Πτώση αγωγού Al 70mm 2 στο έδαφος που ηλεκτροδοτείται από υποσταθμό μέσης τάσης 150 ή 160 ή 200 kva. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΟΦΑΣΕΩΝ Πτώση αγωγού Al 7mm στο έδαφος που ηλεκτροδοτείται από υποσταθμό μέσης τάσης 5 ή 6 ή kva. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του ΧΡΥΣΟΒΑΛΑΝΤΗ-ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΥ.Θ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΟΥ Επιβλέπων : Περικλής Δ. Μπούρκας Καθηγητής Ε.Μ.Π Αθήνα, Αύγουστος 9

2 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΟΦΑΣΕΩΝ Πτώση αγωγού Al 7mm στο έδαφος που ηλεκτροδοτείται από υποσταθμό μέσης τάσης 5 ή 6 ή kva. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του ΧΡΥΣΟΒΑΛΑΝΤΗ-ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΥ.Θ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΟΥ Επιβλέπων : Περικλής Δ. Μπούρκας Καθηγητής Ε.Μ.Π. Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή την Αυγούστου 9... Περικλής Δ. Μπούρκας Καθηγητής Ε.Μ.Π.... Νικόλαος Ι. Θεοδώρου Καθηγητής Ε.Μ.Π.... Κωνσταντίνος Γ. Καραγιαννόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π. Αθήνα, Αύγουστος 9

3 ... ΧΡΥΣΟΒΑΛΑΝΤΗΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ Θ. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΟΣ Διπλωματούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Ε.Μ.Π. Copyright ΧΡΥΣΟΒΑΛΑΝΤΗΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ.Θ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΟΣ, 9. Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. All rights reserved. Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για εμπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. Ερωτήματα που αφορούν τη χρήση της εργασίας για κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς τον συγγραφέα. Οι απόψεις και τα συμπεράσματα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν τον συγγραφέα και δεν πρέπει να ερμηνευθεί ότι αντιπροσωπεύουν τις επίσημες θέσεις του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. 3

4 Αφιερωμένο στους γονείς μου και στους καθηγητές μου 4

5 Περιεχόμενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 7 ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 8 ABSTRACT Εισαγωγή..... Μεταφορά και Διανομή ηλεκτρικής ενέργειας Εναέριο Δίκτυο Διανομής Ηλεκτρικής ενέργειας..... Άμεση γείωση και συνθήκη ουδετέρωσης Ποιοτικός έλεγχος και αξιοπιστία του δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας 5.4. Γείωση δικτύων χαμηλής τάσης Θερμικά φαινόμενα σε υπαίθριες γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας Βραχυκλώματα σε γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας Επιλογή ασφαλειών στις γραμμές χαμηλής τάσης του δικτύου διανομής ( Συνθήκη ουδετέρωσης ) Φαινόμενα σπινθηρισμών στο δίκτυο διανομής Σπινθηρισμοί επί μονωτήρων και περί τους αγωγούς μέσης και υψηλής τάσης Εκδήλωση σπινθυρισμών σε γυμνούς αγωγούς μέσης τάσης Αδυναμία εκδήλωσης σπινθυρισμών σε γυμνούς αγωγούς χαμηλής τάσης Σπινθυρισμοί και τήγματα μετάλλου σε κακές ηλεκτρικές επαφές ( επαφές με μεγάλη αντίσταση διάβασης ) Αποκοπή ενός αγωγού του δικτύου διανομής χαμηλής τάσης Μελέτη σε περίπτωση πτώσης αγωγού στο έδαφος αγωγού από την πλευρά της κατανάλωσης Μελέτη σε περίπτωση πτώσης στο έδαφος αγωγού από την πλευρά του υποσταθμού Μηχανολογικά σχέδια πινάκων χαμηλής τάσης Σκοπός της Εργασίας Πτώση αγωγού Al στο έδαφος από μια τριφασική αναχώρηση υποσταθμού μέσης τάσης Πτώση αγωγού Al φάσης διαμέτρου 7mm στο έδαφος από μια τριφασική αναχώρηση υποσταθμού μέσης τάσης Πτώση αγωγού ουδετέρου στο έδαφος από μια τριφασική αναχώρηση υποσταθμού υποσταθμού μέσης τάσης Περίπτωση γείωσης του ουδετέρου πριν από το μετρητή Περίπτωση μη γειωμένου ουδετέρου πριν από το μετρητή του καταναλωτή και χρήση ανεξάρτητης γείωσης από τον καταναλωτή Σχολιασμός αποτελεσμάτων Προστασία έναντι ηλεκτροπληξίας του ανθρώπου

6 4.. Επιρρεασμός τάσης ουδετέρου λόγο μονοφασικού σφάλματος ως προς γη Πρόκληση φωτιάς λόγο αποκοπής αγωγού Προτεινόμενη προστασία σε περίπτωση αποκοπής αγωγού

7 Πρόλογος Η προστασία των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας ( Σ.Η.Ε ) και γενικότερα του ηλεκτρικού δικτύου είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία τους. Για το λόγο αυτό ο ρόλος του Ηλεκτρολόγου Μηχανικού τόσο στη σχεδίαση όσο και εφαρμογή διατάξεων προστασίας είναι πολύ σημαντικός. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια διπλωματικών εργασιών που αποσκοπούν στο να εντοπίσουν τα κενά προστασίας του δικτύου μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας και μέσα από σκέψεις και προτάσεις να βελτιώσουν την λειτουργία του. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ.περικλή Μπούρκα, για την ανάθεση της διπλωματικής εργασίας, την άριστη συνεργασία και την πολύτιμη βοήθεια που μου έδειξε κατά τη διάρκεια της συγγραφής της διπλωματικής εργασίας μου. Είναι ο καθηγητής της σχολής που αντιπροσωπεύει τον ορισμό του Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και σίγουρα αισθάνομαι τυχερώς που υπήρξα φοιτητής του. 7

8 Περίληψη Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στην προστασία των δικτύων μεταφοράς και διανομής χαμηλής τάσης (τα χαρακτηριστικά μεγέθη των οποίων, όπως ισχύς του Μ/Σ, χρησιμοποιούμενες ασφάλειες, διατομές και μήκη των εναέριων γραμμών μεταφοράς, δίνονται σε σχετικούς πίνακες της ΔΕΗ ) κατά την εκδήλωση βραχυκυκλώματος καθώς και κατά την αποκοπή ουδετέρου αγωγού. Συγκεκριμένα, στο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στα δίκτυα μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με ειδική αναφορά στο δίκτυο μέσης και χαμηλής τάσης όπως αυτό είναι στην Ελλάδα. Αναφέρονται τα είδη προστασίας, η συνθήκη ουδετέρωσης, θερμικά φαινόμενα σε γραμμές μεταφοράς και διανομής, μελέτη βραχυκυκλωμάτων, μπλόκ διαγράμματα, συνδεσμολογίες δικτύων, μελέτη πρόβλεψης πυρκαγιάς από κομμένο αγωγό. κ.α.π. Ο σκοπός της εργασίας παρουσιάζεται στο κεφάλαιο : Μελέτη αποτελεσμάτων στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, στο περιβάλλον και στον άνθρωπο λόγω της πτώσης αγωγού Al 7mm στο έδαφος ο οποίος τροφοδοτείται από πίνακα διανομής χαμηλής τάσεις για διάφορα είδη Μ/Σ και γραμμών διανομής. Παράλληλα μελετάται η περίπτωση αποκοπής αγωγού ουδετέρου στο δίκτυο διανομής και τι προκύπτει ανάλογα με την μέθοδο γείωσης του. Το κεφάλαιο 3 αποτελεί το υπολογιστικό κομμάτι της εν λόγω μελέτης μέσα από πίνακες και γραφικές παραστάσεις γίνεται ανάλυση για ενδεχόμενα σφάλματα που καλύπτουν όλο το μήκος της γραμμής. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται σχολιασμός και διατύπωση συμπερασμάτων ως προς το επίπεδο προστασίας που παρέχουν οι ασφάλειες στον πίνακα διανομής χαμηλής τάσης. Παράλληλα προτείνονται λύσεις για περεταίρω ασφάλεια του δικτύου διανομής με χρήση συσκευών GSM όπου πιθανό σφάλμα γίνεται γνωστό σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Μέσα από την συγκεκριμένη εργασία προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα που θα μπορούσαν να βοηθήσουν τόσο έναν μηχανικό που ασχολείται με την προστασία όσο και έναν εμπειρογνώμονα για καλύτερη τεκμηρίωση των γνωμοδοτήσεων του. Παράλληλα λύνονται απορίες γύρω από το κατά πόσο ένα σφάλμα σε μια γραμμή μεταφοράς ή διανομής μπορεί να προκαλέσει φωτιά σε ένα δάσος ή ηλεκτροπληξία σε κάποιον που έρθει σε επαφή με κομμένο αγωγό και πως μπορούμε να σχεδιάσουμε πιο αξιόπιστο το δίκτυο μεταφοράς και διανομής. Λέξεις κλειδιά: γείωση, ουδετέρωση, διαρροή. 8

9 Abstract: The present diploma thesis deals with the protection of low voltage transfer and distribution networks (the characteristic attributes of which are the power of the transformer, the used fuses, the cross-section and the length of air electricity lines etc, as stated in the tables of Public Power Corporation) during the event of a short circuit as well as the one of cutting off the neutral conductor. More analytically, in Chapter there is an introduction on the transfer and supply networks of the electric power system with special reference to the medium and low voltage network, as it applies in Greece. Moreover, the ways of protecting the power systems are included as well as the neutralization method, the thermal effects on transfer and distribution lines, the case of short circuits, the block diagrams, the way the networks are connected, the case of the prediction of a fire due a cut off conductor and so on. The purpose of this diploma thesis is presented in Chapter and it refers to the study of the effects on the power-line network, on the environment and on the people when caused by the drop of the Al 7 mm conductor on the ground which is supplied by a low voltage distribution table for various kinds of transformers and distribution lines. Moreover, the case of cutting off the neutral conductor of the distribution network is studied in combination with the effects caused by that, depending on the means of grounding it has. The 3 rd Chapter constitutes the calculation part of the project, where, with the use of tables and plot diagrams an analysis for potential faults is being made, taking into consideration the whole length of the power line. In Chapter 4, comments and formulation conclusions about the level of protection provided by the fuses in the low voltage distribution table are laid out. Furthermore, possible solutions are being proposed concerning the increase of the security level of the distribution network with the use of GSM devices which offer possible fault warnings very rapidly. Throught this paper, we can come to useful conclusions that would be helpful either to an engineer who works on systems protection or to an expert who could he assisted in justifying his evaluation. In addition to this, light is being shed on matters such as: could a fault in a transfer or distribution line potentially set fire to a forest or electrocute someone who touches the dropped conductors.finally ways of creating a more effective transfer and distribution network are being presented. 9

10

11 . Εισαγωγή Τα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (Σ.Η.Ε) είναι το σύνολο των εγκαταστάσεων και των μέσων για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε εξυπηρετούμενες περιοχές κατανάλωσης. Τα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας δομούνται με κριτήριο την λειτουργία σε τρία μέρη. Την παραγωγή, τη μεταφορά και την διανομή. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται στους σταθμούς παραγωγής, η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται με τις γραμμές υψηλής και υπερυψηλής τάσεως οι οποίες μεταφέρουν την ηλεκτρική ενέργεια σε κεντρικά σημεία του δικτύου, τους υποσταθμούς από όπου ξεκινούν τα δίκτυα διανομής μέσης τάσεως τα οποία διανέμουν την ηλεκτρική ενέργεια στους καταναλωτές δια μέσου των υποσταθμών διανομής και γραμμών χαμηλής τάσεως 4/3Volt. Τα σφάλματα που εμφανίζονται στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να οφείλονται σε ακραίους περιβαλλοντικούς παράγοντες ( κεραυνοπληξία, χιονοπτώσεις, ανεμοθύελλες, πτώσεις δέντρων κτλ ) και σε εκείνα που οφείλονται σε ηλεκτρικά και διηλεκτρικά φαινόμενα όπως διαρροή, βραχυκύκλωμα, σπινθηρισμοί, τόξα, διάσπαση κτλ. Η δεύτερη ομάδα σφαλμάτων μπορεί συνήθως να αποφευχθεί με προγραμματισμένες συντηρήσεις προσφέροντας έτσι καλύτερη και πιο εύρυθμη λειτουργία του δικτύου ενέργειας.. Μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μεταφέρεται και να διανέμεται εύκολα σε μεγάλες αποστάσεις. Συγκεκριμένα, από την παραγωγή με χρήση μετασχηματιστών ανυψώνουμε την αρχική τάση (πχ στα 5 ή 4kV ) ώστε στη συνέχεια στα κέντρα διανομής υψηλής τάσης (ΚΥΤ) να διανέμεται κυρίως σε γραμμές των kv ή 5 kv. Στη συνέχεια ακολουθεί η ηλεκτροδότηση μετασχηματιστών διανομής οι οποίοι υποβιβάζουν την τάση στα 4/3V και διανέμεται στους καταναλωτές χαμηλής τάσης. Εκτός από τους καταναλωτές χαμηλής τάσης υπάρχουν και καταναλωτές μέσης τάσης. Η διάκριση τους σε σχέση με τους χαμηλής τάσης είναι στο γεγονός ότι εκμεταλεύονται φορτία συνεχής λειτουργίας που ξεπερνούν τα Α ανά φάση. Κατασκευαστικά το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας διακρίνεται σε δύο βασικές κατηγορίες: α) Τα εναέρια και β) τα υπόγεια δίκτυα [3]. Τα εναέρια δίκτυα κοστίζουν λιγότερο σε σχέση με τα υπόγεια και είναι επίσης ευκολότερη η εκμετάλλευση τους. Καταναλώνουν όμως σημαντικό χώρο που η διάθεση του είναι συχνά αδύνατη σε σχετικά πυκνά κατοικημένες πόλεις. Οι αγωγοί

12 των γραμμών των εναέριων δικτύων χαμηλής τάσης μέχρι και πριν μερικά χρόνια ήταν πάντοτε γυμνοί. Τα τελευταία χρόνια όμως η εξέλιξη της τεχνική των καλωδίων επιτρέπει την χρησιμοποίηση εναέριων συνεστραμμένων καλωδίων. Στους υπαίθριους υποσταθμούς χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές μέχρι και 4kVA. Υπόγεια κατασκευάζονται τα δίκτυα ( τόσο ΜΤ όσο και ΧΤ ) στα κέντρα των πόλεων, για λόγους αισθητικής αλλά και για λόγους δυσκολίας διαθέσεως του αναγκαίου χώρου όπου οι μετασχηματιστές είναι μεγαλύτεροι από 4kVA. Σε κάθε περίπτωση η επιλογή κατάλληλου δικτύου αποτελεί ένα σύνθετο τεχνοοικονομικό πρόβλημα δεδομένου ότι η αρχική σχεδίαση αυτού πρέπει να λαμβάνει υπόψη και την μελλοντική εξέλιξη του... Εναέριο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι εναέριες γραμμές των συστημάτων μεταφοράς υψηλής τάσης κατασκευάζονται από γυμνούς αγωγούς που αποτελούνται από κλώνους αλουμινίου με χαλύβδινη ψυχή ( κλώνους χάλυβα ). Οι αγωγοί αυτοί αναρτώνται σε πυλώνες μέσω αλυσίδων μονωτήρων από πορσελάνη ή γυαλί. Στο Σχήμα..- παρουσιάζεται ένα απλοποιημένο παράδειγμα διανομής ηλεκτρικής []. Σύμφωνα με αυτό μετά τον μετασχηματιστή υποβιβασμού τάσεως ( 5kV/kV 5MVA ) του κέντρου υψηλής τάσης ( ΚΥΤ ) αναχωρούν μέσω αυτόματων διακοπτών ελαίου (ΑΔΕ) διάφορες γραμμές μέσης τάσης των kv, κάθε μια από τις οποίες αφορά την διανομή ηλεκτρικής ενέργειας σε μια ευρύτερη περιοχή. Οι γραμμές αυτές ονομάζονται γραμμές κορμού και συμβολίζονται στα σχέδια με το γράμμα R και έναν αριθμό ( πχ R4 ). Κάθε μια από τις γραμμές κορμού διακλαδίζεται σε ορισμένες γραμμές που ηλεκτροδοτούν τμήματα της ευρύτερης περιοχής μέσω διακοπτών αυτόματης επαναφοράς ( ΔΑΕ ) οι οποίες ονομάζονται επίσης γραμμές κορμού. Όταν συμβεί ένα σφάλμα σε μια γραμμή κορμού ( πχ πτώση δέντρου στη γραμμή) τότε ο διακόπτης προστασίας ( ΑΔΕ ή ΔΑΕ ) σε πρώτη φάση θα διακόψει αυτομάτως την ηλεκτροδότηση της συγκεκριμένης γραμμής και σε δεύτερη φάση θα τεθεί αυτομάτως στη θέση εντός για την ηλεκτροδότηση εκ νέου της συγκεκριμένης γραμμής. Σε περίπτωση όπου υπάρχει ακόμα το σφάλμα ο αυτόματος διακόπτης θα προκαλέσει και πάλι αυτόματη διακοπή και ακολούθως αυτόματη εκ νέου ηλεκτροδότηση. Αν και κατά την δεύτερη αυτή προσπάθεια του αυτόματου διακόπτη το σφάλμα συνεχίσει να υπάρχει, θα γίνει μια τρίτη αυτόματη διακοπή και ακολούθως εκ νέου ηλεκτροδότηση. Μετά την τρίτη προσπάθεια του αυτόματου διακόπτη αν εξακολουθεί να υπάρχει το σφάλμα προκαλείται οριστική διακοπή ρεύματος στην εν λόγω γραμμή. Είναι προφανές ότι η προαναφερθείσα τριών κύκλων λειτουργία των ΑΔΕ και ΔΑΕ αποσκοπεί σε περιπτώσεις εμφάνισης παροδικών βλαβών, τόσο στην προσπάθεια για απρόσκοπτη ηλεκτροδότηση μιας μεγάλης περιοχής, όσο και στην αποφυγή άσκοπων μετακινήσεων συνεργείων. Πρέπει να προσθέσουμε ότι η διακοπή της ηλεκτροδότησης σε κάθε κύκλο λειτουργίας των

13 3

14 ΑΔΕ και ΔΑΕ συμβαίνει πάντοτε σε κλάσματα του δευτερολέπτου. ( Σχεδόν ακαριαία διακοπή, πχ,5sec,,35sec, κτλ ). Αυτό στην πράξη σημαίνει ότι δεν υπάρχει αρκετός διαθέσιμος χρόνος για την εκδήλωση αξιόλογων θερμικών φαινομένων ( Δεν προκαλείται υπερθέρμανση της γραμμής πάνω από τα ανεκτά όρια πολύ δε περισσότερο δεν δημιουργούνται τύγματα μετάλλων στους αγωγούς ). Όπως βλέπουμε από το Σχήμα..- οι γραμμές του κορμού μέσω του ΔΑΕ διακλαδίζεται με τη σειρά του σε διάφορες γραμμές που καταλήγουν σε υποσταθμούς υποβιβασμού της μέσης τάσης σε χαμηλή τάση ( kv/4v ). Οι υποσταθμοί αυτοί διακρίνονται σε υπαίθριους επί στύλων μέχρι 4kVA και σε εσωτερικού χώρου ( συνήθως σε υπόγεια πολυκατοικιών ) μεγαλύτερης ισχύος από 4kVA. Στους υπαίθριους υποσταθμούς η γραμμή μέσης τάσης ηλεκτροδοτεί τον μετασχηματιστή μέσω μονοπολικών ασφαλειοαποζευκτών ή τριπολικών αποζευκτών ενώ στους υποσταθμούς εσωτερικού χώρου η ηλεκτροδότηση του μετασχηματιστή γίνεται μέσω συγκροτήματος πινάκων. Σημειώνεται δε ότι για λόγους διασύνδεσης ή απομόνωσης γραμμών μέσης τάσης ( Σε περίπτωση πχ πυρκαγιών, εργασιών συντήρησης και εργασιών αποκατάστασης βλαβών ) υπάρχουν στις γραμμές μέσης τάσης μονοπολικοί ασφαλειοαποζεύκτες και τριπολικοί αποζεύκτες μη εντασσόμενοι σε υπαίθριους υποσταθμούς. Η παροχή χαμηλής τάσης των 4V γίνεται μέσω γραμμών χαμηλής τάσης ( από γυμνούς αγωγούς ή συνεστραμμένα καλώδια ) που ξεκινούν από τον πίνακα χαμηλής τάσης ( ασφαλειοκιβώτιο ) του υποσταθμού. Η παροχή μέσης τάσης σε καταναλωτές αφορά απορροφημένες εντάσεις ρεύματος άνω των Α ανά φάση όπως συμβαίνει σε βιομηχανίες, νοσοκομεία άνω των κλινών μεγάλα ξενοδοχεία, κτήρια ΑΕΙ, κλπ.. Στη μέση τάση και στη χαμηλή χρησιμοποιούνται ξύλινοι στύλοι και μερικές φορές στις πόλεις τσιμεντένιοι ( και σπανιότερα μεταλλικοί ) [9].Τα υλικά και η εγκατάσταση κάθε ξύλινου στύλου είναι τυποποιημένα. Στο Σχήμα..-3 δίνεται ένα παράδειγμα μιας στύλο ευθυγραμμίας ή μικρής γωνίας με απλή στήριξη των αγωγών μέσω ξύλινης τραβέρσας (βραχίονα) κατά τον κανονισμό της ΔΕΗ P-3C. Oι γυμνοί αγωγοί στα εναέρια δίκτυα χαμηλής τάσης είναι από κλώνους αλουμινίου ή χαλκού. Στη μέση τάση χρησιμοποιούνται κυρίως στα εναέρια δίκτυα γυμνοί αγωγοί ACSR δηλαδή αγωγοί που αποτελούνται από κλώνους αλουμινίου με χαλύβδινη ψυχή (κλώνοι χάληβα ). 4

15 ΣΧΗΜΑ..-3: Πίνακας ξύλινου στύλου με ξύλινη τραβέρσα, με μονωτήρες για τη στήριξη των γυμνών αγωγών μίας γραμμής μέσης τάσης. Στην εικόνα φαίνεται και η πρόσδεση του επιτόνου στο στύλο. Η στήριξη των αγωγών πάνω στις ξύλινες τραβέρσες γίνεται με χρήση μονωτήρων που εξασφαλίζουν τη διηλεκτρική αντοχή μεταξύ αγωγών και αγωγών ως προς γη. Στο τέλος μιας εναέριας γραμμής ή σε αλλαγή της διεύθυνσής της τοποθετούνται επίτονοι ( Σχήμα..-4 ) ή αντηρίδες γιατί εκεί αναπτύσσονται μεγάλες δυνάμεις στους στύλους. Οι επίτονοι είναι συρματόσχοινα από ατσάλι που αγκυρώνονται εντός του εδάφους με βάση τον κανονισμό της ΔΕΗ F-5B. Τοποθετούνται πάντα εντατήρες ώστε το συρματόσχοινο να τανυστεί σωστά. Το συρματόσχοινο δένεται ψηλά στο στύλο. Οι αντηρύδες είναι ξύλινοι στύλοι και τοποθετούνται με τέτοιο τρόπο ώστε να στηρίζουν τους κύριους στύλους. Ο επίτονος σε στύλους μέσης τάσης έχει μονωτήρα στην πάνω μεριά του ( δηλαδή προ της θέση πρόσδεσης του στο στύλο ), προς αποφυγή σπινθυρισμών από τους αγωγούς προ του επίτονου. Συνήθως έχει και προφυλακτήρα ( πρόσθετο μεταλλικό κάλυμμα ) προς τη μεριά πρόσδεσής του στο έδαφος. Οι επίτονοι σε στύλους χαμηλής τάσης δεν διαθέτουν τον μονωτήρα που προαναφέρθηκε γιατί δεν υφίσταται πρόβλημα σπινθυρισμών στους αγωγούς και στους μονωτήρες χαμηλής τάσης. 5

16 Σχήμα..-4: Σχηματική απεικόνιση πρόσδεσης επιτόνου σε ξύλινο στύλο και στο έδαφος. 6

17 Σημειώνεται επίσης ότι σύμφωνα με τη βιβλιογραφία και τους διεθνούς κανονισμούς δεν επιτρέπεται γείωση των επιτόνων αφού πρόκειται για συρματόσχοινα που χρησιμοποιούνται μόνο για την ορθή στήριξη των στύλων. Τέλος να σημειωθεί ότι πολλές φορές γίνεται χρήση δίδυμων στύλων, δηλαδή δύο στύλων μαζί που συνδέονται με κοχλίες όταν είναι αδύνατη η χρησιμοποίηση επίτονου ή αντηρίδας. Η τάση του δικτύου είναι ημιτονοειδής μορφής και η ενεργός τιμή της κυματομορφής της θεμελιώδους συχνότητας της τάσης αναφοράς καλείται ονομαστική τάση του δικτύου [9]. Κάθε τμήμα του δικτύου σχεδιάζεται ώστε να λειτουργεί υπό ορισμένη ονομαστική τάση και να μπορεί να συνδέεται με διαφορετικά τμήματα του δικτύου που σχεδιάζονται να λειτουργήσουν υπό διαφορετική ονομαστική τάση μέσω μετασχηματιστών. Με κριτήριο το επίπεδο τάσης το δίκτυο χωρίζεται σε τρία μέρη. Η ονομαστική τάση για το επίπεδο της χαμηλής τάσης σε δίκτυο που αποτελείται από 4 κατακόρυφους διατεταγμένους γυμνούς αγωγούς είναι 3V μεταξύ φάσεως και ουδετέρου ( που καλείται φασική τάση ) και 4V μεταξύ φάσεων ( που καλείται πολική τάση ). Η ονομαστική τάση για το επίπεδο μέσης τάσης ( ΜΤ ) σε δίκτυο το οποίο αποτελείται από τρεις οριζόντια διατεταγμένους αγωγούς είναι kv ( ή 5kV). Η μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από τα εργοστάσια παραγωγής προς τα κέντρα διανομής υψηλής τάσης ( ΚΥΤ ) γίνεται με γραμμές υψηλής 66kV, 5kV και 4kV. H συχνότητα του δικτύου αναφέρεται στον ρυθμό επανάληψης του θεμελιώδους κύματος της τάσης ανά δευτερόλεπτο και είναι ενιαία και ίση με τη συχνότητα λειτουργίας του συστήματος για ολόκληρο το διασυνδεδεμένο δίκτυο και ενιαία για εκάστοτε απομονωμένο ηλεκτρικό δίκτυο μη διασυνδεδεμένου νησιού. Η ονομαστική τιμή της συχνότητας του δικτύου είναι 5Ηz. Σύμφωνα με την βιβλιογραφία ισχύει:. Η μέγιστη αναφερόμενη τιμή εναλλασσόμενου ρεύματος βραχυκυκλώσεως στα διάφορα επίπεδα του δικτύου δεν υπερβαίνει στο δίκτυο ΧΤ για τα υπόγεια δίκτυα συνήθως τα 5kA και κατ εξαίρεση τα 3kA, για εναέρια δίκτυα συνήθως τα 8kA και κατ εξαίρεση τα 3kA.. Στο δίκτυο ΜΤ η τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος βραχυκύκλωσης δεν ξεπερνά για τα kv τα 7,kA, για τα 5 kv τα 9,6kA και για τα παλιά δίκτυα των 6,6 kv και kv τα 4kA και 3kA αντίστοιχα. Τέλος στα δίκτυα ΥΤ για τα 5 kv η τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος βραχυκύκλωσης είναι 3kA. 3. Σε απομακρυσμένα σημεία του δικτύου η ένταση βραχυκυκλώσεως μπορεί να είναι σημαντικά μικρότερη από τα παραπάνω μεγέθη. Εκτός από το διαρκές ρεύμα βραχυκύκλωσης που καταπονεί ηλεκτροτεχνικές κατασκευές θερμικά, μας ενδιαφέρει ιδιαίτερα η διηλεκτρική συμπεριφορά του εξοπλισμού των εγκαταστάσεων διανομής και βασικά των μονωτήρων. Στόχος μας είναι να περιορίζονται στο ελάχιστο οι σπινθηρισμοί σε περιοχές όπου επικρατεί βιομηχανική ρύπανση ή καθαλατώσεις. Στον πίνακα..- δίνεται το μήκος ερπυσμού κεραμικών και γυάλινων μονωτήρων αναλόγως του περιβάλλοντος τους ώστε να διασφαλίζεται η διηλεκτρική αντοχή ανάλογα με το επίπεδο της τάσης κατά IEC85/986 []. 7

18 α/α Επίπεδο Ρύπανσης Τυπικά παραδείγματα περιβάλλοντος Ι ΙΙ ΙΙΙ ΙV Μικρό (,6mg/cm) Μεσαίο (,mg/cm) Υψηλό (,6mg/cm) Πολύ Υψηλό (>,6mg/cm). Περιοχές χωρίς βιομηχανίες και με μικρή πυκνότητα σπιτιών με κεντρική θέρμανση.. Περιοχές με χαμηλή πυκνότητα εργοστασίων ή σπιτιών υπό συνήθεις ανέμους και/ή βροχές. 3. Αγροτικές περιοχές (η χρήση λιπασμάτων μπορεί να οδηγήσει σε υψηλότερο επίπεδο ρύπανσης. Σημείωση: Οι προαναφερθείσες περιοχές θα πρέπει να απέχουν τουλάχιστον km έως km από τη θάλασσα και να μην εκτίθενται σε ανέμους που έρχονται από τη θάλασσα.. Περιοχές με εργοστάσια που δεν παράγουν ρυπαντικό καπνό και/ή με μέση πυκνότητα σπιτιών εξοπλισμένων με κεντρική θέρμανση.. Περιοχές με υψηλή πυκνότητα σπιτιών και/ή εργοστάσια, αλλά εκτεθειμένες σε συνήθεις ανέμους και/ή βροχοπτώσεις. 3. Περιοχές εκτεθειμένες σε ανέμους προερχόμενους από τη θάλασσα, αλλά όχι τόσο κοντά στην ακτή (το λιγότερο σε απόσταση αρκετών km).. Περιοχές με μεγάλη πυκνότητα εργοστασίων και προάστια μεγάλων πόλεων με μεγάλη πυκνότητα εγκαταστάσεων θέρμανσης που παράγουν καπνό.. Περιοχές κοντά στη θάλασσα ή σε κάθε περίπτωση εκτεθειμένες σε σχετικά ισχυρούς ανέμους προερχόμενους από τη θάλασσα.. Περιοχές γενικά μέτριας έκτασης εκτεθειμένες σε αγώγιμες σκόνες και σε βιομηχανικό καπνό ο οποίος παράγει ειδικά λεπτές αγώγιμες επικαθίσεις.. Περιοχές γενικά μέτριας έκτασης πολύ κοντά στην ακτή ή εκτεθειμένες σε πολύ ισχυρό αέρα προερχόμενο από τη θάλασσα. 3. Περιοχές ερήμου, που χαρακτηρίζονται από την απουσία βροχής για μεγάλες χρονικές περιόδους, εκτεθειμένες σε ισχυρούς ανέμους που μεταφέρουν άμμο και αλάτι. Ελάχιστο μήκος ερπυσμού 6mm/kV mm/kv 5mm/kV 3mm/kV Πίνακας..-: Επιλογή του ελάχιστου μήκους ερπυσμού κεραμικών και γυάλινων μονωτήρων αναλόγως του περιβάλλοντός τους []. 8

19 . Άμεση γείωση και συνθήκη ουδετέρωσης. Άμεση γείωση είναι η αγώγιμη σύνδεση των μεταλλικών περιβλημάτων των συσκευών με το ηλεκτρόδιο γης [5,]. Δίκτυα με άμεση γείωση χαρακτηρίζονται ως δίκτυα ΤΤ (το πρώτο Τ συμβολίζει την γείωση του ουδετέρου χωρίς την παρεμβολή σύνθετων αντιστάσεων του, το δεύτερο Τ την άμεση).τα μεταλλικά περιβλήματα των συσκευών που προστατεύονται από κοινού με μια διάταξη προστασίας πρέπει να συνδέονται με κοινό ηλεκτρόδιο γης. Σε περίπτωση σφάλματος της μόνωσης της συσκευής πχ κινητήρα τότε ρεύμα σφάλματος Ι ρέει μεταξύ του μεταλλικού κελύφους της συσκευής και ενός αγώγιμου στοιχείου συνδεδεμένου με τη γη, με το οποίο το άτομο μπορεί να έρχεται σε σύγχρονη επαφή. Θα εμφανιστεί τάση επαφής U B η οποία σε περίπτωση που ο άνθρωπος είναι σε επαφή με τη γη έχει την τιμή: U B R I (.-) Όπου R αντίσταση γείωσης. Σύμφωνα με τον κανονισμό εσωτερικών ηλεκτρικών εγκαταστάσεων (Κ.Ε.Η.Ε) τάσεις επαφής μεγαλύτερες από 5V πρέπει να διακόπτονται μέσα σε 5 sec από το μέσω προστασίας. Το μέσω προστασίας είναι ασφάλειες ταχείας τήξεως ή ασφάλειες βραδείας τήξεως που προστατεύουν κυρίως τον ηλεκτρολογικό εξοπλισμό σε συνδυασμό με διακόπτη διαφυγής έντασης (ΔΔΕ) που παρέχει προστασία έναντι ηλεκτροπληξίας στον άνθρωπο για διαρροή μεγαλύτερη από 3mA[]. Σε κάθε περίπτωση το επιθυμητό είναι η αντίσταση γείωσης να έχει όσο το δυνατόν μικτότερη τιμή της τάξεως των Ω. Τόσο μικρές αντιστάσεις μπορούν να επιτευχθούν χωρίς μεγάλη δαπάνη όταν είναι διαθέσιμο εκτεταμένο δίκτυο ύδρευσης στο οποίο γίνεται η γείωση. Επειδή όμως τα τελευταία χρόνια στα δίκτυα ύδρευσης χρησιμοποιούνται μη μεταλλικούς σωλήνες η μέθοδος άμεσης γείωσης έχει αντικατασταθεί από την μέθοδο της ουδετέρωσης. Η ουδετέρωση είναι η γείωση στον ουδέτερο του δικτύου, όταν αυτός είναι γειωμένος [5,]. Το παρακάτω σχήμα, δείχνει τα σημεία στα οποία γειώνεται ο ουδέτερος του δικτύου. 9

20 Σχήμα.-: Ουδετέρωση σε μονοφασικούς και τριφασικούς καταναλωτές. Δίκτυα με ουδετέρωση χαρακτηρίζονται βάση των κανονισμών ως δίκτυα ΤΝ (το Τ χαρακτηρίζει την γείωση του ουδέτερου κόμβου χωρίς την παρεμβολή πρόσθετων αντιστάσεων και το Ν την σύνδεση των μεταλλικών περιβλημάτων στον ουδέτερο. Σύμφωνα με το άρθρο 9 του Κ.Ε.Η.Ε για να εφαρμοστεί η ουδετέρωση πρέπει να ισχύουν ορισμένες συνθήκες. η Συνθήκη ουδετέρωσης Για στέρεο (ιδανικό) βραχυκύκλωμα μεταξύ φάσης και ουδέτερου, πρέπει τα μέσα προστασίας (ασφάλειες ή αυτόματοι) γενικά, να διακόπτουν το κύκλωμα σε 5 sec. Αυτό θεωρείται ότι ισχύει όταν το ρεύμα του βραχυκυκλώματος είναι τουλάχιστον τριπλάσιο του ονομαστικού ρεύματος της αμέσως προτεταγμένης ασφάλειας. Ειδικά για τις πιο κάτω περιπτώσεις ο χρόνος απόζευξης δεν είναι 5 sec αλλά, sec (IEC 364, HD 384). Κυκλώματα με πρίζες κάτω των 35 Α. Κυκλώματα με συσκευές χειρός.

21 Αυτός ο κατά 5 φορές μειωμένος χρόνος είναι απαραίτητος στις πιο πάνω περιπτώσεις, γιατί υπάρχει αυξημένος κίνδυνος ηλεκτροπληξίας. Προσοχή : Ένας έλεγχος του ρεύματος βραχυκύκλωσης μπορεί να δείξει ότι σε πολύ μακριές γραμμές τροφοδότησης αυτό μπορεί να μην ισχύει πάντα, οπότε πρέπει να αυξηθούν οι διατομές των αγωγών. η Συνθήκη ουδετέρωσης Πρέπει να εξασφαλίζεται η συνέχεια του ουδέτερου. Η ελάχιστη διατομή του είναι ίση με αυτή των φάσεων, για 6 mm διατομή φάσεων. Για μεγαλύτερες διατομές ο ουδέτερος έχει το ήμισυ της διατομής των φάσεων αλλά τουλάχιστον 6 mm. Η σημασία της συνέχειας του ουδέτερου προκύπτει από το σχήμα.-. Εάν διακοπεί ο ουδέτερος μετά το σημείο Ν, δηλαδή κατά τη διαδρομή του αγωγού προστασίας, τότε δεν υφίσταται κίνδυνος. Συνεπώς πρέπει να εξασφαλισθεί η συνέχεια του ουδέτερου στο δίκτυο. Σχήμα.-: Τάσεις επαφής όταν διακόπτεται ο ουδέτερος πριν ή μετά την αρχή του αγωγού προστασίας.

22 Στο δημόσιο δίκτυο η Δ.Ε.Η. θεωρείται ότι εξασφαλίζει τη συνέχεια αυτή και όχι ο καταναλωτής. Σε βιομηχανικά δίκτυα ή μεγάλες εγκαταστάσεις, κατά IEC 364 και HD 384, μπορεί να εξασφαλισθεί η συνέχεια του ουδέτερου όταν αυτός έχει διατομή πάνω από mm. 3 η Συνθήκη ουδετέρωσης. Αυτή η συνθήκη είναι σύμφωνη με τους κανονισμούς IEC 364 και HD 384.Για τη γείωση του ουδετέρου ισχύουν τα εξής:. Ο ουδέτερος κόμβος του μετασχηματιστή ΜΤ/ ΧΤ γειώνεται. Εκεί συνδέονται (εφ όσον υπάρχουν) τα μεταλλικά περιβλήματα των καλωδίων αναχώρησης ΧΤ.. Σε εναέρια δίκτυα υπάρχουν γειώσεις στα τέρματα των κύριων κορμών και των διακλαδώσεων, τουλάχιστον κάθε 3 m. Πρέπει να γίνουν πρόσθετες γειώσεις και μάλιστα ομοιόμορφα κατανεμημένες, για να επιτευχθεί χαμηλή αντίσταση γείωσης, όταν αυτό απαιτείται. 3. Σε εναέρια και υπόγεια δίκτυα γειώνεται ο ουδέτερος σε κάθε παροχέτευση πριν από τα όργανα προστασίας της παροχέτευσης. Η γείωση πρέπει να είναι από γαλβανισμένο σιδηροσωλήνα ονομαστικής διαμέτρου τουλάχιστον μίας ίντσας (εσωτερική διάμετρος) και μήκους,5 m. Εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και το μεταλλικό δίκτυο ύδρευσης, εφ όσον έχει ίση ή μικρότερη αντίσταση από τον πιο πάνω σωλήνα γειωτή. Αν δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν κύρια γείωση το δίκτυο ύδρευσης, λόγω της μεγάλης του αντίστασης, τότε πρέπει να χρησιμοποιείται ηλεκτρόδιο γείωσης και να γίνει σύνδεση στην ύδρευση. Η γείωση στο μετρητή γίνεται με αγωγό 6 mm, τύπου H7-V. Πρέπει να επιδιώκεται χαμηλή αντίσταση γείωσης στην παροχή της οικοδομής για να υπάρχει μια αποτελεσματική προστασία. Με θεμελιακές γειώσεις μπορούν εύκολα να επιτευχθούν χαμηλές αντιστάσεις γείωσης. Με τον αγωγό γείωσης συνιστάται να συνδέονται όλα τα μεταλλικά αντικείμενα, μπανιέρες, σωλήνες, μεταλλικά δάπεδα. Μιλάμε για ισοδυναμικές συνδέσεις. Ο ουδέτερος γειώνεται αμέσως πριν το μετρητή και όχι μέσα στις εγκαταστάσεις του καταναλωτή, διότι η Δ.Ε.Η. θεωρείται ότι εξασφαλίζει καλύτερα τη συνέχεια του ουδέτερου απ ότι ο ίδιος ο καταναλωτής. Η συνέχεια του ουδέτερου είναι απολύτως αναγκαία, όπως δείχνει και το σχήμα.-. 4 η Συνθήκη ουδετέρωσης. Σύμφωνα με τους Κανονισμούς, η συνολική αντίσταση του ουδέτερου αγωγού με τις γειώσεις του, δεν πρέπει να υπερβαίνει τα Ω. Εδώ προσμετρώνται όλες οι παράλληλες γειώσεις στο δίκτυο και στις παροχετεύσεις των καταναλωτών. Η γείωση προστασίας των κυψελών ΜΤ και του δοχείου του Μ/Σ μπορεί να συνδεθεί με τη γείωση του ουδετέρου, μόνο αν προκύπτει συνολική αντίσταση γείωσης μικρότερη του Ω, (σχήμα.-3-α). Σε αντίθετη περίπτωση, δηλαδή αν η συνολική αντίσταση γείωσης είναι μεν μικρότερη των Ω αλλά μεγαλύτερη του Ω, τότε πρέπει η γείωση των μεταλλικών μερών του υποσταθμού και η γείωση του

23 ουδετέρου του Μ/Σ να είναι ανεξάρτητες, δηλαδή όχι συνδεδεμένες (σχήμα.-3-β). Εξαίρεση αποτελούν οι εναέριοι σταθμοί διανομής της Δ.Ε.Η., όπου το όριο αυτό είναι Ω. Όταν οι γειώσεις ΜΤ και ΧΤ είναι ανεξάρτητες, (σχήμα.-3-α), πρέπει οι αντιστάσεις στους γειωτές να είναι για την εγκατάσταση της ΜΤ και τον ουδέτερο, το πολύ 4 Ω και Ω αντίστοιχα. Για μεγαλύτερη ασφάλεια στο δίκτυο, προτείνονται αυστηρότερες τιμές αντιστάσεων από τις παραπάνω. Συγκεκριμένα, για την εγκατάσταση της ΜΤ, συνιστάται αντίσταση γείωσης μέχρι Ω, ενώ για τον ουδέτερο αγωγό, συνολική αντίσταση γείωσης, το πολύ Ω. Σε υποσταθμούς με υπόγεια καλώδια μεταλλικού μανδύα είναι επιτρεπτή η σύνδεση των δύο γειώσεων, αν το συνολικό μήκος των καλωδίων είναι πάνω από m. Καλώδια που οδεύουν στο ίδιο χαντάκι υπολογίζονται σαν ένα. Οι γειώσεις του ουδέτερου και του υποσταθμού θεωρούνται ανεξάρτητες όταν το πεδίο ροής της μιας μηδενίζεται στη θέση της άλλης. Αυτό είναι περίπου δεδομένο όταν η απόσταση των γειωτών είναι 8 φορές μεγαλύτερη από τη μεγαλύτερη διάσταση γειωτών. π.χ., για σωλήνες κατακόρυφους σε,5 m βάθος, μία απόσταση 5 m εξασφαλίζει ανεξαρτησία των γειωτών. Επειδή δύο γειώσεις και ιδιαίτερα η ανεξαρτησία τους, είναι προβληματική, πρέπει να επιδιώκεται μία κοινή χαμηλή αντίσταση γείωσης του ΥΣ και του ουδέτερου του Μ/Σ. Σε καλώδια ΧΤ με μεταλλικό μανδύα, ο ουδέτερος συνδέεται με το μανδύα και στα δύο άκρα του καλωδίου, δηλαδή στην αναχώρηση των καλωδίων και στην άφιξη στον πίνακα διανομής και γειώνεται. Η συνθήκη του Ω προκύπτει από την ανάγκη προστασίας σε σφάλματα υπερπήδησης στη ΜΤ, π.χ. υπερπήδηση σε μονωτήρα διέλευσης Μ/Σ ή σε ακροκεφαλή καλωδίου. 5 η Συνθήκη ουδετέρωσης Ποτέ ο ουδέτερος δεν πρέπει να αποζεύγεται μόνος. Ο ουδέτερος, κατά κανόνα, δεν πρέπει να περιέχει ασφάλειες ή διακόπτες. Πρέπει επίσης να εξασφαλισθούν η συνέχειά του και η μηχανική αντοχή. Αυτό προφανώς δεν ισχύει στη σύνδεση ρευματοδότη ρευματολήπτη (πρίζα-φις). Σε ειδικές περιπτώσεις που αφορούν σε εκρηκτικό περιβάλλον, επιτρέπεται μόνο η ταυτόχρονη διακοπή όλων των φάσεων και ουδέτερου. Επίσης και στις εφαρμογές διακοπτών διαφυγής ρεύματος ή τάσης επιτρέπεται η ταυτόχρονη απόζευξη φάσεως και ουδέτερου (ΡΕ). Ο αγωγός προστασίας ποτέ δεν αποζεύγεται ή ασφαλίζεται. Η Δ.Ε.Η. χρησιμοποιεί το σύστημα σύνδεσης γείωσης ΤΝ (ουδετέρωση) σχεδόν σε ολόκληρο το δίκτυό της. Στην περιοχή της Αττικής, στατιστικά, περισσότερες από 6. ηλεκτρικές εγκαταστάσεις διαθέτουν ακόμη άμεση γείωση, από την εποχή που τα μεταλλικά δίκτυα ύδρευσης υπήρχαν σε μεγάλη έκταση. Αυτός ουσιαστικά είναι ο λόγος που η Δ.Ε.Η. δεν επεκτείνει την ουδετέρωση και στην περιοχή της Αττικής, όπως δηλαδή, στην υπόλοιπη επικράτεια. 3

24 Σχήμα.-3: Γειώσεις υποσταθμών ΜΤ σε καταναλωτές ΧΤ. α) Αν η αντίσταση γείωσης του ΥΣ είναι μεγαλύτερη από Ω τότε εφαρμόζεται ξεχωριστή γείωση Μέσης και Χαμηλής Τάσης. β) Αν η αντίσταση γείωσης του ΥΣ είναι μικρότερη από Ω τότε εφαρμόζεται κοινή γείωση Μέσης και Χαμηλής Τάσης. 4

25 .3 Ποιοτικός έλεγχος αξιοπιστίας εξοπλισμού του δικτύο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Προκειμένου μια ηλεκτροτεχνική κατασκευή να λειτουργεί αξιόπιστα πρέπει να εναρμονίζονται τα επιμέρους στοιχεία της ( διακόπτες, πίνακες, μετασχηματιστές, καλώδια ) καθώς και η όλη κατασκευή στο σύνολο της με τις διεθνείς προδιαγραφές ασφαλείας (VDE, ΙΕC κτλ. ) και στους κανονισμούς της ΔΕΗ [,,9]. Η αξιοπιστία μιας ηλεκτροτεχνικής κατασκευής διασφαλίζεται όταν ανταπεξέλθει με επιτυχία πριν διατεθεί σε χρήση, δοκιμές υπό λειτουργικές συνθήκες που αντιστοιχούν στις μελλοντικές μέγιστες καταπονήσεις της στο δίκτυο. Οι δοκιμές αυτές συνήθως αποτελούν την τελευταία φάση της παραγωγικής διαδικασίας και διακρίνονται σε δοκιμές τύπου και δοκιμές σειράς. Οι δοκιμές τύπου πραγματοποιούνται σε διεθνές αναγνωρισμένα εργαστήρια ή εργοστάσια του κατασκευαστή (όσες μπορούν να γίνουν ) και αφορούν ένα περιορισμένο ένα περιορισμένο αριθμό των παραχθέντων και έτοιμων προς διάθεση προϊόντων. Οι δοκιμές τύπου χαρακτηρίζονται ως καταστρεπτικές γιατί παρόλο που η διεξαγωγή τους μπορεί να είναι επιτυχής, μπορούν να γίνουν αιτία πρόκλησης μελλοντικών βλαβών. Για το λόγω αυτό οι δοκιμές τύπου έχουν νόημα μόνο σε περιπτώσεις μεγάλου αριθμού τεμαχίων ( πχ. τεμάχια μετασχηματιστών kv/4v 4KVA ) όπως συμβαίνει με την προμήθεια εξοπλισμού στη ΔΕΗ. Σε διαφορετική περίπτωση θα πρέπει να αρκείται κανείς στην επιβεβαίωση της ποιότητας μέσω πιστοποιητικών εργαστηριακών δοκιμών τα οποία σε καμία περίπτωση δεν μπορούν να υποκαταστήσουν τις δοκιμές τύπου. Όπως χαρακτηριστικά φαίνεται και στο Σχήμα.3- οι δοκιμές τύπου διακρίνονται στις δοκιμές υπερθέρμανσης ( ή ανύψωσης θερμοκρασίας ),οι διηλεκτρικές δοκιμές, η δοκιμή μηχανικής αντοχής, η δοκιμή βραχυκύκλωσης και τέλος ειδικές δοκιμές που ανάλογα με την περίπτωση περιγράφονται αναλυτικά στους κανονισμούς.. Η δοκιμή υπερθέρμανσης (ή ανύψωσης της θερμοκρασίας ) αφορά την εξακρίβωση του ονομαστικού ρεύματος ( μέγιστο ρεύμα συνεχής λειτουργίας ) μιας κατασκευής. Η τιμή αυτή δεν μπορεί να είναι τυχαία καθώς οφείλει να ανταποκρίνεται σε προδιαγεγραμμένες τιμές ρεύματος [,].. Οι διηλεκτρικές δοκιμές στοχεύουν στην εξακρίβωση ικανότητας μόνωσης. Η ονομαστική τάση ( ή τάση σειράς ) κάθε συσκευής δεν μπορεί να είναι μια τυχαία τιμή καθώς οφείλει να ανταποκρίνεται στην προδιαγεγραμμένη τάση του δικτύου που είναι 5kV, kv και 5kV, κτλ. Οι μετρήσεις που γίνονται για τον έλεγχο ικανότητας μόνωσης αφορούν κυρίως τις μέγιστες λειτουργικές καταστάσεις της κατασκευής ( κυρίως υπερτάσεις από κεραυνούς και χειρισμούς ) από τις οποίες επιβεβαιώνεται η στάθμη μόνωσης. 3. Η δομική μηχανικής αντοχής αφορά τη στιβαρότητα της κατασκευής. 4. Οι δοκιμές βραχυκύκλωσης ελέγχουν την καταπόνηση μιας ηλεκτροτεχνικής συσκευής από μεγάλες δυνάμεις και θερμοκρασίες που αναπτύσσονται από το βραχυκύκλωμα. 5

26 6

27 Οι παραπάνω δοκιμές εφαρμόζονται κυρίως όπου υπάρχει νόημα. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ότι η δοκιμή υπερθέρμανσης δεν έχει νόημα σε ένα μονωτήρα πολύ δε περισσότερο σε ένα στύλο ενώ έχει μεγάλη σημασία για τις ηλεκτρικές επαφές ενός ασφαλειοδιακόπτη. Οι δοκιμές σειράς πραγματοποιούνται σε όλα ανεξαρτήτως των τεμμάχια. Αφορούν το σύνολο του εξοπλισμού και είναι ιδιαίτερες για κάθε στοιχείο του. (μετασχηματιστές, μονωτήρες, αποζεύκτες κτλ).οι δοκιμές πχ σειράς ενός μετασχηματιστή διανομής είναι κυρίως οι παρακάτω: Απώλειες σιδήρου και χαλκού, η σχετική τάση βραχυκύκλωσης ( η οποία κατά μέσω όρο για τους μετασχηματιστές του ελληνικού δικτύου είναι περίπου 4%), η σχέση μετασχηματισμού, η διηλεκτρική αντοχή ( τόσο από την πλευρά μέσης τάσης όσο και από την πλευρά χαμηλής τάσης). Οι δοκιμές αυτές δεν είναι καταστρεπτικές και γι αυτό θα πρέπει να πραγματοποιούνται παρουσία του αγοραστή. Η Δ.Ε.Η πραγματοποιεί όλες τις δοκιμές σειράς στον ηλεκτρολογικό εξοπλισμό που προμηθεύεται. Σε μικρές προμήθειες εξοπλισμού (όπως συμβαίνει συνήθως σε ιδιωτικούς υποσταθμούς μέσης τάσης ) και σε περιπτώσεις που δεν είναι δυνατόν να γίνουν οι παραπάνω δοκιμές παρουσία του αγοραστή ( πχ προμήθεια μετασχηματιστή kv/4v από εξωτερικό ) θα πρέπει να επιβεβαιώνεται η ποιότητα με πιστοποιητικά διεθνώς αναγνωρισμένα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η παραλαβή όλου του ηλεκτροτεχνικού εξοπλισμού του δικτύου από τον εκάστοτε προμηθευτή γίνεται μετά την επιτυχή πραγματοποίηση των δοκιμών που προαναφέρθηκαν γεγονός που συντελεί στην μεγάλη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού. 7

28 .4 Γείωση δικτύων χαμηλής τάσης. Η δομή των δικτύων διανομής χαμηλής τάσης της Δ.Ε.Η είναι η αφετηρία για τον προσδιορισμό των τρόπων και των μέσων προστασίας κατά της ηλεκτροπληξίας σε εγκαταστάσεις καταναλωτών. Οι μορφές των δικτύων διανομής καθορίζονται από το πλήθος των αγωγών και το σύστημα γειώσεων που αυτοί χρησιμοποιούν. Συνεπώς συναντάμε τα εξής δίκτυα.. Δίκτυα TN-C. Δίκτυα ΤΝ-S 3. Δίκτυα ΤΤ 4. Δίκτυα ΙΤ Τα δίκτυα χαμηλής τάσης της μορφής TN-C έχουν τον ουδέτερο κόμβο του μετασχηματιστή γειωμένο και ο αγωγός ουδετέρου ταυτίζεται με τον αγωγό γείωσης. Ακόμα, τα μεταλλικά μέρη των καταναλώσεων συνδέονται στον ουδέτερο. Συναντάτε σε εγκαταστάσεις υψηλής ισχύος.στο Σχήμα.4- απεικονίζεται ένα δίκτυο TN-C. Τα δίκτυα χαμηλής τάσης της μορφής ΤΝ-S έχουν τον ουδέτερο κόμβο του μετασχηματιστή γειωμένο. Υπάρχει αγωγός ουδετέρου (Ν) και ανεξάρτητος αγωγός γείωσης (PE). Τα μεταλλικά μέρη των καταναλώσεων συνδέονται στην γείωση. Αυτή είναι η πιο συνήθης μορφή σε οικιακούς και βιομηχανικούς καταναλωτές (ουδετεροποιημένο δίκτυο ) Στο Σχήμα.4- απεικονίζεται ένα δίκτυο TN-S. Τα δίκτυα χαμηλής τάσης της μορφής ΤΤ έχουν τον ουδέτερο κόμβο του μετασχηματιστή γειωμένο. Υπάρχει αγωγός ουδετέρου και τα μεταλλικά μέρη των καταναλώσεων είναι γειωμένα με μη συνδεδεμένες ανεξάρτητες γειώσεις. Στην περιοχή της Αττικής υπάρχουν τέτοια δίκτυα. Στο σχήμα.4-3 απεικονίζεται ένα δίκτυο ΤΤ. Τα δίκτυα χαμηλής τάσης της μορφής ΙΤ δεν έχουν τον ουδέτερο κόμβο του μετασχηματιστή γειωμένο. Παράλληλα δεν υπάρχει αγωγός ουδετέρου και τα μεταλλικά μέρη των καταναλώσεων είναι γειωμένα με μη συνδεδεμένες ανεξάρτητες γειώσεις. Συναντάται εκεί που η προστασία από ηλεκτροπληξία είναι ιδιαίτερα αυξημένη, πχ χειρουργεία, σφαγεία, χημικές βιομηχανίες.στο σχήμα.4-4 απεικονίζεται ένα δίκτυο ΙΤ. 8

29 9

30 3

31 3

32 3

33 .5 Θερμικά φαινόμενα σε υπαίθριες γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Πολλές φορές τους καλοκαιρινούς μήνες δημιουργείται το ερώτημα κατά πόσο μια φωτιά μπορεί να οφείλεται σε κάποια αστοχία του δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Πολύ δε περισσότερο όταν η εκδήλωση της πυρκαγιάς είναι πολύ κοντά σε μια γραμμή της Δ.Ε.Η. Για την απάντηση στο ερώτημα αυτό θα πρέπει να συγκεντρώσουμε και να εξετάσουμε τις θερμικές συνέπειες που θα μπορούσαν να προκαλέσουν ανεπιθύμητες καταστάσεις λειτουργίας των εναέριων γραμμών διανομής. Συγκεκριμένα θα μελετήσουμε τα βραχυκυκλώματα που προκαλούνται σε εναέριες γραμμές διανομής τόσο μεταξύ αγωγών όσο και μεταξύ αγωγών και γης καθώς και η διηλεκτρική αντοχή τους..5. Βραχυκυκλώματα σε γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Ο υπολογισμός των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας βασίζεται στο τριφασικό βραχυκύκλωμα [,,3,9,]. Έστω ότι πρόκειται για μια τριφασική γραμμή όπως αυτή απεικονίζεται στο Σχήμα.5.-. Αν κάποια χρονική στιγμή t προκληθεί τριφασικό βραχυκύκλωμα στο σημείο Α τότε αυτομάτως η συνολικό ισχύς του δικτύου οδεύεται προς το σημείο Α. Όπως διακρίνεται από το Σχήμα.5.- το ρεύμα βραχυκύκλωσης αρχικά έχει ασύμμετρη μορφή και κατόπιν γίνεται συμμετρικό. Το ασύμμετρο ρεύμα περιλαμβάνει το εναλλασσόμενο ρεύμα βραχυκύκλωσης και το συνεχές ρεύμα βραχυκύκλωσης. To συμμετρικό τμήμα βραχυκύκλωσης είναι το διαρκές ρεύμα βραχυκύκλωσης. H μέγιστη τιμή του ρεύματος βραχυκύκλωσης ονομάζεται κρουστικό ρεύμα βραχυκύκλωσης. Για τα προαναφερθέντα ρεύματα ισχύουν κατά τη βιβλιογραφία [,,3,5] οι παρακάτω σχέσεις: κ Ι (.5.-), U N R Χ ολ (.4.-) R Χ ολ (.5.-3) µ I (.5.-4) Όπου κ συντελεστής η τιμή του οποίου δίνεται από τον πίνακα.5.- [,]. ονομαστική τάση στη θέση βραχυκύκλωσης, η ολική ωμική αντίσταση ως το σημείο βραχυκύκλωσης και η ολική επαγωγική αντίσταση ως το σημείο βραχυκύκλωσης, ένας συντελεστής που δίνεται από τον πίνακα.5.- με το ονομαστικό ρεύμα της πηγής. 33

34 Σχήμα.5.- : Απλοποιημένο διάγραμμα τριφασικού βραχυκυκλώματος. ΜΤ: Μετασχηματιστής μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας ( π.χ.5kv/kv ) με σχετική τάση βραχυκύκλωσης περίπου % για το φανταστικό μέρος και σχετική τάση βραχυκύκλωσης. =,6% για το πραγματικό μέρος. R, R και R3 : γραμμές κορμού μέσης τάσης. ΜΤ: μετασχηματιστής διανομής ονομαστικής ισχύος ΡΝ σχετικής τάσης βραχυκύκλωσης περίπου 4% γ : η γραμμή χαμηλής τάσης. γ : η γραμμή χαμηλής τάσης. 34

35 Σχήμα.5.-: Moρφή ρεύματος κατά το τριφασικό βραχυκύκλωμα. : Kρουστικό ρεύμα βραχυκύκλωσης : Eναλλασσόμενο ρεύμα βραχυκύκλωσης : Διαρκές ρεύμα βραχυκύκλωσης : Συνεχές ρεύμα βραχυκύκλωσης 35

36 κ,,8,5,68,,59,5,5,,44,5,38,3,33,35,9,4,5,45,,5,9,55,7,6,4,65,,7,,75,,8,95,85,9,9,8,95,75,,7,5,65,,6,5,55,,5 Πίνακας.5.- : Τιμή συντελεστή κ η ολική ωμική αντίσταση ως το σημείο βραχυκύκλωσης. η ολική επαγωγική αντίσταση ως το σημείο βραχυκύκλωσης. 36

37 για PF=,8,,,,97,3,96,4,93,5,9,6,89,7,87,8,85,9,8,,8,6,7,,67 3,,58 4,,5 5,,49 6,,44 7,,4 8,,4 9,,39,,35 Πίνακας.5.-: Τιμή συντελεστή : Eναλλασσόμενο ρεύμα βραχυκύκλωσης : Oνομαστικό ρεύμα της πηγής. 37

38 Η μελέτη αντοχής σε τριφασικό βραχυκύκλωμα περιλαμβάνει.. Υπολογισμό συνολικής σύνθετης αντίστασης.. Υπολογισμό των ρευμάτων,,. Στο Σχήμα.5.-3 δίνεται το ισοδύναμο κύκλωμα των σύνθετων αντιστάσεων διαδρομής σύμφωνα με το Σχήμα.5.- για σφάλμα στην γραμμή χαμηλής τάσης γ στο σημείο Α Σχήμα.5.-3 : Ισοδύναμο κύκλωμα σύνθετων αντιστάσεων του δικτύου του σχήματος.5.- για σφάλμα στο σημείο Α. Σύνθετη αντίσταση της γεννήτριας. Σύνθετη αντίσταση του μετασχηματιστή μεταφοράς. Σύνθετη αντίσταση της γραμμής μέσης τάσης. : Σύνθετη αντίσταση του μετασχηματιστή διανομής. Σύνθετη αντίσταση της γραμμής χαμηλής τάσης έως το σημείο Α. Η σύνθετη αντίσταση της γεννήτριας δίνεται από τη σχέση: ε UG P G (.5.-5) Όπου ε σχετική τάση διασποράς, η παραγόμενη τάση και η ονομαστική ισχύς της γεννήτριας. Η σύνθετη αντίσταση του μετασχηματιστή μεταφοράς δίνεται από τη σχέση: U u (.5.-6) P N 38

39 και U u u (.5.-7) P N Όπου η τάση του μετασχηματιστή μεταφοράς στο δευτερεύον σε kv (kv), η ονομαστική ισχύς του μετασχηματιστή σε MVA και u, u οι σχετικές συνιστώσες τάσης βραχυκύκλωσης επί % (% και,6% αντίστοιχα ) [,]. Για τον υπολογισμό της σύνθετης αντίστασης των γραμμών ACSR μέσης τάσης (στο παράδειγμα γραμμή κορμού χρησιμοποιούμε τον πίνακας.5.-3 που ακολουθεί ΓΡΑΜΜΗ Μ.Τ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΟΜΗ ΣΕ R ΣΕ Ω/Km ωl σε Ω/Km mm ACSR (5/4),68,4 ACSR (59/9),576,397 ACSR (5/5),5,334 Cu 3 6 6,74,47 Cu ,596,393 Cu ,,358 Πίνακας.5.-3: Αντίσταση γραμμών Μέσης Τάσης τύπου ACSR και Cu [,]. H σύνθετη αντίσταση του μετασχηματιστή διανομής δίνεται από τον πίνακα.5.-4 που ακολουθεί [,] R ( mω ) ,3 3,4,5 5,7 4,5 3,6 3,, Χ ( mω ) ,8 65,5 44,5 33,5 6,8 7 3,7,8 9, 6,9 Πίνακας.5.-4: Σύνθετες αντιστάσεις μετασχηματιστών διανομής. : Oνομαστική ισχύς του μετασχηματιστή. R : Ωμική αντίσταση του μετασχηματιστή. Χ : Επαγωγική αντίσταση του μετασχηματιστή Η σύνθετη αντίσταση των γυμνών αγωγών αλουμινίου και των συνεστραμμένων καλωδίων που χρησιμοποιούνται σε γραμμές διανομής χαμηλής τάσης δίνεται από τον Πίνακα.5.-5 που ακολουθεί [,] 39

40 Είδος γραμμής χαμηλής τάσης R σε Χ σε (mω/km) (mω/km) Γυμνοί αγωγοί 4 6 mm 4 33 Γυμνοί αγωγοί 4 35 mm Γυμνοί αγωγοί 4 5 mm Γυμνοί αγωγοί 4 7 mm Συνεστραμμένα καλώδια 3 35 mm + 54,6 mm Συνεστραμμένα καλώδια 3 7 mm + 54,6 mm 7 Πίνακας.5.-5 : Σύνθετη αντίσταση γυμνών αγωγών αλουμινίου και συνεστραμμένων καλωδίων που χρησιμοποιούνται σε γραμμές διανομής χαμηλής τάσης. R : Χ : Ωμική αντίσταση της γραμμής ανά μήκος του. Η επαγωγική αντίσταση της γραμμής ανά μήκος του αγωγού. Οι διατομές των γυμνών αγωγών που δίνονται στον πίνακα.5.-3 και.5.-5 αφορούν ισοδύναμη διατομή χαλκού Στον πίνακα.5.-6 δίνονται οι τιμές των εναλλασσόμενων ρευμάτων βραχυκύκλωσης για διάφορες περιπτώσεις βραχυκύκλωσης. Συγκεκριμένα, για τριφασικό βραχυκύκλωμα στον αέρα, για τριφασικό βραχυκύκλωμα ως προς γη, για διφασικό βραχυκύκλωμα στον αέρα, για διφασικό βραχυκύκλωμα ως προς γη, για μονοφασικό βραχυκύκλωμα ως προς γη και την περίπτωση βραχυκυκλώματος μεταξύ του ουδέτερου αγωγού και του υποκείμενου του αγωγού φάσης. Στις σχέσεις του πίνακα αυτού δεν περιλαμβάνονται οι σύνθετες αντιστάσεις του μετασχηματιστή μεταφοράς, της γραμμής μέσης τάσης και της γεννήτριας. Αυτό έχει γίνει καθώς οι τιμές τους είναι πολύ μικρές ως προς την σύνθετη αντίσταση του μετασχηματιστή διανομής και των γραμμών χαμηλής τάσης. Παράλληλα οι τιμές των αντιστάσεων, και θα πρέπει να υπολογίζονται ανάλογα με τις συνθήκες που συνέβηκε το βραχυκύκλωμα. (πετρώδες, έδαφος, μεταλλική επαφή κτλ ). Όπως εξετάζεται στο κεφάλαιο 3 και 4 οι τιμές τους παίζουν καθοριστικό παράγοντα στην τιμή του ρεύματος βραχυκύκλωσης. 4

41 α/α Βραχυκυκλώματα Τριφασικό βραχυκύκλωμα στον αέρα. Τριφασικό βραχυκύκλωμα ως προς γη. Διφασικό βραχυκύκλωμα στον αέρα. Διφασικό βραχυκύκλωμα ως προς γη. Μονοφασικό βραχυκύκλωμα ως προ γη Βραχυκύκλωμα μεταξύ ουδετέρου και του υποκείμενου του αγωγού φάσης U 3 R R / Χ Χ / U 3 R R / R Χ Χ / U R R / Χ Χ / U R R / R Χ Χ / U R R / R R T R Χ Χ / U R R / Χ Χ / Πίνακας.5.-6: Σχέσεις υπολογισμού εναλλασσόμενου ρεύματος βραχυκύκλωσης ανάλογα με το είδος του βραχυκυκλώματος. : Εναλλασσόμενο ρεύμα βραχυκύκλωσης. : Φασική τάση. : Πολική τάση., : Σύνθετη αντίσταση γραμμής μέχρι τη θέση του βραχυκυκλώματος /, / : Σύνθετη αντίσταση μετασχηματιστή χαμηλής τάσης. : Αντίσταση διάβασης. : Αντίσταση τόξου. : Αντίσταση γης. 4

42 Μετά τον υπολογισμό του ρεύματος βραχυκύκλωσης δίνεται η δυνατότητα υπολογισμού της θερμικής και δυναμικής καταπόνησης του αγωγού στην θέση βραχυκύκλωσης από τις σχέσεις : [,,9]. Ι t T I I σε (.5.-8) Όπου: : To διαρκές ρεύμα βραχυκύκλωσης σε Α. : Η ενεργή τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος βραχυκύκλωσης σε Α. : H αύξηση της θερμοκρασίας σε. κ : H σταθερά του υλικού. ( Για το χαλκό,58 και για το αλουμίνιο,35 ). Α : H διατομή του αγωγού σε mm. t : Ο χρόνος σε sec από την εμφάνιση έως και τη διακοπή του βραχυκυκλώματος Τ : Ένας συντελεστής χρόνου η τιμή του οποίου για τριφασικό βραχυκύκλωμα κυμαίνεται από,3 έως και,5 ενώ για διφασικό βραχυκύκλωμα η τιμή του κυμαίνεται από,6 έως και,5. Πρέπει να σημειώσουμε ότι η τιμή του Τ μειώνεται όσο απομακρυνόμαστε από τη θέση βραχυκύκλωσης. Ο χρόνος βραχυκύκλωσης είναι σχεδόν πάντοτε μικρότερος του sec.στην περίπτωση αυτόματων διακοπτών και διακοπτών αυτόματης επαναφοράς του δικτύου διανομής μέσης τάσης ο χρόνος βραχυκύκλωσης διαρκεί κλάσματα του δευτερολέπτου. Επίσης, οι ασφάλειες χαμηλής τάσης στα ασφαλειοκιβώτια των υποσταθμών θεωρείται ότι διακόπτουν το βραχυκύκλωμα σχεδόν ακαριαία λόγο της συνθήκης ουδετέρωσης. Πρακτικά όμως όπως θα δούμε στα κεφάλαιο 3 και 4 δεν λειτουργεί πάντοτε η συνθήκη ουδετέρωσης. Ως οριακές θερμοκρασίες θεωρούνται για τους γυμνούς αγωγούς από χαλκό οι και για αγωγούς αλουμινίου [,,3]. Υπάρχει και ένας δεύτερος τρόπος υπολογισμού της αύξησης της θερμοκρασίας από βραχυκύκλωμα στην περιοχή χαμηλής τάσης [] ο οποίος γίνεται μέσω του ονομαστικού ρεύματος της ασφάλειας. Στην περίπτωση αυτή στο τέλος της γραμμής ισχύει η σχέση: 4

43 Ι t σε (.5.-9) Όπου κ : H σταθερά του υλικού. ( Για το χαλκό,58 και για το αλουμίνιο,35 ). 3 Ι όπου το ονομαστικό ρεύμα της ασφάλειας. Α : H διατομή του αγωγού σε mm, και t : O χρόνος που λαμβάνεται ίσος με 5 sec. Από υπολογισμούς που έγιναν και με τις δύο παραπάνω σχέσεις υπολογισμού της θερμικής καταπόνησης αγωγού σε συνθήκες βραχυκυκλώματος προέκυψε ότι όταν ισχύει η συνθήκη βραχυκύκλωσης υπό συνθήκες καύσωνα 4 η τιμή λαμβάνει τιμές το πολύ μέχρι 48 [9]. Συνεπώς το βραχυκύκλωμα στις γραμμές χαμηλής τάσης δεν μπορεί να προκαλέσει ικανή αύξηση της θερμοκρασίας ώστε να παραχθούν τήγματα μετάλλου από τους αγωγούς με δεδομένο ότι ισχύει η συνθήκη ουδετέρωσης. Σημειώνεται ότι ένας προσεγγιστικός τρόπος υπολογισμού του εναλλασσόμενου ρεύματος βραχυκύκλωσης μπορεί να γίνει από το ονομαστικό ρεύμα και τη σχετική τάση βραχυκύκλωσης του μετασχηματιστή που προηγείται της θέσης βραχυκύκλωσης. Ο υπολογισμός αυτός γίνεται από τη σχέση: I N σε ka (.5.-) Όπου σε ka και u σε επί %. Με την παραπάνω μέθοδο οι τιμές εναλλασσόμενου ρεύματος βραχυκύκλωσης που προκύπτουν είναι μεγαλύτερες από τις ακριβείς τιμές με την μέθοδο των αντιστάσεων και μάλιστα αυξάνουν με την απόσταση της θέσης βραχυκύκλωσης από την πηγή της ενέργειας Συνεπώς η μέθοδος αυτή αν και προσεγγιστική μπορεί να μην ενδείκνυται για τους υπολογισμούς αντοχής των γραμμών σε βραχυκύκλωμα, είναι όμως η πλέον κατάλληλη για τη μέγιστη θερμική καταπόνηση γιατί δε λαμβάνει υπόψη καθόλου τις αντιστάσεις και είναι σαν να εξετάζεται το βραχυκύκλωμα στους ακροδέκτες του μετασχηματιστή. 43

44 .5. Επιλογή ασφαλειών στις γραμμές χαμηλής τάσης του δικτύου διανομής (Συνθήκη ουδετέρωσης ). Στον Πίνακα.5.- δίνονται οι τιμές των ασφαλειών σε πίνακες χαμηλής τάσης του δικτύου διανομής ανάλογα με τον μετασχηματιστή και το μήκος της γραμμής σύμφωνα με τον κανονισμό ΟΔ-/ΔΕΔ-ΤΤΕ Δ-4/ της Δ.Ε.Η []. Σε περίπτωση που μια γραμμή αποτελείται από γυμνούς αγωγούς διαφορετικών διατομών τότε το ισοδύναμο μήκος της γραμμής προκύπτει με μετατροπή των επιμέρους αγωγών σε ένα είδους αγωγό σταθερής διατομής []. Για την μετατροπή α μέτρων αγωγού αντίστασης (σε Ω/Κm) σε αντίσταση (σε Ω/Κm) ισχύει η σχέση: α (.5.-) Στον πίνακα.5.- δίνεται το πηλίκο για γυμνούς αγωγούς και συγκεκριμένα καλώδια. Πρέπει να σημειώσουμε ότι για να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις τόσο του πίνακα.5.- όσο και του πίνακα.5.- πρέπει να ισχύει η συνθήκη ουδετέρωσης ( Ακαριαία τήξη της ασφάλειας σε κλάσματα του δευτερολέπτου μετά την εμφάνιση βραχυκυκλώματος ). Παράδειγμα: Έστω ότι μία γραμμή που αποτελείται από 3m 4 5mm ACSR, m 4 6mm Cu και 4m 6mm Cu, προστατεύεται στον πίνακα χαμηλής τάσης (ενός υποσταθμού 5 KVA, kv/4v) μέσω ασφαλειών 5Α. Θα εξεταστεί στη συνέχεια αν είναι σωστό το μέγεθος των ασφαλειών. Ισχύει ότι: 3m 5 mm ACSR ισοδυναμεί με 3,376 =,8m Cu 6 mm. m 6 mm Cu ισοδυναμεί με, =,m Cu 6 mm. 4m 6 mm Cu ισοδυναμεί με 3 3,7 = 9,5m Cu 6 mm. Επομένως το ισοδύναμο μήκος της γραμμής είναι L =,8+,+9,5= 33,3 m. Συνεπώς από τον πίνακα.5.- διαπιστώνεται ότι οι ασφάλειες πρέπει να γίνουν 3 Α. 44

45 45

46 Διατομή γυμνού Αγωγού Cu ή ισοδύναμου Al 6 mm (Ζβ=,57 Ω/km) 35 mm (Ζβ=,3 Ω/km) 5 mm (Ζβ=,967 Ω/km) 7 mm (Ζβ=,797Ω/km) 6 mm (Zα=,57 Ω/km) Ζ Ζ, Ζ Ζ,96 Ζ Ζ,658 Ζ Ζ 3,4 35 mm (Zα=,3 Ω/km) Ζ Ζ,59 Ζ Ζ, Ζ Ζ,355 Ζ Ζ,644 5 mm (Zα=,967 Ω/km) Ζ Ζ,376 Ζ Ζ,738 Ζ Ζ, Ζ Ζ,3 7 mm (Zα=,797 Ω/km) Ζ Ζ,3 Ζ Ζ,68 Ζ Ζ,84 Ζ Ζ, Διατομή συγκεντρικού καλωδίου Cu 6 mm (Zα=7,754 Ω/km) Ζ Ζ 3,7 Ζ Ζ 5,97 Ζ Ζ 8, Ζ Ζ 9,73 mm (Zα=4,334 Ω/km) Ζ Ζ,685 Ζ Ζ 3,37 Ζ Ζ 4,48 Ζ Ζ 5,438 6 mm (Zα=,84 Ω/km) Ζ Ζ,9 Ζ Ζ,4 Ζ Ζ,9 Ζ Ζ 3,58 5 mm (Zα=,788 Ω/km) Ζ Ζ,695 Ζ Ζ,364 Ζ Ζ,85 Ζ Ζ,43 Πίνακας.5.-: Τιμές για γυμνούς αγωγούς Cu ή ισοδύναμου Al και συγκεντρικά καλώδια. 46

47 .6 Φαινόμενα σπινθηρισμών στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Με τον όρο σπινθηρισμό αναφερόμαστε σε φωτεινά φαινόμενα τα οποία παρατηρούνται στο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας τόσο στη χαμηλή όσο και στη μέση τάση [,,9]. Οι σπινθηρισμοί διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: Στους σπινθηρισμούς που παρατηρούνται λόγω διηλεκτρικών φαινομένων σε μονωτήρες και σε αγωγούς. Στους σπινθηρισμούς που εκδηλώνονται σε στατικές ηλεκτρικές επαφές στις Θέσεις σύνδεσης μεταξύ των αγωγών, στις επαφές διακοπτών σε καταστάση λειτουργίας και στις ασφαλειοθήκες. Αυτομάτως γεννάται το ερώτημα από τι προκαλούνται αυτά τα φωτεινά φαινόμενα στο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Πρόκειται για τήγματα μετάλλου ή για φωτεινή ακτινοβολία που συνοδεύεται και στις δύο περιπτώσεις με θόρυβο (τριγμούς)! Οι παράγραφοι που ακολουθούν περιγράφουν τα φαινόμενα σπινθηρισμών σύμφωνα με το βιβλίο του του καθηγητή Ε.Μ.Π Μπούρκα Περικλή., Ασκήσεις Κτηριακών Βιομηχανικών Εγκαταστάσεων ( Υποσταθμός Μέσης Τάσης, Βραχυκυκλώματα Γειώσεις ), ΕΜΠ Αθήνα 8 [] καθώς και του Ψαρρού Ε. Υπαίθριες Γραμμές Διανομής Χαμηλής Τάσης σε Περιβάλλον Πυρκαγιών, Διδακτορική Διατριβή [9]..6. Σπινθηρισμοί επί μονωτήρων και περί τους αγωγούς μέσης και υψηλής τάσης. Σπινθηρισμοί επί των μονωτήρων ονομάζονται οι φωτεινές μερικές εκκενώσεις (εκκενώσεις περιορισμένης διαδρομής επί την επιφάνεια των μονωτήρων). συνοδευόμενες από θόρυβο. Παράλληλα όμως, σπινθηρισμοί αποκαλούνται επίσης οι φωτεινές μερικές εκκενώσεις (flow discharge) περί τους αγωγούς, που συνοδεύονται με θόρυβο (φαινόμενο korona [] ). Οι σπινθηρισμοί εμφανίζονται πολύ συχνά σε γραμμές υψηλής (5kV) και μέσης τάσης (kv).αποτελούν ένα θεαματικό φαινόμενο αλλά ακίνδυνο για το περιβάλλον καθώς πρόκειται μόνο για μια εικόνα με ήχο. και όχι για πυρακτωμένα σωματίδια μονωτήρων και ήχου []. Οι σπινθηρισμοί εμφανίζονται επί των μονωτήρων λόγω ξένων επικαθίσεων.οι μερικές αυτές εκκενώσεις σε περίπτωση αυξημένης υγρασίας (που επικάθεται στην επιφάνεια των μονωτήρων υπό την μορφή δρόσου ) και ρύπων (καθαλατώσεις, σκόνη, καπναιθάλη, κτλ ) σε έρπουσες διαρροές επί των μονωτήρων που μπορεί να προκαλέσουν επιφανειακή διάσπαση ή υπερπήδηση με αποτέλεσμα την ενεργοποίηση του μέσου προστασίας της γραμμής. (από ασφάλειες ή από τον διακόπτη προστασίας της γραμμής) ή ακόμα και <<Black out>> ( διακοπή τάσης σε πολλές γραμμές ). Πρέπει να σημειώσουμε ότι είναι απαραίτητο να συνυπάρχει το περιβάλλον υγρασίας και ρύπανσης για να δημιουργηθούν οι προϋποθέσεις 47

48 σπινθηρισμών μετά ερπουσών μερικών εκκενώσεων (διαρροή επί του μονωτήρα λόγο της ωμικής αντίστασης που παρουσιάζει ο συνδυασμός ρύπανσης και υγρασίας υπό μορφής δρόσου. ), επιφανειακής διάσπασης ή υπερπήδησης. Για το λόγο αυτό η χρονική περίοδος παίζει σημαντικό ρόλο. Τους φθινοπωρινούς μήνες όταν υπάρχει παρατεταμένη ανομβρία ( πριν η βροχή πλύνει τους μονωτήρες ) και έντονη υγρασία κατά τις πρώτες μεταμεσονύχτιες και πρωινές ώρες της ημέρας, σε γραμμές υψηλής και μέσης τάσης και σε περιοχές όπου υπάρχουν επικαθίσεις ρύπων τα φαινόμενα αυτά έχουν έντονη παρουσία στις γραμμές μέσης και υψηλής τάσης. Στον πίνακα..- στην υποπαράγραφο. είδαμε ανάλογα με το επίπεδο ρύπανσης το ελάχιστο μήκος ερπυσμού το οποίο οφείλουν να έχουν οι γυάλινοι και κεραμικοί μονωτήρες. Στο Σχήμα.6.- παρατηρούμε την μορφή που παρουσιάζουν τα βιομηχανικά ηλεκτρομονωτικά υλικά κατά την διαχρονική επιφανειακή καταπόνηση τους λόγω ξένων επικαθίσεων. Σχήμα.6.-: Παράδειγμα εικόνας επιφανειακών διαταραχών κατά την καταπόνηση στερεών βιομηχανικών μονωτήρων. α : Επιφάνεια στεραιού μονωτικού. : Κρατήρας. : Σπήλαιο. 48

49 Πρόκειται για την εικόνα επιφανειακών διαταραχών. Πρόκειται για μια μόνιμη παραμόρφωση του υλικού η οποία σχετίζεται με την εκδήλωση φωτεινής ακτινοβολίας ( υπό μορφή δενδρίτη ). Τα σπήλαια και ο κρατήρας έχουν αποδοθεί στην θερμική καταπόνηση του μονωτικού που είναι αποτέλεσμα κάποιας τήξης του στα ίχνη του επιφανειακού δενδρίτη. Τα θραύσματα (αν υπάρχουν ) δημιουργούνται στην περιοχή του κρατήρα η οποία είναι και η θέση όπου πρόκειται να συμβεί η διάτρηση. Η πεδιακή ένταση που απαιτείται για την έναρξη μερικών εκκενώσεων (σπινθηρισμών) στους αγωγούς μιας γραμμής υπό ατμοσφαιρικό αέρα δίνεται από τη σχέση []: m m δ 3 Όπου:, r : H ακτίνα του αγωγού. =,98-,83 ανάλογα με την κατάσταση του αγωγού. = για ξηρασία. δ,9. kv/cm. (.6.-) Η πεδιακή ένταση για τάση U μεταξύ δύο αγωγών δίνεται από τη σχέση []: U (.6.-) Όπου d : H απόσταση μεταξύ των αγωγών. η : Ο συντελεστής χρησιμοποίησης του φορτίου και καθορίζεται από την τιμή της γεωμετρικής σταθεράς p. Για την γεωμετρική σταθερά του πεδίου μεταξύ δύο αγωγών ισχύει η σχέση : (.6.-3) Oπότε υπολογίζουμε το p και αν η τιμή του είναι μικρότερη από 9,6 9,6 με χρήση της χαρακτηριστικής p η υπολογίζουμε τον συντελεστή χρησιμοποίησης η. 49

50 Σε περίπτωση όπου 9,6 τότε χρησιμοποιούμε την σχέση: (.6.-4) Σε κάθε περίπτωση εάν δεν είναι δυνατόν να εκδηλωθούν σπινθηρισμοί..6.. Εκδήλωση σπινθηρισμών σε γυμνούς αγωγούς μέσης τάσης. Όπως αναφέραμε είδη για την εκδήλωση σπινθηρισμών γύρω από αγωγούς πρέπει να συνυπάρχουν υγρασία και ρυπογόνο περιβάλλον. Πολύ δε περισσότερο για την εκδήλωση σπινθηρισμών μεταξύ αγωγών και την διάσπαση τους απαιτείται δραστική μείωση της μονωτικής ικανότητας του αέρα ( ή διηλεκτρικής αντοχής ). Στο επίπεδο τηςμέσης τάσης ( kv ) υπό ατμοσφαιρικό αέρα για έναν αγωγό πχ τύπου ACSR ισοδύναμης διατομής χαλκού 95mm με r 8,6mm, m,83, m και δ,9 για την έναρξη μερικών εκκενώσεων (δηλαδή σπινθηρισμών) απαιτείται υπάρξη ελάχιστης πεδιακής έντασης: m m δ 3,,83,9 3,, V, (.6..-) Για την γεωμετρική σταθερά ( p ) του πεδίου μεταξύ δύο αγωγών που απέχουν απόσταση d = m προκύπτει από τη σχέση (.6.-3) : 9,6. Συνεπώς για τον υπολογισμό του συντελεστή χρησιμοποίησης του πεδίου χρησιμοποιούμε τη σχέση (.5.-4) και έχουμε:,,, (.6..-) Επομένως η πεδιακή ένταση για τάση U= kv δίνεται σύμφωνα με τη σχέση (.5..) : U, kv/cm (.6..-3) 5

51 Παρατηρούμε ότι η είναι,5 φορές μικρότερη από την Ε και συνεπώς αποκλείεται η εκδήλωση μεταξύ των αγωγών: θορύβου, σπινθηρισμών ή άλλων μορφών μερικών εκκενώσεων πολύ δε περισσότερο διάσπαση μεταξύ αγωγών. Για να συμβούν σπινθηρισμοί απαιτείται υγρασία και ρύπανση ώστε να μειωθεί δραματικά η διηλεκτρική αντοχή του αέρα όπως αυτό συμβαίνει πχ στην καπναιθάλη. Η ειδική αγωγιμότητα του άνθρακα ( ρ ) είναι,83 έως 33,3 μω.m και του ατμοσφαιρικού αέρα. m. Για το λόγο αυτό η καπναιθάλη δημιουργεί αγώγιμες διαδρομές στον αέρα προκαλώντας έτσι εκδήλωση σπινθηρισμών ή ακόμα και διάσπαση. Η αντίσταση μόνωσης ( R ) θεωρείται κατάλληλη όταν: R Ω/V. Μια κυλινδρική πχ στήλη ατμοσφαιρικού αέρα διατομής mm μεταξύ δύο αγωγών που απέχουν απόσταση L= m έχει αντίσταση μόνωσης: L A Ω (.6..-4) Επειδή η ανωτέρω τιμή υπερπληροί την προαναφερθείσα ανισότητα, η εν λόγω στήλη είναι καταλληλότατη ως μόνωση. Η τιμή του ρεύματος (Ι) κατά την εκδήλωση σπινθηρισμών είναι μερικά ma (π.χ. I=mA). Έτσι, αν θεωρηθεί ότι η προηγούμενη στήλη έγινε μείγμα αέρος και καπναιθάλης, τότε η τιμή R της αντίστασης του μείγματος αυτού θα είναι: U I Ω (.6..-5) Πλέον η παραπάνω τιμή δεν παρέχει την απαιτούμενη μονωτική ικανότητα καθώς σύμφωνα με την προαναφερθείσα ανισότητα θα έπρεπε να είναι τουλάχιστον φορές μεγαλύτερη. ( Η τάση της γραμμής είναι kv και για το λόγο αυτό η συνολική αντίσταση πρέπει να είναι: ). H ειδική αντίσταση του εν λόγο δείγματος καπναιθάλης είναι : R A L Ω m,mω m (.6..-6) Έτσι με βάση την τιμή του συμπεραίνουμε ότι δεν υπάρχει σωστή μόνωση, δημιουργείται αγώγιμη διαδρομή μεταξύ των αγωγών με αποτέλεσμα την εκδήλωση σπινθηριστών. 5

52 .6.. : Αδυναμία εκδήλωσης σπινθηριστών σε γυμνούς αγωγούς χαμηλής τάσης. Στις γραμμές χαμηλής τάσης ( 4V/3V) με γυμνούς αγωγούς έχουμε απόσταση αγωγών d=3cm. Υποθέτουμε για λόγους σύγκρισης των αποτελεσμάτων ότι πρόκειται για τους ίδιους γυμνούς αγωγούς που αναφέραμε και στην περίπτωση της μέσης τάσης της προηγούμενης παραγράφου, όπου έχουμε: p 9,6,. Επομένως η πεδιακή ένταση για τάση U=,4 kv έχει την τιμή: U,,,666667kV/cm (.6..-) Η τιμή της ελάχιστης πεδιακής έντασης για την έναρξη μερικών εκκενώσεων έχει την ίδια τιμή με πριν στη μέση τάση, δηλαδη, V. Συνεπώς αποκλείεται η εκδήλωση σπινθηριστών σε αγωγούς χαμηλής τάσης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο σπινθηρισμοί είναι αρκετά συχνό ηλεκτρικό φαινόμενο στις γραμμές υψηλής και μέσης τάσης και όχι στους γυμνούς αγωγούς χαμηλής τάσης..6. Σπινθηρισμοί και τήγματα μετάλλου σε κακές ηλεκτρικές επαφές (επαφές με μεγάλη αντίσταση διάβασης ). Σε περιπτώσεις ηλεκτρικών επαφών με μεγάλη αντίσταση διάβασης (λόγο πχ μεγάλου ποσοστού οξέων σε ένα διακόπτη ή σε μια επαφή διακόπτη ) αυξάνει η πτώση τάσης αυξάνει η πτώση τάσης στην επαφή και μπορεί να δημιουργηθούν σπινθηρισμοί και τήγματα μετάλλου από τα υλικά του λιωμένου συνδέσμου. Η μέτρηση (συνήθως εξ αποστάσεως) της θερμοκρασίας στις επαφές αυτές (που γίνεται κατά τους κανονισμούς σε ετήσια βάση στις γραμμές μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας ) έχει δείξει στην πράξη ότι είναι ικανοποιητική για την αξιόπιστη λειτουργία τους. 5

53 .6.3 Αποκοπή ενός αγωγού του δικτύου διανομής χαμηλής τάσης. Κατά την αποκοπή ενός αγωγού και την πρόσπτωση του στη γη τίθεται το ερώτημα αν υπάρχει κίνδυνος ηλεκτροπληξίας και κίνδυνος πυρκαγιάς.με κριτήριο το ποιο τμήμα του κομμένου προσκρούει στο έδαφος διακρίνουμε τις περιπτώσεις:. Πρόσπτωση στο έδαφος τμήματος αγωγού από την μεριά της κατανάλωσης.. Πρόσπτωση στο έδαφος τμήματος αγωγού από την μεριά της παραγωγής Μελέτη πτώσης αγωγού στο έδαφος από την πλευρά της κατανάλωσης. Ως θερμαντική ικανότητα ενός υλικού έχει ορισθεί η ενέργεια που απαιτείται σε kcal για την πλήρη καύση Kg. Παραδείγματος χάριν η θερμαντική ικανότητα του χαρτιού είναι περίπου 389 kcal/kg, του υφάσματος 4 5 kcal/kg και για του ξύλου της τάξεως των 44 kcal/kg. [5,6]. Επειδή kw=86 kcal/h ή kwh=86kcal, η θερμική ικανότητα Υ kcal/kg ισοδυναμεί με Υ/86kWh/kg. Επομένως με βάση τα παραπάνω η θερμική ικανότητα του χαρτιού είναι 4,53kWh/kg, του υφάσματος 4,65 5,8 kwh/kg και του ξύλου 5, kwh/kg. Συνεπώς, για να καεί σε χρονική διάρκεια μιας ώρας kg από κάθε ένα από τα παραπάνω υλικά απαιτείται ισχύς : Για το χαρτί : 4,53 kw. Για το ύφασμα : 4,65 5,8 kw. Για το ξύλο : 5, kw. Είναι φανερό ότι από την συνολική αντίσταση R R T R μόνο η αντίσταση R R T θα προκαλέσει θερμικό φαινόμενο στην επιφάνεια του εδάφους. Επειδή στην χαμηλή τάση δεν συμβαίνει διάσπαση του αέρα σύμφωνα με το νόμο του Paschen ( δεν εκδηλώνεται τόξο ), μπορεί να θεωρηθεί ότι όλη η παραγόμενη θερμότητα προέρχεται από την αντίσταση η τιμή της οποίας είναι κατά την βιβλιογραφία σε περιπτώσεις αποκοπής αγωγού της τάξεως: R Ω 4Ω για την κεντρική ευρώπη. [7]. Για την Ελλάδα οι τιμές είναι λίγο μεγαλύτερες. Σύμφωνα με τα παραπάνω αν θεωρήσουμε ότι R R τότε συμπεραίνουμε εκ πρώτης όψεως ότι για κάθε τιμή του ρεύματος βραχυκύκλωσης ή διαρροής για την 53

54 οποία ισχύει πχ: P I R 453 θα μπορούσε να προκληθεί σε μια ώρα ανάφλεξη σε kg χαρτί και αντίστοιχα για κάθε τιμή P I R 5W θα μπορούσε να προκληθεί σε μια ώρα ανάφλεξη σε ένα κιλό ξύλο. Η παραπάνω σκέψη όμως δεν είναι σωστή καθώς σύμφωνα με τους κανόνες μετάδοσης της θερμότητας ένα σημαντικό μέρος της θερμότητας απάγεται από το θερμό τμήμα του αγωγού επί του εδάφους.. Με αγωγή. ( Δηλαδή μέσω της μάζας του αγωγού που επενεργεί ως ψύκτης ).. Με ακτινοβολία. (Ο αγωγός ακτινοβολεί θερμότητα προς το περιβάλλον). 3. Με μεταφορά. ( Μεταφορά θερμότητας μέσω του περιβάλλοντος μέσου, που είναι ο αέρας ). Στο τμήμα του αγωγού ( μάζας m ) που είναι επί της επιφάνειας της γης από την πλευρά του καταναλωτή η ηλεκτρική ισχύς δίνεται από τη σχέση: m c P P Hλεκτρική Ισχύς (.6.3.-) Γενικά ισχύει σε έναν αγωγό: m c P (.6.3.-) όπου: : Ροή θερμότητας στον αγωγό. c : Θερμοχωρητικότητα του υλικού του αγωγού. : Eπαγόμενη θερμική ισχύς σύμφωνα με τους κανόνες της φυσικής ( δηλαδή η επαγόμενη θερμική ισχύς με ακτινοβολία, αγωγή, και μεταφορά ). Πριν από την πτώση του αγωγού ισχύει η σχέση: m γ Α dx ( ) όπου: 54

55 γ : Πυκνότητα. Α : Διατομή του αγωγού. Αν θεωρηθεί ότι η ακτινοβολούμενη θερμότητα επάγεται επί του περιβάλλοντος μέσω μιας επιφάνειας Β ( Θεωρούμε την ακτινοβολούμενη θερμότητα λόγο του μικρού χρόνου ασήμαντη καθώς και λόγω του χρώματος του αγωγού που δεν είναι μαύρος και δεν είναι μέλαν σώμα ) η επαγόμενη ισχύς δίνεται από τη σχέση: K B ΔΘ ( ) Όπου 7 W [8]. Από τις σχέσεις.6.3- και.6.3- έπεται ότι: γ Α dx c K B ΔΘ ή dx dt ( ) H αρχική θερμοκρασία του αγωγού λόγω αποκοπής του αγωγού αλουμινίου (Θερμοκρασία αφαιρούμενης της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος ) δίνεται από την σχέση:,58 ( ) A Όπου: 55

56 I : Ρεύμα στη θέση πτώσης του αγωγού Α : Η διατομή του αγωγού σε mm. t : O χρόνος που διαρκεί το ρεύμα σφάλματος. Η τιμή της ( Θερμοκρασία που αναπτύσσεται στο υλικό με το οποίο έχει έρθει σε επαφή ο αγωγός αφαιρούμενης της θερμοκρασίας περιβάλλοντος ) για μήκος αγωγού L και για χρονικό διάστημα t είναι: L ln ΔΘ ln ΔΘ Κ Β γ Α c t ή L ( ) και αν θεωρηθεί ότι το Β είναι ένα πολλαπλάσιο του Α ν Α όπου ν L ( ) Από την παραπάνω σχέση παρατηρεί κανείς ότι όσο ο χρόνος αυξάνεται τόσο μειώνεται το. Επομένως ο αγωγός λειτουργεί ως ψύκτης. Η τιμή του είναι σε κάθε περίπτωση μικρότερη των 55 γιατί λόγω της δοκιμής υπερθέρμανσης ισχύει : 55 [,]. Συνεπώς δεν προκαλείται φωτιά. 56

57 .6.3. Μελέτη πτώσης αγωγού στο έδαφος από την πλευρά του υποσταθμού. Μετά την πτώση του αγωγού στο έδαφος από την μεριά του υποσταθμού το τμήμα του αγωγού που βρίσκεται σε επαφή με το έδαφος διαρρέεται από ρεύμα Ι U R R / R R T R / (.6.3.-) Η εκδήλωση ή μη πυρκαγιάς καθορίζεται από την τιμή της αντίστασης διάβασης R μεταξύ αγωγού και εδάφους. Ι R K B ΔΘ (.6.3.-) όπου: 7W/m ΔΘ Β π D L π 4 L 3,54 L A I R Κ 3,54 L A ΔΘ 4,8 L A ΔΘ R, L A ( ) όπου: L : Το μήκος του αγωγού στο οποίο γίνεται το σφάλμα Ι : To ρεύμα διαρροής. 57

58 Α : H διατομή του αγωγού. : Αντίσταση διάβασης. Η συνολική θερμοκρασία που αναπτύσσεται στο υλικό επαφής με τον αγωγό είναι: ΔΘ 4 ( ) Εάν η τιμή του είναι μεγαλύτερη από την θερμοκρασία του υλικού με το οποίο έχει έρθει σε επαφή η αγωγός τότε προκαλείται φωτιά. Παράδειγμα υπολογισμού : Αγωγός 6 mm, I=A, R Ω και L=4 m. Ι R 4,8 L A 4 4, Για τιμή ΔΘ έχουμε Θ 4 ικανή να προκαλέσει ανάφλεξη σε όλα τα υλικά του πίνακα Υλικό Θερμοκρασία ανάφλεξης σε Εφημερίδα 85 Μαλλί 8 έως 64 PVC 39 Xαρτί 3 Πευκόξυλο 8 έως 64 Πίνακας.6.3.-: Θερμοκρασία ανάφλεξης υλικών. 58

59 .7 Μηχανολογικά σχέδια πινάκων χαμηλής τάσης. Για την πραγματοποίηση ενός σημαντικού μέρους των περισσότερων ηλεκτροτεχνικών κατασκευών, χρειάζονται μηχανολογικά σχέδια όπως πίνακες χαμηλής τάσης και μέσης τάσης, ηλεκτρικές μηχανές, διακόπτες. []. Με σκοπό την ενημέρωση για τις παροχές χαμηλής τάσης της Δ.Ε.Η εξετάζονται παρακάτω ως παραδείγματα δύο βασικά μηχανολογικά σχέδια ενός πίνακα χαμηλής τάσης του δικτύου της. ( Σχήμα.7- και.7-) που αφορούν έναν πίνακα 6 διευθύνσεων ( ή 5 αναχωρήσεων ) ο οποίος αποτελείται από μία τριφασική είσοδο μέσω μονοπολικών αποζευκτών και πέντε τριφασικές αναχωρήσεις. Ο παραπάνω πίνακας είναι εξωτερικού χώρου. Από τις αναχωρήσεις ξεκινούν οι γραμμές ρευματοδότησης προς τις κατοικίες και τις βιομηχανικές εγκαταστάσεις χαμηλής τάσης. (τριφασικές παροχές 4V/5Hz και μονοφασικές παροχές 3V/5Hz Σχήμα.7-). Ένα απλοποιημένο σχέδιο του πίνακα 5 αναχωρήσεων ( ή 6 διευθύνσεων ) που διευκολύνει την κατανόηση της λειτουργίας του δίνεται στο Σχήμα.7-3. Όπως φαίνεται από το Σχήμα αυτό η τροφοδοσία από τον μετασχηματιστή μέσης τάσης (Σχήμα..-) γίνεται μέσω τεσσάρων μονοπολικών αποζευκτών. (ένας για κάθε φάση και ένας στον ουδέτερο ). Οι τριφασικές αναχωρήσεις του πίνακα είναι κατακόρυφες διακλαδώσεις πέντε οριζόντιων ζυγών ( R, S, T, O και ΜP ).Παρατηρεί κανείς ότι σε κάθε αναχώρηση αντιστοιχούν τέσσερεις ασφάλειοθήκες ( μία σε κάθε φάση και μία στον ουδέτερο ). Σημειώνεται ότι ασφάλειες τοποθετούνται μόνο στις τρεις φάσεις και ότι οι ασφαλειοθήκες του ουδετέρου γεφυρώνονται. Οι συνδέσεις των καλωδίων προ των αναχωρήσεων του πίνακα γίνονται στο ακροκιβώτιο που βρίσκονται ακριβώς κάτω από κάθε αναχώρηση. Η τροφοδοσία του πίνακα και μία αναχώρηση φαίνονται στις τομές Α-Α και Β-Β αντίστοιχα. Στην τομή Α-Α παρατηρεί κανείς κυρίως: Τον μονοπολικό αποζεύκτη της φάσης R και τον ζυγό (μπάρα ) εισόδου ως προς αυτόν, τους ζυγούς ( μπάρες ) και το ακροκιβώτιο της πρώτης αναχώρησης, δύο μονοτικά διαχωριστικά ( και ) και έναν πίνακα φωτισμού μετρήσεων. Τα ονομαστικά στοιχεία του αποζεύκτη είναι 8Α και 5V. Στην τομή Β-Β φαίνονται τα στοιχεία της πρώτης αναχώρησης : Οι τέσσερεις ασφαλειοθήκες, οι ζυγοί των τριών φάσεων και του ουδετέρου, το ακροκιβώτιο και το μονωτικό διαχωριστικό ( ). Οι ασφάλειες που τοποθετούνται στους πίνακες αυτούς είναι μαχαιρωτού τύπου με ονομαστικά στοιχεία 4Α/5V. Οι πίνακες χαμηλής τάσης της Δ.Ε.Η διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες []. ) Πίνακες με τριφασική είσοδο μέσω μονοπολικών αποζευκτών. α) Πίνακες 5 αναχωρήσεων (ή 6 διευθύνσεων ) όπως φαίνεται στα σχήματα.7-,.7- και.7-3. β) Πίνακες 8 αναχωρήσεων ( ή 9 διευθύνσεων ) που είναι εσωτερικού χώρου. ) Τα ακροκιβώτια ( τεσσάρων ή δύο ή και μιας αναχώρησης ), που είναι εξωτερικού χώρου και δεν έχουν στην είσοδο αποδεύκτες. 59

60 Σχήμα.7-: Πίνακας 6 διευθύνσεων του δικτύου χαμηλής τάσης της Δ.Ε.Η. ( 6 διευθύνσεις : Μία είσοδος και πέντε Αναχωρήσεις ). Σημείωση: Οι ασφαλειοθήκες του ουδετέρου γεφυρώνονται. R, S, T, O, MP : Ζυγοί φάσεων ( R, S και Τ ), ουδετέρου ( γείωσης (ΜP ). Aσ : Ασφαλειοθήκη 4Α, 5V. Aπ : Mονοπολικός αποζεύκτης 8Α, 5V. Aκ : Ακροκιβώτιο, γέφυρα μεταξύ Ο και MP. 6