ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΗΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ

Transcript

1 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΗΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ Μαρία Δρακάκη Επιβλέπων καθηγητής: Π.Ν. Μικρόπουλος Θεσσαλονίκη 2012

2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΕΙΩΣΗΣ Εύρος ανεκτού ρεύματος Επιτρεπτά όρια τάσης Τάση επαφής μεταξύ δύο μεταλλικών επιφανειών Μεταφερόμενη τάση Βηματική τάση Τάση επαφής Γειώσεις Είδη γειώσεων Είδη ηλεκτροδίων γείωσης Ειδική αντίσταση εδάφους Μέθοδοι Μέτρησης ειδικής αντίστασης Εδάφους Παράγοντες που επηρεάζουν την ειδική αντίσταση εδάφους Μοντέλο εδάφους Ομοιογενές μοντέλο Διστρωματικό μοντέλο Μέγιστο ρεύμα πλέγματος Υπολογισμός του μέγιστου ρεύματος πλέγματος Αντίσταση γείωσης Υπολογισμός της αντίστασης γείωσης Τρόποι μείωσης της αντίστασης γείωσης Σφάλματα Είδη σφαλμάτων ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΗΣ ΑΝΕΜΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ Τύποι ανεμογεννητριών Ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα Ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα Είδη πύργων Δικτυωτός πύργος... 24

4 2.2.2 Τσιμεντένιος πύργος Χαλύβδινος σωληνωτός πύργος Καλωδιωτός χαλύβδινος σωληνωτός πύργος Ειδικά σχέδια Θεμέλια Θεμελίωση πλάκας Θεμελίωση με πασσάλους Ηλεκτρόδια Τύποι ηλεκτροδίων γείωσης Διευθέτηση ηλεκτροδίων Μήκος ηλεκτροδίων Σύστημα γείωσης ανεμογεννήτριας Παραδοσιακή γείωση ανεμογεννητριών Η θεμελίωση ως μέρος του συστήματος γείωσης] Παραδείγματα συστημάτων γείωσης ανεμογεννητριών Βασικά κριτήρια σχεδίασης συστημάτων γείωσης μιας Α/Γ Μεθοδολογία σχεδίασης συστημάτων γείωσης Α/Γ ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΗΣ Α/Γ Επίδραση του βάθους ενταφιασμού του ηλεκτροδίου γείωσης Εξωτερικός δακτύλιος σε βάθος 1m Εξωτερικός δακτύλιος σε βάθος 1.5m Εξωτερικός δακτύλιος σε βάθος 2m Εξωτερικός δακτύλιος σε βάθος 2.5m Ανάλυση των αποτελεσμάτων Προσθήκη υλικού επιφανείας Επίδραση της διαμέτρου του εξωτερικού δακτυλίου γείωσης Εξωτερικός δακτύλιος διαμέτρου 16m Εξωτερικός δακτύλιος διαμέτρου 20m Ανάλυση των αποτελεσμάτων Προσθήκη υλικού επιφανείας Προσθήκη επιπλέον ηλεκτροδίων γείωσης Προσθήκη επιπλέον εξωτερικού δακτυλίου Προσθήκη ράβδων... 99

5 3.3.3 Προσθήκη πλέγματος Ανάλυση αποτελεσμάτων Προσθήκη υλικού επιφανείας Συστήματα γείωσης Α/Γ με τετράγωνους εξωτερικούς δακτυλίους γείωσης Σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό τετράγωνο δακτύλιο πλευράς 12m και βάθος ενταφιασμού 1m Σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς τετράγωνους δακτυλίους πλευράς 12m και 16m και βάθος ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα Σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς τετράγωνους δακτυλίους πλευράς 12m και 16m και βάθος ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα και τέσσερις ράβδους στις γωνίες του εξωτερικού δακτυλίου Ανάλυση των αποτελεσμάτων ΣΥΝΟΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

6

7 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την σχεδίαση συστημάτων γείωσης ανεμογεννητριών με τη βοήθεια του λογισμικού πακέτου CYMGRD. Εξετάζονται διάφορα συστήματα γείωσης και επιλέγονται οι καλύτερες δυνατές λύσεις σύμφωνα με το πρότυπο ΙΕΕΕ Std Πιο αναλυτικά: Στο 1 ο Κεφάλαιο παρουσιάζονται οι λόγοι για τους οποίους είναι αναγκαίο ένα σύστημα γείωσης και γίνεται μία περιγραφή των βασικών αρχών σχεδίασής του. Αναφέρονται οι παράγοντες που παίζουν σημαντικότερο ρόλο στη σχεδίασή του και στην συνέχεια γίνεται η επεξήγηση και η ανάλυσή τους. Στο 2 ο Κεφάλαιο γίνεται μία αναφορά στα διάφορα είδη ανεμογεννητριών και στους διάφορους τρόπους θεμελίωσής τους. Περιγράφεται ο παραδοσιακός τρόπος γείωσης μίας ανεμογεννήτριας και στη συνέχεια δίνονται παραδείγματα εναλλακτικών τρόπων γείωσης. Τέλος επισημαίνονται τα σημαντικότερα κριτήρια που πρέπει να ληφθούν υπόψη και δίνεται η μεθοδολογία σχεδίασης ενός συστήματος γείωσης μίας ανεμογεννήτριας. Στο 3 ο Κεφάλαιο αναλύονται διάφορα συστήματα γείωσης και εξετάζονται η επίδραση του βάθους ενταφιασμού καθώς και η διάμετρος ενός κυκλικού δακτυλίου γείωσης στις βηματικές τάσεις και στις τάσεις επαφής. Στη συνέχεια παρουσιάζονται συστήματα γείωσης με πρόσθεση επιπλέον ηλεκτροδίων και αναλύονται τα αποτελέσματα. Τέλος γίνεται η σύγκριση κυκλικού δακτυλίου γείωσης με τετράγωνο δακτύλιο γείωσης. Στο 4 ο Κεφάλαιο δίνονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τις αναλύσεις των συστημάτων γείωσης που εξετάστηκαν και γίνονται προτάσεις για τα καλύτερα δυνατά αποτελέσματα. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα της διπλωματικής εργασίας αναπληρωτή καθηγητή κ. Π. Ν. Μικρόπουλο και τον υποψήφιο διδάκτορα κ. Ζ. Δάτσιο για την πολύτιμη βοήθεια τους και τις για ώρες που μου αφιέρωσαν για την ολοκλήρωση αυτής της εργασίας. Δρακάκη Μαρία Θεσσαλονίκη, 2012

8

9 1. ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΕΙΩΣΗΣ Ένα σύστημα γείωσης περιλαμβάνει όλες τις συνδεδεμένες γειωμένες εγκαταστάσεις σε μία συγκεκριμένη περιοχή. Στόχος των συστημάτων γείωσης είναι να παρέχουν τα μέσα που θα μεταφέρουν τα ηλεκτρικά ρεύματα στη γη υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας αλλά και υπό συνθήκες σφάλματος, χωρίς να υπερβαίνουν τα όρια του εξοπλισμού ή να επηρεάζουν δυσμενώς τη λειτουργία της εγκατάστασης. Καθώς επίσης και να επιβεβαιώνουν ότι τα άτομα στην περιοχή των γειωμένων εγκαταστάσεων δεν εκτίθενται στον κίνδυνο ηλεκτροπληξίας. Λανθασμένα πιστεύεται ότι οποιοδήποτε γειωμένο αντικείμενο μπορούμε να το αγγίξουμε με ασφάλεια. Δεν υπάρχει απλή σχέση ανάμεσα στην αντίσταση γείωσης ενός συστήματος και στο μέγιστο ρεύμα, στο οποίο μπορεί να εκτεθεί ένα άτομο χωρίς κίνδυνο. Έτσι μπορεί μία εγκατάσταση με χαμηλή αντίσταση γείωσης να είναι επικίνδυνη, ενώ μία άλλη εγκατάσταση με σχετικά υψηλή αντίσταση γείωσης να είναι ασφαλέστερη με μία προσεκτική σχεδίαση του συστήματος γείωσης της. Η γεωμετρία, η χωροθέτηση των ηλεκτροδίων γείωσης, ο τύπος του εδάφους και άλλοι παράγοντες μπορούν να συντελέσουν στην εμφάνιση υψηλών δυναμικών στην επιφάνεια της γης και ως αποτέλεσμα το σύστημα γείωσης να είναι ακατάλληλο παρόλη την ικανότητά του να μεταφέρει το ρεύμα σφάλματος. Έτσι σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να γίνεται μία διεξοδική μελέτη. Σε συνήθεις συνθήκες σφάλματος γης, η ροή του ρεύματος στη γη θα δημιουργήσει δυναμικά μέσα και γύρω από την εγκατάσταση. Εάν δεν παρθούν τα κατάλληλα μέτρα προστασίας στη σχεδίαση, κατά την διάρκεια σφαλμάτων γης τα υψηλά δυναμικά στην επιφάνεια της γης μπορεί να είναι επαρκούς μεγέθους, ώστε να θέσουν σε κίνδυνο ένα άτομο στην περιοχή. Επιπλέον μπορεί να δημιουργηθούν επικίνδυνες τάσεις μεταξύ γειωμένων κατασκευών και του εδάφους δίπλα σε αυτές. Οι συνθήκες που μπορεί να προκαλέσουν ατυχήματα ηλεκτροπληξίας είναι: Σχετικά υψηλό ρεύμα σφάλματος σε σχέση με την έκταση του συστήματος γείωσης και της αντίστασής του ως προς την απομακρυσμένη γη. Η ειδική αντίσταση εδάφους και η κατανομή των ρευμάτων εδάφους είναι τέτοια, ώστε να δημιουργηθούν υψηλά δυναμικά στην επιφάνεια της γης. Η παρουσία ενός ανθρώπου σε τέτοιο χρόνο και θέση ώστε το σώμα του να συνδέει δύο σημεία υψηλής διαφοράς δυναμικού. Απουσία επαρκούς αντίστασης, ώστε να περιορίσει το ρεύμα που θα διαπεράσει το σώμα σε μία ασφαλή τιμή σε μία από τις παραπάνω περιπτώσεις. Μεγάλη διάρκεια του σφάλματος και της επαφής σώματος, επομένως και της ροής του ρεύματος μέσα από το ανθρώπινο σώμα ώστε να προκαλέσει ζημιά. 1

10 Η σπανιότητα ατυχημάτων οφείλεται στις χαμηλές πιθανότητες να συμβούν όλες οι ανεπιθύμητες συνθήκες που αναφέρονται παραπάνω. Ωστόσο κατά τη σχεδίαση ενός συστήματος γείωσης πρέπει να λαμβάνονται όλοι οι παράγοντες υπόψη. Πλέγμα γείωσης είναι ένα σύστημα από οριζόντια ηλεκτρόδια γείωσης που αποτελείται από έναν αριθμό διασυνδεδεμένων αγωγών θαμμένων στο έδαφος και παρέχει μία κοινή γείωση για ηλεκτρικές συσκευές ή μεταλλικές κατασκευές, συνήθως σε μία συγκεκριμένη περιοχή. Οι παράμετροι που έχει αποδειχθεί ότι έχουν ουσιαστική επίδραση στη σχεδίαση του πλέγματος: μέγιστο ρεύμα πλέγματος I G, διάρκεια σφάλματος t f, διάρκεια πλήγματος t s, ειδική αντίσταση εδάφους ρ, ειδική αντίσταση του υλικού επιφάνειας ρ s, και η γεωμετρία του πλέγματος θα αναλυθούν σε αυτό το κεφάλαιο. 1.1 Εύρος ανεκτού ρεύματος [1] Οι άνθρωποι είναι πολύ ευαίσθητοι στις επιδράσεις των ρευμάτων σε συχνότητες στα 50Hz ή 60Hz. Ρεύματα κατά προσέγγιση στα 0.1Α μπορεί να είναι θανατηφόρα. Οι πιο συχνές επιπτώσεις του ηλεκτρικού ρεύματος στο σώμα είναι μυϊκή συστολή, λιποθυμία, μαρμαρυγή της καρδιάς, ασφυξία λόγω παρατεταμένης μυϊκής συστολής και εγκαύματα. Πρέπει το ρεύμα να είναι στα 60mA-100mA για να προκληθεί κοιλιακή μαρμαρυγή, καρδιακή προσβολή ή αναστολή της αναπνοής (αναπνευστική ανεπάρκεια) και να προκληθεί τραυματισμός ή ακόμα και θάνατος. Επομένως, αν τα ρεύματα μπορούν να κρατηθούν κάτω από αυτές τις τιμές από ένα κατάλληλο σχεδιασμένο σύστημα γείωσης, τραυματισμοί και θάνατοι μπορούν να αποφευχθούν. Το ρεύμα έντασης I B που δεν προκαλεί καρδιακή προσβολή και η διάρκεια του κυμαίνεται στα s σχετίζεται με την ενέργεια που απορροφάται από το σώμα όπως περιγράφεται από τον παρακάτω τύπο: όπου 2 S I t (1.1) B B s I B η rms τιμή του ρεύματος που περνάει μέσα από το σώμα σε Α t s η διάρκεια της έκθεσης στο ρεύμα σε s S B είναι η εμπειρική σταθερά που σχετίζεται με την ενέργεια της ηλεκτροπληξίας που είναι ανεκτή από ένα συγκεκριμένο ποσοστό ενός δοθέντος πληθυσμού ατόμων. Λαμβάνοντας υπόψη τη σημασία της διάρκειας του σφάλματος από την άποψη της σχέσης (1.1) και συνεπώς ως παράγοντα που δείχνει τη σημασία του σφάλματος, η γρήγορη εκκαθάριση των σφαλμάτων γης είναι επωφελής για δύο λόγους: 2

11 Η πιθανότητα έκθεσης σε ηλεκτρικό ρεύμα μειώνεται σημαντικά με γρήγορη εκκαθάριση του σφάλματος, σε αντίθεση με περιπτώσεις στις οποίες ρεύματα σφάλματος μπορεί να διαρκέσουν για αρκετά λεπτά έως και ώρες. Πειράματα και εμπειρία δείχνουν ότι η πιθανότητα για τραυματισμό ή θάνατο μειώνεται σημαντικά, εάν η διάρκεια ροής του ρεύματος στο σώμα είναι σύντομη. Σύμφωνα με τον Dalziel το επιτρεπτό ρεύμα που μπορεί να διαπεράσει το σώμα είναι: και I B για βάρος σώματος 50 kg (1.2) t s I B για βάρος σώματος 70 kg (1.3) t s Η διαδρομή του ρεύματος μέσα από το σώμα θεωρείται ότι είναι από το ένα χέρι προς τα δύο πόδια ή από το ένα πόδι στο άλλο. Γενικά θεωρείται ότι το ρεύμα που περνάει από το ένα χέρι προς τα πόδια είναι πιο επικίνδυνο, καθώς περνάει μέσα από ζωτικά όργανα. 1.2 Επιτρεπτά όρια τάσης [1] Η εικόνα 1.1 δείχνει πέντε περιπτώσεις που συμπεριλαμβάνουν ένα άτομο και γειωμένες εγκαταστάσεις, κατά τη διάρκεια σφάλματος. Η ασφάλεια ενός ατόμου επιτυγχάνεται αποτρέποντας κρίσιμη ποσότητα ενέργειας να απορροφηθεί, πριν την εκκαθάριση του σφάλματος και την επαναφορά του συστήματος στην κανονική λειτουργία. 3

12 Εικόνα 1.1: Βασικές περιπτώσεις ηλεκτροπληξίας σύμφωνα με [1] Τάση επαφής μεταξύ δύο μεταλλικών επιφανειών Τάση επαφής μεταξύ δύο μεταλλικών επιφανειών είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ μεταλλικών αντικειμένων που μπορεί να συνδέονται απευθείας με επαφή χέρι-με-χέρι ή χέρι-με-πόδι. Τυπικές περιπτώσεις κατά τις οποίες εμφανίζεται τάση επαφής μεταξύ δύο μεταλλικών επιφανειών παρουσιάζονται, όταν μεταλλικά αντικείμενα ή κατασκευές δεν συνδέονται με το πλέγμα γείωσης. Αντικείμενα, όπως σωλήνες ή φράχτες που βρίσκονται μέσα ή κοντά στο πλέγμα γείωσης και δεν συνδέονται με αυτό, συναντούν τα κριτήρια. Ο υπολογισμός αυτών των τάσεων είναι περίπλοκος. Στην πράξη, κίνδυνοι που προέρχονται από επαφή μεταξύ μεταλλικών επιφανειών μπορούν να αποφευχθούν, συνδέοντας πιθανά επικίνδυνα σημεία με το πλέγμα γείωσης Μεταφερόμενη τάση Η μεταφερόμενη τάση είναι μία ειδική περίπτωση τάσης επαφής, όπου η τάση μεταφέρεται μέσα ή έξω από μία εγκατάσταση από ή προς ένα απομακρυσμένο εξωτερικό σημείο. Η περίπτωση μεταφερόμενης τάσης συμβαίνει συνήθως όταν ένα άτομο στέκεται μέσα στην περιοχή του συστήματος γείωσης και ακουμπά έναν αγωγό γειωμένο σε ένα απομακρυσμένο σημείο, ή όταν ένα άτομο στέκεται σε ένα απομακρυσμένο σημείο και ακουμπά έναν αγωγό που συνδέεται με το πλέγμα γείωσης του συστήματος. Κατά την διάρκεια ενός σφάλματος το δυναμικό που δημιουργείται στο έδαφος μπορεί να ισούται ή να ξεπερνάει την ανύψωση δυναμικού γης (GPR) ενός πλέγματος γείωσης. Είναι συχνά αδύνατο και καθόλου πρακτικό να σχεδιάζεται ένα πλέγμα γείωσης βασιζόμενο στην τάση επαφής που προκαλείται από εξωτερικές μεταφερόμενες τάσεις. Οι κίνδυνοι από τέτοιες τάσεις είναι καλό να 4

13 αποφεύγονται, χρησιμοποιώντας συσκευές απομόνωσης και τέτοια κυκλώματα να αντιμετωπίζονται με τον ίδιο τρόπο που αντιμετωπίζονται και οι γραμμές ρεύματος Βηματική τάση Βηματική τάση είναι η διαφορά δυναμικού στην επιφάνεια της γης που βιώνει ένα άτομο, το οποίο έχει απόσταση μεταξύ των ποδιών του 1m και δεν έχει επαφή με κανένα γειωμένο αντικείμενο. Η μέγιστη τάση μπορεί να αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια ενός σφάλματος γης δεν πρέπει να ξεπερνάει τα όρια, όπως ορίζονται παρακάτω. Για τη βηματική τάση: και E E C για βάρος σώματος 50 kg (1.4) t step s s C step s s s για βάρος σώματος 70 kg (1.5) t s όπου C s είναι ο συντελεστής που δίνεται από την σχέση E step είναι η βηματική τάση σε V ρ s είναι η ειδική αντίσταση του υλικού επιφάνειας σε m είναι η διάρκεια του ρεύματος σε s t s s Cs 1 2h 0.09 Το υλικό επιφάνειας είναι ένα στρώμα πάχους m μεγάλης αντίστασης, όπως χαλίκι ή άσφαλτος, το οποίο συχνά τοποθετείται στην επιφάνεια του εδάφους πάνω από το πλέγμα γείωσης. Σκοπός του είναι να αυξήσει την αντίσταση μεταξύ του εδάφους και τον ποδιών του ανθρώπου στην περιοχή. Εάν η αντίσταση του εδάφους κάτω από το υλικό επιφάνειας είναι μικρότερη, τότε το ρεύμα που περνάει μέσα από το σώμα μειώνεται σημαντικά. Στην αντίθετη περίπτωση, δηλαδή όταν η αντίσταση του εδάφους κάτω από το υλικό επιφάνειας είναι μεγαλύτερη, τότε ένα μεγάλο ρεύμα πλέγματος ρέει προς το υλικό επιφάνειας. Σε αυτήν την περίπτωση πρέπει να γίνεται κατάλληλη επιλογή υλικού επιφάνειας για την αντιμετώπιση του προβλήματος Τάση επαφής Τάση επαφής είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ της ανύψωσης δυναμικού γης (GPR) και του δυναμικού στην επιφάνεια της γης, τη στιγμή που ένα άτομο στέκεται και την ίδια στιγμή έχει το ένα χέρι του σε επαφή με μία γειωμένη κατασκευή. Ανύψωση δυναμικού γης (GPR) είναι το μέγιστο ηλεκτρικό δυναμικό που μπορεί να φτάσει το πλέγμα γείωσης σε σχέση με ένα απομακρυσμένο σημείο, θεωρούμενο ως το δυναμικό της άπειρης γης. Αυτό το δυναμικό είναι ίσο με μέγιστο ρεύμα s 5

14 πλέγματος επί την αντίσταση πλέγματος. Παρομοίως για την τάση επαφής το όριο είναι: και E E C για βάρος σώματος 50 kg (1.6) t touch s s C touch s s s για βάρος σώματος 70 kg (1.7) t s όπου C s είναι ο συντελεστής που δίνεται από την σχέση s Cs 1 2h 0.09 E touch είναι η τάση επαφής σε V ρ s είναι η ειδική αντίσταση του υλικού της επιφάνειας σε m είναι η διάρκεια του ρεύματος σε s t s Αφού καθοριστούν τα όρια για τη βηματική τάση και την τάση επαφής, το σύστημα γείωσης μπορεί να σχεδιαστεί βασιζόμενο στο ρεύμα σφάλματός του πιο επικίνδυνου σφάλματος γης και στον συνολικό χρόνο εκκαθάρισής του. 1.3 Γειώσεις [1][2] Είδη γειώσεων Υπάρχουν τριών ειδών γειώσεις, ανάλογα με την χρήση τους, οι οποίες είναι: Η γείωση λειτουργίας, η οποία είναι η γείωση ενός σημείου ενός ενεργού κυκλώματος, π.χ. η γείωση ενός ουδετέρου ενός ΜΣ και η γείωση του ουδετέρου αγωγού του συστήματος. Η γραμμή γείωσης μπορεί να έχει γενικά αυτεπαγωγές ή αντιστάσεις στα δίκτυα ΙΤ ή να είναι συνεχής αγωγός στα δίκτυα ΤΝ. Η γείωση προστασίας, η οποία είναι η γείωση ενός μεταλλικού μέρους που δεν είναι στοιχείο ενεργού κυκλώματος, π.χ. η γείωση του κελύφους μίας ηλεκτρικής συσκευής. Η γείωση προστασίας μειώνει τις τάσεις επαφής. Είναι πάντα συνεχής, δηλαδή δεν παρεμβάλλονται αντιστάσεις ή διάκενα. Παράδειγμα είναι επίσης οι γειώσεις των μεταλλικών μερών ενός ΥΣ μέσης τάσης. Η γείωση του συστήματος της αντικεραυνικής προστασίας είναι η ανοιχτή ή η συνεχής γείωση του συστήματος αντικεραυνικής προστασίας. Αυτές οι γειώσεις διοχετεύουν το ρεύμα των κεραυνών προς τη γη. s 6

15 1.3.2 Είδη ηλεκτροδίων γείωσης Τα περισσότερα συστήματα γείωσης χρησιμοποιούν δύο ομάδες ηλεκτροδίων. Τα πρωτεύοντα ηλεκτρόδια γείωσης είναι σχεδιασμένα ειδικά για σκοπούς γείωσης. Τα βοηθητικά ηλεκτρόδια γείωσης είναι ηλεκτρόδια που περιλαμβάνουν υπόγειες μεταλλικές υποδομές που εγκαθίστανται για σκοπούς πέρα από αυτών της γείωσης. Τυπικά πρωτεύοντα ηλεκτρόδια περιέχουν πλέγματα γείωσης, ράβδους γείωσης, και γείωση φρεατίων. Τυπικά βοηθητικά ηλεκτρόδια γείωσης περιλαμβάνουν υπόγειες μεταλλικές υποδομές και τον οπλισμό θεμελίων από οπλισμένο σκυρόδεμα, εάν συνδέονται με το πλέγμα γείωσης. Η σχεδίαση του συστήματος γείωσης μίας εγκατάστασης συνήθως ξεκινάει με επιθεώρηση του σχεδιαγράμματος της που δείχνει τον βασικό εξοπλισμό και υποδομές. Για την σχεδίαση ενός τυπικού πλέγματος γείωσης τα παρακάτω σημεία μπορεί να βοηθήσουν: Ένας συνεχόμενος αγώγιμος βρόχος πρέπει να περιβάλει όσο μεγαλύτερη περιοχή γίνεται. Αυτό το μέτρο βοηθάει να αποφευχθούν συγκεντρώσεις υψηλών ρευμάτων και άρα και τα υψηλά δυναμικά στην περιοχή του πλέγματος. Εάν περικλείεται μεγαλύτερη περιοχή θα μειωθεί και η αντίσταση του πλέγματος γείωσης. Μέσα στον βρόχο, τυπικά οι αγωγοί τοποθετούνται σε παράλληλες γραμμές, και όπου είναι πρακτικό, παράλληλα με τον εξοπλισμό για σύντομη σύνδεση γείωσης. Ράβδοι γείωσης μπορεί να τοποθετούνται στις γωνίες του πλέγματος και στα σημεία σύνδεσης. Εάν υπάρχει μεγάλη ειδική αντίσταση εδάφους, μπορεί να χρειαστεί να χρησιμοποιηθούν ράβδοι με μεγαλύτερο μήκος ή επιπλέον ράβδους στα σημεία σύνδεσης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι ηλεκτροδίων γείωσης που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση ενός συστήματος γείωσης ανάλογα με την περίπτωση. Κάποια από αυτά είναι: Γειωτής ράβδου Ο γειωτής ράβδου είναι μία ράβδος 2.5m με 3m από γαλβανισμένο χάλυβα και είναι ο πιο κοινός τύπος ηλεκτροδίου που χρησιμοποιείται. Η ράβδος καρφώνεται κατακόρυφα ή λοξά στο έδαφος με σφυρί χεριού ή μηχανικό σφυρί. Το κάτω μέρος διαμορφώνεται σαν ακίδα για να οδηγείται καλύτερα στο έδαφος. Η αντίσταση δεν εξαρτάται σημαντικά από το πάχος ή τη διάμετρο της ράβδου. Εφόσον το επιτρέπει η μηχανική αντοχή, προτείνονται ηλεκτρόδια χαλκού ή επιμολυβδωμένα ηλεκτρόδια, γιατί αντέχουν στη διάβρωση. 7

16 Γειωτής πλάκας Ο γειωτής πλάκας είναι μία πλάκα θαμμένη σε απευθείας επαφή με το έδαφος με την επιφάνειά της κατακόρυφη. Το πάνω μέρος της βρίσκεται σε βάθος μεγαλύτερο του 1m. Το υλικό κατασκευής μπορεί να είναι γαλβανισμένος, επιχαλκωμένος ή επιμολυβδωμένος χάλυβας με πάχος μεγαλύτερο των 3mm ή χαλκός ή μόλυβδος με πάχος μεγαλύτερο των 2 mm Γειωτής πλέγματος Γειωτής πλέγματος είναι ένα πλέγμα από ταινίες ή αγωγούς κυκλικής ή άλλης διατομής με τετραγωνικά ανοίγματα και τοποθετείται οριζόντια σε βάθος m. Τα ελάχιστα πάχη είναι όπως στους γειωτές ταινίας. Το πλεονέκτημα των γειωτών πλέγματος είναι ότι οι βηματικές τάσεις στο έδαφος, επάνω από το πλέγμα, είναι αμελητέες Γειωτής ταινίας Γειωτής ταινίας είναι μία ταινία ή συρματόσχοινο που τοποθετείται σε χαντάκι βάθους m για να υπάρχει υγρό έδαφος. Η ταινία μπορεί να είναι χάλυβας γαλβανισμένος ή επιμολυβδωμένος ή επιχαλκωμένος. Χρησιμοποιούνται επίσης χάλκινες ταινίες. Η ταινία μπορεί να τοποθετηθεί ευθύγραμμα ή κυκλικά γύρω από την εγκατάσταση. Η τελευταία γείωση λέγεται γειωτής βρόχου. Η αντίσταση είναι περίπου αντιστρόφως ανάλογη του μήκους. Για το ίδιο μήκος ταινίας ο ευθύγραμμος γειωτής έχει μικρότερη αντίσταση από τον κυκλικό. Δε συνιστάται συρματόσχοινο αντί ταινίας σαν ηλεκτρόδιο γείωσης γιατί διαβρώνεται σχετικά γρήγορα. Χάλκινα ή επιχαλκωμένα ηλεκτρόδια γενικά αποφεύγονται, όπου στην περιοχή υπάρχουν χαλύβδινοι σωλήνες, γιατί προκαλούνται διαβρώσεις Γειωτής ακτινικός Γειωτής ακτινικός είναι ταινίες ή ράβδοι που διαμορφώνονται υπό μορφή αστέρα με πολλές ακτίνες. Ο αστέρας βρίσκεται σε οριζόντια θέση, ενταφιασμένος σε βάθος τουλάχιστον 0.8 m. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι όμοια, όπως στον γειωτή ταινίας Το δίκτυο ύδρευσης σαν γειωτής Επιτρέπεται, χωρίς ιδιαίτερη άδεια, η χρησιμοποίηση μεταλλικών δικτύων ύδρευσης ως γειωτών για εγκαταστάσεις με τάσεις ως προς γη μικρότερες των 250 V, εφόσον υπάρχει απλή συγκατάθεση του Οργανισμού Ύδρευσης. Πάνω από αυτές τις τάσεις χρειάζεται ειδική άδεια από τον Οργανισμό Ύδρευσης. Η γραμμή γείωσης συνδέεται κατά προτίμηση πριν από το μετρητή. Αν η σύνδεση γίνει μετά το μετρητή, πρέπει να βραχυκυκλωθεί μονίμως ο μετρητής με χάλκινο σύρμα H03V-U και διατομή τουλάχιστον 6mm 2. Κατά VDE 100 δεν επιτρέπεται η παράλληλη σύνδεση γειωτών 8

17 από χαλκό με το δίκτυο ύδρευσης. Σχηματίζονται ηλεκτροχημικά στοιχεία με αποτέλεσμα τη διάβρωση του σιδήρου Επιφανειακοί και βαθείς γειωτές Γίνεται διάκριση στους γειωτές ανάλογα με το βάθος τους σε: επιφανειακούς γειωτές, π.χ. γειωτές ταινίας, πλέγματος και ακτινικούς γειωτές, και σε βαθείς γειωτές, π.χ. ράβδοι γείωσης. Στους βαθείς γειωτές η αντίσταση μεταβάλλεται λιγότερο με το χρόνο απ ότι στους επιφανειακούς, επειδή η θερμοκρασία και η υγρασία του εδάφους δεν μεταβάλλονται πολύ σε μεγάλα βάθη κατά τη διάρκεια του έτους Απολήξεις και συνδέσεις των ηλεκτροδίων γείωσης Απολήξεις και συνδέσεις των ηλεκτροδίων γείωσης. Στη μέση και χαμηλή τάση οι διατομές που προσδιορίζονται από το ρεύμα είναι ασήμαντες. Πολύ περισσότερο παίζει ρόλο η μηχανική αντοχή του αγωγού. Το μέρος του γειωτή ή της σύνδεσης που προεξέχει από το έδαφος μονώνεται κατά της υγρασίας με πίσσα ή άλλα μονωτικά και μάλιστα 30 cm μέσα και 30 cm έξω από το έδαφος. Οι συνδέσεις των ηλεκτροδίων γείωσης γίνονται σε γειώσεις ουδέτερου με Cu, ελάχιστης διατομής ίσης με τη διατομή του ουδετέρου, όχι όμως μικρότερη των 16 (HO7V-U). Σε εγκαταστάσεις αλεξικέραυνου η ελάχιστη διατομή για χαλκό είναι 50mm 2. Η σύνδεση του ουδετέρου του Μ/Σ με το γειωτή γίνεται με καλώδια H07-R (πριν ΝΥΑ) 25mm 2 τουλάχιστον. 1.4 Ειδική αντίσταση εδάφους [1] Ειδική αντίσταση εδάφους είναι ένα μέτρο που δείχνει πόσο αντιστέκεται το έδαφος στη ροή του ηλεκτρισμού και είναι απαραίτητη η μέτρησή της έτσι ώστε να αποκτηθούν οι βασικές πληροφορίες σχετικά με το έδαφος, σύμφωνα με τις οποίες ο ηλεκτρολόγος μηχανικός θα καταφέρει να σχεδιάσει ένα αποτελεσματικό σύστημα γείωσης, το οποίο θα πληροί τις απαιτήσεις της αντίστασης γείωσης Μέθοδοι Μέτρησης ειδικής αντίστασης Εδάφους Περιοχές όπου το έδαφος έχει ομοιόμορφη αντίσταση σε μεγάλο εμβαδόν βρίσκονται δύσκολα. Συνήθως υπάρχουν πολλά στρώματα στο έδαφος το καθένα από τα οποία έχει διαφορετική αντίσταση. Πολλές φορές υπάρχουν και επιπλέον αλλαγές με τον χρόνο. Γι αυτό πρέπει να γίνονται μετρήσεις της ειδικής αντίστασης εδάφους για να αποφασιστεί, αν υπάρχουν σημαντικές διαφορές αντίστασης, ανάλογα με το βάθος. Τέτοιες μετρήσεις θα πρέπει να επαναλαμβάνονται εκεί που γίνεται αντιληπτό ότι υπάρχουν μεγάλες μεταβολές. Κάποιες από τις μεθόδους μέτρησης είναι: Η Μέθοδος Wenner Η Μέθοδος των τριών ηλεκτροδίων Η μέθοδος που χρησιμοποιείται πιο συχνά είναι η μέθοδος Wenner: 9

18 Εν συντομία τέσσερις ράβδοι τοποθετούνται στο έδαφος σε βάθος b και σε απόσταση α μεταξύ τους όπως φαίνεται στην εικόνα 1.2. Η τάση μεταξύ των δύο εσωτερικών ηλεκτροδίων μετριέται και διαιρείται από το ρεύμα μεταξύ των δυο εξωτερικών ηλεκτροδίων και μας δίνουν την αντίσταση R. Οπότε η ειδική αντίσταση εδάφους δίνεται από τον τύπο: 1 4 ar 2a a a 4b a b (1.8) όπου ρ α είναι η φαινόμενη ειδική αντίσταση του εδάφους σε m R είναι η μετρούμενη αντίσταση σε Ω α είναι η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων σε m b είναι το βάθος των ηλεκτροδίων σε m Εάν το b είναι μικρότερο από το α, στις περιπτώσεις δηλαδή που οι ράβδοι μπήγονται σε μικρό βάθος τότε η εξίσωση (1.8) μπορεί να γίνει: 2 R (1.9) a Το ρεύμα ρέει κοντά στην επιφάνεια για μικρή απόσταση μεταξύ των ράβδων, ενώ για μεγάλη απόσταση το περισσότερο ρεύμα πηγαίνει σε μεγάλα βάθη. Εικόνα 1.2: Μέθοδος Wenner σύμφωνα με [1]. Η μέθοδος Wenner προτιμάται, γιατί μπορεί να μετρήσει την ειδική αντίσταση εδάφους για πιο βαθιά στρώματα, χωρίς να είναι απαραίτητο να φτάσουν οι ράβδοι σε αυτά. Επίσης δεν απαιτείται βαρύς οπλισμός και τα αποτελέσματα της μέτρησης δεν 10

19 επηρεάζονται σημαντικά από την αντίσταση των ράβδων ή των οπών που δημιουργούνται για την μέτρηση. Είναι σημαντικό να είναι γνωστή η ειδική αντίσταση εδάφους, γιατί επηρεάζει τη σχεδίαση του συστήματος γείωσης. Όταν σχεδιάζεται ένα σύστημα γείωσης είναι συνετό να το τοποθετείται σε περιοχή με χαμηλή ειδική αντίσταση εδάφους έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η πιο οικονομική εγκατάσταση. Η ειδική αντίσταση εδάφους είναι το κλειδί που καθορίζει ποια θα είναι η αντίσταση των ηλεκτροδίων και σε τι έδαφος θα πρέπει να τοποθετηθούν έτσι ώστε να επιτυγχάνεται χαμηλή αντίσταση γείωσης Παράγοντες που επηρεάζουν την ειδική αντίσταση εδάφους Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω η ειδική αντίσταση εδάφους μπορεί να έχει διάφορες τιμές, κάτι το οποίο δυσκολεύει την μελέτη. Οι παράγοντες που την επηρεάζουν είναι οι παρακάτω: Μεγάλη πεδιακή ένταση. Η ειδική αντίσταση εδάφους δεν επηρεάζεται από την πεδιακή ένταση, εκτός εάν αυτή ξεπεράσει μία συγκεκριμένη κρίσιμη τιμή που έχει ως αποτέλεσμα να δημιουργηθούν τόξα στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Ροή του ρεύματος από τα ηλεκτρόδια γείωσης στην γύρω περιοχή. Η ειδική αντίσταση εδάφους στην περιοχή των ηλεκτροδίων γείωσης μπορεί να αυξηθεί, εάν είναι σημαντικά το μέγεθος και η διάρκεια του ρεύματος, καθώς το έδαφος χάνει την υγρασία του, η οποία εξατμίζεται. Υγρασία. Η αντίσταση αυξάνεται σημαντικά, όταν το ποσοστό της υγρασίας είναι μικρότερο από το 15% του βάρους του εδάφους. Θερμοκρασία. Πάνω από το σημείο ψύξης η επιρροή της θερμοκρασίας στην αντίσταση είναι σχεδόν αμελητέα. Η χημική σύσταση του εδάφους και τα διαλυμένα άλατα. Είδος και στρωματοποίηση του εδάφους. 1.5 Μοντέλο εδάφους [1] Η ερμηνεία της φαινόμενης αντίστασης που λαμβάνεται από τις μετρήσεις είναι ένα από τα πιο δύσκολα μέρη των μετρήσεων. Ο βασικός σκοπός είναι να δημιουργηθεί ένα μοντέλο εδάφους που είναι μία καλή προσέγγιση του πραγματικού εδάφους. Η ειδική αντίσταση εδάφους ποικίλλει, ανάλογα με το βάθος, εξαρτώμενη από την στρωματοποίηση του εδάφους. Τα πιο συνήθη χρησιμοποιούμενα μοντέλα ειδικής αντίστασης εδάφους είναι το ομοιογενές και το διστρωματικό μοντέλο. Τα διστρωματικά μοντέλα είναι συχνά καλές προσεγγίσεις σε πολλές περιπτώσεις, ενώ τα πολυστρωματικά μοντέλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ανομοιογενή εδάφη. 11

20 1.5.1 Ομοιογενές μοντέλο Το ομοιογενές μοντέλο εδάφους μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε περιπτώσεις όπου υπάρχει μέτρια διαφοροποίηση στη φαινόμενη ειδική αντίσταση. Σε ομοιογενή εδάφη, που σπάνια συναντώνται στην πραγματικότητα, το ομοιογενές μοντέλο εδάφους μπορεί να είναι ιδιαίτερα ακριβές, αν όμως έχουμε μεγάλη διαφοροποίηση στη φαινόμενη ειδική αντίσταση, τότε αυτός το μοντέλο δεν είναι ικανοποιητικό. Η ειδική αντίσταση εδάφους του ομοιογενούς μοντέλου μπορεί να υπολογιστεί παίρνοντας τον μέσο όρο των φαινόμενων ειδικών αντιστάσεων που μετρήθηκαν, όπως φαίνεται και από τον τύπο: ( 1)... n n (1) (2) (3) ( ) (1.10) όπου (1) (2) (3)... ( n) είναι οι τιμές της μετρούμενης φαινόμενης ειδικής αντίστασης που μετρήθηκαν με τη μέθοδο Wenner n είναι ο συνολικός αριθμός μετρήσεων ή από την σχέση (1.10), η οποία πρέπει να χρησιμοποιείται με προσοχή. Για παράδειγμα δεν συνιστάται για πλέγμα γείωσης χωρίς ράβδους γείωσης. 2( 2) (max) 2 (min) (1.11) όπου (max) είναι η μεγίστη τιμή της φαινόμενης ειδικής αντίστασης σε m (min) είναι η ελάχιστη τιμή της φαινόμενης ειδικής αντίστασης σε m Διστρωματικό μοντέλο Μία πιο ακριβής προσέγγιση του πραγματικού εδάφους μπορεί να πραγματοποιηθεί με το διστρωματικό μοντέλο, το οποίο αποτελείται από ένα άνω στρώμα πεπερασμένου βάθους και διαφορετικής ειδικής αντίστασης από ένα κάτω στρώμα απείρου βάθους. Η απότομη αλλαγή στην ειδική αντίσταση στα όριά του κάθε στρώματος μπορεί να περιγραφεί από έναν παράγοντα ανάκλασης Κ που ορίζεται από την εξίσωση: 2 1 K 1 2 (1.12) 12

21 όπου ρ 1 είναι η ειδική αντίσταση εδάφους του πάνω στρώματος, σε m ρ 2 είναι η ειδική αντίσταση εδάφους του κάτω στρώματος, σε m Ενώ η πιο ακριβής αναπαράσταση ενός συστήματος γείωσης θα πρέπει να βασίζεται στις πραγματικές διακυμάνσεις της ειδικής αντίστασης εδάφους στην περιοχή της εγκατάστασης, σπάνια είναι οικονομικά ή τεχνικά εφικτό να φτιάξουμε ένα μοντέλο για αυτές. Παρόλ αυτά, στις περισσότερες περιπτώσεις, η αναπαράσταση του εδάφους με ένα ισοδύναμο διστρωματικό μοντέλο είναι επαρκής για τον σχεδιασμό ενός ασφαλούς συστήματος γείωσης. Η προσέγγιση ενός διστρωματικού μοντέλου μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας γραφικές μεθόδους. Στην μέθοδο του Sunde το σχεδιάγραμμα που φαίνεται στην εικόνα 1.3 και βασίζεται σε δεδομένα από την μέθοδο Wenner χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του διστρωματικού μοντέλου. Οι παράμετροι ρ 1 και ρ 2 βρίσκονται από τον εποπτικό έλεγχο του διαγράμματος της μεταβολής της ειδικής αντίστασης με την απόσταση μεταξύ των δύο διαδοχικών ηλεκτροδίων της μεθόδου Wenner. Μόνο η παράμετρος h λαμβάνεται από την γραφική μέθοδο του Sunde ως εξής: α. Δημιουργείται ένα σχεδιάγραμμα με την φαινόμενη ειδική αντίσταση ρ α στον άξονα y και το διάστημα μεταξύ των ράβδων στον άξονα x. β. Υπολογίζονται τα ρ 1 και ρ 2 από το σχεδιάγραμμα του α). Το ρ α που αντιστοιχεί σε μικρότερο διάστημα είναι ίσο με ρ 1 και για μεγαλύτερο διάστημα είναι ίσο με ρ 2. γ. Υπολογίζεται το ρ 2 /ρ 1 και επιλέγεται μία καμπύλη από το σχεδιάγραμμα του Sunde στην εικόνα 1.3, η οποία ταιριάζει αρκετά, ή παρεμβάλλεται και σχεδιάζεται μία νέα καμπύλη στο σχεδιάγραμμα. δ. Επιλέγεται η τιμή του ρ α /ρ 1 από τον άξονα y μέσα από την περιοχή κλίσης της καμπύλης του κατάλληλου ρ 2 /ρ 1 του σχεδιαγράμματος στην εικόνα 1.3. ε. Επιλέγεται η αντίστοιχη τιμή του α/h στον άξονα x. στ. Υπολογίζεται η ρ α πολλαπλασιάζοντας την επιλεγμένη τιμή, ρ α /ρ 1, στο δ) με το ρ 1. ζ. Επιλέγεται το αντίστοιχο διάστημα μεταξύ των ράβδων από το σχεδιάγραμμα της φαινόμενης ειδικής αντίστασης εδάφους που σχεδιάστηκε στο α). η. Υπολογίζεται το h, το βάθος του άνω στρώματος, χρησιμοποιώντας το κατάλληλο διάστημα, α. 13

22 Εικόνα 1.3: Γραφική μέθοδος του Sunde [1]. Η προσέγγιση με το διστρωματικό έδαφος έχει αποδειχτεί ότι είναι πιο ακριβής από το ομοιογενές έδαφος. Ένα σύστημα γείωσης σε περιοχή με διστρωματικό έδαφος συμπεριφέρεται διαφορετικά σε σύγκριση με μία περιοχή με ομοιογενές έδαφος. Γενικά, για ένα σύστημα γείωσης σε ομοιογενές έδαφος ή σε διστρωματικό με ρ 1 μικρότερη από την ρ 2, η πυκνότητα ρεύματος είναι μεγαλύτερη στους αγωγούς στις εξωτερικές άκρες του πλέγματος γείωσης. Σε διστρωματικό έδαφος με ρ 1 μεγαλύτερη από την ρ 2, η πυκνότητα ρεύματος είναι ομοιόμορφη σε όλους τους αγωγούς του συστήματος γείωσης. Αυτό προκαλείται από το γεγονός ότι το ρεύμα πλέγματος τείνει να πάει προς τα κάτω στο στρώμα με την χαμηλότερη αντίσταση. Οι διακυμάνσεις της ειδικής αντίστασης εδάφους έχουν σημαντική επιρροή στα περισσότερα συστήματα γείωσης, επηρεάζοντας τις τιμές της αντίστασης γείωσης, της ανύψωσης δυναμικού γης (GPR), της τάσης επαφής και της βηματικής τάσης. Γενικά, για αρνητικές τιμές του Κ (αντίσταση του άνω στρώματος μεγαλύτερη από του κάτω στρώματος) η αντίσταση είναι μικρότερη από το ίδιο σύστημα γείωσης σε ομοιογενές έδαφος με ειδική αντίσταση ρ 1. Το ίδιο συμβαίνει και στην περίπτωση της βηματικής τάσης και της τάσης επαφής. Ενώ για θετικές τιμές του Κ, οι τάσεις επαφής και βήματος είναι μεγαλύτερες απ ότι είναι σε ένα ομοιογενές έδαφος. Το πάχος h του άνω στρώματος επηρεάζει τις διαφορές στην απόδοση των ηλεκτροδίων γείωσης σε διστρωματικό και σε ομοιογενές έδαφος. Γενικότερα ισχύει ότι όταν το πάχος h του άνω στρώματος γίνει αρκετά μεγαλύτερο από τις διαστάσεις του ηλεκτροδίου, η απόδοση του ηλεκτροδίου πλησιάσει την απόδοση του ίδιου ηλεκτροδίου σε ομοιογενές έδαφος με αντίσταση ρ 1. Σε περιπτώσεις εδάφους με πολλές εναλλαγές στις διακυμάνσεις της ειδικής αντίστασης η προσέγγιση με ένα διστρωματικό έδαφος μπορεί να μην είναι εφικτή. 14

23 Τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να απαιτούν την χρήση πολυστρωματικού εδάφους. Ένα πολυστρωματικό έδαφος μπορεί να περιέχει πολλά οριζόντια ή πιο σπάνια κατακόρυφα στρώματα. 1.6 Μέγιστο ρεύμα πλέγματος [1] Για την σχεδίαση ενός συστήματος γείωσης πρέπει να καθοριστεί η σωστή τιμή σχεδίασης του μέγιστου ρεύματος πλέγματος I G. Το μέγιστο ρεύμα πλέγματος δίνεται από την παρακάτω σχέση: όπου IG Df I (1.13) g I G είναι το μέγιστο ρεύμα πλέγματος σε A D f είναι ο συντελεστής εξασθένησης για όλη τη διάρκεια του σφάλματος t f, σε s. I g είναι η ενεργός τιμή του συμμετρικού ρεύματος πλέγματος σε A. Επομένως η εύρεσή του μέγιστου ρεύματος πλέγματος I G γίνεται ακολουθώντας τα παρακάτω βήματα: Αξιολόγηση του είδους και της θέσης των σφαλμάτων γείωσης που είναι πιθανόν να παράγουν τη μεγαλύτερη ροή ρεύματος μεταξύ του πλέγματος γείωσης και της γης και έτσι μεγαλύτερη ανύψωση δυναμικού γης (GPR) και μεγαλύτερα επιφανειακά δυναμικά. Να υπολογιστεί ο συντελεστής καταμερισμού S f για τα σφάλματα που έχουν επιλεγεί, και να καθιερωθούν οι τιμές που αντιστοιχούν στο συμμετρικό ρεύμα πλέγματος I g. Για κάθε σφάλμα, ανάλογα με τον χρόνο διάρκειας του, t f, να καθοριστεί η τιμή του παράγοντα D f. Να επιλεχθεί το μεγαλύτερο γινόμενο D f x I g, και επομένως η χειρότερη περίπτωση σφάλματος. Το συμμετρικό ρεύμα πλέγματος είναι το μέρος του συμμετρικού ρεύματος σφάλματος που ρέει ανάμεσα στο πλέγμα γείωσης και την γύρω περιοχή. Δίνεται από την σχέση: όπου Ig S f I f (1.14) I g I f είναι η ενεργός τιμή του συμμετρικού ρεύματος πλέγματος σε Α είναι η ενεργός τιμή του ρεύματος σφάλματος σε Α 15

24 S f είναι ο συντελεστής καταμερισμού του ρεύματος σφάλματος Εικόνα 1.4: Σχέση μεταξύ των πραγματικών τιμών του ρεύματος σφάλματος και των τιμών I F,I f, και D f για διάρκεια σφάλματος t f [1] Υπολογισμός του μέγιστου ρεύματος πλέγματος Όπως φαίνεται και από τον ορισμό, για να υπολογίσουμε το μέγιστο ρεύμα πλέγματος θα πρέπει να γνωρίζουμε το συμμετρικό ρεύμα πλέγματος και τον συντελεστή εξασθένησης. Το συμμετρικό ρεύμα πλέγματος μπορεί να υπολογιστεί από την σχέση: I S 3I (1.15) g f 0 όπου I g S f I0 είναι το συμμετρικό ρεύμα πλέγματος σε Α είναι ο συντελεστής καταμερισμού είναι η συμμετρική rms τιμή της ομοπολικής συνιστώσας του ρεύματος σε Α 16

25 Για να υπολογίσουμε το I g, πρέπει να υπολογιστεί και ο συντελεστής καταμερισμού S f. Ο συντελεστής καταμερισμού είναι ο συντελεστής που δείχνει το αντίστροφο του λόγου του συμμετρικού ρεύματος σφάλματος προς το ρεύμα που ρέει ανάμεσα στο πλέγμα γείωσης και την γύρω περιοχή και δίνεται από τον παρακάτω τύπο: S f I g (1.16) 3I 0 όπου S f είναι ο συντελεστής καταμερισμού I g είναι η rms τιμή του συμμετρικού ρεύματος του πλέγματος σε Α I 0 είναι το ρεύμα μηδενικής ακολουθίας σε Α Ο συντελεστής καταμερισμού εξαρτάται από πολλές παραμέτρους, μερικές από τις οποίες είναι: Η θέση του σφάλματος. Το μέγεθος της αντίστασης του πλέγματος γείωσης. Θαμμένοι σωλήνες και καλώδια με μεταλλική θωράκιση στην περιοχή ή απευθείας συνδεδεμένα με το σύστημα γείωσης. Αγωγοί προστασίας ή γειωμένοι ουδέτεροι. Από τα παραπάνω συμπεραίνουμε ότι εξαιτίας του συντελεστή καταμερισμού S f, το συμμετρικό ρεύμα πλέγματος I g και επομένως και το μέγιστο ρεύμα πλέγματος I G, εξαρτώνται από την θέση του σφάλματος. Ο συντελεστής εξασθένησης D f είναι ένας συντελεστής προσαρμογής που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το συμμετρικό ρεύμα σφάλματος για υπολογισμούς σε θέματα ασφάλειας. Προσδιορίζει το ενεργό ισοδύναμο του μη συμμετρικού ρεύματος σφάλματος για μια δεδομένη διάρκεια σφάλματος t f, εκφράζοντας την επίδραση της παρουσίας της dc συνιστώσας στο ρεύμα σφάλματος και τη μείωσή του με την πάροδο του χρόνου. Ο συντελεστής εξασθένησης D f δίνεται από την παρακάτω σχέση: D f I I F (1.17) f όπου D f I F I f είναι ο συντελεστής εξασθένησης είναι το ενεργό μη συμμετρικό ρεύμα σφάλματος σε Α είναι η rms τιμή του συμμετρικού ρεύματος σφάλματος σε Α 17

26 Το μη συμμετρικό ρεύμα σφάλματος μπορεί να εκφραστεί από την παρακάτω σχέση: 2 sin tt sin if t E Yac t e (1.18) όπου f i t είναι το μη συμμετρικό ρεύμα σφάλματος σε Α, κάθε στιγμή t, t σε s E είναι η rms τιμή της φασικής τάσης πριν από το σφάλμα σε V ω είναι η κυκλική συχνότητα του συστήματος σε rad/s α είναι η γωνία της τάσης σε rad θ είναι η φάση του ρεύματος σε rad Y αc είναι η ισοδύναμη ac αγωγιμότητα του συστήματος σε mhos είναι η σταθερά χρόνου της dc συνιστώσας σε s T α Το ενεργό μη συμμετρικό ρεύμα σφάλματος δίνεται από την σχέση: t f 1 IF i f t dt t f όπου I F είναι η rms τιμή του μη συμμετρικού ρεύματος για όλη τη διάρκεια του σφάλματος σε Α t f είναι η διάρκεια του σφάλματος σε s t είναι ο χρόνος μετά την έναρξη του σφάλματος. 1.7 Αντίσταση γείωσης [1] Υπολογισμός της αντίστασης γείωσης Ένα καλό σύστημα γείωσης παρέχει χαμηλή αντίσταση έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθεί η ανύψωση δυναμικού γης (GPR). Στις περισσότερες περιπτώσεις η αντίσταση γείωσης είναι συνήθως 1Ω ή λιγότερο. Η εκτίμηση της αντίστασης γείωσης είναι ένα από τα πρώτα βήματα για να καθοριστεί το μέγεθος η βασική διάταξη του συστήματος γείωσης. Η αντίσταση εξαρτάται πρωτίστως από την έκταση που καταλαμβάνεται από το σύστημα γείωσης, η οποία είναι συνήθως γνωστή στα πρώτα στάδια σχεδίασης. Για μία πρώτη προσέγγιση, μία ελάχιστη τιμή για την αντίσταση γείωσης ενός συστήματος σε ομοιόμορφο μοντέλο εδάφους εκτιμάται από τον τύπο: R g 4 (1.20) 18

27 όπου R g είναι η αντίσταση γείωσης σε Ω ρ είναι η ειδική αντίσταση εδάφους σε m Α είναι η περιοχή που είναι κατειλημμένη από πλέγμα γείωσης σε m 2 Ένα άνω όριο της αντίστασης γείωσης του συστήματος μπορεί να υπολογιστεί από τον τύπο: R g L T 20A 1 h 20 / A (1.21) όπου L Τ είναι το συνολικό μήκος των θαμμένων αγωγών h είναι το βάθος του πλέγματος σε m. Για να υπολογίσουμε την ολική αντίσταση σε ένα σύστημα γείωσης σε ομοιογενές έδαφος που αποτελείται από οριζόντια (πλέγμα) ή κάθετα (ράβδοι) ηλεκτρόδια, χρησιμοποιούμε τις παρακάτω εξισώσεις: R g R R R R R R m m (1.22) όπου R 1 είναι η αντίσταση γείωσης του πλέγματος σε Ω R 2 είναι η αντίσταση γείωσης όλων των ράβδων σε Ω R m είναι η κοινή αντίσταση γείωσης μεταξύ αγωγών του πλέγματος και των ράβδων σε Ω Η αντίσταση γείωσης του πλέγματος δίνεται από την σχέση: 2Lc k1 Lc R 1 ln k L c A όπου ρ είναι η ειδική αντίσταση εδάφους σε m είναι το συνολικό μήκος όλων των αγωγών πλέγματος σε m L c είναι ίσο με 2h για αγωγούς θαμμένους σε βάθος h σε m είναι ίσο με α στην επιφάνεια της γης σε m 2α είναι η διάμετρος του αγωγού σε m Α είναι η περιοχή που καλύπτεται από τους αγωγούς σε m 2 19

28 Η αντίσταση γείωσης των ράβδων δίνεται από την σχέση: R 2 4L 2k L 2 nrl R b A 2 nr R 1 R ln όπου L R 2b n R είναι το μήκος κάθε ράβδου σε m είναι η διάμετρος της ράβδου σε m είναι ο αριθμός των ράβδων που είναι τοποθετημένοι στην περιοχή Α Τρόποι μείωσης της αντίστασης γείωσης Συχνά δεν είναι δυνατόν να επιτευχθεί η επιθυμητή μείωση της αντίστασης γείωσης προσθέτοντας περισσότερους αγωγούς ή ράβδους γείωσης, καθώς η έκταση του συστήματος γείωσης καθορίζει την αντίστασή του σε μεγάλο βαθμό. Μία εναλλακτική λύση είναι να αυξηθεί πλασματικά η διάμετρος του ηλεκτροδίου τροποποιώντας το χώμα που περιβάλλει το ηλεκτρόδιο. Αυτό μπορεί να γίνει ως εξής: Με χρήση αλάτων για την αύξηση της αγωγιμότητας του εδάφους που περιβάλλει ένα ηλεκτρόδιο. Με χρήση μπετονίτη, που είναι μη διαβρωτικός, σταθερός, και έχει ειδική αντίσταση 2.5 m σε 300% υγρασία. Ηλεκτρόδια χημικού τύπου που αποτελούνται από χάλκινο αγωγό γεμάτα με άλατα. Τρύπες στον αγωγό επιτρέπουν την υγρασία να μπαίνει, υγροποιούν τα άλατα και επιτρέπουν το διάλυμα αλάτων να διυλιστούν στο έδαφος. Υλικά για την βελτίωση του εδάφους, κάποια με ειδική αντίσταση μικρότερη των 0.12 m, τοποθετούνται γύρω από τις ράβδους ή γύρω από τους αγωγούς γείωσης σε ένα χαντάκι. 1.8 Σφάλματα [1][3] Είδη σφαλμάτων Σε ένα σύστημα μπορούν να συμβούν πολλοί τύποι σφαλμάτων π.χ. ως προς την διάρκειά τους που μπορεί να είναι μεταβατικά ή μόνιμης κατάστασης, αλλά και ως προς την προέλευσή τους που μπορεί να είναι μία μηχανική αιτία, από υπερτάσεις χειρισμών ή από ατμοσφαιρικές υπερτάσεις, από υποβάθμιση της μόνωσης λόγω υπερθέρμανσης, υγρασίας, διάβρωσης. Δυστυχώς είναι δύσκολο να προσδιοριστεί ποιο είδος σφάλματος και σε ποια θέση θα δημιουργήσει τη μεγαλύτερη ροή ρεύματος γιατί δεν υπάρχει κάποιος απλός κανόνας που να το καθορίζει. Τα βραχυκυκλώματα ως προς γη μπορούν να είναι μονοφασικά, δηλαδή μεταξύ φάσης και γης, τα οποία αποτελούν περίπου το 80% των σφαλμάτων, διφασικά, δηλαδή μεταξύ φάσεων, με ή χωρίς επαφή γης, τα οποία αποτελούν περίπου το 15% των 20

29 σφαλμάτων και τριφασικά τα οποία αποτελούν περίπου το 5% των σφαλμάτων. Συνιστάται η έρευνα να περιορίζεται σε μονοφασικά ή διφασικά σφάλματα ως προς γη, γιατί αυτά μόνο συνεπάγονται τη διέλευση ρεύματος από το σύστημα γείωσης προς το έδαφος. Ο χειρότερος τύπος σφάλματος για ένα σύστημα γείωσης είναι συνήθως αυτός που έχει ως αποτέλεσμα την υψηλότερη τιμή για το μέγιστο ρεύμα πλέγματος. Επειδή αυτό το ρεύμα είναι ανάλογο της ομοπολικής συνιστώσας του ρεύματος ή του ρεύματος σφάλματος γείωσης και του συντελεστή καταμερισμού, και επειδή το ρεύμα καταμερισμού είναι σχεδόν ανεξάρτητο από τον τύπο του σφάλματος, το χειρότερο είδος σφάλματος μπορεί να οριστεί ως αυτό που δίνει τη μεγαλύτερη ομοπολική συνιστώσα, 3Ι 0. Για το διφασικό σφάλμα η ομοπολική συνιστώσα του ρεύματος είναι: I o E R2 jx 2 R1 jx1 R0 R2 3 Rf j( X 0 X 2) R2 jx 2 ( R0 3 Rf jx 0) 1.12 και η ομοπολική συνιστώσα ρεύματος για μονοφασικό σφάλμα είναι: I o E 3R R R R j X X X f Για το διφασικό σφάλμα, εάν αγνοηθούν οι αντιστάσεις, η ομοπολική συνιστώσα του ρεύματος είναι: I o E X2 X ( X X ) ( X X ) και η ομοπολική συνιστώσα ρεύματος για μονοφασικό σφάλμα είναι: όπου I o E X X X I 0 είναι η συμμετρική rms τιμή της ομοπολικής συνιστώσας του ρεύματος σε Α Ε είναι η φασική τάση σε V R f είναι η αντίσταση σφάλματος σε Ω R 1 είναι η αντίσταση ορθής συνιστώσας σε Ω R 2 είναι η αντίσταση αντίστροφης συνιστώσας σε Ω R 0 είναι η αντίσταση ομοπολικής συνιστώσας σε Ω X 1 είναι η αντίδραση ορθής συνιστώσας σε Ω Χ 2 είναι η αντίδραση αντίστροφης συνιστώσας σε Ω Χ 0 είναι η αντίδραση ομοπολικής συνιστώσας σε Ω 21

30 Η εύρεση της θέσης του σφάλματος που δημιουργεί το μεγαλύτερο ρεύμα πλέγματος I G απαιτεί πολλές εκτιμήσεις. Δεν υπάρχουν γενικοί κανόνες που να καθορίζουν πως θα εντοπιστεί αυτό το σφάλμα. Το χειρότερο είδος σφάλματος μπορεί να βρίσκεται στην πλευρά της υψηλής ή στην πλευρά της χαμηλής τάσης, και να βρίσκεται μέσα στον υποσταθμό ή έξω σε μία γραμμή αρκετά μακριά από αυτόν. Η διάρκεια του σφάλματος εξαρτάται από την σχεδίαση προστασίας και από την θέση του σφάλματος. Επηρεάζει όχι μόνο τον παράγοντα D f, αλλά και το επίπεδο της μέγιστης επιτρεπτής τάσης. Εάν ο χρόνος εκκαθάρισης ενός σφάλματος είναι σχετικά μεγάλος, το επίπεδο της μέγιστης επιτρεπτής τάσης μπορεί να μειωθεί σε τιμές που να κάνουν αυτό το σφάλμα την χειρότερη περίπτωση, ακόμα και αν το ρεύμα πλέγματος δεν έχει την μέγιστη τιμή. 22

31 2.ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΗΣ ΑΝΕΜΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ Η αιολική ενέργεια προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα και είναι ο λόγος για τον οποίο είναι η περισσότερο ταχέως αναπτυσσόμενη πηγή ενέργειας στον κόσμο. Οι ερευνητικές προσπάθειες στοχεύουν να ανταποκριθούν στις ανάγκες για ευρύτερη χρήση της αιολικής ενέργειας. Η αιολική ενέργεια είναι μια καθαρή πηγή ενέργειας, καθώς απορρέει από τον άνεμο. Η αιολική ενέργεια δεν μολύνει την ατμόσφαιρα, όπως οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας οι οποίοι στηρίζονται στην καύση ορυκτών καυσίμων, όπως άνθρακα ή φυσικό αέριο. Οι ανεμογεννήτριες δεν παράγουν ατμοσφαιρικές εκπομπές, οι οποίες προκαλούν όξινη βροχή ή αέρια του θερμοκηπίου. Η τεχνολογία που αναπτύσσεται για την αιολική ενέργεια είναι μια από τις πιο οικονομικές που υπάρχουν σήμερα στον χώρο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Οι ανεμογεννήτριες μπορούν να τοποθετηθούν σε αγροκτήματα, ωφελώντας έτσι την οικονομία των αγροτικών περιοχών, όπου βρίσκονται οι περισσότερες από τις καλύτερες τοποθεσίες από την άποψη του ανέμου. Οι αγρότες μπορούν να συνεχίσουν να εργάζονται στη γη, καθώς οι ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούν μόνον ένα μέρος της γης. Οι ιδιοκτήτες των εγκαταστάσεων για την παραγωγή αιολικής ενέργειας πληρώνουν ενοίκιο στους αγρότες για τη χρήση της γης. 2.1 Τύποι ανεμογεννητριών [5][6] Οι ανεμογεννήτριες μπορούν να χωριστούν σε δύο βασικές κατηγορίες που καθορίζονται από τον τρόπο περιστροφής της τουρμπίνας. Οι ανεμογεννήτριες που περιστρέφονται γύρω από οριζόντιο άξονα είναι πιο συχνές (όπως ένας ανεμόμυλος), ενώ οι ανεμογεννήτριες με κάθετο άξονα είναι λιγότερο συχνά χρησιμοποιούμενες Ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα Οριζόντιου άξονα ανεμογεννήτριες είναι το κοινό στυλ που συναντάται όταν, γίνεται αναφορά σε ανεμογεννήτριες. Έχουν παρόμοιο σχέδιο με έναν ανεμόμυλο, έχουν πτερύγια που μοιάζουν με προπέλα που περιστρέφονται σε οριζόντιο άξονα. Οι οριζοντίου άξονα ανεμογεννήτριες έχουν τον κύριο άξονα του ρότορα και την ηλεκτρογεννήτρια στην κορυφή ενός πύργου, και πρέπει να τοποθετούνται στην κατεύθυνση του αέρα. Οι μικρές ανεμογεννήτριες κατευθύνονται με έναν απλό ανεμοδείκτη τοποθετημένο στον ρότορα (λεπίδες), ενώ οι μεγάλες ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούν γενικά έναν αισθητήρα ανέμου σε συνδυασμό με ένα σερβοκινητήρα. 23

32 2.1.2 Ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα Οι ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα έχουν τον κύριο άξονα τους κάθετα τοποθετημένο. Το βασικό πλεονέκτημα τους είναι ότι δεν χρειάζεται να τοποθετηθούν στην κατεύθυνση του ανέμου. Αυτό είναι ένα πλεονέκτημα στις περιοχές, όπου η κατεύθυνση του ανέμου είναι ιδιαίτερα μεταβλητή ή έχει ταραχώδεις ανέμους. Με τον κάθετο άξονα, η γεννήτρια και άλλα βασικά εξαρτήματα μπορούν να τοποθετηθούν κοντά στο έδαφος, έτσι ώστε ο πύργος δεν χρειάζεται να τα στηρίξει, και επίσης κάνει ευκολότερη τη συντήρηση. 2.2 Είδη πύργων [6] Στα πρώτα χρόνια της ανάπτυξης της σύγχρονης τεχνολογίας της αιολικής ενέργειας ποικίλα σχέδια πύργων δοκιμάστηκαν, αλλά στην πορεία του χρόνου, περιορίστηκαν σε συγκεκριμένα σχέδια, κυρίως από χάλυβα και πιο σπάνια από σκυρόδεμα Δικτυωτός πύργος Οι δικτυωτοί πύργοι (εικόνα 2.1.β) ήταν το προτιμότερο σχέδιο των πρώτων πειραματικών ανεμογεννητριών για τα πρώτα χρόνια και για τις μικρότερες εμπορικές ανεμογεννήτριες. Έχουν μεγάλη βάση σε σχέση με το μέγεθός τους και επομένως χρειάζονται μεγαλύτερα θεμέλια. Στηρίζονται σε τρία ή τέσσερα πόδια με συνδέσμους πάνω και κάτω στον πύργο. Αυτός ο τύπος πύργου είναι καλή επιλογή αν θέλουμε μικρό και φτηνό πύργο για ανεμογεννήτριες. Καθώς ένα από τα βασικά του πλεονεκτήματα είναι ότι δεδομένου ύψους οι δαπάνες για υλικά είναι πολύ μικρότερες σε σχέση με τους σωληνωτούς πύργους. Από την άλλη μεριά κάποια από τα μειονεκτήματα του είναι οι επιπλέον δαπάνες για την συντήρησή του, ο χρόνος που χρειάζεται για την συναρμολόγησή του στην περιοχή που πρέπει να εγκατασταθεί, καθώς και λόγοι αισθητικής Τσιμεντένιος πύργος Αυτοί οι πύργοι ήταν χαρακτηριστικοί για τις πρώτες μεγάλες πειραματικές ανεμογεννήτριες. Αργότερα, έγιναν κυρίαρχοι και στις εμπορικές ανεμογεννήτριες. Πρόσφατα έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται ξανά για πύργους ύψους μεγαλύτερο των 80m (εικόνα 2.1.α) Χαλύβδινος σωληνωτός πύργος Είναι ο πιο κοινός τύπος πύργου που χρησιμοποιείται σήμερα (εικόνα 2.2.α). Ο κυριότερος λόγος είναι ο σύντομος χρόνος που χρειάζεται για την εγκατάστασή του στην περιοχή που έχει προγραμματιστεί. Μικροί πύργοι έως 20m μπορούν να δημιουργηθούν από τον κατασκευαστή ως ένα κομμάτι και να τοποθετηθούν 24

33 Εικόνα 2.1: α) Τσιμεντένιος πύργος β) Δικτυωτός πύργος [6]. Εικόνα 2.2: α) Χαλύβδινος σωληνωτός πύργος β) Καλωδιωτός χαλύβδινος σωληνωτός πύργο [6]. 25

34 απευθείας στην περιοχή. Μεγαλύτεροι πύργοι έως 100m φτιάχνονται από περισσότερα τμήματα, τα οποία συνδέονται στην συνέχεια μεταξύ τους έτσι ώστε να μην χρειαστεί συγκόλληση στην περιοχή, όπου σχεδιάζεται να τοποθετηθούν. Ένα ακόμα πλεονέκτημά τους είναι οι χαμηλές τιμές χάλυβα τα τελευταία χρόνια. Έχει γίνει πλέον δυνατό να μειώσουμε σημαντικά τη δομική μάζα, και κατά συνέπεια το κόστος των πύργων, χρησιμοποιώντας «μαλακά» σχέδια Καλωδιωτός χαλύβδινος σωληνωτός πύργος Οι ρότορες κατέστησαν αναγκαία τη χρήση λεπτού χαλύβδινου σωληνωτού πύργου για να μειώσει όσο γίνεται την επίδραση του φαινομένου της σκιάς του πύργου (εικόνα 2.2.β). Παρά το συγκριτικά χαμηλό συνολικό βάρος τους, οι πύργοι αυτοί δεν είναι πολύ αποδοτικοί από πλευράς κόστους. Τα καλώδια και τα επιπλέον θεμέλια που απαιτούνται ανεβάζουν το συνολικό κόστος. Επίσης, τα καλώδια θεωρούνται εμπόδιο στις αγροτικές περιοχές Ειδικά σχέδια Εκτός από τα παραπάνω σχέδια, μπορεί να βρεθούν και κάποια ειδικά σχέδια πύργων ανεμογεννητριών. Πλέον όμως, κατασκευές όπως αυτές δεν διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο. Η πλειοψηφία των ανεμογεννητριών σήμερα έχουν ένα από τα σχέδια που αναφέρθηκαν προηγουμένως. 2.3 Θεμέλια [6][7] Τα θεμέλια της ανεμογεννήτριας εξαρτώνται από το μέγεθός της και από την κατάσταση του εδάφους. Ανάλογα με τις γεωλογικές συνθήκες, απαιτείται είτε βάση πλάκας, είτε βάση με πασσάλους (εικόνα 2.3). Και οι δύο τρόποι θεμελίωσης απαιτούν κάποιο είδος διασύνδεσης μεταξύ του πύργου και των θεμελίων. Η διασύνδεση βρίσκεται μέσα στο σκυρόδεμα και κατά συνέπεια, ακόμα και η θεμελίωση με πασσάλους πρέπει να έχει πλάκα από μπετόν. Ο τύπος της διασύνδεσης μπορεί σε κάποιες περιπτώσεις να καθορίσει το είδος της θεμελίωσης. Ο καθοριστικός παράγοντας είναι το βάθος στο οποίο έχουν βρεθεί στρώματα του εδάφους, τα οποία θα απορροφήσουν τα φορτία που επιβάλλονται. 26

35 Εικόνα 2.3: α) θεμελίωση με βάση πλάκας β) θεμελίωση με βάση με πασσάλους [6] Θεμελίωση πλάκας Η θεμελίωση πλάκας, που συχνά αποκαλείται και τυπική βάση, είναι κυκλική, ορθογώνια ή πολυγωνική βάση. Οι πύργοι χάλυβα συνδέονται μέσω ενός τμήματος των θεμελίων με τον οπλισμό του σκυροδέματος. Η απαιτούμενη μάζα και οι διαστάσεις της πλάκας καθορίζονται από την όλη κατασκευή, δηλαδή από το βάρος της τουρμπίνας, τον πύργο και την ίδια την βάση. Όσο μεγαλύτερη είναι η κάτω περιοχή τόσο μικρότερη είναι η πίεση που ασκείται στο έδαφος. Το πλάτος της πλάκας πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο για να αποτρέπει τον πύργο να αναποδογυρίσει. Αυτός ο τρόπος θεμελίωσης είναι για δυνατά και σκληρά εδάφη. Τα θεμέλια με βάση πλάκας μπορεί να τοποθετούνται είτε πάνω στο έδαφος ή κάτω από αυτό (επιφανειακή θεμελίωση), είτε κάτω από το έδαφος σε μεγαλύτερο βάθος από την προηγούμενη περίπτωση (βαθιά θεμελίωση). Η πρώτη περίπτωση έχει το πλεονέκτημα ότι είναι εύκολη η κατασκευή καθώς απαιτούνται λιγότερες ανασκαφές. Η δεύτερη περίπτωση χρησιμοποιείται όταν υπάρχουν δυνατά και σκληρά στρώματα εδάφους κάτω από μαλακά στρώματα και γίνονται ανασκαφές για να τοποθετηθούν τα θεμέλια στα δυνατά και καλύτερα στρώματα. Αυτός ο τύπος θεμελίωσης έχει το πλεονέκτημα ότι απαιτείται λιγότερο μπετόν, αλλά χρειάζεται και περισσότερες ανασκαφές. Εικόνα 2.4: α) θεμελίωση με βάση πλάκας (επιφανειακή θεμελίωση) β) θεμελίωση με βάση πλάκας (βαθιά θεμελίωση) [8][9]. 27

36 2.3.2 Θεμελίωση με πασσάλους Οι βάσεις με πασσάλους που χρησιμοποιούνται για αδύναμα εδάφη έχουν μία πλάκα έδρασης τοποθετημένη πάνω σε πασσάλους, η οποία μεταφέρει τα φορτία σε στρώματα εδάφους που είναι ικανά να τα αντέξουν. Και αυτός ο τρόπος θεμελίωσης χρησιμοποιεί πλάκα από μπετόν η οποία εδώ λειτουργεί ως σύνδεσμος μεταξύ των πασσάλων και του πύργου και γι αυτό το μέγεθός της μπορεί να μειωθεί. Ένας τρόπος θεμελίωσης με πασσάλους είναι η τοποθέτηση των πασσάλων στο βραχώδες υπόστρωμα, όταν αυτό βρίσκεται σε επιτρεπτό βάθος και είναι καλής ποιότητας. Άλλος τρόπος είναι ο συνδυασμός πλάκας και πασσάλων. Σε αυτή την περίπτωση η πλάκα μεταφέρει τα φορτία στα πάνω στρώματα του εδάφους και οι πάσσαλοι στα βαθύτερα στρώματα. Εικόνα 2.5: Θεμελίωση με πασσάλους [10]. 2.4 Ηλεκτρόδια Τύποι ηλεκτροδίων γείωσης [11] Τα ηλεκτρόδια γείωσης τοποθετούνται στα βαθύτερα στρώματα γης, όπου υπάρχει υγρασία και για αυτό το λόγο θα πρέπει να αποτελούνται από ένα μέταλλο ή συνδυασμό μετάλλων έτσι ώστε να μην υφίστανται διάβρωση τέτοια ώστε να δημιουργούν πρόβλημα στην περίοδο που έχουν προγραμματιστεί να χρησιμοποιούνται. Ο χαλκός είναι το πιο κοινά χρησιμοποιούμενο υλικό για την κατασκευή ηλεκτροδίων εξαιτίας της υψηλής αγωγιμότητάς του και της ανθεκτικότητάς του στην διάβρωση. Άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι ο γαλβανισμένος χάλυβας εν θερμώ, ανοξείδωτος χάλυβας, αλουμίνιο και μόλυβδος. Σύμφωνα με το IEC για συστήματα αντικεραυνικής προστασίας κάποια μέταλλα είναι πιο αποτελεσματικά ανάλογα με την περίπτωση πίνακες 2.1 και 2.2. Στα συστήματα γείωσης των ανεμογεννητριών χρησιμοποιούνται κυρίως τρεις τύποι ηλεκτροδίων, οι οποίοι αναφέρονται παρακάτω. 28

37 Πίνακας 2.1: Προτεινόμενη χρήση υλικών σύμφωνα με IEC [12] Πίνακας 2.2: Ιδιότητες διάβρωσης διάφορων υλικών σύμφωνα με IEC [12] Ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου [13] Το ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου τοποθετείται συνήθως γύρω από την βάση της ανεμογεννήτριας και έρχεται σε επαφή με το έδαφος τουλάχιστον, το 80% του συνολικού του μήκους και πρέπει να βρίσκεται σε βάθος τουλάχιστον 0.5m. Το σύστημα γείωσης μίας ανεμογεννήτριας μπορεί να έχει δύο ή και περισσότερα ηλεκτρόδια τύπου δακτυλίου διαφορετικών διαστάσεων και τοποθετημένα στο ίδιο ή διαφορετικό βάθος, ανάλογα κάθε φορά με την περίπτωση έτσι ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή αντίσταση γείωσης. Η αντίσταση ενός ηλεκτροδίου τύπου δακτυλίου το 29

38 οποίο είναι φτιαγμένο από ταινία πάχους c και είναι τοποθετημένο σε ένα τυπικό βάθος t = 1m μπορεί να υπολογιστεί από την σχέση (2.1) R k (2.1) 2 2 D όπου D είναι η διάμετρος του δακτυλίου k είναι ένας παράγοντας που βρίσκεται από το διάγραμμα στην εικόνα 2.6 Εικόνα 2.6: Παράγοντας k στη σχέση (2.1) συναρτήση του λόγου D/a [13]. Εικόνα 2.7: Ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου σύμφωνα με [13]. 30

39 Οριζόντια ηλεκτρόδια γείωσης [14][15] Τα οριζόντια ηλεκτρόδια γείωσης κατασκευάζονται συνήθως από μία ταινία ορθογωνικής διατομής, συνήθως πλάτους 30-40mm και πάχους 4-5mm. Τοποθετούνται σε βάθος τουλάχιστον 0.5m και το μήκος τους είναι συνήθως μεγαλύτερο από 30m. Για παράδειγμα ένας αγωγός μήκους 50m και διαμέτρου 10mm, σε βάθος 0.5m έχει μία αντίσταση 4Ω σε έδαφος με ειδική αντίσταση εδάφους 90Ωm. Το ισοδύναμο κυκλωματικό μοντέλο ενός οριζόντιου ηλεκτροδίου γείωσης φαίνεται στην εικόνα 2.8. Εικόνα 2.8: Ισοδύναμο κυκλωματικό μοντέλο ενός οριζόντιου ηλεκτροδίου γείωσης σύμφωνα με [14]. Για ένα οριζόντιο ηλεκτρόδιο γείωσης θαμμένο σε ομογενές έδαφος ισχύουν οι παρακάτω σχέσεις: conductor R (2.2) 2 a 0 2l L ln 1 2 (2.3) 2ha 2 0 r C (2.4) 2l ln 1 2ha 2 G (2.5) 2l ln 1 2ha όπου l είναι το μήκος του ηλεκτροδίου γείωσης h είναι το βάθος ενταφιασμού του ηλεκτροδίου γείωσης α είναι η ακτίνα του ηλεκτροδίου γείωσης ρ είναι η ειδική αντίσταση του εδάφους 31

40 Κατακόρυφη ράβδος γείωσης [11][16] Οι κατακόρυφοι ράβδοι γείωσης είναι μεταλλικοί ράβδοι ή σωλήνες που τοποθετούνται κατακόρυφα μέσα στο έδαφος έτσι ώστε να μπορέσουν να φτάσουν στα βαθύτερα στρώματα γης. Τρεις τύποι ράβδων γείωσης χρησιμοποιούνται συχνά, συμπαγείς χαλκού, χαλύβδινες επιστρωμένες με χαλκό (Copper clad steel rod) και χαλύβδινες επιχαλκωμένες (Copper Bonded steel core). Οι συμπαγείς ράβδοι χαλκού δεν είναι επιρρεπείς στη διάβρωση, αλλά έχουν υψηλό κόστος και είναι δύσκολο να τοποθετηθούν σε σκληρό έδαφος. Στην τελευταία περίπτωση χρησιμοποιούνται συνήθως χάλκινοι ράβδοι με πυρήνα χάλυβα, ωστόσο ο χαλύβδινός πυρήνας μένει εκτεθειμένος στη διάβρωση όταν οι ράβδοι αυτές, που είναι απλά επιστρωμένες, τοποθετούνται σε βραχώδες έδαφος. Η πιο αποτελεσματική και οικονομική λύση είναι οι επιχαλκωμένες χαλύβδινες λόγω και της ανθεκτικότητάς τους στη διάβρωση. Το ισοδύναμο κυκλωματικό μοντέλο μίας κατακόρυφης ράβδου γείωσης φαίνεται στην εικόνα 2.9. Εικόνα 2.9: Ισοδύναμο κυκλωματικό μοντέλο μίας κατακόρυφης ράβδου γείωσης σύμφωνα με [16]. Οι σχέσεις για τις παραμέτρους του κυκλωματικού μοντέλου μίας κατακόρυφης ράβδου φαίνονται παρακάτω: 2l R log (2.6) 2 l a 2 l C (2.7) 2l log a 0l 2l L log (2.8) 2 a Οι κάθετες ράβδοι είναι αποτελεσματικά βοηθητικά ηλεκτρόδια, αλλά είναι μία ακριβή μέθοδος σε σχέση με το ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου, ειδικά εάν η εγκατάσταση είναι σε αρκετά μέτρα βάθος. Επίσης το ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου είναι πιο αποτελεσματικό εάν η ειδική αντίσταση εδάφους είναι μεγάλη. 32

41 2.4.2 Διευθέτηση ηλεκτροδίων [12] Για τις ανεμογεννήτριες εφαρμόζονται δύο βασικές διευθετήσεις ηλεκτροδίων γείωσης, όπως περιγράφεται και από το πρότυπο IEC : Τύπος Α: Η γείωση γίνεται με οριζόντια ή κάθετα ηλεκτρόδια συνδεδεμένα με πάνω από δύο αγωγούς της κατασκευής. Αυτή η σχεδίαση δεν προτείνεται τόσο για ανεμογεννήτριες, όσο για μικρά κτίρια. Τύπος Β: Αυτός ο τύπος περιλαμβάνει ηλεκτρόδιο γείωσης τύπου δακτυλίου σε επαφή με το έδαφος για πάνω από το 80% του συνολικού μήκους του ή θεμελιακή γείωση. Ο δακτύλιος και τα μεταλλικά μέρη της γείωσης πρέπει να συνδέονται με τον πύργο Μήκος ηλεκτροδίων [12] Το βάθος και ο τύπος των ηλεκτροδίων θα πρέπει να επιλέγονται έτσι ώστε να ελαχιστοποιούν τις επιδράσεις από την διάβρωση, την ξηρότητα ή τον παγετό του εδάφους και έτσι να σταθεροποιούν την αντίσταση γείωσης. Το πρώτο μέτρο ενός ηλεκτροδίου γείωσης δεν θα πρέπει να θεωρείται αποτελεσματικό σε συνθήκες παγετού. Το ελάχιστο μήκος, l 1, των ηλεκτροδίων γείωσης εξαρτάται από την ειδική αντίσταση γείωσης και από το επίπεδο της αντικεραυνικής προστασίας. Για ειδική αντίσταση εδάφους πάνω από 500 m έως και 3000 m, το ελάχιστο μήκος αυξάνει γραμμικά έως και 80m. Για ηλεκτρόδιο γείωσης τύπου δακτυλίου, η μέση ακτίνα, r e, της περιοχής που περικλείεται από το ηλεκτρόδιο δεν θα πρέπει να είναι μικρότερη από την τιμή l 1. Όταν η τιμή του l 1 είναι μεγαλύτερη από την τιμή r e που μας βολεύει, τότε προστίθενται επιπλέον οριζόντια ή κάθετα ηλεκτρόδια με μήκος l r (οριζόντια) και l v (κάθετα) σύμφωνα με τις παρακάτω εξισώσεις: lr l1 re 2.9 lv l1 re / Ο αριθμός των ηλεκτροδίων πρέπει να είναι μεγαλύτερος από δύο και θα πρέπει να συνδέονται όσο γίνεται σε ίσες αποστάσεις. Η σχεδίαση ενός ικανοποιητικού συστήματος γείωσης ενός αιολικού πάρκου προϋποθέτει ελαχιστοποίηση της αντίστασης γείωσης του συστήματος γείωσης της κάθε ανεμογεννήτριας και ολόκληρου του αιολικού πάρκου. Μία αντίσταση των 10 Ω ή και λιγότερο για κάθε ανεμμογεννήτρια είναι ικανοποιητική και για αντικεραυνική προστασία. 33

42 2.5 Σύστημα γείωσης ανεμογεννήτριας Παραδοσιακή γείωση ανεμογεννητριών [17][18][26][27] Τα συστήματα γείωσης των ανεμογεννητριών συνήθως είναι ανεξάρτητα και περιλαμβάνουν έναν χάλκινο δακτύλιο και ράβδους που λειτουργούν ως ηλεκτρόδια γείωσης. Το ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου τοποθετείται συνήθως γύρω από τα θεμέλια και συνδέεται μέσω αυτών με τον πύργο της ανεμογεννήτριας. Ο οπλισμός της θεμελίωσης συνδέεται απευθείας ή μέσω του πύργου με το ηλεκτρόδιο γείωσης τύπου δακτυλίου και θεωρείται αποτελεσματικός ως ηλεκτρόδιο. Ωστόσο συνήθως ο οπλισμός της θεμελίωσης αγνοείται στην ανάλυση του συστήματος γείωσης και επομένως τα αποτελέσμτα είναι στην ασφαλή μεριά. Κατακόρυφες ράβδοι ή οριζόντια ηλεκτρόδια συχνά χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τον δακτύλιο έτσι ώστε να επιτευχθεί συγκεκριμένη τιμή αντίστασης γείωσης. Μία καθορισμένη μέγιστη αντίσταση γείωσης είναι συνήθως 1 με 10Ω. Εάν η γείωση μίας ανεμογεννήτριας αποδειχθεί ότι είναι ανεπαρκής εξαιτίας της υψηλής ειδικής αντίστασης γείωσης του εδάφους της περιοχής τότε μπορεί να χρειαστεί να προστεθούν επιπλέον δακτύλιος και ράβδοι, όσες είναι απαραίτητες, ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή αντίσταση γείωσης. Οι ανεξάρτητες γειώσεις των ανεμογεννητριών συνήθως συνδέονται μέσω της θωράκισης του κύριου καλωδίου τροφοδοσίας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μειώνει συχνά την αντίσταση γείωσης όλης της εγκατάστασης στα 1-2Ω. Εάν το αιολικό πάρκο βρίσκεται σε περιοχή με υψηλή ειδική αντίσταση εδάφους, τότε το σύστημα γείωσης της κάθε ανεμογεννήτριας μπορεί να συνδέεται με ηλεκτρόδιο τύπου ταινία σε συνδυασμό με την σύνδεση που παρέχεται από το κύριο καλώδιο τροφοδοσίας Η θεμελίωση ως μέρος του συστήματος γείωσης [19] Μία ανεμογεννήτρια αποτελείται από ηλεκτρικό εξοπλισμό τοποθετημένο σε μία χαλύβδινη κατασκευή, η οποία βρίσκεται σε επαφή με το σύστημα γείωσης. Παραδοσιακά, το σύστημα γείωσης αποτελείται από χάλκινες ράβδους. Επομένως το σύστημα γείωσης μίας ανεμογεννήτριας περιλαμβάνει την χαλύβδινη κατασκευή και τις χάλκινες ράβδους. Όλος ο ηλεκτρικός εξοπλισμός γειώνεται από το σύστημα γείωσης, συνδεόμενο με τα θεμέλια της ανεμογεννήτριας. Εικόνα 2.10: Θεμελίωση ανεμογεννήτριας [20]. 34

43 Η θεμελίωση μίας ανεμογεννήτριας αποτελείται από ένα χαλύβδινο δακτύλιο τοποθετημένο σε τσιμέντο. Ο χαλύβδινος δακτύλιος μπορεί να συνδέεται με μεταλλικές ράβδους στο τσιμέντο ή με τέσσερις ράβδους από χαλκό τοποθετημένες στις γωνίες της θεμελίωσης, οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους με χάλκινο αγωγό, δημιουργώντας έτσι έναν βρόχο γείωσης (εικόνα 2.11). Αυτός ο βρόχος γείωσης συνδέεται με τον χαλύβδινο δακτύλιο και αποτελεί το σύστημα γείωσης της ανεμογεννήτριας. Ο οπλισμός των θεμελίων μίας ανεμογεννήτριας δρουν και ως μέρος του συστήματος γείωσης. Η αντίσταση γείωσης των θεμελίων εξαρτάται κυρίως από τον οπλισμό του πυθμένα που τοποθετείται εντός και πλησίον του εδάφους. Εικόνα 2.11: Σύστημα γείωσης και θεμελίωση ανεμογεννήτριας [19] Παραδείγματα συστημάτων γείωσης ανεμογεννητριών Οι Yasuda Yoh και Ueda Toshiaki [21] στη μελέτη τους χρησιμοποιούν συστήματα γείωσης με ιδανική απλοποιημένη θεμελίωση (εικόνα 2.12α), με τέσσερις κατακόρυφες ράβδους (εικόνα 2.12β) και με ένα εξωτερικό δακτύλιο τύπου δακτυλίου σε απόσταση 4m από τα θεμέλια (εικόνα 2.12γ). Τα συμπεράσματα της μελέτης τους είναι ότι όσο πιο υψηλή είναι η ειδική αντίσταση εδάφους, τόσο αναμένεται το ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου να είναι πιο αποτελεσματικό. Ένα ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου 15m έχει το ίδιο αποτέλεσμα με κατακόρυφες ράβδους σε βάθος 25m. Αυτό δείχνει ότι μπορεί να υπάρχει αποτελεσματικός και οικονομικός συνδυασμός κατακόρυφων ράβδων και ηλεκτροδίων τύπου δακτυλίου. 35

44 Εικόνα 2.12: Συστήματα γείωσης ανεμογεννητριών α) απλή θεμελίωση β) με κατακόρυφες ράβδους γείωσης γ) με ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου [21]. Στην εργασία των S. Yanagawa, D. Natsuno, K. Yamamoto [22] η θεμελίωση αποτελείται από κανονικό οκτάγωνο πλευράς 6.5m, ο πύργος συνδέεται με τα θεμέλια και οι ράβδοι οπλισμού μέσα στην θεμελίωση συνδέονται μεταξύ τους. Η θεμελίωση είναι θαμμένη σε βάθος 2.7m και ένα πλέγμα γείωσης είναι θαμμένο πάνω από την θεμελίωση και συνδέεται με τον πύργο (εικόνα 2.13). Εικόνα 2.13: Σύστημα γείωσης ανεμογεννήτριας με πλέγμα [22]. Οι Md. R. Ahmed και M. Ishii [23] στη μελέτη τους χρησιμοποιούν σύστημα γείωσης με μπάρα οπλισμού θεμελίων πλάτους 6m και ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου πλάτους 12m. Τέσσερις κατακόρυφοι ράβδοι μήκους 10m τοποθετούνται στις τέσσερις γωνίες του δακτυλίου (εικόνα 2.14). 36

45 Εικόνα 2.14: Σύστημα γείωσης ανεμογεννήτριας ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου και τέσσερις ράβδους [23]. Οι O. Ukar και I. Zamora [24] χρησιμοποιούν τέσσερα διαφορετικά συστήματα γείωσης με κυκλικό ή τετράγωνο δακτύλιο με ή χωρίς κατακόρυφες ράβδους γείωσης (εικόνα 2.15). Τα συμπεράσματα της μελέτης τους είναι ότι είναι προτιμότερο να χρησιμοποιούμε τετράγωνους δακτυλίους αντί για κυκλικούς, καθώς οι τετράγωνοι χωρίς ράβδους είναι το ίδιο αποτελεσματικοί όσον αφορά τις βηματικές τάσεις, με τους κυκλικούς δακτυλίους με κατακόρυφες ράβδους. Εικόνα 2.15: Συστήματα γείωσης ανεμογεννητριών α) κυκλικός δακτύλιος β) κυκλικός δακτύλιος με ράβδους γ) τετράγωνος δακτύλιος δ) τετράγωνος δακτύλιος με ράβδους [24]. Οι Ι.Φ. Γκόνος, Β.Θ. Κονταργύρη, Γ.Π. Φώτης, Ι.Α. Σταθόπουλος, Γ.Α. Μάνος [25] χρησιμοποιούν στη μελέτη τους σύστημα γείωσης με πλέγμα διαστάσεων 35x25m σε βάθος 1m. Έναν εξωτερικό δακτύλιο με διάμετρο 12m, σε βάθος 2.5m και εσωτερικό 37

46 δακτύλιο με διάμετρο 3m και βάθος 1m και κατακόρυφα ηλεκτρόδια μήκους 3m (εικόνα 2.16). Εικόνα 2.16: Σύστημα γείωσης ανεμογεννήτριας με δύο δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα [25]. Τέλος, οι B. Markovski, L. Grcev και V. Arnautovski-Toseva [28] θεωρούν σύστημα γείωσης Α/Γ 1.5MW με θεμελίωση οκταγωνικού σχήματος διαμέτρου 15m και βάθους 2.5m (εικόνα 2.17). Το βασικό σύστημα γείωσης αποτελείται από τρία ηλεκτρόδια τύπου δακτυλίου μέσα στην θεμελίωση και δύο επιπλέον δακτυλίους θαμμένους στο έδαφος μαζί με τέσσερις ράβδους. Εικόνα 2.17: Σύστημα γείωσης ανεμογεννήτριας με τρεις εσωτερικούς δακτυλίους, δύο εξωτερικούς και τέσσερις ράβδους [28]. 2.6 Βασικά κριτήρια σχεδίασης συστημάτων γείωσης μιας Α/Γ[19][29][30][31] Είναι σημαντικό για την προστασία του προσωπικού, του εξοπλισμού και των εγκαταστάσεων, καθώς και για την μείωση του ηλεκτρικού θορύβου, η σχεδίαση ενός επαρκούς και αποτελεσματικού συστήματος γείωσης. Ένα κατάλληλα σχεδιασμένο σύστημα πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη λειτουργία του εξοπλισμού κάτω από κανονικές συνθήκες, αλλά και κάτω από συνθήκες σφάλματος όπως υπερτάσεις, προβλήματα μόνωσης, σφάλματα στο σύστημα και πλήγματα κεραυνών. Η σχεδίαση ενός συστήματος γείωσης αποτελείται από τέσσερα μεγάλα βήματα: μέτρηση ειδικής αντίστασης εδάφους, υπολογισμός της διανομής των ρευμάτων σφάλματος, σχεδίαση συστήματος γείωσης και ανάλυση μέτρων ασφαλείας. Για την σχεδίαση όμως ενός συστήματος γείωσης ενός μεγάλου αιολικού πάρκου πρέπει να δοθεί σημασία σε κάποιους επιπλέον παράγοντες. 38

47 Πρώτα απ όλα όσον αφορά τη μέτρηση της ειδικής αντίστασης εδάφους, η οποία αποτελεί βάση για την σχεδίαση ενός συστήματος γείωσης. Τα αιολικά πάρκα στην Ελλάδα τοποθετούνται συνήθως σε ψηλές περιοχές (βουνά, βραχώδεις λόφοι), όπου η πιθανότητα για δυνατούς ανέμους είναι μεγαλύτερη. Σε αυτές τις περιοχές η ειδική αντίσταση εδάφους έχει υψηλές τιμές, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα να δημιουργούνται προβλήματα στη σχεδίαση των συστημάτων γείωσης των ανεμογεννητριών στην προσπάθεια να μειωθούν οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής, καθώς και η αντίσταση γείωσης του συστήματος. Το κόστος εγκατάστασης αυξάνει εξαιτίας των πολλών εκσκαφών και του ειδικού εξοπλισμού που απαιτείται, καθώς πρέπει να γίνει ένας μεγάλος αριθμός μετρήσεων της ειδικής αντίστασης εδάφους, εφόσον ένα αιολικό πάρκο καλύπτει μία μεγάλη περιοχή γης και το σύστημα γείωσης που πρέπει να σχεδιαστεί δεν είναι μόνο για τον υποσταθμό, αλλά και για κάθε ανεμογεννήτρια ξεχωριστά. Επιπλέον πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην επιλογή του μοντέλου εδάφους, όπως και στον υπολογισμό των παραμέτρων του εδάφους, καθώς είναι σημαντικοί παράγοντες για την σχεδίαση ενός ασφαλούς συστήματος. Ένας άλλος παράγοντας που δεν πρέπει να παραβλεφθεί είναι ότι οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής εξαρτώνται από το ρεύμα σφάλματος που διανέμεται στη γη μέσω του συστήματος γείωσης. Στο σύστημα γείωσης ενός αιολικού πάρκου το σφάλμα μπορεί να συμβεί στον υποσταθμό, όπως και σε κάθε μία από τις ανεμογεννήτριες. Γι αυτό πρέπει να γίνονται και να μελετώνται εκτεταμένες προσομοιώσεις σφάλματος σε διαφορετικές τοποθεσίες έτσι ώστε να αποφασιστεί ένα επαρκές και ασφαλές σύστημα. Εάν υπάρχει πρόβλημα στην σχεδίαση για διάφορους λόγους, όπως περιορισμένος χώρος, για την βελτιστοποίηση του συστήματος γείωσης μπορεί να γίνει προσθήκη χαλικιού ή ασφάλτου ως υλικού επιφανείας. Τα πιο σημαντικά κριτήρια σχεδίασης είναι η ικανοποίηση των κριτηρίων ασφαλείας όσον αφορά τη βηματική τάση και την τάση επαφής, ελαχιστοποίηση του κόστους κατασκευής, εύκολη εγκατάσταση του συστήματος γείωσης. Σε κάθε περίπτωση πάντως τα πιο σημαντικά κριτήρια είναι αυτά που αφορούν την ασφάλεια απέναντι στην τάση επαφής και στην βηματική τάση στην επιφάνεια του εδάφους πάνω από το σύστημα γείωσης του αιολικού πάρκου. Έαν όλα τα κριτήρια δεν μπορούν να ικανοποιηθούν πλήρως, όταν οι τάσεις επαφής και βήματος δεν ξεπερνούν τα μέγιστα επιτρεπτά όρια τότε η διαμόρφωση του σχεδιασμού του συστήματος γείωσης μπορεί να θεωρηθεί αποδεχτή. Συνήθως σε μεγάλα συστήματα γείωσης χρησιμοποιούνται αναλυτικοί τύποι για την ανάλυσή τους. Για μικρά όμως συστήματα η ακρίβεια είναι περιορισμένη. Γι αυτό είναι σημαντικό να αναλύεται το σύστημα γείωσης μίας ανεμογεννήτριας με διαφορετικό τρόπο, όπως χρησιμοποιώντας κατάληλα εμπορικά λογισμικά. Ως παράδειγμα, το λογισμικό CYMGRD, το οποίο χρησιμοποιεί την σχέση (2.11), η οποία υπολογίζει το δυναμικό γης σε ένα σημείο Α(x,y,z) για ένα στοιχείο j ως: 39

48 V f X, Y. Z, X, Y, Z, j j A A A j j j X Ai X j YAi Yj Z Ai Z j j X Ai X j YAi Yj Z Ai Z j (2.11) όπου: X A, Y A, Z A X j, Y j, Z j I j Δ V j η θέση του σημείου A η θέση του στοιχείου j το ρεύμα του στοιχείου j η ειδική αντίσταση του εδάφους το δυναμικό γης. 2.7 Μεθοδολογία σχεδίασης συστημάτων γείωσης Α/Γ [25][30] Tο κάθε σύστημα γείωσης μπορεί να ανεξαρτητοποιηθεί, έτσι ώστε η αντίσταση γείωσης κάθε ανεξάρτητου συστήματος γείωσης να μετράται κατά το στάδιο της κατασκευής. Στο στάδιο της κατασκευής, τα ανεξάρτητα συστήματα γείωσης των ανεμογεννητριών χωρίζονται μεταξύ τους με φρεάτια, ώστε να είναι δυνατός ο έλεγχος του κάθε συστήματος γείωσης ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα. Tα βήματα της σχεδίασης του συστήματος γείωσης ενός αιολικού πάρκου είναι: 1. Μέτρηση της ειδικής αντίστασης εδάφους και επιλογή του μοντέλου εδάφους. 2. Υπολογισμός της μέγιστης τιμής ρεύματος σφάλματος στους ζυγούς του αιολικού πάρκου. 3. Υπολογισμός των μέγιστων επιτρεπτών ορίων για την τάση επαφής και βηματική τάση. 4. Σχεδίαση του συστήματος γείωσης κάθε μίας ανεμογεννήτριας ξεχωριστά. Η γείωση μίας ανεμογεννήτριας συνήθως επιτυγχάνεται τοποθετώντας ένα δακτύλιο γείωσης γύρω από τη θεμελίωση και η συγκόλλησή του με τον πύργο της ανεμογεννήτριας μέσω της θεμελίωσης. Συνηθίζεται η θεμελίωση της ανεμογεννήτριας να περιλαμβάνει δύο δακτυλίους, έναν δακτύλιο με την ακτίνα της βάσης του πύργου και έναν εξωτερικό δακτύλιο. 5. Υπολογισμός της συνολικής αντίστασης γείωσης του αιολικού πάρκου που περιέχει και τα διασυνδεδεμένα συστήματα γείωσης όλων των ανεμογεννητριών, του κατανεμημένου ρεύματος βραχυκύκλωσης στο σύστημα γείωσης κάθε ανεμογεννήτριας, των ανεπτυγμένων τάσεων επαφής και βήματος στην επιφάνεια του εδάφους όπου ένα άτομο μπορεί να εκτεθεί σε κίνδυνο. 6. Έλεγχος εάν οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής έχουν αποδεκτές τιμές. Εάν ναι, τότε σταματάνε οι υπολογισμοί. 40

49 Εάν όχι, και αν είναι δυνατό να προστεθούν περισσότεροι αγωγοί γείωσης στο σύστημα γείωσης της κάθε ανεμογεννήτριας, επαναλαμβάνεται το βήμα 4 και ενισχύεται το σύστημα γείωσης ή επεκτείνονται οι διαστάσεις στην περιοχή ανάμεσα στις ανεμογεννήτριες. Εάν όχι και δεν μπορεί να γίνει επιπλέον ενίσχυση τότε πηγαίνουμε στο βήμα Μείωση του χρόνου εκκαθάρισης σφάλματος στην περίπτωση που όλα τα παραπάνω μέτρα αποτύχουν στα ασφαλή κριτήρια για επιτρεπτές τάσεις επαφής και βηματικές τάσεις. Έλεγχος ξανά εάν οι τάσεις επαφής και οι βηματικές τάσεις κυμαίνονται σε επιτρεπτά επίπεδα. Εάν ναι, τότε τελειώνουν οι υπολογισμοί. Εάν όχι, τότε πηγαίνουμε στο βήμα Βελτίωση συστήματος γείωσης με: χρησιμοποίηση στρώματος χαλικιού ή άσφαλτο πάνω από το σύστημα γείωσης των ανεμογεννητριών, πύκνωση του πλέγματος γείωσης, αύξηση της επιφάνειας του συστήματος γείωσης, προσθήκη χώματος με χαμηλή ειδική αντίσταση ή βελτιωτικών εδάφους, χρησιμοποίηση φράκτη προστασίας σε κρίσιμες περιοχές όπου οι τάσεις επαφής και βήματος είναι ιδιαίτερα υψηλές. Οι βηματικές τάσεις εξαρτώνται από το βάθος στο οποίο τοποθετούνται τα ηλεκτρόδια γείωσης, αλλά και από τις διαστάσεις τους. Έτσι όσο μεγαλώνει το βάθος στο οποίο τοποθετείται το πλέγμα, μειώνονται και οι βηματικές τάσεις. Επίσης η βηματική τάση μειώνεται περισσότερο όσο αυξάνεται η περίμετρος του ηλεκτροδίου γείωσης παρά με την πρόσθεση ράβδων γείωσης. Κάτι ακόμα στο οποίο πρέπει να δοθεί προσοχή είναι ότι γενικά συνιστάται να συμπεριλαμβάνονται τα μεταλλικά μέρη των θεμελίων της κατασκευής σε ένα σύστημα γείωσης, γιατί η χρησιμοποίησή τους έχει ως αποτέλεσμα την χαμηλότερη δυνατή αντίσταση γείωσης και γιατί η προσπάθεια του διαχωρισμού του συστήματος γείωσης από τα μεταλλικά μέρη μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα, ειδικά σε τσιμεντένιες θεμελιώσεις. 41

50 42

51 3. ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΙΩΣΗΣ Α/Γ Σε αυτήν την ενότητα γίνεται εκτενής ανάλυση διαφόρων συστημάτων γείωσης για μία ανεμογεννήτρια με πύργο διαμέτρου 3m με τη βοήθεια του λογισμικού πακέτου CYMGRD. Η ανεμογεννήτρια θεωρείται ότι έχει μία ταινία γείωσης διαμέτρου 3m από γαλβανισμένο χαλκό ενταφιασμένη σε βάθος 0.5m. Η ανάλυση γίνεται για μέγιστο ρεύμα σφάλματος 800Α και για τρεις διαφορετικές περιπτώσεις διάρκειας σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s. Υπό τη θεώρηση ομοιογενούς μοντέλου εδάφους στη θέση εγκατάστασης της ανεμογεννήτριας, εξετάζονται πέντε διαφορετικές περιπτώσεις για την ειδική αντίσταση εδάφους 100Ωm, 250Ωm, 500Ωm, 1000Ωm και 2000Ωm. Η ανάλυση γίνεται σύμφωνα με το πρότυπο ΙΕΕΕ Std για άτομο βάρους 70kg και αρχικά θεωρείται ότι δεν υπάρχει υλικό επιφανείας. Στην ανάλυση δεν συμπεριλαμβάνεται ο οπλισμός των θεμελίων της Α/Γ, ο οποίος αποτελεί τμήμα του συστήματος γείωσής της. Επομένως τα αποτελέσματα που προκύπτουν είναι από την ασφαλή πλευρά, καθώς η αντίσταση γείωσης που προκύπτει είναι μεγαλύτερη από αυτήν που θα προέκυπτε αν συμπεριλαμβανόταν και ο οπλισμός των θεμελίων. Στις παρακάτω ενότητες παρατηρείται η επίδραση που έχει στις βηματικές τάσεις, στις τάσεις επαφής καθώς και στην αντίσταση γείωσης το βάθος ενταφιασμού του ηλεκτροδίου τύπου δακτυλίου, η διάμετρος του δακτυλίου, η γεωμετρία του δακτυλίου που χρησιμοποιείται (κυκλικός ή τετράγωνος) καθώς και η προσθήκη ράβδων ή επιπλέον δακτυλίου σε μεγαλύτερο βάθος. Παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής που αναπτύσσονται σε διάφορες αποστάσεις από την ανεμογεννήτρια και συζητώνται τα αποτελέσματα. 3.1 Επίδραση του βάθους ενταφιασμού του ηλεκτροδίου γείωσης. Για τη μελέτη της επίδρασης του βάθους ενταφιασμού του ηλεκτροδίου γείωσης στη συμπεριφορά του συστήματος γείωσης, θεωρείται σύστημα γείωσης με ταινία γείωσης διαμέτρου 3m σε βάθος 0.5m και επιπλέον εξωτερικό ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου (κυκλικού) διαμέτρου 12m. Εξετάζονται τέσσερις διαφορετικές περιπτώσεις στις οποίες ο εξωτερικός δακτύλιος τοποθετείται σε βάθη 1m, 1.5m, 2m, 2.5m. Συγκεντρώνονται οι τιμές των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής που αναπτύσσονται σε απόσταση 1m από τον πύργο της Α/Γ (σημείο Α) και σε απόσταση 1m έξω από τον δακτύλιο διαμέτρου 12m (σημείο Β) (εικόνα 3.1). Επίσης παρουσιάζεται η μεταβολή της βηματικής τάσης και της τάσης επαφής με την απόσταση από την ανεμογεννήτρια υπό τη μορφή διαγραμμάτων. 43

52 Εικόνα 3.1: Σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό δακτύλιο Φ12m. Η κλίμακα στους δύο άξονες είναι διαφορετική Εξωτερικός δακτύλιος σε βάθος 1m Στους πίνακες 3.1 και 3.2 παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος 1m στα σημεία Α και Β σύμφωνα με την εικόνα 3.1, καθώς και τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για διάρκεια σφάλματος 0.1s, 0.5s, 1s και ειδική αντίσταση εδάφους 100Ωm, 250Ωm, 500Ωm, 1000Ωm, 2000Ωm. Συνολικά δηλαδή εξετάζονται 15 διαφορετικές περιπτώσεις και οι τάσεις που ξεπερνούν το μέγιστο επιτρεπτό όριο σημειώνονται με κόκκινο. Πίνακας 3.1: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m, βάθος ενταφιασμού 1m. Πίνακας 3.2: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m, βάθος ενταφιασμού 1m. Από τον πίνακα 3.1 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για διάρκεια σφάλματος 0.1s είναι μικρότερες των μέγιστων επιτρεπτών ορίων και στα δύο σημεία Α και Β. Με την αύξηση όμως της διάρκειας σφάλματος παρατηρείται ότι οι βηματικές τάσεις για εδάφη με υψηλή ειδική αντίσταση εδάφους ξεπερνούν το μέγιστο επιτρεπτό όριο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι εφόσον αυξάνεται η διάρκεια σφάλματος αυξάνεται 44

53 και ο χρόνος έκθεσης στο ρεύμα και σύμφωνα με την σχέση (1.5) μειώνονται και τα μέγιστα επιτρεπτά όρια των βηματικών τάσεων. Από τον πίνακα 3.2 παρατηρείται ότι οι τάσεις επαφής δεν είναι για καμία από τις περιπτώσεις μικρότερες από τα μέγιστα επιτρεπτά όρια. Επίσης, οι τάσεις επαφής μειώνονται με την αύξηση της διάρκειας σφάλματος ενώ η τάση επαφής στο σημείο Α κοντά στον πύργο της Α/Γ είναι μικρότερη από ότι στο σημείο Β. Στον πίνακα 3.3 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλες τις περιπτώσεις και φαίνεται ότι, όπως ήταν αναμενόμενο η αντίσταση γείωσης αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση εδάφους. Πίνακας 3.3: Αντίσταση γείωσης για σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό δακτύλιο Φ12m και βάθος ενταφιασμού 1m. Ακολουθούν τα διαγράμματα μεταβολής της βηματικής τάσης και της τάσης επαφής για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 3m έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο (ευθύγραμμο τμήμα ΓΔ, εικόνα 3.2). Οι βηματικές τάσεις παρουσιάζονται για ίδιο χρόνο σφάλματος και για διαφορετική ειδική αντίσταση εδάφους (εικόνα 3.3). Για τις τάσεις επαφής δίνονται τρία διαγράμματα για χρόνους σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα (εικόνες 3.4, 3.5, 3.6). Επίσης δίνεται και το γράφημα των τάσεων επαφής για κοινή ειδική αντίσταση εδάφους και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος (εικόνα 3.7). Η απόσταση από την ανεμογεννήτρια στην οποία βρίσκεται ο εξωτερικός δακτύλιος γείωσης σημειώνεται στον άξονα x του διαγράμματος με κόκκινο χρώμα. Εικόνα 3.2: Σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό δακτύλιο Φ12m. 45

54 Εικόνα 3.3: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 1m για ίδιο χρόνο σφάλματος. Από την εικόνα 3.3 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες για εδάφη με υψηλότερη ειδική αντίσταση εδάφους. Επίσης παρατηρείται ότι οι τάσεις μειώνονται αισθητά σε απόσταση 2 έως 4 μέτρα από το σημείο Γ, στην περιοχή δηλαδή ανάμεσα στους δύο δακτυλίους (εικ. 3.2). Παρουσιάζεται μία απότομη αύξηση του ρυθμού μεταβολής των τάσεων (κυρίως για εδάφη με μεγάλες ειδικές αντιστάσεις) στην περιοχή μισού μέτρου γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο και όσο απομακρυνόμαστε από αυτόν οι βηματικές τάσεις αρχίζουν να μειώνονται. Στις εικόνες 3.3.α έως 3.3.γ δίνονται οι βηματικές τάσεις για χρόνους 0.1s, 0.5s και 1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.3.α: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 0.1s, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 46

55 Εικόνα 3.3.β: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 0.5s, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.3.γ: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 1m για χρόνο σφάλματος 1s, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Από την εικόνα 3.3.α φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s είναι μικρότερες από τα μέγιστα επιτρεπτά όρια για όλες τις περιπτώσεις και για όλη την περιοχή που εξετάζεται. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο για τις περιπτώσεις με χρόνους σφάλματος 0.5s και 1s. Από την εικόνα 3.3.β για t f = 0.5s παρατηρείται ότι μόνο για τις περιπτώσεις με ρ=100ωm και ρ=250ωm οι βηματικές τάσεις κυμαίνονται σε επιτρεπτά επίπεδα ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 1m από τον πύργο της Α/Γ και στις περιοχές εξωτερικά του δακτυλίου διαμέτρου 12m. Από την εικόνα 3.3.γ για t f = 1s παρατηρείται ότι μόνο για την περίπτωση ρ=100ωm οι βηματικές τάσεις είναι αποδεκτές για όλη την περιοχή που εξετάζεται ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των 47

56 επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 1m από τον πύργο της Α/Γ και στις περιοχές γύρω και εξωτερικά του δακτυλίου διαμέτρου 12m. Από τις εικόνες 3.4 έως 3.6 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής αυξάνονται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις. Επίσης για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 2.5m οι τάσεις αυξάνονται με ρυθμό μεταβολής μεγαλύτερο για τα εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση. Παρατηρείται μία μείωση στην περιοχή έως μισό μέτρο γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m και για τις περιοχές έξω από αυτόν οι τάσεις επαφής αρχίζουν πάλι να αυξάνονται με μεγαλύτερο ρυθμό. Οι τάσεις επαφής δεν είναι για καμία από τις περιπτώσεις μικρότερες από τα μέγιστα επιτρεπτά όρια αλλά για μεγαλύτερους χρόνους σφάλματος παρατηρούνται χαμηλότερες τιμές τάσεων. Εικόνα 3.4: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 0.1s. Εικόνα 3.5: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 0.5s. 48

57 Εικόνα 3.6: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 1s. Η εικόνα 3.7 δείχνει τις τάσεις επαφής για ίδια ειδική αντίσταση στα 100Ωm και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος. Εδώ φαίνεται πιο καθαρά η επίδραση του χρόνου σφάλματος, δηλαδή για μικρότερους χρόνους εμφανίζονται και μεγαλύτερες τιμές τάσεων επαφής. Το ίδιο ισχύει και για τις περιπτώσεις με διαφορετικές τιμές ειδικής αντίστασης εδάφους. Εικόνα 3.7: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 1m, για ειδική αντίσταση εδάφους 100Ωm Εξωτερικός δακτύλιος σε βάθος 1.5m. Στους πίνακες 3.4 και 3.5 παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο σε βάθος 1.5m στα σημεία Α και Β, καθώς και τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για διάρκεια σφάλματος 0.1s, 0.5s, 1s και ειδική αντίσταση εδάφους 100Ωm, 250Ωm, 500Ωm, 1000Ωm, 2000Ωm. Συνολικά δηλαδή εξετάζονται 49

58 15 διαφορετικές περιπτώσεις και οι τάσεις που ξεπερνούν το μέγιστο επιτρεπτό όριο σημειώνονται με κόκκινο. Πίνακας 3.4: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m, βάθος ενταφιασμού 1.5m. Πίνακας 3.5: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m, βάθος ενταφιασμού 1.5m. Από τον πίνακα 3.4 των βηματικών τάσεων φαίνεται ότι οι τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s είναι μικρότερες των μέγιστων επιτρεπτών ορίων και στα δύο σημεία Α και Β. Με την αύξηση όμως του χρόνου σφάλματος παρατηρείται ότι οι βηματικές τάσεις για εδάφη με υψηλή ειδική αντίσταση εδάφους ξεφεύγουν από το μέγιστο επιτρεπτό όριο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι εφόσον αυξάνεται ο χρόνος του σφάλματος αυξάνεται και ο χρόνος έκθεσης στο ρεύμα και σύμφωνα με την σχέση (1.5) μειώνονται και τα μέγιστα επιτρεπτά όρια των βηματικών τάσεων. Από τον πίνακα 3.5 παρατηρείται ότι οι τάσεις επαφής για όλες τις περιπτώσεις δεν είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια. Επίσης φαίνεται ότι μειώνονται με την αύξηση του χρόνου σφάλματος και ότι η τάση επαφής στο σημείο Α κοντά στον πύργο της Α/Γ είναι μικρότερη από το σημείο Β. Στον πίνακα 3.6 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλες τις περιπτώσεις και φαίνεται ότι όπως ήταν αναμενόμενο η αντίσταση γείωσης αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση εδάφους. Πίνακας 3.6: Αντίσταση γείωσης για σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό δακτύλιο Φ12m και βάθος ενταφιασμού 1.5m. 50

59 Παρακάτω δίνονται τα διαγράμματα των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 3m έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο (ευθύγραμμο τμήμα ΓΔ στην εικόνα 3.2). Οι βηματικές τάσεις παρουσιάζονται για ίδιο χρόνο σφάλματος και για διαφορετική ειδική αντίσταση εδάφους (εικόνα 3.8). Για τις τάσεις επαφής δίνονται τρία διαγράμματα για χρόνους σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα (εικόνες 3.9, 3.10, 3.11). Επίσης δίνεται και το γράφημα των τάσεων επαφής για κοινή ειδική αντίσταση εδάφους και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος (εικόνα 3.12). Εικόνα 3.8: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1.5m, για ίδιο χρόνο σφάλματος. Από το διάγραμμα της εικόνας 3.8 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες για εδάφη με υψηλότερη ειδική αντίσταση εδάφους. Επίσης παρατηρείται ότι οι βηματικές τάσεις μειώνονται αισθητά σε απόσταση 2 έως 4 μέτρα από το σημείο Γ, στην περιοχή δηλαδή ανάμεσα στους δύο δακτυλίους. Παρουσιάζεται μία απότομη αύξηση του ρυθμού μεταβολής των τάσεων (κυρίως για εδάφη με μεγάλες ειδικές αντιστάσεις) στην περιοχή μισού μέτρου γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο και όσο απομακρυνόμαστε από αυτόν οι βηματικές τάσεις αρχίζουν να μειώνονται. Στις εικόνες 3.8.α έως 3.8.γ δίνονται οι βηματικές τάσεις για χρόνους 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 51

60 Εικόνα 3.8.α: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1.5m, για χρόνο σφάλματος 0.1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.8.β: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1.5m, για χρόνο σφάλματος 0.5s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 52

61 Εικόνα 3.8.γ: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1.5m, για χρόνο σφάλματος 1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Από την εικόνα 3.8.α φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια για όλες τις περιπτώσεις και για όλη την περιοχή που εξετάζεται. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο για τις περιπτώσεις με χρόνους σφάλματος 0.5s και 1s. Από την εικόνα 3.8.β για t f =0.5s παρατηρείται ότι μόνο για τις περιπτώσεις με ρ=100ωm και ρ=250ωm οι βηματικές τάσεις είναι μικρότερες των επιτρεπτών ορίων ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 1m από τον πύργο της Α/Γ. Από την εικόνα 3.8.γ για t f =1s παρατηρείται ότι μόνο για την περίπτωση ρ=100ωm οι βηματικές τάσεις είναι δεκτές για όλη την περιοχή που εξετάζεται ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 1m από τον πύργο της Α/Γ και στις περιοχές γύρω και εξωτερικά του δακτυλίου διαμέτρου 12m για εδάφη με ρ=500ωm, ρ=1000ωm και ρ=2000ωm. 53

62 Εικόνα 3.9: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1.5m, για χρόνο σφάλματος 0.1s. Εικόνα 3.10: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1.5m, για χρόνο σφάλματος 0.5s. 54

63 Εικόνα 3.11: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1.5m, για χρόνο σφάλματος 1s. Από τα διαγράμματα των εικόνων 3.9 έως 3.11 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής αυξάνονται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις. Επίσης για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 2.5m οι τάσεις αυξάνονται με ρυθμό μεταβολής μεγαλύτερο για τα εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση. Παρατηρείται μία μείωση στην περιοχή έως μισό μέτρο γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο και για τις περιοχές έξω από αυτόν οι τάσεις επαφής αρχίζουν πάλι να αυξάνονται με μεγαλύτερο ρυθμό. Οι τάσεις επαφής για όλες τις περιπτώσεις δεν είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια, αλλά για μεγαλύτερους χρόνους σφάλματος παρατηρούνται χαμηλότερες τιμές τάσεων επαφής. Εικόνα 3.12: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1.5m, για ειδική αντίσταση εδάφους 100Ωm. Η εικόνα 3.12 δείχνει τις τάσεις επαφής για ίδια ειδική αντίσταση στα 100Ωm και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος. Εδώ φαίνεται πιο καθαρά η διαφορά στις τιμές 55

64 λόγω του χρόνου σφάλματος δηλαδή μικρότεροι χρόνοι άρα και μεγαλύτερες τιμές. Το ίδιο ισχύει και για τις άλλες περιπτώσεις με διαφορετικές τιμές ειδικής αντίστασης εδάφους Εξωτερικός δακτύλιος σε βάθος 2m. Στους πίνακες 3.7 και 3.8 παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο σε βάθος 2m στα σημεία Α και Β, καθώς και τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για διάρκεια σφάλματος 0.1s, 0.5s, 1s και ειδική αντίσταση εδάφους 100Ωm, 250Ωm, 500Ωm, 1000Ωm, 2000Ωm. Συνολικά δηλαδή εξετάζονται 15 διαφορετικές περιπτώσεις και οι τάσεις που ξεπερνούν το μέγιστο επιτρεπτό όριο σημειώνονται με κόκκινο. Πίνακας 3.7: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 2m. Πίνακας 3.8: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 2m. Από τον πίνακα 3.7 των βηματικών τάσεων φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s και 0.5s είναι μικρότερες των επιτρεπτών ορίων και στα δύο σημεία Α και Β. Με την αύξηση όμως του χρόνου σφάλματος παρατηρείται ότι οι βηματικές τάσεις για εδάφη με υψηλή ειδική αντίσταση εδάφους ξεφεύγουν από το μέγιστο επιτρεπτό όριο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι εφόσον αυξάνεται ο χρόνος του σφάλματος αυξάνεται και ο χρόνος έκθεσης στο ρεύμα και σύμφωνα με την σχέση (1.5) μειώνονται και τα μέγιστα επιτρεπτά όρια των βηματικών τάσεων. Από τον πίνακα 3.8 παρατηρείται ότι οι τάσεις επαφής είναι για όλες τις περιπτώσεις εκτός επιτρεπτών ορίων. Επίσης φαίνεται ότι μειώνονται με την αύξηση του χρόνου σφάλματος και ότι η τάση επαφής στο σημείο Α κοντά στον πύργο της Α/Γ είναι μικρότερη από το σημείο Β. 56

65 Στον πίνακα 3.9 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλες τις περιπτώσεις και φαίνεται ότι όπως ήταν αναμενόμενο η αντίσταση γείωσης αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση εδάφους. Πίνακας 3.9: Αντίσταση γείωσης για σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό δακτύλιο Φ12m και βάθος ενταφιασμού 2m. Παρακάτω δίνονται τα διαγράμματα των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 3m έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο (ευθύγραμμο τμήμα ΓΔ, εικόνα 3.2). Οι βηματικές τάσεις παρουσιάζονται για ίδιο χρόνο σφάλματος και για διαφορετική ειδική αντίσταση εδάφους (εικόνα 3.13). Για τις τάσεις επαφής δίνονται τρία διαγράμματα για χρόνους σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα (εικόνες 3.14, 3.15, 3.16). Επίσης δίνεται και το γράφημα των τάσεων επαφής για κοινή ειδική αντίσταση εδάφους και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος (εικόνα 3.17). Εικόνα 3.13: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2m, για ίδιο χρόνο σφάλματος. Από το διάγραμμα της εικόνας 3.13 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες για εδάφη με υψηλότερη ειδική αντίσταση εδάφους. Επίσης παρατηρείται ότι οι τάσεις μειώνονται αισθητά σε απόσταση 2 έως 4 μέτρα από το σημείο Γ, στην περιοχή δηλαδή ανάμεσα στους δύο δακτυλίους. Παρουσιάζεται μία απότομη αύξηση του ρυθμού μεταβολής των τάσεων (κυρίως για εδάφη με μεγάλες ειδικές αντιστάσεις) στην περιοχή του ενός μέτρου γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο και όσο απομακρυνόμαστε από αυτόν οι βηματικές τάσεις αρχίζουν να μειώνονται. Στις εικόνες 3.13.α έως 3.13.γ δίνονται οι βηματικές τάσεις για χρόνους 0.1s, 0.5s και 1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 57

66 Εικόνα 3.13.α: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2m, για χρόνο σφάλματος 0.1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.13.β: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2m, για χρόνο σφάλματος 0.5s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 58

67 Εικόνα 3.13.γ: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2m, για χρόνο σφάλματος 1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Από την εικόνα 3.13.α φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια για όλες τις περιπτώσεις και για όλη την περιοχή που εξετάζεται. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο για τις περιπτώσεις με χρόνους σφάλματος 0.5s και 1s. Από την εικόνα 3.13.β για t f =0.5s παρατηρείται ότι μόνο για τις περιπτώσεις με ρ=100ωm και ρ=250ωm οι βηματικές τάσεις είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 1m από τον πύργο της Α/Γ. Από την εικόνα 3.13.γ για t f =1s παρατηρείται ότι μόνο για την περίπτωση ρ=100ωm οι βηματικές τάσεις είναι δεκτές για όλη την περιοχή που εξετάζεται ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 1m από τον πύργο της Α/Γ και στις περιοχές γύρω και εξωτερικά του δακτυλίου διαμέτρου 12m για εδάφη με ρ=1000ωm και ρ=2000ωm. 59

68 Εικόνα 3.14: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2m, για χρόνο σφάλματος 0.1s. Εικόνα 3.15: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2m, για χρόνο σφάλματος 0.5s. 60

69 Εικόνα 3.16: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2m, για χρόνο σφάλματος 1s. Από τα διαγράμματα των εικόνων 3.14 έως 3.16 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής αυξάνονται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις. Επίσης για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 2.5m οι τάσεις αυξάνονται με ρυθμό μεταβολής μεγαλύτερο για τα εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση. Παρατηρείται μία μείωση στον ρυθμό ένα μέτρο πριν τον εξωτερικό δακτύλιο και έξω από αυτόν ο ρυθμός αυξάνεται και πάλι και είναι πιο έντονος για εδάφη με μεγάλες ειδικές αντιστάσεις. Οι τάσεις είναι για όλες τις περιπτώσεις πάνω από τα επιτρεπτά όρια, αλλά για μεγαλύτερους χρόνους σφάλματος παρατηρούνται χαμηλότερες τιμές τάσεων. Εικόνα 3.17: Τάσεις επαφής για ειδική αντίσταση εδάφους 100Ωm. Η εικόνα 3.17 δείχνει τις τάσεις επαφής για ίδια ειδική αντίσταση στα 100Ωm και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος. Εδώ φαίνεται πιο καθαρά η διαφορά στις τιμές 61

70 λόγω του χρόνου σφάλματος δηλαδή μικρότεροι χρόνοι άρα και μεγαλύτερες τιμές. Το ίδιο ισχύει και για τις άλλες τιμές ειδικής αντίστασης εδάφους Εξωτερικός δακτύλιος σε βάθος 2.5m. Στους πίνακες 3.10 και 3.11 παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο σε βάθος 2.5m στα σημεία Α και Β, καθώς και τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για διάρκεια σφάλματος 0.1s, 0.5s, 1s και ειδική αντίσταση εδάφους 100Ωm, 250Ωm, 500Ωm, 1000Ωm, 2000Ωm. Συνολικά δηλαδή εξετάζονται 15 διαφορετικές περιπτώσεις και οι τάσεις που ξεπερνούν το μέγιστο επιτρεπτό όριο σημειώνονται με κόκκινο. Πίνακας 3.10: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 2.5m. Πίνακας 3.11: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο Φ12m σε βάθος ενταφιασμού 2.5m. Από τον πίνακα 3.10 των βηματικών τάσεων φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s και 0.5s είναι μικρότερες από τα μέγιστα επιτρεπτά όρια και στα δύο σημεία Α και Β. Με την αύξηση όμως του χρόνου σφάλματος παρατηρείται ότι οι βηματικές τάσεις για εδάφη με υψηλή ειδική αντίσταση εδάφους ξεφεύγουν από το μέγιστο επιτρεπτό όριο στο σημείο Α ενώ στο σημείο Β όλες οι τάσεις είναι στα επιτρεπτά όρια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι εφόσον αυξάνεται ο χρόνος του σφάλματος αυξάνεται και ο χρόνος έκθεσης στο ρεύμα και σύμφωνα με την σχέση 1.5 μειώνονται και τα μέγιστα επιτρεπτά όρια των βηματικών τάσεων. Από τον πίνακα 3.11 παρατηρείται ότι οι τάσεις επαφής είναι για όλες τις περιπτώσεις εκτός επιτρεπτών ορίων. Επίσης φαίνεται ότι μειώνονται με την αύξηση του χρόνου σφάλματος και ότι η τάση επαφής στο σημείο Α κοντά στον πύργο της Α/Γ είναι μικρότερη από το σημείο Β. 62

71 Στον πίνακα 3.12 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλες τις περιπτώσεις και φαίνεται ότι η αντίσταση γείωσης αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση εδάφους. Πίνακας 3.12: Αντίσταση γείωσης για σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό δακτύλιο Φ12m και βάθος ενταφιασμού 2.5m.. Παρακάτω δίνονται τα διαγράμματα των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 3m έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο (ευθύγραμμο τμήμα ΓΔ, εικόνα 3.2). Οι βηματικές τάσεις παρουσιάζονται για ίδιο χρόνο σφάλματος και για διαφορετική ειδική αντίσταση εδάφους (εικόνα 3.18). Για τις τάσεις επαφής δίνονται τρία διαγράμματα για χρόνους σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα (εικόνες 3.19, 3.20, 3.21). Επίσης δίνεται και το γράφημα των τάσεων επαφής για κοινή ειδική αντίσταση εδάφους και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος (εικόνα 3.22). Εικόνα 3.18: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2.5m, για ίδιο χρόνο σφάλματος. Από το διάγραμμα της εικόνας 3.18 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες για εδάφη με υψηλότερη ειδική αντίσταση εδάφους. Επίσης παρατηρείται ότι οι τάσεις μειώνονται αισθητά σε απόσταση 2 έως 4 μέτρα από το σημείο Γ, στην περιοχή δηλαδή ανάμεσα στους δύο δακτυλίους. Παρουσιάζεται μία απότομη αύξηση του ρυθμού μεταβολής των τάσεων (κυρίως για εδάφη με μεγάλες ειδικές αντιστάσεις) στην περιοχή του ενός μέτρου γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο και όσο απομακρυνόμαστε από αυτόν οι βηματικές τάσεις αρχίζουν να μειώνονται. Στις εικόνες 3.18.α έως 3.18.γ δίνονται οι βηματικές τάσεις για χρόνους 0.1s, 0.5s και 1s κανονικοποιημένες ως προς τα όριά τους. 63

72 Εικόνα 3.18.α: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2.5m, για χρόνο σφάλματος 0.1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.18.β: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2.5m, για χρόνο σφάλματος 0.5s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 64

73 Εικόνα 3.18.γ: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2.5m, για χρόνο σφάλματος 1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Από την εικόνα 3.18.α φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια για όλες τις περιπτώσεις και για όλη την περιοχή που εξετάζεται. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο για τις περιπτώσεις με χρόνους σφάλματος 0.5s και 1s. Από την εικόνα 3.18.β για t f =0.5s παρατηρείται ότι μόνο για τις περιπτώσεις με ρ=100ωm και ρ=250ωm οι βηματικές τάσεις είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 1m από τον πύργο της Α/Γ. Από την εικόνα 3.18.γ για t f =1s παρατηρείται ότι μόνο για την περίπτωση ρ=100ωm οι βηματικές τάσεις είναι δεκτές για όλη την περιοχή που εξετάζεται ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 1.2m από τον πύργο της Α/Γ. Εικόνα 3.19: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2.5m, για χρόνο σφάλματος 0.1s. 65

74 Εικόνα 3.20: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2.5m, για χρόνο σφάλματος 0.5s. Εικόνα 3.21: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2.5m για χρόνο σφάλματος 1s. Από τα διαγράμματα των εικόνων 3.19 έως 3.21 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής αυξάνονται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις. Ο ρυθμός μεταβολής είναι μεγαλύτερος για τα εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση. Οι τάσεις είναι για όλες τις περιπτώσεις πάνω από τα επιτρεπτά όρια, αλλά για μεγαλύτερους χρόνους σφάλματος παρατηρούνται χαμηλότερες τιμές τάσεων. 66

75 Εικόνα 3.22: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 2.5m για ειδική αντίσταση εδάφους 100Ωm. Η εικόνα 3.22 δείχνει τις τάσεις επαφής για ίδια ειδική αντίσταση στα 100Ωm και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος. Εδώ φαίνεται πιο καθαρά η διαφορά στις τιμές λόγω του χρόνου σφάλματος δηλαδή μικρότεροι χρόνοι άρα και μεγαλύτερες τιμές. Το ίδιο ισχύει και για τις άλλες τιμές ειδικής αντίστασης εδάφους Ανάλυση των αποτελεσμάτων Από τις ενότητες έως συγκρίνοντας τις βηματικές τάσεις για τις διαφορετικές περιπτώσεις ενταφιασμού του δακτυλίου γείωσης σε βάθη 1m, 1.5m, 2m, 2.5m βγαίνει εύκολα το συμπέρασμα ότι με την αύξηση του βάθους ενταφιασμού του δακτυλίου γείωσης μειώνονται οι βηματικές τάσεις. Παρατηρείται ότι με την αύξηση του βάθους παρουσιάζονται μεγάλες αλλαγές στις βηματικές τάσεις κυρίως στην περιοχή έξω από τον δακτύλιο. Οι βηματικές τάσεις μειώνονται από μερικές εκατοντάδες έως και χιλιάδες volt και το φαινόμενο είναι πιο έντονο για εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση. Αντίθετα στην περιοχή ανάμεσα στους δύο δακτυλίους φαίνεται να υπάρχει μία αύξηση των βηματικών τάσεων, η οποία όμως είναι μικρότερη από τα μέγιστα επιτρεπτά όρια οπότε δεν παρουσιάζει ιδιαίτερο πρόβλημα. Στην εικόνα 3.23 φαίνονται πιο αναλυτικά οι βηματικές τάσεις κανονικοποιημένες ως προς το μέγιστο επιτρεπτό όριό τους για την περίπτωση του εδάφους με ειδική αντίσταση ρ=2000ωm και t f =1s, η οποία παρουσιάζει και τις πιο έντονες αλλαγές. 67

76 Εικόνα 3.23: Βηματικές τάσεις για έδαφος με ειδική αντίσταση ρ=2000ωm και t f =1s, κανονικοποιημένες ως προς όριο Εs=2041V. Για έδαφος με ρ=2000ωm και t f =1s, ανάμεσα στους δύο δακτυλίους οι χαμηλότερες βηματικές τάσεις εμφανίζονται για τοποθέτηση του δακτυλίου σε βάθος 1.5m. Στην περιοχή έξω από τον δακτύλιο οι χαμηλότερες τάσεις είναι για βάθος 2.5m. Με την αύξηση του βάθους ενταφιασμού παρατηρείται μεγάλη μείωση των βηματικών τάσεων στην περιοχή γύρω και έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο γείωσης. Στην εικόνα 3.24 φαίνονται οι τάσεις επαφής για t f =0.5s και ρ=2000ωm, κανονικοποιημένες ως προς το μέγιστο επιτρεπτό όριό τους και για τις τέσσερις περιπτώσεις ενταφιασμού του ηλεκτροδίου σε διαφορετικά βάθη. Εικόνα 3.24: Τάσεις επαφής για t f =0.5s και ρ=2000ωm, κανονικοποιημένες ως προς το όριο Εt=888.13V. Από την εικόνα 3.24 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερες αλλαγές με την αύξηση του βάθους. Παρατηρείται γύρω από τον δακτύλιο μία αύξηση των τάσεων για μεγαλύτερα βάθη και στα υπόλοιπα σημεία οι τάσεις είναι 68

77 χαμηλότερες για μεγαλύτερο βάθος αλλά όχι σημαντικά. Το ίδιο ισχύει και για τις υπόλοιπες περιπτώσεις. Στον πίνακα 3.13 φαίνονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλα τα βάθη που εξετάστηκαν παραπάνω. Μειώνονται με την αύξηση του βάθους ενταφιασμού αλλά η μείωση δεν είναι ιδιαίτερα σημαντική. Πίνακας 3.13: Αντίσταση γείωσης συστήματος γείωσης Α/Γ για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m για διαφορετικά βάθη ενταφιασμού. Από όσα αναφέρθηκαν μέχρι τώρα παρατηρείται γενικά για τις βηματικές τάσεις ότι δεν επηρεάζονται από τον χρόνο σφάλματος, δηλαδή είναι ίδιες για χρόνο σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s. Αυτό οφείλεται στο γεγονός οι βηματικές τάσεις είναι η διαφορά των δυναμικών επιφανείας και εφόσον τα δυναμικά επιφανείας δεν επηρεάζονται από την αύξηση του χρόνου σφάλματος, οι βηματικές τάσεις παραμένουν ίδιες και το μόνο που αλλάζει είναι τα μέγιστα επιτρεπτά όρια τους. Ακόμη, όπως αναμενόταν, όσο αυξάνει η ειδική αντίσταση εδάφους τόσο μεγαλύτερες είναι και οι βηματικές τάσεις που εμφανίζονται. Οι μικρότερες τιμές βηματικής τάσης εμφανίζονται μεταξύ 2m έως 4m μακριά από τον πύργο της Α/Γ, δηλαδή ανάμεσα στους δύο δακτυλίους γείωσης και οι μεγαλύτερες τιμές εξωτερικά του εξωτερικού δακτυλίου γείωσης όπως και ήταν αναμενόμενο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα δυναμικά επιφανείας αυξάνονται γύρω από το ηλεκτρόδιο γείωσης και το ίδιο συμβαίνει και για τις βηματικές τάσεις. Όσον αφορά την επίδραση που έχει το βάθος στο οποίο τοποθετείται ο εξωτερικός δακτύλιος στις βηματικές τάσεις, αναλύοντας τα διαγράμματα φαίνεται ότι όσο αυξάνεται το βάθος ενταφιασμού τόσο μειώνονται οι βηματικές τάσεις έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο και έτσι είναι μικρότερες στα επιτρεπτά όρια. Επίσης φαίνεται για μεγαλύτερα βάθη ενταφιασμού αυξάνονται οι βηματικές τάσεις μεταξύ των δύο δακτυλίων γείωσης. Η αύξηση όμως αυτή είναι μικρή και μέσα στα επιτρεπτά όρια οπότε δεν παρουσιάζονται προβλήματα. Επομένως σε περιπτώσεις εδάφους με μεγάλη ειδική αντίσταση συνιστάται η τοποθέτηση του εξωτερικού ηλεκτροδίου γείωσης τύπου δακτυλίου σε μεγαλύτερα βάθη έτσι ώστε να μειώνονται όσον το δυνατόν οι βηματικές τάσεις, αν και αυτό δεν είναι τόσο πρακτικό. Οι τάσεις επαφής αυξάνουν με την αύξηση της ειδικής αντίστασης του εδάφους και μειώνονται για μεγαλύτερους χρόνους σφάλματος. Ωστόσο, γενικότερα δεν 69

78 επηρεάζονται ιδιαίτερα από την αλλαγή του βάθους τοποθέτησης του ηλεκτροδίου γείωσης. Οι τάσεις επαφής είναι η διαφορά του GPR και των δυναμικών επιφάνειας και επομένως εφόσον με την αύξηση του χρόνου σφάλματος τα δυναμικά επιφάνειας δεν επηρεάζονται αισθητά ενώ το GPR μειώνεται, θα μειώνονται και οι τάσεις επαφής Προσθήκη υλικού επιφανείας Από την προηγούμενη ανάλυση διαπιστώθηκε ότι η τοποθέτηση του δακτυλίου σε μεγαλύτερα βάθη έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερες βηματικές τάσεις. Δεν συμβαίνει το ίδιο όμως με τις τάσεις επαφής και για αυτό το λόγο θεωρείται προσθήκη υλικού επιφανείας πάχους 0.15m έτσι ώστε να αυξηθούν τα μέγιστα επιτρεπτά όρια. Εξετάζονται περιπτώσεις για υλικό επιφάνειας θρυμματισμένος γρανίτης με ρ s =5000Ωm ή ρ s =8000Ωm και άσφαλτος με ρ s =10000Ωm. Στους πίνακες 3.14 και 3.15 παρουσιάζονται τα μέγιστα επιτρεπτά όρια για βηματικές τάσεις και τάσεις επαφής, για τις 15 περιπτώσεις για ρ s =5000Ωm, ρ s =8000Ωm, ρ s =10000Ωm. Πίνακας 3.14: Μέγιστα επιτρεπτά όρια βηματικών τάσεων για διαφορετικές τιμές του ρ s. Πίνακας 3.15: Μέγιστα επιτρεπτά όρια τάσεων επαφής για διαφορετικές τιμές του ρ s. Στις εικόνες 3.25 και 3.26 παρουσιάζονται τα διαγράμματα για τα μέγιστα επιτρεπτά όρια των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής για την περίπτωση χωρίς υλικό επιφάνειας και για τις τρεις περιπτώσεις με υλικό επιφάνειας που αναφέρθηκαν παραπάνω για χρόνο σφάλματος 0.5s και για διαφορετική ειδική αντίσταση εδάφους. 70

79 Εικόνα 3.25: Μέγιστα επιτρεπτά όρια βηματικών τάσεων για χρόνο σφάλματος 0.5s. Εικόνα 3.26: Μέγιστα επιτρεπτά όρια τάσεων επαφής για χρόνο σφάλματος 0.5s. Από τα παραπάνω διαγράμματα παρατηρείται ότι όσο μεγαλύτερη είναι η ειδική αντίσταση του υλικού επιφανείας τόσο αυξάνονται τα όρια των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής. Αυτό είναι αναμενόμενο όπως δικαιολογείται από τις σχέσεις (1.5) και (1.7) για τον υπολογισμό των ορίων. Επίσης φαίνεται ότι για εδάφη με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση οι τιμές των επιτρεπτών ορίων είναι υψηλότερες Έλεγχος βηματικών τάσεων Στις εικόνες 3.27 και 3.28 δίνονται οι βηματικές τάσεις κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για βάθος ενταφιασμού του εξωτερικού δακτυλίου στα 1m και 2.5m. Εξετάζεται η περίπτωση για t f =1s και ρ=2000ωm γιατί εμφανίζει τις μεγαλύτερες βηματικές τάσεις. Οι βηματικές τάσεις δίνονται για περιπτώσεις χωρίς υλικό επιφανείας και για υλικό επιφανείας με ρ s =5000Ωm, ρ s =8000Ωm και ρ s =10000Ωm. 71

80 Εικόνα 3.27: Βηματικές τάσεις για t f =1s και ρ=2000ωm, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους και βάθος ενταφιασμού 1m. Εικόνα 3.28: Βηματικές τάσεις για t f =1s και ρ=2000ωm, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους και βάθος ενταφιασμού 2.5m. Από τις εικόνες 3.27 και 3.28 φαίνεται ότι με την χρήση υλικού επιφανείας οι βηματικές τάσεις κυμαίνονται πλέον σε επιτρεπτά επίπεδα όπως και ήταν αναμενόμενο. Παρατηρείται πως η χρήση υλικού επιφανείας με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση φέρνει καλύτερα αποτελέσματα. Συγκρίνοντας τις περιπτώσεις για βάθη ενταφιασμού 1m και 2.5m βγαίνει το συμπέρασμα ότι εφόσον με την χρήση ενός υλικού με ρ s =8000Ωm ή ρ s =10000Ωm οι βηματικές τάσεις κυμαίνονται σε επιτρεπτά επίπεδα, δεν υπάρχει λόγος τοποθέτησης του ηλεκτροδίου σε μεγάλα βάθη. Η περίπτωση για t f =1s και ρ=2000ωm που εξετάστηκε παραπάνω είναι όπως αναφέρθηκε η δυσμενέστερη περίπτωση για τις βηματικές τάσεις. Εφόσον καλύπτεται αυτή η περίπτωση για υλικό με ρ s =8000Ωm, το ίδιο συμβαίνει και για τις υπόλοιπες περιπτώσεις. Προκύπτει λοιπόν το συμπέρασμα ότι όσον αφορά τις 72

81 βηματικές τάσεις ένα σύστημα γείωσης με ταινία γείωσης διαμέτρου 3m σε βάθος 0.5m, με εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m και βάθος ενταφιασμού 1m και με υλικό επιφανείας πάχους 0.15m και ρ s =8000Ωm καλύπτει τις προϋποθέσεις των βηματικών τάσεων σύμφωνα με το πρότυπο ΙΕΕΕ Std Έλεγχος τάσεων επαφής Στην εικόνα 3.29 δίνονται οι τάσεις επαφής για την περίπτωση του εξωτερικού δακτυλίου σε βάθος 1m για t f =0.5s και ρ=100ωm μαζί με τα μέγιστα επιτρεπτά όρια και για τις τέσσερις περιπτώσεις χωρίς υλικό επιφανείας και με υλικό για ρ s =5000Ωm, ρ s =8000Ωm και ρ s =10000Ωm. Εικόνα 3.29: Τάσεις επαφής για t f =0.5s και ρ=100ωm για εξωτερικό δακτύλιο σε βάθος 1m. Από το διάγραμμα της εικόνας 3.29 παρατηρείται ότι χωρίς υλικό επιφάνειας οι τάσεις επαφής είναι πάνω από το μέγιστο επιτρεπτό όριο. Για υλικό με ρ s =5000Ωm οι τάσεις επαφής είναι επιτρεπτές μέχρι τον εξωτερικό δακτύλιο και για υλικό με ρ s =8000Ωm οι τάσεις είναι επιτρεπτές μέχρι και 2.5m έξω από τον δακτύλιο. Με υλικό με ρ s =10000Ωm καλύπτεται όλη η απόσταση ΓΔ (εικ. 3.2) που εξετάζεται. Η περίπτωση που δίνεται στην εικόνα 3.29 είναι μία από τις ευνοϊκότερες περιπτώσεις λόγω της χαμηλής ειδικής αντίστασης του εδάφους. Στην εικόνα 3.30 δίνεται το διάγραμμα των τάσεων επαφής για t f =0.1s και ρ=2000ωm κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους, για τις περιπτώσεις χωρίς υλικό επιφανείας και με υλικό για ρ s =5000Ωm, ρ s =8000Ωm και ρ s =10000Ωm. 73

82 Εικόνα 3.30: Τάσεις επαφής για t f =0.1s και ρ=2000ωm κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για εξωτερικό δακτύλιο σε βάθος 1m. Από την εικόνα 3.30 φαίνεται πως η χρήση υλικού επιφανείας δίνει φανερά καλύτερα αποτελέσματα για τις τάσεις επαφής. Ωστόσο δεν είναι αρκετό για να έχουμε τάσεις επαφής μέσα στα επιτρεπτά όρια Επιλογή υλικού επιφανείας Σύμφωνα με την ανάλυση που προηγήθηκε, με την προσθήκη υλικού επιφανείας η καλύτερη περίπτωση είναι ο συνδυασμός εξωτερικού δακτυλίου στο 1m βάθος ενταφιασμού και υλικού επιφάνειας με ρ s =10000Ωm διότι οδηγεί στις μικρότερες τιμές βηματικών τάσεων και τάσεων επαφής για τις περισσότερες περιπτώσεις ειδικής αντίστασης του εδάφους και χρόνου σφάλματος. Στους πίνακες 3.16 και 3.17 δίνονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης με εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m και βάθος ενταφιασμού 1m και υλικό επιφανείας πάχους 0.15m και ρ s =10000Ωm στα σημεία 1m από τον πύργο της Α/Γ και 1m εξωτερικά του δακτυλίου. Πίνακας 3.16: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος 1m και υλικό επιφανείας με ρ s =10000Ωm. 74

83 Πίνακας 3.17: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος 1m και υλικό επιφανείας με ρ s =10000Ωm. Από τους πίνακες 3.16 και 3.17 παρατηρείται οι βηματικές τάσεις είναι πλέον πολύ κάτω από τα επιτρεπτά όρια σε όλες τις περιπτώσεις και οι τάσεις επαφής είναι επιτρεπτές για όλες τις περιπτώσεις με ρ=100ωm και για την περίπτωση με ρ=250ωm και t f =0.1s. Παρόλ αυτά οι περιπτώσεις για εδάφη με υψηλή ειδική αντίσταση εδάφους δεν καλύπτονται. Σε αυτήν την περίπτωση απαιτείται η προσθήκη επιπλέον ηλεκτροδίων γείωσης κάτι που εξετάζεται σε παρακάτω ενότητες. 3.2 Επίδραση της διαμέτρου του εξωτερικού δακτυλίου γείωσης Σε αυτήν την ενότητα εξετάζεται η επίδραση της διαμέτρου του εξωτερικού δακτυλίου γείωσης στις βηματικές τάσεις και στις τάσεις επαφής. Εξετάζονται τρεις περιπτώσεις για ταινία γείωσης διαμέτρου 3m μέσα στο σκυρόδεμα σε βάθος 0.5m και επιπλέον εξωτερικό ηλεκτρόδιο τύπου δακτυλίου (κυκλικού) σε βάθος 1m για διαμέτρους 12m, 16m και 20m. Η περίπτωση για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος 1m παρουσιάστηκε στην ενότητα Παρακάτω παρουσιάζονται οι άλλες δύο περιπτώσεις Εξωτερικός δακτύλιος διαμέτρου 16m. Στους πίνακες 3.18 και 3.19 φαίνονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής σε απόσταση 1m από τον πύργο της ανεμογεννήτριας (σημείο Α) και σε απόσταση 1m έξω από τον δεύτερο δακτύλιο (σημείο Β) όπως φαίνεται στην εικόνα Εικόνα 3.31: Σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό δακτύλιο Φ16m και βάθος ενταφιασμού 1m. 75

84 Πίνακας 3.18: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο Φ16m. Πίνακας 3.19: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο Φ16m. Από τον πίνακα 3.18 των βηματικών τάσεων φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s και 0.5s είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια και στα δύο σημεία Α και Β. Με την αύξηση όμως του χρόνου σφάλματος παρατηρείται ότι οι βηματικές τάσεις για εδάφη με υψηλή ειδική αντίσταση εδάφους ξεφεύγουν από το μέγιστο επιτρεπτό όριο στο σημείο Β ενώ στο σημείο Α όλες οι τάσεις είναι στα επιτρεπτά όρια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι εφόσον αυξάνεται ο χρόνος του σφάλματος αυξάνεται και ο χρόνος έκθεσης στο ρεύμα και σύμφωνα με την σχέση (1.5) μειώνονται και τα μέγιστα επιτρεπτά όρια των βηματικών τάσεων. Από τον πίνακα 3.19 παρατηρείται ότι οι τάσεις επαφής για καμία από τις περιπτώσεις δεν είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια. Επίσης φαίνεται ότι μειώνονται με την αύξηση του χρόνου σφάλματος και ότι η τάση επαφής στο σημείο Α κοντά στον πύργο της Α/Γ είναι μικρότερη από το σημείο Β. Στον πίνακα 3.20 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλες τις περιπτώσεις και φαίνεται ότι η αντίσταση γείωσης αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση εδάφους. Πίνακας 3.20: Αντίσταση γείωσης συστήματος γείωσης Α/Γ με εξωτερικό δακτύλιο Φ16m και βάθος ενταφιασμού 1m Παρακάτω δίνονται τα διαγράμματα των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 2m έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο. Οι βηματικές τάσεις παρουσιάζονται για ίδιο χρόνο σφάλματος και για 76

85 διαφορετική ειδική αντίσταση εδάφους (εικόνα 3.32). Για τις τάσεις επαφής δίνονται τρία διαγράμματα για χρόνους σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα (εικόνες 3.33, 3.34, 3.35). Επίσης δίνεται και το γράφημα των τάσεων επαφής για κοινή ειδική αντίσταση εδάφους και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος (εικόνα 3.36). Εικόνα 3.32: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 16m και βάθος ενταφιασμού 1m, για ίδιο χρόνο σφάλματος. Από το διάγραμμα της εικόνας 3.32 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες για εδάφη με υψηλότερη ειδική αντίσταση εδάφους. Επίσης παρατηρείται ότι οι τάσεις μειώνονται αισθητά σε απόσταση 2 έως 6 μέτρα από το σημείο Γ, στην περιοχή δηλαδή ανάμεσα στους δύο δακτυλίους. Στα 3m από τον πύργο της Α/Γ και μισό μέτρο πριν από τον εξωτερικό δακτύλιο οι τάσεις είναι σχεδόν μηδενικές. Παρουσιάζεται μία απότομη αύξηση του ρυθμού μεταβολής των τάσεων (κυρίως για εδάφη με μεγάλες ειδικές αντιστάσεις) στην περιοχή του μισού μέτρου γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο και όσο απομακρυνόμαστε από αυτόν οι βηματικές τάσεις αρχίζουν να μειώνονται. Στις εικόνες 3.32.α έως 3.32.γ δίνονται οι βηματικές τάσεις για χρόνους 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 77

86 Εικόνα 3.32.α: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 16m και βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 0.1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.32.β: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 16m και βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 0.5s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 78

87 Εικόνα 3.32.γ: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 16m και βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Από την εικόνα 3.32.α φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια για όλες τις περιπτώσεις και για όλη την περιοχή που εξετάζεται. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο για τις περιπτώσεις με χρόνους σφάλματος 0.5s και 1s. Από την εικόνα 3.32.β για t f =0.5s παρατηρείται ότι μόνο για τις περιπτώσεις με ρ=100ωm και ρ=250ωm οι βηματικές τάσεις είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 0.8m από τον πύργο της Α/Γ. Από την εικόνα 3.32.γ για t f =1s παρατηρείται ότι μόνο για την περίπτωση ρ=100ωm οι βηματικές τάσεις είναι δεκτές για όλη την περιοχή που εξετάζεται ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 1m από τον πύργο της Α/Γ. Εικόνα 3.33: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 16m και βάθος ενταφιασμού 1m για χρόνο σφάλματος 0.1s. 79

88 Εικόνα 3.34: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 16m και βάθος ενταφιασμού 1m για χρόνο σφάλματος 0.5s. Εικόνα 3.35: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 16m και βάθος ενταφιασμού 1m για χρόνο σφάλματος 1s. Από τα διαγράμματα των εικόνων 3.33 έως 3.35 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής αυξάνονται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις. Ο ρυθμός μεταβολής είναι μεγαλύτερος για τα εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση. Επίσης για εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση παρατηρείται πτώση τάσης στην περιοχή γύρω από τον δακτύλιο. Οι τάσεις είναι για όλες τις περιπτώσεις πάνω από τα επιτρεπτά όρια, αλλά για μεγαλύτερους χρόνους σφάλματος παρατηρούνται χαμηλότερες τιμές τάσεων. 80

89 Εικόνα 3.36: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 16m και βάθος ενταφιασμού 1m για ειδική αντίσταση εδάφους 100Ωm. Η εικόνα 3.36 δείχνει τις τάσεις επαφής για ίδια ειδική αντίσταση στα 100Ωm και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος. Εδώ φαίνεται πιο καθαρά η διαφορά στις τιμές λόγω του χρόνου σφάλματος δηλαδή μικρότεροι χρόνοι άρα και μεγαλύτερες τιμές. Το ίδιο ισχύει και για τις άλλες τιμές ειδικής αντίστασης εδάφους Εξωτερικός δακτύλιος διαμέτρου 20m. Στους πίνακες 3.21 και 3.22 φαίνονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής σε απόσταση 1m από τον πύργο της ανεμογεννήτριας (σημείο Α) και σε απόσταση 1m έξω από τον δεύτερο δακτύλιο (σημείο Β) όπως φαίνεται στην εικόνα Εικόνα 3.37: Σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό δακτύλιο Φ20m και βάθος ενταφιασμού 1m. Πίνακας 3.21: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο Φ20m και βάθος ενταφιασμού 1m. 81

90 Πίνακας 3.22: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m και βάθος ενταφιασμού 1m. Από τον πίνακα 3.21 των βηματικών τάσεων φαίνεται ότι οι τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s και 0.5s είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια και στα δύο σημεία Α και Β. Με την αύξηση όμως του χρόνου σφάλματος παρατηρείται ότι οι βηματικές τάσεις για εδάφη με υψηλή ειδική αντίσταση εδάφους ξεφεύγουν από το μέγιστο επιτρεπτό όριο στο σημείο Β ενώ στο σημείο Α όλες οι τάσεις είναι στα επιτρεπτά όρια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι εφόσον αυξάνεται ο χρόνος του σφάλματος αυξάνεται και ο χρόνος έκθεσης στο ρεύμα και σύμφωνα με την σχέση (1.5) μειώνονται και τα μέγιστα επιτρεπτά όρια των βηματικών τάσεων. Από τον πίνακα 3.22 παρατηρείται ότι οι τάσεις επαφής δεν είναι για καμία από τις περιπτώσεις μέσα στα επιτρεπτά όρια. Επίσης φαίνεται ότι μειώνονται με την αύξηση του χρόνου σφάλματος και ότι η τάση επαφής στο σημείο Α κοντά στον πύργο της Α/Γ είναι μικρότερη από το σημείο Β. Στον πίνακα 3.23 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλες τις περιπτώσεις και φαίνεται ότι η αντίσταση γείωσης αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση εδάφους. Πίνακας 3.23: Αντίσταση γείωσης συστήματος γείωσης Α/Γ για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m και βάθος ενταφιασμού 1m. Παρακάτω δίνονται τα διαγράμματα των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 2m έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο. Οι βηματικές τάσεις παρουσιάζονται για ίδιο χρόνο σφάλματος και για διαφορετική ειδική αντίσταση εδάφους (εικόνα 3.38). Για τις τάσεις επαφής δίνονται τρία διαγράμματα για χρόνους σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα (εικόνες 3.39, 3.40, 3.41). Επίσης δίνεται και το γράφημα των τάσεων επαφής για κοινή ειδική αντίσταση εδάφους και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος (εικόνα 3.42). 82

91 Εικόνα 3.38: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m και βάθος ενταφιασμού 1m για ίδιο χρόνο σφάλματος. Από το διάγραμμα της εικόνας 3.38 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες για εδάφη με υψηλότερη ειδική αντίσταση εδάφους. Επίσης παρατηρείται ότι οι τάσεις μειώνονται αισθητά σε απόσταση 2 έως 8 μέτρα από το σημείο Γ, στην περιοχή δηλαδή ανάμεσα στους δύο δακτυλίους. Στα 4m από τον πύργο της Α/Γ και μισό μέτρο πριν από τον εξωτερικό δακτύλιο οι τάσεις είναι σχεδόν μηδενικές. Παρουσιάζεται μία απότομη αύξηση του ρυθμού μεταβολής των τάσεων (κυρίως για εδάφη με μεγάλες ειδικές αντιστάσεις) στην περιοχή του μισού μέτρου γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο και όσο απομακρυνόμαστε από αυτόν οι βηματικές τάσεις αρχίζουν να μειώνονται. Στις εικόνες 3.38.α έως 3.38.γ δίνονται οι βηματικές τάσεις για χρόνους 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.38.α: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m και βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 0.1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 83

92 Εικόνα 3.38.β: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m και βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 0.5s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.38.γ: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m και βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Από την εικόνα 3.38.α φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια για όλες τις περιπτώσεις και για όλη την περιοχή που εξετάζεται. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο για τις περιπτώσεις με χρόνους σφάλματος 0.5s και 1s. Από την εικόνα 3.38.β για t f =0.5s παρατηρείται ότι μόνο για τις περιπτώσεις με ρ=100ωm, ρ=250ωm και ρ=500ωm οι βηματικές τάσεις είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 0.5m από τον πύργο της Α/Γ. Από την εικόνα 3.38.γ για t f =1s παρατηρείται ότι μόνο για την περίπτωση ρ=100ωm οι βηματικές τάσεις είναι δεκτές για όλη την περιοχή που εξετάζεται ενώ για τις υπόλοιπες περιπτώσεις οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες των επιτρεπτών ορίων για περιοχές που βρίσκονται έως και 0.8m από τον πύργο της Α/Γ. 84

93 Εικόνα 3.39: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m και βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 0.1s. Εικόνα 3.40: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m και βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 0.5s. 85

94 Εικόνα 3.41: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m και βάθος ενταφιασμού 1m, για χρόνο σφάλματος 1s. Από τα διαγράμματα των εικόνων 3.39 έως 3.41 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής αυξάνονται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις. Ο ρυθμός μεταβολής είναι μεγαλύτερος για τα εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση. Επίσης για εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση παρατηρείται πτώση τάσης στην περιοχή γύρω από τον δακτύλιο. Οι τάσεις είναι για όλες τις περιπτώσεις πάνω από τα επιτρεπτά όρια, αλλά για μεγαλύτερους χρόνους σφάλματος παρατηρούνται χαμηλότερες τιμές τάσεων. Εικόνα 3.42: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m και βάθος ενταφιασμού 1m, για ειδική αντίσταση εδάφους 500Ωm. Η εικόνα 3.42 δείχνει τις τάσεις επαφής για ίδια ειδική αντίσταση στα 500Ωm και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος. Εδώ φαίνεται πιο καθαρά η διαφορά στις τιμές λόγω του χρόνου σφάλματος δηλαδή μικρότεροι χρόνοι άρα και μεγαλύτερες τιμές. Το ίδιο ισχύει και για τις άλλες τιμές ειδικής αντίστασης εδάφους. 86

95 3.2.3 Ανάλυση των αποτελεσμάτων Στην εικόνα 3.43 παρουσιάζεται η μεταβολή της βηματικής τάσης με την απόσταση από την ανεμογεννήτρια για τις τρεις περιπτώσεις διαφορετικής διαμέτρου εξωτερικού δακτυλίου γείωσης και για έδαφος με ειδική αντίσταση 2000Ωm και t f =1s, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστο επιτρεπτό όριο τους (με αντίστοιχο χρώμα αυτού των καμπυλών σημειώνεται στον άξονα x η απόσταση από την ανεμογεννήτρια στην οποία βρίσκεται ο αντίστοιχος εξωτερικός δακτύλιος γείωσης). Εικόνα 3.43: Βηματικές τάσεις για δακτύλιο διαφορετικής διαμέτρου και ρ=2000ωm και t f =1s, κανονικοποιημένες ως προς Es=2041V. Από την εικόνα 3.43 εύκολα προκύπτει ότι όσο αυξάνεται η διάμετρος του εξωτερικού δακτυλίου οι βηματικές τάσεις μειώνονται αισθητά. Και στις τρεις περιπτώσεις οι χαμηλότερες βηματικές τάσεις παρατηρούνται στο εσωτερικό του εξωτερικού δακτυλίου, ενώ η μέγιστες τιμές τους σημειώνονται στην περιοχή γύρω από τον πύργο και σε απόσταση μισού μέτρου έξω από τον κάθε δακτύλιο, περιοχές στις οποίες οι βηματικές τάσεις ξεπερνούν τα επιτρεπτά όρια. Η διαφορά των μεγαλύτερων τιμών της βηματικής τάσης μεταξύ των δακτυλίων με διάμετρο 12m και 20m, οι οποίες εμφανίζονται σε απόσταση 0.5 m από τον κάθε δακτύλιο, είναι 1770V. Με την αύξηση της διαμέτρου του εξωτερικού δακτυλίου παρατηρείται ότι αυξάνονται και οι περιοχές στις οποίες οι βηματικές τάσεις κυμαίνονται κάτω των επιτρεπτών ορίων. Προκύπτει λοιπόν το συμπέρασμα ότι ανάλογα με την περιοχή γύρω από τον πύργο της Α/Γ που χρειάζεται προστασία πρέπει να επιλέγεται και η κατάλληλη διάμετρος δακτυλίου γείωσης. Στην εικόνα 3.44 παρουσιάζονται οι τάσεις επαφής για χρόνο σφάλματος 0.5s και ρ=500ωm και για τις τρεις περιπτώσεις διαφορετικής διαμέτρου του εξωτερικού δακτυλίου γείωσης, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστο επιτρεπτό όριο τους (με αντίστοιχο χρώμα αυτού των καμπυλών σημειώνεται στον άξονα x η απόσταση από την ανεμογεννήτρια στην οποία βρίσκεται ο αντίστοιχος εξωτερικός δακτύλιος γείωσης). 87

96 Εικόνα 3.44: Τάσεις επαφής για δακτύλιο διαφορετικής διαμέτρου για περίπτωση ρ=500ωm και t f =0.5s, κανονικοποιημένες ως προς Εt=388.56V. Από την εικόνα 3.44 εύκολα προκύπτει ότι όσο αυξάνεται η διάμετρος του εξωτερικού δακτυλίου οι τάσεις επαφής μειώνονται. Η διαφορά μεταξύ των τιμών της τάσης επαφής λόγω της αύξησης της διαμέτρου του εξωτερικού δακτυλίου μεγαλώνει όσο απομακρυνόμαστε από την ανεμογεννήτρια. Η διαφορά των τάσεων επαφής που προκύπτουν για δακτυλίους με διάμετρο 12m και 20m είναι σε απόσταση 2m από την ανεμογεννήτρια 1965, ενώ σε απόσταση 9m είναι 8373V. Ωστόσο, οι τάσεις επαφής παραμένουν σε μη επιτρεπτά επίπεδα για όλες τις περιπτώσεις και για τις τρεις διαφορετικές διαμέτρους του εξωτερικού δακτυλίου γείωσης που εξετάστηκαν. Στον πίνακα 3.24 φαίνονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλες τις διαμέτρους του εξωτερικού δακτυλίου που εξετάστηκαν παραπάνω. Παρατηρείται όπως είναι αναμενόμενο ότι οι αντιστάσεις γείωσης μειώνονται με την αύξηση της διαμέτρου. Πίνακας 3.24: Αντιστάσεις γείωσης για δακτυλίους με διαφορετική διάμετρο. Με την αύξηση επομένως της διαμέτρου του ηλεκτροδίου τύπου δακτυλίου παρατηρείται ότι μειώνονται οι τάσεις επαφής, οι βηματικές τάσεις και η αντίσταση γείωσης. Οι μειώσεις αυτές παρατηρούνται εντονότερες με την αύξηση της ειδικής αντίστασης του εδάφους. 88

97 3.2.4 Προσθήκη υλικού επιφανείας Στην ενότητα αναφέρθηκε ότι στα συστήματα γείωσης που εξετάστηκαν με εξωτερικό δακτύλιο διαφορετικής διαμέτρου οι βηματικές τάσεις δεν κυμαίνονται πάντα σε επιτρεπτά επίπεδα και τάσεις επαφής δεν είναι σε καμία από τις περιπτώσεις κάτω από τα μέγιστα επιτρεπτά όρια. Οι περιπτώσεις αυτές ήταν χωρίς τη χρήση υλικού επιφανείας. Στην ενότητα αυτή εξετάζονται περιπτώσεις με χρήση υλικού επιφανείας πάχους 0.15m και με ειδικές αντιστάσεις ρ s =5000Ωm, ρ s =8000Ωm και ρ s =10000Ωm. Στους πίνακες 3.14 και 3.15 έχουν παρουσιαστεί τα διάφορα όρια των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής και για τις 15 περιπτώσεις που εξετάζονται Έλεγχος βηματικών τάσεων Στις εικόνες 3.45 έως 3.47 δίνονται οι βηματικές τάσεις για ρ=2000ωm και t f =1s για διάμετρο εξωτερικού δακτυλίου 12m, 16m και 20m αντίστοιχα, σύμφωνα με τα όριά τους για περιπτώσεις χωρίς υλικό επιφανείας και με υλικό επιφανείας για ρ s =5000Ωm, ρ s =8000Ωm και ρ s =10000Ωm. Εικόνα 3.45: Βηματικές τάσεις για ρ=2000ωm και t f =1s, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για δακτύλιο διαμέτρου 12m. 89

98 Εικόνα 3.46: Βηματικές τάσεις για ρ=2000ωm και t f =1s, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για δακτύλιο διαμέτρου 16m. Εικόνα 3.47: Βηματικές τάσεις για ρ=2000ωm και t f =1s, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για δακτύλιο διαμέτρου 20m. Από τις εικόνες 3.45 έως 3.47 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις βρίσκονται πλέον σε επιτρεπτά επίπεδα με την χρήση υλικού επιφανείας. Για δακτυλίους διαμέτρου 16m και 20m η χρήση υλικού με ρ s =5000Ωm είναι επαρκής, ενώ για δακτύλιο με διάμετρο 12m προτείνεται η χρήση υλικού με ρ s =8000Ωm γιατί με υλικό με ρ s =5000Ωm οι βηματικές τάσεις ξεφεύγουν λίγο στην περιοχή γύρω από τον πύργο. Οπότε όσον αφορά τις βηματικές τάσεις στην περιοχή γύρω από μία ανεμογεννήτρια που αυτές ελέγχονται, ένα σύστημα γείωσης μίας Α/Γ με ταινία γείωσης διαμέτρου 3m πληροί τις προϋποθέσεις είτε με συνδυασμό εξωτερικού δακτυλίου διαμέτρου 12m και υλικού επιφανείας με ρ s =8000Ωm, είτε με συνδυασμό εξωτερικού δακτυλίου διαμέτρου 16m και υλικού επιφανείας με ρ s =5000Ωm. 90

99 Έλεγχος τάσεων επαφής Στις εικόνες 3.48 δίνονται οι τάσεις επαφής για ρ=500ωm και t f =0.5s για διάμετρο εξωτερικού δακτυλίου 20m σύμφωνα με τα όριά τους για περιπτώσεις χωρίς υλικό επιφανείας και με υλικό επιφανείας για ρ s =5000Ωm, ρ s =8000Ωm και ρ s =10000Ωm. Εικόνα 3.48: Βηματικές τάσεις για ρ=500ωm και t f =0.5s, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για δακτύλιο διαμέτρου 20m. Από την εικόνα 3.48 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής για όλες τις περιπτώσεις, ακόμα και με τη χρήση υλικού επιφανείας, δεν είναι χαμηλότερες των επιτρεπτών ορίων. Η περίπτωση της εικόνας 3.48 είναι μία από τις ευνοϊκές περιπτώσεις, εφόσον για εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 20m οι τάσεις επαφής είναι μικρότερες σε σχέση με τις τάσεις επαφής που εμφανίζονται για εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m όπως αναφέρθηκε στην ενότητα Επίσης η περίπτωση για έδαφος με ειδική αντίσταση 500Ωm είναι ευνοϊκότερη σε σχέση με εδάφη με ρ=1000ωm και ρ=2000ωm, στα οποία επομένως οι τάσεις επαφής δεν είναι σε επιτρεπτά επίπεδα. Μία λύση στο πρόβλημα αυτό είναι η πρόσθεση επιπλέον ηλεκτροδίων, κάτι που εξετάζεται σε παρακάτω ενότητα Επιλογή υλικού επιφανείας Επομένως για ένα σύστημα γείωσης μίας Α/Γ με ταινία γείωσης 3m και εξωτερικό δακτύλιο, η καλύτερη επιλογή είναι η διάμετρος του δακτυλίου γείωσης να είναι στα 20m και να γίνει χρήση υλικού επιφανείας πάχους 0.15m με ρ s =10000Ωm. Στους πίνακές 3.25 και 3.26 δίνονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής για αυτήν την περίπτωση σε απόσταση 1m από τον πύργο της Α/Γ και 1m εξωτερικά του δακτυλίου. 91

100 Πίνακας 3.25: Βηματικές τάσεις για εξωτερικό δακτύλιο 20m και υλικό επιφανείας ρ s =10000Ωm. Πίνακας 3.26: Τάσεις επαφής για εξωτερικό δακτύλιο 20m και υλικό επιφανείας ρ s =10000Ωm Παρατηρείται ότι καλύπτονται όλες οι βηματικές τάσεις, ενώ οι τάσεις επαφής καλύπτονται για εδάφη με ρ=100ωm, με ρ=250ωm για χρόνους σφάλματος 0.1s και 0.5s και καλύπτεται και η περίπτωση για ρ=500ωm και χρόνο σφάλματος 0.1s κοντά στον πύργο της Α/Γ. Για τις υπόλοιπες περιπτώσεις απαιτείται η χρήση επιπλέον ηλεκτροδίων γείωσης. 3.3 Προσθήκη επιπλέον ηλεκτροδίων γείωσης Σε προηγούμενη ενότητα εξετάστηκε η περίπτωση τοποθέτησης ηλεκτροδίου τύπου δακτυλίου διαμέτρου 12m σε βάθος 1m και παρουσιάστηκαν και αναλύθηκαν οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής που εμφανίζονται. Σε αυτήν την ενότητα θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα προσθήκης επιπλέον δακτυλίου, ράβδων και πλέγματος. Θεωρείται για όλες τις περιπτώσεις που αναλύονται παρακάτω ότι υπάρχει μία ταινία γείωσης διαμέτρου 3m από γαλβανισμένο χαλκό σε βάθος 0.5m και ο δακτύλιος διαμέτρου 12m σε βάθος 1m Προσθήκη επιπλέον εξωτερικού δακτυλίου Σε αυτή την περίπτωση εξετάζεται η προσθήκη δακτυλίου διαμέτρου 16m σε βάθος 1.5m. Παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής που αναπτύσσονται σε απόσταση 1m από τον πύργο της Α/Γ (σημείο Α) και σε απόσταση 1m έξω από τον δακτύλιο διαμέτρου 16m (σημείο Β, εικόνα 3.49). 92

101 Εικόνα 3.49: Σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m και βάθη ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα. Στους πίνακες 3.27 και 3.28 παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής στα σημεία Α και Β καθώς και τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για διάρκεια σφάλματος στα 0.1s, 0.5s, 1s και ειδική αντίσταση εδάφους στα 100Ωm, 250Ωm, 500Ωm, 1000Ωm, 2000Ωm. Συνολικά δηλαδή εξετάζονται 15 διαφορετικές περιπτώσεις και οι τάσεις που ξεπερνούν το μέγιστο επιτρεπτό όριο σημειώνονται με κόκκινο. Πίνακας 3.27: Βηματικές τάσεις για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m. Πίνακας 3.28: Τάσεις επαφής για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m. Από τον πίνακα 3.27 των βηματικών τάσεων φαίνεται ότι οι τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s και 0.5s είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια και στα δύο σημεία Α και Β. Με την αύξηση όμως του χρόνου σφάλματος παρατηρείται ότι οι βηματικές τάσεις για εδάφη με ρ=2000ωm ξεφεύγουν από το μέγιστο επιτρεπτό όριο στο σημείο Β ενώ στο σημείο Α όλες οι τάσεις είναι στα επιτρεπτά όρια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι εφόσον αυξάνεται ο χρόνος του σφάλματος αυξάνεται και ο χρόνος έκθεσης στο 93

102 ρεύμα και σύμφωνα με την σχέση 1.5 μειώνονται και τα μέγιστα επιτρεπτά όρια των βηματικών τάσεων. Από τον πίνακα 3.28 παρατηρείται ότι οι τάσεις επαφής είναι για όλες τις περιπτώσεις εκτός επιτρεπτών ορίων. Επίσης φαίνεται ότι μειώνονται με την αύξηση του χρόνου σφάλματος και ότι η τάση επαφής στο σημείο Α κοντά στον πύργο της Α/Γ είναι μικρότερη από το σημείο Β. Στον πίνακα 3.29 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλες τις περιπτώσεις και φαίνεται ότι η αντίσταση γείωσης αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση εδάφους. Πίνακας 3.29: Αντίσταση γείωσης για σύστημα γείωσης Α/Γ για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m. Παρακάτω δίνονται τα διαγράμματα των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 2m έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο (ευθύγραμμο τμήμα ΓΔ) όπως φαίνεται στην εικόνα Εικόνα 3.50: Σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m και βάθη ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα. Οι βηματικές τάσεις παρουσιάζονται για ίδιο χρόνο σφάλματος και για διαφορετική ειδική αντίσταση εδάφους (εικόνα 3.51). Για τις τάσεις επαφής δίνονται τρία διαγράμματα για χρόνους σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα (εικόνες 3.52, 3.53, 3.54). Επίσης δίνεται και το γράφημα των τάσεων επαφής για κοινή ειδική αντίσταση εδάφους και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος (εικόνα 3.55). 94

103 Εικόνα 3.51: Βηματικές τάσεις για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m, για ίδιο χρόνο σφάλματος. Από το διάγραμμα της εικόνας 3.51 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες για εδάφη με υψηλότερη ειδική αντίσταση εδάφους. Επίσης παρατηρείται ότι οι τάσεις μειώνονται αισθητά σε απόσταση 2 έως 4 μέτρα από το σημείο Γ, στην περιοχή δηλαδή ανάμεσα στους δύο δακτυλίους. Στα 2m και 4m από τον πύργο της Α/Γ οι τάσεις είναι σχεδόν μηδενικές για εδάφη με χαμηλή ειδική αντίσταση. Παρουσιάζεται μία απότομη αύξηση του ρυθμού μεταβολής των τάσεων (κυρίως για εδάφη με μεγάλες ειδικές αντιστάσεις) στην περιοχή του μισού μέτρου γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο με διάμετρο 12m. Οι βηματικές τάσεις αρχίζουν να μειώνονται μισό μέτρο έξω από τον δεύτερο δακτύλιο. Στις εικόνες 3.51.α έως 3.52.γ δίνονται οι βηματικές τάσεις για χρόνους 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.51.α: Βηματικές τάσεις για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m, για χρόνο σφάλματος 0.1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 95

104 Εικόνα 3.51.β: Βηματικές τάσεις για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m, για χρόνο σφάλματος 0.5s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.51.γ: Βηματικές τάσεις για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m, για χρόνο σφάλματος 1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όρια τους. Από τις εικόνες 3.51.α και 3.51.β φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για χρόνο σφάλματος 0.1s και 0.5s είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια για όλες τις περιπτώσεις και για όλη την περιοχή που εξετάζεται. Για την περίπτωση με χρόνο σφάλματος 1s οι βηματικές τάσεις δεν είναι επιτρεπτές μόνο για εδάφη με ρ=2000ωm στην περιοχή έξω από τον δεύτερο δακτύλιο. 96

105 Εικόνα 3.52: Τάσεις επαφής για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m, για χρόνο σφάλματος 0.1s. Εικόνα 3.53: Τάσεις επαφής για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m, για χρόνο σφάλματος 0.5s. 97

106 Εικόνα 3.54: Τάσεις επαφής για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m, για χρόνο σφάλματος 1s. Από τα διαγράμματα των εικόνων 3.52 έως 3.54 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής αυξάνονται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις. Ο ρυθμός μεταβολής είναι μεγαλύτερος για τα εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση. Επίσης για εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση παρατηρείται πτώση τάσης στην περιοχή γύρω από τον δακτύλιο με διάμετρο 12m. Οι τάσεις είναι για όλες τις περιπτώσεις πάνω από τα επιτρεπτά όρια, αλλά για μεγαλύτερους χρόνους σφάλματος παρατηρούνται χαμηλότερες τιμές τάσεων. Εικόνα 3.55: Τάσεις επαφής για δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m, για ειδική αντίσταση εδάφους 500Ωm. Η εικόνα 3.55 δείχνει τις τάσεις επαφής για ίδια ειδική αντίσταση στα 500Ωm και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος. Εδώ φαίνεται πιο καθαρά η διαφορά στις τιμές λόγω του χρόνου σφάλματος δηλαδή μικρότεροι χρόνοι άρα και μεγαλύτερες τιμές. Το ίδιο ισχύει και για τις άλλες τιμές ειδικής αντίστασης εδάφους. 98

107 3.3.2 Προσθήκη ράβδων Σε αυτήν την παράγραφο εξετάζεται η προηγούμενη περίπτωση με την προσθήκη τεσσάρων ράβδων όπως φαίνεται στην εικόνα Παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής που αναπτύσσονται σε απόσταση 1m από τον πύργο της Α/Γ (σημείο Α) και σε απόσταση 1m έξω από τον δακτύλιο διαμέτρου 16m (σημείο Β). Εικόνα 3.56: Σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m και βάθη ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα και ράβδους. Στους πίνακες 3.30 και 3.31 παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής στα σημεία Α και Β καθώς και τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για διάρκεια σφάλματος στα 0.1s, 0.5s, 1s και ειδική αντίσταση εδάφους στα 100Ωm, 250Ωm, 500Ωm, 1000Ωm, 2000Ωm. Συνολικά δηλαδή εξετάζονται 15 διαφορετικές περιπτώσεις και οι τάσεις που ξεπερνούν το μέγιστο επιτρεπτό όριο σημειώνονται με κόκκινο. Πίνακας 3.30: Βηματικές τάσεις για δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους. 99

108 Πίνακας 3.31: Τάσεις επαφής για δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους. Από τον πίνακα 3.30 των βηματικών τάσεων φαίνεται ότι οι τάσεις για όλες τις περιπτώσεις είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια και στα δύο σημεία Α και Β. Από τον πίνακα 3.31 παρατηρείται ότι οι τάσεις επαφής είναι για όλες τις περιπτώσεις εκτός επιτρεπτών ορίων. Επίσης φαίνεται ότι μειώνονται με την αύξηση του χρόνου σφάλματος και ότι η τάση επαφής στο σημείο Α κοντά στον πύργο της Α/Γ είναι μικρότερη από το σημείο Β. Στον πίνακα 3.32 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλες τις περιπτώσεις και φαίνεται ότι η αντίσταση γείωσης αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση εδάφους. Πίνακας 3.32: Αντίσταση γείωσης για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους γείωσης. Παρακάτω δίνονται τα διαγράμματα των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 2m έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο. Οι βηματικές τάσεις παρουσιάζονται για ίδιο χρόνο σφάλματος και για διαφορετική ειδική αντίσταση εδάφους (εικόνα 3.57). Για τις τάσεις επαφής δίνονται τρία διαγράμματα για χρόνους σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα (εικόνες 3.58, 3.59, 3.60). Επίσης δίνεται και το γράφημα των τάσεων επαφής για κοινή ειδική αντίσταση εδάφους και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος (εικόνα 3.61). 100

109 Εικόνα 3.57: Βηματικές τάσεις για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους γείωσης, για ίδιο χρόνο σφάλματος. Από το διάγραμμα της εικόνας 3.57 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες για εδάφη με υψηλότερη ειδική αντίσταση εδάφους. Επίσης παρατηρείται ότι οι τάσεις μειώνονται αισθητά σε απόσταση 2 έως 4 μέτρα από το σημείο Γ, στην περιοχή δηλαδή ανάμεσα στους δύο δακτυλίους. Στα 2m και 4m από τον πύργο της Α/Γ οι τάσεις είναι σχεδόν μηδενικές για εδάφη με χαμηλή ειδική αντίσταση. Παρουσιάζεται μία απότομη αύξηση του ρυθμού μεταβολής των τάσεων (κυρίως για εδάφη με μεγάλες ειδικές αντιστάσεις) στην περιοχή του μισού μέτρου γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο με διάμετρο 12m. Οι βηματικές τάσεις αρχίζουν να μειώνονται ένα μέτρο έξω από τον δεύτερο δακτύλιο. Στις εικόνες 3.57.α έως 3.57.γ δίνονται οι βηματικές τάσεις για χρόνους 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.57.α: Βηματικές τάσεις για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους γείωσης, για χρόνο σφάλματος 0.1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 101

110 Εικόνα 3.57.β: Βηματικές τάσεις για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους γείωσης, για χρόνο σφάλματος 0.5s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.57.γ: Βηματικές τάσεις για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους γείωσης, για χρόνο σφάλματος 1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Από τις εικόνες 3.57.α έως και 3.51.γ φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια για όλες τις περιπτώσεις και για όλη την περιοχή που εξετάζεται. 102

111 Εικόνα 3.58: Τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους γείωσης, για χρόνο σφάλματος 0.1s. Εικόνα 3.59: Τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους γείωσης, για χρόνο σφάλματος 0.5s. 103

112 Εικόνα 3.60: Τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους γείωσης, για χρόνο σφάλματος 1s. Από τα διαγράμματα των εικόνων 3.58 έως 3.60 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής αυξάνονται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις. Ο ρυθμός μεταβολής είναι μεγαλύτερος για τα εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση. Επίσης για εδάφη με μεγάλη ειδική αντίσταση παρατηρείται πτώση τάσης στην περιοχή γύρω από τον δακτύλιο με διάμετρο 12m. Οι τάσεις είναι για όλες τις περιπτώσεις πάνω από τα επιτρεπτά όρια, αλλά για μεγαλύτερους χρόνους σφάλματος παρατηρούνται χαμηλότερες τιμές τάσεων. Εικόνα 3.61: Τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους γείωσης, για ειδική αντίσταση εδάφους 1000Ωm. Η εικόνα 3.61 δείχνει τις τάσεις επαφής για ίδια ειδική αντίσταση στα 1000Ωm και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος. Εδώ φαίνεται πιο καθαρά η διαφορά στις τιμές λόγω του χρόνου σφάλματος δηλαδή μικρότεροι χρόνοι άρα και μεγαλύτερες τιμές. Το ίδιο ισχύει και για τις άλλες τιμές ειδικής αντίστασης εδάφους. 104

113 3.3.3 Προσθήκη πλέγματος Σε αυτήν την παράγραφο εξετάζεται η προηγούμενη περίπτωση με την προσθήκη πλέγματος όπως φαίνεται στην εικόνα Παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής που αναπτύσσονται σε απόσταση 1m από τον πύργο της Α/Γ (σημείο Α) και σε απόσταση 1m έξω από τον δακτύλιο διαμέτρου 16m (σημείο Β). Εικόνα 3.62: Σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m και ράβδους και πλέγμα. Στους πίνακες 3.33 και 3.34 παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής στα σημεία Α και Β καθώς και τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για διάρκεια σφάλματος στα 0.1s, 0.5s, 1s και ειδική αντίσταση εδάφους στα 100Ωm, 250Ωm, 500Ωm, 1000Ωm, 2000Ωm. Συνολικά δηλαδή εξετάζονται 15 διαφορετικές περιπτώσεις και οι τάσεις που ξεπερνούν το μέγιστο επιτρεπτό όριο σημειώνονται με κόκκινο. Πίνακας 3.33: Βηματικές τάσεις για δύο εξωτερικούς δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα. 105

114 Πίνακας 3.34: Τάσεις επαφής για δύο εξωτερικούς δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα. Από τον πίνακα 3.33 των βηματικών τάσεων φαίνεται ότι οι τάσεις για όλες τις περιπτώσεις είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια και στα δύο σημεία Α και Β. Από τον πίνακα 3.34 παρατηρείται ότι οι τάσεις επαφής είναι για τις περιπτώσεις με ρ=100ωm μέσα στα επιτρεπτά όρια. Επίσης είναι μέσα στα όρια κοντά στον πύργο για ρ=250ωm και χρόνους 0.5s και 1s. Φαίνεται ότι οι τάσεις μειώνονται με την αύξηση του χρόνου σφάλματος και ότι η τάση επαφής στο σημείο Α κοντά στον πύργο της Α/Γ είναι μικρότερη από το σημείο Β. Στον πίνακα 3.35 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης για όλες τις περιπτώσεις και φαίνεται ότι η αντίσταση γείωσης αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερη ειδική αντίσταση εδάφους. Πίνακας 3.35: Αντίσταση γείωσης συστήματος γείωσης Α/Γ με για δύο εξωτερικούς δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα. Παρακάτω δίνονται τα διαγράμματα των βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής για απόσταση από τον πύργο της ανεμογεννήτριας έως και 2m έξω από τον εξωτερικό δακτύλιο. Οι βηματικές τάσεις παρουσιάζονται για ίδιο χρόνο σφάλματος και για διαφορετική ειδική αντίσταση εδάφους (εικόνα 3.62). Για τις τάσεις επαφής δίνονται τρία διαγράμματα για χρόνους σφάλματος 0.1s, 0.5s και 1s αντίστοιχα (εικόνες 3.63, 3.64, 3.65). Επίσης δίνεται και το γράφημα των τάσεων επαφής για κοινή ειδική αντίσταση εδάφους και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος (εικόνα 3.66). 106

115 Εικόνα 3.63: Βηματικές τάσεις για σύστημα γείωσης Α/Γ με για δύο εξωτερικούς δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα για ίδιο χρόνο σφάλματος. Από το διάγραμμα της εικόνας 3.63 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες για εδάφη με υψηλότερη ειδική αντίσταση εδάφους. Οι τάσεις από τον πύργο της Α/Γ έως το σημείο ανάμεσα στους δύο εξωτερικούς δακτυλίους είναι πολύ χαμηλές έως και μηδενικές για εδάφη με χαμηλή ειδική αντίσταση. Παρουσιάζεται μία απότομη αύξηση του ρυθμού αύξησης στο σημείο Β εξωτερικά του δακτυλίου με διάμετρο 16m. Εικόνα 3.64: Τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης Α/Γ με για δύο εξωτερικούς δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα, για χρόνο σφάλματος 0.1s. 107

116 Εικόνα 3.65: Τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης Α/Γ με για δύο εξωτερικούς δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα, για χρόνο σφάλματος 0.5s. Εικόνα 3.66: Τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης Α/Γ με για δύο εξωτερικούς δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα, για χρόνο σφάλματος 1s. Από τα διαγράμματα των εικόνων 3.64 έως 3.66 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής αυξάνονται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις. Παρατηρείται μία μικρή στα 1.5m έως 3m από τον πύργο της Α/Γ. οι τάσεις αρχίζουν να αυξάνουν απότομα μισό μέτρο πριν από τον δεύτερο εξωτερικό δακτύλιο. 108

117 Εικόνα 3.67: Τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης Α/Γ με για δύο εξωτερικούς δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα, για ειδική αντίσταση εδάφους 2000Ωm. Η εικόνα 3.67 δείχνει τις τάσεις επαφής για ίδια ειδική αντίσταση στα 2000Ωm και διαφορετικούς χρόνους σφάλματος. Εδώ φαίνεται πιο καθαρά η διαφορά στις τιμές λόγω του χρόνου σφάλματος δηλαδή μικρότεροι χρόνοι άρα και μεγαλύτερες τιμές. Το ίδιο ισχύει και για τις άλλες τιμές ειδικής αντίστασης εδάφους Ανάλυση αποτελεσμάτων Στη εικόνα 3.68 παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις για ρ=2000ωm και t f =1s για τα τέσσερα διαφορετικά συστήματα γείωσης που αναφέρθηκαν έως τώρα δηλαδή με έναν δακτύλιο (εικόνα 3.1), με δύο δακτυλίους (εικόνα 3.49), με συνδυασμό δακτυλίων και ράβδων (εικόνα 3.56) και με συνδυασμό δακτυλίων, ράβδων και πλέγματος (εικόνα 3.62), κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.68: Βηματικές τάσεις για ρ=2000ωm και t f =1s, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. 109

118 Από το παραπάνω διάγραμμα φαίνεται ξεκάθαρα η μείωση των τιμών της βηματικής τάσης που προκύπτει από την χρήση επιπλέον ηλεκτροδίων γείωσης. Η μείωση αυτή είναι έντονη στην περίπτωση της προσθήκης του δεύτερου εξωτερικού δακτυλίου γείωσης, κυρίως μεταξύ των αποστάσεων 4.5 και 6.5 m από την ανεμογεννήτρια, στην περιοχή δηλαδή ανάμεσα στους δύο εξωτερικούς δακτυλίους γείωσης. Η προσθήκη ράβδων μειώνει αρκετά τις τιμές της βηματικής τάσης στην περιοχή γύρω από τον πύργο της ανεμογεννήτριας και ανάμεσα στους εξωτερικούς δακτυλίους. Η χρήση πλέγματος μειώνει την βηματική τάση από μερικές εκατοντάδες έως και χιλιάδες volt στην περιοχή μέχρι και τον δεύτερο εξωτερικό δακτύλιο, μετά τον οποίο αρχίζει να παρατηρείται μία αύξηση των τιμών της. Ακόμη, παρατηρείται ότι στην περιοχή που εξετάζεται, το σύστημα γείωσης με έναν εξωτερικό δακτύλιο κυμαίνεται σε επιτρεπτά επίπεδα στα σημεία 1m από τον πύργο της Α/Γ έως και πριν από τον εξωτερικό δακτύλιο. Για το σύστημα γείωσης με δύο εξωτερικούς δακτυλίους οι βηματικές τάσεις δεν είναι στα επιτρεπτά όρια για την περιοχή από το δεύτερο δακτύλιο έως και ένα μέτρο εξωτερικά του. Η χρήση ράβδων βοηθάει όπως φαίνεται να έχουμε επιτρεπτές βηματικές τάσεις στην περιοχή αυτή. Το σύστημα γείωσης με πλέγμα εμφανίζει σχεδόν ασήμαντες τιμές βηματικής τάσης στην περιοχή μέσα στους δακτυλίους όπως και ήταν αναμενόμενο, εφόσον έγινε η προσθήκη πολλών αγωγών. Από όσα αναφέρθηκαν μέχρι τώρα βγαίνει το συμπέρασμα ότι όσον αφορά τις βηματικές τάσεις, ένα σύστημα γείωσης με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και τέσσερις ράβδους στον εξωτερικό δακτύλιο γείωσης χωρίς υλικό επιφανείας τηρεί τις προϋποθέσεις. Στην εικόνα 3.69 δίνεται το διάγραμμα των τάσεων επαφής για t f =0.5s και ρ=500ωm για τα τέσσερα διαφορετικά συστήματα γείωσης, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Εικόνα 3.69: Τάσεις επαφής για t f =0.5s και ρ=500ωm, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Οι τάσεις επαφής μειώνονται σημαντικά με την πρόσθεση δεύτερου εξωτερικού δακτυλίου, για παράδειγμα στα 8 μέτρα από τον πύργο της ανεμογεννήτριας η 110

119 διαφορά είναι στα 6906V. Με την προσθήκη των ράβδων οι τάσεις επαφής μειώνονται κάποιες εκατοντάδες volt σε όλη την περιοχή γύρω από τον πύργο. Με το πλέγμα οι τάσεις επαφής βρίσκονται σε πολύ χαμηλά επίπεδα, μέχρι και τον δεύτερο εξωτερικό δακτύλιο γύρω από τιμές 450V με 500V. Ωστόσο, σε καμία από τις τέσσερις περιπτώσεις που εξετάστηκαν οι τάσεις επαφής βρίσκονται μέσα στα επιτρεπτά όρια. Στον πίνακα 3.36 δίνονται οι αντιστάσεις γείωσης και για τις τέσσερις περιπτώσεις συνδυασμού ηλεκτροδίων γείωσης. Φαίνεται πως με την προσθήκη επιπλέον ηλεκτροδίων γείωσης μειώνεται σημαντικά η αντίσταση γείωσης του συστήματος. Πίνακας 3.36: Αντιστάσεις γείωσης για διάφορα συστήματα γείωσης Α/Γ Προσθήκη υλικού επιφανείας Όπως αναφέρθηκε στην παράγραφο η προσθήκη υλικού επιφανείας ανεβάζει τα όρια των μέγιστων επιτρεπτών τάσεων. Οι πίνακες 3.13 και 3.14 περιέχουν τα όρια για υλικό επιφανείας 0.15m για υλικά με ειδικές αντιστάσεις ρ s =5000Ωm, ρ s =8000Ωm και ρ s =10000Ωm. Στην περίπτωση του συστήματος γείωσης που συνδυάζει και πλέγμα, όπως αυτό εξετάστηκε στο τμήμα 3.3.3, ο πίνακας 3.32 δείχνει ότι σε κάποιες περιπτώσεις οι τάσεις επαφής είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια. Παρακάτω εξετάζεται η επίδραση που έχει η προσθήκη υλικού επιφανείας στην περίπτωση συστήματος γείωσης που συνδυάζει διάφορα ηλεκτρόδια Έλεγχος βηματικών τάσεων Στην εικόνα 3.70 παρουσιάζονται οι βηματικές τάσεις για το σύστημα γείωσης με δύο εξωτερικούς δακτυλίους για ρ=2000ωm και t f =1s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους, περίπτωση η οποία όπως αναφέρθηκε στην ενότητα δεν κάλυπτε τις προϋποθέσεις χωρίς υλικό επιφανείας και κρίθηκε απαραίτητη η χρήση ράβδων γείωσης. 111

120 Εικόνα 3.70: Βηματικές τάσεις για ρ=2000ωm και t f =1s για σύστημα γείωσης με δύο δακτυλίους, κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους. Από την εικόνα 3.70 φαίνεται ότι με την χρήση υλικού επιφανείας με ρ s =5000Ωm οι βηματικές τάσεις κυμαίνονται σε επιτρεπτά επίπεδα. Επομένως όσον αφορά τις βηματικές τάσεις ένα σύστημα γείωσης με ταινία γείωσης διαμέτρου 3m, με εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 12m και βάθος ενταφιασμού 1m, με εξωτερικό δακτύλιο διαμέτρου 16m και βάθος ενταφιασμού 1.5m και με υλικό επιφανείας πληροί τις προϋποθέσεις Έλεγχος τάσεων επαφής Στην εικόνα 3.71 δίνονται οι τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης με δύο δακτυλίους και ράβδους για ρ=500ωm και t f =0.5s. Εικόνα 3.71: Τάσεις επαφής για ρ=500ωm και t f =0.5s κανονικοποιημένες ως προς τα μέγιστα επιτρεπτά όριά τους για σύστημα γείωσης με δύο δακτυλίους και ράβδους. 112

121 Από την εικόνα 3.71 μπορεί να προκύψει ότι για σύστημα γείωσης με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και ράβδους γείωσης οι τιμές της τάσης επαφής κυμαίνονται σε επιτρεπτά επίπεδα μόνο με χρήση υλικού επιφανείας ρ s =10000Ωm και αυτό μόνο για την περιοχή 1m γύρω από τον πύργο και στην περιοχή 1m γύρω από τον εξωτερικό δακτύλιο. Εφόσον λοιπόν το σύστημα με ράβδους δεν καλύπτει αυτήν την περίπτωση το ίδιο ισχύει και για τα συστήματα γείωσης με ένα και δύο εξωτερικούς δακτυλίους, γιατί σύμφωνα με την ενότητα παρουσιάζουν μεγαλύτερες τάσεις επαφής. επομένως η μόνη λύση είναι η χρήση πλέγματος όπως αναλύεται και παρακάτω. Στις εικόνες 3.72 και 3.73 παρουσιάζονται οι τάσεις επαφής του συστήματος γείωσης με πλέγμα μαζί με τα όρια για δύο περιπτώσεις με t f =0.5s, ρ=1000ωm και t f =0.1s, ρ=2000ωm. Εικόνα 3.72: Τάσεις επαφής για t f =0.5s και ρ=1000ωm για σύστημα γείωσης με πλέγμα. Από το παραπάνω διάγραμμα φαίνεται ότι για υλικό επιφάνειας με ρ s =5000Ωm εμφανίζονται επιτρεπτές τάσεις επαφής έως και ένα μέτρο έξω από τον δεύτερο εξωτερικό δακτύλιο, ενώ για υλικά με ρ s =8000Ωm και ρ s =10000Ωm επιτρεπτές τάσεις προκύπτουν για όλη την περιοχή που εξετάζεται. 113

122 Εικόνα 3.73: Τάσεις επαφής για t f =0.1s και ρ=2000ωm για σύστημα γείωσης με πλέγμα. Από το διάγραμμα της εικόνας 3.73 προκύπτει ότι επιτρεπτές τάσεις επαφής εμφανίζονται μόνο για υλικό επιφανείας με ρ s =10000Ωm και για απόσταση έως και μισό μέτρο έξω από τον δεύτερο εξωτερικό δακτύλιο. Για όλες τις άλλες περιπτώσεις οι τάσεις επαφής είναι μη επιτρεπτές. Η περίπτωση για t f =0.1s, ρ=2000ωm είναι η δυσμενέστερη, επομένως για εδάφη με χαμηλότερες ειδικές αντιστάσεις η χρήση πλέγματος και υλικού επιφανείας με ρ s =10000Ωm καλύπτει τις προϋποθέσεις Επιλογή υλικού επιφανείας Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η καλύτερη επιλογή είναι χρήση υλικού επιφανείας με ρ s =10000Ωm σε σύστημα γείωσης που συνδυάζει και πλέγμα για να καλύπτονται όσο τον δυνατόν περισσότερες περιπτώσεις. Παρακάτω εμφανίζονται οι πίνακες με τις βηματικές τάσεις και τις τάσεις επαφής του συστήματος γείωσης με πλέγμα με υλικό επιφάνειας ρ s =10000Ωm. Πίνακας 3.37: Βηματικές τάσεις για δύο εξωτερικούς δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα και ρ s =10000Ωm. 114

123 Πίνακας 3.38: Τάσεις επαφής για δύο εξωτερικούς δακτυλίους, ράβδους και πλέγμα και ρ s =10000Ωm Η χρήση του υλικού επιφάνειας έχει ως αποτέλεσμα οι τάσεις επαφής να είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια για όλες τις περιπτώσεις εκτός από το σημείο Β (εικόνα 3.62) για ρ=2000ωm. Για αυτές τις περιπτώσεις συνίσταται η χρήση υλικού επιφανείας μεγαλύτερου πάχους ή η χρησιμοποίηση μεγαλύτερου πλέγματος. 3.4 Συστήματα γείωσης Α/Γ με τετράγωνους εξωτερικούς δακτυλίους γείωσης Σε αυτήν την ενότητα εξετάζονται συστήματα γείωσης Α/Γ με χρήση εξωτερικού τετράγωνου δακτυλίου γείωσης. Στις επόμενες παραγράφους αναλύονται συστήματα γείωσης με τετράγωνο εξωτερικό δακτύλιο πλευράς 12m, με δύο εξωτερικούς δακτυλίους πλευράς 12m και 16m αντίστοιχα και ένα τρίτο σύστημα γείωσης με δύο εξωτερικούς δακτυλίους και τέσσερις ράβδους γείωσης μήκους 3m στις τέσσερις γωνίες του τετράγωνου δακτυλίου με πλευρά 16m. Θεωρείται όπως και στις προηγούμενες ενότητες ταινία γείωσης μέσα στη θεμελίωση της Α/Γ διαμέτρου 3m και ότι δεν υπάρχει υλικό επιφανείας Σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό τετράγωνο δακτύλιο πλευράς 12m και βάθος ενταφιασμού 1m Σε αυτήν την παράγραφο εξετάζεται σύστημα γείωσης με τετράγωνο δακτύλιο γείωσης πλευράς 12m και βάθος ενταφιασμού 1m όπως φαίνεται στην εικόνα

124 Εικόνα 3.74: Σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό τετράγωνο δακτύλιο πλευράς 12m και βάθος ενταφιασμού 1m. Στους πίνακες 3.39 και 3.40 δίνονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής που παρουσιάζονται 1m από τον πύργο της Α/Γ (σημείο Α), 1m από το μέσο της πλευράς του δακτυλίου (σημείο Β) και 1m από την γωνία του δακτυλίου (σημείο Γ). Πίνακας 3.39: Βηματικές τάσεις για σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό τετράγωνο δακτύλιο πλευράς 12m και βάθος ενταφιασμού 1m. Πίνακας 3.40: Τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό τετράγωνο δακτύλιο πλευράς 12m και βάθος ενταφιασμού 1m. Από τον πίνακα 3.39 παρατηρείται ότι οι βηματικές τάσεις κυμαίνονται σε επιτρεπτά επίπεδα για χρόνο σφάλματος 0.1s, ενώ για χρόνο σφάλματος 0.5s ξεπερνούν τα μέγιστα επιτρεπτά όρια για στα σημεία Β και Γ (εικ. 3.74) για ειδική αντίσταση εδάφους 2000Ωm. Για χρόνο σφάλματος 1s οι βηματικές τάσεις στο σημείο Α κοντά στον πύργο της Α/Γ είναι μικρότερες των μέγιστων επιτρεπτών ορίων, ενώ στα σημεία Β και Γ για ειδικές αντιστάσεις εδάφους 500Ωm, 1000Ωm και 2000Ωm είναι μεγαλύτερες των ορίων. Οι βηματικές τάσεις είναι περίπου ίδιες στα σημεία Β και Γ και μεγαλύτερες από αυτές που εμφανίζονται στο σημείο Α. 116

125 Από τον πίνακα 3.40 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής σε όλα τα σημεία και για όλες τις περιπτώσεις είναι πολύ μεγαλύτερες των μέγιστων επιτρεπτών ορίων. Οι τάσεις επαφής που εμφανίζονται στο σημείο Γ είναι πολύ μεγαλύτερες από αυτές που εμφανίζονται στα σημεία Α και Β (εικ. 3.74). Στον πίνακα 3.41 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης του συστήματος για τις διάφορες περιπτώσεις ειδικής αντίστασης εδάφους και συγκρίνονται με τις αντιστάσεις γείωσης του συστήματος που παρουσιάστηκε στην παράγραφο για εξωτερικό κυκλικό δακτύλιο διαμέτρου 12m και βάθος ενταφιασμού 1m. Πίνακας 3.41: Αντιστάσεις γείωσης για συστήματα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό τετράγωνο δακτύλιο πλευράς 12m και κυκλικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1m. Από τον πίνακα 3.41 φαίνεται ότι η αντίσταση γείωσης του συστήματος αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις εδάφους. Παρατηρείται ότι για συστήματα με τετράγωνο δακτύλιο η αντίσταση γείωσης είναι μικρότερη σε σχέση με τα αντίστοιχα με κυκλικό δακτύλιο. Αυτό ήταν αναμενόμενο καθώς ο τετράγωνος δακτύλιος έχει μεγαλύτερη περίμετρο από τον κυκλικό δακτύλιο. Παρακάτω δίνονται διαγράμματα στα οποία συγκρίνονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής των δύο συστημάτων γείωσης με τετράγωνο δακτύλιο πλευράς 12m και κυκλικό δακτύλιο διαμέτρου 12m αντίστοιχα για βάθος ενταφιασμού 1m. Για το σύστημα γείωσης με τον τετράγωνο δακτύλιο εξετάστηκαν δύο περιοχές όπως φαίνεται στην εικόνα Εξετάστηκε η περιοχή από τον πύργο της Α/Γ έως και τέσσερα μέτρα έξω από το μέσο της πλευράς του δακτυλίου (ευθύγραμμο τμήμα ΓΔ) και η περιοχή από τον πύργο της Α/Γ έως και 1.5m έξω από την γωνία του δακτυλίου (ευθύγραμμο τμήμα ΕΖ). Εικόνα 3.75: Σύστημα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό τετράγωνο δακτύλιο πλευράς 12m και βάθος ενταφιασμού 1m. 117

126 Στην εικόνα 3.76 δίνονται οι βηματικές τάσεις για τετράγωνο (ευθείες ΓΔ και ΕΖ) και κυκλικό δακτύλιο για t f =1s, ρ=2000ωm κανονικοποιημένες ως προς το μέγιστο επιτρεπτό όριο τους. Με πράσινο χρώμα σημειώνεται το σημείο στο οποίο βρίσκεται η γωνία του τετράγωνου δακτυλίου. Εικόνα 3.76: Βηματικές τάσεις για συστήματα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό τετράγωνο δακτύλιο πλευράς 12m και κυκλικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1m για t f =1s, ρ=2000ωm κανονικοποιημένες ως προς Es=2041V. Από την εικόνα 3.76 φαίνεται ότι οι βηματικές τάσεις για τον τετράγωνο δακτύλιο στην ευθύγραμμο τμήμα ΓΔ έχουν μειωθεί σε σχέση με τον κυκλικό δακτύλιο για την ίδια περιοχή. Για την περίπτωση του τετράγωνου δακτυλίου για την ευθύγραμμο τμήμα ΕΖ παρατηρείται ότι σε απόσταση έως και 6.3m από τον πύργο της Α/Γ οι βηματικές τάσεις κυμαίνονται σε επιτρεπτά επίπεδα. Στην περιοχή γύρω από την γωνία του τετράγωνου δακτυλίου οι βηματικές τάσεις είναι μεγαλύτερες από τα μέγιστα επιτρεπτά όρια, αλλά ταυτόχρονα φαίνεται ότι είναι και λίγο μικρότερες σε σχέση με τις βηματικές τάσεις που παρουσιάζονται γύρω από την περιοχή του κυκλικού ηλεκτροδίου. Στην εικόνα 3.77 δίνονται οι τάσεις επαφής για τετράγωνο (ευθύγραμμα τμήματα ΓΔ και ΕΖ) και κυκλικό δακτύλιο για t f =0.5s, ρ=500ωm κανονικοποιημένες ως προς το μέγιστο επιτρεπτό όριο τους. Με πράσινο χρώμα σημειώνεται το σημείο στο οποίο βρίσκεται η γωνία του τετράγωνου δακτυλίου. 118

127 Εικόνα 3.77: Τάσεις επαφής για συστήματα γείωσης Α/Γ με εξωτερικό τετράγωνο δακτύλιο πλευράς 12m και κυκλικό δακτύλιο διαμέτρου 12m σε βάθος ενταφιασμού 1m για t f =0.5s, ρ=500ωm κανονικοποιημένες ως προς Et=388.56V. Από την εικόνα 3.77 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής για το ευθύγραμμο τμήμα ΓΔ του τετράγωνου δακτυλίου είναι μικρότερες από τις τάσεις επαφής που εμφανίζονται αν τοποθετηθεί κυκλικός δακτύλιος. Οι τάσεις επαφής για το ευθύγραμμο τμήμα ΕΖ είναι επίσης μικρότερες από τις αντίστοιχες τάσεις επαφής για τον κυκλικό δακτύλιο. Όσον αφορά την σύγκριση των ευθειών ΓΔ και ΕΖ παρατηρείται ότι οι τάσεις επαφής για την κάθε περίπτωση είναι χαμηλότερες στο σημείο όπου βρίσκεται το ηλεκτρόδιο γείωσης. Παρόλ αυτά οι τάσεις επαφής είναι μεγαλύτερες των μέγιστων επιτρεπτών ορίων για όλες τις περιπτώσεις Σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς τετράγωνους δακτυλίους πλευράς 12m και 16m και βάθος ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα Σε αυτήν την παράγραφο εξετάζεται σύστημα με δύο εξωτερικούς τετράγωνους δακτυλίους πλευράς 12m και 16m και βάθος ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα όπως φαίνεται στην εικόνα

128 Εικόνα 3.78: Σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς τετράγωνους δακτυλίους πλευράς 12m και 16m και βάθος ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα. Στους πίνακες 3.42 και 3.43 δίνονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής που παρουσιάζονται 1m από τον πύργο της Α/Γ (σημείο Α), 1m από το μέσο της πλευράς του δακτυλίου (σημείο Β) και 1m από την γωνία του δακτυλίου (σημείο Γ). Πίνακας 3.42: Βηματικές τάσεις για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς τετράγωνους δακτυλίους πλευράς 12m και 16m και βάθος ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα. Πίνακας 3.43: Τάσεις επαφής για σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς τετράγωνους δακτυλίους πλευράς 12m και 16m και βάθος ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα. Από τον πίνακα 3.42 παρατηρείται ότι οι βηματικές τάσεις κυμαίνονται σε επιτρεπτά επίπεδα για όλες τις περιπτώσεις. Οι βηματικές τάσεις είναι περίπου ίδιες στα σημεία Β και Γ και μεγαλύτερες από αυτές που εμφανίζονται στο σημείο Α. Από τον πίνακα 3.43 φαίνεται ότι οι τάσεις επαφής σε όλα τα σημεία και για όλες τις περιπτώσεις είναι πολύ μεγαλύτερες των μέγιστων επιτρεπτών ορίων. Οι τάσεις επαφής που εμφανίζονται στο σημείο Γ είναι μεγαλύτερες από αυτές που εμφανίζονται στα σημεία Α και Β. 120

129 Στον πίνακα 3.44 παρουσιάζονται οι αντιστάσεις γείωσης του συστήματος για τις διάφορες περιπτώσεις ειδικής αντίστασης εδάφους και συγκρίνονται με τις αντιστάσεις γείωσης του συστήματος που παρουσιάστηκε στην παράγραφο για δύο εξωτερικούς κυκλικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m και βάθος ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα. Πίνακας 3.44: Αντιστάσεις γείωσης για συστήματα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς τετράγωνους δακτυλίους και δύο κυκλικούς δακτυλίους Από τον πίνακα 3.44 φαίνεται ότι η αντίσταση γείωσης του συστήματος αυξάνεται για εδάφη με μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις εδάφους. Παρατηρείται ότι για συστήματα με τετράγωνο δακτύλιο η αντίσταση γείωσης είναι μικρότερη σε σχέση με τα αντίστοιχα με κυκλικό δακτύλιο. Αυτό ήταν αναμενόμενο καθώς ο τετράγωνος δακτύλιος έχει μεγαλύτερη περίμετρο από τον κυκλικό δακτύλιο. Παρακάτω δίνονται διαγράμματα στα οποία συγκρίνονται οι βηματικές τάσεις και οι τάσεις επαφής των δύο συστημάτων γείωσης με δύο τετράγωνους δακτυλίους πλευράς 12m και 16m και κυκλικούς δακτυλίους διαμέτρου 12m και 16m. Για το σύστημα γείωσης με τον τετράγωνο δακτύλιο εξετάστηκαν δύο περιοχές όπως φαίνεται στην εικόνα Εξετάστηκε η περιοχή από τον πύργο της Α/Γ έως και τέσσερα μέτρα έξω από το μέσο της πλευράς του δακτυλίου (ευθύγραμμο τμήμα ΓΔ) και η περιοχή από τον πύργο της Α/Γ έως και 1m έξω από την γωνία του δακτυλίου (ευθύγραμμο τμήμα ΕΖ). Εικόνα 3.79: Σύστημα γείωσης Α/Γ με δύο εξωτερικούς τετράγωνους δακτυλίους πλευράς 12m και 16m και βάθος ενταφιασμού 1m και 1.5m αντίστοιχα. Στην εικόνα 3.80 δίνονται οι βηματικές τάσεις για τετράγωνο (ευθείες ΓΔ και ΕΖ) και κυκλικό δακτύλιο για t f =1s, ρ=2000ωm κανονικοποιημένες ως προς το μέγιστο 121