ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ Μ.Τ. ΝΟΜΟΥ ΑΡΤΑΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Του φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Ηλεκτρονικών Υπολογιστών, της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών: ΧΕΛΙΩΤΗ ΘΕΟΔΩΡΟΥ του ΓΕΩΡΓΙΟΥ Αριθμός μητρώου: 6415 Θέμα: ΜΕΛΕΤΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΣΕ ΔΙΚΤΥΑ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Επιβλέπουσα: ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΠΥΡΓΙΩΤΗ Επίκουρη Καθηγήτρια Πάτρα: Απρίλιος 2014 ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 1

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται οτι η διπλωματική εργασία με θέμα: ΜΕΛΕΤΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΣΕ ΔΙΚΤΥΑ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Του φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Ηλεκτρονικών Υπολογιστών ΧΕΛΙΩΤΗ ΘΕΟΔΩΡΟΥ Αριθμός Μητρώου: 6415 Παρουσιάσθηκε δημόσια και εξετάσθηκε στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Υπολογιστών στις / / Η επιβλέπουσα: Ο Διευθυντής του τομέα: ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ Επίκουρη Καθηγήτρια ΑΛΕΞΑΝΔΡΙΔΗΣ ΑΝΤΩΝΙΟΣ Καθηγητής ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 2

3 Ευχαριστίες Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τη καθηγήτριά μου Πυργιώτη Ελευθερία που μου ανέθεσε το θέμα της διπλωματικής εργασίας και πάντα ήταν πρόθυμη να με βοηθήσει στο ο,τιδήποτε. Με την καθοδήγηση και τις συμβουλές της κατάφερα να εκπονήσω την παρούσα εργασία. Ευχαριστώ επίσης την οικογένειά μου για τη τεράστια προσπάθεια και υπομονή τους όλα αυτά τα χρόνια, καθώς και όλους τους φίλους μου για τη στήριξή τους κατά τη διάρκεια των προπτυχιακών μου σπουδών. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 3

4 Περιεχόμενα 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Γενικά [1] Ιστορική αναδρομή[8] Σύστημα Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας[4] Θερμικό όριο μεταφοράς ισχύος[4] Σύστημα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας[10] Κατηγορίες Ηλεκτρικών Δικτύων Διανομής[4] Το εναέριο δίκτυο Διανομής[6] Αγωγοί, Στύλοι και μονωτήρες γραμμών διανομής [5] Αγωγοί[5] Στύλοι[5,10] Μονωτήρες[3][7][1] Μετασχηματιστές[11][12] Αποστολή και στόχοι[10] ΙΕΕΕ ΟΔΗΓΙΑ ΓΙΑ ΤΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΝΑΝΤΙ ΚΕΡΑΥΝΩΝ ΚΑΙ ΕΝΑΕΡΙΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ[14] Περίληψη Πεδίο Σκοπός Αναφορές Ορισμοί Παράμετροι Κεραυνών Πτώση Κεραυνών Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του κεραυνού Συμπεριφορά Εναέριων Γραμμών Διανομής σε Περίπτωση Κεραυνού Πλήγματα Κεραυνών σε Εναέριες Γραμμές Βραχυκυκλώματα από Επαγόμενη Τάση Επίπεδο Μόνωσης Γραμμών Διανομής CFO τάση της συνδυασμένης μόνωσης Προσδιορίζοντας τη CFO τάση για κατασκευές με μονώσεις σειράς ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 4

5 2.6.3 Πρακτικά ζητήματα Ικανότητα ξύλου για διακοπή Καταστροφή του ξύλου λόγω του κεραυνού Προστασία των γραμμών διανομής με προστατευτικό αγωγό Γωνία προστασίας Απαιτήσεις μόνωσης Αποτελεσματικότητα επιπέδου στήριξης και μόνωσης Αγωγοί προστασίας και αλεξικέραυνα Προστασία γραμμών με αλεξικέραυνα Τα καλώδια σύνδεσης των αλεξικέραυνων (οι αγωγοί) Βραχυκυκλώματα από έμμεσα πλήγματα Βραχυκυκλώματα από άμεσα πλήγματα ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ (ΔΙΚΤΥΟ ΔΙΑΝΟΜΗΣ) ΣΤΟ ΝΟΜΟ ΑΡΤΑΣ Εισαγωγή Μεθοδολογία θεωρητικού υπολογισμού σφαλμάτων Γραμμή R-25 Άρτας Πηγών Συμπεράσματα[13] ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 5

6 Τίτλος: ΜΕΛΕΤΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΣΕ ΔΙΚΤΥΑ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Φοιτητής: Χελιώτης Θεόδωρος Επιβλέπουσα: Πυργιώτη Ελευθερία, Επίκουρη Καθηγήτρια Περίληψη: Στη παρούσα διπλωματική εργασία θα μελετηθεί η συμπεριφορά των εναέριων γραμμών μέσης τάσης του νομού Άρτας, όταν αυτές πλήττονται από διάφορα αίτια, τα οποία είναι καταγεγραμμένα μέσω του Συστήματος Αναγγελιών Βλαβών (ΣΑΒ) της ΔΕΗ και βρίσκονται στη διάθεσή μας για το έτος Τα κυριότερα αυτών είναι τα κεραυνικά πλήγματα και η κακοκαιρία και σε αυτά θα δωθεί βαρύτητα. Σκοπός είναι να εξαχθούν, μέσω θεωρητικών υπολογισμών, κάποια συμπεράσματα για το πως θα συμπεριφέρονται οι γραμμές αυτές ανάλογα με τη τοποθεσία, το ανάγλυφο της περιοχής, το ύψος της γραμμής και διάφορους άλλους παράγοντες που θα αναφερθούν λεπτομερώς στο 3 ο κεφάλαιο. Για την καλύτερη κατανόηση όμως των προαναφερθέντων και για να έχουμε μια πιο πλήρη εικόνα επι του αντικειμένου, θα πρέπει αρχικά να γίνει μια συνοπτική παρουσίαση ενός τυπικού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, αφού πρώτα αναλυθεί στα επιμέρους τμήματά του. Αναγκαία επίσης είναι και η αναφορά της IEEE οδηγίας για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, μιας και οι επικρατούντες κλιματολογικές περιβαλλοντολογικές συνθήκες είναι από τις βασικές αιτίες πρόκλησης σφαλμάτων στα εναέρια δίκτυα. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 6

7 Title: FAULTS CONSIDERATION IN MEDIUM VOLTAGE NETWORKS Student: Cheliotis Theodoros Supervisor: Pyrgioti Eleftheria, Assistant Professor Abstract: This thesis studies the behavior of medium voltage (distribution) lines of county of Artas, when they are affected by various causes, which are written down from the System Notice Damage of Hellenic Public Power Corporation and are at our disposal for the year The most important of them are lightning strikes and bad weather, to which extra focus will be given. Our purpose is to conclude through theoretical calculations to the behavior of these lines according to the location, relief area, the line s height and other factors that will be mentioned in chapter 3. In order to have a complete perception of the subject, a brief presentation of a typical power system will take place after it is analysed in subsections. It is also important to mention the guidelines of Intstitute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) on the behaviour of air power distribution lines against lightning, as the prevailing environmental and climatological conditions are the most essential causes of faults on air lines. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 7

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 1.1 Γενικά [1] Τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας (Σ.Η.Ε.) είναι το σύνολο των εγκαταστάσεων και των μέσων (γεννήτριες, μετασχηματιστές, γραμμές μεταφοράς, διακόπτες, διατάξεις αντιστάθμισης) που χρησιμοποιούνται για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε εξυπηρετούμενες περιοχές κατανάλωσης. Βασικές προϋποθέσεις καλής λειτουργίας ενός ΣΗΕ είναι να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια οπουδήποτε υπάρχει ζήτηση με το ελάχιστο δυνατό κόστος, εξασφαλίζοντας συγχρόνως και ένα σύνολο άλλων απαιτήσεων όπως σταθερή συχνότητα, σταθερή τάση, υψηλή αξιοπιστία τροφοδότησης, ασφάλεια και να είναι φιλικό προς το περιβάλλον. Τα ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 8

9 συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας ανήκουν στο σύνολο ή κατά τμήματα σε δημόσιες-κρατικές ή ιδιωτικές επιχειρήσεις ηλεκτρισμού. Τα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας μπορούν να διακριθούν στα ακόλουθα τμήματα: Τους σταθμούς παραγωγής, εγκατεστημένους στις πιο πρόσφορες προς τούτο περιοχές, όπου παράγεται η ηλεκτρική ενέργεια σε επαρκείς ποσότητες. Τα δίκτυα μεταφοράς, που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας από τους σταθμούς παραγωγής στα κέντρα κατανάλωσης. Τα δίκτυα διανομής(δ.δ), για τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας στους επιμέρους καταναλωτές, ώστε να χρησιμοποιηθεί από αυτούς μετατρεπόμενη σε άλλες πιο εξυπηρετικές μορφές, όπως φως, θερμότητα, κίνηση, ήχο κ.λ.π Η ηλεκτρική ενέργεια από το σημείο που θα παραχθεί μέχρι το σημείο που θα καταναλωθεί βρίσκεται σε μια συνεχή ροή. Η παραγωγή γίνεται στους σταθμούς παραγωγής. Εκεί με διάφορες τεχνικές μετατρέπεται η θερμική ενέργεια των ορυκτών καυσίμων (άνθρακα, πετρέλαιο, φυσικό αέριο κ.α) και η μηχανική ενέργεια των υδάτινων ροών και υδατοπτώσεων σε ηλεκτρική ενέργεια. Η μεταφορά της από τα εργοστάσια παραγωγής προς τις περιοχές καταναλώσεως γίνεται με τις γραμμές υψηλής (έως 275kV) και υπερυψηλής τάσεως (έως 765kV). Στην Ελλάδα οι γραμμές είναι των 400kV ή των 150kV, οι οποίες μεταφέρουν την ηλεκτρική ενέργεια σε κεντρικά σημεία του δικτύου. Αυτοί είναι οι λεγόμενοι υποσταθμοί Υ.Τ-Μ.Τ από όπου ξεκινούν τα δίκτυα διανομής ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 9

10 της μέσης τάσεως (22kV ή 20kV ή 15kV) που διανέμουν την ηλεκτρική ενέργεια στους καταναλωτές δια μέσου των υποσταθμών διανομής και των γραμμών χαμηλής τάσεως 380/220V. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των Δ.Δ., σε αντιπαραβολή με τα Δίκτυα Μεταφοράς, είναι οτι αποτελούνται από μεγάλο πλήθος στοιχείων. Από το γεγονός αυτό αποκτά ιδιαίτερη σημασία για τα Δ.Δ η τυποποίηση των επι μέρους κατασκευαστικών τους στοιχείων, καθώς και του υλικού που χρησιμοποιείται σε αυτά, δεδομένου οτι πρόκειται για επαναλαμβανόμενες κατασκευές από πολλά διεσπαρμένα συνεργεία σε ολόκληρη τη χώρα. Η σύνδεση των καταναλωτών από το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται ανάλογα με τη μέγιστη απορροφούμενη ισχύ τους. Έτσι τους διακρίνουμε σε τρεις κύριες κατηγορίες: Καταναλωτές Υψηλής Τάσης-Υ.Τ.-(ή αλλιώς πολύ μεγάλοι καταναλωτές και συνδέονται απευθείας στο Δίκτυο Μεταφοράς) Καταναλωτές Μέσης Τάσης-Μ.Τ.-(συνήθως για απορροφούμενη ένταση άνω των 200Α ανά φάση στη χαμηλή τάση και τροφοδοτούνται από το Δίκτυο Διανομής υπό Μέση Τάση) Καταναλωτές Χαμηλής Τάσης Χ.Τ.- Μια άλλη διάκριση των καταναλωτών γίνεται ανάλογα με τη χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας. Διακρίνουμε: Τους Βιομηχανικούς καταναλωτές Τους Εμπορικούς (ή Γενικής χρήσης) καταναλωτές ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 10

11 Τους Οικιακούς καταναλωτές Τους Αρδευτικούς καταναλωτές κ.α Σχήμα 1.1 Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Οι πελάτες που είναι συνδεδεμένοι στα δίκτυα υψηλής και μέσης τάσης είναι στη πλειονότητά τους βιομηχανικοί καταναλωτές (τριφασικές παροχές), ενώ στα δίκτυα χαμηλής τάσης συνδέονται πελάτες οικιακής χρήσης και ένα μεγάλο μέρος πελατών εμπορικής χρήσης (μονοφασικές παροχές), καθώς και οι τριφασικές παροχές για βιομηχανικές εγκαταστάσεις μέχρι περίπου 200Α ανά φάση. Η δομή του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας κάθε χώρας εξαρτάται σημαντικά από το μέγεθος της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, τη χρονική της μεταβολή κατά τη ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 11

12 διάρκεια του 24ώρου και από την χωροταξική της κατανομή. Το μέγεθος λοιπόν των εγκαταστάσεων παραγωγής, μεταφοράς και διανομής, που πρέπει να έχει διαθέσιμο κάθε στιγμή μια επιχείρηση ηλεκτρισμού, καθορίζεται από τη συνολική μέγιστη ζήτηση ηλεκτρικής ισχύος. Η συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζει τη ποσότητα των καυσίμων που χρησιμοποιούνται για τη λειτουργία των σταθμών παραγωγής, ενώ η μορφή της καμπύλης ζήτησης περιγράφει χρονικά την απασχόληση των εγκαταστάσεων παραγωγής, μεταφοράς και διανομής από τους καταναλωτές. Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της ζήτησης(μέγιστη ζήτηση, συνολική ενέργεια, μορφή καμπύλης ζήτησης) διαμορφώνουν το κόστος μιας επιχείρησης ηλεκτρισμού. Το κόστος προοδευτικά αυξάνει από τη παραγωγή προς τη διανομή, γιατί μεσολαβούν πρόσθετες εγκαταστάσεις. Το κόστος αυτό καταβάλλεται από τους καταναλωτές, σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά της ζήτησής τους και με τα τιμολόγια που έχουν θεσπιστεί. Τα τιμολόγια διακρίνονται σε τιμολόγια υψηλής τάσης (πολύ μεγάλοι βιομηχανικοί καταναλωτές), μέσης τάσης (μεγάλοι και μεσαίου μεγέθους καταναλωτές) και χαμηλής τάσης (οικιακοί, εμπορικοί καταναλωτές, καθώς και βιομηχανικοί καταναλωτές χαμηλής τάσης). Οι εγκαταστάσεις παραγωγής και μεταφοράς είναι συνήθως οικονομικά εξαρτημένες μεταξύ τους και γι αυτό ο οικονομικός και τεχνικός σχεδιασμός των σταθμών παραγωγής, των κύριων γραμμών μεταφοράς και των κεντρικών υποσταθμών πρέπει να είναι ενιαίος, με κύριο στόχο την ικανοποίηση των ενεργειακών αναγκών της κατανάλωσης, με το ελάχιστο δυνατό κόστος και τη μέγιστη δυνατή αξιοπιστία τροφοδοτήσεως. Από την άλλη η διανομή είναι μια διαφορετική λειτουργία, η οποία σχεδιάζεται και αναπτύσσεται χωριστά και εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της περιοχής και των καταναλωτών τους οποίους εξυπηρετεί. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 12

13 Η σε βάθος μελέτη των Δ.Δ. παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την εθνική οικονομία, δεδομένου οτι οι δαπάνες για την κατασκευή τους είναι πολύ σημαντικές, όπως παρουσιάζεται στο πίνακα 1.1. Σε αυτόν δείχνεται η ποσοστιαία κατανομή της αξίας των εγκαταστάσεων και των δαπανών εκμεταλλεύσεως ανάλογα με το είδος της εγκατάστασης. Εκτός όμως από την οικονομική σημασία, η μελέτη των Δ.Δ. παρουσιάζει ενδιαφέρον διότι η κατασκευαστική τους διαμόρφωση συνδέεται άμεσα με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά δομήσεως των πόλεων και γενικότερα του τρόπου της χωροταξικής διαμορφώσεως κάθε χώρας. Για παράδειγμα τα Δίκτυα Διανομής μέσης και χαμηλής τάσης στις αστικές πυκνοκατοικημένες περιοχές είναι κατά κανόνα υπόγεια, ενώ σε άλλες περιοχές είναι εναέρια. Ένα τυπικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να έχει μέχρι και το ήμισυ του επενδυμένου κεφαλαίου του στο Δίκτυο Διανομής. Είναι αξιοσημείωτο οτι τα Δ.Δ. κάθε χώρας έχουν κατά γενικό κανόνα τα δικά τους ιδαίτερα χαρακτηριστικά, σε αντίθεση με τα Δίκτυα Μεταφοράς. Πίνακας 1.1 ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 13

14 1.2 Ιστορική αναδρομή[8] Η γνώση που υπήρχε γύρω από τον ηλεκτρισμό, κατά τη διάρκεια του 18ου αιώνα, εξαντλούνταν κυρίως στις μελέτες των ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων που διεξήχθησαν από κάποιους πρωτοπόρους ερευνητές. Αν και σημαντικές νέες ανακαλύψεις, που έγιναν τα επόμενα χρόνια, πρόσθεταν συνεχώς και νέα γνώση στο αντικείμενο του ηλεκτρισμού, εφαρμογές που να οδηγούν σε εκμετάλλευση αυτών των ανακαλύψεων παρουσιάστηκαν αρκετά αργότερα. Η πρώτη εμπορική χρήση του ηλεκτρισμού άρχισε περί το 1870, όταν χρησιμοποιήθηκαν οι λαμπτήρες τόξου για φωτισμό οικιών και οδών. Το πρώτο πλήρες ηλεκτρικό σύστημα, απαρτιζόμενο από γεννήτρια, καλώδιο, ασφάλεια, μετρητή και φορτία, ήταν αυτό που εγκαταστάθηκε από τον πρωτοπόρο ερευνητή Thomas Edison στην πόλη της Νέας Υόρκης. Ο ιστορικός σταθμός της Pearl Street τέθηκε σε λειτουργία το Ήταν ένα σύστημα συνεχούς ρεύματος (dc) που αποτελούνταν από μία ατμομηχανή που κινούσε μία γεννήτρια συνεχούς και τροφοδοτούσε με ηλεκτρική ενέργεια 59 καταναλωτές σε μία περιοχή ακτίνας 1.5km. Τα φορτία, τα οποία ήταν αποκλειστικά λαμπτήρες πυρακτώσεως, τροφοδοτούνταν σε μία τάση 110 V μέσω υπόγειου καλωδίου. Αυτή λοιπόν ήταν η σπίθα που εξάπλωσε τη λειτουργία παρόμοιων συστημάτων στις περισσότερες μεγαλουπόλεις σε όλον τον κόσμο. Παρά την αρχική ευρεία χρήση των συστημάτων συνεχούς ρεύματος, αυτά πολύ γρήγορα αντικαταστάθηκαν πλήρως από τα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος (ac) και ο λόγος ήταν προφανής. Τα συστήματα συνεχούς δεν είχαν τη δυνατότητα να μεταφέρουν ισχύ σε μεγάλες αποστάσεις, διότι για να γίνει αυτό ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 14

15 και συγχρόνως να κρατηθούν οι απώλειες μεταφοράς RI2 και οι πτώσεις τάσεις σε αποδεκτά επίπεδα, έπρεπε τα επίπεδα τάσης να είναι εξαιρετικά υψηλά. Τόσο υψηλές όμως τάσεις, δεν ήταν αποδεκτές ούτε για την παραγωγή ούτε για την κατανάλωση επειδή δεν το επέτρεπε η τεχνολογία της εποχής αλλά και η ασφάλεια των καταναλωτών. Ως συμπέρασμα, η λύση θα ήταν να μεταφερόταν η ισχύς σε μεγάλες αποστάσεις υπό υψηλότερη τάση, η οποία στη συνέχεια θα μειωνόταν σε χαμηλότερα επίπεδα στις θέσεις που υπήρχαν τα φορτία. Η σχεδίαση και η ανάπτυξη μίας συσκευής που θα μετασχημάτιζε στα επιθυμητά επίπεδα τάση και ρεύμα πρόβαλε πλέον σαν επιτακτική ανάγκη. Όλα τα παραπάνω λοιπόν οδήγησαν στην ανάπτυξη του μετασχηματιστή. Ο μετασχηματιστής έγινε αρωγός στην ανάπτυξη των ηλεκτρικών δικτύων εναλλασσόμενου ρεύματος, τα οποία έγιναν ακόμα πιο ελκυστικά με την ανάπτυξη των πολυφασικών συστημάτων από το Nikola Tesla. Οι πρωτοποριακές για την εποχή εφευρέσεις του Tesla όσον αφορά τους κινητήρες εναλλασσόμενου, τις γεννήτριες, τους μετασχηματιστές και τα συστήματα μεταφοράς αποτέλεσαν τη βάση για την ανάπτυξη των σημερινών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι λοιπόν, η διαμάχη μεταξύ των συστημάτων μεταφοράς συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος έληξε σύντομα υπέρ των δεύτερων για τρεις κυρίως λόγους: 1. Ο μετασχηματιστής παρείχε τη ζητούμενη δυνατότητα να μεταβάλλονται εύκολα τα επίπεδα τάσης και να χρησιμοποιούνται έτσι διαφορετικά επίπεδα τάσης, για την παραγωγή, τη μεταφορά και τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας. 2. Οι γεννήτριες εναλλασσόμενου ήταν πολύ πιο απλές στην κατασκευή και λειτουργία από τις γεννήτριες συνεχούς. 3. Οι κινητήρες εναλλασσόμενου ήταν απλούστεροι και φθηνότεροι από τους κινητήρες συνεχούς. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 15

16 Η αυξανόμενη ανάγκη για μεταφορά όλο και μεγαλύτερων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, οδήγησε στη χρήση προοδευτικά όλο και υψηλότερων επιπέδων τάσης. Ενώ λοιπόν στα πρώτα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος τα επίπεδα τάσης ήταν 12, 44 και 60 kv, ανήλθαν στα 165 kv το 1922, στα 220 kv το 1923, στα 287 kv το 1935, στα 350 kv το 1953, στα 500 kv το 1965 και στα 765 kv το Για να αποφευχθεί η εξάπλωση ενός απεριόριστου αριθμού στα επίπεδα τάσης, γεγονός που θα προκαλούσε τιτάνια προβλήματα στην τυποποίηση του εξοπλισμού, η βιομηχανία επέλεξε κάποια επίπεδα τάσης ως τυποποιημένα. Αυτά είναι τα εξής: 115, 132, 138, 150, 161, 220, 230 και 275 kv για τη 36 βαθμίδα των υψηλών τάσεων και 345, 400, 500 και 765 kv για τη βαθμίδα των υπερύψηλων τάσεων. 1.3 Σύστημα Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας[4] Το γεγονός της ολοένα και μεγαλύτερης ποσότητας της ενέργειας την οποία επιβάλλει τόσο ο σύγχρονος τρόπος ζωής σε συνδυασμό με τη γιγάντωση της τεχνολογίας η οποία με τη σειρά της έχει επιφέρει μεγάλη αύξηση στη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας καθιστούν τις γραμμές μεταφοράς να κατέχουν συμαντικό ρόλο στην αποτελεσματικότητα των σύγχρονων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Το σύστημα Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας αποτελεί το μέσο παραλαβής της ενέργειας από το σταθμό παραγωγής και απόδοσής της μέχρι και τον τελευταίο καταναλωτή. Η μεταφορά κανονικά υποδηλώνει τη μεταφορά του κύριου όγκου της ισχύος υπό την υψηλή τάση μεταξύ των κυρίων κέντρων κατανάλωσης. Η διανομή από την άλλη ασχολείται κυρίως με ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 16

17 την μετάδοση της ισχύος στους καταναλωτές με δίκτυα χαμηλής τάσης. Οποιοδήποτε Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας, είτε πρόκειται για Σύστημα Μεταφοράς(ονομαστική τάση 150kV- 400kV), είτε για σύστημα διανομής(της τάξης των 20kV), πρέπει να ικανοποιεί ορισμένες γενικές απαιτήσεις, οι οποίες είναι οι εξής: Το σύστημα μεταφοράς θα πρέπει να παρέχει σταθερή, ή τουλάχιστον σχεδόν σταθερή τάση, καθώς επίσης και οι τάσεις των φάσεων θα πρέπει να βρίσκονται σε ισορροπία. Το κύμα της τάσης να έχει ημιτονοειδή μορφή και η συχνότητα να είναι σταθερή. Η αποδοτικότητα θα πρέπει να πλησιάζει τη τιμή εκείνη, η οποία συνεπάγεται το ελάχιστο ετήσιο κόστος μεταφοράς αλλά και συντήρησης του συστήματος. Σύμφωνα με το νόμο ορίων, η επίδραση του συστήματος μεταφοράς στις εγκαταστάσεις άλλων επιχειρήσεων, όπως είναι αυτές των τηλεφωνικών ή ακόμα και των ραδιοφωνικών, που προκαλείται από ηλεκτρικές ή μαγνητικές παρεμβολές, θα πρέπει να περιορίζεται εντός παραδεκτών ορίων. Στον όρο γραμμές μεταφοράς, αναφέρονται κυρίως οι εναέριες γραμμές και αυτό γιατί αυτές συμμετέχουν στα δίκτυα μεταφοράς και διασύνδεσης ηλεκτρικής ενέργειας. Βέβαια όπως προαναφέρθηκε υπάρχει και χρησιμοποίηση υπόγειων γραμμών μεταφοράς υψηλής αλλά και υπερυψηλής τάσης, όμως αυτή η χρήση είναι πολύ περιορισμένη και απαντάται κυρίως στη μεταφορά ή υπομεταφορά μέσα στα αστικά κέντρα αλλά και ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 17

18 στις διασυνδέσεις των νησιωτικών περιοχών με την ηπειρωτική χώρα. Διακρίνουμε τέσσερις τρόπους με τους οποίους μπορούν να κατηγοριοποιηθούν οι γραμμές μεταφοράς. Αρχικά σύμφωνα με το επίπεδο της τάσης με το οποίο είναι φορτισμένες, με το μήκος τους, με τον αριθμό κυκλωμάτων τους και τέλος με την ικανότητά τους στη μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας. Ξεκινώντας, τα επίπεδα τάσης τα οποία συναντούμε στις γραμμές μεταφοράς της Ελλάδας, είναι τα ακόλουθα: 400kV 150kV 66kV Στη δεύτερη κατηγοριοποίηση οι γραμμές διαχωρίζονται με βάση το μήκος τους και ανάλογα με αυτό έχουν και διαφορετικά αντίστοιχα ισοδύναμα κυκλώματα. Πιο αναλυτικά: Γραμμές μεταφοράς μικρού μήκους με συνολικό ονομαστικό μήκος μικρότερο των 80km. Γραμμές μεταφοράς μεσαίου μήκους, των οποίων το συνολικό μήκος κυμαίνεται από km. Γραμμές μεταφοράς μεγάλου μήκους με συνολικό ονομαστικό μήκος μεγαλύτερο των 250km. Στον επόμενο διαχωρισμό οι γραμμές χωρίζονται με βάση τον αριθμό κυκλωμάτων τους, οπότε διακρίνονται τα εξής: ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 18

19 Γραμμές μεταφοράς απλού κυκλώματος οι οποίες αποτελούνται από ένα ισοδύναμο τριφασικό κύκλωμα. Γραμμές μεταφοράς διπλού κυκλώματος οι οποίες αποτελούνται από δυο ισοδύναμα τριφασικά κυκλώματα. Ένας βασικός παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπ όψιν στη σχεδίαση και λειτουργία ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας είναι η ικανότητα φόρτισης των γραμμών μεταφοράς. Είναι σαφές οτι όταν επιχειρήσουμε να μεταφέρουμε ηλεκτρική ενέργεια μέσω μιας γραμμής μεταφοράς, θα φτάσουμε σ ένα όριο πέραν του οποίου δεν μπορούμε να διακινήσουμε άλλη ενέργεια. Για εναέριες γραμμές μικρού σχετικά μήκους και για υπόγεια καλώδια το όριο αυτό καθορίζεται κυρίως από τη θερμική αντοχή των αγωγών της γραμμής. Για εναέριες γραμμές μεγάλου μήκους το όριο αυτό καθορίζεται από τη σύνθετη αντίσταστη της γραμμής, η οποία περιορίζει την ισχύ που μπορεί να μεταφερθεί δι αυτής πολύ πριν φτάσουμε στο όριο θερμικής αντοχής των αγωγών. Για την τελευταία κατηγοριοποίηση κατά την οποία οι γραμμές διαχωρίζονται με βάση την ικανότητα που έχουν ως προς τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις: Γραμμές μεταφοράς Ελαφρού τύπου. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 19

20 Γραμμές μεταφοράς Βαρέως τύπου. Γραμμές μεταφοράς Υπερβαρέως τύπου με δίδυμο και τρίδυμο αγωγό ανά φάση. Με βάση τους παραπάνω διαχωρισμούς ακολουθεί ο πίνακας 1.2 ο οποίος δείχνει τις γραμμές μεταφοράς στην Ελλάδα. Επίπεδο τάσης(kv) Κύκλωμα Χαρακτηρισμός γραμμής μεταφοράς Συνολικό μήκος(km) 66 Απλό Ε/ Απλό Ε/ Απλό Β/ Διπλό 2β/ Διπλό 2Β/ Απλό Β Β / Διπλό 2Β Β / Απλό Β Β Β / Πίνακας 1.2 Ικανότητα των γραμμών ως προς τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας Ο χαρακτηρισμός μιας γραμμής αφορά τον τύπο της γραμμής(ελαφρού ή βαρέως ή υπερβαρέως τύπου, Ε, Β και Β αντίστοιχα), τον αριθμό των κυκλωμάτων (το 2 υποδηλώνει γραμμή διπλού κυκλώματος) ενώ το Β Β στις γραμμές των 400kV αναφέρεται στη χρησιμοποίηση δυο αγωγών, στερεωμένων σε μικρή απόσταση μεταξύ τους ανά φάση(και κύκλωμα). Όλοι οι αγωγοί είναι τύπου ACSR και διατομές των αγωγών μεταφοράς εκφράζονται σε mil circular mils(mcm) σύμφωνα με την αμερικανική τυποποίηση (1 MCM=0,5067 mm 2 ). ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 20

21 Μεγαλύτερη αξιοπιστία μεταφοράς έχουν όπως είναι φυσικό οι γραμμές απλού κυκλώματος, όταν δηλαδή οι ζώνες διελεύσεως των γραμμών χωρίζονται μεταξύ τους με σημαντική απόσταση. Όπου όμως είναι δύσκολη η εξεύρεση επαρκών διαδρομών διελεύσεως, όπως οι διαδρομές ορεινού χαρακτήρα ή και για λόγους μικρότερου κόστους μεταφοράς, εις βάρος όμως της αξιοπιστίας, χρησιμοποιούνται γραμμές διπλού κυκλώματος, στις οποίες δυο ανεξάρτητα τριφασικά κυκλώματα φέρονται σε κοινούς πυλώνες. Η χρησιμοποίηση δυο ή και τριων αγωγών ανά φάση γίνεται στην υπερυψηλή τάση για τη μεταφορά ακόμα μεγαλύτερων ποσοτήτων ισχύος από την ίδια οδό διέλευσης Θερμικό όριο μεταφοράς ισχύος[4] Κατά τη ροή ρεύματος μέσω αγωγών παράγεται, λόγω των απωλειών μεταφοράς RI 2, θερμότητα που προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας τους. Για να αποφευχθούν υπερβολικά βέλη κάμψης των εναέριων αγωγών μεταξύ των πυλώνων και συνεπώς μη αναστρέψιμο τάνυσμα αυτών, η θερμοκρασία τους πρέπει να κρατείται μέσα σε ασφαλή όρια, γεγονός που επιβάλλει περιορισμούς στο μέγιστο ρεύμα που μπορούν με ασφάλεια να μεταφέρουν. Προφανώς το όριο αυτό εξαρτάται από τη σχεδίαση της γραμμής(μέγεθος και γεωμετρία αγωγών, αποστάσεις μεταξύ των πυλώνων κ.λ.π.) και τις συνθήκες λειτουργίας(θερμοκρασία, ταχύτητα ανέμου κ.λ.π.) Για τα καλώδια τα θερμικά όρια είναι ακόμη πιο αυστηρά διότι είναι πιο περιορισμένες σε αυτά οι δυνατότητες απαγωγής της θερμότητας. Υπερβολική αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί καταπόνηση της μόνωσης που μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή της. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 21

22 Οι γραμμές μεταφοράς εξάλλου, σχεδιάζονται να λειτουργούν υπό ορισμένο επίπεδο τάσης. Το μέγεθος των αγωγών, η γεωμετρία τους, η απόσταση μεταξύ των φάσεων και η επιλογή της μόνωσης καθορίζονται με βάση το επίπεδο τάσης που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί. Με βάση τους περιορισμούς όσον αφορά το μέγιστο ρεύμα και την τάση λειτουργίας μιας γραμμής υπάρχει ένας αντίστοιχος περιορισμός όσον αφορά τα MVA που μπορεί με ασφάλεια αυτή να μεταφέρει και κατά συνέπεια ένας περιορισμός όσον αφορά τα MW. Το θερμικό όριο μεταφοράς πραγματικής ισχύος εξαρτάται από το συντελεστή ισχύος (ΣΙ). 1.4 Σύστημα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας[10] Διανομή Ηλεκτρικής Ενέργειας είναι το σύνολο διαδικασιών λειτουργίας και ελέγχου με τις οποίες η ηλεκτρική ενέργεια διανέμεται στους καταναλωτές, ωστε να χρησιμοποιηθεί από αυτούς μετατρεπόμενη σε άλλες πιό εξυπηρετικές μορφές όπως φως, θερμότητα, κίνηση, ήχο κ.λ.π. Τα δίκτυα Διανομής (Δ.Δ) περιλαμβάνουν τις γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας, μέσω των οποίων αυτή φτάνει έως τους καταναλωτές και τους υποσταθμούς υποβιβασμού τάσης, οι οποίοι τις συνδέουν με το σύστημα μεταφοράς. Τα Δ.Δ. φτάνουν μέχρι το μετρητή της παρεχόμενης στον καταναλωτή ηλεκτρικής ενέργειας. Μετά το μετρητή της αρχίζει η εσωτερική ηλεκτρική εγκατάσταση, που περιλαμβάνει το εσωτερικό δίκτυο διανομής και τις συσκευές κατανάλωσης. Η κατασκευαστική διαμόρφωση των Δ.Δ. συνδέεται άμεσα με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά δόμησης των πόλεων ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 22

23 και, γενικότερα, του τρόπου χωροταξικής διαμόρφωσης κάθε χώρας. Αυτό διαπιστώνεται και από το γεγονός οτι τα Δ.Δ. κάθε χώρας έχουν κατά γενικό κανόνα τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους, σε αντίθεση με τα δίκτυα μεταφοράς που είναι διεθνώς όμοια. Τα Δ.Δ. διακρίνονται γενικά, ανάλογα με τη τάση, σε δίκτυα υψηλής τάσης (35-150kV), δίκτυα μέσης τάσης (1-35kV) και δίκτυα χαμηλής τάσης ( V). Οι αναφερόμενες τάσεις είναι οι πολικές (μεταξύ φάσεων) τριφασικού συστήματος. Ανάλογα με τη κατασκευαστική τους διαμόρφωση, τα δίκτυα διανομής διακρίνονται σε εναέρια και υπόγεια. Πλεονέκτημα των εναέριων δικτύων έναντι των υπογείων είναι οτι είναι λιγότερο δαπανηρά και η αποκατάσταση των βλαβών ταχύτερη. Στην Ελλάδα τα δίκτυα μέσης τάσης είναι 20kV (και 15kV). Οι χρησιμοποιούμενοι στύλοι είναι συνήθως ξύλινοι. Υπάρχουν επίσης τσιμεντένοι στύλοι και σπανιότερα χρησιμοποιούνται και μεταλλικοί. Οι χρησιμοποιούμενοι αγωγοί είναι συνήθως στη χαμηλή τάση από αλουμίνιο και στη μέση τάση από αλουμίνιο με χαλύβδινη ψυχή (ACSR). Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν αγωγοί χαλκού, σήμερα όμως η χρήση τους περιορίζεται σε περιοχές έντονης διάβρωσης. Τα τελευταία χρόνια, οι εναέριες γραμμές χαμηλής τάσης κατασκευάζονται, σε ολοένα αυξανόμενο ποσοστό, με μεμονωμένους αγωγούς (τα λεγόμενα συνεστραμμένα καλώδια), με τάση κατάργησης των γυμνών αγωγών. Κατ αυτόν το τρόπο αυξάνεται η ασφάλεια λειτουργίας. Στις πυκνοκατοικημένες περιοχές των πόλεων, τα δίκτυα διανομής κατασκευάζοναι συνήθως υπόγεια, διότι δεν υπάρχει ο αιτούμενος χώρος, ώστε να τηρούνται οι αποστάσεις ασφαλείας από τα κτίρια, αλλά και για λόγους αισθητικής. Η εγκατάσταση των υπόγειων γραμμών γίνεται κατά κανόνα κάτω από τα πεζοδρόμια, μέσα σε κατάλληλα διαμορφωμένα χαντάκια, ώστε να προστατεύονται από μηχανικές καταπονήσεις. Όταν ο χώρος ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 23

24 του πεζοδρομίου δεν επαρκεί, η εγκατάσταση γίνεται κάτω από το οδόστρωμα. Σύμφωνα με το Ν. 2773/1999, η ΔΕΗ, μέσω της Γενικής Διεύθυνσης Διανομής, είναι ο μοναδικός διανομέας ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα, ενώ παραμένει Διαχειριστής του Δικτύου Διανομής. Η Επιχειρησιακή Μονάδα της Διανομής 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. Παραλαμβάνει την ηλεκτρική ενέργεια από τη Μεταφορά και μέσω του Δικτύου της, παρέχει τη δυνατότητα σε όλους τους χρήστες του Δικτύου να προμηθεύονται την ηλεκτρική ενέργεια που επιθυμούν. Μέσω του Δικτύου της Διανομής, η ΔΕΗ υλοποίησε το τεράστιο έργο του εξηλεκτρισμού της χώρας, δίνοντας τη δυνατότητα ο ηλεκτρισμός να φτάσει σε κάθε γωνιά της. Σήμερα, η Παραγωγή της ΔΕΗ και άλλοι ιδιώτες παραγωγοί, καθώς και οι εισαγωγείς ενέργειας προσφέρουν ηλεκτρική ενέργεια στη χονδρεμπορική αγορά και την εγχέουν στο Διασυνδεδεμένο Ηλεκτρικό Σύστημα της χώρας. Η ενέργεια αυτή διαδοχικά, μέσω των δικτύων Μεταφοράς και Διανομής φθάνει στους καταναλωτές Κατηγορίες Ηλεκτρικών Δικτύων Διανομής[4] Η διάκριση των δικτύων διανομής γίνεται με βάση: Τάση Όπως αναφέρθηκε και σε προηγούμενες παραγράφους, τα δίκτυα διανομής ανάλογα με το επίπεδο τάσης χωρίζονται σε: Δίκτυα μέσης τάσης (ΜΤ 15-20kV) Δίκτυα χαμηλής τάσης (ΧΤ 220/400kV) ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 24

25 Τα επιτρεπτά όρια διακύμανσης της τάσης καθορίστηκαν από την Ευρωπαική Επιτροπή Ηλεκτροτεχνικής Τυποποίησης (CENELEC) και εγκρίθηκαν από την Ευρωπαική Ένωση και τη χώρα μας. Στη Χ.Τ. η ονομαστική τάση είναι 230/400 V. Η τάση τροφοδότησης των καταναλωτών επιτρέπεται να κυμαίνεται στο ±10% της ονομαστικής τάσης, δηλαδή από 207 έως 253 V. Μέτρα για τη ρύθμιση της τάσης είναι η εκλογή θέσης στους μετασχηματιστές ρύθμισης τάσης (tap changers) και η κατάλληλη επιλογή διατομής γραμμών ΧΤ. Στη ΜΤ η ονομαστική τάση είναι ανάλογα με το δίκτυο 20,15 ή 6.6 kv. Η τάση τροφοδότησης των καταναλωτών επιτρέπεται να κυμαίνεται στο ±10% της ονομαστικής τάσης. Συνεπώς στα δίκτυα των 20kV τα όρια είναι από 18 έως 22 kv, στα δίκτυα των 15kV τα όρια είναι από 13.5 έως 16.5kV και στα δίκτυα των 6.6kV τα επιτρεπόμενα όρια είναι από 5.94 έως 7.26 kv. Το μήκος Η διάκριση ανάλογα με το μήκος των γραμμών διανομής έχει ως εξής: Μικρού μήκους, όταν το μήκος είναι μέχρι 50km Μεσαίου μήκους, όταν το μήκος είναι από 50 έως 250 km Μεγάλου μήκους, όταν το μήκος τους υπερβαίνει τα 250km Επειδή οι γραμμές διανομής ξεκινούν από υποσταθμούς και καταλήγουν σε ιδιόκτητους υποσταθμούς καταναλωτών μέσης τάσης (π.χ. εργοστάσια, νοσοκομεία κτλ), ή σε καταναλωτές χαμηλής τάσης (π.χ. σπίτια, καταστήματα κτλ) το μήκος τους δεν υπερβαίνει συνήθως τα 250km. Αυτό ισχύει κυρίως στις γραμμές μεταφοράς που ξεκινούν από υποσταθμούς και καταλήγουν σε υποσταθμούς. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 25

26 Τη θέση τους ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ Μ.Τ. ΝΟΜΟΥ ΑΡΤΑΣ Τα ηλεκτρικά δίκτυα διανομής διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: Εναέρια Υπόγεια Εκ των οποίων θα μας απασχολήσουν μόνον τα εναέρια. Τα ενάερια δίκτυα χρησιμοποιούνται ως δίκτυα μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι τα πλέον διαδεδομένα και παρουσιάζουν ευκολία στη κατασκευή, στην επιθεώρηση και τη συντήρησή τους. Τη δομή Τα δίκτυα διανομής διακρίνονται με βάση τη δομή τους σε: Κλειστά Ανοιχτά Το ανοιχτό δίκτυο τροφοδοτεί τα φορτία του από ένα σημείο με αποτέλεσμα οποιαδήποτε βλάβη σε ένα σημείο του να απομονώσει όλους τους καταναλωτές που βρίσκονται πέρα από το σημείο βλάβης. Τα ανοικτά δίκτυα κατασκευάζονται σε αραιοκατοικημένες περιοχές με λίγα φορτία. Η δομή ενός τέτοιου δικτύου διανομής φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 26

27 Σχήμα Ανοικτό δίκτυο διανομής Στο κλειστό δίκτυο διανομής κάθε καταναλωτής μπορεί να τροφοδοτεί δυο σημεία με αποτέλεσμα τη δυνατότητα εναλλακτικής τροφοδοσίας σε περίπτωση βλάβης. Τα κλειστά δίκτυα κατασκευάζονται σε πυκνοκατοικημένες περιοχές και κοστίζουν περισσότερο από τα ανοικτά δίκτυα. Η δομή ενός τέτοιου δικτύου φαίνεται στο σχήμα: Σχήμα Κλειστό δίκτυο διανομής ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 27

28 1.4.2 Το εναέριο δίκτυο Διανομής[6] Στις γραμμές αυτές χρησιμοποιούνται γυμνά χάλκινα σύρματα και σπάνια αλουμίνιο, χωρίς εσωτερική χαλύβδινη ψυχή. Αποτελούνται από τρεις φάσεις και ουδέτερο. Ο πέμπτος αγωγός που φαίνεται να υπάρχει σε πολλές περιπτώσεις, είναι ο αγωγός δημοτικού φωτισμού. Οι στύλοι είναι ξύλινοι ή τσιμεντένιοι με μικρότερες διαστάσεις από εκείνους της μέσης τάσης. Μπορεί να βρίσκονται και σχετικά κοντά στις κατοικίες, τις οποίες άλλωστε τροφοδοτούν με ηλεκτρική ενέργεια, αφού η τάση τους είναι χαμηλή. Οι μονωτήρες των γραμμών αυτών είναι μικρότεροι εκείνων της μέσης τάσης, αλλά έχουν την ίδια μορφή και κατασκευάζονται από πορσελάνη ή γυαλί. Στα σημεία διακλάδωσης τοποθετούνται σαν στοιχεία προστασίας ασφαλείες, που όταν καίγεται το νήμα τους, απομονώνουν το τμήμα της γραμμής με τη βλάβη. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 28

29 Σχήμα Μονοί στύλοι (α) απλού και (β) διπλού κυκλώματος Αγωγοί, Στύλοι και μονωτήρες γραμμών διανομής [5] Τα υλικά που γενικά χρησιμοποιούνται στους αγωγούς των γραμμών διανομής είναι ο χαλκός και το αλουμίνιο. Ένας σύνθετος αγωγός, το ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced-Αγωγός Αλουμινίου Ενισχυμένος με Χάλυβα) αποτελείται από κλώνους αλουμινίου, τοποθετημένους γύρω από ένα χαλύβδινο κεντρικό πυρήνα, ο οποίος παρέχει μηχανική ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 29

30 αντοχή στον αγωγό. Οι κύριες απαιτήσεις από τα αγώγιμα υλικά είναι: 1. Η υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα 2. Η υψηλή μηχανική αντοχή 3. Το μικρό ειδικό βάρος 4. Η χαμηλή οξείδωση στον αέρα 5. Η ευχέρια συνδέσεως των αγωγών 6. Το μικρό κόστος Ως ποσοστό της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του χαλκού ελαφριάς έλξης, η αγωγιμότητα του χαλκού ισχυρής έλξης είναι 97% και του αλουμινίου 60% περίπου. Η απαιτούμενη διατομή ενός αγωγού καθορίζεται από το ρεύμα που τον διαρρέει, αφού η ωμική αντίσταση της γραμμής μεταφοράς είναι αντιστρόφως ανάλογη της διατομής του αγωγού. Ο αγωγός της γραμμής μεταφοράς θερμαίνεται από τις ωμικές απώλειες και η θερμότητα αυτή ακτινοβολείται στον αέρα, αναπτύσσοντας μια θερμοκρασία ισορροπίας στον αγωγό. Σε υψηλές θερμοκρασίες η μηχανική αντοχή του αγωγού μειώνεται και έτσι η θερμοκρασία ισορροπίας του δεν πρέπει να υπερβαίνει ένα ορισμένο όριο, το οποίο είναι συνήθως 100 ο C. Για να υπάρχει και ένα περιθώριο ασφαλείας, η σχεδίαση γίνεται συνήθως για 90 ο C. Το αντίστοιχο ρεύμα αποτελεί το ανώτατο επιτρεπόμενο όριο φορτίσεως του αγωγού και ονομάζεται ικανότητα μεταφοράς ρεύματος αγωγού. Οι κλιματικές διαφορές απαιτούν ποικίλες σχεδιάσεις στους πυλώνες διανομής. Σε μερικές περιοχές οι γραμμές πρέπει να αντέχουν σε θύελλες, ενώ σε άλλες πρέπει να αντέχουν σε χιονοθύελλες, σε πάγο κ.λ.π. Η ένταση των κεραυνών διαφέρει από περιοχή σε περιοχή. Η σχεδίαση της γραμμής πρέπει να λαμβάνει υπ όψιν την τοπογραφία της περιοχής που διατρέχει η ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 30

31 γραμμή, η οποία μπορεί να ποικίλλει από ανοιχτές πεδιάδες μέχρι δασωμένα βουνά Αγωγοί[5] Οι αγωγοί αποτελούν το μέσο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Ανάλογα με τη κατασκευή τους διακρίνονται σε μονόκλωνους (από ένα σύρμα) και σε πολύκλωνους (από περισσότερα του ενός συνεστραμμένα σύρματα με συνολική διατομή μεγαλύτερη απο 6mm 2 ). Οι πολύκλωνοι αγωγοί είναι πιο ακριβοί αλλά χρησιμοποιούνται περισσότερο λόγο της μεγαλύτερης ευκαμψίας και της μεγαλύτερης μηχανικής αντοχής τους. Οι αγωγοί είναι πολύ σημαντικό στοιχείο για τη γραμμή διανομής και αποτελούν, γύρω στο 40% του συνολικού κόστους της γραμμής. Υπάρχει μεγάλη ποικιλία αγωγών ανάλογα με τη διατομή, το υλικό και το τρόπο κατασκευής τους. Για την επιλογής τους λαμβάνονται υπ οψιν πολλές παράμετροι όπως οι μηχανικές και οι ηλεκτρικές ιδιότητές τους, καθώς επίσης και το ολικό κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που θα χαθεί εξαιτίας των απωλειών. Οι πρώτοι αγωγοί που χρησιμοποιήθηκαν σε εναέρια δίκτυα διανομής, ήταν από χαλκό. Οι γραμμές από χαλκό, αν και είχαν αρκετά ικανοποιητικό συντελεστή αγωγιμότητας, δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά σε δίκτυα τα οποία είχαν μεγάλες αποστάσεις μεταξύ των πυλώνων τους, εξαιτίας της υψηλής αναλογίας βάρους προς την αντοχή και επιπρόσθετα ήταν πολύ ακριβές. Έτσι αποσύρθηκαν. Στις αρχές του 20 ου αιώνα άρχισαν να χρησιμοποιούνται οι αγωγοί αλουμινίου οι οποίοι ήταν χαμηλότερης αγωγιμότητας, όμως και χαμηλότερου κόστους. Εξαιτίας όμως της μικρής αντοχής του αλουμινίου κρίθηκε ακατάλληλο για εγκαταστάσεις ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 31

32 δικτύων με πυλώνες σε σχετική μεγάλη απόσταση μεταξύ τους. Η καινοτόμα ιδέα της ενίσχυσης αλουμινίου με χάλυβα εμφανίστηκε περίπου στα μέσα του ίδιου αιώνα και είναι αυτή που επικρατεί μέχρι σήμερα. Οι αγωγοί ACSR, όπως λέγονται, συνδυάζουν τις ικανοποιητικές ηλεκτρικές ιδιότητες του αλουμινίου με την υψηλή αντοχή του χάλυβα διατηρώντας το κόστος κατασκευής σε χαμηλά επίπεδα. Επίσης τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί αγωγοί κραμάτων αλουμινίου που έχουν παρόμοια συμπεριφορά με τους ACSR χωρίς όμως να παρουσιάζουν προβλήματα διάβρωσης, όπως συμβαίνει πολλές φορές με το πυρήνα των αγωγών όταν αυτοί βρίσκονται υπό ακραία καιρικά φαινόμενα. Τέλος πρέπει να αναφερθεί οτι οι αγωγοί θα πρέπει να έχουν τα χαρακτηριστικά που θα τους επιτρέπουν να μειώνουν τις επιδράσεις ηλεκτρικής προέλευσης στο περιβάλλον. Να έχουν μειωμένα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία τα οποία θεωρούνται υπαίτια καρκινογενέσεων, όπως επίσης μειωμένες ραδιοφωνικές παρεμβολες Αγωγοί από χαλκό[5] Ο χαλκός έχει μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα και καλή μηχανική αντοχή. Η αγωγιμότητά του μειώνεται όταν έχει ξένες προσμίξεις, καθώς επίσης όταν έχει κατεργαστεί εν ψυχρώ. Αυτό όμως του δίνει μεγαλύτερη μηχανική αντοχή. Ένα άλλο πλεονέκτημά του είναι οτι δεν διαβρώνεται εύκολα και γι αυτό χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά σε δίκτυα που είναι κοντά στη θάλασσα. Σήμερα επειδή το αλουμίνιο έχει μικρότερο κόστος αντικαθιστά το χαλκό κυρίως στους αγωγούς των εναέριων δικτύων. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 32

33 Αγωγοί από αλουμίνιο[5] Το αλουμίνιο σε σχέση με το χαλκό είναι τρεις φορές ελαφρύτερο και είναι πιο φθηνό. Έχει όμως τη μισή μηχανική αντοχή και το 60% της αγωγιμότητας του χαλκού. Για παράδειγμα ένας αγωγός αλουμινίου με ισοδύναμη διατομή με αγωγό από χαλκό έχει το μισό του βάρος και διάμετρο 1.6 φορές μεγαλύτερη. Τα παραπάνω μας δείχνουν οτι ο αγωγός από αλουμίνιο δέχεται μεγαλύτερες επιφορτίσεις από τον άνεμο και τον πάγο λόγω της μεγαλύτερης επιφάνειάς του, αλλά συγχρόνως περιορίζονται σ αυτόν οι απώλειες. Το αλουμίνιο με κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες οξειδώνεται επιφανειακά. Το στρώμα της οξείδωσης είναι πολύ λεπτό και προστατεύει τον αγωγό από την παραπέρα οξείδωση. Κοντά στη θάλασσα όμως διαβρώνεται από το αλάτι που περιέχεται στον αέρα, σε βάθος μέχρι 3mm. Οι αγωγοί αλουμινίου χρησιμοποιούνται κυρίως στις γραμμές χαμηλής τάσης και μακριά από τη θάλασσα. Στις γραμμές υψηλής και υπερυψηλής τάσης δεν χρησιμοποιούνται γιατί έχουν μικρή μηχανική αντοχή Αγωγοί από αλουμίνιο-χάλυβα(acsr)[5] Τα μειωνεκτήματα των αγωγών αλουμινίου αντιμετωπίζονται με επιτυχία με τους αγωγούς ACSR. Αυτοί έχουν ψυχή από κλώνους με γαλβανισμένο χάλυβα. Ο χάλυβας αναλαμβάνει τη μηχανική αντοχή και το αλουμίνιο το μεγαλύτερο μέρος της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι αγωγοί ACSR έχουν περίπου 50% μεγαλύτερη αντοχή από τους αγωγούς χαλκού και είναι 20% ελαφρύτεροι για ισοδύναμη διατομή με το χαλκό. Χρησιμοποιούνται στις γραμμές υψηλής τάσης γιατί επιτρέπεται μεγαλύτερο άνοιγμα των πυλώνων. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 33

34 Επίσης, είναι πιο φθηνοί και παρουσιάζουν μικρότερες απώλειες Στύλοι[5,10] Οι αγωγοί των εναέριων γραμμών στηρίζονται σε στύλους. Οι στύλοι διακρίνονται σε ξύλινους ή οπλισμένου σκυροδέματος, σε ελαφρούς, μέσους και βαρείς. Πρόκειται για κατασκευές εξ όψεως γνωστές σε όλους. Τα υλικά και η εγκατάσταση κάθε στύλου είναι τυποποιημένα. Έτσι τα τυποποιημένα ύψη τών στύλων που χρησιμοποιούνται είναι 9-15m. Οι ξύλινοι στύλοι προέρχονται από κορμούς δέντρων όπως έλατα, κέδροι, πεύκα, κυπαρίσσια και καστανιές. Οι κορμοί πριν χρησιμοποιηθούν υπόκεινται σε χημική κατεργασία (εμποτισμό) για να γίνουν ανθεκτικοί. Οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται είναι κυάνιο και κρεώζοτο. Η διάρκεια ζωής ενός στύλου μπορεί να ξεπεράσει τα 40 χρόνια. Η επισήμανση αυτών φαίνεται στους πίνακες που ακολουθούν. Σε σχέση με τους ξύλινους στύλους, οι στύλοι με οπλισμένο σκυρόδεμα έχουν αυξημένο κόστος και δυσκολία στη τοποθέτησή τους, παρουσιάζουν όμως μεγαλύτερη μηχανική αντοχή και διάρκεια ζωής. Οι χρησιμοποιούμενοι στύλοι μπετόν αρμέ είναι φυγοκεντρικού τύπου, δηλαδή κατασκευή υπό πίεση λόγω φυγοκέντρισης για να έχουν μεγαλύτερη αντοχή. Το ύψος τους κυμαίνεται στα όρια 9-15m και το όριο θραύσης είναι 0.25m από τη κορυφή τους. Στο σχήμα (1.3.10) δίνεται ένα παράδειγμα για στύλο ευθυγραμμίας ή μικρής γωνίας με απλή στήριξη των γυμνών αγωγών μέσω ξύλινης τραβέρσας(βραχίονας) κατά τον κανονισμό της ΔΕΗ. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 34

35 Εικόνα Ξύλινος στύλος με ξύλινη τραβέρσα, μονωτήρες και επίτονο. Η στήριξη των αγωγών πάνω σε ξύλινες τραβέρσες γίνεται με χρήση μονωτήρων οι οποίοι εξασφαλίζουν τη διηλεκτρική αντοχή μεταξύ αγωγών και αγωγών προς τη γη. Στο τέλος μιας εναέριας γραμμής ή σε αλλαγή της διεύθυνσής της τοποθετούνται επίτονοι (βλ σχήμα ) ή αντηρίδες γιατί εκεί αναπτύσσονται μεγάλες δυνάμεις στους στύλους. Οι επίτονοι είναι συρματόσχοινα από ατσάλι που ξεκινούν από ψηλά στο στύλο και αγκυρώνονται εντός του εδάφους κατά τον κανονισμό της ΔΕΗ. Προκειμένου το συρματόσχοινο να τανυστεί σωστά τοποθετούνται πάντοτε εντατήρες. Όσον αφορά τις αντηρίδες, πρόκειται για ξύλινους στύλους που τοποθετούνται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να στηρίζουν τους κύριους στύλους. Ο επίτονος σε στύλους μέσης τάσης έχει μονωτήρα στη πάνω μεριά του (στη θέση πρόσδεσής του στο στύλο), προς αποφυγήν σπινθηρισμών πρός τον επίτονο. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 35

36 Συνήθως υπάρχει και προφυλακτήρας (προστατευτικό μεταλλίκο κάλυμμα) προς τη μεριά πρόσδεσής του στο έδαφος. Οι επίτονοι σε στύλους χαμηλής τάσης δεν διαθέτουν τον μονωτήρα που προαναφέρθηκε γιατί δεν υφίσταται πρόβλημα σπινθηρισμών στους αγωγούς και στους μονωτήρες χαμηλής τάσης. Σχήμα Σχηματική απεικόνιση πρόσδεσης επίτονου σε ξύλινο στύλο και στο έδαφος. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 36

37 Το δίκτυο μέσης τάσης που θα μελετήσουμε στο νομό Άρτας, συγκεκριμένα γραμμή R-25 Άρτας-Πηγών, διαθέτει στύλους που απεικονίζονται στα παρακάτω σχήματα, τα οποία προμηθευτήκαμε από τη ΔΕΗ. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 37

38 Σχήμα Απλή στήριξη με ξύλινο βραχίονα ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 38

39 Σχήμα πρόβολος με ένα ξύλινο βραχίνα ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 39

40 1.4.6 Μονωτήρες[3][7][1] Μονωτήρες είναι τα εξαρτήματα που χρησιμεύουν για την στερέωση των αγωγών των εναέριων γραμμών πάνω στους στύλους. Οι μονωτήρες πρέπει να έχουν μεγάλη ηλεκτρική αντοχή για να εξασφαλίζουν τέλεια μόνωση μεταξύ αγωγού και στύλου και μεγάλη μηχανική αντοχή ώστε να αντέχουν το βάρος του αγωγού μαζί με όλες τις καταπονήσεις όπως το χιόνι και ο αέρας. Οι μονωτήρες κατασκευάζονται από πορσελάνη σε μεγέθη που σχετίζονται με την τάση της γραμμής και σχήμα που εμποδίζει την επικάθηση υγρασίας και σκόνης. Ηλεκτρική αντοχή του μονωτήρα ονομάζεται η ελάχιστη τάση που είναι απαραίτητη για να δημιουργηθεί ηλεκτρικός σπινθήρας μεταξύ των άκρων του όπου στην περίπτωση αυτή προκαλείται υπερπήδηση και τοπικό βραχυκύκλωμα γραμμής. Η ηλεκτρική αντοχή του μονωτήρα μειώνεται σημαντικά από οποιαδήποτε ανωμαλία στην επιφάνεια του (ακαθαρσία, ράγισμα, σπάσιμο, υγρασία). Εικόνα Μονωτήρες γραμμών μεταφοράς. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 40

41 Οι μονωτήρες των γραμμών μεταφοράς συνήθως κρέμονται από τους στύλους και έχουν την μορφή αλυσοειδών αποτελούμενων από σειρά μονωτήρων που συνδέονται μεταξύ τους με μεταλλικούς συνδετήρες και ο αριθμός τους εξαρτάται από την τάση της γραμμής (πχ 10 για γραμμές 150 kv). Η κατανομή της τάσης σε κάθε δίσκο της αλυσοειδούς δεν γίνεται ομοιόμορφα αλλά ο πλησιέστερος στον αγωγό δέχεται τα 23/100 της συνολικής τάσης. Για να εξασφαλίζεται ομοιομορφία χρησιμοποιούνται δίσκοι που αντέχουν τη μέγιστη τάση ανεξάρτητα από τη θέση τους στην αλυσίδα. Σχήμα Σχέδιο μονωτήρα. Ο θρυμματισμός παρατηρείται στη περίπτωση των μονωτήρων από γυαλί, ως αποτέλεσμα της καταπόνησης από ένα ηλεκτρικό τόξο ή λόγω βανδαλισμού. Το μονωτικό υλικό θρυμματίζεται, ενώ είναι σημαντικό το γεγονός οτι διατηρείται η μηχανική ακεραιότητά τους. Παρατεταμένη επιφανειακή δραστηριότητα μπορεί να οδηγήσει στην επιφανειακή διάβρωση μονωτήρων από γυαλί, με αποτέλεσμα τη μερική καταστροφή της επιφάνειας ως και τη συνολική καταστροφή του μονωτήρα. Πρέπει να σημειωθεί πως όσον αφορά την την ηλεκτρική συμπεριφορά ενός μονωτήρα σημαντικό ρόλο παίζει η ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 41

42 σχεδίαση, οι διαστάσεις και η μορφή της εγκάρσιας διατομής των μονωτήρων, καθώς και η κατανομή της τάσης κατά μήκος τους. Όταν λοιπόν αναφερόμαστε στην ηλεκτρική συμπεριφορά του μονωτήρα, αναφερόμαστε στη προστασία από διάτρηση και υπερπήδηση. Ο όρος Διάτρηση (Puncture) αναφέρεται στη διάσπαση που λαμβάνει χώρα εντός του όγκου του διηλεκτρικού. Ο όρος Υπερπήδηση (Flashover) προσδιορίζει γενικότερα τη τελική φάση του φαινομένου της ηλεκτρικής διάσπασης του αέρα ή όποιου άλλου ρευστού διηλεκτρικού μέσου μέσω σπινθήρα έρποντα πάνω στην επιφάνεια ενός στερεού διηλεκτρικού. Η υπερπήδηση του αλυσοειδούς μονωτήρα σημαίνει απώλεια της διηλεκτρικής αντοχής της ίδιας της γραμμής και επομένως σφάλμα φάσης γης στο δίκτυο μεταφοράς. Ειδικότερα κατά την υπερπήδηση των αλυσοειδών μονωτήρων των γραμμών μεταφοράς, γεφυρώνεται το διάκενο αγωγού πυλώνα μέσω ηλεκτρικού σπινθήρα που αναπτύσσεται γύρω από την επιφάνεια των δισκοειδών μονωτήρων. Εικόνα Το φαινόμενο της υπερπήδησης. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 42

43 Γήρανση ενός διηλεκτρικού ονομάζεται η συνεχής μη αντιστρεπτή αλλοίωση των χαρακτηριστικών του, που έχει ως αποτέλεσμα τη συνεχή και μόνιμη μείωση της μονωτικής ικανότητάς του με το χρόνο, πριν από τη πρόκληση της οσχερούς καταστροφής του με διάσπαση. Υποβάθμιση ονομάζεται η προσωρινή μείωση των μονωτικών ιδιοτήτων ενός διηλεκτρικού (ή μιας μόνωσης) υπό την επίδραση καταπονήσεων η οποία εξαφανίζεται μετά τη διακοπή τους (πχ μείωση διηλεκτρικής αντοχής χαρτιού ή του μονωτικού λαδιού λόγω υγρασίας). Χειροτέρευση ορίζεται η μόνιμη μείωση των μονωτικών ιδιοτήτων μιας μόνωσης που πραγματοποιείται εντός ενός περιορισμένου χρονικού διαστήματος υπό την επίδραση ορισμένων καταπονήσεων οι οποίες επιβάλλονται κατά την διάρκεια αυτού του χρονικού διαστήματος (πχ μείωση της υγροφοβικής ικανότητας της επιφάνειας των συνθετικών μονωτήρων μετά από ανεμοθύελλα) Μετασχηματιστές[11][12] Στον πυρήνα κάθε εναλασσόμενου συστήματος ενέργειας βρίσκονται οι μετασχηματιστές (Μ/Σ). Αυτοί αλλάζουν τα επίπεδα τάσης και ρεύματος της ενεργειακής ροής, διατηρώντας (εκτός από ένα μικρό μέρος λόγω ηλεκτρικών απωλειών) την ίδια συνολικά ενεργειακή ροή. Η λειτουργία ενος Μ/Σ βασίζεται στην εξής απλή αρχή: Όταν μέσα από ένα πηνίο διέρχεται μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή (πεδίο), τότε επάγεται στα άκρα του τάση. Συγκεκριμένα μέσα από αυτό το πεδίο ο Μ/Σ μετατρέπει εναλλασσόμενη ηλεκτρική ενέργεια ενός επίπεδου τάσης σε εναλλασσόμενη ηλεκτρική ενέργεια, της ίδιας συχνότητας, αλλά διαφορετικού ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 43

44 επίπεδου τάσης. Στην ενεργειακή τεχνική αποτελούν μαζί με τις διατάξεις ελέγχου τις σημαντικότερες κατασκευές βιομηχανίας. Οι μετασχηματιστές κατασκευάζονται βάσει προκαθορισμένων προδιαγραφών και αγοράζονται σε μεγάλες ποσότητες. Οι Μ/Σ αντιμετωπίζουν δυο τύπους ηλεκτρικών απωλειών: α) τις απώλειες εν κενώ φορτίο (απώλειες πυρήνα ή σιδήρου) και β) τις απώλειες πλήρους φορτίου. Οι απώλειες εν κενώ είναι ηλεκτρικές απώλειες σχετιζόμενες με τη λειτουργία του Μ/Σ (λόγω της δημιουργίας μαγνητικού πεδίου μέσα στο πυρήνα του) και εμφανίζονται φυσικά επειδή ο Μ/Σ συνδέεται με μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι συνεχής ανεξάρτητα από το αν η ροή μέσω του Μ/Σ είναι μικρή ή μεγάλη. Οι απώλειες πυρήνα είναι τυπικά μικρότερες από 1% της ονομαστικής τιμής του. Μόνο όταν ο Μ/Σ υπερφορτωθεί σε σημείο πολύ πιο πέρα από το όριό του θα αλλάξουν οι απώλειες εν κενώ, λόγω μαγνητικού κορεσμού του πυρήνα. Οι Μ/Σ είναι διαθέσιμοι σε ποικίλα μεγέθη, τύπους και χωρητικότητες. Χρησιμοποιούνται σε ενεργειακά συστήματα σε τρεις κύριες περιοχές όπως φαίνεται και στο σχήμα : Για την ανύψωση της τάσης σε Υ.Τ. στα εργοστάσια παραγωγής (20kV/150kV ή 20kV/400kV). Για τη μεταφορά της ενέργειας (150kV/20kV ή 400kV/20kV). Για τον υποβιβασμό της τάσης και τη διανομή της ενέργειας στους καταναλωτές (20kV/400V). ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 44

45 Σχήμα Κύριες θέσεις των Μ/Σ σε ενεργειακά συστήματα. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 45

46 Η ΔΕΗ χρησιμοποιεί στο δίκτυό της μετασχηματιστές διανομής με πλήρωση ελαίων (λαδιού), γιατί το λάδι έχει διηλεκτρικές και ψυκτικές ιδιότητες. Όταν προκληθεί εσωτερικό βραχυκύκλωμα το λάδι διασπάται σε εύφλεκτα αέρια (μεθάνιο, κτλ) και τότε δημιουργείται υπερπίεση η οποία οδηγεί σε διάρρηξη του δοχείου του μετασχηματιστή, σε ανάφλεξη των αερίων (λόγω της υψηλής θερμοκρασίας στο σημείο του βραχυκυκλώματος και της επαφής του με το οξυγόνο του αέρα) και στη συνέχεια σε έκρηξη. Το σημείο ανάφλεξης του λαδιού είναι 140 βαθμοί Κελσίου. Το λάδι δεσμεύει το νερό, για το λόγο αυτό απαιτείται θέρμανση με παράλληλη δημιουργία κενού και φυγοκέντριση του με μηχανή καθαρισμού για την αφύγρανσή του. Κατά τη διαδικασία μείωσης του φορτίου ενός μετασχηματιστή, δηλαδή της συστολής του υγρού πλήρωσης, δημιουργείται συμπύκνωση υδρατμών στο δοχείο διαστολής, τους οποίους φέρνει ο αέρας που εισέρχεται σ' αυτό μέσω του αφυγραντήρα στους μετασχηματιστές ισχύος ή του αναπνευστικού πώματος στους μετασχηματιστές διανομής. Στους μετασχηματιστές λαδιού το νερό, ως βαρύτερο, οδηγείται στον πυθμένα του δοχείου του μετασχηματιστή. Το λάδι των μετασχηματιστών είναι πετρελαιοειδές και έχει όλα τα μειονεκτήματα του πετρελαίου, αλλά η τεχνολογία δεν έχει ακόμη καλύτερες λύσεις. Οικολογικοί μετασχηματιστές σήμερα δεν υπάρχουν. Πιθανώς θα υπάρξουν την επόμενη δεκαετία με τη χρήση των υπεραγώγιμων υλικών με τα οποία κατασκευάζονται και μετασχηματιστές, μερικοί από τους οποίους λειτουργούν ήδη πειραματικά. Σ' αυτούς χρησιμοποιείται υγροποιημένο άζωτο ως μέσο ψύξης. Τα τελευταία χρόνια η ΔΕΗ προμηθεύτηκε περίπου είκοσι χιλιάδες μη εκρηγνυόμενους μετασχηματιστές ισχύος 50 kva, δηλαδή μετασχηματιστές των οποίων το δοχείο αντέχει στις υπερπιέσεις που προκαλούνται από τα αέρια της διάσπασης του λαδιού, όταν προκύψει εσωτερικό ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 46

47 βραχυκύκλωμα. Έτσι υπάρχει αρκετός χρόνος για την τήξη των ασφαλειών ή την απόζευξη του διακόπτη ισχύος. Το κόστος ενός τέτοιου μετασχηματιστή είναι υψηλότερο από ενός συμβατικού. Εύλογα λοιπόν ο καθένας θα αναρωτηθεί πόσοι παλιοί μετασχηματιστές-δυναμίτες βρίσκονται ακόμα σε λειτουργία και αν συντηρούνται σωστά. Εκρήξεις μετασχηματιστών έχουν σημειωθεί κατά περιόδους σε διάφορες περιοχές της Ελλάδας. Υπάρχει ο κίνδυνος πυρκαγιών και σοβαρών τραυματισμών (καυτά λάδια και μέταλλο) μιας και οι μετασχηματιστές αυτοί βρίσκονται διάσπαρτοι σε πόλεις και χωριά, τοποθετημένοι ψηλά σε κολώνες της ΔΕΗ στην άκρη του δρόμου και του πεζοδρομίου. Εικόνα Μ/Σ Διανομής με πλήρωση ελαίων. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 47

48 1.4.8 Αποστολή και στόχοι[10] Αποστολή της Γενικής Διεύθυνσης Διανομής είναι η ανάπτυξη, συντήρηση και λειτουργία του δικτύου Μέσης και Χαμηλής Τάσης, δηλαδή των δρόμων της ενέργειας, εξυπηρετώντας όλους όσους συνδέονται ή θέλουν να συνδεθούν σ' αυτούς τους δρόμους, με διαφάνεια και αμεροληψία έναντι των διαφόρων παραγωγών, προμηθευτών και καταναλωτών. Στόχος της Διανομής είναι η καλύτερη δυνατή εξυπηρέτηση των χρηστών του δικτύου, δηλαδή η ποιοτική εξυπηρέτηση των χρηστών και η παροχή υψηλής ποιότητας ενέργειας με το χαμηλότερο δυνατό κόστος. Ειδικώς για την Αττική, στη Γενική Διεύθυνση Διανομής υπάγεται και το υπόγειο δίκτυο Υψηλής Τάσης, καθώς και οι κλειστοί Υποσταθμοί Υψηλής Τάσης / Μέσης Τάσης (Κέντρα Διανομής). Οι κύριοι στόχοι της διανομής, συνοψίζονται στα παρακάτω: Ποιότητα εξυπηρέτησης: Επιδιώκεται η αναβάθμιση των υπηρεσιών που παρέχονται στους πελάτες, με την ταχύτερη ικανοποίηση των αιτημάτων τους (ηλεκτροδοτήσεις, παραλλαγές), τη βελτίωση του επιπέδου εξυπηρέτησης στα γραφεία, τηλεφωνική εξυπηρέτηση, διαχείρηση λοιπών αιτημάτων/παραπόνων κ.λ.π. Ποιότητα ενέργειας: Στόχος είναι η βελτίωση της παρεχόμενης ενέργειας με τον εκσυγχρονισμό και τη βελτίωση του επιπέδου αξιοπιστίας των εγκαταστάσεων της διανομής και τη βελτίωση των αποδόσεων, ώστε να επιτευχθεί μείωση της έκτασης των διακοπών (προγραμματισμένων και μη), βελτίωση του επιπέδου ποιότητας τάσης, μείωση πλήθους διακοπών, ταχύτεροι χρόνοι αποκατάστασης της ηλεκτροδότησης κ.λ.π. Μείωση του λειτουργικού κόστους: Η υλοποίηση του έργου της Διανομής με το μικρότερο δυνατό λειτουργικό ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 48

49 κόστος, επιτυγχάνεται με την ενίσχυση, τον εκσυγχρονισμό και την αυτοματοποίηση του δικτύου, αλλά και με την εστίαση στην ιδιαίτερη εξέταση της κάθε συνιστώσας του κόστους λειτουργίας. Προσαρμογή στις απαιτήσεις του νέου περιβάλλοντος, που σημαίνει εναρμόνιση με το ρυθμιστικό πλαίσιο, εύρωστο, ασφαλές και αισθητικά αναβαθμισμένο δίκτυο. Οι εργασίες και οι δραστηριότητες που εκτελούνται από την Επιχειρησιακή Μονάδα της Διανομής αφορούν: Ικανοποίηση νέων αιτημάτων χρηστών Ανάπτυξη του Δικτύου Ενισχύσεις - Βελτιώσεις των Δικτύων Εργασίες Εκμετάλλευσης του Δικτύου ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 49

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2 ΙΕΕΕ ΟΔΗΓΙΑ ΓΙΑ ΤΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΝΑΝΤΙ ΚΕΡΑΥΝΩΝ ΚΑΙ ΕΝΑΕΡΙΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ[14] 2.1 Περίληψη Αυτή η οδηγία περιέχει πληροφορίες για τη συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής έναντι κεραυνών και είναι γραμμένη για το μελετητή των γραμμών διανομής. Αναγνωρίζει οτι δεν υπάρχει το ιδανικό σχέδιο γραμμών και οτι γίνεται μια ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 50

51 σειρά συμβάσεων-συμβιβασμών σε κάθε σχεδιασμό γραμμών διανομής. Ενώ κάποιες παράμετροι όπως η τάση, η όδευση και η χωρητικότητα μπορούν να οριστούν εκ των προτέρων, άλλες αποφάσεις λαμβάνονται κατά το δοκούν του μελετητή. Ο μελετητής μπορεί να ελέγχει τη δομή του υλικού και τη γεωμετρία, τη προστασία (εάν υπάρχει), το βαθμό της μόνωσης, τη γείωση και τη τοποθέτηση αλεξικέραυνων. Αυτή η οδηγία θα βοηθήσει το μελετητή να βελτιώσει το σχεδιασμό γραμμών διανομής από άποψη οικονομικού κέρδους Πεδίο Η παρούσα οδηγία θα προσδιορίσει τους παράγοντες που συμβάλλουν στις βλάβες από κεραυνό στις εναέριες γραμμές διανομής και θα προτείνει βελτιώσεις για υπάρχουσες και νέες κατασκευές. Περιορίζεται στη προστασία της μόνωσης των γραμμών διανομής για συστήματα με τάση 69kV και κάτω. Ζητήματα προστασίας του εξοπλισμού καλύπτονται στο IEEE Std C Σκοπός Σκοπός της οδηγίας είναι να παρουσιάσει εναλλακτικές λύσεις για τη μείωση των υπερπηδήσεων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές. 2.2 Αναφορές ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 51

52 Η παρούσα οδηγία καλό θα ήταν να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με τα ακόλουθα δεδομένα. Όταν τα ακόλουθα δεδομένα παραμερίζονται από μια εγκεκριμένη αναθεώρηση, θα ισχύει η αναθεώρηση. Αυτές οι αναφορές θα ενημερώνονται αυτόματα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας έκδοσης. IEEE Std C , IEEE οδηγία για την Εφαρμογή Αλεξικεραύνων από Μεταλλικά Οξείδια για τα Συστήματα Εναλλασσόμενου Ρεύματος (ANSI). 2.3 Ορισμοί Ανάστροφο βραχυκύκλωμα: Ένα βραχυκύκλωμα στη μόνωση λόγω πλήγματος από κεραυνό σε μέρος ενός δικτύου ή μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης που συνήθως βρίσκεται σε δυναμικό του εδάφους. Βασικό Επίπεδο Μόνωσης Έναντι Κεραυνών (BIL): Σημείο αναφοράς για την αντοχή της μόνωσης έναντι κεραυνών, το οποίο εκφράζεται αναφορικά με τη μεγαλύτερη τιμή της τάσης που αντέχει ένα δεδομένο κύμα (τάσης) πλήρους ώθησης. Κρίσιμη Κρουστική Τάση Κεραυνών (CFO) (Μονωτές): Η μεγαλύτερη τιμή της υπέρτασης που, υπο συγκεκριμένες συνθήκες, προκαλεί υπερπήδηση στο 50% των περιπτώσεων. Άμεσο πλήγμα: Ένα χτύπημα κεραυνού απευθείας σε οποιοδήποτε μέρος ενός δικτύου ή μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης. Γραμμή Διανομής: Γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος που διανέμουν το ρεύμα από έναν υποσταθμό κύριας πηγής στους καταναλωτές, συνήθως με τάση 34,5kV ή λιγότερο. Σημειώστε ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 52

53 οτι αυτή η οδηγία αφορά μόνο για τάσεις από 69kV και λιγότερο. Βραχυκύκλωμα (γενικά): Μια ανεπιθύμητη εκκένωση μέσω του αέρα γύρω ή πάνω στην επιφάνεια μιας στερεής ή υγρής μόνωσης, ανάμεσα σε μέρη διαφορετικού δυναμικού ή πολικότητας, που παράγεται από την εφαρμογή της τάσης. Ηλεκτρόδιο Εδάφους: Ένας αγωγός ή μια ομάδα αγωγών σε στενή επαφή με το έδαφος με σκοπό να παρέχει σύνδεση με το έδαφος. Πυκνότητα Κεραυνών (GFD) (Ng) : Ο μέσος αριθμός των πληγμάτων από κεραυνό ανά μονάδα τόπου ανά μονάδα χρόνου σε μια συγκεκριμένη θέση (κεραυνοί/km 2 /έτος). Μονωτής Επίτονων: Ένα μονωτικό στοιχείο, συνήθως επιμηκυμένης μορφής με εγκάρσιες τρύπες ή σχισμές, με σκοπό τη μόνωση δυο μερών ενός επίτονου ή την παροχή μόνωσης ανάμεσα στη κατασκευή και το στήριγμα, καθώς και τη προστασία σε περίπτωση σπασμένων καλωδίων. Οι πορσελάνινοι μονωτές καλωδίων γενικά σχεδιάζονται για να πιέζεται η πορσελάνη σε περίπτωση συμπίεσης, αλλά γενικά στη πίεση χρησιμοποιούνται ξύλινοι μονωτές εξοπλισμένοι με το κατάλληλο υλικό. Επίτονο: Ένα απομονωμένο καλώδιο για τη στήριξη ημιελαστικής έντασης ανάμεσα στο πόλο ή τη κατασκευή και τη ράβδο στήριξης, ή ανάμεσα στις κατασκευές. Έμμεσο Πλήγμα: Ένα χτύπημα κεραυνού που δε χτυπάει απευθείας σε κάποιο μέρος ενός δικτύου, αλλά προκαλεί υπέρταση σε αυτό. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 53

54 Επαγόμενη Τάση (Πλήγματα Κεραυνού): Η τάση που προκαλείται σε ένα δίκτυο ή μια ηλεκτρική εγκατάσταση από ένα έμμεσο πλήγμα. Πρώτο Πλήγμα Κεραυνού: Η πρώτη εκφόρτιση κεραυνού στο έδαφος. Ακόλουθο Πλήγμα Κεραυνού: Μια εκφόρτιση κεραυνού που μπορεί να ακολουθήσει μια πορεία που έχει ήδη προδιαγράψει το πρώτο πλήγμα. Κεραυνός: Η πλήρης εκφόρτιση κεραυνού, που συνήθως δημιουργείται από αγωγούς ενός συννέφου που ακολουθούνται από ένα ή περισσότερα πλήγματα επιστροφής. Σφάλμα λόγω Κεραυνού: Μια διακοπή ρεύματος που ακολουθεί μετά από έναν κεραυνό που προκαλεί βλάβη στο ρεύμα του συστήματος, απαιτώντας έτσι τη λειτουργία μιας συσκευής μετατροπής για την επιδιόρθωση της βλάβης. Συμπεριφορά Γραμμών σε Κεραυνούς: Η απόδοση μιας γραμμής που εκφράζεται ως ο ετήσιος αριθμός των βραχυκυκλωμάτων από κεραυνούς σε μια βάση κυκλώματος μιλίου ή πύργου γραμμών μιλίου. Δες επίσης: προστασία από άμεσο πλήγμα. Αλεξικέραυνο (ή απαγωγέας υπερτάσεων) από μεταλλικά οξείδια (MOSA): Ένα αλεξικέραυνο που χρησιμοποιεί βαλβίδες κατασκευασμένες από υλικά οξειδίων μη γραμμικής αντίστασης. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 54

55 Αγωγός Προστασίας (OHGW): Αγωγός γης ή αγωγοί τοποθετημένοι πάνω από τους αγωγούς φάσης με σκοπό τη διακοπή άμεσων πληγμάτων για τη προστασία των αγωγών φάσης από άμεσα πλήγματα. Μπορεί να γειώνονται άμεσα ή έμμεσα μέσω μικρών διακένων. Δες επίσης: προστασία από άμεσο πλήγμα. Γωνία Προστασίας: Η γωνία ανάμεσα στη κατακόρυφη γραμμή μέσω του εναέριου αγωγού εδάφους και μιας γραμμής που συνδέει τον εναέριο αγωγό εδάφους με το προστατευτικό αγωγό. Δες επίσης: προστασία από άμεσο πλήγμα. Αγωγός Προστασίας: Αγωγοί τοποθετημένοι κοντά στους αγωγούς φάσης για τους εξής σκοπούς: Προστασία των αγωγών φάσης από άμεσα πλήγματα κεραυνών. Μείωση των τάσεων που προκαλούνται από εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Μείωση της κυματικής αντίστασης ενός συστήματος OHGW. Αύξηση της αμοιβαίας αντίστασης κύματος ενός συστήματος OHGW στους προστατευμένους αγωγούς φάσης. Μπορούν να είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένοι απευθείας στη κατασκευή ή έμμεσα μέσω μικρών ανοιγμάτων. Προστατευτικό Διάκενο: Οποιοδήποτε διάστημα αέρα ανάμεσα σε δυο αγωγούς που είναι ηλεκτρικά μονωμένοι μεταξύ τους ή ηλεκτρικά συνδεδεμένοι από απόσταση. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 55

56 Αλεξικέραυνο: Μια προστατευτική κατασκευή για το περιορισμό των υπερτάσεων στον εξοπλισμό, η οποία παρεκκλίνει το ρεύμα κύματος και επαναφέρει τη συσκευή στην αρχική της κατάσταση. Μπορεί να επαναλάβει αυτές τις λειτουργίες όπως έχουν προσδιοριστεί. 2.4 Παράμετροι Κεραυνών Πτώση Κεραυνών Ο κεραυνός συμβαίνει κατά τη διάρκεια καταιγίδων, χιονοθύελλων και άλλων φυσικών φαινομένων. Παρ όλα αυτά, στις περισσότερες περιοχές, οι καταιγίδες είναι η κύρια αιτία κεραυνών. Οι καταιγίδες προκαλούν κεραυνούς μέσα στο σύννεφο, μεταξύ σύννεφων και μεταξύ σύννεφου γης. Οι κεραυνοί μέσα στα σύννεφα είναι οι πιο συνηθισμένοι, αλλά ο κεραυνός ανάμεσα σε σύννεφο και έδαφος επηρεάζει τις εναέριες γραμμές διανομής. Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας προκαλούνται διακοπές ρεύματος από τον άνεμο και τους κεραυνούς. Διακοπές που προκαλούνται από τον άνεμο, τα δέντρα και κατεστραμμένο εξοπλισμό, κάποιες φορές θεωρούνται αποτέλεσμα κεραυνών. Αυτό κάνει τον αριθμό των διακοπών από τους κεραυνούς να φαίνεται πλαστά υψηλός. Στις περισσότερες περιοχές του κόσμου, μια ένδειξη δραστηριότητας κεραυνών μπορεί να αποκτηθεί από κεραυνικά δεδομένα (ημέρες καταιγίδων με κεραυνούς ανά έτος). Ένας παγκόσμιος ισοκεραυνικός χάρτης υπάρχει στο σχήμα 2.1. Το κεραυνικό επίπεδο είναι μια ένδειξη από τοπική δραστηριότητα κεραυνών που βασίζεται στις μέσες ποσότητες, οι οποίες ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 56

57 προκύπτουν από ιστορικά διαθέσιμες εδαφικές παρατηρήσεις. Υπάρχουν και πιο λεπτομερή κεραυνικά δεδομένα ή χάρτες συγκεκριμένων περιοχών του κόσμου. Μια πιο λεπτομερής απεικόνιση της δραστηριότητας των κεραυνών μπορεί να αποκτηθεί από χάρτες για τη πυκνότητα πληγμάτων κεραυνών στο έδαφος (GFD) που δημιουργούνται από πληροφορίες που λαμβάνονται μέσω δικτύων εντοπισμού των κεραυνών. Ένα δείγμα GFD χάρτη των ΗΠΑ υπάρχει στο σχήμα 2.2. Συστήματα θέσεων κεραυνών και δικτύων μέτρησης των κεραυνών έχουν τοποθετηθεί στη Β. Αμερική και σε άλλα σημεία του κόσμου. Έχοντας αρκετή εμπειρία, αυτά τα δίκτυα μπορούν να παράσχουν λεπτομερείς GFD χάρτες. Οι GFD χάρτες μπορούν να παρέχουν μεγαλύτερη λεπτομέρεια και ακρίβεια από αυτήν των στοιχείων βροντών. Τα συστήματα θέσης δίνουν επίσης ποσότητες από μετρήσεις, που είναι πιο χρήσιμες και λεπτομερείς από τα κεραυνικά δεδομένα. Εκτός από το να δίνουν τη συχνότητα των κεραυνών, τα δίκτυα μπορούν επίσης να παρέχουν την ημερομηνία, την ώρα, τη θέση, τον αριθμό των πληγμάτων, την εκτίμηση του ρεύματος του μεγαλύτερου πλήγματος και την πολικότητα. Σε κάποιες περιοχές του κόσμου, αυτά τα συστήμα έχουν ή πλησιάζουν στο να έχουν αρκετά δεδομένα (τουλάχιστον 7 χρόνων) για σχεδιαστικούς σκοπούς. Οι χάρτες GFD προς το παρόν χρησιμοποιούνται για σχεδιασμό γραμμών διανομής, για τον υπολογισμό βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνούς, και για πολλούς άλλους τύπους αναλύσεων των κεραυνών. Η αξιοπιστία μιας γραμμής διανομής εξαρτάται από την έκθεσή της στον κεραυνό. Για να προσδιοριστεί η έκθεση, ο μελετητής γραμμών διανομής πρέπει να γνωρίζει τον ετήσιο αριθμό κεραυνών ανά μονάδα περιοχής ανά μονάδα χρόνου. Αυτό το GFD μπορεί να το υπολογίσει με πολλούς τρόπους. ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 57

58 Σχήμα 2.1 Παγκόσμιος ισοκεραυνικός χάρτης Σχήμα 2.2 Χάρτης GFD ΧΕΛΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ Page 58