Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργαςία του Καλυμνιοφ Κωνςταντίνου Διπλωματοφχου Θλεκτρολόγου Μηχανικοφ και Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν Αρικμόσ Μθτρϊου:

Transcript

1 Διαημημαηικό Πρόγραμμα Μεηαπηστιακών Σποσδών «Καηανεμημένη ππάζινη ηλεκηπική ενέπγεια και οι πποηγμένερ δικηςακέρ ςποδομέρ για ηη διασείπιζη και ηην οικονομία ηηρ» Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργαςία του Καλυμνιοφ Κωνςταντίνου Διπλωματοφχου Θλεκτρολόγου Μηχανικοφ και Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν Αρικμόσ Μθτρϊου: Θζμα: ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΘ ΤΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΓΕΙΩΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΣΡΙΩΝ Επιβλζπων φμβουλοσ Κακθγθτισ: ΕΛΕΤΘΕΡΙΑ ΠΤΡΓΙΩΣΗ Αναπλθρώτρια Κακθγιτρια Αρικμόσ Διατριβισ: Ράτρα, 08/12/2017

2 2 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Πανεπιζηήμιο Παηπών, Σμήμα Ζλεκηπολόγων Μηχανικών και Τπολογιζηών 2016 Με ηην επιθύλαξη πανηόρ δικαιώμαηορ Σεχνολογίαρ Το ζύλοιο ηες εργαζίας αποηειεί πρφηόησπο έργο, παρατζέλ από ηολ Καισκληό Κφλζηαληίλο, θαη δελ παραβηάδεη δηθαηώκαηα ηρίηφλ θαζ οηολδήποηε ηρόπο. Αλ ε εργαζία περηέτεη σιηθό, ηο οποίο δελ έτεη παρατζεί από ηολ ίδηο ασηό είλαη εσδηάθρηηο θαη αλαθέρεηαη ρεηώς εληός ηοσ θεηκέλοσ ηες εργαζίας φς προχόλ εργαζίας ηρίηοσ, ζεκεηώλοληας κε παροκοίφς ζαθή ηρόπο ηα ζηοητεία ηασηοποίεζες ηοσ, ελώ παράιιεια βεβαηώλεη πφς ζηελ περίπηφζε τρήζες ασηούζηφλ γραθηθώλ αλαπαραζηάζεφλ, εηθόλφλ, γραθεκάηφλ θιπ., έτεη ιάβεη ηε τφρίς περηορηζκούς άδεηα ηοσ θαηότοσ ηφλ πκεσκαηηθώλ δηθαηφκάηφλ γηα ηελ ζσκπερίιευε θαη απαθόιοσζε δεκοζίεσζε ηοσ σιηθού ασηού.

3 ΠΙΣΟΠΟΙΘΘ Ριςτοποιείται ότι θ Μεταπτυχιακι Διπλωματικι Εργαςία με κζμα: ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΘ ΤΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΓΕΙΩΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΣΡΙΩΝ του κ. Καλυμνιοφ Κωνςταντίνου Διπλωματοφχου Θλεκτρολόγου Μθχανικοφ και Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν παρουςιάςτθκε δθμοςίωσ ςτο Τμιμα Θλεκτρολόγων Μθχανικϊν του Ρανεπιςτθμίου Ρατρϊν ςτισ 08/12/2016 και εξετάςτθκε και εγκρίκθκε από τθν ακόλουκθ Εξεταςτικι Επιτροπι: Ε. Ρυργιϊτθ, Κακθγθτισ Ρανεπιςτθμίου Ρατρϊν, Επιβλζπων Κακθγθτισ Ν. Βοβόσ, Κακθγθτισ Ρανεπιςτθμίου Ρατρϊν, Μζλοσ τριμελοφσ εξεταςτικισ επιτροπισ Α. Αλεξανδίδθσ, Κακθγθτισ Ρανεπιςτθμίου Ρατρϊν, Μζλοσ τριμελοφσ εξεταςτικισ επιτροπισ Ράτρα, 08/12/2015 Ο Επιβλζπων Σφμβουλοσ Κακθγθτισ Κακθγθτισ Ε. Ρυργιϊτθ Ο Διευκυντισ του ΔΜΔΕ Κακθγθτισ Ν. Βοβόσ

4 Ευχαριςτίεσ: Καταρχιν κζλω να ευχαριςτιςω τθν επιβλζπουςα κακθγιτρια κ. Ελευκερία Ρυργιϊτθ για τθν κακοδιγθςθ, τθ μεκοδικότθτακαι τισ ςυμβουλζσ τθσ ςε ότι αφορά τθν εκπόνθςθ τθσ παροφςασ εργαςίασ. Επίςθσ κα ικελα να ευχαριςτιςω τουσ γονείσ μου τόςο για τθν υλικι, όςο και για τθν ψυχολογικι ςτιριξθ που μου παρείχαν κατά τθ διάρκεια τθσ μακθτικισ και φοιτθτικισ μου ηωισ κακϊσ και τουσ φίλουσ και ςυμφοιτθτζσ μου που με βοικθςαν μζςα από τθν ςυνφπαρξθ, τα εργαςτιρια, τισ ομαδικζσ εργαςίεσ και τθ ςυλλογικι μελζτθ όχι απλά να γίνω καλφτεροσ μθχανικόσ αλλα και καλφτεροσ άνκρωποσ.

5 12 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΠΡΟΛΟΓΟ Αντικείμενο αυτισ τθσ εργαςίασ είναι θ είναι θ εξομοίωςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ του πλζγματοσ γείωςθσ και του πφργου ςτιριξθσ μιασ ανεμογεννιτριασ 2MW εντόσ ενόσ αιολικοφ πάρκου. Σκοπόσ τθσ είναι θ επιλογι του κατάλλθλου μοντζλου που κα προςομοιϊςει τον πφργο ςτιριξθσ και το πλζγμα γείωςθσ λαμβάνοντασ υπόψθ το φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ, και ζτςι μζςω του προγράμματοσ εξομοίωςθσ ATP-EMTP, γίνεται θ εξομοίωςθ, απ όπου λαμβάνονται τα αποτελζςματα υπό μορφι γραφθμάτων και μελετάται θ μεταβατικι ςυμπεριφορά του ςυςτιματοσ γείωςθσ ςτισ περιπτϊςεισ πλιγματοσ κεραυνοφ. Επίςθσ ενςωματϊνεται ςτο ιςοδφναμο και θ κυκλωματικι αναπαράςταςθ του ανκρϊπου για να εξετάςουμε το πωσ επθρεάηεται από ενδεχόμενο κεραυνικό πλιγμα ςτθν χειρότερθ των περιπτϊςεων, δθλαδι χωρίσ να λαμβάνει χϊρα το φαινόμενο του ιονιςμοφ του εδάφουσ.

6 Τίτλοσ : ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΘ ΤΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΓΕΙΩΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΣΡΙΩΝ Φοιτθτισ: ΚΑΛΥΜΝΙΟΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Επιβλζπουςα: ΕΛΕΥΘΕΙΑ ΡΥΓΙΩΤΘ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Γείωςθ είναι θ αγϊγιμθ ςφνδεςθ ενόσ ςθμείου κάποιου κυκλϊματοσ ι ενόσ μθρευματοφόρου μεταλλικοφ αντικειμζνου μιασ εγκατάςταςθσ με το ζδαφοσ, με ςκοπό να αποκτιςουν το ίδιο δυναμικό με τθ γθ, το οποίο κεωρείται -κατά ςφμβαςθ- ίςο με μθδζν. Σκοπόσ του ςυςτιματοσ γείωςθσ είναι να επιτυγχάνει τθν απαγωγι και διάχυςθ του κεραυνικοφ ρεφματοσ ι ρευμάτων βραχυκφκλωςθσ μζςα ςτθ γθ, με ταχφτθτα και αςφάλεια, χωρίσ να δθμιουργοφνται επικίνδυνεσ υπερτάςεισ ςτον περιβάλλοντα χϊρο, που δφνανται να πλιξουν τον άνκρωπο, κακϊσ και να προκαλζςουν ανεπανόρκωτεσ βλάβεσ ςτον εξοπλιςμό. Θ απόδοςθ των ςυςτθμάτων γείωςθσ που υπόκεινται ςε κρουςτικά ρεφματα διαδραματίηει ςθμαντικό ρόλο ςτθν αςφαλι και αξιόπιςτθ λειτουργία ενόσ ςυςτιματοσ θλεκτρικισ ενζργειασ. Θ ςυμπεριφορά τθσ αντικεραυνικισ προςταςίασ των ανεμογεννθτριϊν, ςχετίηεται με τα κρουςτικά χαρακτθριςτικά των διατάξεων γείωςθσ. Ρροκειμζνου να επιτευχκεί θ ορκι ςχεδίαςθ του θλεκτρικοφ ςυςτιματοσ, ςε ότι αφορά τθν προςταςία των εγκαταςτάςεων ζναντι ανϊμαλων γεγονότων, είναι κεμελιϊδεσ και απολφτωσ απαραίτθτο να προβλεφκεί θ μεταβατικι ςυμπεριφορά ενόσ ςυςτιματοσ γείωςθσ, υπό τθν επίδραςθ κρουςτικϊν κεραυνικϊν ρευμάτων, ι ρευμάτων ςφάλματοσ. Αντικείμενο αυτισ τθσ εργαςίασ είναι θ εξομοίωςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ του πλζγματοσ γείωςθσ μιασ ανεμογεννθτριασ 2MW. Σκοπόσ τθσ είναι θ επιλογι του κατάλλθλου μοντζλου που κα προςομοιϊςει τον πφργο ςτιριξθσ και το πλζγμα λαμβάνοντασ υπόψθ το φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ, και μζςω του προγράμματοσ εξομοίωςθσ ATP-EMTP, γίνεται θ εξομοίωςθ, απ όπου λαμβάνονται τα αποτελζςματα υπό μορφι γραφθμάτων και μελετάται θ μεταβατικι ςυμπεριφορά του ςυςτιματοσ γείωςθσ ςτισ περιπτϊςεισ πλιγματοσ κεραυνοφ. Στθ ςυνζχεια γίνεται μια ςφντομθ περιγραφι των κεμάτων κακενόσ κεφαλαίου. Στο Πρϊτο Κεφάλαιο γίνεται μια ειςαγωγι ςτθν ζννοια τθσ γείωςθσ, θ εξοικείωςθ του αναγνϊςτθ με βαςικοφσ οριςμοφσ, αναφζρονται τα είδθ και οι μζκοδοι

7 14 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ γείωςθσ, κακϊσ επίςθσ οι τφποι των θλεκτροδίων και οι βαςικζσ διατάξεισ γείωςθσ όπωσ προκφπτουν από τουσ διεκνείσ κανονιςμοφσ και τα ελλθνικά πρότυπα. Στο Δεφτερο Κεφάλαιο παρουςιάηονται τα κφρια χαρακτθριςτικά μεγζκθ που ςχετίηονται με τθν απόκριςθ ενόσ ςυςτιματοσ γείωςθσ, τα οποία δεν είναι άλλα από τθν αντίςταςθ γείωςθσ, τθν ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ, τθν κρουςτικι ςφνκετθ αντίςταςθ και τθν κρίςιμθ ζνταςθ του θλεκτρικοφ πεδίου. Στο Σρίτο Κεφάλαιο γίνεται μια εκτενισ αναφορά ςτο φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ, αναλφοντασ τουσ μθχανιςμοφσ διάςπαςθσ του εδάφουσ κακϊσ και τα μοντζλα βάςει των οποίων μοντελοποιείται το φαινόμενο. Στο Σζταρτο Κεφάλαιο παρουςιάηονται τα μοντζλα ςτα οποία βαςιηόταν αρχικά θ προςομοίωςθ των θλεκτροδίων γείωςθσ, και ςτθ ςυνζχεια γίνεται αναςκόπθςθ ςτθ βιβλιογραφία και ςε δθμοςιεφςεισ διαφόρων ερευνθτϊν. Ζπειτα αναφζρονται τα επικρατζςτερα μοντζλα και οι αναλυτικζσ μζκοδοι που χρθςιμοποιοφνται ςιμερα για τθν προςομοίωςθ των ςυςτθμάτων γείωςθσ. Επίςθσ για κακζνα από τα μοντζλα αναφζρονται τα πλεονεκτιματα και μειονεκτιματα ςε ςχζςθ με τα υπόλοιπα μοντζλα. Στο Πζμπτο Κεφάλαιο γίνεται μια ςφντομθ παρουςίαςθ του προγράμματοσ εξομοίωςθσ ATP-EMTP, δίνοντασ ιδιαίτερθ ςθμαςία ςτισ εφαρμογζσ που χρθςιμοποιοφνται ςτθν παροφςα εργαςία. Στο Ζκτο Κεφάλαιο επιλζγεται το μοντζλο προςομοίωςθσ, παρατίκενται τα ςτοιχεία του πφργου ςτιριξθσ και του πλζγματοσ γείωςθσ τθσ ανεμογεννιτριασ, και ακολουκεί θ εξομοίωςθ του. Επίςθσ παρουςιάηεται θ ιςοδφναμθ ςφνκετθ αντίςταςθ του άνκρωπου. Στο Ζβδομο Κεφάλαιο λαμβάνονται τα αποτελζςματα τθσ εξομοίωςθσ υπό μορφι γραφθμάτων, ςε περίπτωςθ κεραυνικοφ πλιγματοσ ςτο πφργο, ςτο κτιριο εργαςίασ του προςωπικοφ και ςτθν ειςοδο του πάρκου. Επιλζγονται κεραυνικά πλιγματα με διαφορετικζσ τιμζσ ρευμάτων ςτα 50kA και 5kA, κακϊσ και διαφορετικοί χρόνοι μετϊπου και ουράσ.(1.2μs/50μs και 50μs/350μs). Επίςθσ ενςωματϊνεται ςτο ιςοδφναμο και θ κυκλωματικι αναπαράςταςθ του ανκρϊπου για να εξετάςουμε το πωσ επθρεάηεται από ενδεχόμενο κεραυνικό πλιγμα ςτθν χειρότερθ των περιπτϊςεων, δθλαδι χωρίσ να λαμβάνει χωρα το φαινόμενο του ιονιςμοφ του εδάφουσ. Εν ςυνεχεία ςχολιάηονται και ςτο τζλοσ παρατίκενται οι παρατθριςεισ και τα ςυμπεράςματα. Σφμφωνα με τα αποτελζςματα που προκφπτουν, εξάγεται το ςυμπζραςμα ότι το πλζγμα τθσ ανεμογεννιτριασ είναι άρτια ςχεδιαςμζνο ϊςτε να μπορεί να

8 εγγυθκεί μια αξιόπιςτθ και αςφαλι λειτουργία για τον εξοπλιςμό, προτζινονται βελτιϊςεισ για τθν καλφτερθ αςφάλεια του ανκρϊπου. Αναφορικά με τον ςχεδιαςμό του ςυςτιματοσ, γίνεται ςαφζσ ότι όςο πιο πυκνό είναι το πλζγμα γείωςθσ, τόςο περιςςότερο περιορίηεται θ ανφψωςθ δυναμικοφ ςτα ςθμεία ζγχυςθσ του ρεφματοσ κεραυνοφ κακϊσ και ςτα γειτονικά ςθμεία. Επίςθσ θ παρουςία των κακετων θλεκτροδίων μειϊνει αιςκθτά τθν τάςθ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ. Αυτό φαίνεται εάν ςυγκρικεί το γράφθμα για αναπτυςςόμενθ ταςθ ςε απόςταςθ 3.5m, όπου ο κεραυνόσ 50kA 1,2/50μs πλιττει το Ρφργο χωρίσ παρουςία κάκετθσ ράβδου (V p =400 V), με το αντίςτοιχο γράφθμα όπου ο κεραυνόσ πλιττει τον Ρφργο με παρουςία κάκετθσ ράβδου (V p =240V) (χιμα Α1-Α2). Το φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ κάνει αιςκθτι τθν παρουςία του κατά τισ μεταβατικζσ καταςτάςεισ, γι αυτό και πρζπει να λαμβάνεται υπόψθ ςτθν εξομοίωςθ του ςυςτιματοσ γείωςθσ, αφοφ επθρεάηει τθν τιμι τθσ κάκετθσ ωσ προσ τθ γθ χωρθτικότθτασ και αγωγιμότθτασ. Ωσ εκ τοφτου αυξάνονται νοθτά οι διαςτάςεισ των αγωγϊν και ζτςι μειϊνεται θ αντίςταςθ γείωςθσ και περιορίηεται θ ανφψωςθ δυναμικοφ. Αξιοςθμείωτο είναι το γεγονόσ ότι θ μζγιςτθ τιμι τθσ τάςθσ ανζρχεται ςτα 3.1MV ςτο ςθμείο ζγχυςθσ δθλαδι το άνω τμιμα του πφργου ςτιριξθσ, θ οποία τείνει ςτο μθδζν για απόςταςθ μεγαλφτερθ των 10m (χιμα Α3-A4). Α1: Αναπτυςςόμενη ταςη ςε απόςταςη 3,5m Α2: Αναπτυςςόμενη ταςη ςε απόςταςη 3,5m χωρίσ παρουςία κάθετησ ράβδου με παρουςία κάθετησ ράβδου Α3: Αναπτυςςόμενη ταςη ςτο άνω τμήμα Α4: Αναπτυςςόμενη ταςη ςε απομακρυςμζνο του Πφργου κόμβο ςτα 10.7m

9 TITLE:TRANSIENT BEHAVIOR OF WINDTURBINE GROUND SYSTEM STUDENT: KALYMNIOS KONSTANTINOS SUPERVISOR: PYRGIOTI ELEFTHERIA ABSTRACT Grounding is the conductive connection of a circuit s point, or of a non-current carrying metallic object of an installation to the ground, in order to obtain the same potential as the earth, which is, by convention, equal to zero. The purpose of the grounding system is to successfully carry off and diffuse the lightning current or short-circuit currents into the earth, quickly and safely, without causing dangerous overvoltages in the surrounding area, which can affect humans, and cause irreparable damages to the equipment. The performance of grounding systems subjected to impulse currents, play an important role in safe and reliable operation of a power system. The behavior of lightning protection of wind turbines is associated with impact characteristics of grounding arrangements. In order to achieve the proper design of the electrical power system, as regards the protection of installations against anomalous events, it is essential and absolutely necessary to predict the transient behavior of a grounding system under the influence of lightning current surge, or fault currents. The subject of this study is to simulate the transient behavior of the grounding grid of a 2MW wind turbine. It s aim is the selection of an appropriate model to simulate the tower and the grid, taking into account the effect of soil ionization, and simulation takes place using the simulation program ATP-EMTP, whence results are obtained in graphical form, and the transient behavior of the grounding system is studied in the case of a lightning strike. Afterwards there is a brief description of each chapter topics. In the First Chapter there is an introduction to the meaning of grounding, the reader is acquainted with basic definitions, the types and the methods of grounding are mentioned, as well as the types of electrodes and the basic grounding rules as they derived from international regulations and Greek standards. In the Second Chapter, the main features items related to the response of a grounding system are presented, which are the ground resistance, the soil

10 resistivity, the impulse impedance and the critical electric field strength. In the Third Chapter, a comprehensive reference to the phenomenon of soil ionization takes place, analyzing the mechanisms of soil breakdown, as well as the models on which the phenomenon modeling is based. In the Fourth Chapter, the models which the simulation of grounding electrodes was originally based on are presented, and then there is a review in the literature and in publications of various researchers. Afterwards, the prevailing models and the analytical methods that are currently used to simulate grounding systems are mentioned. Also, for each of the models, advantages and disadvantages are reported in comparison with the rest models. In the Fifth Chapter, a brief presentation of the simulation program ATP-EMTP is carried out, emphasizing on the applications that are used in this study. In the Sixth Chapter, the simulation model is selected, the details of the tower and the grounding grid of the wind turbine are given, and its simulation follows. In the Seventh Chapter, the results of the simulation are obtained in graphical form, in the case of a lightning strike on the tower, the personnel building and the park s entrance. Selected lightning strikes are chosen, with different currents values of 50kA and 5kA, and different front and tail times. (1.2ms / 50ms and 50ms / 350ms).The equivalent circuit of human is also incorporated to exam how he is affected by a possible lightning strike in the worst cases, which take place without the effect of the ionization of the soil. Then results are discussed, and finally observations and conclusions are quoted. According to the results, it is concluded that the grid of this wind turbine is well designed and can guarantee the reliable and safe operation of the equipment, suggested improvements for better human safety are also proposed. Regarding the system design, it is become clear that the more concentrated is the grounding grid, the more limited is the potential rise in the lightning current injection point and the surrounding area. The presence of a vertical electrode reduces substantially the voltage at the injection point. This appears if someone compares the graph where the lightning of 50kA 1,2/50μs, strikes the tower without the presence of the vertical rod (V p =400V), with the corresponding graph that the lighting strikes pillar with the presence of the vertical rod (V p =240kV) at a distance of 3.5m (Figure A1-A2). The soil ionization effect is strongly presented during the transients, so it should be taken into account in the simulation of the grounding system, since it affects the value of the shunt capacitance and conductivity. Therefore, dimensions of the conductors are conceivably increased, so the potential rise is limited as result of the reduction of the grounding resistance.

11 12 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ It is noteworthy that the maximum voltage is 3.1MV at the injection point(the upper point of the tower), which tends to zero for a distance of 10m (Figure A3-A4). Α1: Voltage at site, distance 3,5m Α2: Voltage at site, distance 3,5m without the presence of vertical rod with the presence of vertical rod Α3: Voltage at site, upper tower Α4: Voltage at site, distant node at 10.7m

12 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 1 Περιεχόμενα ΡΙΝΑΚΑΣ ΟΟΛΟΓΙΑΣ... 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : ΟΙΣΜΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΓΕΙΩΣΘ - ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΕΙΔΘ ΓΕΙΩΣΘΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΕΙΩΣΘΣ ΤΥΡΟΙ ΘΛΕΚΤΟΔΙΩΝ ΓΕΙΩΣΘΣ ΓΕΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΓΕΙΩΣΘΣ ΔΙΑΤΑΞΘ ΤΥΡΟΥ Α ΔΙΑΤΑΞΘ ΤΥΡΟΥ Β ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : ΧΑΑΚΤΘΙΣΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΘ ΑΝΤΙΣΤΑΣΘ ΓΕΙΩΣΘΣ ΕΙΔΙΚΘ ΑΝΤΙΣΤΑΣΘ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΚΟΥΣΤΙΚΘ ΣΥΝΘΕΤΘ ΑΝΤΙΣΤΑΣΘ ΚΙΣΙΜΘ ΕΝΤΑΣΘ ΘΛΕΚΤΙΚΟΥ ΡΕΔΙΟΥ ( Ε 0 ι E cr ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΙΟΝΙΣΜΟΥ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΜΘΧΑΝΙΣΜΟΙ ΔΙΑΣΡΑΣΘΣ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΘΕΜΙΚΟΣ ΜΘΧΑΝΙΣΜΟΣ ΔΙΑΣΡΑΣΘΣ ΜΘΧΑΝΙΣΜΟΣ ΙΟΝΙΣΜΟΥ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΜΟΝΤΕΛΑ ΙΟΝΙΣΜΟΥ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΜΟΝΤΕΛΟ ΘΛΕΚΤΟΔΙΟΥ ΑΥΞΘΜΕΝΩΝ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ ΜΟΝΤΕΛΟ ΜΕΤΑΒΛΘΤΘΣ ΕΙΔΙΚΘΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΘΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΜΟΝΤΕΛΑ ΣΥΣΤΘΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΘΣ ΡΩΤΟΕΜΦΑΝΙΗΟΜΕΝΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΘΛΕΚΤΟΔΙΩΝ ΓΕΙΩΣΘΣ ΑΝΑΛΥΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΕΜΡΕΙΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΞΕΛΙΞΘ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΣΥΣΤΘΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΘΣ - ΑΙΘΜΘΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΥΚΛΩΜΑΤΙΚΘ ΡΟΣΕΓΓΙΣΘ ΡΟΣΕΓΓΙΣΘ ΘΛΕΚΤΟΜΑΓΝΘΤΙΚΟΥ ΡΕΔΙΟΥ ΡΟΣΕΓΓΙΣΘ ΓΑΜΜΘΣ ΜΕΤΑΦΟΑΣ ΙΣΟΔΥΝΑΜΘ ΣΥΝΘΕΤΘ ΑΝΤΙΣΤΑΣΘ ΑΝΘΩΡΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΤΟ ΡΟΓΑΜΜΑ ΡΟΣΟΜΟΙΩΣΘΣ ATP EMTP ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟ ATP EMTP [30]... 53

13 2 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΡΕΙΒΑΛΛΟΝ ATPDraw ΡΕΙΒΑΛΛΟΝ PlotXY - PlotXWin ΜΙΑ ΣΥΝΤΟΜΘ ΑΝΑΦΟΑ ΣΤΘΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΛΥΣΘΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΕΡΙΛΟΓΘ ΜΟΝΤΕΛΟΥ, ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΡΛΕΓΜΑΤΟΣ, ΡΟΣΟΜΟΙΩΣΘ ΕΡΙΛΟΓΘ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΓΕΙΩΣΘΣ ΕΡΙΛΟΓΘ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΓΙΑ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΑΝΘΩΡΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΡΛΕΓΜΑΤΟΣ ΥΡΟΣΤΑΘΜΟΥ ΚΟΥΣΤΙΚΟ ΕΥΜΑ ΚΕΑΥΝΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΡΟΙΘΜΕΝΟΥ ΡΛΕΓΜΑΤΟΣ ΓΕΙΩΣΘΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΡΙΛΕΓΜΕΝΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΡΟΙΘΜΕΝΟΥ ΡΥΓΟΥ ΣΤΘΙΞΘΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΑΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΡΙΛΕΓΜΕΝΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΡΟΙΘΜΕΝΟΥ ΥΡΟΡΛΕΓΜΑΤΟΣ ΓΕΙΩΣΘΣ ΓΙΑ Ι m =5kA ΡΟΣΘΘΚΘ ΙΣΟΔΥΝΑΜΘΣ ΣΥΝΘΕΤΘΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΘΣ ΑΝΘΩΡΟΥ ΣΤΟ ΕΡΙΛΕΓΜΕΝΟΥ ΥΡΟΡΛΕΓΜΑ ΓΕΙΩΣΘΣ ΓΙΑ Ι m =5kA ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΑΝΘΩΡΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΑΡΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑΕΞΟΜΟΙΩΣΘΣ ΑΡΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΞΟΜΟΙΩΣΘΣ ΡΕΙΡΤΩΣΘ ΡΛΘΓΜΑΤΟΣ ΚΕΑΥΝΟΥ Im=50kA ΡΕΙΡΤΩΣΘ ΡΛΘΓΜΑΤΟΣ ΚΕΑΥΝΟΥ I m =5kA ΣΤΟ ΚΤΘΙΟ ΕΓΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΡΟΣΩΡΙΚΟΥ ΡΕΙΡΤΩΣΘ ΡΛΘΓΜΑΤΟΣ ΚΕΑΥΝΟΥ I m =5kA ΜΕ ΡΑΟΥΣΙΑ ΑΝΘΩΡΟΥ ΣΥΜΡΕΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΑΦΙΑ ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΘ, ΣΥΝΕΙΣΦΟΑ ΤΘΣ ΔΙΑΤΙΒΘΣ, ΡΟΟΡΤΙΚΕΣ ΣΥΝΕΧΙΣΘΣ ΤΘΣ Ραράρτθμα

14 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 3 ΠΙΝΑΚΑ ΟΡΟΛΟΓΙΑ Κατϋαρχθν, κρίνεται ςκόπιμθ θ παράκεςθ κάποιων βαςικϊν εννοιϊν που χρθςιμοποιοφνται κατά τθν ανάπτυξθ τθσ διπλωματικισ εργαςίασ, προσ εξοικείωςθ του αναγνϊςτθ. Ωσ γνϊμονασ για τθν ορολογία, χρθςιμοποιικθκε το πρότυπο ANSI/IEEE Std *1+, το οποίο είναι ζνασ οδθγόσ για αςφαλι γείωςθ υποςτακμϊν εναλλαςςόμενθσ τάςθσ. ΓΔΗΧΖ Θ αγϊγιμθ ςφνδεςθ, ςκόπιμθ ι τυχαία, μζςω τθσ οποίασ ζνα θλεκτρικό κφκλωμα ι μια ςυςκευι ςυνδζεται με τθ γθ ι με αγϊγιμο ςϊμα τζτοιασ ζκταςθσ που να κεωρείται γθ.*6] ΠΛΔΓΜΑ ΓΔΗΧΖ Ζνα ςφςτθμα οριηόντιων θλεκτροδίων τοποκετθμζνο ςυνικωσ ς ζνα ςυγκεκριμζνο χϊρο, που αποτελείται από ζναν αρικμό διαςυνδεδεμζνων, γυμνϊν αγωγϊν καμμζνων ςτθ γθ, παρζχοντασ μια κοινι γείωςθ για τισ θλεκτρικζσ ςυςκευζσ ι τισ μεταλλικζσ καταςκευζσ. *1+ ΖΛΔΚΣΡΟΓΗΟ ΓΔΗΧΖ Ζνασ αγωγόσ τοποκετθμζνοσ ςτθ γθ, που χρθςιμοποιείται για ςυλλογι, κακϊσ και για διάχυςθ των ρευμάτων ςφάλματοσ ςτθ γθ. *1+ ΡΑΒΓΟΗ ΓΔΗΧΖ Αγϊγιμεσ ράβδοι, καμμζνεσ κατακόρυφα ςτο ζδαφοσ, που ςυνδζονται ςε περιμετρικά ςυνικωσ ςθμεία του πλζγματοσ, αλλά και ςε επιλεγμζνα ςθμεία ςτο εςωτερικό ανάλογα με τθ μελζτθ, και ζχουν ςκοπό τθ μείωςθ τθσ αντίςταςθσ γείωςθσ. *1+ ΑΠΔΗΡΖ ΓΖ Είναι ζνα ςθμείο ςτθν επιφάνεια του εδάφουσ ςε άπειρθ απόςταςθ από το γειωτι. Λαμβάνεται ςαν ςθμείο αναφοράσ των δυναμικϊν. Θ τάςθ τθσ άπειρθσ γθσ κεωρείται μθδενικι. Για πρακτικοφσ ςκοποφσ θ «άπειρθ απόςταςθ» είναι 5-10 φορζσ επί τθν μεγαλφτερθ διάςταςθ του γειωτι. ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΗΚΖ ΓΔΗΧΖ Είναι θ γείωςθ που δεν επιτρζπει τθν εμφάνιςθ βθματικϊν τάςεων ι τάςεων επαφισ, ςτον τόπο που είναι εγκατεςτθμζνθ.

15 4 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΟΤΓΔΣΔΡΧΖ Είναι θ αγϊγιμθ ςφνδεςθ των μεταλλικϊν περιβλθμάτων των ςυςκευϊν με τον ουδζτερο αγωγό του δικτφου.*4] ΑΝΣΗΣΑΖ ΓΔΗΧΖ (Rg) Είναι θ αντίςταςθ προσ τθν άπειρθ γθ, ενόσ θλεκτροδίου ι ενόσ ςυςτιματοσ γείωςθσ. DC ΤΝΗΣΧΑ Θ διαφορά μεταξφ του ςυμμετρικοφ ρεφματοσ ςφάλματοσ και του ςυνολικοφ ρεφματοσ κατά τθν μεταβατικι κατάςταςθ. Ρρόκειται για ζναν παράγοντα ςτακερισ πολικότθτασ -κετικισ ι αρνθτικισ-, που ελαττϊνεται και τείνει ςε μια προκακοριςμζνθ τελικι τιμι. ΠΟΛΤΣΡΧΜΑΣΗΚΖ ΓΟΜΖ ΣΟΤ ΔΓΑΦΟΤ Ζδαφοσ ανομοιογενοφσ ςφςταςθσ που ομογενοποιείται με τουλάχιςτον δφο οριηόντια ι κατακόρυφα ςτρϊματα, κακζνα από τα οποία ζχει διαφορετικι ειδικι αντίςταςθ. ΛΟΓΟ X/R Είναι ο λόγοσ τθσ αντίδραςθσ του ςυςτιματοσ ωσ προσ τθν αντίςταςι του. Δείχνει επίςθσ το βακμό εξαςκζνθςθσ τθσ dc ςυνιςτϊςασ, δθλαδι για μεγάλο λόγο X/R, μεγαλϊνει θ χρονικι ςτακερά και κατά ςυνζπεια ζχουμε πιο αργι εξαςκζνθςθ.*1+ ΤΝΣΔΛΔΣΖ ΔΞΑΘΔΝΖΖ (Df) Συντελεςτισ που προςδιορίηει το ενεργό ιςοδφναμο του μθ ςυμμετρικοφ ρεφματοσ ςφάλματοσ για μια δεδομζνθ διάρκεια ςφάλματοσ t f, εκφράηοντασ τθν επίδραςθ τθσ παρουςίασ dc offset ςτο ρεφμα ςφάλματοσ και τθ μείωςι του με τθν πάροδο του χρόνου. Επίςθσ είναι απαραίτθτοσ για τον υπολογιςμό τθσ μελζτθσ αςφαλείασ ενόσ ςυςτιματοσ γείωςθσ. ΤΜΜΔΣΡΗΚΟ ΡΔΤΜΑ ΦΑΛΜΑΣΟ (If) Είναι θ μζγιςτθ ενεργόσ τιμι του ρεφματοσ ςφάλματοσ, τθν ςτιγμι ακριβϊσ που ξεκινά το ςφάλμα, και για ςφάλμα φάςθσ - γθσ ςυμβολίηεται ωσ ακολοφκωσ: *1+ I f (0 + )=3. I 0

16 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 5 όπου Ι 0 θ ενεργόσ τιμι του ρεφματοσ μθδενικισ ακολουκίασ αμζςωσ μετά τθν ζναρξθ του ςφάλματοσ, και ςυμβολίηεται ζτςι διότι ςτθ ςυγκεκριμζνθ περίπτωςθ το αρχικό ςυμμετρικό ρεφμα ςφάλματοσ αναμζνεται να παραμείνει ςτακερό. ΔΝΔΡΓΟ ΜΖ ΤΜΜΔΣΡΗΚΟ ΡΔΤΜΑ ΦΑΛΜΑΣΟ (IF ) Το γινόμενο τθσ ενεργοφ τιμισ του ςυμμετρικοφ ρεφματοσ ςφάλματοσ (I f ) επί τον ςυντελεςτι εξαςκζνθςθσ (D f ).[1] I f = D f I f ΤΜΜΔΣΡΗΚΟ ΡΔΤΜΑ ΠΛΔΓΜΑΣΟ (Ig) Είναι εκείνο το τμιμα του ςυμμετρικοφ ρεφματοσ ςφάλματοσ γείωςθσ, που ρζει μεταξφ του πλζγματοσ γείωςθσ και τθ γθσ, και δίνεται από τον τφπο:*1+ I g = S f I f Ππου S f ο παράγοντασ διαίρεςθσ του ρεφματοσ ςφάλματοσ. ΜΔΓΗΣΟ ΡΔΤΜΑ ΠΛΔΓΜΑΣΟ (IG ) Ζνασ καταςκευαςτικόσ όροσ για το μζγιςτο ρεφμα πλζγματοσ, που προκφπτει από το γινόμενο του ςυντελεςτι εξαςκζνθςθσ (D f ) επί τθν ενεργό τιμι του ςυμμετρικοφ ρεφματοσ πλζγματοσ, όπωσ φαίνεται παρακάτω:*1+ I G = D f I g ΑΝΤΦΧΖ ΓΤΝΑΜΗΚΟΤ ΓΖ (GRP) Είναι το μζγιςτο θλεκτρικό δυναμικό που αποκτά το πλζγμα γείωςθσ ενόσ υποςτακμοφ ωσ προσ ζνα απομακρυςμζνο ςθμείο που κεωρείται άπειρθ γθ, και προκφπτει από το γινόμενο του μζγιςτου ρεφματοσ πλζγματοσ επί τθν αντίςταςθ γείωςθσ όπωσ φαίνεται ςτθ ςυνζχεια:*1+ GPR = I G R g Σε κανονικζσ ςυνκικεσ, θ τιμι του δυναμικοφ είναι κοντά ςτο μθδζν. Σε περίπτωςθ ςφάλματοσ όμωσ προσ γθ, το τμιμα του ρεφματοσ που άγει το πλζγμα γείωςθσ ενόσ υποςτακμοφ προσ τθ γθ, προκαλεί τθν ανφψωςθ του δυναμικοφ αυτοφ.*1+

17 6 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΣΑΖ ΔΠΑΦΖ (ETοuch) Είναι θ διαφορά δυναμικοφ μεταξφ τθσ ανφψωςθσ δυναμικοφ (GPR) και του δυναμικοφ τθσ επιφάνειασ όπου ςτζκεται ζνα άτομο, ζχοντασ ςυγχρόνωσ το ζνα του χζρι ςε επαφι με μια γειωμζνθ καταςκευι. *1+ ΒΖΜΑΣΗΚΖ ΣΑΖ (ESTEP ) Είναι θ διαφορά δυναμικοφ που αναπτφςςεται μεταξφ των ποδιϊν ενόσ ανκρϊπου ςτθν επιφάνεια που ςτζκεται, κεωρϊντασ ότι ζχουν άνοιγμα 1 μζτρο (m), και ο άνκρωποσ δεν βρίςκεται ςε επαφι με οποιοδιποτε γειωμζνο αντικείμενο. ΣΑΖ ΒΡΟΥΟΤ (EMesh) Είναι θ μζγιςτθ τάςθ επαφισ εντόσ ενόσ βρόχου του πλζγματοσ γείωςθσ.*1+ ΣΑΖ ΦΑΛΜΑΣΟ Ζ ΓΤΝΑΜΗΚΟ ΠΡΟ ΑΠΔΗΡΖ ΓΖ (UF ) Είναι θ τάςθ που εμφανίηεται μεταξφ ενόσ μεταλλικοφ αντικειμζνου τθσ εγκατάςταςθσ λόγω ςφάλματοσ, και ενόσ ςθμείου με μθδενικό δυναμικό (δυναμικό προσ άπειρθ γθ).*4] ΣΑΖ ΔΠΑΦΖ ΜΔΣΑΞΤ ΜΔΣΑΛΛΧΝ Είναι θ διαφορά δυναμικοφ μεταξφ μεταλλικϊν αντικειμζνων ι ςυςκευϊν ενόσ υποςτακμοφ, που δφναται να γεφυρωκεί από τθν άμεςθ επαφι χεριοφ-χεριοφ, ι χεριοφ-ποδιοφ με αυτά.*1+ ΤΛΗΚΟ ΔΠΗΦΑΝΔΗΑ Είναι ζνα υλικό που τοποκετείται πάνω ςτο ζδαφοσ, το οποίο μπορεί να αποτελείται από πζτρα, ι χαλίκια, ι άςφαλτο, ι ακόμα και από τεχνθτά υλικά, που ανάλογα με τθν ειδικι του αντίςταςθ, μπορεί να επιδράςει ςθμαντικά ςτο ρεφμα που πρόκειται να διαρρεφςει ςτο ανκρϊπινο ςϊμα, εξαιτίασ τάςεων επαφισ ι βθματικϊν τάςεων.*1+

18 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 7 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 1 : ΟΡΙΜΟΙ ΒΑΙΚΕ ΕΝΝΟΙΕ 1.1 ΓΕΙΩΗ - ΕΙΑΓΩΓΙΚΑ Γείωςθ είναι θ αγϊγιμθ ςφνδεςθ ενόσ ςθμείου κάποιου κυκλϊματοσ ι ενόσ μθρευματοφόρου μεταλλικοφ αντικειμζνου μιασ εγκατάςταςθσ με το ζδαφοσ, με ςκοπό να αποκτιςουν το ίδιο δυναμικό με τθ γθ, το οποίο κεωρείται κατά ςφμβαςθ - ίςο με μθδζν. Σκοπόσ του ςυςτιματοσ γείωςθσ είναι να επιτυγχάνει τθν απαγωγι και διάχυςθ του κεραυνικοφ ρεφματοσ ι ρευμάτων βραχυκφκλωςθσ μζςα ςτθ γθ, με ταχφτθτα και αςφάλεια, χωρίσ να δθμιουργοφνται επικίνδυνεσ υπερτάςεισ ςτον περιβάλλοντα χϊρο, που δφνανται να πλιξουν τον άνκρωπο, κακϊσ και να προκαλζςουν ανεπανόρκωτεσ βλάβεσ ςτον εξοπλιςμό. Ζτςι λοιπόν, ο ρόλοσ ενόσ ςυςτιματοσ γείωςθσ ςυνοψίηεται ωσ ακολοφκωσ: i. Ρροςταςία του ανκρϊπου από τισ βθματικζσ τάςεισ και τάςεισ επαφισ που αναπτφςςονται. ii. Ρροςταςία τθσ καταςκευισ και του εξοπλιςμοφ από κεραυνικά ρεφματα ι ρεφματα ςφαλμάτων. iii. Μείωςθ του θλεκτρικοφ κορφβου, εξαςφάλιςθ ελάχιςτθσ διαφοράσ δυναμικοφ μεταξφ των διαςυνδεδεμζνων ςυςκευϊν και περιοριςμό των θλεκτρικϊν και μαγνθτικϊν ηεφξεων. Ζνα ςφςτθμα γείωςθσ αποτελείται από γειωτζσ ιδίου ι και διαφορετικοφ τφπου που ςυνδζονται με τον αγωγό γείωςθσ, κακϊσ και από το ςφνολο του εξοπλιςμοφ που απαιτείται για τθ ςφνδεςθ και τθν ςτιριξι τουσ. Είναι ςαφζσ ότι το ςφςτθμα γείωςθσ αποτελεί αναπόςπαςτο κομμάτι μιασ θλεκτρικισ εγκατάςταςθσ, και δθ του ςυςτιματοσ προςταςίασ από κεραυνικά πλιγματα ι εςωτερικά ςφάλματα, ςε ςυςτιματα θλεκτρικισ ενζργειασ όπωσ ςτακμοφσ παραγωγισ, υποςτακμοφσ, γραμμζσ μεταφοράσ κ.ά. Βαςικζσ προχποκζςεισ για αποφυγι οποιωνδιποτε ολζκριων ςυνεπειϊν τόςο ςτο ανκρϊπινο δυναμικό, όςο και ςτθν προσ γείωςθ εγκατάςταςθ, είναι ο ςωςτόσ ςχεδιαςμόσ, κακϊσ και θ ορκι καταςκευι και εγκατάςταςθ του ςυςτιματοσ γείωςθσ. Ραράγοντεσ που επθρεάηουν τθ μεταβατικι ςυμπεριφορά των ςυςτθμάτων γείωςθσ είναι: *1+ i. Οι διαςτάςεισ και το ςχιμα του ςυςτιματοσ γείωςθσ ii. Θ ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ ςτο οποίο είναι τοποκετθμζνο το πλζγμα γείωςθσ.

19 8 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ iii. Θ ανάπτυξθ ι όχι ιονιςμοφ του εδάφουσ iv. Θ κυματομορφι του εγχεόμενου ρεφματοσ v. Το ςθμείο ζγχυςθσ του ρεφματοσ. 1.2 ΕΙΔΗ ΓΕΙΩΗ Ανάλογα με τθ χριςθ των γειϊςεων, διακρίνονται ςε I. ΓΕΙΩΗ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ: είναι θ γείωςθ ενόσ ςθμείου ενόσ ενεργοφ κυκλϊματοσ, όπωσ για παράδειγμα θ γείωςθ του ουδετζρου ενόσ μεταςχθματιςτι και θ γείωςθ του ουδζτερου αγωγοφ του ςυςτιματοσ. Πταν θ γείωςθ λειτουργίασ ζχει επιπλζον ωμικζσ αντιςτάςεισ, αυτεπαγωγζσ ι και χωρθτικζσ καλείται ζμμεςθ, ενϊ όταν περιλαμβάνει μόνο τθν αντίςταςθ γείωςθσ καλείται άμεςθ.[4] Στισ γειϊςεισ λειτουργίασ δεν ςυμπεριλαμβάνονται οι ανοικτζσ γειϊςεισ, δθλαδι αυτζσ όπου ςτθ γραμμι γείωςθσ παρεμβάλλεται ςπινκθριςτισ ι αςφάλεια διάςπαςθσ. II. ΓΕΙΩΗ ΠΡΟΣΑΙΑ: είναι θ γείωςθ ενόσ αγϊγιμου μζρουσ που δεν είναι ςτοιχείο ενεργοφ κυκλϊματοσ, όπωσ για παράδειγμα θ γείωςθ του περιβλιματοσ μιασ θλεκτρικισ ςυςκευισ (λ.χ. ενόσ Μ/Σ), που ςκοπό ζχει να προςτατεφςει τον άνκρωπο από τάςεισ επαφισ. Δεν είναι ποτζ ανοικτζσ γειϊςεισ. *4] III. ΓΕΙΩΗ ΣΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ ΑΝΣΙΚΕΡΑΤΝΙΚΗ ΠΡΟΣΑΙΑ: είναι θ ςφνδεςθ των αντικεραυνικϊν εγκαταςτάςεων προςταςίασ με τθ γθ, οφτωσ ϊςτε να διοχετεφονται τα κρουςτικά κεραυνικά ρεφματα ςε αυτι. Δεν ςυνίςταται να είναι ανοικτι αλλά ςυνεχισ γείωςθ, και ζχει απϊτερο ςκοπό τθν προςταςία των ανκρϊπων και εγκαταςτάςεων ςτο ςυγκεκριμζνο χϊρο.*4]. σήμα 1.1. Σα ηπία είδη γειώζευν, λειηοςπγίαρ, πποζηαζίαρ και γείυζη ηος ζςζηήμαηορ ανηικεπαςνικήρ πποζηαζίαρ για απαγυγή ηυν κεπαςνών.[34]

20 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 9 IV. ΓΕΙΩΗ ΤΣΗΜΑΣΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ: Αφορά ςτισ γειϊςεισ και ςτισ ιςοδυναμικζσ ςυνδζςεισ των εγκαταςτάςεων επεξεργαςίασ πλθροφοριϊν, κακϊσ και εγκαταςτάςεων παρόμοιων προσ αυτζσ, ςτισ οποίεσ απαιτείται θ διαςφνδεςθ των ςυςκευϊν που τισ αποτελοφν για λόγουσ μετάδοςθσ δεδομζνων. Τζτοιεσ εγκαταςτάςεισ επεξεργαςίασ πλθροφοριϊν είναι για παράδειγμα (α) ςυςκευζσ τθλεπικοινωνίασ και μετάδοςθσ δεδομζνων θλεκτρονικϊν υπολογιςτϊν ι άλλων εγκαταςτάςεων που χρθςιμοποιοφν τθ μετάδοςθ ςθμάτων με επιςτροφι προσ τθ γθ μζςω εςωτερικϊν ι εξωτερικϊν ςυνδζςεων του κτιρίου, (β) δίκτυα ςυνεχοφσ ρεφματοσ που εξυπθρετοφν τισ εγκαταςτάςεισ επεξεργαςίασ πλθροφοριϊν μζςα ςϋ ζνα κτίριο, (γ) ςυςτιματα ςυναγερμοφ πυρκαγιάσ ι διάρρθξθσ.*6] V. ΓΕΙΩΗ ΤΠΟΣΑΘΜΩΝ ΜΕΗ ΣΑΗ: Είναι θ ςφνδεςθ όλων των ςυςκευϊν, των πυλϊνων, των ουδετζρων κόμβων των μεταςχθματιςτϊν, των εγκαταςτάςεων, όλων των μεταλλικϊν περιβλθμάτων, κακϊσ και τθσ περίφραξθσ με το ςφςτθμα γείωςθσ του υποςτακμοφ που ςυνικωσ αποτελείται από πλζγμα καμμζνο ςτο ζδαφοσ. 1.3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΕΙΩΗ 1) ΑΜΔΗ ΓΔΙΩΗ Είναι θ απευκείασ αγϊγιμθ ςφνδεςθ των μεταλλικϊν περιβλθμάτων των ςυςκευϊν με το θλεκτρόδιο ι το πλζγμα γείωςθσ. 2) ΟΤΓΔΣΔΡΩΗ Είναι θ αγϊγιμθ ςφνδεςθ των μεταλλικϊν περιβλθμάτων των ςυςκευϊν με τον ουδζτερο αγωγό. 3) ΜΔΩ ΓΙΑΚΟΠΣΩΝ ΓΙΑΦΤΓΗ Με τουσ διακόπτεσ διαφυγισ επιτυγχάνεται άμεςθ απόηευξθ του τμιματοσ τθσ εγκατάςταςθσ που παρουςιάηει τάςθ επαφισ μεγαλφτερθ των 50 V ςε πολφ μικρόχρόνο, ενϊ θ αντίςταςθ γειϊςεωσ είναι πολφ υψθλι και μπορεί εφκολα να πραγματοποιθκεί. Διακρίνονται ςε διακόπτεσ διαφυγισ τάςθσ και ζνταςθσ.*4] 1.4 ΣΤΠΟΙ ΗΛΕΚΣΡΟΔΙΩΝ ΓΕΙΩΗ Οι γειωτζσ, όπωσ ςυνθκίηεται να ονομάηονται τα θλεκτρόδια γείωςθσ, ζχουν τισ μορφζσ που απεικονίηονται ςτα ςχιματα του πίνακα 1.2. Επίςθσ ςτον ίδιο πίνακα

21 10 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ φαίνονται οι τφποι που δίνουν τισ αντιςτάςεισ ενϊ ςτον πίνακα 1.1 δίνονται οι ελάχιςτεσ διατομζσ των θλεκτροδίων γείωςθσ. 1. Ράβδοι γείυζηρ ή ζυλήνερ 2. Σαινίερ γείυζηρ ή ζύπμαηα 3. Πλάκερ γείυζηρ 4. Ακηινικόρ γειυηήρ 5. Γείυζη με πλέγμα Ρλζγμα από ταινίεσ ι αγωγόσ κυκλικισ ι άλλθσ διατομισ οριηόντια ςε βάκοσ m (πίνακασ 1.1). Τα ελάχιςτα πάχθ είναι όπωσ ςτουσ γειωτζσ ταινίασ. Το πλεονζκτθμα των γειωτϊν πλζγματοσ είναι ότι οι βθματικζσ τάςεισ ςτο ζδαφοσ, επάνω από το πλζγμα, είναι αμελθτζεσ. Το πλάτοσ των τετραγωνικϊν ανοιγμάτων του πλζγματοσ κακορίηεται από το ποφ κα τοποκετθκεί το πλζγμα, και από το όριο των βθματικϊν τάςεων. 6. Μεηαλλικοί ζυλήνερ νεπού (ςπό πποϋποθέζειρ) Οι μεταλλικοί ςωλινεσ φδρευςθσ μποροφν να χρθςιμοποιοφνται ωσ θλεκτρόδια γείωςθσ μόνον εφόςον υπάρχει θ ςυγκατάκεςθ του φορζα που είναι αρμόδιοσ για τθν παροχι του νεροφ και εφόςον υπάρχει κατάλλθλθ διαδικαςία που κα εξαςφαλίηει, ότι ο χριςτθσ τθσ θλεκτρικισ εγκατάςταςθσ κα ειδοποιείται εγκαίρωσ για κάκε ςχεδιαηόμενθ αλλαγι ςτο ςφςτθμα των ςωλθνϊςεων φδρευςθσ.*6] 7. Δπιθανειακοί και βαθείρ γειυηέρ Γίνεται διάκριςθ ςτουσ γειωτζσ ανάλογα με το βάκοσ τουσ ςε: επιφανειακοφσ γειωτζσ, π.χ. γειωτζσ ταινίασ, πλζγματοσ και ακτινικοφσ γειωτζσ. Βακείσ γειωτζσ, π.χ. γειωτζσ ράβδου. Με μησανική πποζηαζία Χωπίρ μησανική πποζηαζία Με προςταςία έναντι διάβρωςησ * Υπολογίηεται βάςει του άρκρου του* mm 2 Χαλκόσ 16 mm 2 Γαλβανιςμζνοσ χάλυβασ Χωπίρ πποζηαζία ένανηι διάβπωζηρ 25 mm 2 Χαλκόσ 50 mm 2 Γαλβανιςμζνοσ χάλυβασ 25 mm 2 Χαλκόσ 50 mm 2 Γαλβανιςμζνοσ χάλυβασ * Η προζηαζία ένανηι διάβρωζης μπορεί να πραγμαηοποιηθεί με ηη τρήζη ενός μανδύα Πίνακαρ 1.1 Eλάσιζηερ διαηομέρ ηλεκηποδίυν γείυζηρ καηά ΔΛΟΣ HD 384 [6].

22 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 11

23 12 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Πίνακαρ 1.2: Σύποι για ανηιζηάζειρ ηλεκηποδίυν γείυζηρ. [33][34] 8. Θεμελιακή γείυζη [6,7] Θεμελιακι γείωςθ είναι το ςφςτθμα γείωςθσ που τοποκετείται εντόσ των εκ ςκυροδζματοσ κεμελίων μίασ καταςκευισ και χρθςιμοποιείται ωσ γείωςθ προςταςίασ, λειτουργίασ, αςκενϊν ρευμάτων, θλεκτρονικι, αλεξικεραφνου κ.ά. Θ εφαρμογι τθσ κακίςταται πλζον υποχρεωτικι ςε κάκε νεοαναγειρόμενθ οικοδομι, βάςει του ΦΕΚ 1222/ τεφχουσ Βϋ αρικ. Φ. Αϋ 50/12081/642 άρκρου 2, αφοφ διαπιςτϊνεται ότι πλεονεκτεί ςε ςχζςθ με τισ λοιπζσ μορφζσ γειωτϊν, ωσ προσ τα εξισ: Χαμθλι τιμι αντίςταςθσ γείωςθσ Στακερι τιμι αντίςταςθσ χειμϊνα καλοκαίρι Μθχανικι προςταςία - Αντοχι ςε Διάβρωςθ Εξάλειψθ βθματικϊν τάςεων Ιςοδυναμικζσ ςυνδζςεισ o Ευελιξία για εγκατάςταςθ ΣΑΡ (ΣυςτιματοσΑντικεραυνικισΡροςταςίασ) o Χαμθλό κόςτοσ

24 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 13 σήμα 1.2. Λεπηομέπειερ θεμελιακήρ γείυζηρ. Αξίηει να ςθμειωκεί ότι το μζροσ των γειωτϊν που βγαίνουν από το ζδαφοσ μονϊνεται με πίςςα ι άλλα μονωτικά για αντιμετϊπιςθ του προβλιματοσ τθσ υγραςίασ. Σε εγκαταςτάςεισ αλεξικζραυνου θ ελάχιςτθ διατομι για χαλκό είναι 50mm 2. Κατά τθν εγκατάςταςθ τθσ κεμελιακισ γείωςθσ κα πρζπει να δίνεται ιδιαίτερθ προςοχι ςτθ τοποκζτθςθ τθσ ταινίασ, θ οποία πρζπει να τοποκετείται με τθν μεγάλθ επιφάνεια κάκετα ςτο ζδαφοσ, και να καλφπτεται από ςκυρόδεμα Β 225 (300 κιλά ανά κυβικό) για τουλάχιςτον 5 cm. Επίςθσ απαγορεφεται αυςτθρά θ ςυγκόλλθςθ τθσ ταινίασ, κακϊσ και θ ςυγκράτθςι τθσ επί του οπλιςμοφ με ςφρμα. Άλλο ζνα ςθμείο υψίςτθσ ςθμαςίασ που διευκρινίηεται ρθτά από τουσ κανονιςμοφσ*6+, είναι τα ςθμεία ςυνδζςεων των αγωγϊν, τα οποία πρζπει γίνονται με ειδικά εξαρτιματα ςφνδεςθσ και εργαλεία που να μποροφν να μετροφν τθ ροπι, ϊςτε να είναι εντόσ των επικυμθτϊν ορίων. Επίςθσ κα πρζπει κατά καιροφσ να ελζγχονται τα ςθμεία ςυνδζςεων και να διορκϊνονται όταν αυτό κρίνεται απαραίτθτο.

25 14 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Το βάκοσ τοποκζτθςθσ και ο τφποσ των θλεκτροδίων γείωςθσ πρζπει να είναι τζτοια ϊςτε να ελαχιςτοποιοφνται οι επιδράςεισ από διάβρωςθ, ξιρανςθ ι πάγωμα του εδάφουσ, για να ςτακεροποιείται θ ιςοδφναμθ αντίςταςθ γείωςθσ. Το πρϊτο μζτρο ενόσ κατακόρυφου θλεκτροδίου γείωςθσ ςυνιςτάται να μθ κεωρείται ενεργό ςε ςυνκικεσ πάγου. Για απογυμνωμζνο ςυμπαγι βράχο ςυνιςτάται μόνο θ διάταξθ γείωςθσ τφπου Β. Θλεκτρόδια γείωςθσ εγκατεςτθμζνα ςε μεγάλο βάκοσ μπορεί να είναι αποτελεςματικά ςε ειδικζσ περιπτϊςεισ, όπου θ ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ μειϊνεται με το βάκοσ και όπου υπάρχουν υποςτρϊματα χαμθλισ ειδικισ αντίςταςθσ ςε βάκθ μεγαλφτερα από εκείνα ςτα οποία εγκακίςτανται ςυνικωσ τα θλεκτρόδια.*32] 1.5 ΓΕΝΙΚΕ ΔΙΑΣΑΞΕΙ ΓΕΙΩΗ Πταν πρόκειται για ςυςτιματα αντικεραυνικισ προςταςίασ ιςχφουν βάςει του προτφπου *32+ που ςτθρίηεται ςτουσ διεκνείσ κανονιςμοφσ τθσ IEC (62305) οι τφποι διατάξεων που αναφζρονται ςτθ ςυνζχεια ΔΙΑΣΑΞΗ ΣΤΠΟΤ Α Θ διάταξθ αυτοφ του τφπου περιλαμβάνει οριηόντια ι κατακόρυφα θλεκτρόδια γείωςθσ ςυνδεδεμζνα ςε κάκε αγωγό κακόδου. Επίςθσ ωσ διάταξθ γείωςθσ τφπου Α κεωρείται όταν υπάρχει περιμετρικόσ δακτφλιοσ που ςυνδζει τουσ αγωγοφσ κακόδου και ζρχεται ςε επαφι με το ζδαφοσ ςε μικοσ λιγότερο από το 80% του ςυνολικοφ του μικουσ. Σϋαυτι τθ διάταξθ απαιτοφνται τουλάχιςτον δφο θλεκτρόδια γείωςθσ, όπου το ελάχιςτο μικοσ κακενόσ είναι l 1 για ακτινικά οριηόντια θλεκτρόδια, ι 0,5 l 1 για κατακόρυφα ι κεκλιμζνα θλεκτρόδια. Ππου l 1 είναι το ελάχιςτο μικοσ ακτινικοφ θλεκτροδίου που προκφπτει από το Σχιμα 1.3. σήμα 1.3. Δλάσιζηο μήκορ l1 ηυν ηλεκηποδίυν γείυζηρ ανάλογα με ηην ζηάθμη πποζηαζίαρ[33]

26 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 15 Εάν επιτευχκεί αντίςταςθ γείωςθσ χαμθλότερθ των 10 Ω, τότε τα ελάχιςτα μικθ του ςχιματοσ 1.3 μποροφν να παραλθφκοφν ΔΙΑΣΑΞΗ ΣΤΠΟΤ Β Θ διάταξθ τφπου Β αποτελείται από ζνα περιμετρικό θλεκτρόδιο γείωςθσ εξωτερικά τθσ καταςκευισ το οποίο ζχει τουλάχιςτον το 80% του ςυνολικοφ του μικουσ ςε επαφι με το ζδαφοσ, ι από ζνα θλεκτρόδιο κεμελιακισ γείωςθσ. Για περιμετρικι ι κεμελιακι γείωςθ, θ μζςθ ακτίνα r που περικλείεται από τθν ςυγκεκριμζνθ γείωςθ πρζπει να υπερβαίνει τθν τιμι l 1, δθλαδι r l 1. Πταν θ απαιτοφμενθ τιμι του l 1 είναι μεγαλφτερθ από τθν πρόςφορθ τιμι του r, πρζπει να προςτεκοφν επιπλζον ακτινικά (l r ) ι κατακόρυφα (ι κεκλιμζνα) (l v ) θλεκτρόδια, που τα μικθ τουσ l r και l v δίνονται από τισ ςχζςεισ (1.6.1) και (1.6.2). I r =I 1 r (1.6.1) I v = ( I 1 r ) / 2 (1.6.2) Θα πρζπει επίςθσ ο αρικμόσ των επιπλζον θλεκτροδίων να είναι μεγαλφτεροσ από τον αρικμό των αγωγϊν κακόδου, με ελάχιςτο πλικοσ δφο.

27 16 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ

28 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 17 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 2 : ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ 2.1 ΑΝΣΙΣΑΗ ΓΕΙΩΗ Ππωσ αναφζρκθκε ςτθν ορολογία, αντίςταςθ γείωςθσ ονομάηουμε τθν αντίςταςθ προσ τθν άπειρθ γθ, ενόσ θλεκτροδίου ι ενόσ ςυςτιματοσ γείωςθσ. Ππου άπειρθ γθ κεωρείται ζνα ςθμείο τθσ επιφάνειασ ςε μια κεωρθτικά άπειρθ απόςταςθ από τον γειωτι, με μθδενικι τάςθ. Πταν ζνα κρουςτικό ρεφμα κεραυνοφ εγχυκεί ςτθ γι μζςω του ςυςτιματοσ γείωςθσ, αν θ αντίςταςθ γείωςθσ είναι πολφ μεγάλθ, θ ανφψωςθ δυναμικοφ γθσ(gpr) λαμβάνει πολφ υψθλι τιμι, και αυτό αποτελεί απειλι τόςο για το ανκρϊπινο δυναμικό, όςο και για τον εξοπλιςμό. Γι αυτό λοιπόν απαιτείται μια χαμθλι τιμι αντίςταςθσ γείωςθσ που να διαςφαλίηει τθν αξιοπιςτία και τθν αποτελεςματικότθτα του ςυςτιματοσ γείωςθσ. 2.2 ΕΙΔΙΚΗ ΑΝΣΙΣΑΗ ΣΟΤ ΕΔΑΥΟΤ Θ ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ ορίηεται ωσ θ αντίςταςθ του υλικοφ του εδάφουσ που παρουςιάηει ζνασ μοναδιαίοσ κφβοσ (1 1 1 m 3 ), όταν τοποκετθκοφν επίπεδα θλεκτρόδια ςε δφο απζναντι πλευρζσ του, μεταξφ των οποίων εφαρμόηεται διαφορά δυναμικοφ U, όπωσ φαίνεται ςτο Σχιμα 2.1. σήμα 2.1. Οπιζμόρ ειδικήρ ανηίζηαζηρ ηος εδάθοςρ[34] Θ πυκνότθτα και θ ςφςταςθ του εδάφουσ διαδραματίηουν κακοριςτικό ρόλο ςτθ τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ. Θ τελευταία ποικίλει ανάλογα με το είδοσ του εδάφουσ που μπορεί να είναι χωματϊδεσ, αμμϊδεσ, βραχϊδεσ, υγρό, ξθρό, ανομοιογενζσ κ.ά. Ζτςι λοιπόν, όςο πιο ξθρό και πετρϊδεσ είναι το ζδαφοσ, τόςο μεγαλϊνει θ ειδικι του αντίςταςθ ρ, που μετριζται ςυνικωσ ςε Ωm. Επίςθσ θ ειδικι αντίςταςθ ςε ανιςότροπα εδάφθ, διαφζρει γφρω από το θλεκτρόδιο γείωςθσ και είναι μθ-γραμμικι.

29 18 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Θ υγραςία του εδάφουσ, εμπλουτιςμζνθ με διάφορα φυςικά ςυςτατικά, μπορεί να αποτελζςει ζναν αγϊγιμο θλεκτρολφτθ, και να ςυμβάλει ζτςι ςε ςθμαντικι μείωςθ τθσ αντίςταςθσ του εδάφουσ. Τα ςυςτατικά αυτά μπορεί να είναι χλωριοφχο νάτριο(nacl), κειϊκό μαγνιςιο (MgSO 4 ), κειϊκόσ χαλκόσ (CuSO 4 ), ι χλωριοφχο αςβζςτιο(cacl 2 ). Για τθν απόκτθςθ μιασ ενδεικτικισ εικόνασ για το πόςο επθρεάηει θ υγραςία τθν ειδικι αντίςταςθ, αναφζρεται ότι ςε ζνα αργιλϊδεσ ζδαφοσ με 10% περιεχόμενο υγραςίασ (κατά βάροσ), θ ειδικι αντίςταςθ βρζκθκε 30 φορζσ μεγαλφτερθ από τθν περίπτωςθ όπου το περιεχόμενο του ιδίου εδάφουσ ςε υγραςία ιταν 20%. Ζνασ άλλοσ παράγοντασ που προκαλεί διακφμανςθ ςτθν τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ, είναι οι εποχιακζσ κερμοκραςιακζσ μεταβολζσ και ςυγκεκριμζνα ςε περιοχζσ όπου ςθμειϊνεται παγετόσ. Γι αυτό ςυνθκίηεται να κάβονται ςε μεγάλο βάκοσ τα θλεκτρόδια γείωςθσ, οφτωσ ϊςτε να ελαχιςτοποιείται θ επίδραςθ των παραπάνω διακυμάνςεων ςτθν αποτελεςματικότθτα τθσ γείωςθσ. Ακολουκοφν οι παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ. Σύπορ ηος εδάθοςρ Στον Ρίνακα 2.1 φαίνονται κάποιεσ ενδεικτικζσ τιμζσ τθσ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ ςε ςχζςθ με τον τφπο του εδάφουσ, ςφμφωνα με τον κανονιςμό *6]. Τύπος Εδάυοσς Ειδική αντίσταση ρ (Ωm) Ελώδερ έδαθορ 5-40 Απγιλώδερ, πηλώδερ ή αγπού Υγπή άμμορ < 300 Υγπά σαλίκια Ξηπή άμμορ >2000 Πεηπώδερ και ξηπά σαλίκια >2000 Πίνακαρ 2.1. Δνδεικηικέρ μέζερ ηιμέρ ειδικών ανηιζηάζευν εδαθών[5] Τγπαζία Θ αντίςταςθ μειϊνεται με τθν αφξθςθ τθσ υγραςίασ του εδάφουσ. Ο λόγοσ που οι γειωτζσ ταινίασ, τα πλζγματα γείωςθσ και οι κάκετεσ ράβδοι τοποκετοφνται ςε βάκοσ μεγαλφτερο του μιςοφ μζτρου (0,5m), είναι το γεγονόσ ότι το ζδαφοσ ξθραίνεται επιφανειακά, ενϊ ςε βάκοσ 0,5m διατθρείται υγρό. Γι αυτό άλλωςτε λαμβάνεται ωσ ενεργό μικοσ των παςςάλων το ςυνολικό μικοσ μείον 0,5 m, όπωσ αναφζρκθκε ςε προθγοφμενθ παράγραφο. Επίςθσ, όςο μικρότερο είναι το βάκοσ τοποκζτθςθσ των θλεκτροδίων γείωςθσ, τόςο μεγαλφτερθ είναι θ τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ. Μια τεχνικι που χρθςιμοποιικθκε ςτθ Κίνα για τθ μείωςθ τθσ ειδικισ αντίςταςθστου εδάφουσ ςε ζνα υποςτακμό ςφμφωνα με τθν αναφορά *9+, είναι θ δθμιουργία ενόσ πθγαδιοφ με μεγάλο βάκοσ, με ςκοπό τθν αλλαγι τθσ φοράσ των

30 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 19 υπογείων υδάτων - λόγω τθσ διαφοράσ ατμοςφαιρικισ πίεςθσ - ςτο ζδαφοσ που περιβάλλει τα θλεκτρόδια γείωςθσ, κακϊσ και τθ χριςθ του τριχοειδοφσ νεροφ, του νεροφ βαρφτθτασ και του ατμϊδουσ νεροφ για αφξθςθ τθσ υγραςίασ του εδάφουσ γφρω από τα θλεκτρόδια γείωςθσ. σήμα 2.2. Γιάγπαμμα ηηρ κίνηζηρ ηυν ςπόγειυν ςδάηυν[9] Θεπμοκπαζία Από το Σχιμα 2.3 και ςυγκεκριμζνα από τθν καμπφλθ 3 (CURVE 3), φαίνεται θ επίδραςθ τθσ κερμοκραςίασ ςτθν ειδικι αντίςταςθ αμμϊδουσ και πθλϊδουσ εδάφουσ με περιεχόμενο υγραςίασ 15,2% κατά βάροσ*1+. Χαρακτθριςτικά, μπορεί να λεχκεί ότι για κερμοκραςίεσ μεγαλφτερεσ του μθδενόσ, θ επίδραςθ είναι ςχεδόν αμελθτζα, ενϊ για υπό του μθδενόσ κερμοκραςίεσ παρουςιάηεται ραγδαία αφξθςθ τθσ ειδικισ αντίςταςθσ. Γενικά θ μεταβολι τθσ αντίςταςθσ του εδάφουσ με τθ κερμοκραςία φκάνει περίπου το 30% κατά τθ διάρκεια του ζτουσ. Ιανουάριο με Φεβρουάριο είναι υψθλότερθ, ενϊ Ιοφλιο με Αφγουςτο χαμθλότερθ. Μοπθή ηηρ ηάζηρ Για γειωτζσ μικουσ 10m ι μεγαλφτερο, υπό κρουςτικζσ τάςεισ ζχει παρατθρθκεί αφξθςθ τθσ τιμισ τθσ αντίςταςθσ. Σε αρνθτικζσ κρουςτικζσ τάςεισ 0,3/30μs (χρόνοσ μετϊπου / χρόνοσ ουράσ), θ μεταβατικι αντίςταςθ κεμελιακοφ γειωτι κυμαίνεται μεταξφ των τιμϊν 3Ω και 26Ω. Θ αφξθςθ τθσ τιμισ τθσ αντίςταςθσ γίνεται ςτο μζτωπο τθσ τάςθσ. Θ αντίςταςθ ςε κρουςτικζσ τάςεισ χαρακτθρίηεται και ςαν κρουςτικι αντίςταςθ.*6]

31 20 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα 2.3. Δπίδπαζη ςγπαζίαρ, θεπμοκπαζίαρ και άλαηορ ζηην ειδική ανηίζηαζη ηος εδάθοςρ [1] Μέγεθορ ηυν κόκκυν Το μζγεκοσ των κόκκων είναι μια παράμετροσ που κα μποροφςε να περιλθφκεί ςτον τφπο του εδάφουσ, αλλά αναφζρεται ξεχωριςτά λόγω τθσ ςθμαντικότθτασ τθσ επίδραςθσ τθσ ςτθν τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ. Θ τελευταία αυξάνεται, αυξανομζνου του μεγζκουσ των κόκκων. Επιπλζον, θ κατανομι των κόκκων μζςα ςτο ζδαφοσ κακϊσ και το μζγεκοσ αυτϊν, επιδροφν ςτον τρόπο κατακράτθςθσ τθσ υγραςίασ, όπου όταν οι κόκκοι παρουςιάηουν μεγάλο μζγεκοσ, θ υγραςία κατακρατείται λόγω τθσ επιφανειακισ τάςθσ. Σε περίπτωςθ ανομοιομορφίασ του μεγζκουσ των κόκκων, οι μικροί ςε μζγεκοσ κόκκοι ςυμπλθρϊνουν τουσ κφλακεσ αζρα που δθμιουργοφνται από τθν παρουςία των μεγάλων κόκκων, με αποτζλεςμα το ζδαφοσ να γίνεται πιο ςυμπαγζσ και να μειϊνεται θ ειδικι του αντίςταςθ. Ένηαζη πεδίος (voltage gradient)[1] Αν θ ζνταςθ του θλεκτρικοφ πεδίου ξεπεράςει μια κρίςιμθ τιμι, θ οποία ονομάηεται διθλεκτρικι αντοχι, τότε επθρεάηεται θ τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ. Θ τελευταία, διαφζρει για κάκε τφπο εδάφουσ, και είναι τθσ τάξθσ μερικϊν kv/cm. Σε περίπτωςθ που το θλεκτρικό πεδίο υπερβεί τθν κρίςιμθ τιμι, ξεκινοφν διαςπάςεισ γφρω από τθν επιφάνεια του θλεκτροδίου, που αυξάνουν το ενεργό του μζγεκοσ ζωσ ότου θ τιμι του πεδίου να πζςει κάτω από τθν κρίςιμθ. Λόγω του ότι ςυνικωσ τα ςυςτιματα γείωςθσ ειδικά ςε υποςτακμοφσ ςχεδιάηονται ϊςτε να υπακοφν ςε πολφ αυςτθρότερα κριτιρια, το πεδίο μπορεί πάντα να κεωρείται κάτω από τθν κρίςιμθ τιμι.

32 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 21 Δπίδπαζη ηλεκηπικού πεύμαηορ Θ ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ ςτθν περιοχι των θλεκτροδίων γείωςθσ μπορεί να επθρεαςτεί από το ρεφμα των θλεκτροδίων προσ το γφρω ζδαφοσ. Τα κερμικά χαρακτθριςτικά και το ποςοςτό υγραςίασ του εδάφουσ κα κακορίςει αν ζνα ρεφμα, ςυγκεκριμζνου μεγζκουσ και διάρκειασ, κα προκαλζςει ςθμαντικι ξιρανςθ και επομζνωσ, αφξθςθ τθσ πραγματικισ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ. Μια ςυντθρθτικι τιμι τθσ πυκνότθτασ ρεφματοσ, είναι να μθν υπερβαίνει τα 200 A/m 2 για 1 δευτερόλεπτο (s). 2.3 ΚΡΟΤΣΙΚΗ ΤΝΘΕΣΗ ΑΝΣΙΣΑΗ Κατά τθ μεταβατικι κατάςταςθ, θ κρουςτικι ςφνκετθ αντίςταςθ του ςυςτιματοσ γείωςθσ είναι κατά πολφ μεγαλφτερθ απ ότι ςτθν μόνιμθ κατάςταςθ. Αυτό ςυμβαίνει διότι: *3] i. Θ αντίδραςθ των αγωγϊν και των ακροδεκτϊν γίνεται μεγαλφτερθ λόγω τθσ μικρισ διάρκειασ του φαινομζνου. Ωσ αποτζλεςμα αυτισ τθσ μικρισ διάρκειασ, είναι θ ανάπτυξθ υψθλϊν ςυχνοτιτων, που ςυνεπάγεται αφξθςθ τθσ εμπζδθςθσ γείωςθσ. ii. Θ ελάττωςθ του χρόνου μετϊπου του εγχεόμενου κρουςτικοφ ρεφματοσ οδθγεί ςτθ μείωςθ του ενεργοφ μικουσ των μακριϊν αγωγϊν γείωςθσ. iii. Θ επίδραςθ του επιδερμικοφ φαινομζνου (όπου το θλεκτρικό ρεφμα ρζει κυρίωσ ςτο «δζρμα» του αγωγοφ), αυξάνει τθν εμπζδθςθ των αγωγϊν γείωςθσ, λόγω τθσ υψθλισ ςυχνότθτασ που κυριαρχεί κατά το μεταβατικό φαινόμενο. iv. Θ μεγάλθ τιμι του εγχεόμενου ρεφματοσ, ενδζχεται να ξθράνει το ζδαφοσ και ζτςι να αυξθκεί θ ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ. Θ κρουςτικι (μεταβατικι) ςφνκετθ αντίςταςθ ενόσ ςυςτιματοσ γείωςθσ ορίηεται ωσ ο λόγοσ τθσ μεταβολισ του δυναμικοφ του ςθμείου ζγχυςθσ του ρεφματοσ ωσ προσ τθν άπειρθ γθ προσ το εγχεόμενο ρεφμα, όπωσ φαίνεται ςτον τφπο (2.1). z(t) = u(t) i(t) (2.1) Επειδι θ κρουςτικι ςφνκετθ αντίςταςθ είναι ζνα χρονικά μεταβαλλόμενο μζγεκοσ, κρίνεται απαραίτθτο να οριςτοφν κάποιεσ παράμετροι τθσ. Στο Σχιμα 2.4 παρουςιάηονται τα χαρακτθριςτικά ςθμεία των καμπυλϊν u(t) και i(t), που χρθςιμοποιικθκαν για τον οριςμό των παραμζτρων τθσ κρουςτικισ ςφνκετθσ αντίςταςθσ:

33 22 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα 2.4. Πποζδιοπιζμόρ παπαμέηπυν κποςζηικήρ ζύνθεηηρ ανηίζηαζηρ[2,22] Ακολουκεί ο οριςμόσ των παραμζτρων τθσ κρουςτικισ ςφνκετθσ αντίςταςθσ Z1, Z2,Z3, Z4. [22] Z 1 = max{z(t)} (2.2) Z 2 =u(t 1 )/i(t 1 ) (2.3) Z 3 =u(t 1 )/i(t 2 ) (2.4) Z 4 =u(t 2 )/i(t 2 ) (2.5) με Z 1 : μέγιζηη ηιμή ηος λόγος ηηρ ηάζηρ ππορ ηο πεύμα Z 2 : ο λόγορ ηηρ μέγιζηηρ ηιμήρ ηηρ ηάζηρ ππορ ηη ζηιγμιαία ηιμή ηος πεύμαηορ Z 3 : ο λόγορ ηηρ μέγιζηηρ ηιμήρ ηηρ ηάζηρ ππορ ηη μέγιζηη ηιμή ηος πεύμαηορ Z 4 : ο λόγορ ηηρ ηάζηρ όηαν ηο πεύμα γίνεηαι μέγιζηο, ππορ ηη μέγιζηη ηιμή ηος πεύμαηορ Από τα προθγοφμενα, εφκολα ςυμπεραίνει κανείσ ότι ιςχφει : Z1 > Z2 > Z3 > Z4. Ανάλογα με τθν εφαρμογι επιλζγεται θ παράμετροσ που κα μετρθκεί. Ρολλζσ φορζσ προτιμάται θ παράμετροσ Ε3 λόγω τθσ απλότθτάσ τθσ, ενϊ ςτισ περιπτϊςεισ εκείνεσ που το ρεφμα λαμβάνει τθ μζγιςτθ τιμι του πριν από το μζγιςτο τθσ τάςθσ, προτιμάται θ παράμετροσ Ε4, ςφμφωνα με τον K. J. Nixon *18+, τθν οποία κεωρεί πιο κατάλλθλθ για να περιγράψει τθ μεταβατικι ςφνκετθ αντίςταςθ. Θ κρουςτικι ςφνκετθ αντίςταςθ μπορεί να κακοριςτεί αν είναι γνωςτι θ τιμι του εγχεόμενου ρεφματοσ, και θ απόλυτθ τάςθ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ του ρεφματοσ για μια ςυγκεκριμζνθ χρονικι περίοδο. Επίςθσ κρίνεται απαραίτθτο οι μετριςεισ τθσ τάςθσ και του ρεφματοσ να είναι ςυγχρονιςμζνεσ, διαφορετικά κα πρζπει να

34 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 23 λθφκοφν υπόψθ οποιεςδιποτε χρονικζσ κακυςτεριςεισ. Εξαιτίασ τθσ δυςκολίασ ςτθ μζτρθςθ τθσ κρουςτικισ ςφνκετθσ αντίςταςθσ, ορίςτθκε ο λόγοσ Ε 3 / R LF για δεδομζνθ διάταξθ θλεκτροδίων, και ζτςι θ τιμι τθσ Ε 3 κακορίηεται από τθ μζτρθςθ τθσ αντίςταςθσ γείωςθσ RLF. Συνικωσ ο λόγοσ αυτόσ κεωρείται ίςοσ ι μεγαλφτεροσ τθσ μονάδοσ, αφοφ λθφκοφν υπόψθ και οι ςχετικά με το ζδαφοσ αβεβαιότθτεσ. Ραρόλα αυτά, πρόςφατεσ μελζτεσ και αποτελζςματα προςομοιϊςεων διαφόρων ερευνθτϊν*23+, κατζδειξαν ότι θ παραπάνω παραδοχι δεν ιςχφει κατά κανόνα, και ότι λόγοσ αυτόσ δφναται να προκφπτει μικρότεροσ τθσ μονάδοσ. Είναι φανερό πωσ θ μζγιςτθ τιμι τθσ κρουςτικισ ςφνκετθσ αντίςταςθσ είναι μεγαλφτερθ από τθν τιμι τθσ αντίςταςθσ ςτθ μόνιμθ κατάςταςθ λειτουργίασ. Επομζνωσ, το ηθτοφμενο για ζνα καταςκευαςτι ςυςτθμάτων γείωςθσ δεν είναι θ τιμι τθσ αντίςταςθσ ςτθ μόνιμθ κατάςταςθ, αλλά θ χρονικι μεταβολι τθσ κρουςτικισ ςφνκετθσ αντίςταςθσ ζωσ ότου καταλιξει, μετά από κάποιο χρονικό διάςτθμα, ςτθν τιμι τθσ μόνιμθσ κατάςταςθσ. Θ αφξθςθ τθσ αντίςταςθσ του ςυςτιματοσ γείωςθσ κατά τθ μεταβατικι κατάςταςθ χριηει ιδιαίτερθσ προςοχισ, δεδομζνου ότι μια μεγάλθ τιμι τθσ αντίςταςθσ γείωςθσ κατά το μεταβατικό ςτάδιο (π.χ. κεραυνικζσ εκκενϊςεισ) μπορεί να προκαλζςει βλάβθ ι και καταςτροφι ςτθν υπό προςταςία εγκατάςταςθ*22] ΚΡΙΙΜΗ ΕΝΣΑΗ ΗΛΕΚΣΡΙΚΟΤ ΠΕΔΙΟΤ ( Ε 0 ή E cr ) Θ γνϊςθ τθσ κρίςιμθσ ζνταςθσ του πεδίου ιονιςμοφ του εδάφουσ, είναι απαραίτθτθ για τον προςδιοριςμό τθσ ενεργοφσ ακτίνασ (effective radius) των θλεκτροδίων γείωςθσ. Ρλικοσ ερευνθτϊν αςχολικθκαν με τον προςδιοριςμό τθσ κρίςιμθσ ζνταςθσ του πεδίου ιονιςμοφ ςε βάκοσ χρόνου, γι αυτό άλλωςτε υπάρχουν διάφορεσ προςεγγίςεισ ςχετικά με αυτό το κζμα, κακϊσ και διαφορετικζσ εκτιμιςεισ για τθν τιμι αυτοφ του μεγζκουσ. Για παράδειγμα θ CIGRE πρότεινε τθν τιμι των 400 kv/m χωρίσ ιδιαίτερθ αιτιολόγθςθ, θ Oettle πραγματοποιϊντασ πειράματα πρότεινε τθν τιμι των 800 kv/m, ενϊ ο A. Mousa πρότεινε τθν τιμι των 300 kv/m κατόπιν μετριςεων *8+. Επίςθσ, είναι αρκετοί εκείνοι που εξιγαγαν αναλυτικζσ ςχζςεισ για υπολογιςμό του Ε 0 ςε ςχζςθ με τθν ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ. Στθν παροφςα εργαςία κα χρθςιμοποιθκεί θ τιμι των 300 kv/m όπωσ πρότεινε ο Mousa [8+, όπου απαιτείται.

35 24 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ

36 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 25 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 3: ΥΑΙΝΟΜΕΝΟ ΙΟΝΙΜΟΤ ΣΟΤ ΕΔΑΥΟΤ 3.1 ΜΗΦΑΝΙΜΟΙ ΔΙΑΠΑΗ ΣΟΤ ΕΔΑΥΟΤ Το ζδαφοσ, ςε μικροδομικό επίπεδο, αποτελείται κατά βάςθ από μθ-ομοιόμορφα αγϊγιμα ςωματίδια που επικαλφπτονται από νερό, ςτο οποίο υπάρχουν διαλυμζνα άλατα, κακϊσ και από αζρα μεταξφ των κενϊν ανάμεςα ςτα ςωματίδια(σχθμα 3.1). Θ αγωγιμότθτα, και ωσ εκ τοφτου θ ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ, εξαρτϊνται τόςο από το νερό, όςο και από τθν περιεκτικότθτα διαλυμζνων αλάτων ςε αυτό. Επίςθσ, το μζγεκοσ και το ςχιμα των κόκκων του εδάφουσ διαφζρουν κατά πολφ μεγάλθ κλίμακα, με αποτζλεςμα τα διάκενα που δθμιουργοφνται μεταξφ αυτϊν να ποικίλουν, και να επθρεάηουν τθν τιμι του θλεκτρικοφ πεδίου που αναπτφςςεται ς αυτά, εξαιτίασ τθσ επιβαλλόμενθσ τάςθσ. Ζτςι, θ ενίςχυςθ του πεδίου ςτα διάκενα ςτο εςωτερικό του εδάφουσ, μπορεί εφλογα να κεωρθκεί ωσ θ αιτία για τθν ζναρξθ τθσ διαδικαςίασ ιονιςμοφ ςτο ζδαφοσ. Είναι φανερό, όπωσ ζχει αποδειχκεί από πολλοφσ ερευνθτζσ *8][12][13+, ότι θ ςυμπεριφορά ενόσ ςυςτιματοσ γείωςθσ υπό κρουςτικά ρεφματα, διαφζρει εξαιρετικά από τθν αντίςτοιχθ υπό ςυνκικεσ χαμθλισ ςυχνότθτασ. Ζτςι, θ επαγωγικι ςυμπεριφορά μπορεί να γίνει ςθμαντικότερθ ςε ςχζςθ με τθν ωμικι, και κατά ςυνζπεια τα μεγάλα αυτά ρεφματα μποροφν να δθμιουργιςουν ιονιςμό του εδάφουσ, ο οποίοσ κακιςτά τθν κρουςτικι απόκριςθ μθ γραμμικι. σήμα 3.1. ύνθεζη ηος εδάθοςρ [18]. Θ μθ-γραμμικότθτα ςτθν κρουςτικι απόκριςθ του ςυςτιματοσ γείωςθσ, είναι θ αιτία που πολλζσ φορζσ το φαινόμενο του ιονιςμοφ του εδάφουσ παραλείπεται, αφοφ παρουςιάηει μεγάλο βακμό δυςκολίασ και πολυπλοκότθτασ ςτθ

37 26 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ μοντελοποίθςθ του. Εντοφτοισ, λόγω του ότι είναι ζνα φαινόμενο που επιδρά ςθμαντικά ςτθ μεταβατικι ςυμπεριφορά των ςυςτθμάτων γείωςθσ, και δθ των πλεγμάτων γείωςθσ, κα πρζπει να αποτελεί βαςικό παράγοντα κατά τθ μελζτθ τθσ ςυμπεριφοράσ αυτισ, και να λαμβάνεται υπόψθ. Ππωσ ζχει προτακεί μζχρι τϊρα ςτθ διεκνι βιβλιογραφία, αυτι θ μθ-γραμμικι διαδικαςία τθσ διάςπαςθσ του εδάφουσ οφείλεται κυρίωσ ςε δφο μθχανιςμοφσ θλεκτρικισ αγωγιμότθτασ: i. Θερμικζσ επιδράςεισ λόγω ρευμάτων υψθλισ τιμισ. ii. Ιονιςμόσ του εδάφουσ λόγω ενίςχυςθσ του θλεκτρικοφ πεδίου ςτα διάκενα παγιδευμζνου αζρα μζςα ςτο ζδαφοσ ΘΕΡΜΙΚΟ ΜΗΦΑΝΙΜΟ ΔΙΑΠΑΗ Με τθν εφαρμογι τθσ τάςθσ, το ρεφμα ξεκινά να ρζει ςτο ζδαφοσ, μζςω του νεροφ που επικαλφπτει τα ςωματίδια του εδάφουσ. Κακϊσ θ κερμοκραςία του νεροφ αυξάνεται λόγω του φαινομζνου Joule (I 2 R), θ ειδικι του αντίςταςθ μειϊνεται ελαφρά. Τότε, αφοφ το ρεφμα επιλζγει τον δρόμο με τθν μικρότερθ αντίςταςθ, διοχετεφεται μζςω των περιοχϊν με τθν υψθλότερθ κερμοκραςία, και καταλιγει ςε πολλά μικρά κανάλια προκαλϊντασ τθν εξάτμιςθ του νεροφ. Τελικά, ςτα ςθμεία όπου το θλεκτρικό πεδίο ςτα διάκενα μεταξφ των κόκκων του εδάφουσ είναι μεγαλφτερο από μια κρίςιμθ τιμι Ec, γίνεται διάςπαςθ του εδάφουσ. Ζτςι λοιπόν, θ αγωγιμότθτα και θ κερμοχωρθτικότθτα του νεροφ, κακϊσ το μικοσ των καναλιϊν όπου ζχει εκδθλωκεί διάςπαςθ και οι κερμικζσ ιδιότθτεσ του εδάφουσ, είναι οι παράγοντεσ από τουσ οποίουσ εξαρτάται ο χρόνοσ που χρειάηεται για να κερμανκεί και να εξατμιςτεί το νερό, και κατά ςυνζπεια για τθν ζναρξθ τθσ διάςπαςθσ ΜΗΦΑΝΙΜΟ ΙΟΝΙΜΟΤ ΣΟΤ ΕΔΑΥΟΤ Σφμφωνα με τουσ Leadon, Flanagal et al.[15+, τον μθχανιςμό αυτό αντιπροςωπεφει μια θλεκτρικι διαδικαςία, κατά τθν οποία επιδρά το φαινόμενο τθσ ςτιβάδασ ςτα διάκενα αζρα μεταξφ των κόκκων του εδάφουσ. Το φαινόμενο αυτό παρατθρείται όταν αυξθκεί αρκετά το θλεκτρικό πεδίο ςτα διάκενα, ςε ςθμείο που να ιονίηει τον παγιδευμζνο αζρα, ο οποίοσ εμπλουτίηεται όλο και περιςςότερο με αρνθτικοφσ φορείσ. Τότε, ωσ αποτζλεςμα του ιςχυροφ πλζον πεδίου, λόγω τθσ ανομοιογζνειασ των κόκκων, δθμιουργοφνται μικρζσ εκκενϊςεισ (τόξα) που μειϊνουν τθν ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ. Ζχει αποδειχκεί πειραματικά, ότι θ διθλεκτρικι αντοχι του εδάφουσ κυμαίνεται περίπου από 0,7-10kV/cm[8+ (για διαφορετικό τφπο εδάφουσ και ποικιλία ςτθν τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ), δθλαδι μικρότερθ από τθν διθλεκτρικι αντοχι του αζρα που είναι kv/cm για διάκενο αντίςτοιχων διαςτάςεων.ρλικοσ δθμοςιεφςεων και ερευνϊν *12][16][17+ αποδεικνφουν ότι θ διάςπαςθ του εδάφουσ οφείλεται κυρίωσ ςτο μθχανιςμό ιονιςμοφ του εδάφουσ, κακϊσ ο κερμικόσ μθχανιςμόσ διάςπαςθσ βαςίηεται ςε απλουςτευμζνεσ κεωριςεισ. Σφμφωνα με τουσ Nor και Ramli για να καταςτεί δυνατι θ διάκριςθ μεταξφ των δφο μθχανιςμϊν είναι απαραίτθτθ θ εκτίμθςθ τθσ ενζργειασ, που απορροφάται από το χϊμα, για δεδομζνθ επιβαλλόμενθ τάςθ και περιεκτικότθτα

38 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 27 του εδάφουσ ςε υγραςία. Οι δυςκολίεσ, που ςχετίηονται με τον υπολογιςμό τθσ απορροφοφμενθσ ενζργειασ από το υγρό ζδαφοσ, τουσ οδιγθςαν ςτθ μελζτθ ξθρϊν εδαφϊν. Ππωσ ιταν αναμενόμενο ο επικρατϊν μθχανιςμόσ είναι ο ιονιςμόσ του εδάφουσ, παραδόξωσ όμωσ, παρατθρικθκαν και φαινόμενα που ςχετίηονται με το κερμικό μθχανιςμό διάςπαςθσ.*10] 3.2 ΜΟΝΣΕΛΑ ΙΟΝΙΜΟΤ ΣΟΤ ΕΔΑΥΟΤ Για τθ μελζτθ και τθν ανάλυςθ του φαινομζνου ιονιςμοφ του εδάφουσ, ζχουν προτακεί κατά καιροφσ από διάφορουσ ερευνθτζσ κάποια μοντζλα, δφο εκ των οποίων χριηουν ιδιαίτερθσ ςθμαςίασ. Ρρόκειται για i. το μοντζλο θλεκτροδίου αυξθμζνων διαςτάςεων, και ii. το μοντζλο μεταβαλλόμενθσ ειδικισ αντίςταςθσ ΜΟΝΣΕΛΟ ΗΛΕΚΣΡΟΔΙΟΤ ΑΤΞΗΜΕΝΩΝ ΔΙΑΣΑΕΩΝ Στθν περίπτωςθ αυτι, εξετάηεται ζνα θλεκτρόδιο τοποκετθμζνο ςε ιονιςμζνο ζδαφοσ, οςάν να ιταν θλεκτρόδιο τροποποιθμζνων εγκάρςιων διαμζτρων ςε ζδαφοσ μθ-ιονιςμζνο, όπωσ φαίνεται ςτο Σχιμα 3.2. σήμα 3.2. Μονηελοποίηζη διακύμανζηρ διαμέηπος για κάθε ζηοισειώδερ κομμάηι ηος καλυδίος γείυζηρ καηά ηον ιονιζμό ηος εδάθοςρ.[20] Σφμφωνα με τον Ρετρόπουλο*17+ και τουσ Bellaschi et al.[19+, υποςτθρίηεται ότι όταν ξεκινά θ διαδικαςία ιονιςμοφ, θ αγωγιμότθτα του εδάφουσ ςτθ ηϊνθ ιονιςμοφ, που υποτίκεται ότι είναι ομοιόμορφθ γφρω από τα θλεκτρόδια, αποκτά αμζςωσ τθν ίδια τιμι με τθν αγωγιμότθτα του θλεκτροδίου. Με άλλα λόγια,

39 28 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ εξιςϊνεται θ ειδικι αντίςταςθ τθσ ηϊνθσ ιονιςμοφ με αυτι του θλεκτροδίου, με αποτζλεςμα το φαινόμενο να προςομοιϊνεται με θλεκτρόδιο αυξθμζνων διαςτάςεων. Επίςθσ, θ τιμι τθσ αντίςταςθσ του θλεκτροδίου γείωςθσ παραμζνει ςτακερι, αυξανόμενθσ τθσ επιβαλλόμενθσ τάςθσ, εϊσ ότου θ ζνταςθ του θλεκτρικοφ πεδίου ςτθν επιφάνεια του θλεκτροδίου ξεπεράςει μια κρίςιμθ τιμι. Τότε, δθμιουργοφνται τόξα εκκζνωςθσ, μειϊνοντασ τθν αντίςταςθ. Άλλθ μια πεποίκθςθ των ερευνθτϊν, είναι ότι υπό ςτακερό ρεφμα, θ ηϊνθ ιονιςμοφ εκτείνεται μζχρι μια ςυγκεκριμζνθ επιφάνεια, όπου το θλεκτρικό πεδίο υπερβαίνει τθν κρίςιμθ τιμι τθσ διθλεκτρικισ αντοχισ του εδάφουσ, θ οποία ορίηεται μονοςιμαντα για κάκε τφπο εδάφουσ. σήμα 3.3. Μονηέλο Bellaschi [8] Ππωσ είναι κοινά αποδεκτό, θ αντίςταςθ των γειϊςεων υπό τθν επίδραςθ υψθλϊν κρουςτικϊν ρευμάτων, αποκτά πολφ χαμθλότερεσ τιμζσ ςε αντίκεςθ με τθν περίπτωςθ ρευμάτων χαμθλισ ςυχνότθτασ. Επίςθσ, θ τιμι τθσ αντίςταςθσ γείωςθσ μπορεί να μειωκεί ακόμα περιςςότερο, όταν τα θλεκτρόδια γείωςθσ γειτνιάηουν με άλλα αγϊγιμα αντικείμενα. Αυτό οφείλεται ςτισ θλεκτρικζσ εκκενϊςεισ που λαμβάνουν χϊρα, και εκμθδενίηουν τθν υψθλι αντίςταςθ μεταξφ των αγϊγιμων τμθμάτων του εδάφουσ, με αποτζλεςμα να δθμιουργείται ζνασ χϊροσ του οποίου θ αγωγιμότθτα γίνεται πολφ μεγαλφτερθ απ ότι ςτο υπόλοιπο ζδαφοσ. Γι αυτό λοιπόν το θλεκτρόδιο δείχνει να είναι αυξθμζνων διαςτάςεων, με μειωμζνθ αντίςταςθ ωσ προσ τθ γθ. Από τθν αναςκόπθςθ τθσ βιβλιογραφίασ, παρατθρείται ότι θμιςφαιρικά κφτταρα δοκιμϊν χρθςιμοποιοφνται ευρζωσ κατά τισ εργαςτθριακζσ δοκιμζσ, για τον προςδιοριςμό των χαρακτθριςτικϊν των φαινομζνων ιονιςμοφ του εδάφουσ. Το είδοσ αυτό, υιοκετικθκε παλαιότερα μεταξφ άλλων από τον Ρετρόπουλο *17], κακϊσ και μεταγενζςτερα από τουσ MohamadNor et.al. [10][11+.Ο Ρετρόπουλοσ [17+, μετά από πειράματα που πραγματοποίθςε χρθςιμοποιϊντασ θμιςφαιρικό δοχείο άνκρακα πεπλθρωμζνο με χϊμα, πρότεινε το μοντζλο που φαίνεται ςτο Σχιμα 3.4.

40 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 29 σήμα 3.4. Μονηέλο Πεηπόποςλος[17] Βάςει αυτοφ, υποςτιριξε ότι οι εκκενϊςεισ κατανζμονται ομοιόμορφα ςτο χϊρο που περιβάλλει το θλεκτρόδιο, ο οποίοσ είναι ςυγκεκριμζνοσ για κάκε τάςθ, και διαχωρίηεται από το υπόλοιπο χϊμα με μια θμιςφαιρικι επιφάνεια, τθσ οποίασ θ ακτίνα εξαρτάται από τθν τιμι τθσ τάςθσ. Τα μεγζκθ που φαίνονται ςτο ςχιμα 3.4 υπολογίηονται από τουσ εξισ τφπουσ*17]: R 0 = ρ soil 2πr 0 (3.1) R 0 : ακηίνα μόνιμηρ καηάζηαζηρ ζε Ω r 0 : ακηίνα ηλεκηποδίος ζε m π soil : ειδική ανηίζηαζη ηος εδάθοςρ ζε Ωm Θ πυκνότθτα ρεφματοσ ςε μια ςυγκεκριμζνθ ακτίνα από το θλεκτρόδιο, υπό τθν επιβολι κρουςτικοφ κεραυνικοφ ρεφματοσ προκφπτει από: J = I 2πr 2 (3.2) J : πςκνόηηηα πεύμαηορ ζε Α/m 2 I : επιβαλλόμενο κποςζηικό πεύμα ζε Α R : απόζηαζη από ηο ηλεκηπόδιο ζε m Πταν θ πυκνότθτα ρεφματοσ ξεπεράςει μια κρίςιμθ τιμι, τότε εμφανίηεται ο ιονιςμόσ του εδάφουσ, και θ τιμι αυτι προκφπτει από: J cr = E cr ρ soil (3.3) J cr : κρίςιμθ πυκνότθτα ρεφματοσ ςε Α/m 2 E cr : κρίςιμθ ζνταςθ (ιονιςμοφ) θλεκτρικοφ πεδίου ςε V/m Ρ soil : ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ ςε Ωm

41 30 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Θ ακτίνα τθσ περιοχισ ιονιςμοφ, προκφπτει εφκολα ςυνδυάηοντασ τουσ τφπουσ (3.2)και (3.3), και λφνοντασ ωσ προσ r. Ζτςι προκφπτει τελικά: r i = ρ soil I 2πE c (3.4) Λόγω τθσ πολυπλοκότθτασ του φαινομζνου, το ζδαφοσ κεωρείται ομογενζσ και ιςότροπο ςτισ πειραματικζσ δοκιμζσ, πράγμα αδφνατο ςτθ πράξθ. Ωςτόςο, θ μείωςθ τθσ τιμισ τθσ μεταβατικισ αντίςταςθσ αποδίδεται και ςε άλλουσ παράγοντεσ, όπωσ θ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ που περιβάλλει τα θλεκτρόδια, αφοφ μείωςθ τθσ αντίςταςθσ γείωςθσ παρατθρείται και όταν θ εφαρμοηόμενθ τάςθ είναι ςχετικά μικρι, ϊςτε να μθ ςυμβαίνουν εκκενϊςεισ.*10][11] σήμα 3.5. Μονηέλο διάδοζηρ ιονιζμού [11] Σε αντίςτοιχα ςυμπεράςματα με όλα τα προαναφερκζντα, κατζλθξαν και οι Lodoba et.al. μετά από ζρευνεσ που διεξιγαγαν. Σφμφωνα με αυτοφσ, όταν ζνα θλεκτρόδιο γείωςθσ διαρρζεται από κρουςτικό ρεφμα, δθμιουργείται γφρω από αυτό μια ηϊνθ εκκενϊςεων, ςτθν οποία αρχικά εμφανίηονται ςπινκιρεσ, που ςτθ ςυνζχεια εξελίςςονται ςε τόξα λόγω ενίςχυςθσ του θλεκτρικοφ πεδίου. Εξαιτίασ αυτϊν των διαςπάςεων, δθμιουργοφνται αγϊγιμα μονοπάτια μεταξφ του θλεκτροδίου και τθσ επιφάνειασ τθσ ηϊνθσ εκκενϊςεων. Θ τελευταία εκτείνεται μζχρι το ςθμείο όπου θ ζνταςθ του θλεκτρικοφ πεδίου δεν ξεπερνά τθν κρίςιμθ τιμι, και το θλεκτρόδιο φαντάηει αυξθμζνθσ διαμζτρου.

42 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΜΟΝΣΕΛΟ ΜΕΣΑΒΛΗΣΗ ΕΙΔΙΚΗ ΑΝΣΙΣΑΗ Το μοντζλο αυτό προτάκθκε αρχικά το 1974 *12+, υποςτθρίηοντασ ότι το φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ προκαλεί μείωςθ τθσ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ, γφρω από το θλεκτρόδιο γείωςθσ. Συγκεκριμζνα, πραγματοποιικθκαν πειράματα για τθ παρατιρθςθ τθσ μθ-γραμμικισ ςυμπεριφοράσ ςε εδάφθ διαφορετικισ ςφςταςθσ, αλλά ομογενι και ιςότροπα, κεωρϊντασ δθλαδι τθν ειδικι αντίςταςθ του κάκε εδάφουσ όμοια προσ όλεσ τισ κατευκφνςεισ. Ζτςι, κατζλθξαν ςτο ςυμπζραςμα ότι ο χϊροσ που περιβάλλει το θλεκτρόδιο γείωςθσ χωρίηεται νοθτά ςε τρεισ περιοχζσ, ανάλογα με τθν τιμι τθσ πυκνότθτασ του ρεφματοσ που εγχζεται (J). Στο Σχιμα 3.6 που ακολουκεί, φαίνονται οι τρεισ περιοχζσ, που εξθγοφνται ςτθ ςυνζχεια. σήμα 3.6. Μονηέλο Liew&Darveniza [18] Πςο αυξάνεται το ρεφμα που επιβάλλεται ςτο θλεκτρόδιο και διοχετεφεται ςτο ζδαφοσ, και κακϊσ θ πυκνότθτα ρεφματοσ (J) υπερβαίνει μια κρίςιμθ τιμι (JC), θ ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ παρουςιάηει χαμθλότερθ τιμι απ ότι ςτθ μόνιμθ κατάςταςθ (πsoil). Σε αντίκετθ περίπτωςθ, θ ειδικι αντίςταςθ παραμζνει ςτακερι, όπωσ φαίνεται ςτουσ τφπουσ ( ). ρ = ρ soil για J < J C (3.5) t τ1 ρ = ρ soil e για J JC (3.6)

43 32 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ τ 1 : χρονικι ςτακερά ιονιςμοφ κατά τθν αφξθςθ του ρεφματοσ t : μετροφμενοσ χρόνοσ από τθν ζναρξθ του ιονιςμοφ Ο ιονιςμόσ επεκτείνεται ςε μια περιοχι ακτίνασ r cm, όπου αντιςτοιχεί θ μζγιςτθ τιμι του εγχεόμενου ρεφματοσ. Ακολοφκωσ, όταν το ρεφμα ξεκινά να μειϊνεται, διαμορφϊνονται ςτο ζδαφοσ οι τρεισ περιοχζσ. ΜΘ-ΙΟΝΙΣΜΕΝΘ ΡΕΙΟΧΘ (3) Στθν περιοχι αυτι δεν ζχει εκδθλωκεί το φαινόμενο του ιονιςμοφ οπότε ιςχφει: ρ = ρ soil γιαj<j C, r>r CM ΡΕΙΟΧΘ ΑΡΙΟΝΙΣΜΟΥ (2) Στθν περιοχι αυτι, θ πυκνότθτα ρεφματοσ δεν ξεπερνά τθν κρίςιμθ τιμι τθσ, και ζτςι θ ειδικι αντίςταςθ τείνει προσ τθν αρχικι τθσ τιμι, υπακοφοντασ ςτθ ςχζςθ: ρ = ρ i + (ρ soil ρ i )(1 e t τ2 )(1 - J J C ) 2 για J <J c, r <r cm (3.7) πi : η ηιμή ηηρ ειδική ανηίζηαζηρ όηαν J=JC η2 : σπονική ζηαθεπά απιονιζμού t : μεηπούμενορ σπόνορ από ηην έναπξη ηος απιονιζμού ΡΕΙΟΧΘ ΙΟΝΙΣΜΟΥ (1) Στθν περιοχι αυτι, όπου ιςχφει r<rcm και J JC, εξελίςςεται θ διαδικαςία ιονιςμοφ, όςο θ τιμι τθσ πυκνότθτασ του ρεφματοσ υπερβαίνει τθν κρίςιμθ τιμι τθσ και θ τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ διαμορφϊνεται με τον τφπο 3.6. Πταν θ πυκνότθτα ρεφματοσ αποκτιςει τιμζσ μικρότερεσ τθσ κρίςιμθσ τιμισ, ιςχφουν όςα αναφζρκθκαν για τθν περιοχι 2. Στο Σχιμα 3.7 απεικονίηεται γραφικά θ ςχζςθ μεταξφ τθσ ειδικισ αντίςταςθ και τθσ πυκνότθτασ ρεφματοσ. σήμα 3.7. Πυρ μεηαβάλλεηαι η ειδική ανηίζηαζη ηος εδάθοςρ ζε ζσέζη με ηην πςκνόηηηα ηος εγσεόμενος πεύμαηορ.[34]

44 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 33 Το 2005 οι Wang, Liew και Darveniza, ςε νζα δθμοςίευςθ αναβάκμιςαν το προθγοφμενο μοντζλο τουσ, ειςάγοντασ και τθν περιοχι εμφάνιςθσ τόξων. Για περιοριςμό τθσ πολυπλοκότθτασ του μοντζλου, κεϊρθςαν θμιςφαιρικζσ ιςοδυναμικζσ επιφάνειεσ, και ζτςι θ ςυνολικι αντίςταςθ υπολογίηεται ακροίηοντασ τα ςτοιχειϊδθ θμιςφαιρικά κελφφθ πλάτουσ dr. Στο Σχιμα 3.8 απεικονίηεται το ανανεωμζνο μοντζλο. σήμα 3.8. Μονηέλο Wang[21] Σφμφωνα με αυτό το μοντζλο, θ τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ μεταβάλλεται ςε ςχζςθ με τθν πυκνότθτα του εγχεόμενου ρεφματοσ ςτο ζδαφοσ, ωσ ακολοφκωσ: Για πυκνότθτα ρεφματοσ μικρότερθ από τθν κρίςιμθ τθσ τιμι, ιςχφει ο τφποσ (3.5). Πταν θ κρίςιμθ αυτι τιμι ξεπεραςτεί, τότε κεωροφνται δφο περιοχζσ. Στθν μία περιοχι εκδθλϊνεται ο ιονιςμόσ του εδάφουσ για r<rcm και J JC<JS, και θ τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ δίνεται από τον τφπο (3.6), ενϊ ςτθν άλλθ, θ ειδικι αντίςταςθ μθδενίηεται λόγω τθσ εμφάνιςθσ ςπινκιρων και ιςχφει r<rcm και J JS. Ο ςυςχετιςμόσ τθσ JS με τθν JC, επιτυγχάνεται ορίηοντασ μια νζα ςτακερά, όπωσ φαίνεται ςτθ ςυνζχεια: 1η ΠΔΡΙΠΣΩΗ α = α 0 (1 - λe Ιβ 1) (3.8) για α>1 ςτο εςωτερικό του εδάφουσ, και όταν το ρεύμα αυξάνεται.

45 34 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ α 0 : αρχικι τιμι του α I : τιμι εγχεόμενου ρεφματοσ β1 : περιλαμβάνει τθν ενεργειακι κεώρθςθ λ : για ζλεγχο τθσ χρονικισ ςτιγμισ που το α κα αρχίςει να μειώνεται Για μεγαλφτερθ τιμι του εγχεόμενου ρεφματοσ, μεγαλϊνει θ περιοχι εμφάνιςθσ τόξων. Ζτςι μπορεί να λεχκεί ότι το πόςο ζντονα κα είναι τα τόξα και ςε πόςο μεγάλθ περιοχι κα εμφανιςτοφν, εξαρτάται από τθν τιμι του JS. Κακϊσ μειϊνεται το α εξαιτίασ των τόξων και του ιονιςμοφ, εμφανίηονται τόξα ςτθν επιφάνεια του εδάφουσ. Ζτςι ο τφποσ για το α διαμορφϊνεται ωσ εξισ: α = 1 + e (β 2) Ι (3.9α) β = I(t-Δt)ln(α s -1) (3.9β) για α s >1 a s : είναι η ελάσιζηη ηιμή πος πποκύπηει από ηον ηύπο (3.9α) 2η ΠΔΡΙΠΣΩΗ Αφοφ το ρεφμα φτάςει ςτθ μζγιςτθ τιμι του και ξεκινιςει να μειϊνεται, το α τείνει ςτθν αρχικι του τιμι, ςφμφωνα με τον τφπο: α = α p + (α 0 α p )(1 I I p ) β 3 (3.10) Ip : μέγιζηη ηιμή ηος πεύμαηορ Αp : είναι η ηιμή ηος α πος ανηιζηοισεί ζηο Ip β3 : ζηαθεπά πος μεηαβάλλεηαι ώζηε η α να ανακηά όζο πιο απγά ηην απσική ηηρ ηιμή, όζο μεγαλύηεπη είναι η ηιμή ηος πεύμαηορ. Ακολοφκωσ, με τθ μείωςθ του ρεφματοσ κεωροφνται τζςςερισ περιοχζσ, όπωσ φαίνεται ςτο Σχιμα 3.8. Ρεριοχι 1: Μθ-ιονιςμζνθ περιοχι όπου ιςχφει r>r cm και J<J C, και θ ειδικι αντίςταςθ είναι ςτακερι ρ=ρ soil. Ρεριοχι 2: Εδϊ θ πυκνότθτα ρεφματοσ είναι μικρότερθ από τθν κρίςιμθ τιμι ιονιςμοφ (r<r cm και J<J c ), και θ τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθ τείνει ςτθν αρχικι τθσ τιμι, ςφμφωνα με τον τφπο (3.7).

46 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 35 Ρεριοχι 3: Συνεχίηεται το φαινόμενο του ιονιςμοφ, ζωσ ότου J=J c όπου ξεκινά θ διαδικαςία απιονιςμοφ (r<r cm και Js>J Jc). Ρεριοχι 4: Εκδιλωςθ τόξων και μθδενικι ειδικι αντίςταςθ (r< rcm και J J S ). Ραρατθρϊντασ το ανανεωμζνο μοντζλο, ςυμπεραίνει κανείσ τθν πολυπλοκότθτα ςτθ χριςθ του αφοφ υπειςζρχονται διάφορεσ άλλοι παράμετροι που πρζπει να προςδιοριςτοφν. Ζνα τροποποιθμζνο μοντζλο ςε ςχζςθ με αυτό των Liew&Darveniza, ιρκε να προτείνει ο Nixon το 2006 *18+. Βάςει αυτοφ, υποςτιριξε ότι θ ειδικι αντίςταςθ τθσ ηϊνθσ ιονιςμοφ απιονιςμοφ, μπορεί να κεωρθκεί ίδια ςε όλο τον όγκο τθσ ηϊνθσ και δφναται να υπολογιςτεί από τθν τιμι τθσ πυκνότθτασ ρεφματοσ ςτο εξωτερικό όριο τθσ ηϊνθσ. Δθλαδι, απλοποιεί τα ςτοιχειϊδθ κελφφθ που αποτελοφν τισ ηϊνεσ ιονιςμοφ- απιονιςμοφ, όπου θ πυκνότθτα ρεφματοσ μεταβάλλεται με το χρόνο, και για τον υπολογιςμό τθσ ςυνολικισ αντίςταςθσ των ηωνϊν, απαιτείται πρϊτα ο υπολογιςμόσ των επι μζρουσ αντιςτάςεων κάκε κελφφουσ. Στο Σχιμα 3.9 απεικονίηονται οι διαφορζσ που προαναφζρκθκαν, μεταξφ των δφο μοντζλων. σήμα 3.9. Γιαθοπέρ μεηαξύ ηυν μονηέλυν Liew&Darveniza (α) και Nixon (β). (1)Πεπιοσή ιονιζμού. (2) Πεπιοσή απιονιζμού. (3) Μη-ιονιζμένη πεπιοσή. [18]

47 36 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ

48 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 37 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 4: ΜΟΝΣΕΛΑ ΤΣΗΜΑΣΩΝ ΓΕΙΩΗ Θα ιταν παράλθψθ εάν δεν γινόταν ζςτω μία ςφντομθ αναφορά ςε προγενζςτερα μακθματικά μοντζλα ανάλυςθσ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ ςυςτθμάτων γείωςθσ, και ςε παλαιότερεσ μεκόδουσ, που βάςει αυτϊν δθμιουργικθκαν τα ςθμερινά εξελιγμζνα μοντζλα. Ζτςι λοιπόν, ακολουκεί μια αναδρομι ςτα μοντζλα αυτά, και ςτθ ςυνζχεια μια παρουςίαςθ των πιο πρόςφατων μοντζλων, που χρθςιμοποιοφν αρικμθτικζσ μεκόδουσ. 4.1 ΠΡΩΣΟΕΜΥΑΝΙΖΟΜΕΝΑ ΜΟΝΣΕΛΑ ΗΛΕΚΣΡΟΔΙΩΝ ΓΕΙΩΗ ΑΝΑΛΤΣΙΚΕ ΚΑΙ ΕΜΠΕΙΡΙΚΕ ΜΕΘΟΔΟΙ Θ μελζτθ, κεωρθτικι και πειραματικι, τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ των θλεκτροδίων γείωςθσ ξεκίνθςε το 1934 από τον Bewley. Με αφορμι μιασ ζρευνασ του για τθν προςταςία τθσ των ςυςτθμάτων ενζργειασ, υπολόγιςε τθν ςφνκετθ αντίςταςθ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ του ρεφματοσ για μια μοναδιαία βθματικι τάςθ. Υποκζτοντασ ότι το θλεκτρόδιο αποτελοφςε μια μεγάλου μικουσ γραμμι μεταφοράσ με απϊλειεσ και με ςτακερζσ ανά μονάδα παραμζτρουσ, υπολόγιςε τθν ςφνκετθ αντίςταςθ βάςει του τφπου (4.1.α). Z C = GI c {1 K=1 8e δt 1 2k 1 2 2π 2[cos ω kt+ ( G 4ω κ C ω κ C G ) sin ω κ t]} (4.1a) ω κ = 1 2 2k 1 2π 2 LCI c 2 G2 C2 (4.1 β) δ = G 2C (4.1 γ) Ππου lc το μικοσ του καλωδίου, και G, L, C θ ανά μονάδα μικουσ αγωγιμότθτα, επαγωγι και χωρθτικότθτα αντίςτοιχα.

49 38 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Θ εξίςωςθ 4.1 δείχνει ότι θ μεταβατικι αντίδραςθ ενόσ θλεκτροδίου ξεκινά με μια αρχικι ςφνκετθ κυματικι αντίςταςθ ( L ), και τελειϊνει με μια τελικι αντίςταςθ C διαρροισ ( 1 GI C ), και ο απαιτοφμενοσ χρόνοσ μετάβαςθσ από το ζνα ςθμείο ςτο άλλο εξαρτάται από τθν ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ και τθν κυματικι τάςθ. Οι Bellaschi και Armingtom, το 1943 υπολόγιςαν τθν απόκριςθ τάςθσ ράβδων γείωςθσ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ, για κρουςτικά ρεφματα διαφόρων κυματομορφϊν. Θ κρουςτικι τάςθ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ για μοναδιαίο κρουςτικό ρεφμα δίνεται από τθ ςχζςθ 4.2: e(t) = 1 G t (1 + 2 n 2 π 2 t e G t L t n=1 ) (4.2) Για κρουςτικό ρεφμα διπλοεκκετικισ μορφισ I = I 0 (e at e βt ) θ τάςθ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ δίνεται από τθ ςχζςθ 4.3: e(t) = I 0 ( L t a G t e at tan G t L t A L tβ e β t G t tan G t L t β + α β G t 2 L t n 2 π 2 2n 2 π 2 t e G t L t a n 2 π 2 (β n 2 π 2 G t L t n=1 ) (4.3) G t L t ) Για θμιτονοειδζσ ρεφμα τθσ μορφισ I(t) = A(1-cos Bt), θ τάςθ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ δίνεται από τθ ςχζςθ 4.4: e(t) = A G t A L t B G t cos (Bt tan 1 ( sin 2G t L t B sinh 2G t L t B )) sinh 2 2G t L t B+sin 2 2G t L t B cosh 2G t L t B+cos 2G t L t B 2AG tl t 2 B 2 π 4 n=1 n 2 π 2 t e G t L t n 4 + G t 2 L t 2 B 2 π 4 (4.4) Lt : ςνολική επαγωγή ηηρ πάβδος ζε Henry Gt : ςνολική αγωγιμόηηηα ηος εδάθοςρ ζε mhos I0 : Μέγιζηη ηιμή εγσεόμενος πεύμαηορ α,β,α,β :ηαθεπέρ για ηιρ διαθοπεηικέρ κςμαηομοπθέρ ηων εγσεόμενων πεςμάηων

50 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 39 Ο Sunde το 1949 ιταν ζνασ από τουσ ερευνθτζσ που ζκεςαν τισ βάςεισ για τθν επίλυςθ προβλθμάτων για ςυςτιματα γείωςθσ, και το εγχειρίδιό του χρθςιμοποιείται ακόμα και ςιμερα. Βαςιηόμενοσ ςτισ πλιρεισ εξιςϊςεισ του Maxwell, και χρθςιμοποιϊντασ τθν κεωρία των θλεκτρομαγνθτικϊν πεδίων, επιχείρθςε τθν περιγραφι των ςυςτθμάτων γείωςθσ. Υπολόγιςε όχι μόνο τθν αντίςταςθ ςυνεχοφσ ρεφματοσ (DC) για διάφορεσ δομζσ γείωςθσ, αλλά επίςθσ παρουςίαςε μια διεξοδικι κεωρία για τθν επαγωγικι ςυμπεριφορά των θλεκτροδίων γείωςθσ υπό υψθλζσ ςυχνότθτεσ. Ο Sunde ενδεχομζνωσ να ιταν ο πρϊτοσ που ειςιγαγε τθν ζννοια τθσ γραμμισ μεταφοράσ με ανά μονάδα μικουσ και εξαρτϊμενεσ από τθ ςυχνότθτα παραμζτρουσ. Το ςυγκεκριμζνο μοντζλο χρθςιμοποιικθκε για τθ μοντελοποίθςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ οριηόντιου θλεκτροδίου γείωςθσ ςτθν επιφάνεια του εδάφουσ, υπό το πλιγμα κεραυνοφ, εφαρμόηοντασ τισ εξιςϊςεισ (4.5α-4.5β). di(x,jω ) dx = -YV(x, jω) (4.5α) dv (x,jω ) dx = -ZI(x, jω) (4.5β) Ε : Η διαμήκηρ και ανά μονάδα μήκοςρ ζύνθεηη ανηίζηαζη ηος ηλεκηποδίος Y : Η εγκάπζια και ανά μονάδα μήκοςρ αγωγιμόηηηα ηος ηλεκηποδίος Ζτςι λοιπόν, μπορεί κάποιοσ να ςυμπεράνει ότι από τα προαναφερκζντα μοντζλα, θ μοντελοποίθςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ των ςυςτθμάτων γείωςθσ ξεκίνθςε από τθν προςζγγιςθ γραμμισ μεταφοράσ, θ οποία προζκυψε αναλυτικά κεωρϊντασ αρκετζσ προςεγγίςεισ που απαιτοφνταν για γριγορθ επίλυςθ, λόγω τθσ απουςίασ ιςχυρϊν υπολογιςτϊν. Ωσ εκ τοφτου οι μζκοδοι αυτοί περιορίςτθκαν ςε απλά ςυςτιματα γείωςθσ, όπωσ απλζσ ράβδουσ γείωςθσ ι οριηόντιουσ αγωγοφσ. Το 1980 οι Gupta et.al. επιχείρθςαν τθν ανάλυςθ πιο ςφνκετων ςυςτθμάτων γείωςθσ, όπωσ για παράδειγμα πλεγμάτων, χρθςιμοποιϊντασ εμπειρικζσ μεκόδουσ ανάλυςθσ. Μετά από πειράματα που πραγματοποίθςαν, ςυμπζραναν ότι θ απόκριςθ των πλεγμάτων γείωςθσ ςε μοναδιαία βθματικι διζγερςθ κα μποροφςε να αναπαραςτακεί βάςει τθσ ςχζςθσ (4.2). Επίςθσ προςδιόριςε τθν ολικι τιμι τθσ επαγωγισ και τθσ αγωγιμότθτασ ςτθριηόμενοσ ςε πειραματικά αποτελζςματα, λόγω του ότι ςτθν προαναφερκείςα ςχζςθ τα Lt και Gt αντιπροςωπεφουν τισ παραμζτρουσ μίασ ράβδου γείωςθσ ΕΞΕΛΙΞΗ ΜΟΝΣΕΛΩΝ ΤΣΗΜΑΣΩΝ ΓΕΙΩΗ - ΑΡΙΘΜΗΣΙΚΕ ΜΕΘΟΔΟΙ

51 40 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Ωσ αποτζλεςμα τθσ δραματικισ εξζλιξθσ των υπολογιςτϊν από τισ αρχζσ τθσ δεκαετίασ του 80, δόκθκε θ δυνατότθτα ςτουσ μθχανικοφσ να επιλφςουν και να μοντελοποιιςουν περίπλοκα προβλιματα όπωσ τθ μελζτθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφορά ςυςτθμάτων γείωςθσ υπό το πλιγμα κρουςτικϊν ρευμάτων, χρθςιμοποιϊντασ ποικίλεσ αρικμθτικζσ μεκόδουσ. Κατά ςυνζπεια, ξεπεράςτθκαν οι διάφορεσ προςεγγίςεισ που απαιτοφνταν για τθ μοντελοποίθςθ ενόσ περίπλοκου ςυςτιματοσ, αφοφ πλζον οι υπολογιςτζσ ιταν ςε κζςθ να επιλφςουν αρκετά ςφνκετεσ εξιςϊςεισ, κακϊσ επίςθσ εξαιτίασ τθσ μεγαλφτερθσ μνιμθσ και ταχφτθτασ που απζκτθςαν, μποροφςαν πλζον ευκολότερα να προςομοιϊςουν ζνα πρακτικά περίπλοκο ςφςτθμα γείωςθσ. Ζτςι λοιπόν, από το 1980 μζχρι ςιμερα προζκυψαν οι ακόλουκεσ αρικμθτικζσ μζκοδοι για τθν προςομοίωςθ ςυςτθμάτων γείωςθσ: Κυκλωματικι Ρροςζγγιςθ Ρροςζγγιςθ Θλεκτρομαγνθτικοφ Ρεδίου Μζκοδοσ των ςτιγμϊν (MOM) Μζκοδοσ πεπεραςμζνων ςτοιχείων (FEM) Ρροςζγγιςθ Γραμμισ Μεταφοράσ ΚΤΚΛΩΜΑΣΙΚΗ ΠΡΟΕΓΓΙΗ Ζνα αρικμθτικό μοντζλο που χρθςιμοποιείται ςυχνά για τθν μοντελοποίθςθ είναι αυτό τθσ κυκλωματικισ προςζγγιςθσ. Τα βαςικά βιματα τθσ διαδικαςίασ ζχουν ωσ εξισ: i. Διαίρεςθ του ςυςτιματοσ ςε πεπεραςμζνο αρικμό μικρότερων τμθμάτων ii. Καταςκευι του ιςοδφναμου ςυγκεντρωμζνου κυκλϊματοσ κάκε τμιματοσ και υπολογιςμόσ των παραμζτρων του, δθλαδι των επαγωγϊν (ΔL ιδίων και αμοιβαίων), χωρθτικοτιτων (ΔC), αγωγιμοτιτων (ΔR) και εςωτερικϊν αντιςτάςεων (Δre). iii. Επίλυςθ των εξιςϊςεων κόμβων του ιςοδφναμου κυκλϊματοσ που αναπαριςτά το όλο ςφςτθμα γείωςθσ, χρθςιμοποιϊντασ τουσ νόμουσ του Kirchoff. Το 1983 ιταν θ πρϊτθ φορά που χρθςιμοποιικθκε θ κυκλωματικι προςζγγιςθ για τθν μελζτθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ ςυςτθμάτων γείωςθσ από τον Meliopoulos, ο οποίοσ χρθςιμοποίθςε τισ ανεξάρτθτεσ από τθ ςυχνότθτα παραμζτρουσ κάκε τμιματοσ. Το βαςικό ςτοιχείο ιταν ότι κάκε τμιμα του ςυςτιματοσ γείωςθσ αντικακιςτοφςε το ιςοδφναμο γραμμισ μεταφοράσ με μθδενικζσ απϊλειεσ, ζχοντασ ςτα άκρα δεξιά και αριςτερά αγωγιμότθτεσ διαρροισ προσ τθ γθ, όπωσ φαίνεται ςτο Σχιμα 4.1α-β.

52 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ α 4.1β σήμα 4.1α-β: Ιζοδύναμο κύκλυμα για κάθε ημήμα ζύμθυνα με ηην κςκλυμαηική πποζέγγιζη καηά ηον Meliopoulos[24] Ακολουκεί θ εξίςωςθ κόμβων του ιςοδφναμου κυκλϊματοσ του Σχιματοσ 4.1: [Y]. [V(t)] = [I s (t)] + [b(t Δt, ) (4.6) [Y] :Πίνακαρ αγωγιμοηήηων κόμβων [V(t)] :Διάνςζμα ηων ηάζεων ηων κόμβων ηη σπονική ζηιγμή t [Is(t)] : Διάνςζμα εγσεόμενων πεςμάηων ζηοςρ κόμβοςρ ηος κςκλώμαηορ [b(t-γt, )] :Διάνςζμα για ηιρ πποϋπάπσοςζερ ηιμέρ ηων πεςμάηων Αργότερα ο Meliopoulos, λαμβάνοντασ υπόψθ τθν εξάρτθςθ των παραμζτρων και των αρχικϊν τιμϊν των ρευμάτων από τθ ςυχνότθτα, υπολόγιςε τθν απόκριςθ κάκε τμιματοσ του ιςοδφναμου κυκλϊματοσ υπό διαφορετικζσ διεγζρςεισ ρεφματοσ, εφαρμόηοντασ τισ εξιςϊςεισ του Maxwell. To 1989 οι Ramamoorty et.al. ανζπτυξαν μια απλοποιθμζνθ κυκλωματικι προςζγγιςθ για τα πλζγματα γείωςθσ *24+. Συγκεκριμζνα, χϊριςε το όλο ςφςτθμα ςε n τμιματα, κακζνα από τα οποία αποτελοφνταν από ζνα ςυγκεντρωμζνο κφκλωμα με ιδίεσ και αμοιβαίεσ επαγωγζσ, κακϊσ και αγωγιμότθτεσ διαρροισ προσ γθ. Ραρόλο που το μοντζλο αυτό δεν ςυμπεριλαμβάνει τισ εγκάρςιεσ χωρθτικότθτεσ, κεωρείται αρκετά ακριβζσ ςτθν ανάλυςθ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ για εδάφθ χαμθλισ ειδικισ αντίςταςθσ. Στο Σχιμα 4.2 απεικονίηεται το ιςοδφναμο κφκλωμα, του οποίου οι εξιςϊςεισ κόμβων υπολογίηονται από τθν ςχζςθ (4.7).

53 42 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα 4.2: Ιζοδύναμο κύκλυμα ενόρ ηεηπαγώνος ηος πλέγμαηορ γείυζηρ [24] d[v] dt = G 1 { d[i s] dt L 1 V (4.7) [G] :Πίνακαρ αγωγιμοηήηων κόμβων [V] :Διάνςζμα ηων ηάζεων ηων κόμβων [Is] :Διάνςζμα εγσεόμενων πεςμάηων ζηοςρ κόμβοςρ ηος κςκλώμαηορ [L] :Διάνςζμα επαγωγικών ανηιζηάζεων ηων κόμβων Ο Geri *20+ και ο Otero, ςε εργαςίεσ που δθμοςίευςαν το 1999, πραγματοποίθςαν τροποποιιςεισ ςτο μοντζλο του Meliopoulos, αφοφ ςυμπεριζλαβαν ςτα μοντζλα τουσ το φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ. Ζτςι ο Geri, χρθςιμοποίθςε μια ιςοδφναμθ επαγωγι παράλλθλθ με μια -ελεγχόμενθ από ρεφμα- πθγι τάςθσ για τθν αναπαράςταςθ κάκε κλάδου χωρθτικότθτασ - αγωγιμότθτασ, και αντίςταςθσ - επαγωγισ του κυκλϊματοσ. Ωσ εκ τοφτου, θ επίλυςθ τθσ εξίςωςθσ κόμβων 4.6 γίνεται ευκολότερα βάςει του νζου ιςοδφναμου κυκλϊματοσ του Σχιματοσ a4.3β σήμα 4.3α-β: Ιζοδύναμα κςκλώμαηα κάθε κλάδος ανηίζηαζηρ-επαγυγήρ(α), συπηηικόηηηαρ-αγυγιμόηηηαρ(β) ηος μονηέλος ηος Geri[20].

54 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 43 Σε ότι αφορά το μοντζλο του Otero, ίςωσ ιταν θ πρϊτθ απόπειρα ανάλυςθσ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ των ςυςτθμάτων γείωςθσ ςτο πεδίο τθσ ςυχνότθτασ βάςει τθσ κυκλωματικισ προςζγγιςθσ. Από τθν αναςκόπθςθ τθσ βιβλιογραφίασ, είναι ομόφωνο ότι θ ςφνκετθ αντίςταςθ για διεγζρςεισ χαμθλισ ςυχνότθτασ αναπαρίςταται απλά από μια ωμικι αντίςταςθ, ενϊ για υψθλισ ςυχνότθτασ διεγζρςεισ αναπαρίςταται από ζνα ςυγκεντρωμζνο R- L-C κφκλωμα *25+. Συχνά ςτθ βιβλιογραφία χρθςιμοποιοφνται τρία ςφνολα εξιςϊςεων για υπολογιςμό των παραμζτρων ενόσ θλεκτροδίου γείωςθσ για το μοντζλο τθσ κυκλωματικισ προςζγγιςθσ. Το ζνα ςφνολο ςφμφωνα με τον Rudenberg, χρθςιμοποιείται για κάκετθ ράβδο*25]: G -1 = ρ 2l log 2πl a, C = 2πεl. log 2l a, L = μ 0l 2π log 2l a (4.8) Το δεφτερο χρθςιμοποιείται για οριηόντια θλεκτρόδια ςφμφωνα με τον Sunde και τον Tagg*25]: G -1 = ρ 4l 4l (log 1), C = 2πε(log 1), L = μ 0l 2l (log 1) (4.9) 2πl a a 2π a Η ακηίνα ηος αγωγού α όηαν αςηόρ ηοποθεηείηαι ζε βάθορ h, ανηικαθίζηαηαι με α, = 2αh. Εναλλακτικά θ αντίςταςθ κα μποροφςε να υπολογιςτεί από τθ ςχζςθ (4.10), ςφμφωνα με τον Dwight, ενϊ από τθ ςχζςεισ (4.11) θ επαγωγι και θ χωρθτικότθτα. G -1 = ρ 2l [ln 2πl a + ln 2l s 2 + s l s l 2 + s l 4 (4.10) Όπος s =2h, δηλαδή δύο θοπέρ ηο βάθορ ηοποθέηηζηρ L = l c 2 0 ερg, C = ερg (4.11) Το μειονζκτθμα των παραπάνω ςυνόλων εξιςϊςεων για υπολογιςμό των ςυγκεντρωμζνων παραμζτρων Re, Le, Ce, Ge, είναι ότι βαςίηονται ςε διάφορεσ προςεγγίςεισ που περιορίηουν τθν εγκυρότθτα τουσ υπό τθν επίδραςθ ρευμάτων υψθλισ ςυχνότθτασ, που προκαλοφν μεταβατικά φαινόμενα όπωσ ιονιςμόσ του εδάφουσ και αλλαγι ςτο ενεργό μζγεκοσ των αγωγϊν.

55 44 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Οι RongZeng et.al. το 2008 ςε δθμοςίευςθ τουσ *14+ πρότειναν ζνα μοντζλο για τθν ανάλυςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ ςυςτθμάτων γείωςθσ, βαςιςμζνο ςτθν κυκλωματικι προςζγγιςθ κατανεμθμζνων και χρονικά μεταβαλλόμενων παραμζτρων, το οποίο όμωσ λαμβάνει υπόψθ τα φαινόμενα ιονιςμοφ του εδάφουσ κακϊσ και τισ αμοιβαίεσ ςυηεφξεισ μεταξφ των αγωγϊν. Ζνα θλεκτρόδιο γείωςθσ καμμζνο οριηόντια ςτο ζδαφοσ, υπό το πλιγμα κρουςτικοφ κεραυνικοφ ρεφματοσ, μπορεί να παραςτακεί με δίκτυο κατανεμθμζνων παραμζτρων, όπωσ απεικονίηεται ςτο Σχιμα 4.4. Ζνα ςτοιχειϊδεσ τμιμα του αγωγοφ, ςυνκζτουν οι εν ςειρά αντίςταςθ (ri) και επαγωγι (Li), κακϊσ και οι εγκάρςιεσ εν παραλλιλω αγωγιμότθτεσ (Gi) και χωρθτικότθτεσ (Ci). σήμα 4.4: Αναπαπάζηαζη ηλεκηποδίος γείυζηρ με μη-ομοιόμοπθα ζςγκενηπυμένερ παπαμέηποςρ [14] Θ εν παραλλιλω αγωγιμότθτα και χωρθτικότθτα του θλεκτροδίου του ςχιματοσ 4.3 που ςυνδζονται με τθ διάμετρο του αγωγοφ, ςχετίηονται με τισ ιςοδφναμεσ διαμζτρουσ κάκε τμιματοσ του αγωγοφ, με αποτζλεςμα να κακίςτανται και αυτζσ μεταβαλλόμενεσ ωσ προσ το χρόνο. Από τθν άλλθ, οι εν ςειρά αντίςταςθ και επαγωγι είναι ανεξάρτθτεσ τθσ ιςοδφναμθσ διαμζτρου του αγωγοφ για τουσ λόγουσ που ακολουκοφν. Οι κατευκφνςεισ των ρευμάτων που εγχζονται ςτο ζδαφοσ, είναι κάκετεσ προσ τθν επιφάνεια των αγωγϊν ςτο ςφνορο αγωγοφ-εδάφουσ. Θ μαγνθτικι ςφνδεςθ, διαςυνδεδεμζνθ με τα ρεφματα, είναι ανεξάρτθτθ των ιςοδφναμων διαμζτρων των αγωγϊν. Ταυτόχρονα, το ρεφμα ρζει κυρίωσ μζςω του μεταλλικοφ αγωγοφ. Σφμφωνα με τον φυςικό οριςμό, θ αντίςταςθ και θ επαγωγι παραμζνουν αμετάβλθτεσ ςε ςχζςθ με τθν περιοχι ιονιςμοφ του εδάφουσ, οπότε το φαινόμενο ιονιςμοφ επθρεάηει μόνο τισ εν παραλλιλω αγωγιμότθτεσ και χωρθτικότθτεσ*27]. Οι τφποι για τον υπολογιςμό των ανά μονάδα μικουσ παραμζτρων δίνονται και επεξθγοφνται ακολοφκωσ: L i μ 0l i 2π ln 2l i a 1 (4.12) Li : ηο μήκορ ηος ημήμαηορ i ηος ηλεκηποδίος γείωζηρ μ0 : η επιδεκηικόηηηα ηος κενού

56 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕ ΙΦΟ Α ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤ ΙΩΝ π : ειδική ανηίζηαζη ηος εδάθοςρ 𝑙 𝑖 + 𝑙 𝑖2 + 𝑎 2 𝜌 2ℎ+𝑎 h : ηο βάθορ ηοποθέηηζηρ ηος ηλεκηποδίος𝑎 2 ri = 2𝜋𝑙 [ Ci (αi) = 𝑙𝑖 + 𝑙𝑛 1+ 𝑎 2𝜋𝜀 𝑙 𝑖 2 𝑙𝑖 + 𝑙2 𝑎𝑖 𝑖 +𝑎 𝑖 +𝑙𝑛 𝑙𝑖 𝑎𝑖 1+ 𝑎𝑖 𝑙𝑖 2 𝑙𝑖 + ln 𝑙 𝑖 + 𝑙 𝑖2 + 4ℎ 2 2ℎ 1+ 2ℎ 2 𝑙𝑖 (4.14) Li : ηο μήκορ ηος ημήμαηορ i ηος ηλεκηποδίος γείωζηρ μ0 : η επιδεκηικόηηηα ηος κενού Gi= 𝐶𝑖 𝜀𝜌 (4.15) Θα ιταν πιο ορκό ςτον υπολογιςμό των αντίςτοιχων χωρθτικοτιτων να χρθςιμοποιθκεί θ ςχζςθ Ci= Ci(αi) + Ci(2h αi) ςφμφωνα με τθ κεωρία των ειδϊλων, λόγω του ότι οι αγωγοί βρίςκονται καμμζνοι ςε κάποιο βάκοσ (h) μζςα ςτο ζδαφοσ. Ππωσ αναφζρκθκε παραπάνω, παρατθρείται ότι οι τφποι που δίνουν τθν ενπαραλλιλω χωρθτικότθτα και τθν αγωγιμότθτα του κάκε τμιματοσ του αγωγοφ, εξαρτάται από τθν ιςοδφναμθ ακτίνα που προκφπτει λαμβάνοντασ υπόψθ το φαινόμενο του ιονιςμοφ του εδάφουσ και δίνεται από τον τφπο (4.16). ai = 𝛥𝐼𝑖 𝜌 2𝜋𝑙 𝑖 𝐸𝑐 (4.16) Οι παράμετροι τθσ ςχζςθσ (4.16) προςδιορίςτθκαν ςε προθγοφμενεσ ενότθτεσ. Στθν αναφορά *14+ μπορεί κανείσ να βρει τισ ςχζςεισ που προκφπτουν για τισ αμοιβαίεσ ςυηεφξεισ μεταξφ δφο παράλλθλων τμθμάτων ενόσ ςυςτιματοσ γείωςθσ, για διαφορετικζσ διατάξεισ μεταξφ τουσ ΠΡΟ ΕΓΓΙ Η ΗΛΕΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΟΤ ΠΕΔΙΟΤ Θ πιο δθμοφιλισ προςζγγιςθ θλεκτρομαγνθτικοφ πεδίου βαςίηεται ςτθ κεωρία κεραιϊν, κακϊσ και ςτθ μζκοδο των ςτιγμϊν (MOMs). Θ μζκοδοσ αυτι ςτθρίηεται ςε μια ακριβι λφςθ των θλεκτρομαγνθτικϊν πεδίων ενόσ διπόλου του Hertz, μζςα ι δίπλα ςε ζνα θμιεπίπεδο με απϊλειεσ, και ζτςι είναι βαςιςμζνο ςε λιγότερεσ προςεγγίςεισ ςε ςφγκριςθ με άλλα μοντζλα. Αυτι είναι μια προςζγγιςθ πλιρουσ κφματοσ ςτο πεδίο τθσ ςυχνότθτασ, αλλά βαςικι τθσ απαίτθςθ είναι ότι το ςφςτθμα είναι γραμμικό. Συνεπϊσ, δεν μπορεί να εφαρμοςτεί για μοντελοποίθςθ μθ- 45 (4.13)

57 46 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ γραμμικϊν φαινομζνων, αλλά ταιριάηει απόλυτα ςτθν περίπτωςθ μοντελοποίθςθσ χαρακτθριςτικϊν εξαρτϊμενων από τθ ςυχνότθτα *26]. Για εφαρμογι τθσ μεκόδου προχποτίκεται ότι τα θλεκτρόδια γείωςθσ είναι λεπτά, και ότι θ πυκνότθτα ρεφματοσ κατά μικοσ του θλεκτροδίου προςεγγίηεται με «νιματα» ρεφματοσ κυρίωσ ςτον άξονα των θλεκτροδίων. Κάκε θλεκτρόδιο κεωρείται κατά μικοσ χωριςμζνο ςε τμιματα, και τότε προκφπτει ζνασ πίνακασ [Z] που χρθςιμοποιεί τθ μζκοδο των ςτιγμϊν ΜΟΜ για τθν περιγραφι των θλεκτρομαγνθτικϊν αλλθλεπιδράςεων μεταξφ των τμθμάτων. Ο [Z] είναι ζνασ πίνακασ Ν Ν και όπου Ν το πλικοσ των τμθμάτων. Στθ διαδικαςία αυτι, οι εξιςϊςεισ θλεκτρομαγνθτικοφ πεδίου μποροφν να εκφραςτοφν υπό μορφι πινάκων, ωσ ακολοφκωσ: [Z][I] = I S *Z + (4.17) Ππου [I] είναι ζνα διάνυςμα ςτιλθσ του οποίου τα ςτοιχεία είναι άγνωςτοι φάςορεσ που προςεγγίηουν τθν κατανομι του ρεφματοσ κατά μικοσ των θλεκτροδίων, Is είναι ο φάςορασ του εγχεόμενου ρεφματοσ, και [Z ] είναι ζνα διάνυςμα ςτιλθσ, τα ςτοιχεία του οποίου είναι οι ςφνκετεσ αντιςτάςεισ μεταξφ του τμιματοσ όπου εγχζεται το ρεφμα και των υπόλοιπων τμθμάτων. Θ αρμονικι ςφνκετθ αντίςταςθ γείωςθσ δίνεται από τθν παρακάτω ςχζςθ (4.18): Z(jω) = V S I S = I T Z + I S Z S I S (4.18) Ππου Vs είναι ο φάςορασ του δυναμικοφ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ του ρεφματοσ ωσ προσ τθν άπειρθ γθ, και Ζs είναι θ ιδία ςφνκετθ αντίςταςθ του τμιματοσ ζγχυςθσ. Το βαςικό βιμα είναι θ εκτίμθςθ των ςτοιχείων του πίνακα [Z] τθσ ςχζςθσ (4.17), τα οποία μποροφν να γραφτοφν υπό τθν γενικι μορφι που ακολουκεί: Z mn = m n F m F n G mn dl m dl n (4.19) Ππου Fm και Fn είναι οι ςυναρτιςεισ που ςχετίηονται με τθν προςζγγιςθ του ρεφματοσ και των ςυνοριακϊν ςυνκθκϊν κατά μικοσ του m-ιοςτοφ και n-ιοςτοφ τμιματοσ αντίςτοιχα. G mn είναι θ ςυνάρτθςθ Green, που ιςοδυναμεί ςτο θλεκτρομαγνθτικό πεδίο ςτο n-ιοςτό τμιμα λόγω ενόσ ρεφματοσ ςτο m-ιοςτό τμιμα. Για τον προςδιοριςμό τθσ G mn χρθςιμοποιείται θ αναλυτικι λφςθ του Sommerfeld[36]. Ζτςι θ G mn μπορεί να ενςωματωκεί ςτθν παρακάτω εξίςωςθ: G mn = g mn +Kg mn + S mn (4.20)

58 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 47 Ππου g mn είναι θ ςυνάρτθςθ Green για το ρευματοφόρο ςτοιχείο κάτω από το ζδαφοσ ςε ζνα απεριόριςτο ομογενζσ και με απϊλειεσ μζςο με χαρακτθριςτικά γθσ, και g mn είναι θ αντίςτοιχθ ςυνάρτθςθ του ειδϊλου πάνω από τθν επιφάνεια τθσ γθσ. Εάν εφαρμόηονταν μόνο οι gmn και g mn ςτθ ςχζςθ (4.20), κα ιςοδυναμοφςε μετθ μζκοδο ςτατικϊν ειδϊλων. Το Κ ςτθν παραπάνω εξίςωςθ (4.20) είναι ζνασ ςυντελεςτισ που τροποποιεί τα είδωλα και θ Smn περιλαμβάνει τα ολοκλθρϊματα τφπου Sommerfeld. Ο τελευταίοσ όροσ τείνει ςτο μθδζν ςτισ χαμθλζσ ςυχνότθτεσ, ενϊ αποκτά ιδιαίτερθ ςθμαςία ςτισ υψθλζσ ςυχνότθτεσ. Θ gmn μπορεί να εκφραςτεί ωσ εξισ: g mn = e jkr r, k = ω ε j ωρ μ (4.21) Ππου r είναι θ απόςταςθ μεταξφ τθσ πθγισ (ςτο m-ιοςτό τμιμα), και του ςθμείου παρατιρθςθσ (ςτο n-ιοςτό τμιμα). Μια προςζγγιςθ για τθ ςυνάρτθςθ αυτι κα ιταν θ ανάπτυξθ του εκκετικοφ ςε ςειρά Maclaurin, όπου κα προζκυπτε: g mn = 1 r - jk - k 2 2 r + (4.22) Εάν ικελε κάποιοσ να μεταβεί από τθν θλεκτρομαγνθτικι ςτθν κυκλωματικι προςζγγιςθ, κα χρθςιμοποιοφςε μόνο τον πρϊτο όρο τθσ ςχζςθσ (4.22), ςτατικι κεωρία ειδϊλων ςτθ ςχζςθ (4.20), και μοναδιαίου παλμοφ ςυναρτιςεισ Fm και Fn. Ζτςι λοιπόν, θ λφςθ τθσ εξίςωςθσ (4.17) δίνει τθν κατανομι του ρεφματοσ κατά μικοσ των θλεκτροδίων για δεδομζνθ ςυχνότθτα, που μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για περαιτζρω υπολογιςμοφσ διαφόρων ποςοτιτων, όπωσ δυναμικά, τάςεισ, πεδία, ςυνκετεσ αντιςτάςεισ κ.ά. ςτο πεδίο τθσ ςυχνότθτασ, αυτζσ οι ποςότθτεσ μποροφν να κεωρθκοφν ωσ ςυναρτιςεισ του ςυςτιματοσ, και θ χρονικι απόκριςθ να προκφπτει από τθ ςχζςθu(t) = F 1 {F i t Z jω }.[26] Άλλθ μια μζκοδοσ για τθν ανάλυςθ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ ςυςτθμάτων γείωςθσ που βαςίηεται ςτθν προςζγγιςθ του θλεκτρομαγνθτικοφ πεδίου, είναι θ Μζκοδοσ Ρεπεραςμζνων Στοιχείων (Finite Element Method). Το μοντζλο ξεκινά από εξιςϊςεισ θλεκτρικισ ι μαγνθτικισ ενζργειασ που περιλαμβάνουν τισ διαφορικζσ εξιςϊςεισ του Maxwell, ςε ςχζςθ με το διάνυςμα δυναμικοφ (Α) και το βακμωτό δυναμικό (V) ςε διάφορουσ τομείσ του ςυςτιματοσ. Στθ ςυνζχεια υλοποιείται με τθ χριςθ τθσ Μεκόδου Ρεπεραςμζνων Στοιχείων για τισ λφςεισ που βαςίηονται ςτθ φυςικι αρχι ελαχιςτοποίθςθσ τθσ ενζργειασ ςτο ςφςτθμα. Στισ εξιςϊςεισ (4.23.i-ii) δίνονται οι τελικζσ ςυναρτιςεισ A-V για το πεδίο ςτο ζδαφοσ, ενϊ ςτθν (4.23.iii) δίνεται θ αντίςτοιχθ για το πεδίο ςτον αζρα. Σ αυτζσ περιλαμβάνεται θ διανυςματικι (W)και θ βακμωτι (w) ςυνάρτθςθ βάρουσ.

59 48 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Ω 1 μ 0 ( W) A + 1 μ 0 (. W). A + (ς soil + jωε soil )(jωw. A + W. V) dω = 0 (4.23) Ω ς soil + jωε soil w jωα + V dω = 0 (4.23 ii) ( 1 w A + 1 w A )dω = 0 (4.23 iii) Ω μ 0 μ 0 Για τθν αρικμθτικι επίλυςθ των προβλθμάτων, οι παραπάνω εξιςϊςεισ μεταςχθματίςτθκαν ςε γραμμικζσ εξιςϊςεισ, χωρίηοντασ το όλο ςφςτθμα ςε Ν μικράςτοιχεία. Θ δυςκολία που προκφπτει ς αυτι τθν προςζγγιςθ, είναι θ χριςθ χωρικοφ μεταςχθματιςμοφ για μετατροπι του προβλιματοσ ανοικτϊν ορίων του περιβάλλοντοσ αζρα και γθσ, ςε πρόβλθμα κλειςτϊν ορίων, με απϊτερο ςκοπό τθν μείωςθ του μεγζκουσ του προβλιματοσ. Το μεγαλφτερο πλεονζκτθμα τθσ προςζγγιςθσ θλεκτρομαγνθτικοφ πεδίου ςτθριηόμενθσ ςτθ μζκοδο πεπεραςμζνων ςτοιχείων, είναι ότι χειρίηεται μθ - ομοιόμορφα ςτοιχεία που περιγράφουν με μεγάλθ ευκολία περίπλοκα ςχιματα. Αυτόσ είναι και ο λόγοσ που το μοντζλο αυτό μπορεί εφκολα να ςυμπεριλάβει και το φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ. Εντοφτοισ, θ μζκοδοσ αυτι είναι πιο δυςνόθτθ από τθν προθγοφμενθ (ΜΟΜ), διότι δεν λφνει κατ ευκείαν τισ εξιςϊςεισ Maxwell. Συμπεραςματικά, κα μποροφςε κανείσ να πει ότι θ προςζγγιςθ θλεκτρομαγνθτικοφ πεδίου είναι αρκετά ακριβισ, αφοφ κεωρεί ελάχιςτεσ υποκζςεισ και προςεγγίςεισ, από τθν άλλθ όμωσ απαιτεί πολφ μεγάλο υπολογιςτικό χρόνο για μεγάλα ςυςτιματα γείωςθσ όπωσ πλζγματα, και κακίςταται αρκετά πολφπλοκθ, αφοφ λφνει τισ πλιρεισ εξιςϊςεισ Maxwell ΠΡΟΕΓΓΙΗ ΓΡΑΜΜΗ ΜΕΣΑΥΟΡΑ Θ προςζγγιςθ τθσ γραμμισ μεταφοράσ, ιταν αυτι που χρθςιμοποιικθκε αρχικά για τθν ανάλυςθ και τθν μοντελοποίθςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ των ςυςτθμάτων γείωςθσ. Ραρόλα αυτά, θ εξζλιξθ τθσ προςζγγιςθσ αυτισ, δεν ιταν τόςο άμεςθ όςο εκείνθσ τθσ κυκλωματικισ, και τθσ προςζγγιςθσ θλεκτρομαγνθτικοφ πεδίου. Θ προςζγγιςθ αυτι παρζχει τθ δυνατότθτα ανάλυςθσ τόςο ςτο πεδίο του χρόνου όςο και ςτο πεδίο τθσ ςυχνότθτασ, κακϊσ επίςθσ μπορεί να ςυμπεριλάβει όλεσ τισ αμοιβαίεσ ςυηεφξεισ μεταξφ των αγωγϊν και ςυγχρόνωσ να προβλζψει τθν

60 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 49 κακυςτζρθςθ κυματικισ διάδοςθσ. Μερικοί ερευνθτζσ όπωσ ο Meliopoullos, Papalexopoulos, εφάρμοςαν τθν προςζγγιςθ τθσ γραμμισ μεταφοράσ μόνο ςε κάκε ζνα από τα μικρά τμιματα των αγωγϊν γείωςθσ, με ςκοπό να εξαχκεί ο αντίςτοιχοσ πίνακασ ειδικϊν αντιςτάςεων για τθ λφςθ των κυκλωματικϊν εξιςϊςεων. Άλλοι ερευνθτζσ όπωσ ο Grcev, Mazzetti, Liu, Lorentzou κλπ, χρθςιμοποίθςαν τθν ζννοια τθσ ομοιόμορφθσ γραμμισ μεταφοράσ, όπου δθλαδι οι ανά μονάδα μικουσ παράμετροι των αγωγϊν γείωςθσ είναι ςτακερζσ κατά μικοσ του αγωγοφ, και εξιγαγαν εξιςϊςεισ τάςθσ και ρεφματοσ λφνοντασ τισ τθλεγραφικζσ εξιςϊςεισ (4.24i-ii)[24]. V I + L x t + r ei = 0 (4.24 i) I V + C x t + GV = 0 (4.24 ii) Συγκεκριμζνα οι Mazzetti et.al. χρθςιμοποίθςαν τισ εξιςϊςεισ του Sunde, για τον υπολογιςμό των ανά μονάδα μικουσ παραμζτρων ενόσ θλεκτροδίου με μικοσ ζνα μζτρο. Ζτςι με τθν χριςθ των παραμζτρων αυτϊν, διεξιχκθ θ ανάλυςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ θλεκτροδίων γείωςθσ διαφορετικοφ μικουσ ςτο πεδίο του χρόνου, κεωρϊντασ ότι οι ανά μονάδα μικουσ παράμετροι είναι ανεξάρτθτεσ του μικουσ. Θ μζκοδοσ αυτι μπορεί να προβλζψει το αποτελεςματικό μικοσ των θλεκτροδίων γείωςθσ, αλλά ζχει αποδειχκεί ότι δίνει εςφαλμζνα αποτελζςματα όςον αφορά τθν μεταβατικι τάςθ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ του ρεφματοσ. Από τθν άλλθ, ζχει ςυνειδθτοποιθκεί ότι αγωγοί γείωςθσ πεπεραςμζνου μικουσ, υπό το πλιγμα κεραυνϊν, δεν παρουςιάηουν μια ςυγκεκριμζνθ δομι πεδίων όπου το θλεκτρικό και το μαγνθτικό πεδίο είναι κάκετα μεταξφ τουσ, και ςυνεπϊσ οι ανά μονάδα μικουσ παράμετροι (επαγωγι, χωρθτικότθτα, αγωγιμότθτα) κα πρζπει να περιλαμβάνουν τθν επίδραςθ του μικουσ του αγωγοφ. Ζτςι λοιπόν, βάςει των παραπάνω, κάποιοι ερευνθτζσ υπολόγιςαν τθν ςυνολικι αγωγιμότθτα, αυτεπαγωγι και χωρθτικότθτα θλεκτροδίου πεπεραςμζνου μικουσ, χρθςιμοποιϊντασ τισ ολοκλθρωτικζσ εξιςϊςεισ του Sunde, και ιςοκατανζμοντασ τισ παραμζτρουσ ςε ανά μονάδα μικουσ μορφι. Τελικά λφνοντασ τισ τθλεγραφικζσ εξιςϊςεισ χρθςιμοποιϊντασ τισ κατανεμθμζνεσ παραμζτρουσ ζγινε θ μεταβατικι ανάλυςθ. Το μειονζκτθμα τθσ μεκόδου ιταν ότι δεν μποροφςε να προβλζψει το «πραγματικό μικοσ» (effective length) των αγωγϊν γείωςθσ, που ορίηεται ωσ το μικοσ του αγωγοφ, πζρα από το οποίο θ μεταβατικι τάςθ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ είναι ανεξάρτθτθ του μικουσ, για δεδομζνα χαρακτθριςτικά του εδάφουσ και ςυγκεκριμζνο κεραυνικό πλιγμα. Πταν πρόκειται για πλζγμα γείωςθσ, ιςχφει κάτι αντίςτοιχο του αποτελεςματικοφ μικουσ, που ορίηεται ωσ «πραγματικι περιοχι». Το 2005 προτάκθκε από τουσ Y. Liu et.al.[28+ ζνα νζο μοντζλο βαςιςμζνο ςτθν προςζγγιςθ μθ-ομοιόμορφθσ γραμμισ μεταφοράσ, για τθν ανάλυςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ των ςυςτθμάτων γείωςθσ επιλφοντασ τθλεγραφικζσ εξιςϊςεισ. Στο μοντζλο αυτό, λαμβάνονται υπόψθ όλεσ οι αμοιβαίεσ ςυηεφξεισ μεταξφ των διαφόρων τμθμάτων των αγωγϊν κάνοντασ χριςθ των ανά μονάδα

61 50 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ μικουσ παραμζτρων που είναι χρονικά και χωρικά εξαρτθμζνεσ. Οι εξιςϊςεισ λφνονται αρικμθτικά με τθ μζδοδο των Ρεπεραςμζνων Διαφορϊν ςτο πεδίο του χρόνου, και ζτςι το μοντζλο αυτό γίνεται πιο αποδοτικό και εφκολο ςτθ εφαρμογι του. Μπορεί επίςθσ εφκολα να επεκτακεί ςε μεγαλφτερα ςυςτιματα γείωςθσ όπωσ πλζγματα μεγάλου μεγζκουσ *28]. Ζνα άλλο μοντζλο βαςιςμζνο ςτθν ζννοια τθσ γραμμισ μεταφοράσ για μελζτθ ςυςτθμάτων γείωςθσ παρουςιάςτθκε από τον A. Marcos Mattos [29+ το Ρρόκειται για ζνα κακαρά αρικμθτικό μοντζλο, που υπολογίηει τισ παραμζτρουσ (αυτεπαγωγι, αγωγιμότθτα, χωρθτικότθτα) ςε τρία ςθμεία του πλζγματοσ, τα οποία φαίνονται ςτο Σχιμα 4.5. σήμα 4.5: Σα ζημεία ςπολογιζμού ηυν παπαμέηπυν[34] Το κφριο πλεονζκτθμα αυτοφ του μοντζλου είναι ότι εκμεταλλεφεται το ςφάλμα που προκφπτει από τα διακριτά μοντζλα (γραμμισ μεταφοράσ) ςυγκεντρωμζνων ςτοιχείων, αφοφ το ενςωματϊνει ςτο ιςοδφναμο κφκλωμα ωσ πυκνωτι ι ωσ επαγωγι. Επίςθσ τα θλεκτρόδια του πλζγματοσ, κεωροφνται ωσ ομοιόμορφεσ γραμμζσ μεταφοράσ ςε ςειρά που ςυνδζουν δφο κόμβουσ. Για τθν αναπαράςταςθ ενόσ κόμβου του ιςοδφναμου κυκλϊματοσ του ςυγκεκριμζνου μοντζλου λαμβάνονται υπόψθ απϊλειεσ των θλεκτροδίων του πλζγματοσ, εξωτερικζσ πθγζσ, αμοιβαίεσ επιδράςεισ, κακϊσ και ανομοιομορφίεσ. Μετά από ςφγκριςθ των πειραματικϊν αποτελεςμάτων του με άλλα μοντζλα, το βρικε αρκετά ακριβζσ. Τελικά, ςε ςχζςθ με τισ υπόλοιπεσ προςεγγίςεισ, θ προςζγγιςθ τθσ γραμμισ μεταφοράσ παρουςιάηει τα περιςςότερα πλεονεκτιματα, αφοφ είναι αρκετά ακριβισ, ο υπολογιςτικόσ χρόνοσ για ζνα κανονικό υπολογιςτι είναι μικρόσ, είναι ςχετικά εφκολθ ςτθν κατανόθςθ, είναι απλι και μπορεί να ςυμπεριλάβει το φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ κακϊσ και τθν κακυςτζρθςθ κυματικισ διάδοςθσ.

62 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΙΟΔΤΝΑΜΗ ΤΝΘΕΣΗ ΑΝΣΙΣΑΗ ΑΝΘΡΩΠΟΤ Σφμφωνα με τουσ Daniel S. et.al.και τθ δθμοςίευςθ τουσ «Contribution to the Study of Human Safety Against Lightning Considering the Grounding System Influence and the Variations of the Associated Parameters»[35] το 2012 το ιςοδφναμο κφκλωμα του ανκρϊπου είναι το εξισ: σήμα 4.6:Ιζοδύναμη ζύνθεηη ανηίζηαζη ανθπώπος[35]

63 52 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ

64 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 53 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 5: ΣΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΠΡΟΟΜΟΙΩΗ ATP EMTP 5.1 ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΣΟ ATP EMTP [30] Το ATP EMTP (Alternative Transients Program Electromagnetic Transients Program) είναι το πιο ευρζωσ χρθςιμοποιοφμενο πρόγραμμα ψθφιακισ προςομοίωςθσ θλεκτρομαγνθτικϊν φαινομζνων για ςυςτιματα θλεκτρικισ ενζργειασ, διακζτοντασ μεγάλεσ δυνατότθτεσ μοντελοποίθςθσ. Το πρόγραμμα αναπτφχκθκε με ςκοπό τθν προςομοίωςθ θλεκτρικϊν κυκλωμάτων, ςυςτθμάτων θλεκτρικισ ενζργειασ και εξοπλιςμοφ. Ο πυρινασ του προγράμματοσ αποτελείται από ζναν μεταφραςτι (compiler) που μεταφράηει τα κατάλλθλα γραμμζνα αρχεία ειςόδου ςε αρχεία εξόδου αποτελεςμάτων. Ο μεταφραςτισ υποςτθρίηεται από άλλεσ εφαρμογζσ (υποςτθρικτικά προγράμματα) που χρθςιμεφουν ςτθ διαδικαςία καταςκευισ των αρχείων ειςόδου ι ςτθν επεξεργαςία αρχείων εξόδου. Το ATP-EMTP αναλφει το ςφςτθμα που κα του δοκεί ςτο πεδίο του χρόνου επιλφοντασ τισ διαφορικζσ εξιςϊςεισ των ςτοιχείων που απαρτίηουν το κφκλωμα ι το θλεκτρικό δίκτυο. Οι διαφορικζσ εξιςϊςεισ των ςτοιχείων λφνονται από τον πυρινα του προγράμματοσ αρικμθτικά. Θ ανάλυςθ του κυκλϊματοσ, με επίλυςθ διαφορικϊν εξιςϊςεων, δίνει ςτο πρόγραμμα τθ δυνατότθτα να υπολογίηει όλα τα μεταβατικά φαινόμενα που κα εμφανιςτοφν ςε αυτό. Φυςικά, αυτό δε ςθμαίνει ότι με το ΑΤ ΕΜΤ υπολογίηονται μόνο μεταβατικζσ καταςτάςεισ αλλά μπορεί να χρθςιμοποιθκεί και για τθν ανάλυςθ κυκλωμάτων ςτθ μόνιμθ κατάςταςθ λειτουργίασ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ATPDraw Το πρόγραμμα ATPDraw είναι ζνασ γραφικόσ προεπεξεργαςτισ για το πρόγραμμα EMTP-ATP ςε περιβάλλον Windows που δθμιουργεί αρχεία *.atp. Με το ATPDraw δίδεται θ δυνατότθτα τθσ γραφικισ απεικόνιςθσ ςτον υπολογιςτι του κυκλϊματοσ ι θλεκτρικοφ ςυςτιματοσ προσ προςομοίωςθ, επιλζγοντασ ςτοιχεία από μια εκτεταμζνθ παλζτα. Μζςα από το πρόγραμμα αναπαρίςταται με τθ μορφι δομικϊν ςτοιχείων το κυκλωματικό ςχζδιο του κυκλϊματοσ ι θλεκτρικοφ δικτφου, ορίηονται οι απαραίτθτεσ παράμετροι με ςχετικά εφκολο και απλό τρόπο, προκειμζνου να προχωριςει ο μελετθτισ ςτθν ανάλυςθ με το ATP-EMTP. Θ ζξοδοσ του ATPDraw είναι το αρχείο ειςόδου (text file) που χρειάηεται το ATP EMTP, ϊςτε να προςομοιϊςει το ςφςτθμα. Στο περιβάλλον του προγράμματοσ δίνεται θ δυνατότθτα τθσ ςχεδίαςθσ του κυκλϊματοσ με τθ βοικεια του mouse, τοποκετϊντασ ςε αυτό όλα τα θλεκτρικά

65 54 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ςτοιχεία, όπωσ για παράδειγμα γραμμικά ςτοιχεία, μθ γραμμικά ςτοιχεία, πθγζσ, μθχανζσ, γραμμζσ μεταφοράσ κ.ο.κ. Τα περιςςότερα από τα ςτοιχεία υπάρχουν ιδθ ζτοιμα (μοντελοποιθμζνα) ςε παλζτεσ ςτοιχείων, όμωσ το πρόγραμμα δίνει τθ δυνατότθτα του οριςμοφ και νζων ςτοιχείων. Το ATPDraw υποςτθρίηει όλεσ τισ λειτουργίεσ του περιβάλλοντοσ Windows, όπωσ copy/paste, rotate, import/export, group κακϊσ και πολλαπλά παράκυρα ανοιχτά. Στθν Εικόνα 5.1 φαίνεται θ οκόνθ του προγράμματοσ ATPDraw με τα περιςςότερα από τα ιδθ υπάρχοντα ςτοιχεία. Δικόνα 5.1. Σα ήδη ςπάπσονηα ζηοισεία ζηο πεπιβάλλον ηος ATPDraw.[30] ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ PlotXY - PlotXWin Το PlotXY είναι πρόγραμμα ςχεδιαςμοφ κυματομορφϊν γραφικϊν παραςτάςεων, το οποίο επεξεργάηεται τα αρχεία εξόδου ΑΤ ΕΜΤ *.pl4 και ςχεδιάηει αντιςτοίχωσ τισ γραφικζσ παραςτάςεισ. Τα αρχεία *.pl4 προκφπτουν ωσ ζξοδοσ από τισ εκδόςεισ του ATP ΕΜΤ : Salford, Watcom και GNU/Mingw32. Το PlotXY δθμιουργικθκε αρχικά για μετά επεξεργαςία αρχείων του ΑΤ ΕΜΤ, υποςτθρίηει όμωσ και αρχεία ASCII data.

66 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 55 Κύπια σαπακηηπιζηικά: Εφκολο ςτθ χριςθ GUI ( Graphical User Interface) 6 μεταβλθτζσ μζγιςτο όριο επεξεργαςίασ ςχεδιαςμοφ Σχεδιαςμόσ από 3 αρχεία ςτο ίδιο φφλλο Σχεδιαςμόσ ωσ προσ χρόνο ι με Χ Υ προεπιλεγμζνουσ άξονεσ Δυνατότθτα επιλογισ χρωμάτων Επιλογι μεγζκυνςθσ Δυνατότθτεσ copy paste, BMP format saving Δικόνα 5.2. To πεπιβάλλον ηος ππογπάμμαηορ PlotXY και PlotXWin[30] 5.2 ΜΙΑ ΤΝΣΟΜΗ ΑΝΑΥΟΡΑ ΣΗΝ ΔΙΑΔΙΚΑΙΑ ΑΝΑΛΤΗ Με τθν βοικεια του ATPDraw ο μελετθτισ ςχεδιάηει το κφκλωμα, το οποίο μαηί με όλεσ τισ παραμζτρουσ αποκθκεφεται ςε αρχείο με κατάλθξθ.adp. Κατόπιν,παράγεται το αρχείο κειμζνου.atp, το οποίο και κα αποτελζςει τθν είςοδο του ATP- EMTP. Μετά τθν προςομοίωςθ, επιςτρζφεται ζνα αρχείο κειμζνου (textfile) με τθν κατάλθξθ.lis και ζνα αρχείο με κατάλθξθ.pl4, ςτθν περίπτωςθ που θ προςομοίωςθ ολοκλθρωκεί επιτυχϊσ. Στθν αντίκετθ περίπτωςθ, παράγεται μόνο το 1ο αρχείο, αναφζροντασ και το λόγο που παρουςιάςτθκε το ςφάλμα. Το αρχείο.pl4 περιλαμβάνει τισ γραφικζσ παραςτάςεισ που ζχουν ηθτθκεί από το χριςτθ.

67 56 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ

68 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 57 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 6: ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΣΕΛΟΤ, ΣΟΙΦΕΙΑ ΠΛΕΓΜΑΣΟ, ΠΡΟΟΜΟΙΩΗ 6.1 ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΣΕΛΟΤ ΓΕΙΩΗ Ραρατθρϊντασ τισ διάφορεσ προςεγγίςεισ που μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν για τθν μελζτθ και τθν προςομοίωςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ ενόσ ςυςτιματοσ γείωςθσ και ςυγκεκριμζνα ενόσ πλζγματοσ γείωςθσ, μπορεί κανείσ να διακρίνει τα πλεονεκτιματα και τα μειονεκτιματα τθσ κακεμιάσ. Ππωσ αναφζρκθκε και ςτο 4 ο κεφάλαιο, όλεσ οι προςεγγίςεισ μποροφν να πραγματοποιθκοφν τόςο ςτο πεδίο του χρόνου, όςο και ςτο πεδίο τθσ ςυχνότθτασ. Θ ανάλυςθ ωςτόςο ςτο πεδίο του χρόνου είναι πιο κατανοθτι και πιο απλι, ειδικά ςτθν περίπτωςθ τθσ παροφςασ εργαςίασ όπου χρθςιμοποιείται το ATP-EMTP ωσ πρόγραμμα προςομοίωςθσ. Ζτςι λοιπόν, επιλζγεται θ κυκλωματικι προςζγγιςθ για να προςομοιωκεί το πλζγμα γείωςθσ, που εφκολα μπορεί να ςυμπεριλάβει το φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ κακϊσ και τισ αμοιβαίεσ ςυηεφξεισ μεταξφ των αγωγϊν. Εάν επρόκειτο να μελετθκεί θ ςυμπεριφορά του ςυςτιματοσ γείωςθσ ςε ρεφματα χαμθλισ ςυχνότθτασ κα μποροφςε να προςομοιωκεί μόνο από ωμικζσ αντιςτάςεισ, ενϊ ςτθν περίπτωςθ διεγζρςεων υψθλισ ςυχνότθτασ, το πλζγμα προςομοιϊνεται από ζνα ςυγκεντρωμζνο R-L-C κφκλωμα. Ππωσ αναφζρκθκε ςτθν ενότθτα 4.2.1, το μοντζλο κυκλωματικισ προςζγγιςθσ που πρότειναν οι Rong Zeng et.al.[14+, είναι μοντζλο κατανεμθμζνων και χρονικά μεταβαλλόμενων παραμζτρων που λαμβάνει υπόψθ τα προαναφερκζντα φαινόμενα και υπό το πλιγμα κρουςτικϊν ρευμάτων μπορεί να παραςτακεί ωσ υπζρκεςθ π-ιςοδυνάμων κυκλωμάτων όπωσ φαίνεται ςτο Σχιμα 6.1. σήμα 6.1: Αναπαπάζηαζη ηλεκηποδίος γείυζηρ με μη-ομοιόμοπθα ζςγκενηπυμένερ παπαμέηποςρ [14] Για τθν ςυγκεκριμζνθ προςομοίωςθ γίνονται οι εξισ κεωριςεισ:

69 58 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Το ζδαφοσ κεωρείται ομογενζσ και ιςότροπο, όπου θ ειδικι του αντίςταςθ, θ διθλεκτρικι ςτακερά και θ μαγνθτικι διαπερατότθτα είναι ςτακερζσ. Λαμβάνεται υπόψθ το φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ ςφμφωνα με το μοντζλο αυξθμζνων διαςτάςεων. Οι μεταβλθτζσ R και L που χρθςιμοποιοφνται, αναπαριςτοφν τισ ωμικζσ απϊλειεσ και τθν αυτεπαγωγι των αγωγϊν αντίςτοιχα, ενϊ οι εγκάρςιεσ G και C αναπαριςτοφν τθν αγωγιμότθτα διαρροισ και τθ χωρθτικότθτα ωσ προσ το ζδαφοσ αντίςτοιχα. Δεν ςυμπεριλαμβάνονται οι αμοιβαίεσ ςυηεφξεισ μεταξφ των αγωγϊν, αφοφ είναι αμελθτζα θ διαφορά ςτθν τιμι των παραμζτρων. Οι ςχζςεισ που χρθςιμοποιοφνται ςτθν παροφςα εργαςία για υπολογιςμό των παραμζτρων των ιςοδυνάμων R-L-C κυκλωμάτων, είναι οι ςχζςεισ ( ) που επαναλαμβάνονται και εδϊ για λόγουσ πλθρότθτασ. L i μ 0l i 2π ln 2l i a 1 (4.12) li : ηο μήκορ ηος ημήμαηορ i ηος ηλεκηποδίος γείωζηρ μ0 : η επιδεκηικόηηηα ηος κενού r i = ρ 2πl [2h+a + ln l i+ l 2 i + a 2 l i a 1 + a 2 l i + l 2 i + 4h 2 + ln l i 2h 1 + 2h l i 2 (4.13) π : ειδική ανηίζηαζη ηος εδάθοςρ h : ηο βάθορ ηοποθέηηζηρ ηος ηλεκηποδίος C i (α i ) = a i +ln l i + l i 2πε l i l 2 i +ai 2 1+ a 2 i a i l i (4.14) li : ηο μήκορ ηος ημήμαηορ i ηος ηλεκηποδίος γείωζηρ μ0 : η επιδεκηικόηηηα ηος κενού G i = C i ερ (4.15) a i = ΔI iρ 2πl i E c (4.16)

70 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 59 Για τισ κατακόρυφεσ ράβδουσ : Πίνακαρ 6.1. Σιμέρ ζηοισείυν καηακόπςθυν παβδών.[25] 6.2 ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΣΕΛΟΤ ΓΙΑ ΙΟΔΤΝΑΜΟ ΚΤΚΛΩΜΑ ΑΝΘΡΩΠΟΤ Με βάςθ το κεφαλαιο και μετά και τθν προςκικθ τθσ αντίςταςθσ για χαλίκι 20cm και υποδθματατα οποιο βρίςκονται ανάμεςα ςτο πζλμα και τθν ταινία του πλζγματοσ το ιςοδφναμο είναι ωσ εξισ. σήμα 6.2 Ιζοδύναμη ζύνθεηη ανηίζηαζη ανθπώπος με πποζθήκη ανηίζηαζηρ σαλικιού Τζλοσ είναι ςθμαντικό να ςθμειωκεί ότι το άνοιγμα των ποντιων του ανκρϊπου κεωρείται 1m.

71 60 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 6.3 ΣΟΙΦΕΙΑ ΠΛΕΓΜΑΣΟ ΤΠΟΣΑΘΜΟΤ Σφμφωνα με τθ μελζτθ, προζκυψε ότι το πλζγμα δεν διατθρεί κάποιο ςτακερό μοτίβο. Το ςφνθκεσ μοτίβο που επικρατεί είναι τετραγϊνου ςχιματοσ με πλευρά 4m.Επίςθσ ςτθν περίμετρο του πλζγματοσ κακϊσ και ςε επιλεγμζνα ςθμεία του, τοποκετικθκαν κάκετεσ ράβδοι γείωςθσ. Τα δίκτυα αποτελοφνται από χάλκινο επικαςςιτερωμζνο αγωγό με διατομι 120 mm 2 κακωσ και από χαλφβδινεσ επιχαλκωμζνεσ ράβδουσ με Φ mm. Για τον ςχθματιςμό του πλζγματοσ ο αγωγόσ ςυγκολλικθκε με εξωκερμικι ςυγκόλλθςθ. Θ τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ του εδάφουσ λαμβάνεται ωσ ο προςαυξθμζνοσ μζςοσ όροσ όλων των μετριςεων που ζγιναν ςτο γιπεδο του υποςτακμοφ, και ιςοφται με ρ=271.43ωm. Επίςθσ θ ςχετικι διθλεκτρικι ςτακερά ιςοφται με εr=5, θ διθλεκτρικι διαπερατότθτα του κενοφ είναι ε0=8, *F/m+ και θ μαγνθτικι διαπερατότθτα του κενοφ είναι μ0= 4π 10-7 *Θ/m+. ΜΔΓΔΘΟ ΠΟΟ ΜΟΝΑΓΑ ΜΔΣΡΗΗ Θερμοκραςία περιβάλλοντοσ 50 [ 0 C] Θi Συνολικό μικοσ πλζγματοσ 6280 [m] γείωςθσ Lg Ρλικοσ ράβδων γείωςθσ n 14 Μικοσ τθσ ράβδου γείωςθσ L 3 [m] Μικοσ πλευράσ πλζγματοσ 110 [m] Ρλάτοσ πλευράσ πλζγματοσ 126 [m] Επιφάνεια πλζγματοσ γείωςθσ [m 2 ] Ειδικι αντίςταςθ του εδάφουσ *Ωm+ ρ Βάκοσ τοποκζτθςθσ πλζγματοσ 0.6 [m] γείωςθσ Θ Διάμετροσ του θλεκτροδίου γείωςθσ d [m] Πίνακαρ 6.2. ηιμέρ διαθόπυν μεγεθών για μελέηη ηος δικηύος Ακολουκεί θ κάτοψθ του πλζγματοσ γείωςθσ (Σχιμα 6.3) που πρόκειται να προςομοιωκεί.

72 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 61 σήμα 6.3. Κάηοτη πλέγμαηορ γείυζηρ Ακολουκεί το υπόμνθμα για τθν επεξιγθςθ τθσ κάτοψθσ του πλζγματοσ γείωςθσ

73 62 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΚΡΟΤΣΙΚΟ ΡΕΤΜΑ ΚΕΡΑΤΝΟΤ Για αναλυτικοφσ ςκοποφσ όπωσ ςτθ ςυγκεκριμζνθ περίπτωςθ, χρθςιμοποιείται ωσ ρεφμα κεραυνοφ αυτό που πρότεινε αρχικά ο Heidler, και είναι ςφμφωνο με τον διεκνι κανονιςμό τθσ IEC [31]. I = I ( t 10 t τ 1 ) k 1+( t 10 eτ2 (6.1) τ 1 ) I : Ρεύμα κοπςθήρ k : Διοπθωηικόρ ζςνηελεζηήρ πεύμαηορ κοπςθήρ t : Χπόνορ η 1: Χπόνορ μεηώπος η 2: Χπόνορ οςπάρ ή σπόνορ ημίζεωρ εύποςρ Οι παράμετροι για το πρϊτο και το επακόλουκο πλιγμα τθσ κυματομορφισ (6.1) δίνονται ςτον πίνακα 6.3. Παράμετροι First short stroke Subsequent short stroke LPL LPL I II III-IV I II III-IV I [ka] ,5 25 k 0,93 0,93 0,93 0,993 0,993 0,993 τ 1 [μs] ,454 0,454 0,454 τ 2 [μs] Πίνακαρ 6.3. Παπάμεηποι για ηην κςμαηομοπθή (6.1)[31] Στα ςχιματα φαίνονται οι κυματομορφζσ του χρόνου ανόδου και χρόνου ουράσ αντίςτοιχα βάςει του κανονιςμοφ*31]. σήμα 6.4. Κςμαηομοπθή πεύμαηορ ανόδος [31] σήμα 6.5. Κςμαηομοπθή πεύμαηορ οςπάρ [31]

74 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕ ΙΦΟ Α ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤ ΙΩΝ Στθν περίπτωςθ μασ ο πφργοσ ςτιριξθσ τθσ Ανεμογεννιτριασ αποτελεί μια προεξοχι ςτο ζδαφοσ. Μια τζτοια προεξοχι δθμιουργεί ζνα «ςθμείο προτίμθςθσ» για τθν περάτωςθ του οχετοφ προεκκζνωςθσ. Το ςθμείο προτίμθςθσ αποφαςίηεται μόνο τθν τελευταία ςτιγμι, όταν δθλαδι ο οχετόσ προεκκζνωςθσ πλθςιάηει ςε τζτοια απόςταςθ από το ζδαφοσ ϊςτε να υπάρξουν ςυνκικεσ ςφνδεςθσ του κατερχόμενου οχετοφ με κάποιο ςθμείο του εδάφουσ. Οι ςυνκικεσ ςφνδεςθσ πλθροφνται όταν θ μζςθ πεδιακι ζνταςθ ανάμεςα ςτθ κεφαλι του κατερχόμενου οχετοφ πζςει ςτα 5kV/cm. Θ απόςταςθ ςτθν οπόια θ πεδιακι ζνταςθ πζφτει ςτθν πιο πάνω τιμι ονομάηεται «απόςταςθ διάςπαςθσ» και προφανϊσ εξαρτάται από τθν τάςθ που παρουςιάηει θ κεφαλι του κατερχόμενου οχετοφ προσ το ζδαφοσ. Θ τάςθ αυτι εξαρτάται με τθ ςειρά τθσ από το μζγεκοσ του φορτίου του κφλακα του νζφουσ από τον οποίο ξεκινά ο οχετόσ προεκκζνωςθσ. Πςο μεγαλφτερο το φορτίο αυτό τόςο μεγαλφτερθ θ απόςταςθ διάςπαςθσ. Οι ςυνικεισ τιμζσ τθσ απόςταςθσ διάςπαςθσ ποικίλουν από μερικζσ δεκάδεσ μζχρι και 200m[37]. Θ απόςταςθ διάςπαςθσ ςυνδζεται με το ρεφμα με τθ ςχζςθ : Rs= 6.7𝐼 0.8 (6.2) I : Ρεύμα κοπςθήρ ΣΟΙΦΕΙΑ ΣΟΤ ΜΟΝΣΕΛΟΠΟΙΗΜΕΝΟΤ ΠΛΕΓΜΑΣΟ ΓΕΙΩ Η Στον πίνακεσ φαίνονται οι τιμζσ των διαφόρων μεγεκϊν για τθ μελζτθ του δικτφουγια Ιm=50kA: Κατακόρυφη ραβδοσ li[m] ai[m] C(ai)[F] G(ai)[S] G-1(ai)*Ω+ Σιμζσ * Πίνακαρ 6.4. Σιμέρ ζηοισείυν καηακόπςθυν παβδών. ταθερζσ h[m] ε0[f/m] εr μ0*θ/μ+ Im[kA] E0 [kv/m] ρ *Ωm+ Σιμζσ * π * Πίνακαρ 6.5. Σιμέρ ζηαθεπών. Με τθ βοικεια τθσ Microsoft Excel, υπολογίςτθκαν οι τιμζσ των ςτοιχείων του πλζγματοσ γείωςθσ χρθςιμοποιϊντασ τουσ τφπουσ ( ) και παρατίκενται ςτον πίνακα 6.6 και

75 64 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Μετρηςη χεδιου*cm+ li:πραγματικο Μήκοσ*m+ a i[m] L i[h][a i] ri*ω+*a i] 0,5 1 7, ,55904E , ,6 1,2 6, ,19084E , ,7 1,4 5, ,43248E , ,8 1,6 4, ,67985E , ,9 1,8 4, ,93223E , , ,18907E , ,1 2,2 3, ,44991E , ,2 2,4 3, ,7144E , ,3 2,6 2, ,98222E , ,4 2,8 2, ,25312E , ,5 3 2, ,52688E-06 98, ,6 3,2 2, ,80331E-06 93, ,7 3,4 2, ,08224E-06 89, ,8 3,6 2, ,36353E-06 85, ,9 3,8 1, ,64704E-06 82, , ,93265E-06 79, ,1 4,2 1, ,22027E-06 76, ,2 4,4 1, ,50979E-06 73, ,3 4,6 1, ,80113E-06 71, ,4 4,8 1, ,09421E-06 68, ,5 5 1, ,38896E-06 66, ,6 5,2 1, ,68531E-06 64, ,7 5,4 1, ,98319E-06 62, ,8 5,6 1, ,28256E-06 61, ,9 5,8 1, ,58336E-06 59, , ,88554E-06 58, ,1 6,2 1, ,18905E-06 56, ,2 6,4 1, ,49385E-06 55, ,3 6,6 1, ,7999E-06 53, ,4 6,8 1, ,10716E-06 52, ,5 7 1, ,4156E-06 51, ,6 7,2 1, ,72519E-06 50, ,7 7,4 0, ,00359E-05 49, ,8 7,6 0, ,03477E-05 48, ,9 7,8 0, ,06605E-05 47, , ,09743E-05 46, ,1 8,2 0, ,12892E-05 45, ,2 8,4 0, ,1605E-05 44, ,3 8,6 0, ,19218E-05 43, ,4 8,8 0, ,22395E-05 43, ,5 9 0, ,25581E-05 42, ,6 9,2 0, ,28777E-05 41, ,7 9,4 0, ,3198E-05 40, ,8 9,6 0, ,35193E-05 40, ,9 9,8 0, ,38413E-05 39, , ,41642E-05 38, ,1 10,2 0, ,44879E-05 38, ,2 10,4 0, ,48124E-05 37, ,3 10,6 0, ,51376E-05 37, ,4 10,8 0, ,54636E-05 36, ,5 11 0, ,57903E-05 36, ,6 11,2 0, ,61178E-05 35, ,7 11,4 0, ,64459E-05 35, ,8 11,6 0, ,67748E-05 34, ,9 11,8 0, ,71044E-05 34, , ,74346E-05 33, ,1 12,2 0, ,77655E-05 33, ,2 12,4 0, ,80971E-05 32, ,3 12,6 0, ,84293E-05 32, ,4 12,8 0, ,87622E-05 31, ,5 13 0, ,90956E-05 31, ,6 13,2 0, ,94297E-05 31,

76 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 65 Μετρηςη χεδιου*cm+ li:πραγματικο Μήκοσ*m+ a i[m] L i[h][a 1] r i*ω+*a 1] 6,7 13,4 0, ,97644E-05 30, ,8 13,6 0, ,00997E-05 30, ,9 13,8 0, ,04356E-05 30, , ,0772E-05 29, ,1 14,2 0, ,1109E-05 29, ,2 14,4 0, ,14466E-05 29, ,3 14,6 0, ,17848E-05 28, ,4 14,8 0, ,21235E-05 28, ,5 15 0, ,24627E-05 28, ,6 15,2 0, ,28025E-05 27, ,7 15,4 0, ,31428E-05 27, ,8 15,6 0, ,34836E-05 27, ,9 15,8 0, ,38249E-05 27, , ,41668E-05 26, ,1 16,2 0, ,45091E-05 26, ,2 16,4 0, ,48519E-05 26, ,3 16,6 0, ,51952E-05 25, ,4 16,8 0, ,5539E-05 25, ,5 17 0, ,58833E-05 25, ,6 17,2 0, ,6228E-05 25, Πίνακαρ 6.6. Σιμέρ ζηοισείυν πλέγμαηορ γείυζηρ Μετρηςη χεδιου*cm+ l i:πραγματικο Μήκοσ*m+ a i[m] C i(a i)[f] C i(a i)[f]/2 G i(a i)[s] 2G -1 i (a i)*ω+ 0,5 1 7, ,01384E-09 2,00692E-09 0, , ,6 1,2 6, ,35055E-09 1,67528E-09 0, , ,7 1,4 5, ,87984E-09 1,43992E-09 0, , ,8 1,6 4, ,53032E-09 1,26516E-09 0, , ,9 1,8 4, ,26237E-09 1,13118E-09 0, , , ,05215E-09 1,02607E-09 0, , ,1 2,2 3, ,88441E-09 9,42206E-10 0, , ,2 2,4 3, ,74889E-09 8,74445E-10 0, , ,3 2,6 2, ,63835E-09 8,19174E-10 0, , ,4 2,8 2, ,54751E-09 7,73756E-10 0, , ,5 3 2, ,47243E-09 7,36214E-10 0, , ,6 3,2 2, ,41006E-09 7,05032E-10 0, , ,7 3,4 2, ,35806E-09 6,7903E-10 0, , ,8 3,6 2, ,31456E-09 6,57281E-10 0, , ,9 3,8 1, ,27809E-09 6,39045E-10 0, , , ,24746E-09 6,2373E-10 0, , ,1 4,2 1, ,22172E-09 6,1086E-10 0, , ,2 4,4 1, ,20009E-09 6,00047E-10 0, , ,3 4,6 1, ,18195E-09 5,90976E-10 0, , ,4 4,8 1, ,16677E-09 5,83387E-10 0, , ,5 5 1, ,15414E-09 5,77068E-10 0, , ,6 5,2 1, ,14368E-09 5,71839E-10 0, , ,7 5,4 1, ,13511E-09 5,67554E-10 0, , ,8 5,6 1, ,12817E-09 5,64087E-10 0, , ,9 5,8 1, ,12267E-09 5,61336E-10 0, , , ,11842E-09 5,5921E-10 0, , ,1 6,2 1, ,11527E-09 5,57635E-10 0, ,

77 66 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Μετρηςη χεδιου*cm+ l i:πραγματικο Μήκοσ*m+ a i[m] C i(a i)[f] C i(a i)[f]/2 G i(a i)[s] 2G -1 i (a i)*ω+ 3,2 6,4 1, ,11309E-09 5,56545E-10 0, , ,3 6,6 1, ,11177E-09 5,55886E-10 0, , ,4 6,8 1, ,11122E-09 5,55609E-10 0, , ,5 7 1, ,11135E-09 5,55673E-10 0, , ,6 7,2 1, ,11209E-09 5,56043E-10 0, , ,7 7,4 0, ,11337E-09 5,56685E-10 0, , ,8 7,6 0, ,11515E-09 5,57574E-10 0, , ,9 7,8 0, ,11737E-09 5,58685E-10 0, , , ,11999E-09 5,59996E-10 0, , ,1 8,2 0, ,12298E-09 5,61488E-10 0, , ,2 8,4 0, ,12629E-09 5,63145E-10 0, , ,3 8,6 0, ,1299E-09 5,64951E-10 0, , ,4 8,8 0, ,13379E-09 5,66895E-10 0, , ,5 9 0, ,13792E-09 5,68962E-10 0, , ,6 9,2 0, ,14229E-09 5,71144E-10 0, , ,7 9,4 0, ,14686E-09 5,73429E-10 0, , ,8 9,6 0, ,15162E-09 5,7581E-10 0, , ,9 9,8 0, ,15656E-09 5,78279E-10 0, , , ,16166E-09 5,80828E-10 0, , ,1 10,2 0, ,1669E-09 5,83452E-10 0, , ,2 10,4 0, ,17229E-09 5,86144E-10 0, , ,3 10,6 0, ,1778E-09 5,88899E-10 0, , ,4 10,8 0, ,18343E-09 5,91713E-10 0, , ,5 11 0, ,18916E-09 5,9458E-10 0, , ,6 11,2 0, ,19499E-09 5,97497E-10 0, , ,7 11,4 0, ,20092E-09 6,00461E-10 0, , ,8 11,6 0, ,20693E-09 6,03467E-10 0, , ,9 11,8 0, ,21302E-09 6,06512E-10 0, , , ,21919E-09 6,09595E-10 0, , ,1 12,2 0, ,22542E-09 6,12711E-10 0, , ,2 12,4 0, ,23172E-09 6,1586E-10 0, , ,3 12,6 0, ,23807E-09 6,19037E-10 0, , ,4 12,8 0, ,24448E-09 6,22242E-10 0, , ,5 13 0, ,25095E-09 6,25473E-10 0, , ,6 13,2 0, ,25745E-09 6,28727E-10 0, , ,7 13,4 0, ,26401E-09 6,32003E-10 0, , ,8 13,6 0, ,2706E-09 6,353E-10 0, , ,9 13,8 0, ,27723E-09 6,38615E-10 0, , , ,2839E-09 6,41949E-10 0, , ,1 14,2 0, ,2906E-09 6,45299E-10 0, , ,2 14,4 0, ,29733E-09 6,48664E-10 0, , ,3 14,6 0, ,30409E-09 6,52043E-10 0, , ,4 14,8 0, ,31087E-09 6,55436E-10 0, , ,5 15 0, ,31768E-09 6,58841E-10 0, , ,6 15,2 0, ,32451E-09 6,62257E-10 0, , ,7 15,4 0, ,33137E-09 6,65684E-10 0, , ,8 15,6 0, ,33824E-09 6,69121E-10 0, , ,9 15,8 0, ,34513E-09 6,72567E-10 0, , , ,35204E-09 6,76021E-10 0, , ,1 16,2 0, ,35897E-09 6,79483E-10 0, , ,2 16,4 0, ,36591E-09 6,82953E-10 0, , ,3 16,6 0, ,37286E-09 6,86429E-10 0, , ,4 16,8 0, ,37982E-09 6,89911E-10 0, , ,5 17 0, ,3868E-09 6,93399E-10 0, , ,6 17,2 0, ,39378E-09 6,96892E-10 0, , Πίνακαρ 6.7. Σιμέρ ζηοισείυν πλέγμαηορ γείυζηρ ππορ ηη γη

78 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 67 Αφοφ υπολογίςτθκαν οι παραπάνω τιμζσ, μπορεί να ςχεδιαςτεί το ιςοδφναμο κφκλωμα για το πλζγμα γείωςθσ ςτο περιβάλλον κφκλωμα που ακολουκεί (Σχιμα 6.6): σήμα 6.6. Ιζοδύναμο κύκλυμα πλέγμαηορ ζηο ATP-Draw

79 68 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Αξίξει να ςθμειωκεί ότι θ λεπτομζρεια ςχεδίαςθσ ζφταςε μζχρι και θλεκτρόδια μικουσ άνω των 0.5m. Ζτςι παρουςιάηεται το παραπάνω κφκλωμα και ςε επίπεδο γραφικισ απεικόνιςθσ ςε πρόγραμμα επεξεργαςίασ εικόνασ. σήμα 6.7.Πλέγμα ζε επίπεδο γπαθικήρ απεικόνιζηρ ζε ππόγπαμμα επεξεπγαζίαρ εικόναρ Λόγω του μεγάλου μεγζκουσ του πλζγματοσ, κρίνεται ςκόπιμο να γίνει μεγζκυνςθ ενόσ μζρουσ του πλζγματοσ ϊςτε να φανεί καλφτερα θ αναπαράςταςθ των αγωγϊν με τα R-L-C ιςοδφναμα κυκλϊματα:

80 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 69 σήμα 6.8. Μεγέθςνζη ενόρ μέποςρ ηος πλέγμαηορ *τα γράμματα R(row) C(column) είναι βοθκθτικά για τθν ςχεδίαςθ του πλζγματοσ και το Cpole,Gpole είναι θ χωρθτικότθτα και θ αγωγιμότθτα του κατακόρυφου θλεκτροδίου γείωςθσ. Επόμενο βιμα είναι θ επιβολι του κεραυνικοφ ρεφματοσ ςε κάποια ςθμεία του πλζγματοσ γείωςθσ και ςυγκεκριμζνα ςτον πφργο ςτιριξθσ τθσ ανεμογεννιτριασ, ςτο κτιριο του προςωπικοφ και ςτο φράχτθ ΣΟΙΦΕΙΑ ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΟΤ ΜΟΝΣΕΛΟΠΟΙΗΜΕΝΟΤ ΠΤΡΓΟΤ ΣΗΡΙΞΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΣΡΙΑ Θ διάταξθ που χρθςιμοποιικθκε για τθν πραγματοποίθςθ τθσ προςομοίωςθσ είναι θ ακόλουκθ: σήμα 6.9.Γιάηαξη πποζομοίυζηρ πύπγος ζηήπιξηρ ανεμογεννήηπιαρ[38]

81 70 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Στθν παραπάνω διάταξθ λαμβάνουμε υπόψιν ότι ο πφργοσ τθσ ανεμογεννιτριασ είναι κοίλοσ. Για τθν καλφτερθ ανάλυςθ των υπερτάςεων που επάγονται ςτον πφργο,χρθςιμοποιικθκε ζνα απλοποιθμζνο μοντζλο του Tao Zhang et.al.το οποίο παρουςιάηεται παρακάτω.[38] Στο μοντζλο αυτό ο πφργοσ τθσ ανεμογεννιτριασ, ζχει διαιρεκεί ςε 10 μζρθ,με αποτζλεςμα να προκφψουν 11 κόμβοι για κάκε μζροσ του μοντζλου. Θ ςφνκετθ αντίςταςθ κάκε μζρουσ του πφργου ςυμβολίηεται με Η 1 και υπολογίηεται : (6.3) (6.4) (6.5) Ππου : Lt : επιμζρουσ επαγωγι του τμιματοσ του πφργου Rt : ωμικι αντίςταςθ επαγωγι του τμιματοσ του πφργου Θ : φψοσ Ρφργου ςτιριξθσ r t : μζςθ ακτίνα του πφργουπου ιςοφται με : Ππου : r 1 : μζςθ ακτίνα ςτο άνω κομμάτι του πφργου r 2 : μζςθ ακτίνα ςτο μζςο κομμάτι του πφργου r 3 : μζςθ ακτίνα ςτο κάτω κομμάτι του πφργου h 1 : απόςταςθ από το άνω κομμάτι του πφργου ςτο μζςο του h 2 : απόςταςθ από το κάτω κομμάτι του πφργου ςτο μζςο του Τζλοσ θ χωρθτικότθτα κάκε κόμβου προσ τθ γθ είναι ίςθ με : (6.6) Για τον υπολογιςμό των ςτοιχείων παρακζτονται οι τιμζσ που χρθςιμοποιικθκαν:

82 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 71 Χαρακτηριςτικά Πφργου Σιμζσ H[m] 80 r t [m] 3.5 S[m 2 ] ρ[ωm] 1.5*10-7 μ/μ ο 100 Ράχοσ πφργου[m] 0.02 Τα ςτοιχεία υπολογίςτθκαν : Πίνακαρ 6.8. Σιμέρ σαπακηηπιζηικών Πύπγος τοιχεία Πφργου Σιμζσ L t [H] 5,5861*10-5 R t [Ω] 2,73758*10-5 Z 1 5,5861* ,73758*10-6 C o [F] 1,16373*10-7 Πίνακαρ 6.9. Σιμέρ ζηοισείυν Πύπγος Ζτςι παρουςιάηεται ο πφργοσ ςχεδιαςμζνοσ ςτο atp-emtp : σήμα 6.10.Τλοποίηζη πύπγος ζηο atp-emtp

83 72 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΣΟΙΦΕΙΑ ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΟΤ ΜΟΝΣΕΛΟΠΟΙΗΜΕΝΟΤ ΤΠΟΠΛΕΓΜΑΣΟ ΓΕΙΩΗ ΓΙΑ Ιm=5kA Θ επιλογι τθσ ςυγκεκριμζνθσ τιμισ για το κρουςτικό ρεφμα κεραυνοφ γίνεται μιασ και ςε αυτι τθν τιμι, ο ιονιςμόσ του εδάφουσ αρχίηει να μθν επιδρά, αυξάνοντασ κατά μεγάλθ τάξθ μεγζκουσ και τθν ενεργι ακτίνα των αγωγϊν γείωςθσ. Θ επιλογι αφορά δυο χϊρουσ, ζναν 24m επί 24m που περιλαμβάνει το κτιριο του προςωπικοφ επίβλεψθσ λειτουργίασ τθσ ανεμογεννιτριασ και ζναν δεφτερο 20m επί 20m που περιλαμβάνει τθν είςοδο του υποςτακμοφ, κομμάτι του φράχτθ κακϊσ και το δρόμο διεφλευςθσ οχθμάτων. Θ επιλογι του ςυγκεκριμζνου εμβαδοφ δεν επθρεάηει τθν μελζτθ μασ, μιασ και όπωσ αποδεικνφεται από τθν εξομοίωςθ θ επαγϊμενθ τάςθ μετά από 10m από το ςθμείο ζκχυςθσ του κρουςτικοφ ρεφματοσ μειϊνεται δραματικά. Φυςικά όλα τα ςτοιχεια των πλεγμάτων πρζπει να ξανά υπολογιςτοφν για τθ νζα τιμι του κρουςτικοφ ρεφματοσ και να ξαναςχεδιαςτοφν τα νζα υποπλζγματα. σήμα Δπιλογή ςπόπλέγμαηορ κηηπίος επγαζίαρ πποζυπικού

84 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 73 σήμα Δπιλογή ςπόπλέγμαηορ ειζόδος Μετρηςη χεδιου*cm+ li:πραγματικο Μήκοσ*m+ a i[m] L i[h][a i] r i*ω+*a i] 0,5 1 0, ,55904E , ,6 1,2 0, ,19084E , ,7 1,4 0, ,43248E , ,8 1,6 0, ,67985E , ,9 1,8 0, ,93223E , , ,18907E , ,1 2,2 0, ,44991E , ,2 2,4 0, ,7144E , ,3 2,6 0, ,98222E , ,4 2,8 0, ,25312E , ,5 3 0, ,52688E-06 98, ,6 3,2 0, ,80331E-06 93, ,7 3,4 0, ,08224E-06 89, ,8 3,6 0, ,36353E-06 85, ,9 3,8 0, ,64704E-06 82, , ,93265E-06 79, ,1 4,2 0, ,22027E-06 76, ,2 4,4 0, ,50979E-06 73, ,3 4,6 0, ,80113E-06 71, ,4 4,8 0, ,09421E-06 68, ,5 5 0, ,38896E-06 66, ,6 5,2 0, ,68531E-06 64, ,7 5,4 0, ,98319E-06 62, ,8 5,6 0, ,28256E-06 61, ,9 5,8 0, ,58336E-06 59, , ,88554E-06 58, ,1 6,2 0, ,18905E-06 56, ,2 6,4 0, ,49385E-06 55, ,3 6,6 0, ,7999E-06 53, ,4 6,8 0, ,10716E-06 52,

85 74 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Μετρηςη χεδιου*cm+ li:πραγματικο Μήκοσ*m+ a i[m] L i[h][a i] r i*ω+*a i] 3,5 7 0, ,4156E-06 51, ,6 7,2 0, ,72519E-06 50, ,7 7,4 0, ,00359E-05 49, ,8 7,6 0, ,03477E-05 48, ,9 7,8 0, ,06605E-05 47, , ,09743E-05 46, ,1 8,2 0, ,12892E-05 45, ,2 8,4 0, ,1605E-05 44, ,3 8,6 0, ,19218E-05 43, ,4 8,8 0, ,22395E-05 43, ,5 9 0, ,25581E-05 42, ,6 9,2 0, ,28777E-05 41, ,7 9,4 0, ,3198E-05 40, ,8 9,6 0, ,35193E-05 40, ,9 9,8 0, ,38413E-05 39, , ,41642E-05 38, ,1 10,2 0, ,44879E-05 38, ,2 10,4 0, ,48124E-05 37, ,3 10,6 0, ,51376E-05 37, ,4 10,8 0, ,54636E-05 36, ,5 11 0, ,57903E-05 36, ,6 11,2 0, ,61178E-05 35, ,7 11,4 0, ,64459E-05 35, ,8 11,6 0, ,67748E-05 34, ,9 11,8 0, ,71044E-05 34, , ,74346E-05 33, ,1 12,2 0, ,77655E-05 33, ,2 12,4 0, ,80971E-05 32, ,3 12,6 0, ,84293E-05 32, ,4 12,8 0, ,87622E-05 31, ,5 13 0, ,90956E-05 31, ,6 13,2 0, ,94297E-05 31, ,7 13,4 0, ,97644E-05 30, ,8 13,6 0, ,00997E-05 30, ,9 13,8 0, ,04356E-05 30, , ,0772E-05 29, ,1 14,2 0, ,1109E-05 29, ,2 14,4 0, ,14466E-05 29, ,3 14,6 0, ,17848E-05 28, ,4 14,8 0, ,21235E-05 28, ,5 15 0, ,24627E-05 28, ,6 15,2 0, ,28025E-05 27, ,7 15,4 0, ,31428E-05 27, ,8 15,6 0, ,34836E-05 27, ,9 15,8 0, ,38249E-05 27, , ,41668E-05 26, ,1 16,2 0, ,45091E-05 26, ,2 16,4 0, ,48519E-05 26, ,3 16,6 0, ,51952E-05 25, ,4 16,8 0, ,5539E-05 25, ,5 17 0, ,58833E-05 25, ,6 17,2 0, ,6228E-05 25, Πίνακαρ Σιμέρ ζηοισείυν πλέγμαηορ γείυζηρ για 5kA

86 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 75 Μετρηςη χεδιου*cm+ l i:πραγματικο Μήκοσ*m+ a i[m] C i(a i)[f] C i(a i)[f]/2 G i(a i)[s] 2G -1 i (a i)*ω+ 0,5 1 0, ,4935E-10 2,24675E-10 0, , ,6 1,2 0, ,04446E-10 2,02223E-10 0, , ,7 1,4 0, ,78663E-10 1,89331E-10 0, , ,8 1,6 0, ,63916E-10 1,81958E-10 0, , ,9 1,8 0, ,55906E-10 1,77953E-10 0, , , ,52216E-10 1,76108E-10 0, , ,1 2,2 0, ,51413E-10 1,75706E-10 0, , ,2 2,4 0, ,52608E-10 1,76304E-10 0, , ,3 2,6 0, ,55226E-10 1,77613E-10 0, , ,4 2,8 0, ,58884E-10 1,79442E-10 0, , ,5 3 0, ,63315E-10 1,81658E-10 0, , ,6 3,2 0, ,68332E-10 1,84166E-10 0, , ,7 3,4 0, ,738E-10 1,869E-10 0, , ,8 3,6 0, ,79616E-10 1,89808E-10 0, , ,9 3,8 0, ,85705E-10 1,92852E-10 0, , , ,9201E-10 1,96005E-10 0, , ,1 4,2 0, ,98485E-10 1,99243E-10 0, , ,2 4,4 0, ,05096E-10 2,02548E-10 0, , ,3 4,6 0, ,11815E-10 2,05908E-10 0, , ,4 4,8 0, ,1862E-10 2,0931E-10 0, , ,5 5 0, ,25493E-10 2,12746E-10 0, , ,6 5,2 0, ,32419E-10 2,16209E-10 0, , ,7 5,4 0, ,39387E-10 2,19693E-10 0, , ,8 5,6 0, ,46386E-10 2,23193E-10 0, , ,9 5,8 0, ,53409E-10 2,26705E-10 0, , , ,6045E-10 2,30225E-10 0, , ,1 6,2 0, ,67502E-10 2,33751E-10 0, , ,2 6,4 0, ,74561E-10 2,3728E-10 0, , ,3 6,6 0, ,81623E-10 2,40811E-10 0, , ,4 6,8 0, ,88685E-10 2,44342E-10 0, , ,5 7 0, ,95744E-10 2,47872E-10 0, , ,6 7,2 0, ,02798E-10 2,51399E-10 0, , ,7 7,4 0, ,09844E-10 2,54922E-10 0, , ,8 7,6 0, ,16882E-10 2,58441E-10 0, , ,9 7,8 0, ,2391E-10 2,61955E-10 0, , , ,30926E-10 2,65463E-10 0, , ,1 8,2 0, ,3793E-10 2,68965E-10 0, , ,2 8,4 0, ,44921E-10 2,72461E-10 0, , ,3 8,6 0, ,51898E-10 2,75949E-10 0, , ,4 8,8 0, ,58861E-10 2,7943E-10 0, , ,5 9 0, ,65809E-10 2,82904E-10 0, , ,6 9,2 0, ,72741E-10 2,86371E-10 0, , ,7 9,4 0, ,79658E-10 2,89829E-10 0, , ,8 9,6 0, ,8656E-10 2,9328E-10 0, , ,9 9,8 0, ,93445E-10 2,96722E-10 0, , , ,00314E-10 3,00157E-10 0, , ,1 10,2 0, ,07167E-10 3,03584E-10 0, , ,2 10,4 0, ,14004E-10 3,07002E-10 0, , ,3 10,6 0, ,20824E-10 3,10412E-10 0, , ,4 10,8 0, ,27629E-10 3,13814E-10 0, , ,5 11 0, ,34417E-10 3,17208E-10 0, , ,6 11,2 0, ,41188E-10 3,20594E-10 0, , ,7 11,4 0, ,47944E-10 3,23972E-10 0, , ,8 11,6 0, ,54683E-10 3,27342E-10 0, , ,9 11,8 0, ,61407E-10 3,30704E-10 0, , , ,68115E-10 3,34057E-10 0, , ,1 12,2 0, ,74807E-10 3,37403E-10 0, , ,2 12,4 0, ,81483E-10 3,40741E-10 0, , ,3 12,6 0, ,88144E-10 3,44072E-10 0, , ,4 12,8 0, ,94789E-10 3,47395E-10 0, , ,5 13 0, ,01419E-10 3,5071E-10 0, , ,6 13,2 0, ,08034E-10 3,54017E-10 0, ,

87 76 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Μετρηςη χεδιου*cm+ l i:πραγματικο Μήκοσ*m+ a i[m] C i(a i)[f] C i(a i)[f]/2 G i(a i)[s] 2G -1 i (a i)*ω+ 6,7 13,4 0, ,14634E-10 3,57317E-10 0, , ,8 13,6 0, ,21219E-10 3,6061E-10 0, , ,9 13,8 0, ,2779E-10 3,63895E-10 0, , , ,34345E-10 3,67173E-10 0, , ,1 14,2 0, ,40887E-10 3,70443E-10 0, , ,2 14,4 0, ,47414E-10 3,73707E-10 0, , ,3 14,6 0, ,53927E-10 3,76964E-10 0, , ,4 14,8 0, ,60426E-10 3,80213E-10 0, , ,5 15 0, ,66912E-10 3,83456E-10 0, , ,6 15,2 0, ,73383E-10 3,86692E-10 0, , ,7 15,4 0, ,79841E-10 3,89921E-10 0, , ,8 15,6 0, ,86286E-10 3,93143E-10 0, , ,9 15,8 0, ,92718E-10 3,96359E-10 0, , , ,99136E-10 3,99568E-10 0, , ,1 16,2 0, ,05542E-10 4,02771E-10 0, , ,2 16,4 0, ,11934E-10 4,05967E-10 0, , ,3 16,6 0, ,18314E-10 4,09157E-10 0, , ,4 16,8 0, ,24682E-10 4,12341E-10 0, , ,5 17 0, ,31037E-10 4,15518E-10 0, , ,6 17,2 0, ,3738E-10 4,1869E-10 0, , Πίνακαρ Σιμέρ ζηοισείυν πλέγμαηορ γείυζηρ ππορ ηη γη για 5kΑ Κατακόρυφη ραβδοσ Σιμζσ l i [m] 3 a i [m] C(a i )[F] * G(a i )[S] G -1 (a i )[Ω Πίνακαρ Σιμέρ ζηοισείυν καηακόπςθυν παβδώνγια 5kΑ.

88 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 77 Ραρακάτω παρατίκενται τα 2 υποπλζγματα υλοποιθμζνα ςτο atp-emtp : σήμα Ιζοδύναμο κύκλυμα ςπόπλέγμαηορ κηηπίος επγαζίαρ πποζυπικού ζηο ATP- Draw

89 78 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα Ιζοδύναμο κύκλυμα ςπόπλέγμαηορ ειζόδος ζηο ATP-Draw

90 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΠΡΟΘΗΚΗ ΙΟΔΤΝΑΜΗ ΤΝΘΕΣΗ ΑΝΣΙΣΑΗ ΑΝΘΡΩΠΟΤ ΣΟ ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΟΤ ΤΠΟΠΛΕΓΜΑ ΓΕΙΩΗ ΓΙΑ Ιm=5kA ΚΑΙ ΕΛΕΓΦΟ ΑΥΑΛΕΙΑ ΑΝΘΡΩΠΟΤ Με βάςθ το κεφαλαιο και μετά και τθν προςκικθ τθσ αντίςταςθσ για το χαλίκι το οποιο βρίςκετε ανάμεςα ςτο πζλμα και τθν ταινία του πλζγματοσ το ςυνολικό ιςοδφναμο ανκρϊπου και υποπλεγματοσ είναι το εξισ σήμα Ιζοδύναμο κύκλυμα ςπόπλέγμαηορ με ηην ύπαπξη ανθπώπος ζηο ATP-Draw

91 80 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Να ςθμειωκεί ότι μιασ και ζχουμε λάβει υπόψιν ότι το άνοιγμα των ποδιϊν του ανκρϊπου είναι 1m ζγιναν και οι αναγκαίεσ τροποποιιςεισ ςτο πλζγμα ζτςι ϊςτε να μπορεί να τοποκετθκεί το ιςοδφναμο του ανκρϊπου ςε αγωγό μικουσ 1m. Ο ζλεγχοσ αςφάλειασ γίνεται από το παρακάτω διάγραμμα : σήμα Γιάγπαμμα ενηοπιζμού αζθάλειαρ ανθπώπος[4]. C s : ςυντελεςτισ διόρκωςθσ για τθν περίπτωςθ που θ επιφάνεια επαφισ καλφπτεται από προςτατευτικό υλικό. Από το παραπάνω διάγραμμα διακρίνονται οι εξισ 4 ηϊνεσ: Ηϊνη 1 :Συνικωσ καμία αντίδραςθ του οργανιςμοφ Ηϊνη 2 :Συνικωσ καμία επιβλαβισ φυςιοπακολογικι επίδραςθ Ηϊνη 3 :Συνικωσ δεν αναμζνεται καμία οργανικι βλάβθ Ηϊνη 4 :Ρικανότθτα μαρμαρυγισ, καμπφλθ c 1 όριο μαρμαρυγισ

92 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 81 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 7: ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑΕΞΟΜΟΙΩΗ 7.1 ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΕΞΟΜΟΙΩΗ Αφοφ ζγινε θ εξομοίωςθ του πλζγματοσ όπωσ είναι ςτθν πραγματικότθτα, απομζνει να γίνει θ επιβολι του κεραυνικοφ ρεφματοσ ςτα διάφορα ςθμεία και να παρατθρθκεί θ ανφψωςθ δυναμικοφ ςτα ςθμεία εγχφςεωσ κακϊσ και ςε γειτονικοφσ κόμβουσ. Τα αποτελζςματα λαμβάνονται υπό μορφι γραφθμάτων με τθ βοικεια του PlotXWIN ΠΕΡΙΠΣΩΗ ΠΛΗΓΜΑΣΟ ΚΕΡΑΤΝΟΤ Im=50kA Ππωσ αναφζρκθκε ςτθν ενότθτα 6.3.1, κεωρείται κεραυνικό πλιγμα που περιγράφεται από τθ ςχζςθ 6.1, και ζχει τιμι κορυφισ Im=50kA, χρόνο ανόδου τ 1 =1.2μs και χρόνο ουράσ τ 2 =50μs. Με βάςθ τθ ςχζςθ 6.2 για κεραυνικό πλιγμα 50kA θ απόςταςθ διάςπαςθσ είναι 153.2m. Αν ςυνυπολογίςουμε ότι το πιο απομακρυςμζνο ςθμείο του πλζγματοσ είναι 80m από τθ ανεμογεννιτρια τότε ςυμπεραίνουμε ότι το κευρανικό πλιγμα κα πλιξει απευκείασ τθν ανεμογεννιτρια, μιασ και αποτελεί το "ςθμείο προτίμθςθσ" ςε όλθ τθν ζκταςθ που εκτείνεται το πλζγμα γείωςθσ. Στθ ςυνζχεια παρουςιάηονται τα αποτελζςματα για δίαφορα κεραυνικά πλιγματα. Για κακεμιά από τισ περιπτϊςεισ γίνεται ζλεγχοσ τόςο ςτο ςθμείο του πλιγματοσ και ςτουσ γειτονικοφσ κόμβουσ.

93 82 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Α) Απεςθείαρ πλήγμα ζηον Πύπγο ζηήπιξηρ ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ σήμα 7.1 Κάηοτη πλέγμαηορ γείυζηρ πεπίπηυζηρ Α σήμα 7.2 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο ημείο έγσςζηρ Άνυ ημήμα Πύπγος ζηήπιξηρ.

94 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 83 σήμα 7.3 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο Κάηυ ημήμα Πύπγος ζηήπιξηρ. σήμα 7.4 : ύγκπιζη αναπηςζζόμενυν ηάζευν ζηο άνυ και κάηυ ημήμα ηος Πύπγος. σήμα 7.5 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο πληζίον βάζηρ Πύπγος ζηα 3.5m με παποςζία κάθεηηρ πάβδος γείυζηρ.

95 84 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα 7.6 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο 10.7m από ηη βάζη ηος Πύπγος ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ. σήμα 7.7 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο 14m από ηη βάζη ηος Πύπγος ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ. σήμα 7.8 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο κηήπιο πποζυπικού ζηα 20m.

96 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 85 σήμα 7.9 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηην είζοδο ηος πάπκος ζηα 50m. Β) Απεςθείαρ πλήγμα ζηον Πύπγο ζηήπιξηρ ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ μεηά από αθαίπεζη ηων κάθεηων πάβδων πέπιξ ηηρ. σήμα 7.10:Κάηοτη πλέγμαηορ γείυζηρ πεπίπηυζηρ Β

97 86 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα 7.11 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο ημείο έγσςζηρ Άνυ ημήμα Πύπγος ζηήπιξηρ. σήμα 7.12 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο Κάηυ ημήμα Πύπγος ζηήπιξηρ. σήμα 7.13 : ύγκπιζη αναπηςζζόμενυν ηάζευν ζηο άνυ και κάηυ ημήμα ηος Πύπγος.

98 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 87 σήμα 7.14 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο πληζίον βάζηρ Πύπγος ζηα 3.5m μεηά από αθαίπεζη ηηρ κάθεηηρ πάβδος γείυζηρ. σήμα 7.15 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο 10.7m από ηη βάζη ηος Πύπγος ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ. σήμα 7.16 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο 14m από ηη βάζη ηος Πύπγος ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ.

99 88 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα 7.17 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο κηήπιο πποζυπικού ζηα 20m. σήμα 7.18 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηην είζοδο ηος πάπκος ζηα 50m.

100 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 89 Γ) Απεςθείαρ πλήγμα ζηον Πύπγο ζηήπιξηρ ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ μεηά από αλλαγή σπόνων μεηώπος και οςπάρ με η 1 =10μs η 2 =350μs σήμα 7.19:Κάηοτη πλέγμαηορ γείυζηρ πεπίπηυζηρ Γ σήμα 7.20 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο ημείο έγσςζηρ Άνυ ημήμα Πύπγος ζηήπιξηρ.

101 90 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα 7.21 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο Κάηυ ημήμα Πύπγος ζηήπιξηρ. σήμα 7.22 : ύγκπιζη αναπηςζζόμενυν ηάζευν ζηο άνυ και κάηυ ημήμα ηος Πύπγος. σήμα 7.23 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο πληζίον βάζηρ Πύπγος ζηα 3.5m με παποςζία κάθεηηρ πάβδος γείυζηρ.

102 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 91 σήμα 7.24 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο 10.7m από ηη βάζη ηος Πύπγος ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ. σήμα 7.25 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο 14m από ηη βάζη ηος Πύπγος ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ. σήμα 7.26 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο κηήπιο πποζυπικού ζηα 20m.

103 92 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα 7.27 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηην είζοδο ηος πάπκος ζηα 50m. Γ) Απεςθείαρ πλήγμα ζηον Πύπγο ζηήπιξηρ ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ μεηά από αλλαγή σπόνων μεηώπος και οςπάρ με η 1 =10μs η 2 =350μs καθώρ και μεηά από αθαίπεζη ηων κάθεηων πάβδων πέπιξ ηηρ. σήμα 7.28:Κάηοτη πλέγμαηορ γείυζηρ πεπίπηυζηρ Γ.

104 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 93 σήμα 7.29 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο ημείο έγσςζηρ Άνυ ημήμα Πύπγος ζηήπιξηρ. σήμα 7.30 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο Κάηυ ημήμα Πύπγος ζηήπιξηρ. σήμα 7.31 : ύγκπιζη αναπηςζζόμενυν ηάζευν ζηο άνυ και κάηυ ημήμα ηος Πύπγος.

105 94 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα 7.32 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο πληζίον βάζηρ Πύπγος ζηα 3.5m μεηά από αθαίπεζη ηηρ κάθεηηρ πάβδος γείυζηρ. σήμα 7.33 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο 10.7m από ηη βάζη ηος Πύπγος ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ. σήμα 7.34 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε ζημείο 14m από ηη βάζη ηος Πύπγος ηηρ Ανεμογεννήηπιαρ.

106 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 95 σήμα 7.35 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο κηήπιο πποζυπικού ζηα 20m. σήμα 7.36 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηην είζοδο ηος πάπκος ζηα 50m.

107 96 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΠΕΡΙΠΣΩΗ ΠΛΗΓΜΑΣΟ ΚΕΡΑΤΝΟΤ Im=5kA ΣΟ ΚΣΗΡΙΟ ΕΡΓΑΙΑ ΣΟΤ ΠΡΟΩΠΙΚΟΤ Ππωσ αναφζρκθκε ςτθν ενότθτα 6.3.1, κεωρείται κεραυνικό πλιγμα που περιγράφεται από τθ ςχζςθ 6.1, και ζχει τιμι κορυφισ Im=5kA, χρόνο ανόδου τ 1 =1.2μs και χρόνο ουράσ τ 2 =50μs. Για κακεμιά από τισ περιπτϊςεισ γίνεται ζλεγχοσ τόςο ςτο ςθμείο του πλιγματοσ και ςτουσ γειτονικοφσ κόμβουσ. Με βάςθ τθ ςχζςθ 6.2 για κεραυνικό πλιγμα 5kA θ απόςταςθ διάςπαςθσ είναι 24.3m. Αν ςυνυπολογίςουμε ότι το κτιριο εργαςίασ βρίςκεται ςε απόςταςθ 25m από τθ βάςθ του πφργου και ότι θ φορά του άνεμου μπορεί να ζχει ςτρζψει τα πτερφγια τθσ ανεμογεννιτριασ 90 ο ςε ςχζςθ με τθν νοθτι ευκεία που ενϊνει τθ βάςθ του πφργου και το κτιριο του προςωπικοφ, τότε το ενδεχόμενο κεραυνικοφ πλιγματοσ ςτο κτιριο προςωπικοφ γίνεται ρεαλιςτικό ςενάριο. Θ επιλογι αφορά ζναν χϊρο 24m επί 24m που περιλαμβάνει το υποπλζγμα κάτω από το κτιριο του προςωπικοφ όπωσ παρουςιάςτθκε ςτο Στθ ςυνζχεια παρουςιάηονται τα αποτελζςματα για δίαφορα κεραυνικά πλιγματα. Για κακεμιά από τισ περιπτϊςεισ γίνεται ζλεγχοσ τόςο ςτο ςθμείο του πλιγματοσ και ςτουσ γειτονικοφσ κόμβουσ. Α) Απεςθείαρ Πλήγμα ζηο κηήπιο πποζωπικού. σήμα 7.37:Κάηοτη ςποπλέγμαηορ γείυζηρ κηηπίος πποζυπικού πεπίπηυζηρ Α

108 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 97 σήμα 7.38 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο ημείο έγσςζηρ κηήπιο πποζυπικού. σήμα 7.39 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηοςρ πεπιμεηπικούρ ηοίσοςρ ηος κηηπίος πποζυπικού ζε απόζηαζη 6.5m και 9m. σήμα 7.40 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε απόζηαζη 14m.

109 98 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Β) Απεςθείαρ Πλήγμα ζηο κηήπιο πποζωπικούμεηά από πποζθήκη 16 κάθεηων πάβδων πεπιμεηπικά αςηού. σήμα 7.41 :Κάηοτη ςποπλέγμαηορ γείυζηρ κηηπίος πποζυπικού πεπίπηυζηρ Β σήμα 7.42 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο ημείο έγσςζηρ κηήπιο πποζυπικού.

110 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 99 σήμα 7.43 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηοςρ πεπιμεηπικούρ ηοίσοςρ ηος κηηπίος πποζυπικού ζε απόζηαζη 6.5m και 9m. σήμα 7.44 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε απόζηαζη 14m.

111 100 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Γ) Απεςθείαρ Πλήγμα ζηο κηήπιο πποζωπικούμεηά από αλλαγή σπόνων μεηώπος και οςπάρ με η 1 =10μs η 2 =350μs. σήμα 7.45:Κάηοτη ςποπλέγμαηορ γείυζηρ κηηπίος πποζυπικού πεπίπηυζηρ Α σήμα 7.46 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηο ημείο έγσςζηρ κηήπιο πποζυπικού.

112 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 101 σήμα 7.47 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζηοςρ πεπιμεηπικούρ ηοίσοςρ ηος κηηπίος πποζυπικού ζε απόζηαζη 6.5m και 9m. σήμα 7.48 : Αναπηςζζόμενη Σάζη ζε απόζηαζη 14m.

113 102 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΠΕΡΙΠΣΩΗ ΠΛΗΓΜΑΣΟ ΚΕΡΑΤΝΟΤ Im=5kA ΜΕ ΠΑΡΟΤΙΑ ΑΝΘΡΩΠΟΤ Ππωσ αναφζρκθκε ςτθν ενότθτα 6.3.1, κεωρείται κεραυνικό πλιγμα που περιγράφεται από τθ ςχζςθ 6.1, και ζχει τιμι κορυφισ Im=5kA, χρόνο ανόδου τ1=1.2μs και χρόνο ουράσ τ2=50μs. Στθ ςυνζχεια παρουςιάηονται τα αποτελζςματα για δίαφορα κεραυνικά πλιγματα. Για κακεμιά από τισ περιπτϊςεισ γίνεται ζλεγχοσ τόςο ςτο ςθμείο του πλιγματοσ και ςτουσ γειτονικοφσ κόμβουσ κακϊσ και ςτον άνκρωπο. Θ επιλογι αφοράζναν χϊρο 20m επί 20m που περιλαμβάνει το υποπλζγμα κάτω από τθν είςοδο του πάρκου όπωσ παρουςιάςτθκε ςτο Α) Πλήγμα ζηό θπάκηη. σήμα 7.49:Κάηοτη πλέγμαηορ γείυζηρ πεπίπηυζηρ Α για παποςζία ανθπώπος

114 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 103 σήμα 7.50 : Aναπηςζζόμενη Σάζη ζηα πέλμαηα ηος ανθπώπος σήμα 7.51 : Ένηαζη πεύμαηορ πος διαπεπνά ηον άνθπυπο Ζνταςθ ρεφματοσ που περνά από πόδι του ανκρϊπου 0.65Α. Ο ζλεγχοσ αςφάλειασ γίνεται από το διάγραμμα του ςχιματοσ 6.16 ςτο και καταλιγουμε ότι βριςκόμαςτε ςτθ Ηϊνθ 4 : Ρικανότθτα μαρμαρυγισ, γι ϋαυτό και παρακάτω προτείνονται τροποποιιςεισ ςτο πλζγμα.

115 104 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ Β) Πλήγμα ζηό θπάκηη μεηά από πποζθήκη ηπιών κάθεηων πάβδων για πποζηαζία ανθπώπος. σήμα 7.52:Κάηοτη πλέγμαηορ γείυζηρ πεπίπηυζηρ Β για παποςζία ανθπώπος σήμα 7.53 : Aναπηςζζόμενη Σάζη ζηα πέλμαηα ηος ανθπώπος

116 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 105 σήμα 7.54 : Ένηαζη πεύμαηορ πος διαπεπνά ηον άνθπυπο Μετάβαςθ ςε Ηϊνθ 2: Συνικωσ καμία επιβλαβισ φυςιοπακολογικι επίδραςθ Γ) Πλήγμα ζε ηςσαίο εζωηεπικό ζημείο. σήμα 7.55:Κάηοτη πλέγμαηορ γείυζηρ πεπίπηυζηρ Β για παποςζία ανθπώπος

117 106 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ σήμα 7.56 : Aναπηςζζόμενη Σάζη ζηα πέλμαηα ηος ανθπώπος σήμα 7.57 : Ένηαζη πεύμαηορ πος διαπεπνά ηον άνθπυπο 7.2 ΤΜΠΕΡΑΜΑΣΑ Θ επιλογι του μοντζλου κατανεμθμζνων και χρονικά μεταβαλλόμενων παραμζτρων ςτθριηόμενο ςτθν κυκλωματικι προςζγγιςθ, ζγινε με γνϊμονα τθν απλότθτα εφαρμογισ του μοντζλου, κακϊσ επίςθσ δφναται με ιδιαίτερθ ευκολία να λάβει υπόψθ το φαινόμενο ιονιςμοφ του εδάφουσ και των αμοιβαίων ςυηεφξεων. Ο ιονιςμόσ του εδάφουσ είναι ζνασ βαςικόσ παράγοντασ για τισ χαμθλζσ τιμζσ δυναμικοφ που προκφπτουν κατά τθν μελζτθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ του πλζγματοσ. Ππωσ παρουςιάςτθκε εκτενϊσ ςτο 3 ο κεφάλαιο, ςε περιπτϊςεισ

118 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 107 πλιγματοσ κρουςτικϊν ρευμάτων εμφανίηεται το φαινόμενο αυτό, δθλαδι θ τιμι του πεδίου ςτο ζδαφοσ ξεπερνά μια κρίςιμθ τιμι και επζρχεται διάςπαςθ του εδάφουσ, που από μονωτικό κακίςταται αγϊγιμο. Τότε μειϊνεται θ ειδικι του αντίςταςθ και ςυνεπϊσ θ αντίςταςθ γείωςθσ. Ραρατθρϊντασ τα γραφιματα, μπορεί να ςυμπεράνει κανείσ πζραν πάςθσ αμφιβολίασ ότι το ςφςτθμα γείωςθσ τθσ ανεμογεννιτριασ είναι αξιόπιςτο και αποτελεςματικό υπό το πλιγμα κεραυνοφ 50kV. Συγκεκριμζνα, θ μζγιςτθ τιμι δυναμικοφ που ενδζχεται να εμφανιςτεί ςε ςθμείο ζγχυςθσ του κεραυνικοφ ρεφματοσ είναι 3.1MV ςτθν κορυφι του Ρφργου ςτιριξθσ και 400kV ςτθ βάςθ του, πράγμα που ςυμβαίνει όταν ο κεραυνόσ 50kA 1.2/50μs πλιξει τθν ανεμογεννιτρια. Επίςθσ παρατθρείται ότι όςο οι κόμβοι απομακρφνονται από το ςθμείο ζγχυςθσ του ρεφματοσ θ ανφψωςθ δυναμικοφ μειϊνεται ομοιόμορφα. Σε απόςταςθ 10 μζτρων περίπου, το δυναμικό πζφτει ςε πολφ χαμθλά επίπεδα, που μπορεί ακόμα και να κεωρθκεί αμελθτζο. Ζτςι λοιπόν κα πρζπει να δίνεται ιδιαίτερθ προςοχι κυρίωσ ςτο ςθμείο ζγχυςθσ του ρεφματοσ. Άλλθ μια παρατιρθςθ είναι θ αποτελεςματικι επίδραςθ τθσ πυκνότθτασ ςχεδίαςθσ του πλζγματοσ χωρίσ να απαιτεί πυκνι τοποκζτθςθ κάκετων ράβδων. Οι ράβδοι είναι αποτελεςματικζσ ςε τοπικό επίπεδο μιασ και προκαλοφν μείωςθ τθσ αναπτυςςόμενθσ τάςθσ κατά 40% ςτο ςθμείο που είναι τοποκετθμζνεσ. Ο παραπάνω ςυνδυαςμόσ ςυμβάλει ςθμαντικά ςτθν μείωςθ τθσ αντίςταςθσ γείωςθσ, θ τιμι τθσ οποίασ αποτελεί τον πλζον κακοριςτικό παράγοντα για ζνα ςφςτθμα γείωςθσ. Πςο αφορά τθν επιλογι τθσ τιμισ κρουςτικοφ ρεφματοσ ςτα 5kA και τθ μελζτθ τθσ επίδραςθσ ενόσ τζτοιου πλιγματοσ ςτο κτιριο του προςωπικοφ, παρατθροφμε ότι θ τιμζσ τθσ αναπτυςςόμενθσ τάςθσ δεν φτάνουν ςε επικίνδυνεσ τιμζσ ακόμα και ςε τιμζσ ρεφματοσ κεραυνοφ όπου ουςιαςτικά ο ιονιςμόσ δεν επιδρά ωσ φαινόμενο. Τζλοσ για τθν αςφάλεια του ανκρϊπου ςε περίπτωςθ πλιγματοσ, τα ςυμπεράςματα είναι ότι η ηιμή ηος πεύμαηορ θηάνει ζε επικίνδςνερ για ηον άνθπωπο ηιμέρ όηαν πλήγμα σηςπάει ηο θπάκηη. Πποηείνεηαι η άμεζη ηοποθέηηζη κάθεηων πάβδων ζηο ζημείο, για να προφυλάςςουν τον άνκρωπο ακόμα και ςε περίπτωςθ όπου ο ιονιςμόσ του εδάφουσ δεν υπάρχει ωσ φαινόμενο. Συγκριτικά με περιπτϊςεισ παλαιότερων εργαςιϊν με κζμα τθν εξομοίωςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ ςυςτθμάτων γείωςθσ, και ςυγκεκριμζνα περιπτϊςεισ πλιγματοσ γείωςθσ ανεμογεννιτριασ, παρατθρείται ότι θ επίδραςθ του φαινομζνου του ιονιςμοφ του εδάφουσ επιδρά ςθμαντικά ςτθν μειωμζνθ ανφψωςθ δυναμικοφ. Πταν το φαινόμενο αυτό δεν λαμβάνεται υπόψθ ςε αντίςτοιχεσ εξομοιϊςεισ, ενδζχεται τα αποτελζςματα να μθν είναι τόςο αντιπροςωπευτικά για το ςφςτθμα, όςο κα ιταν ςτθν αντίκετθ περίπτωςθ, αφοφ είναι αποδεδειγμζνο ςτθ διεκνι βιβλιογραφία ςε βάκοσ χρόνου, ότι είναι ζνα φαινόμενο που ςίγουρα εμφανίηεται όταν διοχετεφονται κρουςτικά ρεφματα ςτο ζδαφοσ.

119 108 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ

120 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 109 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΥΙΑ [1]ANSI/IEEE Std , ΙΕΕΕ Guide for Safety in AC Substation Grounding,2000. [2]Βαςιλάκθ Μαρία «Εξομοίωςθ τθσ μεταβατικισ ςυμπεριφοράσ των πλεγμάτων γείωςθσ χρθςιμοποιϊντασ μοντζλα κλίμακασ», Διπλωματικι εργαςία, Ράτρα [3]Gonos I F, Topalis F V & Stathopoulos I A 1999, «Transient impedance of grounding rods», 11th International Symposium on High Voltage Engineering vol2, pp [4]Δ. Κ. Τςανάκασ, «Ειδικά κεφάλαια θλεκτρικϊν εγκαταςτάςεων και δικτφων», Ά Μζροσ, Ρροςταςία ανκρϊπων και εξοπλιςμοφ, Ράτρα [5]Megger «Getting down to earth, A practical guide to earth resistance» [6]ΕΛΟΤ HD ΓΕΙΩΣΘ ΚΑΙ ΑΓΩΓΟΙ ΡΟΣΤΑΣΙΑΣ [7] [8]Mousa MA The Soil Ionization Gradient Associated with Discharge of High Currents into Concentrated Electrodes, IEEE Trans. on PWRD, VoL 9, No. 3, July 1994, pp [9]Jinliang He, Gang Yu, Jingping Yuan, Rong Zeng, Bo Zhang, Jun Zou, Zhicheng Guan, "Decreasing grounding resistance of substation by deep-ground-well method," Power Delivery, IEEE Transactions on, vol.20, no.2, pp , April [10]Mohamad Nor, A Haddad, H Griffiths, FACTORS AFFECTING SOIL CHARACTERISTICS UNDER FAST TRANSIENTS. Inter. Conference on Power System Transients- IPST 2003, New Orleans USA. [11]Nor, N.M., Haddad, A., Griffiths, H.,, "Characterization of ionization phenomena in soils under fast impulses," Power Delivery, IEEE Transactionson, vol.21, no.1, pp , Jan [12]A. C. Liew and M. Darveniza, Dynamic model of impulse characteristics of concentrated earth, Proc. Inst. Elect. Eng., vol. 121, no. 2, pp , Feb [13]R. Kosztaluk, M. Loboda, and D. Mukhedkar, Experimental study of transient ground impedances, IEEE Trans. Power App. Syst., vol. PAS-100, no. 11, pp , Nov

121 110 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ [14]Rong Zeng, Xuehai Gong, Jinliang He, Bo Zhang, Yanqing Gao, "Lightning Impulse Performances of Grounding Grids for Substations Considering Soil Ionization," Power Delivery, IEEE Transactions on, vol.23, no.2, pp , April [15]Leadon, R. E., Flanagan, T. M., Mallon, C. E., Denson, R.,, "Effect of Ambient Gas on ARC Initiation Characteristics in Soil," Nuclear Science, IEEE Transactions on, vol.30, no.6, pp , Dec [16]Ε.Ε. Οettle, The Characteristics of Electrical Breakdown and Ionization Processes in Soil, Transactions on the South African IEE, December 1988, pp [17]G.M.Petropoulos, The High-Voltage Characteristics of Earth Resistances Journal IEE, Vol. 95, Part II, 1948, pp [18]K.J. Nixon. The lightning transient behavior of a driven rod earth electrode inmultilayer soil, Διδακτορικι Διατριβι, Ιοφλιοσ 2006 [19]P.L. Bellaschi, R.E. Armington, A.E Snowden, Impulse and 60-cycle characteristics of driven grounds, Part II, Transaction of American Institute of Electrical Engineer, Vol. 61, 1942, pp [20]Geri A., "Behaviour of grounding systems excited by high impulse currents : the model and its validation," Power Delivery, IEEE Transactions on, vol.14, no.3, pp , Jul [21]G. Ala, M. L. D. Silvestre, and F. Viola, Soil ionization due to high Pulse transient currents leaked by earth electrodes, Progress In Electromagnetics Research B, Vol. 14, 1 21, [22]Γκόνοσ Ι.Φ.: «Μεταβατικι ςυμπεριφορά ςυςτθμάτων γείωςθσ», Τεχνικά Χρονικά, Θλεκτρονικι διμθνιαία ζκδοςθ, Τεφχοσ 1, ςελ , Ιοφλιοσ-Αφγουςτοσ [23]Visacro S., Rosado G., "Response of Grounding Electrodes to Impulsive Currents: An Experimental Evaluation," Electromagnetic Compatibility, IEEETransactions on, vol.51, no.1, pp , Feb [24]Yaqing Liu. Transient Response of Grounding Systems Caused by Lightning : Modelling and Experiments Phd, Upsalla [25]M. I. Lorentzou, N. D.Hatziargyriou, Senior Member, IEEE Transmission Line Modeling of Grounding Electrodes and Calculation of their Effective Length under Impulse Excitation Presented at the International Conference onpower Systems Transients(IPST.05) in Montreal, Canada on June 19-23, 2005.

122 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 111 [26]GrcevL., "Modeling of Grounding Electrodes Under Lightning Currents," Electromagnetic Compatibility, IEEE Transactions on, vol.51, no.3,pp , Aug [27]Gao Yanqing, Zeng Rong, He Jinliang, Liang Xidong, "Loss transmission-line model of grounding electrodes considering soil ionization of lightning impulse," Electromagnetic Compatibility, rd International Symposiumon, vol., no., pp , May [28]Yaqing Liu, TheethayiN., Thottappillil R.,, "An engineering model for transient analysis of grounding system under lightning strikes: non uniform transmission - line approach," Power Delivery, IEEE Transactions on, vol.20,no.2, pp , April [29]Mattos M.Ad.F., "Grounding grids transient simulation," Power Delivery, IEEE Transactions on, vol.20, no.2, pp , April [30]Ρανεπιςτθμιακζσ ςθμειϊςεισ ATP-EMTP, Βαςικι λειτουργία και χριςθ -Μζροσ 1 ο, Ρατρα [31]IEC Ed. 1.0: Protection against lightning Part 1: General principles ANNEX B. [32]ΕΛΟΤ 1197: Ρροςταςία καταςκευϊν από κεραυνοφσ. Μζροσ 1: Γενικζσ αρχζσ. [33]R.H Golde Lightning, vol.2: Lightning Protection Academic Press (1978) [34]Αντωνάσ Γιάννθσ «Μεταβατική Συμπεριφορά Γειώςεων», Διπλωματικι εργαςία, Ράτρα [35]Daniel S. Gazzana, Arturo S. Bretas, Guilherme A. D. Dias,Marcos Tello Dave W. P. Thomas, Christos Christopoulos «Contribution to the Study of Human Safety Against Lightning Considering the Grounding System Influence and the Variations of the Associated Parameters», Vienna 2012 [36]A. Banos,«Dipole Radiation in the Presence of a Conducting Half- Space».NewYork: Pergamon, [37] Ρυργιϊτθ Ελευκερία,«Προςταςία καταςκευών από Κεραυνοφσ». Ράτρα, [38] Tao Zhang, Yin Zhang, Xiaorui Tan, «Study on Overvoltage of Signal Line in Wind Turbine by Lightning Strike», Shanghai 2014.

123 112 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ ΑΝΑΚΕΥΑΛΑΙΩΗ, ΤΝΕΙΥΟΡΑ ΣΗ ΔΙΑΣΡΙΒΗ, ΠΡΟΟΠΣΙΚΕ ΤΝΕΦΙΗ ΣΗ Σφμφωνα με τα αποτελζςματα που προκφπτουν, εξάγεται το ςυμπζραςμα ότι το πλζγμα του αιολικοφ πάρκου είναι άρτια ςχεδιαςμζνο ϊςτε να μπορεί να εγγυθκζι μια αξιόπιςτθ και αςφαλι λειτουργία για τον εξοπλιςμό. Ρροτζινονται βελτιϊςεισ για τθν καλφτερθ αςφάλεια του ανκρϊπου. Θ εργαςία αυτι μελετά τθν ςυνειςφορά του φαινόμενου του ιονιςμοφ του εδάφουσ ςτθν βζλτιςτθ λειτουργία των αντικεραυνικϊν εγκαταςτάςεων ειδικά ςτα μεγάλα κρουςτικά ρεφματα όπου και το φαινόμενο είναι και πιο ζντονο. Επίςθσ γίνεται εμφανισ θ ανάγκθ για εξεφρευςθ αυςτθρϊν προτφπων αςφαλείασ για τον άνκρωπο μιασ και αυτι φαίνεται ότι κινδυνεφει πιο ζντονα όταν κεραυνοί μικρϊν ρευμάτων κορυφισ πλιττουν αιολικά πάρκα. Τζλοσ προκφπτουν ερωτιματα για το ποια εν τζλθ είναι θ αναγκαία πυκνότθτα ςτθν ςχεδίαςθ του πλζγματοσ γείωςθσ, μιασ και ςε πολλζσ εγκαταςτάςεισ οι καταςκευαςτζσ λόγω άγνοιασ, δίνουν μεγάλθ βάςθ ςτθν πυκνότθτα ςχεδίαςθσ του πλζγματοσ, ενϊ κομμάτι αυτϊν των πόρων κα μποροφςε να διοχετευκεί ςε ςτοχευμζνεσ παρεμβάςεισ ςτα ςθμεία που υπάρχει ςυχνι ανκρϊπινθ παρουςία. Ζτςι με νζεσ τεχνοοικονομικζσ μελζτεσ και δθμιουργία πιο ςφγχρονων προτφπων το κόςτοσ υλοποίθςθσ μπορεί να μειωκεί, με ταυτόχρονθ αφξθςθ τθσ αςφάλειασ του ανκρϊπου.

124 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΘ ΣΥΜΡΕΙΦΟΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΘΤΙΩΝ 113 Παράρτημα Κάτοψη πλζγματοσ