Μαγνητικά Πεδία σε Γραμμές Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας

Transcript

1 Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Τομέας Ηλεκτρικής Ενέργειας Εργαστήριο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Μαγνητικά Πεδία σε Γραμμές Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας Επιβλέπων Καθηγητής : Γιώργος Ανδρέου Χαράλαμπος Τσαλικiδης Θεσσαλονίκη 2012

2 Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. ii

3 Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα iii

4 Ευχαριστίες Θα ήθελα από την θέση αυτή να ευχαριστήσω θερμά τους κκ Καθηγητές Δ. Λαμπρίδη και Γ. Ανδρέου για την πολύτιμη συνεισφορά τους στην ολοκλήρωση της εργασίας αυτής. Ιδιαίτερα θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή κ. Γ. Ανδρέου για την πολύτιμη υποστήριξη και καθοδήγηση του καθώς και τις σημαντικές παρατηρήσεις, υποδείξεις και διορθώσεις που έκανε. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω την κ. Ε. Γιοβανοπούλου στέλεχος της Δημόσιας Επιχείρησης Ηλεκτρισμού/ Τμήματος Αν. Θεσσαλονίκης για την αμέριστη βοήθεια της. Θερμές ευχαριστίες εκφράζονται επίσης στον υποψήφιο διδάκτορα Α. Μηλιουδη για την συνεισφορά του στην ολοκλήρωση της εργασίας. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου για την αμέριστη συμπαράσταση τους. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. iv

5 Πίνακας περιεχομένων ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ...V ΠΡΟΛΟΓΟΣ... VIII ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕΔΙΑ... 1 Εισαγωγή Περιγραφή των Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων Χαρακτηριστικά των χαμηλοσυχνων Ηλεκτρικών και Μαγνητικών Πεδίων Επιπτώσεις-Επιδρασεις Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων στον άνθρωπο και στο περιβάλλον Ηλεκτρομαγνητικά πεδία και καρκίνος Ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές Φαινόμενο Corona Κανονισμοί Προστασίας Έναντι Ηλεκτρικών και Μαγνητικών Πεδίων Σύστημα Ακτινοπροστασίας - Αρμόδιοι Φορείς και δράσεις τους ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΓΡΑΜΜΩΝ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ Γενική επισκόπηση Δικτύου Διανομής Γραμμές Μέσης Τάσης Δικτύου Διανομής Εναέρια Δίκτυα Υπόγεια Δίκτυα Αποτελέσματα μετρήσεων μαγνητικού πεδίου στη Διανομή Εναέρια δίκτυα μέσης τάσης Υπόγεια δίκτυα μέσης τάσης ΣΧΗΜΑ 2.1: ΒΡΟΧΟΕΙΔΕΣ ΔΙΚΤΥΟ [29] ΣΧΗΜΑ 2.2: ΑΤΡΑΚΤΟΕΙΔΕΣ ΔΙΚΤΥΟ [29] Χωροταξική διαμόρφωση εναέριων και υπόγειων γραμμών ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΤΗΣ ΓΡΑΜΜΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΩΝ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Παρουσίαση της μεθόδου Παρουσίαση της εφαρμογής Εφαρμογή της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων στη μοντελοποίηση της Εναέριας γραμμής Διανομής 20kV μονού κυκλώματος αγωγών ACSR 16 mm Εφαρμογή της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων στη μοντελοποίηση της Υπόγειας Γραμμής Διανομής 3 Mονοπολικών καλωδίων N(A)2XSY κυκλώματος 3Χ240 mm2 των 20kV Εφαρμογή της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων στη μοντελοποίηση της Υπόγειας Γραμμής Διανομής Τριπολικου καλωδίου ΝΑΕΚΕΒΑ κυκλώματος 3Χ240 mm2 των 20kV ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ FEM Εναέρια γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 16 mm Εναέρια γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 35 mm Εναέρια γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 50 mm Εναέρια γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 95 mm Yπογεια γραμμή Μέσης Τάσης 3 Μονοπολικών Καλωδίων 3Χ240 mm2 N(A)2XSY Yπογεια γραμμή Μέσης Τάσης Τριπολικου Καλωδίου 3Χ240 mm2 NAEKEBA Γραφήματα συγκρίσεων αποτελεσμάτων προσομοίωσης Μοντελοποίηση των εναέριων γραμμών με τα συνήθη ύψη τους Γραμμές Διανομής μέσα σε πυκνοκατοικημένες πόλεις Γραφήματα σύγκρισης υπολογισμών με Ελληνικά και διεθνή Όρια Ασφαλείας ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΥΝΟΨΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Σύνοψη της Εργασίας Συμπεράσματα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. v

6 Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. vi

7 Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. vii

8 Πρόλογος Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο τον α) Τον υπολογισμό του μαγνητικού πεδίου που οφείλεται στις εναέριες και υπόγειες διατάξεις μέσης τάσης του Δικτύου Διανομής και β) τη σύγκριση των παραπάνω διατάξεων με στόχο την εύρεση της ασφαλέστερης διάταξης, από πλευράς χαμηλών-ανεκτών τιμών μαγνητικού πεδίου. Ο υπολογισμός επιτυγχάνεται με χρήση της μεθόδου Πεπερασμένων Στοιχείων, η όποια υπολογίζει την κατανομή του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στο χώρο. Η συγκεκριμένη μέθοδος έχει τη δυνατότητα, να δημιουργεί αρχεία γεωμετρίας διατάξεων οι οποίες χρησιμοποιούνται από το δίκτυο διανομής, και κατόπιν υπολογισμού του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε πλήθος σημείων στον περιβάλλοντα χώρο της διάταξης. Αρχικά στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια συνοπτική εισαγωγή στη θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και αναφέρεται η επικρατούσα κατηγοριοποίηση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων με βάση τη συχνότητα τους. Στη συνέχεια παρουσιάζονται και προσδιορίζονται τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία στην περιοχή συχνοτήτων από Hz τα οποία ονομάζονται στη διεθνή βιβλιογραφία Extra Low Frequency Electromagnetic Fields (ELF EMF) και την Ελληνική βιβλιογραφία Ηλεκτρομαγνητικά Πεδία Εξαιρετικά χαμηλής Συχνότητας (ΗΜΠ ΕΧΣ). Ακόμη γίνεται αναφορά σε επιδημιολογικές, εργαστηριακές και κλινικές έρευνες για τις βιολογικές επιδράσεις στον ανθρώπινο οργανισμό και παρουσιάζονται οι θέσεις των αρμόδιων διεθνών φορέων για τα αποτελέσματα και τα ευρήματα των ερευνών αυτών. Τέλος στο κεφάλαιο αυτό γίνεται λόγος στους κανονισμούς προστασίας έναντι χαμηλοσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και στα όρια έκθεσης που ισχύουν στην Ευρωπαϊκή Ένωση και στην Ελλάδα. καθώς και στις διατάξεις της ελληνικής νομοθεσίας που ορίζουν τις υπηρεσίες αρμόδιες για την προστασία του πληθυσμού από τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μια γενική επισκόπηση του Δικτύου Διανομής στην Ελλάδα και παρουσιάζονται οικονομοτεχνικά στοιχειά του καθώς και οι δυο συνιστώσες του : Υπόγεια και Εναέρια. Επίσης αναφέρονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων που διεξήγαγε η Δ.Ε.Η. όσον αφορά το μαγνητικό πεδίο των δικτύων αυτών. Εκτενέστερη αναφορά γίνεται στα τεχνικά ηλεκτρολογικά χαρακτηριστικά τόσο των εναερίων Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. viii

9 όσο και των υπογείων γραμμών και ειδικότερα στους τύπους αγωγών και καλωδίων που κατά κύριο λόγο χρησιμοποιούνται στο δίκτυο διανομής στην Ελλάδα. Τέλος παρουσιάζονται οι γεωμετρίες και η χωροταξική διαμόρφωση των παραπάνω διατάξεων. Ακόλουθει στο Κεφάλαιο 3 η παρουσίαση της Αριθμητικής Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων και γίνεται εφαρμογή αυτής στη μοντελοποίηση τεσσάρων εναερίων γραμμών μέσης τάσης και δυο υπόγειων γραμμών μέσης τάσης. Εισάγονται τα μοντέλα που προσομοιώνουν τη λειτουργία και γεωμετρία των γραμμών και εξάγονται οι τιμές της μέγιστης μαγνητικής επαγωγής σε επιλεγμένα σημεία. Συγκεκριμένα συγκεντρώνονται οι τιμές Βmax για ένα σύνολο 5+5 σημείων εκατέρωθεν του νοητού κατακόρυφου άξονα της κάθε γραμμής, σε ύψη 1μ από την επιφάνεια του εδάφους και επί της επιφάνειας του εδάφους. Στη συνέχεια στο Κεφάλαιο 4 τα παραπάνω αποτελέσματα του υπολογισμού εισάγονται σε κατάλληλα γραφήματα όπου γίνεται δυνατή αλλά και ευκολότερη η θεώρηση του μαγνητικού πεδίου που δημιουργεί η κάθε γραμμή καθώς και η σύγκριση όλων των γραμμών εναερίων και υπογείων όσον αφορά το μαγνητικό πεδίο που δημιουργούν. Επιπρόσθετα μέσω των γραφημάτων αποτυπώνεται έντονα η χαρακτηριστική αυξομείωση του μαγνητικού πεδίου συναρτήσει της απόστασης του σημείου υπολογισμού από το κέντρο της διάταξης. Ένα τελευταίο τμήμα του κεφαλαίου αυτού αφορά τη σύγκριση των αποτελεσμάτων του προγράμματος της Μεθόδου Πεπερασμένων Στοιχείων, με τα Όρια ασφαλείας της Ελληνικής νομοθεσίας, Όρια διεθνών οργανισμών και άλλων χωρών. Η εργασία κλείνει με το Κεφάλαιο 5 όπου παραθέτονται τα συμπεράσματα που πρόεκυψαν από τους υπολογισμούς, όσον αφορά την ασφαλέστερη διάταξη μέσης τάσης με όρους χαμηλότερων τιμών μαγνητικού πεδίου. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. ix

10 Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. x

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕΔΙΑ Εισαγωγή Πάντοτε ο άνθρωπος αναζητούσε τον έλεγχο και την όσο το δυνατόν αποτελεσματική αξιοποίηση των ποικίλων μορφών ενέργειας, με αποκορύφωμα αυτή της χρήσης του ηλεκτρισμού. Οι πολλές εφαρμογές του ηλεκτρισμού συνέβαλαν όχι μόνο στην σημαντική βελτίωση του επιπέδου της καθημερινής ζωής των ανθρώπων, αλλά και στην γεωμετρική πρόοδο και την αύξηση της αποδοτικότητας της βιομηχανίας, των τηλεπικοινωνιών, των μαζικών μεταφορών, της ιατρικής επιστήμης, ισως και της εκδημοκρατισης των κοινωνιων κλπ. Η ηλεκτρική ενέργεια έχει το εξής μοναδικό γνώρισμα, μπορεί να παράγεται σε μεγάλες ποσότητες σε συγκεκριμένες θέσεις (των σταθμών παραγωγής, όπου βρίσκονται οι κατάλληλες πρώτες ύλες) και να «αποστέλλεται» στη συνέχεια σε αποστάσεις δεκάδων και εκατοντάδων χιλιόμετρων από τα σημεία παραγωγής. Αυτό γίνεται δυνατό μέσω των δικτύων μεταφοράς και διανομής (υψηλής και μέσης τάσης), καθώς και των απαραιτήτων υποσταθμών που τα συνδέουν. Η ζήτηση της ηλεκτρικής ενέργειας γνωρίζει σχεδόν γεωμετρική αύξηση, ιδιαίτερα στον Δυτικο κοσμο, στη διάρκεια των τελευταία 50 ετών, αύξηση που έχει ως αποτέλεσμα την σημαντική εξάπλωση των δικτύων μεταφοράς και διανομής που καλύπτουν πλέον ολοένα και μεγαλύτερες εκτάσεις σε όλες τις χώρες. Παράλληλα επεκτείνεται και η χρήση του ηλεκτρικού εξοπλισμού και συσκευών στην καθημερινή ζωή. Δεν θα ήταν υπερβολικό να ειπωθεί πως ένας άνθρωπος στην καθημερινότητα Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 1

12 του χρησιμοποιεί δεκάδες ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές : ηλεκτρονικές συσκευές διαφόρων ειδών, προσωπικοί υπολογιστές (σταθεροί φορητοί), φορητά τηλεφωνά κτλ. Όμως και παρά το γεγονός ότι ο ηλεκτρισμός είναι στοιχειώδες και θεμελιακό κοινωνικό αγαθό, άρρηκτα συνδεδεμένο με την ποιότητα ζωής και το βιοτικό επίπεδο μας, υπάρχει σήμερα διάχυτος σκεπτικισμός, τόσο σε επίπεδο κοινωνίας όσο και σε επίπεδο επιστημονικής κοινότητας, σχετικά με πιθανές δυσμενείς επιπτώσεις από τη χρήση του στους ανθρώπους και στο περιβάλλον. Ο προβληματισμός αυτός επικεντρώνεται κατά κύριο λόγο στα ηλεκτρικά και πολύ περισσότερο στα μαγνητικά πεδία, η ύπαρξη των οποίων είναι συνδεδεμένη με τη χρήση του ηλεκτρισμού και ειδικότερα του εναλλασσομένου ρεύματος των γραμμών διανομής. 1.1 Περιγραφή των Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων Τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά πεδία είναι πεδία δυνάμεων, δηλ χώροι στους οποίους ασκούνται δυνάμεις επί κατάλληλων υποθεμάτων. Για το ηλεκτρικό πεδίο το υπόθεμα είναι ένα (μη κινούμενο) ηλεκτρικό φορτίο, ενώ το μαγνητικό πεδίο το υπόθεμα είναι ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο (ηλεκτρικό ρεύμα) [6]. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία ανεξαρτήτως συχνότητας περιγράφονται με τις εξισώσεις του Maxwell [6]. Εξ Εξ. 1.2 Εξ. 1.3 Εξ. 1.4 Στις εξισώσεις αυτές η μαγνητική επαγωγή Β και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου Ε εμφανίζονται ως αλληλένδετα μεγέθη [6]. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 2

13 Εικόνα 1.1 : Διάδοση Ηλεκτρομαγνητικού Κύματος. Στις χαμηλές όμως συχνότητες (50Ηz) δεν υπάρχει πρακτικά ζεύξη μεταξύ των πεδιακων μεγεθών Β και Ε. Στις συχνότητες αυτές, με το πολύ μεγάλο μήκος κύματος (6000km για τη συχνότητα των 50 Hz), δεν υπάρχει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, αλλά δυο ανεξάρτητα πεδία, το μαγνητικό και το ηλεκτρικό πεδίο. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία αυτά ονομάζονται στη διεθνή βιβλιογραφία Extra Low Frequency Electromagnetic Fields (ELF EMF) και την Ελληνική βιβλιογραφία Ηλεκτρομαγνητικά Πεδία Εξαιρετικά χαμηλής Συχνότητας (ΗΜΠ ΕΧΣ). Tο χαρακτηριστικό του μέγεθος είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου Ε, με μονάδα μέτρησης το V/m (Volt ανά μέτρο) η το πολλαπλάσιο του το kv/m (1kV/m= 1000V/m). H ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος προκαλεί το μαγνητικό πεδίο, χαρακτηριστικό μέγεθος του οποίου είναι η μαγνητική επαγωγή Β, με μονάδα Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 3

14 μετρήσεως το μτ (μικρό-τεσλα) η το mg (μίλι Gauss, ). To φυσικο μαγνητικο πεδιο της γης στην Ελλαδα είναι περιπου 45μΤ [15]. Τα δυο αυτά πεδία εξαρτώνται από πολλές παραμέτρους. Μικρές εντάσεις ρεύματος σε μικρές αποστάσεις, όπως είναι οι αποστάσεις μεταξύ ηλεκτρικών συσκευών και ανθρώπων, προκαλούν μαγνητικά πεδία, τα όποια είναι πολλές φορές μεγαλύτερα από εκείνα που οφείλονται στις εναέριες γραμμές όπου υπάρχουν μεγάλες εντάσεις ρευματος μεν αλλά και μεγάλες αποστάσεις [6]. Στη συνέχεια της παρούσας εργασίας θα υπολογιστούν τιμές μαγνητικού πεδίου εναέριων και υπόγειων γραμμών 20kV, οι οποίες θα είναι υποπολλαπλασιες από το πεδίο που δημιουργεί μια π.χ. συνηθισμένη ξυριστική μηχανή προσωπικής χρήσης τάσης 5V, επί του κελύφους της. Ένα η περισσότερα τριφασικά συστήματα δημιουργούν ένα στρεφόμενο ελλειπτικό ηλεκτρικό πεδίο και ένα στρεφόμενο ελλειπτικό μαγνητικό πεδίο [6]. Εικόνα 1.2 : Γεωμετρικοί τόποι στρεφόμενων ανυσμάτων μαγνητικής επαγωγής γραμμής 400 kv διπλού κυκλώματος με φορτίο 1000 Α ανά κύκλωμα και φάση Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 4

15 1.2 Χαρακτηριστικά των χαμηλοσυχνων Ηλεκτρικών και Μαγνητικών Πεδίων. Τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά πεδία των γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενεργείας, σε θέσεις κοντινές για τον άνθρωπο, μπορούν να θεωρηθούν ως ομογενή πεδία. Η επίδραση των ηλεκτρικών και των μαγνητικών πεδίων μπορεί να περιγράφει καλυτέρα, εάν τα πεδία αυτά είναι ομογενή [6]. Το ομογενές ΗΠ ΕΧΣ παραμορφώνεται με την είσοδο σε αυτό σχεδον κάθε ειδους αγώγιμων διατάξεων [6]. Το εσωτερικό ενός ηλεκτρικά αγώγιμου σώματος είναι ουσιαστικά ελεύθερο από ηλεκτρικό πεδίο, δηλαδή αποτελεί έναν κλωβό Faraday. Είναι εφικτή λοιπόν με κατάλληλη αγώγιμη επένδυση η θωράκιση ενός χώρου έναντι ηλεκτρικού πεδίου. Η αγωγιμότητα των υλικών που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές είναι αρκετή, ώστε να επέρχεται μέσα στα κτίρια δραστική εξασθένιση των ηλεκτρικών πεδίων, που προέρχονται από εξωτερικές πηγές, όπως οι γραμμές διανομής. Εξασθένιση των ΗΠ ΕΧΣ επιφέρουν επίσης, και οι διάφορες μεταλλικές κατασκευές όπως τα αυτοκίνητα, χαλυβδινος σκελετος κτιριων, μεταλλικα κιγκλιδωματα κ.α. που βρίσκονται στην περιοχή, λογω της πιθανής ηλεκτρικής τους αγωγιμότητας. Επομενως, τα ΗΠ ΕΧΣ είναι πολυ δύσκολο να μετρηθούν με ικανοποιητική ακρίβεια, αφού υφίστανται εξασθένιση και παραμόρφωση ενδεχομενως ακόμα και από την ιδία την εκαστοτε συσκευή μέτρησης. Αντίθετα, τα ΜΠ ΕΧΣ διαπερνούν πρακτικά χωρίς παραμόρφωση τα μη μαγνητικά υλικά. Η αποτελεσματική θωράκιση είναι πολύ δύσκολη και συνεπώς τα ΜΠ ΕΧΣ εξασθενίζουν πολύ δύσκολα. Η θωράκιση μπορεί να γίνει μόνο με τη χρησιμοποίηση ειδικών και ιδιαίτερα ακριβών μαγνητικών υλικών σε κατάλληλη διάταξη, με ενδεχομένως αμφίβολα αποτελέσματα αποτελέσματα [15]. Επειδή ακριβώς δεν είναι εύκολη η θωράκιση, τα ΜΠ ΕΧΣ είναι δυνατό να μετρηθούν με ικανοποιητική ακρίβεια, αφού πρακτικά δεν υφίστανται εξασθένιση και παραμόρφωση από αντικείμενα που περιβαλλουν τις συσκευες μετρησης. Όμως τα ΜΠ ΕΧΣ των γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας εξαρτώνται από την ένταση του ρεύματος που διαρρέει τους αγωγούς, η οποία είναι ιδιαίτερα μεταβαλλόμενη κατά τη χρονική διάρκεια λειτουργίας των γραμμών αυτών, και μπορεί να κυμανθεί από μηδενική φόρτιση (υποφορτιζομενη γραμμή) έως πλήρη φόρτιση (υπερφορτισμένη γραμμή) σε σπάνιες περιπτώσεις. Στη προσομοίωση των γραμμών η οποία παρουσιάζεται σε επόμενο κεφάλαιο, Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 5

16 θεωρήθηκε ότι οι γραμμές λειτουργούν υπό πλήρη φόρτιση, έτσι ώστε να υπολογιστεί το προκαλούμενο μαγνητικό πεδίο στις δυσμενέστερες των περιπτώσεων. Είναι λογικός ο ισχυρισμός ότι εάν το προκαλούμενο μαγνητικό πεδίο υπό πλήρη φόρτιση είναι εντος των Ορίων Ασφαλείας τότε σε κάθε άλλη περίπτωση φόρτισης, οι τιμές του πεδίου θα είναι σίγουρα στην ασφαλή πλευρά (πολύ κάτω των Ορίων Ασφαλείας), αφού πως αναφέρθηκε η μαγνητική επαγωγή εξαρτάται από την ένταση του ρεύματος που διαρρέει την γραμμή. Η εικόνα 1.2 δείχνει την παραμόρφωση ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου εντάσεως 20 kv/m λογω της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του ανθρωπίνου σώματος. Στο κεφάλι του ανθρώπου εμφανίζεται η μέγιστη ένταση ηλεκτρικού πεδίου Εmax = 14 Eo, όπου Εο η ένταση του ομογενούς πεδίου. Παραμόρφωση εμφανίζεται επίσης στις ισοδυναμικες γραμμές, έτσι ώστε η διαφορά δυναμικού μεταξύ της κεφαλιου και των ποδιών να είναι περίπου 0.1 V [6]. Εικόνα 1.3: Άνθρωπος σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο, Άνθρωπος σε ομογενές μαγνητικό πεδίο Σε αντίθεση προς το ηλεκτρικό πεδίο, το μαγνητικό πεδίο διαπερνά τον ανθρώπινο οργανισμό χωρίς παραμόρφωση. Οι εικόνες 1.2, 1.3, και 1.4 δείχνουν τον άνθρωπο σε ομογενές μαγνητικό πεδίο τόσο σε παράλληλη όσο και σε κάθετη διεύθυνση. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 6

17 Εικόνα 1.4: Άνθρωπος σε ομογενές μαγνητικό πεδίο Εικόνα 1.5 : α)το μαγνητικό πεδίο είναι παράλληλο στον άξονα του σώματος, β)το μαγνητικό πεδίο είναι κάθετο στον άξονα του σώματος Οι κύκλοι στο σώμα υποδεικνύουν το επαγόμενο ηλεκτρικό πεδίο και το ρεύμα 1.3 Επιπτώσεις-Επιδρασεις Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων στον άνθρωπο και στο περιβάλλον. Το ζήτηµα της επίδρασης των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στον ανθρώπινο οργανισµό αποτελεί σήµερα έναν τοµέα έρευνας σχετικά νέο, αφού µόνον κατά την τελευταία 15ετία ξεκίνησαν προσπάθειες εκτεταμένης και συντεταγμένης επιστημονικής διερεύνησης. Οι αρχικές ερευνητικές προσπάθειες -οι οποίες επικεντρώθηκαν πρώτα στα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που δημιουργούν οι γραφές μεταφοράς υψηλής τάσης-, υποδεικνύουν ότι ενδεχομένως αγνοούμε ακόμα τον μηχανισμό επίδρασης των πεδίων αυτών στον άνθρωπο και στην υγεία του γενικότερα. και δημιουργούν στους επιστήμονες αλλά και στη κοινή γνώμη αυξανόμενες ανησυχίες, κυρίως σε ότι αφορά την αυξημένη συχνότητα εµφανίσης µορφών καρκίνου και άλλων ασθενειών [34]. Σήμερα γνωρίζουμε σίγουρα ότι τα μαγνητικά πεδία ιδιαίτερα χαμηλών συχνοτήτων επάγουν ηλεκτρικά πεδία και ρεύματα στο σώμα [15]. Εάν τα πεδία αυτά είναι ισχυρά, προκαλείται νευρική και μυϊκή διέγερση και μεταβολή στη λειτουργία Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 7

18 του κεντρικού νευρικού συστήματος. Επίσης μεγάλος κίνδυνος ελλοχεύει λογω του ότι μεγάλου μεγέθους μεταλλικά αντικείμενα ευρισκόμενα εντός του ηλεκτρικού πεδίου μπορούν να φορτιστούν με αρκετά υψηλή τάση και, εάν δεν είναι γειωμένα, να προκαλέσουν στον άνθρωπο από σπινθηρισμό έως και ηλεκτρική εκκένωση κατά την επαφή [15]. Δυστυχώς όμως οι επιδράσεις των πεδίων δεν τελειώνουν εδώ Ηλεκτρομαγνητικά πεδία και καρκίνος Πολλά χρόνια πριν αναφέρθηκε για πρώτη φορά σε επιδημιολογική μελέτη συσχέτιση μεταξύ κινδύνου εμφάνισης παιδικού καρκίνου και απόστασης κατοικιών από γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με διαμόρφωση ισχυρού ρεύματος. Παρόλο ότι υπάρχουν πάρα πολλές ατέλειες στη μεθοδολογία, πολυάριθμες μελέτες σχεδιασμένες πιο προσεκτικά, οι οποίες διεξήχθησαν στη συνέχεια εμφανίζουν στατιστική συσχέτιση μεταξύ παιδικής λευχαιμίας και έκθεσης σε μαγνητικά πεδία χαμηλών συχνοτήτων (Tenforde, 1996 & WHO, 1998). Το 2001 η Διεθνής Υπηρεσία Έρευνας για τον καρκίνο, της Παγκόσμιας Οργάνωσης Υγείας ταξινόμησε τα πεδία αυτά ως «ενδεχομένως καρκινογενή». Η κατάταξη αυτή βασίζεται σε στοιχεία επιδημιολογικών μελετών τα οποία θεωρούνται αξιόπιστα, για τα οποία όμως δεν μπορεί να δοθεί επιστημονική εξήγηση. Βασικό ρόλο για την ταξινόμηση αυτή έπαιξαν μελέτες οι οποίες έδειξαν ότι έκθεση σε μαγνητικά πεδία με μέση τιμή μεγαλύτερη από 0,3 έως 0,4 μτ μπορεί να οδηγήσει σε διπλασιασμό των περιστατικών ανάπτυξης παιδικής λευχαιμίας. (WHO, 2001) [25]. Όπως προαναφέρθηκε δεν είναι απόλυτα γνωστός ο βιολογικός μηχανισμός ο οποίος μπορεί να προκαλεί την εμφάνιση παιδικής λευχαιμίας λόγω της έκθεσης σε μαγνητικά πεδία χαμηλών συχνοτήτων, επικρατεί αβεβαίωτης σχετικά με το εάν τα πεδία αυτά αποτελούν την αιτία. Πρόσφατη ανασκόπηση των επιστημονικών ερευνών από την Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας κατέληξε στο συμπέρασμα ότι πρόσθετες μελέτες μετά το 2002 δεν μεταβάλουν τα κριτήρια για την ταξινόμηση αυτή. Επίσης, επιστημονικές ενδείξεις που υποστηρίζουν σχέση μεταξύ των μαγνητικών πεδίων χαμηλών συχνοτήτων και άλλων παιδικών καρκίνων ή καρκίνων σε ενήλικες είναι πολύ λιγότερο ισχυρές από ότι για την παιδική λευχαιμία και δεν μπορούν να ταξινομηθούν και να αξιοποιηθούν. Άλλες πιθανές επιπτώσεις στην υγεία, όπως κατάθλιψη, τάσεις αυτοκτονίας, Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 8

19 δυσλειτουργίες στην αναπαραγωγή και την ανάπτυξη, επίδραση στο ανοσοποιητικό σύστημα και εκφυλισμός του νευρικού συστήματος, έχουν μελετηθεί για πιθανή συσχέτιση με την έκθεση σε μαγνητικά πεδία χαμηλών συχνοτήτων. Η Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας θεωρεί ότι τα στοιχεία είναι ανεπαρκή. Για την πρόκληση καρδιοαγγειακών παθήσεων οι ενδείξεις είναι αρνητικές Ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Έχει αναφερθεί επίδραση στη λειτουργία βηματοδοτών ή άλλων ηλεκτρικών εμφυτευμάτων από την έκθεση σε ηλεκτρικά πεδία μεγαλύτερα των 2 KV και μαγνητικά πεδία μεγαλύτερα των 20 μτ. Υπάρχει πολύ μικρή πιθανότητα έκθεσης ασθενών σε πεδία τέτοιων τιμών. Το θέμα αντιμετωπίσθηκε με την ιατρική παρακολούθηση ασθενών οι οποίοι πιθανόν δέχθηκαν τέτοια επίδραση (WHO, 1998). Ήδη, οι σύγχρονοι βηματοδότες είναι σχεδιασμένοι ώστε να μην είναι δεκτικοί σε τέτοιες παρεμβολές [15]. Μαγνητικά πεδία μεγαλύτερα του 1 μτ μπορούν να προκαλέσουν παρεμβολές στις οθόνες των υπολογιστών παλαιότερης τεχνολογίας. Τα πεδία αυτά σχηματίζονται πλησίον καλωδίων τα οποία παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε κτίρια ή γύρω από τους μετασχηματιστές των υποσταθμών χαμηλής τάσης. Μια απλή λύση είναι η μετατόπιση του υπολογιστή. Νεώτερης τεχνολογίας οθόνες, όπως υγρών κρυστάλλων ή πλάσματος δεν εμφανίζουν τέτοια προβλήματα [15] Φαινόμενο Corona Γύρω από τις γραμμές υψηλής τάσης σχηματίζονται ηλεκτρικές εκκενώσεις, (Φαινόμενο Corona), οι οποίες μπορούν να παράγουν θόρυβο και να μετατρέψουν τα μόρια του οξυγόνου σε όζον. Επίσης, βόμβος μπορεί να ακουστεί πλησίον των μετασχηματιστών των υποσταθμών. Ο θόρυβος μπορεί να προκαλέσει ενόχληση, ενώ η συγκέντρωση όζοντος δεν συνιστά κίνδυνο για την υγεία. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 9

20 1.4 Κανονισμοί Προστασίας Έναντι Ηλεκτρικών και Μαγνητικών Πεδίων Το 1977 η Διεθνής Εταιρεία Προστασίας έναντι Ακτινοβολίας (IRPA) σχημάτισε τη Διεθνή Επιτροπή Προστασίας έναντι μη Ιονιζουσας Ακτινοβολίας (INIRC). Η Επιτροπή αυτή, σε συνεργασία με το Περιβαλλοντικό Τμήμα Υγείας της Παγκόσμιας Οργάνωσης Υγείας (WHO), δημοσίευσε τον Ιανουάριο 1990 την εργασία «Προσωρινές οδηγίες ορίων για την έκθεση σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία 50/60HZ» [6]. Το 1997 ολοκληρώθηκαν οι οδηγίες της ICNIRP «οδηγίες για όρια εκθέσεως σε χρονικά μεταβαλλόμενα ηλεκτρικά, μαγνητικά και ηλεκτρομαγνητικά πεδία», οι οποίες δημοσιεύτηκαν τον Δεκέμβριο Για την εκπόνηση των οδηγιών αυτών εξεταστήκαν και σταθμιστήκαν επιπρόσθετα και όλες οι νεότερες σχετικές ερευνητικές εργασίες. Στις οδηγίες αυτές παραμένουν αμετάβλητα τα όρια των προσωρινών οδηγιών του 1990 (5 kv/m και 100μΤ για συνεχή έκθεση κοινού και 10 kv/m και 500μΤ για την επαγγελματική απασχόληση). Τον Ιανουάριο 1995 δημοσιεύτηκε το Προσωρινό Ευρωπαϊκό Πρότυπο της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Ηλεκτροτεχνικής Τυποποίησης (CENELEC). Τον Δεκέμβριο 1996 δημοσιεύτηκε το γερμανικό ομοσπονδιακό διάταγμα, στο οποίο θεσμοθετούνται τα επιτρεπόμενα όρια για τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά πεδία για τη συνεχή έκθεση του κοινού. Τα όρια αυτά συμπίπτουν με τα όρια της Οδηγίας της Ε.Ε. [6]. Τον Ιούλιο 1999 δημοσιεύτηκε η Σύσταση του Συμβούλιου της Ευρωπαϊκής Ένωσης περί του περιορισμού της έκθεσης του κοινού σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Στη Σύσταση αυτή το Συμβούλιο υιοθέτησε τα όρια των οδηγιών της ICNIRP μετά την επικύρωση τους από την Επιστημονική Συντονιστική Επιτροπή της Ευρωπαϊκής Επιτροπής [6]. Στην Ελλάδα τον Απρίλιο 2002 δημοσιεύτηκε η Κοινή Υπουργική Απόφαση στην οποία υιοθετούνται τα όρια της Ευρωπαϊκής Επιτροπής [6,18]. Ο παρακάτω πινάκας περιλαμβάνει συγκεντρωτικά τα όρια των πεδιάκων εντάσεων για τη προστασία των ανθρώπων έναντι πεδίων συχνότητας 50Ηz, τα οποία δίδονται σε διάφορες οδηγίες και κανονισμούς όπως αναφέρθηκαν : Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 10

21 Όρια πεδιακών εντάσεων Περιοχή µη ελεγχόµενη, ελεγχόµενη, επαγγ. παραμονή κοινού απασχόληση Ε B Ε B (kv/m) (µτ) (kv/m) (µτ) Κανονισµοί προστασίας Προσωρινές οδηγίες IRPA/ICNIRP, Oδηγίες ICNIRP, 1998 Βρετανικός κανονισµός NRPB, Επισκόπηση NRPB, CENELEC ENV , Γερµανικό ιάταγµα 26. ΒIMSchV Σύσταση του Συµβουλίου της Ευρωπαϊκής Ένωσης, 1999 ΚΥΑ 3060 (ΦΟΡ) 238, Φ.Ε.Κ. 512 / B / Οδηγία του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συµβουλίου για την επαγγελµατική έκθεση, 2004 Πίνακας 1.1 : Όρια πεδιακών εντάσεων έναντι ηλεκτρομαγνητικών πεδίων συχνότητας 50Hz κατά τη συνεχή έκθεση του κοινού και κατά την επαγγελματική απασχόληση [6]. Από τον παραπάνω πινάκα προκύπτει ότι Διεθνής Ένωση για την Προστασία από Μη Ιοντιζουσες Ακτινοβολίες (International Commission of Non Ionizing Radiation Protection ICNIRP), έχει θεσπίσει όρια έκθεσης ανθρώπων σε μαγνητικό πεδίο των 50 Hz τα 100μΤ για τη μέση τετραγωνική rms τιμή της μαγνητικής επαγωγής σε συνεχή έκθεση. Το όριο αυτό ισχύει για το ευρύ κοινό στην πλειονότητα των χωρών της Ευρώπης (με μια πρόσφατη εξαίρεση της Ιταλίας). Όσον αφορά στην προστασία από τα επαγόμενα ρεύματα στο ανθρώπινο σώμα, ορίστηκε το όριο των 2mA/m 2 για τη συχνότητα των 50Hz [32]. Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από γραμμές διανομής και γενικά από ηλεκτρικές εγκαταστάσεις όπως υποσταθμούς είναι στην πλειοψηφία των περιπτώσεων αρκετά μικρότερο από το όριο των 100μΤ σε θέσεις προσβασιμες από το ευρύ κοινό αλλά και από τεχνικό προσωπικό. Όπως όμως αναφέρθηκε και παραπάνω το γεγονός ότι μέχρι στιγμής δεν έχει βρεθεί κάποιος επιστημονικά τεκμηριωμένος και σαφής μηχανισμός επίδρασης του μαγνητικού πεδίου στον ανθρώπινο οργανισμό δεν αποκλείει τα όρια αυτά να αναθεωρηθούν άρδην είτε προς Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 11

22 τα πάνω είτε ενδεχόμενα προς τα κάτω [32]. Κατά συνέπεια, το όριο των 100μΤ που έχει θεσπιστεί θα μπορούσε να ισχυριστεί κανείς ότι εμπεριέχει δόση αυθαιρεσίας, διότι δεν συνεπάγεται με βεβαιότητα μηδαμινό κίνδυνο, ενώ εξακολουθούν από μερίδα της επιστημονικής κοινότητας αλλά και της κοινής γνώμης να υπάρχουν αμφιβολίες ως προς την επιστημονική ορθότητα και πληρότητα. Σε ορισμένες χώρες, μάλιστα, ήδη εφαρμόζονται αυστηρότεροι περιορισμοί, όπως για παράδειγμα στην Ιταλία, όπου για νέες γραμμές συνίσταται σαν όριο έκθεσης αυτό των 3μΤ σε σημεία προσβασιμα στο ευρύ κοινό. Στην χωρά μας έχει εκδοθεί η κοινή υπουργική απόφαση υπ αριθμόν 3060 (ΦΟΡ) 238 (ΦΕΚ 512/Β / ) με θέμα «μέτρα προφύλαξης του κοινού από τη λειτουργιά διατάξεων εκπομπής ηλεκτρομαγνητικών πεδίων χαμηλής συχνότητας» Σ αυτήν προσδιορίζονται το επίπεδο αναφοράς και οι βασικοί περιορισμοί για την προστασία του κοινού από στατικά και ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας όπως ακριβώς αυτά καθορίστηκαν στη σχετική σύσταση της Ε.Ε. [15]. Παγκόσμια, διεξάγονται αυτή τη στιγµή ή έχουν σχεδιαστεί να διεξαχθούν πάνω από 200 µελέτες που αφορούν τα EMFs. Σ αυτές περιλαμβάνονται επιδημιολογικές, εργαστηριακές, περιβαλλοντικές ακόμη και µελέτες μηχανικής. Οι περισσότερες αφορούν το σχετισμο των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων με την εμφάνιση ανίατων ασθενειών. Τουλάχιστον 27 χώρες σ όλο τον κόσµο υποστηρίζουν και διεξάγουν σήµερα έρευνα για τα EMFs. Αυτές είναι :Αυστραλία, Βραζιλία, Βουλγαρία, Καναδάς, Κίνα, Δανία, Φιλανδία, Γαλλία, Γερµανία, Ισραήλ, Ιταλία, Ιαπωνία, Λιθουανία, Μεξικό, Ολλανδία, Νέα Ζηλανδία, Νορβηγία, Ρουµανία, Ρωσία, Σλοβενία, Νότια Αφρική, Ισπανία, Σουηδία, Ελβετία, Ουκρανία, Αγγλία(Ηνωμένο Βασίλειο),ΗΠΑ. Παρακάτω παρατίθενται συγκεντρωτικά πινάκες με Όρια έκθεσης της Ελληνικής νομοθεσίας, της Ελληνικής Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας (Ε.Ε.Α.Ε.), της Ευρωπαϊκή Επιτροπή Ηλεκτροτεχνικής Τυποποίησης (CENELEC) : Όρια έκθεσης του πληθυσμού στην Ελληνική Νομοθεσία Συχνότητας 50Hz. Ένταση Ηλεκτρικού Πεδίου (Ε) 5 KV/m Mαγνητική Επαγωγή (Β) 100 μτ Πίνακας 1.2 [15] Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 12

23 Συγκριτικά παρατίθενται στον παρακάτω πινάκα οι τιμές των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων εναερίων γραμμών, σε ύψος 1.5m από το έδαφος, σύμφωνα με ανακοινωθέντα στοιχεία της Ελληνικής Επιτροπής Ατομικής Ενεργείας : Τιμές ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων εναέριων γραμμών σε ύψος 1,5 μ. (Στοιχεία Ελληνικής Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας) Τάση Γραμμής Μαγνητικό πεδίο (µτ) Ηλεκτρικό πεδίο (V/m) Γραµµές 20 kv Μέγιστη τιµή (ξύλινες κολώνες) (κάτω από αγωγούς) Τυπική τιµή (κάτω από αγωγούς) Τυπική τιµή (25m παραπλεύρως) 0,2 0, ,01 0, Πίνακας 1.3 Τιµές ηλεκτρικών και µμαγνητικών πεδίων σε ύψος 1,5 µέτρου από το έδαφος στο περιβάλλον εναέριων γραµµών ηλεκτρικής ενέργειας[15]. Τα όρια έκθεσης σε ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο 50/60 Hz που προβλέπονται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή Ηλεκτροτεχνικής Τυποποίησης (CENELEC) με χρονική συνιστώσα και τα οποία έχουν τεθεί σε ισχύ και στη χώρα μας υπό τη μορφή προτύπου ΕΛΟΤ είναι : Γενικό κοινό Επαγγελματική απασχόληση Ηλεκτρικό πεδίο (kv / m) Μαγνητικό πεδίο (μτ) Ηλεκτρικό πεδίο (kv / m) για 6,7 h 20 για 4,0 h 30 για 2,7 h Μαγνητικό πεδίο (μτ) Πίνακας 1.4 Όρια επικινδυνότητας ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου για τους εργαζόμενους και το γενικό πληθυσμό στα 50Hz (δίκτυο ΔΕΗ)[13]. Σημειώνεται ότι τα παραπάνω όρια δεν είναι όρια επικινδυνότητας έναντι Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 13

24 μακροπρόθεσμων επιδράσεων των πεδίων αυτών στην ανθρώπινη υγεία, εφ όσον δεν έχουν θεμελιωθεί επιστημονικά μέχρι σήμερα τέτοιες επιδράσεις. Τα όρια αυτά προκύπτουν από την τήρηση της βασικής απαίτησης, οι επαγόμενες πυκνότητες ρεύματος στον ανθρώπινο οργανισμό, λόγω της αλληλεπίδρασής του με τα πεδία στα οποία εκτίθεται, να παραμένουν κατώτερες από 10 ma/m2, δεδομένου ότι οι πυκνότητες ρεύματος που ενδογενώς συναντώνται στο σώμα του ανθρώπου είναι περί τα 10 ma/m2 [24] Σύστημα Ακτινοπροστασίας - Αρμόδιοι Φορείς και δράσεις τους Για την προστασία του πληθυσμού και του περιβάλλοντος από τις μη ιοντίζουσες ακτινοβολίες, υπεύθυνοι φορείς είναι η Ελληνική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας (Ε.Ε.Α.Ε.) και το Υπουργείο Υγείας και Κοινωνικής Αλληλεγγύης, οι οποίοι παρέχουν σχετική πληροφόρηση σε κάθε ενδιαφερόμενο (ΚΥΑ 3060 (ΦΟΡ) 238/ , ΦΕΚ Β 512/2002, άρθρο 3, παρ. 1) [18, 13, 22]. Η Ελληνική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας (ή άλλα εξουσιοδοτημένα από αυτήν συνεργεία) και οι αρμόδιες Υπηρεσίες του Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., καθώς και οι Νομαρχιακές Αυτοδιοικήσεις: Πραγματοποιούν περιοδικά ή όποτε κρίνεται απαραίτητο, μετρήσεις και ελέγχους, όπου και διαπιστώνεται η τήρηση ή μη των ορίων ασφαλούς έκθεσης του κοινού σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία χαμηλών συχνοτήτων. Ακόμη η Ελληνική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας και οι αρμόδιες Υπηρεσίες του Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. και του Υπουργείου Υγείας και Κοινωνικής Αλληλεγγύης παρακολουθούν τις διεθνείς εξελίξεις και την εκπόνηση ερευνητικών μελετών σε θέματα προστασίας της υγείας από την εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών [18,22] Η Ελληνική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας [22]: Μεριμνά επίσης για την οργάνωση και πραγματοποίηση εκπαιδευτικών προγραμμάτων κατάρτισης του προσωπικού όλων των ενδιαφερόμενων φορέων σε θέματα προστασίας του κοινού από ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες (ΚΥΑ 3060 (ΦΟΡ) 238/ , ΦΕΚ Β 512/2002, άρθρο 3, παρ. 2). Εκδίδει εγκυκλίους με τις οποίες καθορίζει τη διαδικασία και τους όρους για την εξουσιοδότηση των συνεργείων που πραγματοποιούν μετρήσεις και προσδιορίζει τη μεθοδολογία μετρήσεων σε χαμηλές συχνότητες. Είναι υπεύθυνη για την κατανομή και των συντονισμό των διενεργούμενων Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 14

25 μετρήσεων από αρμόδιες Υπηρεσίες του ΥΠΕΧΩΔΕ, του Υπουργείου Υγείας και Κοινωνικής Αλληλεγγύης και των Νομαρχιακών Αυτοδιοικήσεων, καθώς και από εξουσιοδοτημένα από αυτήν συνεργεία (ΚΥΑ 3060 (ΦΟΡ) 238/ , ΦΕΚ Β 512/2002, άρθρο 4, παρ. 1). Ενημερώνει την Υπηρεσία που χορήγησε την άδεια εγκατάστασης ή/και λειτουργίας του ελεγχθέντος εξοπλισμού, σε περίπτωση που κατά τους ελέγχους διαπιστώσει υπέρβαση των επιπέδων αναφοράς. Στην περίπτωση αυτή, η Υπηρεσία που χορήγησε την άδεια εγκατάστασης υποχρεούται να ειδοποιήσει εγγράφως τον κάτοχο του εξοπλισμού, προκειμένου αυτός να προβεί στις εξής ενέργειες: 1. Άμεση διακοπή λειτουργίας του υπαίτιου εξοπλισμού και γνωστοποίησή της στην Υπηρεσία που χορήγησε την άδεια εγκατάστασης 2. Μη επανάληψη της λειτουργίας του πριν αρθεί η αιτία της δυσλειτουργίας 3. Γνωστοποίηση της επανάληψης λειτουργίας στην Υπηρεσία που χορήγησε την άδεια εγκατάστασης, με παροχή εξηγήσεων για την αιτία δυσλειτουργίας. Εάν οποτεδήποτε μετά την αρχική ειδοποίηση διαπιστωθεί ξανά αντικανονική λειτουργία του ίδιου εξοπλισμού, τότε ανακαλείται οριστικά η άδεια εγκατάστασης στη θέση αυτή [18,22]. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 15

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΓΡΑΜΜΩΝ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ 2.1 Γενική επισκόπηση Δικτύου Διανομής Δίκτυο Ηλεκτρικής Ενέργειας Η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται από τους σταθμούς παραγωγής (Σ.Π.Η.Ε.) στα κέντρα κατανάλωσης μέσω των γραμμών υψηλής τάσης (400 KV, 150 KV & 66KV). Η τάση των 400 KV μεταφέρεται στα Κέντρα Υψηλής Τάσης (ΚΥΤ), υποβιβάζεται σε τάση 150 KV και, στη συνέχεια, μέσω των Υποσταθμών Υψηλής Τάσης σε τάσεις 66KV και 20KV (μέση τάση) με τις οποίες τροφοδοτούνται αντίστοιχα βιομηχανίες και τα αστικά κέντρα ή οποιαδήποτε άλλη εγκατάσταση απαιτεί μέση τάση. Η μέση τάση των 20KV υποβιβάζεται μέσω των Υποσταθμών Διανομής σε χαμηλές τάσεις 230V (φασικά) ή 380V(πολικά) με την οποία τροφοδοτούνται οικιακοί και ε- μπορικοί καταναλωτές. Εκτός των καταναλωτών χαμηλής τάσης υπάρχουν και καταναλωτές μέσης τάσης όταν τα φορτία τους ανά φάση είναι μεγαλύτερα από 200 Α, όπως συμβαίνει συνήθως σε βιομηχανικές μονάδες, νοσοκομεία άνω των 100 κλινών, κτίρια ΑΕΙ, μεγάλα ξενοδοχεία, εμπορικά κέντρα, στρατόπεδα κτλ. Διανομή ηλεκτρικής ενέργειας Είναι το σύνολο των διαδικασιών λειτουργίας και ελέγχου με τις οποίες η ηλεκτρική ενέργεια διανέμεται στους καταναλωτές. Τα δίκτυα διανομής περιλαμβάνουν τις γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας, μέσω των οποίων αυτή φτάνει έως τους καταναλωτές και τους υποσταθμούς υποβιβασμού της τάσης, οι οποίοι τις συνδέουν με το σύστημα μεταφοράς. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 16

27 Τα Δίκτυα Διανομής (Δ.Δ.) φθάνουν μέχρι το μετρητή της παρεχόμενης στον καταναλωτή ενέργειας. Μετά το μετρητή της αρχίζει η εσωτερική ηλεκτρική εγκατάσταση, που περιλαμβάνει ενδεχομένως το εσωτερικό δίκτυο διανομής και τις συσκευές κατανάλωσης. Εικόνα 2.1: Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας - Δίκτυο Διανομής Ηλεκτρικής Ενεργείας. Το Δίκτυο Διανομής στην Ελλάδα διακρίνεται στα εξής Δίκτυα [22]: Διασυνδεδεμένο Δίκτυο, το οποίο συνδέεται με το Σύστημα μέσω των υποσταθμών υψηλής και μέσης τάσης. Δίκτυο Μη συνδεδεμένων Νησιών, το οποίο δεν συνδέεται με το Σύστημα και το δίκτυο διανομής της ηπειρωτικής χώρας. Δίκτυο Διεθνούς Αερολιμένα Αθηνών (ΔΑΑ). Οι γραμμές διανομής μέσης τάσης και χαμηλής τάσης και οι εγκαταστάσεις διανομής ηλεκτρικής ενέργειας που βρίσκονται εντος των ορίων του Αεροδρόμιου και οι οποίες Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 17

28 κατασκευάζονται και τίθενται σε λειτουργιά από την εταιρεία «Διεθνής Αερολιμένας Αθηνών Α.Ε.» καθώς και οι μελλοντικές επεκτάσεις αυτών εντος του Αεροδρομίου αποτελούν το Δίκτυο του Διεθνούς Αερολιμένα Αθηνών (Δίκτυο ΔΑΑ) και δεν εντάσσονται στο Δίκτυο Διανομής. Στα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας η αξία των εγκαταστάσεων διανομής κυμαίνεται γύρω στο 30% του συνόλου των εγκαταστάσεων. Επιπλέον, εκτιμαται ότι οι απώλειες ισχύος στο επίπεδο της διανομής είναι περίπου διπλάσιες απ ότι στο επίπεδο της μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας. Στην Ελλάδα η Γενική Διεύθυνση Διανομής της ΔΕΗ Α.Ε. είναι υπεύθυνη για τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας σε όλη την ελληνική επικράτεια, τόσο στην περιοχή του Διασυνδεδεμένου Συστήματος όσο και στα Μη Διασυνδεδεμένα Νησιά, καθώς και για την παροχή πρόσβασης στο δίκτυο διανομής σε όλους τους κατόχους αδειών παραγωγής και προμήθειας ηλεκτρικής ενέργειας και στους Επιλέγοντες Πελάτες. Προκειμένου να παρέχει την εν λόγω πρόσβαση στο δίκτυο διανομής, η ΔΕΗ έχει δικαίωμα να χρεώσει τους παραγωγούς, τους πελάτες και τους προμηθευτές με ένα τέλος σύνδεσης, το οποίο εγκρίνεται από τον Υπουργό Ανάπτυξης, ύστερα από γνωμοδότηση της ΡΑΕ [22]. Το Δίκτυο Διανομής, συμπεριλαμβανομένου και του Δικτύου των Μη Διασυνδεδεμένων Νησιών ανήκει αποκλειστικά στη ΔΕΗ Α.Ε. (Κύριος του Δικτύου Διανομής), στην οποία και χορηγείται από τον Υπουργό Ανάπτυξης ύστερα από γνώμη της ΡΑΕ άδεια αποκλειστικότητας της κυριότητας του Δικτύου. Η άδεια αυτή καλύπτει και κάθε μελλοντική επέκταση του Δικτύου (Ν. 3426/2005, άρθρο 11 «Άρθρο 21 Κυριότητα Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας», παρ. 1). Το Δίκτυο του Διεθνούς Αερολιμένα Αθηνών ανήκει στο Διεθνή Αερολιμένα Αθηνών και εντάσσεται στα πλαίσια των παροχών κοινής ωφέλειας εντός του αεροδρομίου (Απρίλιος 2008). Ειδικώς για την Αττική, στη Γενική Διεύθυνση Διανομής υπάγεται και το υπόγειο δίκτυο Υψηλής Τάσης, καθώς και οι κλειστοί Υποσταθμοί Υψηλής Τάσης/Μέση Τάση (Κέντρα Διανομής) [22]. Βασικά Στοιχειά Δικτύου Διανομής στην Ελλάδα [21] : 7.5 εκ καταναλωτές (σημεία μέτρησης κατανάλωσης), καταναλωτές Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 18

29 στη Μέση Τάση Διανομή GWh ετησίως, GWh στη Μέση Τάση Ετήσια αύξηση μήκους δικτύου 1.7 %, δηλ χλμ ετησίως! Κύρια Οικονομικά μεγέθη [20,21]: Πάγια Δικτύων Διανομής με αξία περίπου 4,7 δις Δαπάνες Εκμετάλλευσης (Ετήσιες λειτουργικές δαπάνες) 425 εκ. (απολογισμός 2008). Επενδύσεις 443 εκ. (απολογισμός 2008). Προσωπικό & οργάνωση μισθωτοί (32% του συνολικού προσωπικού της ΔΕΗ). 5 Κεντρικές Διευθύνσεις, 5 Περιφερειακές Διευθύνσεις, 59 Περιοχές, 96 Πρακτορεία, 114 Υποπρακτορεία, [20]. ΔΠΑ ΔΠΜ-Θ ΔΠΠ-Η ΔΠΚΕ ΔΠΝ Διεύθυνση Περιφέρειας Αττικής (7 Περιοχές), Διεύθυνση Περιφέρειας Μακεδονίας Θράκης (17 Περιοχές), Διεύθυνση Περιφέρειας Πελοποννήσου Ηπείρου (14 Περιοχές), Διεύθυνση Περιφέρεια Κεντρικής Ελλάδας (10 Περιοχές), Διεύθυνση Περιφέρειας Νήσων (11 Περιοχές). Η κατασκευαστική διαμόρφωση των δικτύων διανομής συνδέεται άμεσα με τα χαρακτηριστικά δόμησης των σύγχρονων πόλεων αλλά και γενικά του τρόπου χωροταξικής διαμόρφωσης κάθε περιοχής και χώρας με τις ιδιαιτερότητες που διαθέτει η κάθε μια. Απόρροια αυτού είναι ότι τα δίκτυα διανομής κάθε χώρας δεν είναι ίδια, έχει το καθένα τους τα ξεχωριστά χαρακτηριστικά του, σε αντίθεση με τα δίκτυα μεταφοράς που είναι διεθνώς όμοια. Στην Ελλάδα τα δίκτυα μέσης τάσης είναι 20kV (με κάποιες γραμμές 15kV και 22kV). Ανάλογα με την κατασκευαστική τους διαμόρφωση, τα δίκτυα διανομής διακρίνονται σε εναέρια και σε υπόγεια. Οι Υποσταθμοί Διανομής ΥΤ/ΜΤ τοποθετούνται εναέρια σε κολώνες ή στα υπόγεια μεγάλων κτιρίων. Οι γραμμές διανομής στην μέση τάση (στην Ελλάδα 20kV και 15kV και κάποιες ελάχιστες 22kV) είναι πάντοτε τριφασικές. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 19

30 2.2 Γραμμές Μέσης Τάσης Δικτύου Διανομής Εναέρια Δίκτυα Τα εναέρια δίκτυα είναι ολιγότερο δαπανηρά από τα υπόγεια και είναι επίσης ευκολότερα στην εκμετάλλευσή τους. Επίσης η αποκατάσταση των βλαβών είναι απλούστερη και ταχύτερη στα εναέρια δίκτυα ενώ είναι εφικτός ακόμη και ο οπτικός εντοπισμός βλαβών η ασυνεχειων του δικτύου. Καταλαμβάνουν όμως σημαντικό χώρο, η διάθεση του οποίου είναι συχνά αδύνατη αλλά και περιβαλλοντολογικά ασύμβατη, ενώ δεν θα πρέπει να αγνοηθεί η οπτική ρύπανση που δημιουργούν σε πυκνοκατοικημένες-βεβαρημένες πόλεις. Οι αγωγοί των γραμμών εναέριων δικτύων στα προηγούμενα χρόνια ήταν πάντοτε γυμνοί, τα τελευταία χρόνια όμως η εξέλιξη της τεχνικής των καλωδίων επιτρέπει την χρησιμοποίηση εναέριων καλωδίων, κυρίως στη χαμηλή αλλά και στη μέση τάση [21]. Επειδή το κόστος των εναέριων δικτύων Χ.Τ. και Μ.Τ. με καλώδια δεν είναι πολύ μεγαλύτερο από αυτών με γυμνούς αγωγούς, η διείσδυση τους επεκτείνεται στην Ελλάδα αλλά και διεθνώς με τάση να αντικαταστήσουν τελικά πλήρως στα δίκτυα Χ.Τ. και Μ.Τ. τους γυμνούς αγωγούς [21]. Με τα εναέρια καλώδια αυξάνεται η ασφάλεια λειτουργίας, και η συνεστραμμένη τοποθέτηση διασφαλίζει την αντοχή τους σε μηχανικές και θερμικές καταπονήσεις. Ακόμη τα εναέρια καλώδια μειώνουν σημαντικά το φαινόμενο Corona. Σήμερα το μεγαλύτερο μέρος του Ελληνικού Δικτύου Διανομής (Εναέρια Δίκτυα) χρησιμοποιεί γυμνούς αγωγούς αν και η εισαγωγή εναέριων καλωδίων γίνεται με ταχείς ρυθμούς (κυρίως στη Χ.Τ.). Συνεπώς στη παρούσα εργασία θα ασχοληθούμε αποκλειστικά με γυμνούς αγωγούς όσον αφορά το εναέριο κομμάτι του Δικτύου Διανομής. Οι υποσταθμοί Μ.Τ./Χ.Τ. των εναέριων δικτύων μέχρι 400ΚVA κατασκευάζονται συνήθως εναέριοι, επάνω σε ένα ή δυο στύλους. Μεγαλύτεροι υποσταθμοί κατασκευάζονται επίγειοι λόγω του όγκου και του βάρους τους. Η κατασκευή εναέριων δικτύων προσφέρεται ιδιαίτερα στις εκτεταμένες αγροτικές και ημιορεινές περιοχές της χώρας μας. Οι περιοχές αυτές θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν περιοχές με μικρή πυκνότητα φορτίου ενώ η οπτική ρύπανση θέμα δευτερεύουσας σημασίας. Στις περιοχές αυτές χρησιμοποιείται κατά κόρον εναέρια δικτύωση για τον λόγο ακόμα ότι η δυνατότητα για την τήρηση των «ελαχίστων αποστάσεων» εγκαταστάσεως των αγωγών είναι δεδομένη. Τα δίκτυα Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 20

31 αυτά χαρακτηρίζονται από τη Δ.Ε.Η. ως αγροτικά και εξυπηρετούν μικρούς δήμους και χωριά, αρδευτικές ανάγκες (ιδιαίτερα κατά τους θερινούς μήνες), αγροτικές, βιοτεχνικές, κτηνοτροφικές μονάδες ή και βιομηχανικές, όταν είναι εγκατεστημένες σε επαρχιακές αγροτικές περιοχές (π.χ. ΒΙ.ΠΕ. Ξανθής, Κομοτηνής) [28]. Υ/Σ Υ.Τ. / Μ.Τ. 150kV/20kV. Eναέρια γραμμή ΜΤ Υπόγεια γραμμή ΜΤ Εικόνα 2.2 Εναέρια Υπόγεια Δίκτυα Μέσης Τάσης Υπόγεια Δίκτυα Υπόγεια κατασκευάζονται τα δίκτυα μέσης και χαμηλής τάσης στις πόλεις και ειδικά στις πυκνοκατοικημένες περιοχές των μεγάλων αστικών κέντρων. Προτιμώνται έναντι των εναέριων κυρίως για λόγους αισθητικής, αλλά και λόγω εγγενής δυσκολίας διαθέσεως του αναγκαίου χώρου. Επί πλέον στις περιοχές αυτές η πυκνότητα του φορτίου είναι συνήθως μεγάλη επομένως απαιτούνται ισχυροί Μ/Σ οι οποίοι έχουν μεγάλο όγκο και βάρος συνεπώς είναι πρακτικά επιβεβλημένη η κατασκευή υποσταθμών Μ.Τ./Χ.Τ., οι οποίοι είναι εγκαταστημένοι κάτω από το έδαφος (π.χ. στα υπόγεια των πολυκατοικιών) ή στην επιφάνεια του εδάφους, σε κατάλληλα διαμορφωμένους χώρους. Στις μικρές πόλεις ή και τα προάστια των μεγάλων τα δίκτυα κατασκευάζονται συχνά μερικώς υπόγεια και μερικώς εναέρια (π.χ. υπόγειο το δίκτυο Μ.Τ. και εναέριο το δίκτυο Χ.Τ. ή τμήματα του ενός ή και του άλλου εναέρια και υπόγεια). Η Ελλάδα βρίσκεται αρκετά πίσω από τις υπόλοιπες χώρες της Ευρώπης σε ποσοστό υπογείων δικτύων Διανομής, Έτσι, μόνο το 9% του δικτύου Διανομής είναι υπόγειο [21]. Το εκτεταμένο εναέριο δίκτυο δημιουργεί προβλήματα αποδοχής του Δικτύου από την κοινωνία, λόγω αισθητικής και οπτικής ρύπανσης αλλά και κυρίως Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 21

32 λογω της παγιωμένης άποψης της κοινωνίας για την επικινδυνότητα των προκαλούμενων μαγνητικών πεδίων. Οι αυξημένες πιθανότητες ατυχημάτων λογω των εναέριων δικτύων περιστατικά ουκ ολίγα- διογκώνουν περισσότερο την δυσαρέσκεια για τα εκτεταμένα εναέρια δίκτυα. Είναι γεγονός ότι υπάρχουν πολλά αιτήματα και πιέσεις για απομάκρυνση των στύλων και των αγωγών ακόμη και από δημοτικές αρχές και τοπικούς φορείς [21]. Ταυτόχρονα, το Δίκτυό Διανομής είναι περισσότερο ευάλωτο στα διάφορα καιρικά φαινόμενα (κεραυνοί, καθαλατώσεις, ακραίες καιρικές συνθήκες κ.λπ.) ακόμη και σε πιθανές πράξεις καταστροφών η βανδαλισμών. Η όσο το δυνατόν μεγαλύτερη υπογείωση του δικτύου είναι προφανώς δεδηλωμένος στόχος της Δημόσιας Επιχείρησης Ηλεκτρισμού όμως είναι μια διαδικασία μακροχρόνια που απαιτεί σημαντικά οικονομικά κεφάλαια, καθώς το κόστος του υπογείου δικτύου είναι πολλαπλάσιο του εναερίου [21]. Επίσης υπάρχουν και καθαρά τεχνικοί λόγοι (όπως η μη ύπαρξη σαφούς πολεοδομικού σχεδιασμού, δυσκολία κατασκευής υπογείου δικτύου λόγω του ανάγλυφου του εδάφους, κ.λπ.) που δεν επιτρέπουν την πλήρη αντικατάσταση του εναερίου δικτύου από υπόγειο. Παρατίθεται πίνακας ο οποίος παρουσιάζει την εμφανή υστέρηση της χώρας μας στην υπογειωση του δικτύου διανομής. Πίνακας 2.1 : Ποσοστό Υπογείωσης Διανομής Χωρών Ε.Ε. [21] Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 22

33 Οπωσδήποτε το θέμα της επιλογής του κατάλληλου δικτύου για μια δεδομένη περιοχή, αποτελεί ένα σύνθετο τεχνοοικονομικό πρόβλημα, δεδομένου ότι κατά την αρχική σχεδίαση αυτού πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψη και η μελλοντική του εξέλιξη και διάφοροι άλλοι αστάθμητοι παράγοντες όπως τοπικές αντιδράσεις, αλλαγή των περιβαλλοντολογικών συνθηκών κτλ.[21]. Το σύστημα διανομής διαθέτει χλμ γραμμών διανομής. Από αυτές χλμ είναι εναέριες, χλμ υπόγειες και 1,058 χλμ υποβρύχιες [21]. Για την περίοδο έχουν υπολογιστεί επενδύσεις 600 εκατ. ευρώ για την ενίσχυση των υποσταθμών ΥΤ/ΜΤ και νέων καλωδιακών γραμμών ΥΤ και ΜΤ στην Αθήνα και τη Θεσσαλονίκη και χλμ. ετησίως νέων γραμμών και υποσταθμών σε όλη την επικράτεια [21]. Τύποι Μέση τάση Χαμηλή τάση Σύνολο Εναέριες Υπόγειες Υποβρύχιες Σύνολο Πίνακας 2.2: Μήκος γραμμών διανομής σε χλμ. [31] Αποτελέσματα μετρήσεων μαγνητικού πεδίου στη Διανομή. Με την έκδοση του κανονισμού CENELEC στις αρχές του 1995, διενεργήθηκαν από τη Διεύθυνση Μελετών Κατασκευών Λειτουργίας Εγκαταστάσεων Διανομής της ΔΕΗ πολλές σειρές μετρήσεων μαγνητικού πεδίου σε διαφορετικές θέσεις και τύπους εγκαταστάσεων για τις οποίες έχει αρμοδιότητα, στην ευρύτερη περιοχή της Αθήνας [24]. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων που έγιναν και αφορούν γραμμές μέσης τάσης, υπόγειες και εναέριες συνοψίζονται στον πίνακα που ακολουθεί : Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 23

34 A/A ΤΥΠΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ (μτ) 1. Εναέριες γραμμές ΜΤ (κάτω από τις γραμμές) 0,20-1,10 2. Εναέριες γραμμές ΜΤ (στα 3m από τον άξονα των γραμμών) 0,10-0, Υπόγειες γραμμές ΜΤ & ΧΤ (στο 1 m από την επιφάνεια του εδάφους) Εναέριοι υποσταθμοί ΜΤ/ΧΤ (κάτω από τον υποσταθμό, σε απόσταση 1 m) Υποσταθμοί εσωτερικού χώρου (γενική στάθμη εντός του χώρου του υποσταθμού) Υποσταθμοί εσωτερικού χώρου (σε απόσταση 1 m γύρω από τον υποσταθμό) Στην πόρτα περιμετρικής περίφραξης Κέντρου Διανομής με Υποσταθμό 150/20 kv (Μετασχηματιστής εντός οικίσκου) 0,15-1,70 0,30-2,00 2,00-5,00 0,50-2,00 0,21 Πίνακας 2.3 : Αποτελέσματα μετρήσεων μαγνητικού πεδίου στη Διανομή[24]. Ακολουθει τεχνική περιγραφή των δυο τύπων - εναέριου και υπόγειου - του Δικτύου Διανομής Μέσης Τάσης. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 24

35 2.3 Εναέρια δίκτυα μέσης τάσης Οι εναέριες γραμμές διανομής αποτελούνται από ένα τριφασικό κύκλωμα, στύλους η πυλώνες πάνω στους οποίους αναρτώνται η στηρίζονται οι αγωγοί μέσω μονωτήρων, μονωτήρες ανάρτησης και στήριξης, καθώς και άλλα στοιχειά σταθεροποίησης, στοιχεία απόσβεσης μηχανικών ταλαντώσεων, στοιχεία προστασίας μονωτήρων και στοιχεία μείωσης της ηλεκτρικής πεδιακης έντασης. Το μεγαλύτερο μέρος των στύλων που χρησιμοποιούνται είναι συνήθως ξύλινοι. Υπάρχουν επίσης τσιμεντένιοι στύλοι και, σπανιότερα χρησιμοποιούνται και μεταλλικοί. Η διάταξη των αγωγών είναι συνήθως σταθερή και θα παρουσιαστεί σχηματικά στη συνέχεια, μπορεί όμως να επαναπροσδιοριστεί και από την απαίτηση για μειωμένη μαγνητική πεδιακή ένταση στον γύρω από τη γραμμή χώρο. Εικόνα 2.3 Χαρακτηριστικη δομή του εναέριου δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας Στη συνήθη τάση των 20 kv συναντώνται διατάξεις ενός αγωγού ανά φάση. Συνηθίζεται για τους αγωγούς των φάσεων εναερίων γραμμών διανομής να χρησιμοποιούνται πολύκλωνα συρματόσχοινα, αποτελούμενα από σύνθετους αγωγούς αλουμινίου χάλυβα, Al/St, που ονομάζονται αγωγοί ACSR (Aluminum Coated Steel Reinforced Conductors). Σπανιότερα χρησιμοποιούνται αγωγοί από άλλα υλικά και κράματα (π.χ. από γαλβανισμένο χάλυβα, φωσφορούχο ορείχαλκο κλπ.). Στα εναέρια δίκτυα και κυρίως στη Μ.Τ. δεν χρησιμοποιούνται μονόκλωνοι αγωγοί, γιατί έχουν πολύ μικρότερη μηχανική αντοχή από τους πολύκλωνους. Επίσης Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 25

36 οι μονόκλωνοι είναι δύσκαμπτοι και η διατομή τους είναι μέχρι 16 mm 2. Οι αγωγοί ACSR έχουν χαλύβδινο πυρήνα, ο οποίος προσδίδει μηχανική αντοχή, και εξωτερικό αγωγό από αλουμίνιο, ο οποίος χρησιμοποιείται για τη μεγάλη του ηλεκτρική αγωγιμότητα, στον οποίο και οδεύει το μέγιστο ποσοστό ρεύματος. Κατά συνέπεια, η πυκνότητα του ρεύματος μέσα στο χαλύβδινο πυρήνα θεωρείται αμελητέα. Οι αγωγοί ACSR έχουν περίπου 50% μεγαλύτερη αντοχή από τους αγωγούς χαλκού και είναι 20% ελαφρύτεροι για ισοδύναμη διατομή με το χαλκό.. Επίσης είναι πιο φθηνοί και παρουσιάζουν μικρότερες απώλειες λόγω του φαινομένου Corona. Στις ευρωπαϊκές χώρες, γενικά, οι γραμμές των εναέριων δικτύων διανομής ΜΤ, περιλαμβάνουν μόνο τους τρεις αγωγούς φάσεων, δηλαδή δεν ακολουθεί ο ουδέτερος, ενώ στη Β. Αμερική περιλαμβάνεται και ο ουδέτερος ο οποίος γειώνεται κατά διαστήματα [29]. Για την επιλογή των διατομών των αγωγών μιας γραμμής λαμβάνονται υπόψη οι ακόλουθοι τεχνικοί περιορισμοί [29]: Μέγιστη επιτρεπτή ένταση (θερμικό όριο) που είναι αποδεκτή για κάθε είδος αγωγού και διατομής. Μέγιστη επιτρεπτή πτώση τάσης στη γραμμή. Μηχανική αντοχή της γραμμής. Στο Ελληνικό Δίκτυο Διανομής στο εναέριο μέρος του χρησιμοποιούνται οι παρακάτω διατομές αγωγών ACSR: 16mm 2, 35mm 2, 50mm 2, 95mm 2. Τα πιο συχνά εναέρια δίκτυα ΜΤ λειτουργούν ακτινικά, δηλαδή όλες οι γραμμές από τις οποίες αποτελείται το δίκτυο τροφοδοτούνται από το ένα μόνο άκρο τους. Η τροφοδότηση του κορμού της γραμμής στο ένα άκρο της γίνεται από τους ζυγούς ΜΤ του Υ/Σ ΥΤ/ΜΤ μέσω ενός Διακόπτη Ισχύος. ενώ στο άλλο άκρο ο κορμός μπορεί να διασυνδέεται, μετά από χειρισμό, με άλλη γραμμή του ίδιου ή και άλλου Υ/Σ ΥΤ/ΜΤ. Κατά μήκος του κορμού μπορεί να εγκαθίστανται Αποζεύκτες, Διακόπτες Φορτίου ή και Διακόπτες Ισχύος. Οι δύο πρώτοι χρησιμεύουν στο να μπορεί ο κορμός να απομονώνεται κατά τμήματα, όταν είναι αναγκαίο, είτε για εκτέλεση εργασιών συντήρησης είτε για την αποκατάσταση μιας βλάβης, ενώ τα υπόλοιπα τμήματα μπορούν να ανατροφοδοτηθούν [30, 28]. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 26

37 Εικόνα 2.4: Διάταξη μέσης τάσης επί ξύλινου στύλου. Ο χαρακτηρισμός των ACSR αγωγών ως προς την αναλογία των διατομών των δυο υλικών που τους αποτελούν δίνεται κατά DIN ως εξής : Al/St = διατομή Al (mm 2 )/ διατομή St (mm 2 ) [32]. Οι πολύκλωνοι ACSR αγωγοί αποτελούνται από 1 μέχρι 3 στρώματα χαλύβδινων συρμάτων και από 1 μέχρι 3 στρώματα συρμάτων αλουμινίου. Τα σύρματα αυτά είναι συνεστραμμένα με αντίθετη διεύθυνση συστροφής σε δυο γειτονικά στρώματα, πρακτική που εξασφαλίζει την καλή συνοχή του συρματόσκοινου [32]. Εικόνα 2.5 : Μορφή αγωγών Αλουμινίου-Χάλυβα (ACSR) Ακολουθουν πίνακες με τεχνικά/ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των αγωγών ACSR που χρησιμοποιούνται στο Δίκτυο Διανομής [8,10]. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 27

38 Είδος αγωγού Πραγματική Διατομή Αγωγών (mm 2 ) R (Ω/km) X (Ω/km) ,268 0, ,576 0,397 3 x ,215 0,334 Πίνακας 2.4: Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά αγωγών ACSR Είδος αγωγού Μέγιστη επιτρεπόμενη φόρτιση MVA στα 20 kv MVA στα 15kV 3x16 4,71 3,53 3x35 7,76 5,82 3x95 15,52 11,64 Πίνακας 2.5: Μέγιστη επιτρεπόμενη φόρτιση αγωγών ACSR για μέγιστη θερμοκρασία 80 ο C Iσοδύναμη Διατομή Χαλκού (mm 2 ) Πραγματική Διατομή Αl/St (mm 2 ) Μέγιστη Επιτρεπόμενη Φόρτιση (Α) (25/4) (56/9) (95/15) (150/25) 440 Πίνακας 2.6 : Τεχνικά Στοιχεία Αγωγών ACSR. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 28

39 2.4 Υπόγεια δίκτυα μέσης τάσης Η εγκατάσταση των υπόγειων γραμμών γίνεται κατά κανόνα κάτω από τα πεζοδρόμια, μέσα σε κατάλληλα διαμορφωμένα χαντάκια η σε υπάρχοντες σωλήνες, σήραγγες νερού η ακόμα και τάφρους, ώστε να προστατεύονται από μηχανικές καταπονήσεις και από την ανεξέλεγκτη πρόσβαση. Η εγκατάσταση μπορεί να γίνει ακόμη και κάτω από οδόστρωμα. Στα υπόγεια δίκτυα του Ελληνικού Δικτύου Διανομής χρησιμοποιούνται αποκλειστικά κατάλληλου τύπου καλώδια. Τα υπόγεια καλώδια αυτά ευρισκόμενα σε βάθος εντος του εδάφους υπόκεινται σε θερμοκρασίες με μεγάλες διακυμάνσεις από -30 ο C έως +70 ο C, και ακόμη απαιτούν προστασία από κάμψεις, συγκρούσεις, και συνθλίψεις [27]. Επίσης είναι εκτεθειμένα σε πλήθους κίνδυνων, όπως επιθέσεις τρωκτικών, τερμιτών, υγρασία, ανεξέλεγκτες διαρροές νερού κ.α. συνεπώς απαιτούνται ειδικά μέτρα προστασίας όπως θωράκιση με ατσαλοβεργες, εγκατάσταση σε σωλήνες, τοποθέτηση πετρελαιοειδών τζελ, λιπαντικών και γενικά μείγματα που διογκώνονται και απορροφούν την υγρασία, έκχυση ειδικού τύπου χώματος κτλ. [27]. Σημαντικό χαρακτηριστικό των υπόγειων δικτύων είναι ότι από τις υπόγειες γραμμές δημιουργούνται στον περιβάλλοντα χώρο μόνο μαγνητικά πεδία [15]. Tα δυο βασικά σχήματα υπόγειων δικτύων ΜΤ είναι τα εξής [29] : Βροχοειδές δίκτυο Ατρακτοειδές δίκτυο Στο βροχοειδές δίκτυο οι γραμμές αποτελούν τμήματα βρόχου, που αρχίζουν και τελειώνουν στον ίδιο υποσταθμό ΥΤ/ΜΤ όπως φαίνεται και στο σχήμα [29]: Σχήμα 2.1: Βροχοειδές δίκτυο [29]. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 29

40 Στο ατρακτοειδές δίκτυο οι γραμμές αρχίζουν από ένα υποσταθμό ΥΤ/ΜΤ και καταλήγουν σε ένα άλλο. όπως φαίνεται στο σχήμα: Σχήμα 2.2: Ατρακτοειδές δίκτυο [29]. Στην πράξη η σταδιακή - τμηματική ανάπτυξη των δικτύων και η επιδίωξη των οικονομικότερων δυνατών λύσεων κάθε φορά, σε συνδυασμό με άλλους παράγοντες οδηγεί συχνά στην διαμόρφωσή τους με τρόπους διαφορετικούς από τα βασικά σχήματα [30]. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 30

41 Εικόνα 2.6 : Υπόγεια Δίκτυα ΜΤ κατά τη φάση κατασκευής Τα τυποποιημένα είδη υπόγειων καλωδίων που χρησιμοποιούνται σήμερα στις γραμμές Μ.Τ. είναι [8,10]: NEKEBA/NAEKEBA Ένα τριπολικό καλώδιο με αγωγούς αλουμινίου, μόνωση από εμπλουτισμένο χαρτί, τριών ανεξάρτητων μολύβδινων μανδυών με κοινό χαλύβδινο οπλισμό (τύπος ΝΑΕΚΒΑ), διατομής 3 Χ 240 mm 2. Τα NEKEBA είναι από χαλκό και τα NAEKEBA από αλουμίνιο. Τα όρια φόρτισης είναι διαφορετικά και για τους δυο τύπους, ενώ όλα τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά τους είναι όμοια. Είναι διαθέσιμα για δυο διαφορετικά επίπεδα τάσης, 12/20 kv, και 18/30 kv. Επίσης από την ονομασία τους μπορεί κάποιος να διαπιστώσει τη δομή των καλωδίων αυτών : N: Καλώδιο σύμφωνα με τους κανονισμούς VDE (Γερμανικοί Κανονισμοί). Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 31

42 Α : Αλουμίνιο σαν αγωγός Ε : Καλώδιο τριφασικό με 3 μανδύες Κ : Μανδύας από μόλυβδο (Pb) που παρουσιάζει ευκαμψία και χημική αντοχή Β : Ενίσχυση με χαλύβδινες ταινίες Α : Αντιδιαβρωτικό στρώμα γιουτας και πίσσας Εικόνα 2.7: Τριπολικά καλώδια NEKEBA/ NAEKEBA N2XS2Y/NA2XS2Y Τρία μονοπολικά καλώδια με αγωγούς αλουμινίου, μόνωσης XLPE, με θωράκιση Al και εξωτερικό προστατευτικό μανδύα PVC, διατομής 240 mm 2, συνεστραμμένα γύρω από αγωγό γης από Al, διατομής 25 mm 2 που περιβάλλεται από μολύβδινο μανδύα. Για λόγους απλούστευσης περιγράφονται συνοπτικά ως 3 Χ 240 mm 2 Al + 25 mm 2 Al. Στα δίκτυα Μ.Τ. η χρήση καλωδίων μόνωσης XLPE ξεκίνησε πρόσφατα και πρόκειται να υποκαταστήσει πλήρως τη χρήση των καλωδίων ΝΕ- ΚΕΒΑ. Τα καλώδια αυτά είναι μονοπολικά και διαφοροποιούνται μεταξύ τους ως προς το υλικό του αγωγού. Στην περίπτωση του Ν2ΧS2Υ αυτό είναι χαλκός ενώ τα ΝΑ2ΧS2Y είναι από αλουμίνιο. Συνεπώς τα όρια φόρτισης είναι διαφορετικά για τους δυο τύπους, ενώ όλα τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά τους είναι όμοια. Και οι δυο τύποι είναι διαθέσιμοι για 3 διαφορετικά επίπεδα τάσης 6/10 kv, 10/20 kv, και 18/30 kv. Το επίπεδο τάσης καθορίζει το πάχος της μόνωσης και την επιτρε- Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 32

43 πόμενη φόρτιση του καλωδίου. Επίσης από την ονομασία τους μπορεί κάποιος να διαπιστώσει τη δομή των καλωδίων αυτών : Ν : Καλώδιο σύμφωνα με τους κανονισμούς VDE (Γερμανικοί Κανονισμοί) Α : Αλουμίνιο σαν αγωγός 2Χ : Μόνωση δικτυωμένου πολυαιθυλενίου (XLPE) S: Πλέγμα εξωτερικό Υ : Αντιδιαβρωτικός Μανδύας από PVC Εικόνα 2.8 : Μονοπολικά καλώδια NA2XS2Y και N2XS2Y Ακολουθουν πίνακες με τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των αγωγών Μ.Τ. [8,10,30]. : Είδος καλωδίου R (Ω/km) X (Ω/km) C (nf/km) 3x240 Al + 25 Al XLPE 0,162 0, x240 Al NAEKEBA 0,150 0, Πίνακας 2.7: Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά καλωδίων Μ.Τ. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 33

44 Είδος καλωδίου Μέγιστη επιτρεπόμενη φόρτιση MVA στα 20 kv MVA στα 15kV 3x240 Al N(A)2XSY 14,20 10,65 3x240 Al NAEKEBA 10,74 8,05 Πίνακας 2.8: Μέγιστη επιτρεπόμενη φόρτιση καλωδίων Μ.Τ. Τύπος Καλωδίου 3 Χ 240 mm 2 Al N(A)2XSY 3 Χ 240 mm 2 Al ΝAΕΚΕΒΑ Μέγιστη Επιτρεπόμενη Φόρτιση (Α) Πίνακας 2.9 Τεχνικά Στοιχεία Καλωδίων. 2.5 Χωροταξική διαμόρφωση εναέριων και υπόγειων γραμμών Η διάταξη των αγωγών των φάσεων στο χώρο γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τα εξής, ώστε να αποφευχθεί μεταξυ αλλων η πιθανότητα εκκένωσης από αγωγό προς αγωγό, η και ακομη αγωγου προς εξωτερικο αντικειμενο [32]: Την ονομαστική τάση (τάση λειτουργίας) της γραμμής Το μέγιστο βύθισμα η βέλους (sag) της αλυσοειδούς καμπύλης, που προκύπτει από την ανάρτηση του αγωγού στη θερμοκρασία των 60 ο C Το μήκος των μονωτήρων ανάρτησης Την πίεση του αέρα, η οποία εξαρτάται από τις τοπικές συνθήκες Κατά τη διάταξη των αγωγών υπάρχει πάντοτε μια ασυμμετρία, συγκεκριμένα ο ένας εξωτερικός αγωγός απέχει διαφορετική απόσταση από τον μεσαίο, από ότι ο άλλος εξωτερικός αγωγός. Οι αγωγοί των φάσεων, δεν έχουν τα ίδια ηλεκτρικά Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 34

45 χαρακτηριστικά, αλλά το φαινόμενο αυτό συνηθως απαλείφεται πρακτικά με τη συχνή αντιμετάθεση των αγωγών σε ορισμένη απόσταση, π.χ. κάθε χλμ. [32]. Οι στύλοι η οι πυλώνες πρέπει να εξασφαλίζουν ορισμένες αποστάσεις των αγωγών από τη γη και από κτίσματα και άλλες εγκαταστάσεις. Οι ελάχιστες κάθετες αποστάσεις αυτές μπορούν να ανέλθουν σε 4.5 μέτρα [35]. Με τις πιο συνήθεις να κυμαίνονται μεταξύ 6-8m. Στο Ελληνικό Δίκτυο Διανομής οι τυποποιημένες διατάξεις μέσης τάσης είναι κυριώς τρεις, μια εναέρια γραμμή και δυο υπόγειες. Στις εναέριες γραμμές χρησιμοποιείται κυρίως η διάταξη ευθείας γραμμής των αγωγών με 4 διαφορετικές διατομές αγωγών και συγκεκριμένες και σταθερές αποστάσεις μεταξύ των αγωγών, οι οποίες δεν είναι συμμετρικές όπως ειπωθηκε, αλλά αντίθετα ο ένας εξωτερικός αγωγός απέχει του μεσαίου 1.3m και ο έτερος 0.9m. Οι αποστάσεις παρουσιάζονται και οπτικά στο σχήμα που ακολουθει. Στις υπόγειες γραμμές η πρώτη από αυτές αποτελείται από ένα τριπολικό καλώδιο και η δεύτερη από τρία μονοπολικά καλώδια, σε επίπεδη διάταξη. Το βάθος που είναι θαμμένα τα καλώδια καθώς και οι μεταξύ τους αποστάσεις είναι συγκεκριμένες και είναι οι εξής : και τα μονοπολικά και τα τριποδικά καλώδια ποτίζονται σε βάθος 0.9m εντος του εδάφους. Οι αποστάσεις των μονοπολικών καλωδίων είναι 0.07m. Οι αποστάσεις παρουσιάζονται και οπτικά στο σχήμα που ακολουθει.. Σχηματικά συγκεντρωμένες οι Διατάξεις Μέσης Τάσης (υπόγειες και εναέριες) : Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 35

46 Εναέρια Γραμμή Μέσης Τάσης 20kV 1.3m 0.9m Τύπος Αγωγού /Διατομές Αγωγών: ACSR / 16 mm 2 ACSR / 35 mm 2 ACSR / 50 mm 2 ACSR / 95 mm 2 Αγωγοί διάταξης Σύνηθες ύψος 6-8m Ελάχιστο Ύψος 4.5m ΓΗ Υπόγεια Γραμμή Μέσης Τάσης 20kV Τύπος Καλωδίου 3 μονοπολικα Ν(Α)2ΧS2Y Διατομές Καλωδίων 3 Χ 240 mm 2 Υπόγεια Γραμμή Μέσης Τάσης 20kV Τύπος Καλωδίου Τριπολικο NΑEKEBA Διατομές Καλωδίου 3 Χ 240 mm 2 ΓΗ 0.9m ΓΗ 0.9m 0.07m Σχήμα 2. 3 : Γεωμετρία Εναερίων και Υπόγειων διατάξεων Μέσης Τάσης Δικτύου Διανομής Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 36

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Υπολογισμός του Μαγνητικού Πεδίου της Γραμμής με χρήση της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων 3.1 Παρουσίαση της μεθόδου Οι κατηγορίες προβλημάτων του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που μπορούν να επιλυθούν με χρήση αναλυτικών μεθόδων είναι περιορισμένες και συνήθως σχετίζονται με γραμμικά προβλήματα τα οποία αναφέρονται σε σχετικά απλές γεωμετρίες δύο διαστάσεων. Η επίλυση πραγματικών προβλημάτων, τα οποία αναφέρονται σε πολύπλοκες γεωμετρίες, σε τρεις διαστάσεις και σε φυσικά μέσα με ανομοιογένειες, ανισορροπίες, ασταθμητους παραγοντες και μη γραμμικά χαρακτηριστικά, γίνεται στην πλειονότητά τους με πολύπλοκες αριθμητικές μεθόδους [32]. Στα περισσότερα προβλήματα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου είναι δυνατό να γραφούν οι διαφορικές εξισώσεις, ξεκινώντας από τις εξισώσεις του Maxwell, καθώς και οι αρχικές και οριακές συνθήκες που τα περιγράφουν. Η εύρεση όμως ακριβών ή προσεγγιστικών λύσεων που αναφέρονται κατευθείαν σε ολόκληρη την περιοχή του πεδίου, για τα μεγέθη που ενδιαφέρουν, δεν είναι πρακτικά εφικτή στα πραγματικά προβλήματα. Συνήθως, η επίλυση με αναλυτικές μεθόδους είναι δυνατή μόνο όταν πρόκειται για πολύ απλές γεωμετρίες. Σε σύνθετα προβλήματα, είναι αναγκασμένος κανείς είτε να καταφύγει σε παραδοχές με σκοπό την απλοποίηση του προβλήματος είτε να ανατρέξει σε αριθμητικές μεθόδους [32]. Μια ιδιαίτερα αποτελεσματική μέθοδος της αριθμητικής ανάλυσης, που Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 37

48 προσφέρεται για την επίλυση πολύπλοκων πεδιακών προβλημάτων, είναι η Μέθοδος των Πεπερασμένων Στοιχείων (Finite Element Method FEM), η οποία βασίζεται στο λογισμό των μεταβολών και μπορεί να εφαρμοστεί σε πεδιακά προβλήματα των οποίων η μαθηματική επεξεργασία αφορά την επίλυση διαφορικών εξισώσεων. Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, η περιοχή μέσα στην οποία αναζητείται λύση για το πεδιακό πρόβλημα (περιοχή λύσης) προσεγγίζεται από μια συνάθροιση στοιχείων. Κατασκευάζεται δηλαδή μια διαμέριση της περιοχής λύσης, η οποία αποτελείται από διακριτά και πεπερασμένα στοιχεία διαφόρων σχημάτων. Έτσι, σε δισδιάστατα προβλήματα συνήθως ως στοιχεία χρησιμοποιούνται τρίγωνα ή τετράπλευρα, ενώ σε τρισδιάστατα προβλήματα τετράεδρα ή παραλληλεπίπεδα. Στη συνέχεια, υπολογίζεται η τιμή της άγνωστης μεταβλητής του προβλήματος σε όλους τους κόμβους των στοιχείων και χρησιμοποιούνται κατάλληλες συναρτήσεις, που ονομάζονται συναρτήσεις μορφής ή παρεμβολής, προκειμένου να προσεγγιστεί η τιμή της μεταβλητής στο εσωτερικό κάθε στοιχείου. Οι συναρτήσεις αυτές ορίζονται συναρτήσει των τιμών της μεταβλητής στους κόμβους του κάθε στοιχείου. Συνοπτικά, τα βασικά βήματα που ακολουθούνται κατά την επίλυση ενός πεδιακού προβλήματος με τη Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων είναι τα ακόλουθα [32] : Διαίρεση της περιοχής του προβλήματος σε έναν αριθμό πεπερασμένων στοιχείων (διακριτοποίηση της περιοχής λύσης): η διακριτοποίηση διαμέριση της περιοχής λύσης με κατάλληλα επιλεγμένα πεπερασμένα στοιχεία είναι το πρώτο βήμα που θα πρέπει να γίνει για την επίλυση του προβλήματος, οπότε και προκύπτει το διακριτοποιημένο μοντέλο του. Κατά τη διακριτοποίηση, η περιοχή λύσης υποδιαιρείται σε υποπεριοχές πεπερασμένων διαστάσεων με τη βοήθεια διαχωριστικών επιφανειών. Οι υποπεριοχές αυτές ονομάζονται πεπερασμένα στοιχεία. Κατασκευάζεται, έτσι, ένα πλέγμα το οποίο περιγράφει τη γεωμετρία του προβλήματος με τη χρήση πεπερασμένου αριθμού στοιχείων. Αν θεωρηθεί ότι το εξεταζόμενο πρόβλημα είναι δισδιάστατο, όπως στην υπό εξέταση περίπτωση, τότε τα απλούστερα πεπερασμένα στοιχεία στα οποία μπορεί να διαιρεθεί η περιοχή του προβλήματος είναι τα τριγωνικά στοιχεία. Στο Σχήμα 3-1 φαίνεται ένα τμήμα της θεωρούμενης περιοχής χωρισμένο σε έναν αριθμό τριγωνικών στοιχείων. Η διαίρεση σε γεωμετρικά στοιχεία άλλου σχήματος, π.χ. πολύγωνα, καμπυλόγραμμα κ.λπ., είναι μεν Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 38

49 δυνατή αλλά δεν συνηθίζεται. Κάθε στοιχείο καθώς και οι κόμβοι του αριθμούνται με μοναδικό τρόπο (a, b, c στο Σχήμα 3-1). Σε κάθε στοιχείο αντιστοιχίζεται επίσης ένας αριθμός περιοχής, βάσει του οποίου αποδίδονται στη συνέχεια στο στοιχείο συγκεκριμένες ηλεκτρικές ιδιότητες, όπως σχετική μαγνητική διαπερατότητα, ηλεκτρική αγωγιμότητα, πυκνότητα ρεύματος που διαρρέει τη διατομή του στοιχείου κ.λπ.. Περισσότερα του ενός στοιχεία μπορούν να έχουν τον ίδιο αριθμό περιοχής και συνεπώς να έχουν ίδιες ηλεκτρικές ιδιότητες. Η αρχική αρίθμηση καθώς και ο αρχικός αριθμός στοιχείων δεν παραμένει σταθερός κατά τη διάρκεια επίλυσης του προβλήματος, καθώς, προκειμένου να μειωθεί ο απαιτούμενος χώρος στη μνήμη του Η/Υ, γίνεται επαναρίθμηση και παράλληλα αυξάνεται ο αριθμός των στοιχείων (τριγώνων) με διαδοχικές επαναλήψεις με τη χρήση κριτηρίων σύγκλισης, ώστε να επιτευχθεί καλύτερη προσέγγιση και μεγαλύτερη ακρίβεια στον προσδιορισμό των τιμών της άγνωστης μεταβλητής [32]. Σχήμα 3-1 Σχηματική απεικόνιση της περιοχής του πεδίου, χωρισμένης σε πεπερασμένο αριθμό τριγωνικών στοιχείων Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 39

50 Επιλογή της συνάρτησης μορφής: επιλέγεται η συνάρτηση που θα προσεγγίζει τη μεταβολή της άγνωστης μεταβλητής μέσα σε κάθε στοιχείο. Επιλέγονται συνήθως πολυώνυμα πρώτου βαθμού (γραμμικές συναρτήσεις), των οποίων ο μαθηματικός χειρισμός είναι ευκολότερος. Είναι επίσης δυνατή η χρησιμοποίηση και πεπερασμένων στοιχείων ανώτερης τάξης. Ωστόσο, οι εναλλακτικές αυτές δυνατότητες δεν προτιμούνται συχνά, εξαιτίας κυρίως της σχετικής πολυπλοκότητας και του πρόσθετου υπολογιστικού όγκου που εισάγουν, παρά τα προφανή πλεονεκτήματα που εμφανίζουν, όπως η χρησιμοποίηση μικρότερου αριθμού στοιχείων, η μεγαλύτερη ακρίβεια κ.λπ. Ορισμός των στοιχειακών εξισώσεων: γράφονται οι εξισώσεις, οι οποίες με τη βοήθεια των συναρτήσεων μορφής εκφράζουν τις ιδιότητες του κάθε στοιχείου Επεξεργασία των στοιχειακών εξισώσεων: συναθροίζονται κατάλληλα οι στοιχειακές εξισώσεις προκειμένου να σχηματιστεί ένα σύστημα εξισώσεων το οποίο θα περιγράφει το πρόβλημα συνολικά και εισάγονται οι οριακές συνθήκες του προβλήματος Επίλυση του τελικού συστήματος εξισώσεων: επιλύεται το σύστημα που προέκυψε από τη συνάθροιση των στοιχειακών εξισώσεων, προκειμένου να υπολογιστούν οι τιμές της άγνωστης μεταβλητής στους κόμβους των στοιχείων Πρόσθετοι υπολογισμοί: με υπολογισμένη πλέον, από το προηγούμενο βήμα, την τιμή της μεταβλητής του προβλήματος σε κάθε σημείο της περιοχής λύσης, υπολογίζονται στη συνέχεια οι τιμές και άλλων μεγεθών που ενδιαφέρουν. Έχοντας υπόψη τα παραπάνω, στις παραγράφους που ακολουθούν περιγράφεται η διαδικασία που ακολουθήθηκε στη συγκεκριμένη περίπτωση της υπό εξέταση γραμμής. Ως δεδομένα σταθερές του πεδιακού προβλήματος θεωρήθηκαν η Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 40

51 γεωμετρία των αγωγών της γραμμής (διατομές και θέσεις ανάρτησης των αγωγών) και η γεωμετρία του εδάφους, καθώς και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των διαφόρων περιοχών (ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα και σχετική μαγνητική διαπερατότητα αγωγών και αέρα, συχνότητα λειτουργίας, σταθερά θερμοκρασίας του υλικού και θερμοκρασία του υλικού). Ως μεταβλητές λήφθηκαν η τιμή της ειδικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας του εδάφους και η φόρτιση κάθε αγωγού. Η υπολογιζόμενη σε κάθε περίπτωση άγνωστη μεταβλητή ήταν η μέγιστη τιμή της μαγνητικής επαγωγής, Β max [32]. 3.2 Παρουσίαση της εφαρμογής Στην εργασία αυτή χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα που ανέπτυξε στο Εργαστήριο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας του τμήματος ο καθηγητής κ. Δ. Λαμπρίδης. Το πρόγραμμα έτρεξε σε λειτουργικό σύστημα Linux Kubuntu. Στη συνέχεια περιγράφεται με διαδοχικά βήματα η διαδικασία που ακολουθήθηκε [32]. Βήμα 1: Στο φάκελο mesh generation δημιουργείται ένα αρχείο κειμένου που περιγράφει τη γεωμετρία του προβλήματος, έστω με όνομα arxeio1. Η δημιουργία του αρχείου κειμένου γίνεται πληκτρολογώντας την εντολή nano arxeio1 οπότε και ανοίγει ένα νέο παράθυρο προκειμένου να εισάγουμε τη γεωμετρία του προβλήματος. Εκεί μπορούμε να γράψουμε τη γεωμετρία του προβλήματος με κωδικές λέξεις. Το αρχείο γεωμετρίας είναι ένα αρχείο κειμένου της μορφής: σχήμα-1 a 1 b 1 c 1 d 1 flags σχήμα-2 a 2 b 2 c 2 d 2 flags... Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 41

52 σχήμα-n a n b n c n d n flags όπου τα αντίστοιχα σχήματα μπορούν να είναι οι παρακάτω κωδικές λέξεις με τα αντίστοιχα ορίσματα: lines senil x a y a x b y b flag box x a y a flag square x a y a c d flag circle x a y a r n flag Η κωδική λέξη lines χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μιας γραμμής τα δύο άκρα της οποίας εισάγονται όπως φαίνεται παραπάνω, με συντεταγμένες (x a,y a ) και (x b,y b ) αντίστοιχα. Η δήλωση των γραμμών ξεκινά με τη λέξη lines και τερματίζει με τη λέξη senil. Η κωδική λέξη box χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός τετραγώνου. Δίνοντας ένα σημείο εκκίνησης (x a,y a ) (κάτω αριστερή γωνία του τετραγώνου) δημιουργείται ένα τετράγωνο του οποίου το σημείο τομής των διαγωνίων είναι η αρχή των αξόνων της γεωμετρίας. Η κωδική λέξη square χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός ορθογωνίου. Το σημείο εκκίνησης (x a,y a ) (κάτω αριστερή γωνία του τετραγώνου) καθώς και τα μήκη των δύο κάθετων πλευρών του c και d εισάγονται όπως φαίνεται παραπάνω. Η κωδική λέξη circle χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός κύκλου. Το κέντρο του, η ακτίνα του r, καθώς και ο αριθμός n των κορυφών του πολυγώνου με το οποίο θα προσομοιωθεί ο κύκλος εισάγονται με τον τρόπο που φαίνεται παραπάνω [32]. Μετά την περιγραφή της γεωμετρίας στο ίδιο αρχείο συμπληρώνεται ο ορισμός των περιοχών του προβλήματος με τον τρόπο που φαίνεται παρακάτω: Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 42

53 region n 1 x 1 y x 2 y n x n y n n όπου n ο αριθμός των περιοχών και (x a,y a ) οι συντεταγμένες ενός οποιουδήποτε σημείου που ανήκει στην αντίστοιχη περιοχή την οποία θέλουμε να προσδιορίσουμε. Οι περιοχές ορίζονται ως προς τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες, ενώ πρέπει να υπάρχει πλήρης αντιστοιχία στην αρίθμηση με αυτή των σχημάτων που ορίστηκαν πιο πάνω. Στην προκειμένη περίπτωση της υπό εξέταση γραμμής, κάθε αγωγός φάσης αποτελεί μία περιοχή, ενώ ξεχωριστές περιοχές αποτελούν η γη και ο περιβάλλων χώρος (αέρας) [32]. Βήμα 2: Αφού αποθηκευτεί το αρχείο γεωμετρίας που δημιουργήθηκε στο προηγούμενο βήμα, στο terminal, πληκτρολογείται η εντολή autogeo arxeio1 οπότε και το πρόγραμμα επεξεργάζεται τη γεωμετρία του χώρου και δημιουργεί το αρχείο arxeio1_geo Βήμα 3: Στη συνέχεια πρέπει να αντιγράψουμε το αρχείο arxeio1_geo, που δημιουργήθηκε στο προηγούμενο βήμα, στον φάκελο fem στον οποίο περιέχονται τα απαραίτητα αρχεία που χρειάζονται για την επεξεργασία της γεωμετρίας με τα πεπερασμένα στοιχεία και αφού αντιγραφεί το αρχείο arxeio1_geo στον φάκελο fem, πρέπει να μεταβούμε στον φάκελο αυτό για τη συνέχιση της διαδικασίας. Πληκτρολογούμε διαδοχικά τις εντολές Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 43

54 cp pedia_geo ~/fem cd ~/fem Βήμα 4: Βρισκόμενοι στον φάκελο fem, μπορούμε πλέον να προχωρήσουμε στον ορισμό των χαρακτηριστικών του προβλήματος. Αυτό γίνεται με την επεξεργασία δύο αρχείων, του pdcommon.for και του prop.dat, που περιγράφονται αμέσως πιο κάτω. Το αρχείο pdcommon.for έχει τη μορφή parameter (nco = a) parameter (nsh = b) parameter (nen = c) parameter (nup = d) parameter (nid = e) parameter (manl = f) parameter (headpar = g) όπου nco ο αριθμός των ρευματοφόρων περιοχών nsh ο αριθμός των μη ρευματοφόρων περιοχών, δηλαδή των περιοχών στις οποίες επάγονται μόνο δινορεύματα. Στην περίπτωση μη ύπαρξης τέτοιων περιοχών εισάγεται ο αριθμός 9999 nen ο αριθμός των πλευρών των πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιούνται για την αριθμητική επίλυση nup ο μέγιστος αριθμός κόμβων με τους οποίους μπορεί να συνδέεται κάθε κόμβος nid ο αριθμός των ιδιοτήτων που δηλώνονται στο αρχείο prop.dat (όπως εξηγείται παρακάτω) manl ο αριθμός των μη γραμμικών υλικών του προβλήματος headpar η τιμή αυτής της παραμέτρου δίνεται εξορισμού ως VOIDVOID και επιτρέπει στο πρόγραμμα να χρησιμοποιήσει μόνο τα αρχεία που δημιουργήθηκαν από την προηγούμενη διαδικασία Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 44

55 Το αρχείο prop.dat έχει τη μορφή PROP 1 a 1 b 1 c 1 d 1 e 1 f 1 g 1 h 1 i 1 2 a 2 b 2 c 2 d 2 e 2 f 2 g 2 h 2 i 2... n a n b n c n d n e n f n g n h n i n BANY ENDI όπου οι μεταβλητές σε κάθε σειρά είναι ως εξής 1, n η αρίθμηση της κάθε περιοχής του προβλήματος a η δήλωση της περιοχής ως ενεργός (τιμή 1) ή μη ενεργός (τιμή 0) b η μαγνητική διαπερατότητα του κενού σε H/m c η σχετική μαγνητική διαπερατότητα του υλικού της αντίστοιχης περιοχής d η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού σε S/m e η συχνότητα λειτουργίας του ρεύματος που διαρρέει την αντίστοιχη περιοχή σε Hz f το μέτρο του ρεύματος (rms τιμή) που διαρρέει την αντίστοιχη περιοχή σε Α g η γωνία του ρεύματος που διαρρέει την αντίστοιχη περιοχή σε μοίρες ( deg) h η σταθερά θερμοκρασίας του υλικού i η θερμοκρασία του υλικού σε C n ο αριθμός των περιοχών Η τελευταία γραμμή δήλωσης των περιοχών αποτελείται μόνο από μηδενικά και δηλώνει το τέλος των περιοχών του προβλήματος. Βήμα 5: Στη συνέχεια χρησιμοποιείται το πρόγραμμα iterup, το οποίο χρησιμοποιεί τα Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 45

56 αρχεία αυτά και βελτιώνει το αρχικό πλέγμα και κάνει τους απαραίτητους υπολογισμούς. Η εκτέλεση του προγράμματος iterup για το αντίστοιχο πρόβλημα γίνεται με την εντολή [32]. iterup arxeio1_geo x όπου x είναι ο αριθμός των επαναλήψεων. Μόλις ολοκληρωθεί η εκτέλεση των επαναλήψεων του προγράμματος iterup, πληκτρολογείται η εντολή rgtl Για την εμφάνιση τέλος της κάρτας αποτελεσμάτων πληκτρολογείται η εντολή dldt if αρχειο1_geo, όπου εμφανίζεται και η εικόνα με την τελική τριγωνοποίηση. Στην κάρτα αυτή, στο τμήμα Point info, εισάγονται οι συντεταγμένες (x,y) του σημείου στο οποίο αναζητείται η τιμή του πεδίου. Εκεί λαμβάνεται η ζητούμενη τιμή της μαγνητικής επαγωγής ως Βmax [32]. 3.3 Εφαρμογή της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων στη μοντελοποίηση της Εναέριας γραμμής Διανομής 20kV μονού κυκλώματος αγωγών ACSR 16 mm 2. Στόχος μας είναι η μοντελοποίηση και εν τέλει προσομοίωση της γραμμής υπό συνθήκες λειτουργιάς πλήρους φόρτισης μέσω της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων. Η γεωμετρία που εισάγεται είναι αυτή των 3 αγωγών φάσεων τοποθετημένων σε μια περιοχή του χώρου που περιβάλλει μόνο ο αέρας με τη γη σε αποσταση συγκεκριμενων μετρων. Με την διαδικασία προσομοιώνεται εναέρια γραμμή διανομής τύπου ACSR διατομής 16 mm 2 σε απλή ευθεία διάταξη αγωγών με τις συγκεκριμένες αποστάσεις αγωγών.(όπως αποτυπώθηκε σχηματικά στο σχήμα του προηγουμένου κεφαλαίου.). Επιλέγουμε να χρησιμοποιήσουμε 3 ύψη γραμμής από το έδαφος : το ελάχιστο 4.5m, και τα συνήθη 6m και 8m. Συνεπώς δημιουργούνται 3 διαφορετικά αρχεία γεωμετρίας για κάθε διάταξη με διαφορετικού τύπου αγωγούς. Για την προσομοίωση των υπολοίπων γραμμών διανομής οι οποίες χρησιμοποιούν αγωγούς διατομών 35mm 2, 50mm 2 και 95mm 2,και όμοιας χωροταξικής διάταξης. Ακολουθείται η ίδια διαδικασία με αλλαγή της διατομής των Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 46

57 αγωγών στο αρχικό αρχείο enaerio, και με αλλαγή της τιμής της φόρτισης της γραμμής. Επιλέγουμε να εισάγουμε την μεγίστη φόρτιση για όλες τις γραμμές θεωρώντας έτσι ότι καλύπτουμε την δυσμενέστερη, από άποψη μαγνητικού πεδίου, των περιπτώσεων κάθε φορά. Η διαδικασία είναι αυτή που ακολουθεί.: Στο αρχείο mesh generation, στο terminal, δημιουργείται ένα αρχείο κειμένου που περιγράφει τη γεωμετρία του προβλήματος, έστω με όνομα enaerio1, το οποίο έχει την παρακάτω μορφή : square circle circle αγωγοί circle αποστάσεις lines 1.3m, 0.9m Γραμμή εδάφους. Εισάγεται το senil ελάχιστο ύψος για το ελληνικό region δίκτυο διανομής 4.5m. και στη 5 συνέχεια τα συνήθη 6m, 8m οι περιοχές της γεωμετρίας αγωγοί, αέρας, έδαφος-γη #end 1 Αφού αποθηκευτεί το αρχείο γεωμετρίας που δημιουργήθηκε, πληκτρολογείται η εντολή autogeo enaerio1, οπότε και το πρόγραμμα επεξεργάζεται τη γεωμετρία του χώρου και δημιουργεί το αρχείο enaerio1_geo. Στη συνέχεια αντιγράφεται το αρχείο enaerio1_geo στον φάκελο fem με την εντολή cp enaerio1_geo ~/fem και γίνεται μετάβαση στον φάκελο αυτό με την εντολή cd ~/fem για τη συνέχιση της διαδικασίας. Ακολουθεί ο ορισμός των χαρακτηριστικών του προβλήματος και των ιδιοτήτων των περιοχών με την επεξεργασία των αρχείων pdcommon.for και prop.dat. Το αρχείο Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 47

58 pdcommon.for έχει τη μορφή parameter (nco = 3) parameter (nsh = 1) parameter (nen = 3) parameter (nup = 100) parameter (nid = 8) parameter (manl = 0) parameter (headpar = VOIDVOID ) με την επεξήγηση ότι οι ρευματοφόρες περιοχές είναι 3 (nco=3), περιοχές στις οποίες να επάγονται δινορεύματα η Γη (nsh=1), τα χρησιμοποιούμενα πεπερασμένα στοιχεία είναι τρίγωνα (nen=3), ο μέγιστος αριθμός κόμβων με τους οποίους μπορεί να συνδέεται κάθε κόμβος ορίζεται σε 100 (nup=100), ο αριθμός των ιδιοτήτων που δηλώνονται στο αρχείο prop.dat, όπως εξηγείται παρακάτω, είναι 8 (nid=8), δεν υπάρχουν μη γραμμικά υλικά στο μοντέλο (manl=0) και τέλος θα χρησιμοποιηθούν τα αρχεία που δημιουργήθηκαν κατά την προηγούμενη διαδικασία (headpar= VOIDVOID ). Το αρχείο prop.dat, για τη μέγιστη φόρτιση 136Α έχει τη μορφή : PRO P BAN Y ENDI Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 48

59 με την επεξήγηση ότι υπάρχουν 5 ενεργές περιοχές (οι 3 πρώτες αποτελούνται από τους αγωγούς και η τέταρτη από τον περιβάλλοντα αέρα και η πέμπτη από τη γη), η μαγνητική διαπερατότητα του κενού είναι ιση με , η σχετική μαγνητική διαπερατότητα των υλικών όλων των περιοχών είναι ίση με 1, η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα των αγωγών είναι S/m, ενώ η αντίστοιχη αγωγιμότητα του αέρα λαμβάνεται μηδενική, η συχνότητα λειτουργίας είναι τα 50Hz, τα ρεύματα και οι γωνίες των ρευμάτων των 3 αγωγών με τη σειρά που δίνονται αντιστοιχούν στη μέγιστη φόρτιση και στη συγκεκριμένη αρίθμηση των περιοχών που ορίστηκε στο τμήμα region του αρχείου γεωμετρίας enaerio1, ενώ τέλος η σταθερά θερμοκρασίας των υλικών σε όλες τις περιοχές λαμβάνεται ίση με και η θερμοκρασία αυτών ίση με 0 C. Η τελευταία γραμμή δήλωσης των περιοχών αποτελείται μόνο από μηδενικά και δηλώνει το τέλος των περιοχών του προβλήματος. Στη συνέχεια αποθηκεύονται οι αλλαγές και ακολούθως εκτελείται το πρόγραμμα iterup, με την εντολή iterup enaerio1_geo x όπου x είναι ο αριθμός των επαναλήψεων. Για τις απαιτήσεις του συγκεκριμένου προβλήματος και για την επίτευξη ικανοποιητικής ακρίβειας σύγκλισης λαμβάνονται 10 επαναλήψεις. Μόλις ολοκληρωθεί η εκτέλεση των επαναλήψεων του προγράμματος iterup, πληκτρολογείται η εντολή rgtl. Για την εμφάνιση τέλος της κάρτας αποτελεσμάτων πληκτρολογείται η εντολή dldt if enaerio1_geo, όπου εμφανίζεται και η εικόνα με την τελική τριγωνοποίηση. Στην κάρτα αυτή, στο τμήμα Point info, εισάγονται οι συντεταγμένες του σημείου (x,y) στο οποίο αναζητείται η τιμή του πεδίου. Εκεί λαμβάνεται η ζητούμενη τιμή της μαγνητικής επαγωγής ως Βmax (mt) και μετατρέπεται σε μτ. Επιλέξαμε να υπολογίσουμε τη μαγνητική επαγωγή σε 5+5 σημεία εκατέρωθεν του νοητού κατακόρυφου άξονα της διάταξης, με βήμα πλάτους ανά 3m και σε ύψος 0m, δηλαδή επί της επιφάνειας του εδάφους, και 1m πάνω από την επιφάνεια του εδάφους. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας που περιγράφηκε για το σύνολο των υπό εξέταση σημείων υπολογισμού λαμβάνονται οι ζητούμενες τιμές της μαγνητικής επαγωγής και στα σημεία. Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στο επόμενο κεφάλαιο. Στην προσομοίωση των υπολοίπων γραμμών διανομής που χρησιμοποιούν Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 49

60 αγωγούς διατομών 35mm 2, 50mm 2, 95mm 2 ακολουθειται η ίδια διαδικασία με τις εξής αλλαγές: Για αγωγού διατομής 35mm 2 εισάγεται ακτίνα αγωγού στο αρχικό αρχείο enaerio1 η τιμή 0, και στο αρχείο prop.dat εισάγεται η τιμή μέτρου ρεύματος 224 Α, το αρχείο μετονομάζεται σε enaerio2 και επαναλαμβάνεται η ίδια προσομοίωση. Για αγωγού διατομής 50mm 2 εισάγεται ακτίνα αγωγού στο αρχικό αρχείο enaerio1 η τιμή 0, και στο αρχείο prop.dat εισάγεται η τιμή μέτρου ρεύματος 296 Α, το αρχειο μετονομάζεται σε enaerio3 και επαναλαμβάνεται η ιδία προσομοίωση. Για αγωγού διατομής 95mm 2 εισάγεται ακτίνα αγωγού στο αρχικό αρχείο enaerio1 η τιμή 0, και στο αρχείο prop.dat εισάγεται η τιμή μέτρου ρεύματος 440 Α, το αρχείο μετονομάζεται σε enaerio4 και επαναλαμβάνεται η ίδια προσομοίωση. Η όλη διαδικασία επαναλαμβάνεται για όλες τις διατάξεις με διαφορετικού τύπου αγωγούς για τα αλλά δυο ύψη της γραμμής (6m,8m). 3.4 Εφαρμογή της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων στη μοντελοποίηση της Υπόγειας Γραμμής Διανομής 3 Mονοπολικών καλωδίων N(A)2XSY κυκλώματος 3Χ240 mm 2 των 20kV. Με την διαδικασία μοντελοποιείται και προσομοιώνεται υπό συνθήκες λειτουργίας πλήρους φόρτισης υπόγεια γραμμή διανομής 3 μονοπολικών καλωδίων τύπου N(A)2XSY κυκλώματος 3Χ240 mm 2. Για βάθος καλωδίων και απόσταση μεταξύ τους εισάγονται τα μεγέθη που παρουσιαστήκαν σχηματικά στο προηγούμενο κεφάλαιο (σχήμα 2.3) Στο αρχείο mesh generation, στο terminal, δημιουργείται ένα αρχείο κειμένου που περιγράφει τη γεωμετρία του προβλήματος, έστω με όνομα ypogeio1, το οποίο έχει την παρακάτω μορφή : Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 50

61 square circle circle ο καλώδιο + μανδύας + θωράκιση circle circle circle circle ο καλώδιο + μανδύας + θωράκιση circle circle circle circle ο καλώδιο + μανδύας + θωράκιση circle circle lines Γραμμή εδάφους senil εισάγεται βάθος βύθισης καλωδίων 0.9m region Περιοχές της γεωμετρίας τα 3 καλώδια μανδύες Γη Αέρας + μόνωση Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 51

62 #end 1 Αφού αποθηκευτεί το αρχείο γεωμετρίας που δημιουργήθηκε, πληκτρολογείται η εντολή autogeo ypogeio1, οπότε και το πρόγραμμα επεξεργάζεται τη γεωμετρία του χώρου και δημιουργεί το αρχείο ypogeio1_geo. Στη συνέχεια αντιγράφεται το αρχείο ypogeio1_geo στον φάκελο fem με την εντολή cp ypogeio1_geo ~/fem και γίνεται μετάβαση στον φάκελο αυτό με την εντολή cd ~/fem για τη συνέχιση της διαδικασίας. Ακολουθεί ο ορισμός των χαρακτηριστικών του προβλήματος και των ιδιοτήτων των περιοχών με την επεξεργασία των αρχείων pdcommon.for και prop.dat. Το αρχείο pdcommon.for έχει τη μορφή parameter (nco = 3) parameter (nsh = 2) parameter (nen = 3) parameter (nup = 100) parameter (nid = 8) parameter (manl = 0) parameter (headpar = 'VOIDVOID') με την επεξήγηση ότι οι ρευματοφόρες περιοχές είναι 3 (nco=3), περιοχές στις οποίες να επάγονται δινορεύματα η Γη και η θωράκιση (nsh=2), τα χρησιμοποιούμενα πεπερασμένα στοιχεία είναι τρίγωνα (nen=3), ο μέγιστος αριθμός κόμβων με τους οποίους μπορεί να συνδέεται κάθε κόμβος ορίζεται σε 100 (nup=100), ο αριθμός των ιδιοτήτων που δηλώνονται στο αρχείο prop.dat, όπως εξηγείται παρακάτω, είναι 8 (nid=8), δεν υπάρχουν μη γραμμικά υλικά στο μοντέλο (manl=0) και τέλος θα χρησιμοποιηθούν τα αρχεία που δημιουργήθηκαν κατά την προηγούμενη διαδικασία (headpar= VOIDVOID ). Το αρχείο prop.dat, για τη μέγιστη φόρτιση 456Α σύμφωνα με τα τεχνικά στοιχεία, έχει τη μορφή : PROP Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 52

63 BANY ENDI με την επεξήγηση ότι υπάρχουν 6 ενεργές περιοχές (οι 3 πρώτες αποτελούνται από τα καλώδια), η τέταρτη από τον περιβάλλοντα αέρα, διαπερατότητα των υλικών όλων των περιοχών είναι ίση με 1, η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα των αγωγών είναι S/m, ενώ η αντίστοιχη αγωγιμότητα του αέρα λαμβάνεται μηδενική, η συχνότητα λειτουργίας είναι τα 50Hz, τα ρεύματα και οι γωνίες των ρευμάτων των 3 καλωδίων με τη σειρά που δίνονται αντιστοιχούν στη μεγιστηφόρτιση και στη συγκεκριμένη αρίθμηση των περιοχών που ορίστηκε στο τμήμα region του αρχείου γεωμετρίας ypogeio1, ενώ τέλος η σταθερά θερμοκρασίας των υλικών σε όλες τις περιοχές λαμβάνεται ίση με και η θερμοκρασία αυτών ίση με 0 C. Η τελευταία γραμμή δήλωσης των περιοχών αποτελείται μόνο από μηδενικά και δηλώνει το τέλος των περιοχών του προβλήματος. Στη συνέχεια αποθηκεύονται οι αλλαγές και ακολούθως εκτελείται το πρόγραμμα iterup, με την εντολή iterup ypogeio1_geo x όπου x είναι ο αριθμός των επαναλήψεων. Για τις απαιτήσεις του συγκεκριμένου προβλήματος και για την επίτευξη ικανοποιητικής ακρίβειας σύγκλισης λαμβάνονται 10 επαναλήψεις. Μόλις ολοκληρωθεί η εκτέλεση των επαναλήψεων του προγράμματος iterup, πληκτρολογείται η εντολή rgtl. Για την εμφάνιση τέλος της κάρτας αποτελεσμάτων πληκτρολογείται η εντολή dldt if ypogeio1_geo, όπου εμφανίζεται και η εικόνα με την τελική τριγωνοποίηση. Στην κάρτα αυτή, στο τμήμα Point info, εισάγονται οι συντεταγμένες του σημείου στο οποίο αναζητείται η τιμή του πεδίου. Εκεί λαμβάνεται η ζητούμενη τιμή της μαγνητικής επαγωγής ως Βmax. Επιλέξαμε να υπολογίσουμε τη μαγνητική επαγωγή σε 5+5 σημεία εκατέρωθεν του νοητού κατακόρυφου άξονα της διάταξης (εδω του κατακόρυφου άξονα του μεσαίου καλωδίου), με βήμα πλάτους ανά 3m και σε ύψος 0m, δηλαδή επί της επιφάνειας του εδάφους, και 1m πάνω από την επιφάνεια του εδάφους. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας που περιγράφηκε για το σύνολο των υπό εξέταση Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 53

64 σημείων υπολογισμού λαμβάνονται οι ζητούμενες τιμές της μαγνητικής επαγωγής και στα σημεία. Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στο επόμενο κεφάλαιο. 3.5 Εφαρμογή της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων στη μοντελοποίηση της Υπόγειας Γραμμής Διανομής Τριπολικου καλωδίου ΝΑΕΚΕΒΑ κυκλώματος 3Χ240 mm 2 των 20kV. Με την διαδικασία μοντελοποιείται και προσομοιώνεται υπό συνθήκες λειτουργίας πλήρους φόρτισης υπόγεια γραμμή διανομής μονοπολικού καλωδίου τύπου ΝΑΕΚΕΒΑ κυκλώματος 3Χ240 mm 2. Στην κεντρική κονσόλα δημιουργείται ένα αρχείο κειμένου που περιγράφει τη γεωμετρία του προβλήματος, έστω με όνομα ypogeio2, το οποίο έχει την παρακάτω μορφή : square circle circle ο καλώδιο circle circle circle ο καλώδιο circle circle circle ο καλώδιο circle circle circle Θωράκιση circle lines Γραμμή εδάφους : senil εισάγεται βάθος βύθισης region καλωδίου 0.9m Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 54

65 #end 1 Αφού αποθηκευτεί το αρχείο γεωμετρίας που δημιουργήθηκε, πληκτρολογείται η εντολή autogeo ypogeio2, οπότε και το πρόγραμμα επεξεργάζεται τη γεωμετρία του χώρου και δημιουργεί το αρχείο ypogeio2_geo. Στη συνέχεια αντιγράφεται το αρχείο ypogeio2_geo στον φάκελο fem με την εντολή cp ypogeio2_geo ~/fem και γίνεται μετάβαση στον φάκελο αυτό με την εντολή cd ~/fem για τη συνέχιση της διαδικασίας. Ακολουθεί ο ορισμός των χαρακτηριστικών του προβλήματος και των ιδιοτήτων των περιοχών με την επεξεργασία των αρχείων pdcommon.for και prop.dat. Το αρχείο pdcommon.for έχει τη μορφή parameter (nco = 3) parameter (nsh = 2) parameter (nen = 3) parameter (nup = 100) parameter (nid = 8) parameter (manl = 0) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 55

66 parameter (headpar = 'VOIDVOID') με την επεξήγηση ότι οι ρευματοφόρες περιοχές είναι 3 (nco=3), περιοχές στις οποίες να επάγονται δινορεύματα η Γη και η θωράκιση (nsh=2), τα χρησιμοποιούμενα πεπερασμένα στοιχεία είναι τρίγωνα (nen=3), ο μέγιστος αριθμός κόμβων με τους οποίους μπορεί να συνδέεται κάθε κόμβος ορίζεται σε 100 (nup=100), ο αριθμός των ιδιοτήτων που δηλώνονται στο αρχείο prop.dat, όπως εξηγείται παρακάτω, είναι 8 (nid=8), δεν υπάρχουν μη γραμμικά υλικά στο μοντέλο (manl=0) και τέλος θα χρησιμοποιηθούν τα αρχεία που δημιουργήθηκαν κατά την προηγούμενη διαδικασία (headpar= VOIDVOID ). Το αρχείο prop.dat, για τη μέγιστη φόρτιση των 353Α σύμφωνα με τα τεχνικά χαρακτηριστικά, έχει τη μορφή : PROP BANY ENDI με την επεξήγηση ότι υπάρχουν 6 ενεργές περιοχές (οι 3 πρώτες αποτελούνται από τα καλώδια). Η μαγνητική διαπερατότητα του κενού είναι ιση με , η σχετική μαγνητική διαπερατότητα των υλικών όλων των περιοχών είναι ίση με 1, η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα των αγωγών είναι S/m, ενώ η αντίστοιχη αγωγιμότητα του αέρα λαμβάνεται μηδενική, η συχνότητα λειτουργίας είναι τα 50Hz, τα ρεύματα και οι γωνίες των ρευμάτων των 3 αγωγών με τη σειρά που δίνονται αντιστοιχούν στη συγκεκριμένη φόρτιση και στη συγκεκριμένη αρίθμηση των περιοχών που ορίστηκε στο τμήμα region του αρχείου γεωμετρίας modelo2, ενώ Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 56

67 τέλος η σταθερά θερμοκρασίας των υλικών σε όλες τις περιοχές λαμβάνεται ίση με και η θερμοκρασία αυτών ίση με 0 C. Η τελευταία γραμμή δήλωσης των περιοχών αποτελείται μόνο από μηδενικά και δηλώνει το τέλος των περιοχών του προβλήματος. Στη συνέχεια αποθηκεύονται οι αλλαγές και ακολούθως εκτελείται το πρόγραμμα iterup, με την εντολή iterup ypogeio2_geo x όπου x είναι ο αριθμός των επαναλήψεων. Για τις απαιτήσεις του συγκεκριμένου προβλήματος και για την επίτευξη ικανοποιητικής ακρίβειας σύγκλισης λαμβάνονται 10 επαναλήψεις. Μόλις ολοκληρωθεί η εκτέλεση των επαναλήψεων του προγράμματος iterup, πληκτρολογείται η εντολή rgtl. Για την εμφάνιση τέλος της κάρτας αποτελεσμάτων πληκτρολογείται η εντολή dldt if ypogeio2_geo, όπου εμφανίζεται και η εικόνα με την τελική τριγωνοποίηση. Στην κάρτα αυτή, στο τμήμα Point info, εισάγονται οι συντεταγμένες του σημείου στο οποίο αναζητείται η τιμή του πεδίου. Εκεί λαμβάνεται η ζητούμενη τιμή της μαγνητικής επαγωγής ως Βmax. Επιλέξαμε να υπολογίσουμε τη μαγνητική επαγωγή σε 5+5 σημεία εκατέρωθεν του νοητού κατακόρυφου άξονα της διάταξης (του τριπολικου καλωδίου), με βήμα πλάτους ανά 3m και σε ύψος 0m, δηλαδή επί της επιφάνειας του εδάφους, και 1m πάνω από την επιφάνεια του εδάφους. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας που περιγράφηκε για το σύνολο των υπό εξέταση σημείων υπολογισμού λαμβάνονται οι ζητούμενες τιμές της μαγνητικής επαγωγής και στα σημεία. Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στο επόμενο κεφάλαιο. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 57

68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ FEM 4.1 Εναέρια γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 16 mm 2 Η παραπάνω γραμμή σύμφωνα με την γεωμετρία που περιγράφηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο προσομοιώθηκε υπό συνθήκες λειτουργιάς πλήρους φόρτισης μέσω του προγράμματος Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM), σύμφωνα πάλι με την διαδικασία που περιγράφηκε. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας υπολογίστηκε η τιμή της μεγίστης Μαγνητικής Επαγωγής Β max σε πλήθος σημείων σε ύψος ενός 1 μέτρου από την επιφάνεια του εδάφους αλλά και επί της επιφάνειας του εδάφους και σε πλάτους 15 μέτρων εκατέρωθεν από τον νοητό κατακόρυφο άξονα της γραμμής. Η υπολογισμός γινόταν σε διαδοχικά σημεία απόστασης 3 μέτρων. Για το σύνολο των υπό εξέταση σημείων υπολογίστηκαν οι τιμές της (μεγίστης) Μαγνητικής Επαγωγής B max διαδοχικά (22 σημεία συνολικά). Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στους πινάκες που ακολουθουν. Στις τιμές που δίνουν την μαγνητική επαγωγή λήφθηκαν με στρογγυλοποίηση τα 4 πρώτα ψηφία. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 58

69 Ύψος 1m. (Υ=1m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα X (m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μτ) -15 0, , , , , , , , , , ,7715 Πίνακας 4.1 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 1m. Ύψος 0m. (Υ=0m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα X (m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μτ) -15 0, , , , , , , , , , ,2621 Πίνακας 4.2 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 0m. Ακουλουθουν γραφήματα όπου παρουσιάζουν τις παραπάνω τιμές : Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 59

70 BR (mt) ΣΧΗΜΑ 4.1 Εναέρια Γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 16 mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής 6 5 'Yψος 1m από έδαφος Υψος 0m από έδαφος Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του μεσαίου αγωγού (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 60

71 4.2 Εναέρια γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 35 mm 2 Η παραπάνω γραμμή σύμφωνα με την γεωμετρία που περιγράφηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο προσομοιώθηκε υπό συνθήκες λειτουργίας πλήρους φόρτισης μέσω του προγράμματος Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM), σύμφωνα πάλι με την διαδικασία που περιγράφηκε. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας υπολογίστηκε η τιμή της μεγίστης Μαγνητικής Επαγωγής Β max σε πλήθος σημείων σε ύψος ενός 1 μέτρου από την επιφάνεια του εδάφους αλλά και επί της επιφάνειας του εδάφους και σε πλάτους 15 μέτρων εκατέρωθεν από τον νοητό κατακόρυφο άξονα της γραμμής. Η υπολογισμός γινόταν σε διαδοχικά σημεία απόστασης 3 μέτρων. Για το σύνολο των υπό εξέταση σημείων υπολογίστηκαν οι τιμές της (μεγίστης) Μαγνητικής Επαγωγής B max διαδοχικά (22 σημεία συνολικά). Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στους πινάκες που ακολουθουν. Στις τιμές που δίνουν την μαγνητική επαγωγή ληφθηκαν με στρογγυλοποίηση τα 4 πρώτα ψηφία. Ύψος 1m. (Υ=1m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα X (m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μτ) -15 0, , , , , , , , , , ,5034 Πίνακας 4.3 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 1m. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 61

72 Ύψος 0m. (Υ=0m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα X (m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μτ) -15 0, , , , , , , , , , ,4886 Πίνακας 4.4 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 0m. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 62

73 BR (μt) ΣΧΗΜΑ 4.2 Εναέρια Γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 35 mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής 'Υψος 1m από έδαφος Υψος 0m από έδαφος Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του μεσαίου αγωγού (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 63

74 4.3 Εναέρια γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 50 mm 2 Η παραπάνω γραμμή σύμφωνα με την γεωμετρία που περιγράφηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο προσομοιώθηκε υπό συνθήκες λειτουργιάς πλήρους φόρτισης μέσω του προγράμματος Πεπερασμένων Στοιχείων(FEM), σύμφωνα πάλι με την διαδικασία που περιγράφηκε. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας υπολογίστηκε η τιμή της μεγίστης Μαγνητικής Επαγωγής Β max σε πλήθος σημείων σε ύψος ενός 1 μέτρου από την επιφάνεια του εδάφους αλλά και επί της επιφάνειας του εδάφους και σε πλάτους 15 μέτρων εκατέρωθεν από τον νοητό κατακόρυφο άξονα της γραμμής. Η υπολογισμός γινόταν σε διαδοχικά σημεία απόστασης 3 μέτρων. Για το σύνολο των υπό εξέταση σημείων υπολογίστηκαν οι τιμές της (μεγίστης) Μαγνητικής Επαγωγής B max διαδοχικά (22 σημεία συνολικά). Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στους πινάκες που ακολουθουν. Στις τιμές που δίνουν την μαγνητική επαγωγή ληφθηκαν με στρογγυλοποίηση τα 4 πρώτα ψηφία. Ύψος 1m. (Y = 1m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα Χ ( m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μt) -15 0, , , , , , , , , , ,6637 Πίνακας 4.5 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 1m.. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 64

75 Ύψος 0m. (Y = 0m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα Χ ( m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μt) -15 0, , , , , , , , , , ,6255 Πίνακας 4.6 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 0m. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 65

76 BR (μt) ΣΧΗΜΑ 4.3 Εναέρια Γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 50 mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής 'Υψος 1m από έδαφος 'Υψος 0m από έδαφος Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του μεσαίου αγωγού (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 66

77 4.4 Εναέρια γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 95 mm 2 Η παραπάνω γραμμή σύμφωνα με την γεωμετρία που περιγράφηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο προσομοιώθηκε υπό συνθήκες λειτουργίας πλήρους φόρτισης μέσω του προγράμματος Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM), σύμφωνα πάλι με την διαδικασία που περιγράφηκε. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας υπολογίστηκε η τιμή της μεγίστης Μαγνητικής Επαγωγής Β max σε πλήθος σημείων σε ύψος ενός 1 μέτρου από την επιφάνεια του εδάφους αλλά και επί της επιφάνειας του εδάφους και σε πλάτους 15 μέτρων εκατέρωθεν από τον νοητό κατακόρυφο άξονα της γραμμής. Η υπολογισμός γινόταν σε διαδοχικά σημεία απόστασης 3 μέτρων. Για το σύνολο των υπό εξέταση σημείων υπολογίστηκαν οι τιμές της (μεγίστης) Μαγνητικής Επαγωγής B max διαδοχικά (22 σημεία συνολικά). Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στους πινάκες που ακολουθουν. Οι τιμές που δίνουν την μαγνητική επαγωγή ληφθηκαν με στρογγυλοποίηση τα 4 πρώτα ψηφία. Ύψος 1m. (Y = 1m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα Χ ( m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μt) -15 0, , , , , , , , , , ,0780 Πίνακας 4.7 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 1m. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 67

78 Ύψος 0m. (Y = 0m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα Χ ( m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μt) -15 1, , , , , , , , , , ,8851 Πίνακας 4.8 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 0m. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 68

79 BR (μt) ΣΧΗΜΑ 4.4 Εναέρια Γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 95 mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής 'Υψος 1m από έδαφος 'Υψος 0m από έδαφος Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του μεσαίου αγωγού (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 69

80 4.5 Yπογεια γραμμή Μέσης Τάσης 3 Μονοπολικών Καλωδίων 3Χ240 mm 2 N(A)2XSY. Η παραπάνω γραμμή σύμφωνα με την γεωμετρία που περιγράφηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο προσομοιώθηκε υπό συνθήκες λειτουργίας πλήρους φόρτισης μέσω του προγράμματος Πεπερασμένων Στοιχείων(FEM), σύμφωνα πάλι με την διαδικασία που περιγράφηκε. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας υπολογίστηκε η τιμή της μεγίστης Μαγνητικής Επαγωγής Β max σε πλήθος σημείων σε ύψος ενός 1 μέτρου από την επιφάνεια του εδάφους αλλά και επί της επιφάνειας του εδάφους και σε πλάτους 15 μέτρων εκατέρωθεν από τον νοητό κατακόρυφο άξονα της γραμμής. Η υπολογισμός γινόταν σε διαδοχικά σημεία απόστασης 3 μέτρων. Για το σύνολο των υπό εξέταση σημείων υπολογίστηκαν οι τιμές της (μεγίστης) Μαγνητικής Επαγωγής B max διαδοχικά (22 σημεία συνολικά). ακολουθουν. Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στους πινάκες που Οι τιμές που δίνουν την μαγνητική επαγωγή λήφθησαν με στρογγυλοποίηση τα 4 πρώτα ψηφία.. Ύψος 1m. (Y = 1m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα Χ ( m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μt) -15 0, , , , , , , , , , ,1974 Πίνακας 4.9 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 1m. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 70

81 Ύψος 0m. (Y =0m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα Χ ( m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μt) -15 0, , , , , , , , , , ,1724 Πίνακας 4.10 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 0m. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 71

82 BR (mt) ΣΧΗΜΑ 4.5 Υπόγεια Γραμμή Μέσης Τάσης 3 Μονοπολικών Καλωδίων N(Α)2XS2Y 3Χ240 mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής Μονοπολικά καλώδια N(A)2XS2Y ύψος 0m 3 Mονοπολικά καλώδια N(A)2XS2Y ύψος 1m Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα μεσαίου μονοπολικού καλωδίου Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 72

83 4.6 Yπογεια γραμμή Μέσης Τάσης Τριπολικου Καλωδίου 3Χ240 mm 2 NAEKEBA. Η παραπάνω γραμμή σύμφωνα με την γεωμετρία που περιγράφηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο προσομοιώθηκε υπό συνθήκες λειτουργίας πλήρους φόρτισης μέσω του προγράμματος Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM), σύμφωνα πάλι με την διαδικασία που περιγράφηκε. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας υπολογίστηκε η τιμή της μεγίστης Μαγνητικής Επαγωγής Β max σε πλήθος σημείων σε ύψος ενός 1 μέτρου από την επιφάνεια του εδάφους αλλά και επί της επιφάνειας του εδάφους και σε πλάτους 15 μέτρων εκατέρωθεν από τον νοητό κατακόρυφο άξονα της γραμμής. Η υπολογισμός γινόταν σε διαδοχικά σημεία απόστασης 3 μέτρων. Για το σύνολο των υπό εξέταση σημείων υπολογίστηκαν οι τιμές της (μεγίστης) Μαγνητικής Επαγωγής B max διαδοχικά (22 σημεία συνολικά). ακολουθούν. Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στους πινάκες που Οι τιμές που δίνουν την μαγνητική επαγωγή λήφθησαν με στρογγυλοποίηση τα 4 πρώτα ψηφία.. Ύψος 1m. (Y =1m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα Χ ( m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μt) -15 0, , , , , , , , , , ,0114 Πίνακας 4.11 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 1m. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 73

84 Ύψος 0m. (Y =0m) Απόσταση σημείου από κατακόρυφο άξονα Χ ( m) Μέγιστη Τιμή Μαγνητικού Πεδίου BR (μt) -15 0, , , , , , , , , , ,0114 Πίνακας 4.12 : Μέγιστες Τιμές Μαγνητικού Πεδίου σε σημεία εγκάρσια στη γραμμή και σε σταθερό ύψος 0m. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 74

85 BR (mt) ΣΧΗΜΑ 4.6 Υπόγεια Γραμμή Μέσης Τάσης Τριπολικου Καλωδίου NΑΕΚΕΒΑ 3Χ240 mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής τριπολικό καλώδιο ΝΑΕΚΕΒΑ ύψος 1m 1 τριπολικό καλώδιο ΝΑΕΚΕΒΑ ύψος 0m Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του τριπολικου καλωδίου Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 75

86 4.7 Γραφήματα συγκρίσεων αποτελεσμάτων προσομοίωσης Ακολουθουν γραφήματα τα οποία οπτικοποιουν και παραστατικοποιουν, ώστε να είναι ευκολότερη η σύγκριση τους και η εξαγωγή συμπερασμάτων, τα παραπάνω δεδομένα. Επίσης μέσω γραφημάτων γίνεται εκτενής σύγκριση των παραπάνω τιμών με τα Όρια Εκθέσεως τόσο της Ελληνικής Νομοθεσίας όσο και Διεθνών Οργανισμών και ευρωπαϊκών χωρών. Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 76

87 BR (μt) ΣΧΗΜΑ 4.7 Εναέριες Γραμμές αγωγού ACSR τύπου 16mm 2, 35mm 2, 50mm 2, 95mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου των γραμμών mm 50mm 35mm 95mm Ύψος Υπολογισμού 1m από το έδαφος Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του μεσαίου αγωγού (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 77

88 BR (μt) ΣΧΗΜΑ 4.8 Εναέριες Γραμμές αγωγού ACSR τύπου 16mm 2, 35mm 2, 50mm 2, 95mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου των γραμμών ACSR 16mm ACSR 35mm ACSR 50mm ACSR 95mm 6 4 Ύψος Υπολογισμού 0m από το έδαφος Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του μεσαίου αγωγού (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 78

89 BR (μt) ΣΧΗΜΑ 4.9 Σύνολο εναερίων - υπόγειων γραμμών μέσης τάσης - - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής εναεριο 16mm2 εναεριο 35mm2 εναεριο 50mm2 εναεριο 95mm2 υπογειο μονοπ. υπογειο τριπ. Ύψος Υπολογισμού 1m από το έδαφος απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 79

90 BR (μt) ΣΧΗΜΑ 4.10 Σύνολο εναέριων - υπόγειων γραμμών μέσης τάσης - - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής ACSR 16mm Ύψος Υπολογισμού 0m από το έδαφος 15 ACSR 35mm ACSR 50mm ACSR 95mm 3 μονοπολικα Ν(Α)2ΧSY τριπολικο ΝΑΕΚΕΒΑ απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 80

91 4.7.1 Μοντελοποίηση των εναέριων γραμμών με τα συνήθη ύψη τους. Στη συνέχεια κρίναμε σκόπιμο να μοντελοποιήσουμε όλες τις εναέριες γραμμές θεωρώντας νέα ύψη της γραμμής από το έδαφος τα συνήθη στο δίκτυο διανομής 6m και 8m αντί για το ελάχιστο 4.5m και να επαναυπολογίσουμε το μαγνητικό πεδίο. Παρακάτω παρουσιάζονται γραφικά τα αποτελέσματα. Δίνεται έμφαση στη παρουσίαση της διακύμανσης του μαγνητικού πεδίου, που προκαλεί η κάθε διάταξη σε ύψος 1m από το έδαφος, ανάλογα με την απόσταση της γραμμής από την επιφάνεια του εδάφους. Αρχικά παρουσιάζονται οι τιμές του μαγνητικού πεδίου σε πινάκες. X(m) BR(μΤ) Υψος 4.5m BR(μΤ) Υψος 6.0m BR(μΤ) Υψος 8.0m -15 0,2880 0,2525 0, ,4178 0,4034 0, ,7462 0,7661 0, ,6055 1,1906 0, ,6866 2,2459 1, ,4759 2,8811 1, ,0877 2,1052 1, ,4073 1,2115 0, ,7715 0,7076 0, ,4858 0,4452 0, ,303 0,3359 0,2270 Πίνακας 4.13 Εναέρια Γραμμή αγωγού ACSR 16mm 2 Τιμές Μαγνητικού Πεδίου για διάφορα ύψη από το έδαφος X(m) BR(μΤ) Υψος 4.5m BR(μΤ) Υψος 6.0m BR(μΤ) Υψος 8.0m -15 0,5582 0,5334 0, ,7132 0,7763 0, ,2944 1,1479 0, ,7126 2,0039 1, ,8228 3,9265 2, ,9010 4,4446 2, ,2761 3,4994 2, ,2432 1,7495 1, ,4490 1,1816 0, ,8271 0,7165 0, ,5030 0,4034 0,3677 Πίνακας 4.14 Εναέρια Γραμμή αγωγού ACSR 35mm 2 Τιμές Μαγνητικού Πεδίου για διάφορα ύψη από το έδαφος Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 81

92 X(m) BR(μΤ) Υψος 4.5m BR(μΤ) Υψος 6.0m BR(μΤ) Υψος 8.0m -15 0,6510 0,6867 0, ,9261 1,0590 0, ,0421 1,4136 1, ,5801 2,6499 1, ,2808 2, ,022 6,5772 3, ,0113 4,7307 2, ,8584 2,6705 1, ,9191 1,4487 1, ,0680 0,8474 0, ,6641 0,6274 0,4931 Πίνακας 4.15 Εναέρια Γραμμή αγωγού ACSR 50mm 2 Τιμές Μαγνητικού Πεδίου για διάφορα ύψη από το έδαφος X(m) BR(μΤ) Υψος 4.5m BR(μΤ) Υψος 6.0m BR(μΤ) Υψος 8.0m -15 0,9742 1,1476 1, ,6287 1,3236 1, ,6981 2,3007 1, ,3259 4,1483 2, ,1966 7,7542 3, ,5586 9,2651 4, ,5271 6,1170 3, ,3397 4,0436 2, ,4536 2,2375 1, ,4374 1,4211 1, ,0780 0,8459 0,9304 Πίνακας 4.16 Εναέρια Γραμμή αγωγού ACSR 95mm 2 Τιμές Μαγνητικού Πεδίου για διάφορα ύψη από το έδαφος Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 82

93 BR(μΤ) ΣΧΗΜΑ 4.11 Εναέρια Γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 16 mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής Ύψος γραμμής 4.5m Ύψος γραμμής 6m Ύψος γραμμής 8m 3 Ύψος Υπολογισμού 1m από το έδαφος Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του μεσαίου αγωγού (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 83

94 BR (μt) ΣΧΗΜΑ 4.12 Εναέρια Γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 35 mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής Υψος γραμμης 4.5m Υψος γραμμης 6.0m Υψος γραμμης 8.0m Ύψος Υπολογισμού 1m από το έδαφος Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του μεσαίου αγωγού (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 84

95 BR (μt) ΣΧΗΜΑ 4.13 Εναέρια Γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 50 mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής Yψος γραμμης 4.5m Υψος γραμμης 6.0m Υψος γραμμης 8.0m 8 6 Ύψος Υπολογισμού 1m από το έδαφος Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του μεσαίου αγωγού (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 85

96 BR(μΤ) ΣΧΗΜΑ 4.14 Εναέρια Γραμμή Μέσης Τάσης αγωγού τύπου ACSR 95 mm 2 - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής Ύψος γραμμής 4.5m Ύψος γραμμής 6.0m Ύψος γραμμής 8.0m Ύψος Υπολογισμού 1m από το έδαφος Απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα του μεσαίου αγωγού (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 86

97 BR(μΤ) ΣΧΗΜΑ 4.15 Σύνολο εναέριων (6m) - υπόγειων γραμμών μέσης τάσης - - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής 10 Ύψος Υπολογισμού 1m από το έδαφος ΜΟΝΟΠΟΛΙΚΑ Ν(Α)2XSY ΤΡΙΠΟΛΙΚΟ ΝΑΕΚΕΒΑ ACSR 16mm2 (6m) ACSR 35mm2 (6m) 5 4 ACSR 50mm2 (6m) ACSR 95mm2 (6m) απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 87

98 BR(μΤ) ΣΧΗΜΑ 4.16 Σύνολο εναέριων (8m) - υπόγειων γραμμών μέσης τάσης - - Εγκάρσια τομή (lateral profile) του μαγνητικού πεδίου της γραμμής 8 Ύψος Υπολογισμού 1m από το έδαφος ΜΟΝΟΠΟΛΙΚΑ Ν(Α)2XSY ΤΡΙΠΟΛΙΚΟ ΝΑΕΚΕΒΑ ACSR 16mm2 (8m) ACSR 35mm2 (8m) ACSR 50mm2 (8m) ACSR 95mm2 (8m) απόσταση από τον κατακόρυφο άξονα (m) Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 88

99 4.7.2 Γραμμές Διανομής μέσα σε πυκνοκατοικημένες πόλεις Συχνό είναι το φαινόμενο οι γραμμές διανομής ευρισκόμενες σε εύρος ύψους 4.5-8m να βρίσκονται χαμηλότερα ή και υψηλότερα από τους ορόφους των σύγχρονων κτισμάτων. Επίσης πολύ συχνά βρίσκονται σε αποστάσεις μόλις λίγων μέτρων από συγκροτήματα κατοικιών, σχολικών κτιρίων κ.α.. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της περιγραφείσας κατάστασης απεικονίζεται στην παρακάτω φωτογραφία. Εικόνα 4.1 Γραμμές Διανομής μέσης τάσης σε αστική πυκνοδομημένη περιοχή Καθώς η υπογείωση του δικτύου διανομής στα μεγάλα και πυκνοδομημένα αστικά κέντρα είναι εκτενής αλλά όχι καθολική κρίθηκε σκόπιμο να υπολογιστεί το Τ.Η.Μ.Μ.Υ. Α.Π.Θ. Σελίδα 89