV 66kV 132kV Γράφημα 2 : Σφάλματα ανά έτος ανά τάση 38

39 Τα επιμέρους σφάλματα που εμφανίστηκαν την χρονική περίοδο την οποία μελετάμε στο δίκτυο θα παρουσιαστούν για μια πιο εκτενή περιγραφή των προβλημάτων. Συγκεκριμένα τα σφάλματα προκλήθηκαν από 25 διαφορετικές αιτίες όπως φαίνονται στον πίνακα 5.3 πιο κάτω. Α/Α ΑΙΤΙΑ ΣΥΝΟΛΟ 1 ΑΓΝΩΣΤΗ ΑΝΕΜΟΙ ΑΝΙΣΟΖΥΓΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΟΥ 18 4 ΒΛΑΒΗ ΣΤΟ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ΖΕΥΞΗΣ 15 5 ΔΕΝΤΡΑ ΚΕΡΑΥΝΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΒΛΑΒΗ ΑΣΦΑΛΕΙΩΝ 28 8 ΞΕΝΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΣΤΙΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΠΟΥΛΙΑ ΤΟΥΡΚΟΚΡΑΤΟΥΜΕΝΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ 9 11 ΥΓΡΑΣΙΑ ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΠΑΣΣΑΛΟΥ ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΜΟΝΩΣΗΣ ΟΧΗΜΑ ΔΥΣΤΥΧΗΜΑ ΠΥΡΚΑΓΙΑ ΕΡΓΟΛΑΒΟΣ ΞΕΝΟΣ ΧΑΛΑΡΗ ΕΠΑΦΗ/ΚΑΒΑΛΕΤΤΟ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΕΚΤΑΚΤΗ ΑΠΟΒΟΛΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΕΝΩΣΗ ΕΥΘΕΙΑΣ ΧΑΡΤΑΕΤΟΙ ΕΡΓΟΛΑΒΟΣ ΑΗΚ 8 24 ΕΙΣΟΔΟΣ ΝΕΡΟΥ ΣΕ ΚΤΗΡΙΑΚΕΣ ΕΓΚΑΤ ΑΛΛΕΣ ΑΙΤΙΕΣ 90 Πίνακας 5.3: Σφάλματα ανά αιτία 39

40 ΑΙΤΙΑ ΧΑΛΑΡΗ ΕΠΑΦΗ/ΚΑΒΑΛΕΤΤΟ 5% ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ 1% ΕΡΓΟΛΑΒΟΣ ΞΕΝΟΣ 5% ΕΝΩΣΗ ΕΥΘΕΙΑΣ 0% ΕΚΤΑΚΤΗ ΑΠΟΒΟΛΗ ΦΟΡΤΙΟΥ 1% ΧΑΡΤΑΕΤΟΙ 0% ΕΡΓΟΛΑΒΟΣ ΑΗΚ 0% ΕΙΣΟΔΟΣ ΝΕΡΟΥ ΣΕ ΚΤΗΡΙΑΚΕΣ ΕΓΚΑΤ. 0% ΠΥΡΚΑΓΙΑ 1% ΑΓΝΩΣΤΗ 25% ΟΧΗΜΑ - ΔΥΣΤΥΧΗΜΑ 13% ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΜΟΝΩΣΗΣ 7% ΑΝΕΜΟΙ 4% ΑΛΛΕΣ ΑΙΤΙΕΣ 2% ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΠΑΣΣΑΛΟΥ ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ 1% 2% ΚΕΡΑΥΝΟΣ 15% ΔΕΝΤΡΑ 10% ΑΝΙΣΟΖΥΓΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΟΥ 0% ΥΓΡΑΣΙΑ 1% ΤΟΥΡΚΟΚΡΑΤΟΥΜΕΝΕ Σ ΠΕΡΙΟΧΕΣ 0% ΠΟΥΛΙΑ 2% ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΒΛΑΒΗ ΑΣΦΑΛΕΙΩΝ 1% ΒΛΑΒΗ ΣΤΟ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ΖΕΥΞΗΣ 0% ΞΕΝΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΣΤΙΣ ΓΡΑΜΜΕΣ 3% Γράφημα 3 : Σφάλματα ανά αιτία 40

41 Τα σφάλματα που είναι πιθανόν να προκύψουν σ ένα δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας όπως παρουσιάζονται και πιο πάνω στο γράφημα οφείλονται σε πολλούς και διάφορους λόγους. Υπάρχουν και πολλοί οι οποίοι είναι εκτός ελέγχου της επιβλέπουσας αρχής. Παραδείγματος χάριν 25% των σφαλμάτων είναι άγνωστης αιτίας ενώ επίσης ένα ακόμα μεγάλο ποσοστό της τάξης του 13% προήλθε από Οχήματα/Δυστυχήματα. Μιλάμε δηλαδή για ένα 37% αιτιών οι οποίες είναι απρόβλεπτες ή μη αναμενόμενες και συμπωματικές ή τυχαίες. Η 2η μεγαλύτερη αιτία σφαλμάτων με ποσοστό 15% όπως παρατηρούμε είναι τα πλήγματα από κεραυνούς, ποσοστό που αντιστοιχεί σε 704 σφάλματα. Ακολούθως σημαντικό ποσοστό κατέχει η υποχώρηση μόνωσης με 7%. Είναι σφάλματα τα οποία ανήκουν στην κατηγορία με τις αιτίες που θα μπορούσαν να μειωθούν στο ελάχιστο βαθμό ή ακόμη και να αποφευχθούν με σωστή λήψη προληπτικών μέτρων προστασίας του δικτύου και μεθόδων ασφαλείας. Θα μπορούσαμε να κατηγοριοποιήσουμε τις αιτίες που προκαλούν τα σφάλματα σε γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας για μια καλύτερη κατανόηση τους. Οι 4 αυτές κατηγορίες δημιουργήθηκαν με την λογική μιας γενικότερης αιτίας που προκάλεσε το κάθε σφάλμα. Παραδείγματος χάριν οι μηχανικές βλάβες ( Υποχώρηση μόνωσης, υποχώρηση πασσάλου, Μηχανική βλάβη ασφαλειών) τα φυσικά αίτια στα οποία εμπίπτουν αιτίες όπως τα πλήγματα από κεραυνούς, οι άνεμοι, η υγρασία κτλ. Επίσης οι άλλες δύο κατηγορίες είναι ο ανθρώπινος παράγοντας (Εργολάβοι, Οχήματα- Δυστυχήματα ) και τέλος τα Άλλα ( Άγνωστες αιτίες). Οι 4 βασικές κατηγορίες που δημιουργήσαμε με τα σφάλματα που τους αναλογούν, φαίνονται στον πιο κάτω πίνακα: ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΤΑΣΗ ΑΙΤΙΩΝ 415V 11kV 22kV 66kV 132kV ΣΥΝΟΛΟ ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΒΛΑΒΕΣ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΑΛΛΑ ΣΥΝΟΛΟ Πίνακας 5.4 : κατηγορίες αιτιών 41

42 Επιπρόσθετα στο γράφημα πιο κάτω παρουσιάζονται με ποσοστά την αναλογία σφαλμάτων που αντιστοιχούν στην κάθε κατηγορία. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΙΤΙΩΝ ΦΥΣΙΚΑ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΒΛΑΒΕΣ ΑΛΛΑ 31% 32% 18% 19% Γράφημα 4: Σφάλματα ανά κατηγορία Από το γράφημα πιο πάνω μπορούμε να διακρίνουμε ότι τα φυσικά αίτια κατέχουν την 1 η θέση σε ότι αφορά την πρόκληση σφαλμάτων στο δίκτυο για την χρονική περίοδο που εξετάζουμε. Όπως αναφέραμε και προηγούμενος τα σφάλματα που καταγράφηκαν λόγο κεραυνού είναι 704 με ποσοστό στη κατηγορία φυσικών αιτίων 45.9%. Όπως βλέπουμε όλες οι αιτίες στην κατηγορία Ανθρώπινος Παράγοντας ευθύνονται για το 19% των εμφανιζόμενων σφαλμάτων στο δίκτυο ενώ οι μηχανικές βλάβες οφείλονται για το 18%. Άξιο αναφοράς είναι το ποσοστό 15% που κατέχουν τα κεραυνικά πλήγματα το οποίο ξεπερνά τον 50% των σφαλμάτων που προκλήθηκαν από όλες τις αιτίες κάποιων άλλων κατηγοριών. Για το λόγο αυτό κάνουμε μια πιο λεπτομερή αναφορά στα πλήγματα από κεραυνούς 42

43 Στο πιο κάτω πίνακα- γράφημα απεικονίζονται το σύνολο των σφαλμάτων που προκλήθηκαν από πλήγματα κεραυνών στο Δίκτυο της ΑΗΚ κατά τη χρονική περίοδο ΚΕΥΡΑΝΟΙ ΤΊΤΛΟς ΆΞΟΝΑ HALF SEASON 415V Πίνακας 5.5 Γράφημα 5 : Σφάλματα από κεραυνούς ανά έτος ανά τάση. 1/1/ /5/ kV kV kV kV

44 Όπως, πολύ εύκολα μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο μέσος αριθμός το χρόνο των σφαλμάτων αυτών είναι 114 (δεν υπολογίζονται οι χρονιές 2013 με 2014 οι οποίες είναι μισές). Μια γενικότερη διαπίστωση είναι ότι ο αριθμός αυτών των σφαλμάτων στο δίκτυο δεν μπορεί να εξαρτάται μόνο από το δίκτυο το ίδιο αλλά και από άλλους παράγοντες, όπως είναι κυρίως οι επικρατούσες καιρικές συνθήκες την δεδομένη χρονική περίοδο HALF 1/1/2014- SEASON 31/5/ kV kV kV kV 66kV 132kV Γράφημα 6 : Σφάλματα από κεραυνούς ανά τάση Αξιοσημείωτο είναι ότι το σύνολο των σφαλμάτων από πλήγματα κεραυνού στο δίκτυο Υ.Τ. με τα αντίστοιχα των δικτύων Χ.Τ. και Μ.Τ. τότε παρατηρούμαι ότι το δίκτυο Υ.Τ. δέχεται πάρα πολύ μικρό αριθμό πληγμάτων σχεδόν μηδενικό σε σχέση με τα αλλά δύο δίκτυα. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε πολλούς παράγοντες. Μερικοί από τους οποίους είναι : το μήκος της διαδρομής των εναέριων γραμμών του κάθε δικτύου. Ο λόγος είναι μεγαλύτερη διαδρομή από γραμμές κάνει την πιθανότητα ενός πλήγματος από κεραυνό μεγαλύτερη. Οι εναέριες γραμμές μεταφοράς 132kV έχουν συνολικό μήκος διαδρομής 423km οι αντίστοιχες γραμμές Μέσης Τάσης έχουν μήκος διαδρομής 5612 km. η σημασία που δίνεται στην προστασία του δικτύου Υ.Τ. έναντι των πληγμάτων κεραυνού σε σχέση με τις γραμμές διανομής των δικτύων Μέσης και Χαμηλής Τάσης. Επίσης το δίκτυο Μ.Τ. έχει τα περισσότερα σφάλματα από πλήγματα κεραυνούς λογικό αφού αν αναλογιστούμε ότι οι υπερτάσεις που δημιουργούνται από τέτοια πλήγματα είναι αισθητά μεγαλύτερες από την ονομαστική τάση του δικτύου, καθώς και της στάθμης της μόνωσης τους. Αυτό ισχύει βέβαια και για το δίκτυο Χ.Τ. Σε αυτή την περίπτωση όμως το μικρό πλήθος σφαλμάτων όμως πολύ πιθανόν να οφείλεται στο γεγονός ότι ένα δίκτυο Χ.Τ. δεν είναι τόσο εκτεθειμένο σε πλήγματα από κεραυνούς 44

45 αφού τόσο η ξύλινη κατασκευή των πυλώνων,το μικρό ύψος τους και η υπογειοποίηση των γραμμών ελαχιστοποιούν το κίνδυνο έναντι τέτοιων πληγμάτων. Γενικότερα θα λέγαμε ότι τα σφάλματα από πλήγματα κεραυνών που θα παρουσιαστούν σε ένα δίκτυο εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες όπως το μέγεθός της τάσης, οι καιρικές συνθήκες, το μήκος της γραμμής, οι μέθοδοι προστασίας και όχι από ένα και μόνο αποκλειστικά παράγοντα. Εκτός αυτών δεν μπορούμε επίσης να εξάγουμε μια ασφαλή σχέση μεταξύ των παραγόντων αυτών και του πλήθους των σφαλμάτων που θα παρουσιαστούν. 45

46 5.1 Παρουσίαση Σφαλμάτων στο Δίκτυο της ΑΗΚ στα 11KV Συνεχίζοντας θα αναλύσουμε με την βοήθεια του επόμενου γραφήματος τις κυριότερες αιτίες και τα ποσοστά των σφαλμάτων στα 11KV. ΠΥΡΚΑΓΙΑ ΟΧΗΜΑ - 1% ΔΥΣΤΥΧΗΜΑ 6% ΧΑΛΑΡΗ ΕΠΑΦΗ/ΚΑΒΑΛΕΤΤΟ 2% ΕΡΓΟΛΑΒΟΣ ΞΕΝΟΣ 5% ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΜΟΝΩΣΗΣ 16% ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ 1% ΕΝΩΣΗ ΕΥΘΕΙΑΣ 1% ΕΚΤΑΚΤΗ ΑΠΟΒΟΛΗ ΦΟΡΤΙΟΥ 3% ΑΙΤΙΑ ΧΑΡΤΑΕΤΟΙ 0% ΕΡΓΟΛΑΒΟΣ ΑΗΚ 0% ΕΙΣΟΔΟΣ ΝΕΡΟΥ ΣΕ ΚΤΗΡΙΑΚΕΣ ΕΓΚΑΤ. 0% ΑΓΝΩΣΤΗ 14% ΑΛΛΕΣ ΑΙΤΙΕΣ 2% ΑΝΕΜΟΙ 2% ΑΝΙΣΟΖΥΓΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΟΥ 0% ΒΛΑΒΗ ΣΤΟ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ΖΕΥΞΗΣ 1% ΔΕΝΤΡΑ 2% ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΠΑΣΣΑΛΟΥ 2% ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ 1% ΥΓΡΑΣΙΑ 0% ΤΟΥΡΚΟΚΡΑΤΟΥΜΕΝΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΠΟΥΛΙΑ 0% 0% ΞΕΝΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΣΤΙΣ ΓΡΑΜΜΕΣ 1% ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΒΛΑΒΗ ΑΣΦΑΛΕΙΩΝ 1% ΚΕΡΑΥΝΟΣ 38% Γράφημα 7 : Σφάλματα ανά αιτία στα 11KV 46

47 Από αυτό το γράφημα πολύ εύκολα διακρίνουμε ότι η κυριότερη αιτία σφαλμάτων είναι τα πλήγματα από κεραυνό με ποσοστό 38% των 1776 σφαλμάτων στα 11KV! Ποσοστό που αντιστοιχεί σε 666 σφάλματα. Ακολουθεί η υποχώρηση μόνωσης με 16%. Όπως έχουμε αναφέρει και προηγούμενος σφάλματα τα οποία προέρχονται από αιτίες που θα μπορούσαν να αποφευχθούν είτε να μειωθούν στον ελάχιστο δυνατό βαθμό. Ακολούθως κατηγοριοποιώντας όπως και πριν στις 4 κυριότερες πιο γενικέ αιτίες καταλήγουμε στο πιο κάτω γράφημα. 11kV ΦΥΣΙΚΑ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΒΛΑΒΕΣ ΑΛΛΑ 27% 17% 12% 44% Γράφημα 8 : Σφάλματα ανά κατηγορία στα 11KV Αναμενόμενα την 1η θέση σε ότι αφορά την πρόκληση σφαλμάτων στο δίκτυο για την υπό εξέταση τάση κατέχουν τα φυσικά αίτια. Ενώ ακολουθεί η κατηγορία Μηχανικές Βλάβες με 27 % μεγαλύτερο από το διπλάσιο σε σχέση με την κατηγορία Ανθρώπινος Παράγοντας που κατέχει 12% Η κυριότερη αιτία σφαλμάτων είναι προφανής και δεν είναι άλλη από τα πλήγματα από κεραυνό. 47

48 11kV kV Γράφημα 9 : Σφάλματα από κεραυνούς ανά έτος στα 11kV Ο μέσος αριθμό το χρόνο των κεραυνικών πληγμάτων στα 11KV είναι 108.(δεν υπολογίζονται οι χρονιές 2013 με 2014 οι οποίες είναι μισές). 48

49 Κεφάλαιο 6: Οδηγία της ΙΕΕΕ για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας Οι πιο κάτω οδηγίες σχεδιασμού που χρησιμοποιείται κατά κύριο λόγο από σχεδιαστές γραμμών διανομής, περιέχουν πληροφορίες για την βελτίωση της συμπεριφοράς των εναέριων γραμμών διανομής έναντι των κεραυνικών πληγμάτων. Κάθε σχεδιασμός γραμμών διανομής απαιτεί μια σειρά από συμβιβασμούς γιατί δεν μπορεί να υπάρξει ένα ιδανικό σχέδιο γραμμών. Κάποιοι παράμετροι μπορούν να οριστούν αρχικά αλλά υπάρχουν και άλλοι που εξαρτώνται από την κρίση του σχεδιαστή όπως η δομή και η γεωμετρία του υλικού, η θωράκιση εάν υπάρχει, ο βαθμός μόνωσης, η γείωση και η τοποθέτηση αλεξικέραυνων. Οι οδηγίες της ΙΕΕΕ βοηθούν τον σχεδιαστή στη βελτίωση του σχεδιασμού των γραμμών διανομής από οικονομικής πλευράς, καθώς επίσης προσδιορίζουν παράγοντες που συμβάλουν στις βλάβες των εναέριων γραμμών διανομής από κεραυνικά πλήγματα καθώς και βελτιώσεις για νέες και υπάρχουσες κατασκευές. Περιορίζονται για προστασία της μόνωσης των γραμμών διανομής για συστήματα με τάση 69 kv Θεματικός κύκλος προστασίας του εξοπλισμού καλύπτεται από ΙΕΕΕ Std C Ο κεντρικός σκοπός αυτών των οδηγιών είναι να παρουσιάσει εναλλακτικές λύσεις για να μειώσει τα υπερπηδημένα που προκαλούνται από τα κευρανικά πλήγματα στις εναέριες γραμμές. 6.1 Πίνακας Ορισμών ΑΝΑΣΤΡΟΦΟ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑ ( backflashover) : Βραχυκύκλωμα στην μόνωση λόγω του κεραυνικού πλήγματος σε σημείο ενός δικτύου ή μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης που κανονικά βρίσκεται στο δυναμικό του εδάφους. ΒΑΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΜΟΝΩΣΗΣ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ ( basicimpulseinsulationlevel BIL) : Σημείο αναφοράς της αντοχής της μόνωσης από κεραυνικό πλήγμα όπου εκφράζεται από την μεγαλύτερη τιμή τάσης που αντέχει ένα δεδομένο κύμα τάσης πλήρους ώθησης. ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΟΥΣΤΙΚΗ ΤΑΣΗ ΚΕΡΑΥΝΩΝ ( criticalimpulseflashovervoltage CFO ) : Η μέγιστη τιμή της κρουστικής τάσης που υπό κανονικές συνθήκες προκαλεί βραχυκύκλωμα στο μέσο που την περιβάλει κατά 50 % των περιπτώσεων. ΑΜΕΣΟ ΠΛΗΓΜΑ ( directstroke ) : Απευθείας κεραυνικό πλήγμα σε οποιοδήποτε σημείο ενός δικτύου ή μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης. 49

50 ΓΡΑΜΜΕΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ( distributionline ) : Γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος όπου μέσω αυτών διανέμεται το ρεύμα από έναν υποσταθμό κύριας πηγής στους καταναλωτές, συνήθως τάσεως 34,5 kv. ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑ ( flashover ) : Μια ανεπιθύμητη εκκένωση μέσω αέρα γύρω ή πάνω στην επιφάνεια μιας υγρής ή στερεάς μόνωσης, ανάμεσα σε μέρη διαφορετικής πολικότητας ή δυναμικού, παραγόμενη από την εφαρμογή της τάσης όπου το μονοπάτι που έχει καταρρεύσει γίνεται ικανοποιητικά ιονισμένο για να διατηρήσει ένα ηλεκτρικό τόξο. ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΟ ΕΔΑΦΟΥΣ ( groundelectrode ) : Ένας αγωγός ή μια ομάδα αγωγών σε στενή επαφή με το έδαφος για να παρέχει σύνδεση με το έδαφος. ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΚΕΡΑΥΝΩΝ (groundflashdensity, GFD, Ng ) : Ο μέσος αριθμός των κεραυνικών πληγμάτων ανά μονάδα τόπου ανά μονάδα χρόνου σε μια συγκεκριμένη θέση ( κεραυνοί / km2 /έτος ). ΜΟΝΩΤΗΣ ΕΠΙΤΟΝΩΝ ( guyinsulator ) : Ένα μονωτικό στοιχείο με εγκάρσιες σχισμές για το σκοπό της μόνωσης δύο μερών ενός επιτόνου ή για να παρέχει μονωτικό ρόλο μεταξύ της κατασκευής και του στηρίγματος, καθώς και για να παρέχει προστασία σε περίπτωση σπασμένων καλωδίων. Τα μονωτικά στοιχεία αυτά από πορσελάνη σχεδιάζονται για να πιέζονται σε περίπτωση συμπίεσης αλλά ξύλινοι μονωτές εξοπλισμένοι με κατάλληλο υλικό χρησιμοποιούνται πιο συχνά σε περιπτώσεις πίεσης. ΕΠΙΤΟΝΟ ( guywire ) :Ένα απομονωμένο καλώδιο που χρησιμοποιείται για στήριξη ημι-ελαστικής έντασης ανάμεση στο πόλο ή την κατασκευή και την ράβδο στήριξης ή μεταξύ κατασκευών. ΕΜΜΕΣΟ ΠΛΗΓΜΑ ( indirectstroke ) : Ένα κεραυνικό πλήγμα που δεν χτυπά απευθείας κάποιο σημείο που δικτύου αλλά προκαλεί υπέρταση σε αυτό. ΕΠΑΓΟΜΕΝΗ ΤΑΣΗ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ ( inducedvoltagefromlightingstrokes ) : Η τάση που προκαλείται σε ένα δίκτυο ή μια ηλεκτρική εγκατάσταση από ένα έμμεσο πλήγμα. ΠΡΩΤΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ ( lightningfirststroke ) : Η πρώτη εκφόρτιση κεραυνού στο έδαφος όταν η αιχμή από το κάθετο μονοπάτι συναντά το μονοπάτι ανόδου από το έδαφος. ΑΚΟΛΟΥΘΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ ( lightningsubsequentstroke ) : Μια εκφόρτιση κεραυνού που ακολουθεί την πορεία απο το πρώτο πλήγμα. ΚΕΡΑΥΝΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ ( lightningflash ) : Η πλήρης εκφόρτιση κεραυνού που κατά κύριο λόγο δημιουργείται από αγωγούς ενός σύννεφου ακολουθούμενοι από ένα ή περισσότερα πλήγματα επιστροφής. [16] [25] 50

51 ΣΦΑΛΜΑ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ ( lightningoutage ) : Μια διακοπή ρεύματος λόγω του κεραυνικού πλήγματος που οδηγεί σε βλάβη στο σύστημα με αποτέλεσμα να είναι αναγκαία η λειτουργία μιας συσκευής διακοπής για την επιδιόρθωση της βλάβης. ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΓΡΑΜΜΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΙΚΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ ( linelightningperformance ) : Η απόδοση μιας γραμμής που εκφράζεται ως ο ετήσιος αριθμός των βραχυκυκλωμάτων από κεραυνικά πλήγματα σε μια βάση κυκλώματος μιλίου ή πύργου γραμμών μιλίου. ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟ/ΑΠΑΓΩΓΕΑΣ ΥΠΕΡΤΑΣΕΩΝ ΑΠΟ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΟΞΕΙΔΙΑ (metaloxidesurgearrester MOSA ) : Ένας απαγωγέας υπερτάσεων που χρησιμοποιεί βαλβίδες από μεταλλικά οξείδια μη γραμμικής αντίστασης. ΕΝΑΕΡΙΟΣ ΑΓΩΓΟΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ( overheadgroundwire OHGW ) : Ένα ή περισσότερα γειωμένα καλώδια τοποθετημένα πάνω από τους αγωγούς φάσης με κύριο σκοπό την διακοπή των άμεσων πληγμάτων για την προστασία των αγωγών φάσεως από αυτά. Μπορεί να γειώνονται άμεσα ή έμμεσα μέσω μικρών διακένων. ΓΩΝΙΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ( shieldingangle ) : Η γωνία που βρίσκεται ανάμεσα στην κατακόρυφη γραμμή μέσω του εναέριου αγωγού εδάφους και μιας γραμμής συνδεδεμένη σε αυτόν με το προστατευτικό αγωγό. ΑΓΩΓΟΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ( shieldwire ) : Γειωμένα καλώδια τοποθετημένα κοντά στους αγωγούς φάσεων με σκοπό να προστατεύσουν τους αγωγούς φάσεως από άμεσα κευρανικά πλήγματα, να μειώσουν την επαγόμενη τάση που δημιουργείται από τα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία, να μειώσουν την κυματική αντίσταση ενός συστήματος OHGW και να αυξήσουν την αμοιβαία κυματική αντίσταση ενός συστήματος OHGW στους προστατευμένους αγωγούς φάσης. Η συνδεσμολογία τους μπορεί να είναι έμμεσα μέσω μικρών ανοιγμάτων είτε ηλεκτρικά συνδεδεμένοι απευθείας στην κατασκευή. ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟ ΔΙΑΚΕΝΟ ( sparkgap ) : Οποιοδήποτε διάστημα αέρα ανάμεσα σε δύο αγωγούς που είναι ηλεκτρικά μονωμένοι μεταξύ τους ή ηλεκτρικά συνδεδεμένοι από απόσταση. ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟ ( surgearrester ) : Μια προστατευτική διάταξη για τον περιορισμό των υπερτάσεων στον εξοπλισμό. Αυτό επιτυγχάνεται εκτρέποντας το ρεύμα και διατηρώντας την συσκευή στην αρχική της κατάσταση. 51

52 6.2 Συμπεριφορά εναέριων γραμμών διανομής σε περίπτωση κεραυνού Οι κεραυνοί συγκεντρώνονται στα υψηλότερα σημεία για αυτό σπουδαίο ρόλο παίζει το ύψος και η απόσταση των προστατευτικών αντικειμένων γύρω από τις γραμμές διανομής. Εάν οι πόλοι μια γραμμής διανομής είναι σε υψηλότερα σημεία από την περιβάλλουσα τοποθεσία η αξιοπιστία της εξαρτάται από τον κεραυνό. Από την παρακάτω εξίσωση [Eriksson] υπολογίζεται το ποσοστό των κεραυνών Ν που πλήττουν μια ανοιχτή περιοχή : Όπου h = ύψος του πόλου, m b= το πλάτος της κατασκευής, m (για τις περισσότερες γραμμές διανομής είναι αμελητέο) Ng= πυκνότητα των κεραυνών, κεραυνοί/km2/έτος Ν = κεραυνοί/100km/έτος Για παράδειγμα αν το ύψος του στύλου αυξηθεί κατά 20%, τότε το ποσοστό των κεραυνών στις εναέρια γραμμή διανομής θα αυξηθεί κατά 12%.Η έκθεση της γραμμής διανομής στο κεραυνικό πλήγμα εξαρτάται από το πόσο προεξέχουν οι κατασκευές πάνω από την γύρω περιοχή. Σαν προστασία από πλήγματα από κεραυνούς για τις γραμμές διανομής δρουν τα φυσικά στοιχεία. ο παράγοντας προστασίας Sf, ορίζεται ως το τμήμα ανά μονάδα των γραμμών διανομής που προστατεύεται από κοντινά στοιχεία. Ο αριθμός των κεραυνικών πληγμάτων είναι : Νs= αριθμός των κεραυνών που συλλέγεται από μια προστατευμένη γραμμή (κεραυνοί/100 km/έτος) Ν = ποσοστό κεραυνών σε μια γραμμή σε ανοιχτό έδαφος (κεραυνοί/100 km/έτος) Sf= παράγοντας προστασίας του περιβάλλοντος Ένας παράγοντας θωράκισης, 0.0, σημαίνει ότι η γραμμή διανομής είναι σε ανοιχτό χώρο χωρίς προστασία από κοντινές κατασκευές, ενώ ο παράγοντας θωράκισης, 1.0, σημαίνει ότι η γραμμή διανομής είναι πλήρως καλυμμένη από έμμεσα πλήγματα κεραυνών. Ακολούθως η θεωρία του Rusck εξηγεί ότι η μέγιστη τάση που προκαλείται σε μια γραμμή μεταφοράς ενέργειας στο πιο κοντινό σημείο του πλήγματος πάνω στην γραμμή υπολογίζεται από : 52

53 Όπου Ι0 = μέγιστη τιμή ρεύματος του κεραυνού ha= μέσο ύψος της γραμμής πάνω από το επίπεδο του εδάφους y = η πιο κοντινή απόσταση ανάμεσα στο κεραυνικό πλήγμα και την γραμμή Η εξίσωση αυτή χρησιμοποιείται για ένα απείρως μακρύ,μονό αγωγό πάνω από ένα τέλεια αγώγιμο έδαφος. Ένας εναέριος αγωγός προστασίας ή ένας γειωμένος ουδέτερος αγωγός θα μειώσει την τάση στην μόνωση έως ένα σημείο που εξαρτάται από την γείωση και την απόσταση του γειωμένου αγωγού από τους αγωγούς φάσης. Το ποσοστό των βραχυκυκλωμάτων από επαγόμενη τάση αυξάνεται σημαντικά όταν τα επίπεδα της μόνωσης βρίσκονται σε χαμηλό επίπεδο. Για την μείωση της επαγόμενης τάσης από κεραυνικό πλήγμα σε μεγάλη πλειοψηφία των γραμμών διανομής έχουν τοποθετηθεί αλεξικέραυνα στους μετασχηματιστές. Όσο αφορά τώρα τις επιδράσεις των ατελειών εδάφους και του φαινομένου Corona έχουν μικρή επιρροή στην κυματική αντίσταση του αγωγού φάσεως, που απορρέει σε αλλαγές μικρότερες του 30% της τιμής. Εκτός εάν η μόνωση της γραμμής διανομής έχει αγωγό προστασίας (OHGW) ή αλεξικέραυνα, περισσότερο από 99% των απευθείας πληγμάτων θα καταλήξουν σε βραχυκυκλώματα της γραμμής διανομής ανεξαρτήτως του επιπέδου μόνωσης, των διαστημάτων των αγωγών ή της γείωσης. Η κυματική αντίσταση ενός μονού καλωδίου πάνω από το επίπεδο εδάφους είναι: Όπου Ζ0= κυματική αντίσταση (Ω) h = ύψος του αγωγού από το επίπεδο του εδάφους (m) r = ακτίνα του αγωγού (m) Η κυματική αντίσταση ενός αγωγού που τροφοδοτείται από την μέση έχει το μισό της τιμής αυτής, και το ρεύμα του κεραυνού θα χωριστεί ισομερώς για κάθε μονοπάτι πάνω από το έδαφος. [16] [25] 53

54 6.3 Επίπεδο μόνωσης γραμμών διανομής Η οδηγία της ΙΕΕΕ για το συγκεκριμένο κομμάτι απευθύνεται σε μηχανικούς συστήματος διανομής για την βελτίωση της μόνωσης των εναέριων γραμμών από κεραυνικό πλήγμα. Οι πιο πολλές εναέριες διατάξεις χρησιμοποιούν διάφορους τύπους μονωτικών υλικών ως κεραυνική προστασία όπως πορσελάνη, αέρας, ξύλο, πολυμερή, fiberglass τα οποία έχουν διαφορετική ισχύ. Το επίπεδο της μόνωσης διαμορφώνεται από τα επίπεδα βραχυκυκλωμάτων από κεραυνικά πλήγματα στις γραμμές διανομής. Μερικοί παράγοντες οι οποίοι τα επηρεάζουν είναι: Ατμοσφαιρικές συνθήκες καθώς και η πυκνότητα αέρα, ποσοστό υγρασίας, βροχόπτωση και ατμοσφαιρικής μόλυνσης. Πολικότητα και ρυθμός ανόδου της τάσης Διάφοροι φυσικοί παράγοντες όπως το σχήμα και η διαμόρφωση του μονωτήρα, το σχήμα της μεταλλικής διάταξης. Η έννοια του CFO που βασίζονται οι οδηγίες προσδιορίζεται ως το επίπεδο τάσης κατά το οποίο έχουμε 50% πιθανότητα βραχυκυκλώματος και 50% πιθανότητα αντοχής σε εργαστηριακές συνθήκες Ύστερα από πολλές εργαστηριακές έρευνες και μελέτες στις γραμμές διανομής χρησιμοποιούνται οι μονωτήρες πολυμερών και οι βραχίονες από fiberglass. Σύμφωνα με τις μελέτες αυτές όταν προστεθεί 1 m ξύλου ή fiberglass αναβαθμίζει κατά kV στην αντοχή της μόνωσης κατά των κεραυνικών πληγμάτων. Η μόνωση εναλλασσόμενου ρεύματος λαμβάνεται από το μονωτήρα καθώς ο ξύλινος ή fiberglass βραχίονας θεωρείται ως επιπλέον μονωτικό στοιχείο για την τάση του κεραυνού. Όταν κατά την διαδικασία πορείας του κεραυνικού πλήγματος στο έδαφος δεν συναντά ξύλινο ή fiberglass βραχίονα, αλλά δύο ή περισσότερους μονωτήρες στη σειρά τότε το CFO αυτών των συνδυαστικών μονωτήρων λαμβάνεται από μια σειρά διαφορετικών παραγόντων με ξεχωριστή ανάλυση. Η μέθοδος πρόσθετων CFO μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το υπολογισμό του συνολικού CFO μιας κατασκευής διανομής από: Υπολογισμό του συνολικού συνδυαστικού CFO, έχοντας γνώση της τιμής CFO των στοιχείων μόνωσης Προσδιορισμό της συμβολής του κάθε ξεχωριστού στοιχείου μόνωσης στο συνολικό συνδυαστικού CFO 54

55 Βασικά στοιχεία της συγκεκριμένης διαδικασίας είναι τα ενδεικτικά δεδομένα CFO της βασικής μόνωσης καθώς και σε ένα επιπρόσθετο σύνολο δεδομένων. Όταν εμπλέκονται δύο στοιχεία σε ένα σχηματισμό, το CFO του συνδυασμού είναι μικρότερης κλίμακας από το σύνολο των μεμονωμένων CFO. Η βασική μόνωση θεωρείται ο μονωτήρας. Η συνολική CFO τάση για δύο στοιχεία είναι : Όπου CFO total= κρίσιμη τάση βραχυκυκλώματος του κύριου στοιχείου CFO add.second= κρίσιμη τάση βραχυκυκλώματος που προστίθεται από το δεύτερο στοιχείο Εικόνα 6.1 : Κύρια Μόνωση (CFO insulator), CFO δεύτερων εξαρτημάτων ( CFO add.second), CFOτρίτων εξαρτημάτων ( CFO add.third) [16] Όσο αφορά τώρα τους ξύλινους πόλους και βραχίονες, έχουν την ικανότητα να αποτρέπουν την δημιουργία τόξου που προκαλείται από το κεραυνό και να το προλαμβάνουν από την πρόκληση βλάβης στην συχνότητα του ρεύματος. Εάν η ονομαστική τάση κατά μήκος του ξύλινου βραχίονα διατηρηθεί κάτω από ένα συγκεκριμένο επίπεδο, η πιθανότητα πρόκλησης βλάβης μειώνεται δραστικά. Οι βλάβες στους πόλους ή βραχίονες από κεραυνούς είναι σχετικά σπάνιες σύμφωνα με εμπειρικά δεδομένα, όμως σε ορισμένες περιοχές με υψηλή 55

56 συχνότητα κεραυνών μπορεί να προκαλέσει ανησυχία. παράγοντες που επηρεάζουν την πιθανότητα βλάβης από κεραυνό είναι η υγρασία και η ηλικία του ξύλου. Επίσης η καταστροφή και ο θρυμματισμός του ξύλου συμβαίνει όταν η βλάβη είναι εσωτερική στο ξύλο και όχι στην επιφάνεια του. Για την προστασία του ξύλου μια λύση είναι η χρήση επιφανειακών ηλεκτροδίων που προσαρμόζονται κοντά στην άκρη των μονωτήρων τα οποία μπορεί να είναι καλύμματα αγωγών, ταινίες, μεταλλικές προεκτάσεις προσαρμοσμένες κοντά στο μονωτήρα στη πιθανή κατεύθυνση του βραχυκυκλώματος. Επιπλέον μια ακόμη λύση είναι η σύνδεση των μονωτήρων που έχει ως απόρροια να βραχυκυκλώνεται ο ξύλινος βραχίονας. Αυτά τα μετρά που παίρνουμε βοηθούν ώστε να μειώνουμε επίσης την πιθανότητα για ανάφλεξη στην κορυφή του πόλου όπου προκαλούνται από διαρροές ρεύματος στις συνδέσεις μετάλλων με ξύλο. [16] [25] 6.4 Προστασία των γραμμών διανομής με αγωγό προστασίας (OHGW- OverheadGroundwire) Οι βασικές αρχές για την προστασία των εναέριων γραμμών διανομής από απευθείας κεραυνικό πλήγμα λαμβάνουν υπόψιν ότι : Η χρήση OHGW μπορεί να μειώσει το κίνδυνο διακοπών από κεραυνούς εάν η αγωγιμότητα του εδάφους είναι υψηλή. Η επιθυμητή τιμή της αντίστασης του εδάφους εξαρτάται από το CFO της γραμμής, και γενικότερα η αντίσταση κάθε πόλου πρέπει να είναι λιγότερο από CFO (kv) / (15kA) για να είναι 25% πιο αποτελεσματικό ενάντια στα ανάστροφα βραχυκυκλώματα από απευθείας κεραυνικά πλήγματα. Επίσης μειώνουν την πιθανότητα των απευθείας πληγμάτων στους αγωγούς φάσης αλλά αυξάνουν την πιθανότητα των ανάστροφων βραχυκυκλωμάτων. Η χρήση αλεξικέραυνων σε όλες τις φάσεις σε ένα τριφασικό σύστημα και εφαρμοσμένες στο ίδιο πόλο μπορεί να μειώσει την αναλογία των βραχυκυκλωμάτων από απευθείας κεραυνικά πλήγματα εάν γίνει σωστή επιλογή αυτών. Η απόσταση των οποίων δεν πρέπει να ξεπερνά από ένα ή δύο ανοίγματα πόλων Η χρήση και των δύο προστατευτικών μεθόδων παρέχει επιπλέον προστασία στις γραμμές διανομής. Τα αλεξικέραυνα περιορίζουν την κορυφή της τάσης και μειώνουν τα ανάστροφα βραχυκυκλώματα πιο αποτελεσματικά σε σύγκριση με την γείωση σε κάθε πόλο και οι OHGW κατευθύνουν το μεγαλύτερο ποσοστό της κεραυνικής ενέργειας μακριά από τους αγωγούς φάσεως και του εξοπλισμού 56

57 Οι προστατευτικοί αγωγοί παρέχουν αποτελεσματική προστασία μόνο εάν : Χρησιμοποιούνται πρακτικές σχεδίασης καλής μόνωσης για να παρέχεται ικανοποιητικό CFO ανάμεσα στο γειωμένο καθοδικό πόλο και τους αγωγούς φάσεως. Αποκτηθούν χαμηλές αντιστάσεις γείωσης. Για να μπορέσουμε να κάνουμε μια εκτίμηση των βραχυκυκλωμάτων που δημιουργούνται για τον σχεδιασμό ενός προστατευτικού αγωγού (OHGW) μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το πιο κάτω σχήμα : Εικόνα 6.2: Αριθμός των βραχυκυκλωμάτων από επαγόμενες τάσεις που δημιουργούνται προς το επίπεδο μόνωσης των γραμμών διανομής [Borghettietal.] [16] Για κυκλώματα διανομής με τρεις αγωγούς, η προσθήκη ενός προστατευτικού αγωγού θα μειώσει το αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται. Επειδή ο προστατευτικός αγωγός είναι γειωμένος, καταστέλλονται οι τάσεις στους αγωγούς φάσεως μέσω της χωρητικής σύζευξης. Όσο μικρότερη είναι η απόσταση μεταξύ των αγωγών φάσεων με τον προστατευτικό αγωγό, τόσο καλύτερη είναι η σύζευξη με αποτέλεσμα να προκαλούνται μικρότερες τάσεις. Προσθέτοντας ένα γειωμένο αγωγό κάτω από τους αγωγούς φάσης θα έχει τα ίδιο αποτέλεσμα με ένα εναέριο προστατευτικό αγωγό. Πολύ σημαντικό ρόλο παίζει και η γωνιά προστασίας έτσι ώστε να μπορέσουμε να εξασφαλίσουμε ότι όλα τα κεραυνικά πλήγματα θα καταλήξουν στον προστατευτικό αγωγό και όχι στους αγωγούς φάσεως, προτείνεται μια γωνία των 45 ο ή λιγότερο. Η οδηγία ισχύει μόνο για γραμμές ύψους μικρότερες από 15m με αποστάσεις μεταξύ αγωγών κάτω από 2m. Πιο υψηλές γραμμές διανομής χρειάζονται μικρότερες γωνίες προστασίας [ΙΕΕΕ Std ]. 57

58 Εικόνα 6.3 : Γωνία προστασίας προστατευτικού αγωγού (OHGW) [16] Επίσης σπουδαίο ρόλο στην αποτελεσματικότητα των προστατευτικών αγωγών διαδραματίζει η μόνωση που παρέχεται ανάμεσα στο γειωμένο αγωγό και τους αγωγούς φάσεως. Όταν ο γειωμένος αγωγός είναι σε επαφή με τον πόλο σε όλο το ύψος του είναι πολύ δύσκολο να υπάρχει επαρκής μόνωση. Στους ξύλινου στύλους είναι αναγκαίο να απομονωθεί ο γειωμένος πόλος από το στύλο κοντά στους μονωτήρες φάσης και τους βραχίονες με την βοήθεια ράβδων fiberglass ή οριζόντια στηρίγματα για να υπάρχει 30-60cm απόσταση από τον γειωμένο αγωγό και το στύλο. Το CFO από τον γειωμένο αγωγό στην κοντινότερη φάση είναι η ελάχιστη τιμή από τις άλλες πορείες Η γείωση επηρεάζει και αυτή με την σειρά της την αποτελεσματικότητα του προστατευτικού αγωγού επομένως οι αντιστάσεις του εδάφους πρέπει να είναι μικρότερες από 10Ω εάν το CFO είναι μικρότερο από 200kV. Εάν όμως το CFΟ είναι kv, τότε η αντίσταση γείωσης 40Ω θα παρουσιάσει την ίδια απόδοση. Δηλαδή θα πρέπει να γειώνεται σε κάθε στύλο ο προστατευτικός αγωγός για να έχουμε επαρκή αποτελέσματα. 58

59 Εικόνα 6.4 : Επίδραση της αντίστασης εδάφους σε ένα προστατευτικού αγωγού(ohgw) με CFO 175kV και 350kV [16] Επιπρόσθετα εξίσου σημαντικό παράγοντα παίζει η τοποθέτηση της κατασκευής του συστήματος διανομής γιατί όταν έχουμε τοποθετημένες τις γραμμές διανομής κάτω από τις γραμμές μεταφοράς, γίνονται πιο ευπαθείς σε ανάστροφα βραχυκυκλώματα. Ενώ όσο μεγαλύτερα σε ύψος και πλάτος είναι οι κατασκευές, τόσο μεγαλύτερη πιθανότητα έχουν να πληγούν από άμεσα κεραυνικά πλήγματα. Η πιθανότητα ενός ανάστροφου βραχυκυκλώματος στα κυκλώματα διανομής είναι πολύ πιο μεγάλη από ότι στα κυκλώματα μεταφοράς. Πρέπει να δοθεί μεγάλη προσοχή για να διατηρηθεί σε χαμηλά επίπεδα η αντίσταση γείωσης και σε υψηλά επίπεδα η μόνωση για να αποφευχθούν μεγάλες τιμές βραχυκυκλωμάτων στα κυκλώματα διανομής. Τέλος για να μπορέσουμε να εξαλείψουμε ένα μεγάλο τμήμα των πιθανών βραχυκυκλωμάτων, χρησιμοποιούμε αλεξικέραυνα σε κάθε στύλο και φάση σε συνδυασμό με ένα προστατευτικό αγωγό. Τα αλεξικέραυνα προστατεύουν την μόνωση από ανάστροφα βραχυκυκλώματα ενώ ο προστατευτικός αγωγός διοχετεύει το μεγαλύτερο ποσοστό του ρεύματος στη γη, για να μην επηρεαστούν τα αλεξικέραυνα από την μεγάλη ποσότητα ρεύματος εισόδου[16] [25] - 59

60 6.5 Προστασία γραμμών με αλεξικέραυνα Για την προστασία μόνωσης εξοπλισμών χρησιμοποιούνται τα αλεξικέραυνα διανομής. Σε κανονικές τάσεις λειτουργίας λειτουργούν σαν υψηλές αντιστάσεις ενώ σε κεραυνικές συνθήκες λειτουργούν ως χαμηλές αντιστάσεις οδηγώντας το ρεύμα στο έδαφος και περιορίζοντας την τάση της κατασκευής στο άθροισμα της τάσης εκ φόρτισης του αλεξικέραυνου συν το επαγωγικό ρεύμα στις γραμμές του αλεξικέραυνου και των γειωμένων αγωγών. Επιπρόσθετα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία της μόνωσης σε γραμμές διανομής μειώνοντας την ύπαρξη βραχυκυκλωμάτων και διακοπών στα κυκλώματα. Υπάρχουν πολλά είδη αλεξικέραυνων όπως με διάκενα, από καρβίδιο σιλικόνης, με ή χωρίς διάκενα από οξείδιο του μετάλλου έχοντας όλα την ίδια απόδοση [ΙΕΕΕ Std C ]. Στις περισσότερες περιπτώσεις επιλέγεται αλεξικέραυνο με το μικρότερο προστατευτικό επίπεδο για την προστασία του εξοπλισμού ενώ για την προστασία μόνωσης δεν είναι αναγκαίο αφού το προστατευτικό επίπεδο του αλεξικέραυνου είναι πολύ χαμηλότερο από το επίπεδο μόνωσης της γραμμής. Επειδή κανένα αλεξικέραυνο δεν μπορεί να αντέξει ένα απευθείας πλήγμα αλλά διαμοιράζοντας το σε παράλληλα αλεξικέραυνα είναι αποδοτικό και μπορεί να κρατήσει την διασκόρπιση της ενέργειας αυτής σε λογικά επίπεδα. Το μήκος των αγωγών σύνδεσης των αλεξικέραυνων επιδρά στην προστασία του εξοπλισμού. Πρέπει να διατηρούνται μικρά μήκη αγωγών και ευθείες συνδέσεις μεταξύ των αλεξικέραυνων και των αγωγών γης όσο το δυνατόν είναι εφικτό [ IEEE Std C περισσότερες πληροφορίες].όταν έχουμε εναέριο εξοπλισμό, το περιθώριο είναι αρκετά υψηλό καθώς επίσης και η μόνωση της γραμμής είναι μεγαλύτερη από το κανονικό BIL του εξοπλισμού. [16][25] Τα αλεξικέραυνα διανομής χωρίζονται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες ταξινόμησης ενέργειας στο παρακάτω πίνακα : Πίνακας 6.1 : Κατηγοριοποίηση των αλεξικέραυνων για σύστημα διανομής [16] 60

61 Κεφάλαιο 7 : Θεωρητικός και πραγματικός υπολογισμός μετρήσεων Με βάση τις οδηγίες της ΙΕΕΕ για την συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας υπολογίζουμε σε θεωρητικό επίπεδο τα σφάλματα που προκύπτουν σε περίπτωση κεραυνικού πλήγματος. Στην συνέχεια συγκρίνεται ο θεωρητικός υπολογισμός με τα πραγματικά δεδομένα από την βάση δεδομένων της ΑΗΚ.Τα σχήματα παρακάτω χρησιμοποιήθηκαν από την οδηγία της ΙΕΕΕ, IEEE - Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines, IEEE Std , IEEE Power & Energy Society. 7.1 Θεωρητική μεθοδολογία υπολογισμού σφαλμάτων Για τον υπολογισμό του συνολικού αριθμού σφαλμάτων από κεραυνούς σε γραμμές μεσαίας τάση ακολουθούμε μια μεθοδολογία στην οποία προσθέτουμε τον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων από άμεσα κεραυνικά πλήγματα, από έμμεσα κεραυνικά πλήγματα και βραχυκυκλώματα από ζημιές στο προστατευτικό εξοπλισμό. Τα στάδια στα οποία χωρίζεται είναι : 1. Ng : Εκτίμηση πυκνότητας κεραυνών περιοχής με την βοήθεια του ισοκεραυνικού χάρτη της Κύπρου και υπολογισμό των ημέρων καταιγίδας, στην περίπτωση μας τα στοιχεία τα βρήκαμε στην Μετεωρολογική Υπηρεσία Κύπρου. 2. Ν Εκτίμηση των κεραυνικών πληγμάτων σε απροστάτευτη γραμμή. 61

62 3. Sf Υπολογισμός του συντελεστή προστασίας της γραμμής. Όταν υπάρχουν γειτονικά δέντρα, ψηλά κτίρια ή άλλες γραμμές ο αριθμός των κεραυνικών πληγμάτων σε μια γραμμή μειώνεται δραστικά Σχήμα 6.1 : Απόσταση των αντικειμένων από την γραμμή διανομής (m) 4. Ns Υπολογισμός του αριθμού των βραχυκυκλωμάτων από άμεσα κεραυνικά πλήγματα στη γραμμή διανομής. 5. Ni Υπολογισμός του αριθμού των βραχυκυκλωμάτων από έμμεσα κεραυνικά πλήγματα στη γραμμή διανομής. Με βάση το πιο κάτω σχήμα και θεωρώντας το μικρότερο CFO path προσδιορίζεται ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων. Σχήμα 6.2 : Αριθμός βραχυκυκλωμάτων από επαγόμενη τάση έναντι του επιπέδου μόνωσης της γραμμής διανομής 62

63 Μπορούμε να προσδιορίσουμε το μικρότερο CFO path με βάση το πιο κάτω πίνακα για τις γραμμές διανομής 11kV όπου στην συγκεκριμένη περίπτωση που προκύπτει από πίνακες για την τυπική αντοχή σε κρουστική τάση κεραυνών. Στην συνέχεια ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων που προσδιορίζεται για ανοιχτό έδαφος και απροστάτευτη γραμμή, πολλαπλασιάζεται με την πυκνότητα των κεραυνών της συγκεκριμένης περιοχής που μελετάμε όπου στην περίπτωση που είναι όλη η ελεύθερη Κύπρος λόγο της πολυπλοκότητας των γραμμών. Σύμφωνα πάντα με την οδηγία της ΙΕΕΕ για τον υπολογισμό του αριθμού των έμμεσων βραχυκυκλωμάτων σε προστατευμένη γραμμή θεωρούμε ότι ο αριθμός αυτός βρίσκεται κάπου μεταξύ του αριθμού των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος και του αριθμού των άμεσων πληγμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Μέγιστη τάση λειτουργίας εξοπλισμού Um (kv), r.m.s τιμή Τυπική αντοχή σε μικρής διάρκειας εναλλασσόμενη τάση (kv), r.m.s. τιμή Τυπική αντοχή σε κρουστική τάση κεραυνών (kv), r.m.s. τιμή Πίνακας 7.1: Τυπικά επίπεδα μόνωσης για 11kV (IEC) 6. Np Εκτίμηση των σφαλμάτων που οφείλονται στην αστοχία των προστατευτικών διατάξεων. 7. Ν Εκτίμηση του συνολικού αριθμού των σφαλμάτων στην γραμμή διανομής. 8. Νtotal - Αναγωγή του συνολικού αριθμού σφαλμάτων ( 100 km / έτος ) στο πραγματικό μήκος της γραμμής που εξετάζουμε. 63

64 7.2 Θεωρητικός υπολογισμός σφαλμάτων γραμμής των 11kV ολόκληρου του συστήματος διανομής της ΑΗΚ Η γραμμές δεν προστατεύονται από αγωγούς προστασίας αλλά μόνο με αλεξικέραυνα τοποθετημένα στους μετασχηματιστές και σε διάφορες ενώσεις των γραμμών. Το συνολικό μήκος της γραμμής σύμφωνα με τα στοιχεία που μας παρείχε η ΑΗΚ είναι 1669,537 km. Με βάση τα στοιχεία από την Μετεωρολογική Υπηρεσία Κύπρου η εκτίμηση των ημερών καταιγίδας ανά έτος εκτιμάται : Για τον υπολογισμό της πυκνότητας κεραυνών στην Γη υπολογίζουμε με τον πιο κάτω τύπο: Η μέση τιμή για το ύψος της γραμμής είναι 12 m και το πλάτος είναι 2,5 m. Επομένως ο αριθμός σφαλμάτων που οφείλονται σε άμεσα πλήγματα κεραυνών,σε αθωράκιστη γραμμή υπολογίζεται από : Εν συνεχεία υπολογίζεται ο προστατευτικός παράγοντας Sf όλης της διάταξης από άμεσα κεραυνικά πλήγματα ( κτίρια, δέντρα, βουνά παρέχουν προστασία).στο παρακάτω σχήμα από τις οδηγίες ΙΕΕΕ υπολογίζουμε το συντελεστή προστασίας. Σχήμα 6.3 : Απόσταση των αντικειμένων από την γραμμή διανομής (m) 64

65 Σύμφωνα με τα δεδομένα που υπάρχουν προκύπτει ο συντελεστής προστασίας. Τα δεδομένα έχουν ως εξής: Μια μέση απόσταση 20 m από την κατασκευή Ύψος εμποδίων στην δεξιά πλευρά 10m Sf1=0.4 Ύψος εμποδίων στην αριστερή πλευρά 10m Sf2=0.4 Ο συνολικός αριθμός άμεσων πληγμάτων της γραμμής είναι: Το στάδιο που ακολουθεί είναι ο υπολογισμός των έμμεσων πληγμάτων από κεραυνικά πλήγματα στη γραμμή θεωρώντας το μικρότερο CFO path (150 kv) από το παρακάτω σχήμα. Σχήμα 6.4 : Αριθμός βραχυκυκλωμάτων από επαγόμενη τάση έναντι του επιπέδου μόνωσης της γραμμής διανομής. 65

66 Επομένως θεωρούμε ότι έχουμε 2 επαγόμενα βραχυκυκλώματα από το σχήμα και χρησιμοποιώντας την πυκνότητα των κεραυνών στην επιφάνεια της γης έχουμε: Επαγόμενα βραχυκυκλώματα Ο αριθμός άμεσων πληγμάτων μειώνεται όταν μια γραμμή είναι προστατευμένη αλλά αυξάνεται ο αριθμός των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε κοντινά σημεία της γραμμής διανομής. Επομένως θεωρούμε μια προσαύξηση της τάξεως του 80% λόγω του μεγάλου συντελεστή προστασίας στον αριθμό των επαγόμενων βραχυκυκλωμάτων σε ανοιχτό έδαφος. Np=0 (μηδενικά σφάλματα για κακή λειτουργία των προστατευτικών διατάξεων) Εφαρμόζοντας στο μήκος της γραμμής, 1669,537 km έχουμε: Ο μέσος όρος των πραγματικών βραχυκυκλωμάτων ανά έτος είναι : 66

67 7.3 Συγκριτικά Διαγράμματα Πραγματικά-Θεωρητικά Σφάλματα Μέσος Όρος Πραγματικά-Θεωρητικά Σφάλματα Πραγματικά 108,66 Θεωρητικά 311,46 Πραγματικά Θεωρητικά Γράφημα 10: Μέσος όρος σφαλμάτων ανά έτος Πραγματικό-Θεωρητικό Ο πραγματικός μέσος όρος ανά έτος των σφαλμάτων που προέρχονται από κεραυνικά πλήγματα σύμφωνα με τα στοιχειά της ΑΗΚ είναι 108. Μόνο το 2007 ο πραγματικός αριθμός ήταν πολύ μεγαλύτερος από το πραγματικό μέσο όρο με 158 σφάλματα Πραγματικά πραγματικός Μέσος όρος 108,66 Πραγματικά 2007 πραγματικός Μέσος όρος Γράφημα 11: Σφάλματα Πραγματικό 2007-Θεωρητικό ανά έτος 67