ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΔΙΣΤΡΩΜΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΜΕ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΟΜΟΙΟΓΕΝΕΣ ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΕΙΩΣΗΣ ΒΑΛΑΒΑΝΗ ΓΑΒΡΙΕΛΑ ΑΕΜ:6615 Επιβλέπων καθηγητής : ΠΑΝΤΕΛΗΣ Ν. ΜΙΚΡΟΠΟΥΛΟΣ Θεσσαλονίκη 2015

2

Περιεχόμενα ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... 7 ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 9 1. Σχεδίαση και έλεγχος ασφάλειας συστημάτων γείωσης με βάση το πρότυπο IEEE Std 80-2000... 11 1.1 Στόχοι σχεδίασης... 11 1.2 Υπολογισμός των επιτρεπτών ορίων βηματικής τάσης και τάσης επαφής... 12 1.2.1 Τάση επαφής... 12 1.2.2 Βηματική τάση... 14 1.2.3 Επιτρεπτά όρια τάσεων... 15 1.3 Ειδική αντίσταση εδάφους... 16 1.3.1 Μέτρηση της ειδικής αντίστασης του εδάφους με την μέθοδο Wenner... 17 1.4 Μοντελοποίηση του εδάφους... 18 2. Εφαρμοφή και έλεγχος των ισοδύναμων ομοιογενών μοντέλων του προτύπου IEEE Std 80-2000... 21 2.1 Φωτοβολταϊκός σταθμός... 26 2.1.1 Πραγματικό έδαφος περιοχής εγκατάστασης... 27 2.1.2 Έδαφος 1 του προτύπου ΙΕΕΕ Std 80-2000... 31 2.1.3 Έδαφος 2 του προτύπου ΙΕΕΕ Std 80-2000... 33 2.2 Εφαρμογή σε συστήματα γείωσης από τους υποσταθμούς 20/0.4 kv του ελληνικού συστήματος διανομής... 36 2.2.1 Έδαφος που προέκυψε από τον φωτοβολταϊκό σταθμό... 37 2.2.2 Έδαφος 1 του προτύπου ΙΕΕΕ Std 80-2000... 48 2.2.3 Έδαφος 2 του προτύπου ΙΕΕΕ Std 80-2000... 56 2.3 Συζήτηση - συμπεράσματα... 67 3

3. Εύρεση ομοιογενούς μοντέλου εδάφους ισοδύναμου με διστρωματικό μοντέλο, με βάση την αντίσταση γείωσης... 73 3.1 Τετράγωνο κενό πλέγμα 20m x 20m... 73 3.1.1 Σταθερό το άνω στρώμα εδάφους... 73 3.1.2 Σταθερό το κάτω στρώμα εδάφους... 81 3.2 Τετράγωνο πυκνό πλέγμα 20m x 20m... 87 3.2.1 Σταθερό το άνω στρώμα εδάφους... 87 3.2.2 Σταθερό το κάτω στρώμα εδάφους... 95 3.3 Τετράγωνο κενό πλέγμα 40m x 40m... 101 3.3.1 Σταθερό το άνω στρώμα εδάφους... 101 3.3.2 Σταθερό το κάτω στρώμα εδάφους... 109 3.4 Τετράγωνο πυκνό πλέγμα 40m x 40m... 115 3.4.1 Σταθερό το άνω στρώμα εδάφους... 115 3.4.2 Σταθερό το κάτω στρώμα εδάφους... 122 3.5 Υπολογισμός εξίσωσης ειδικής αντίστασης ομοιογενούς εδάφους ισοδύναμης με διστρωματικό μοντέλο εδάφους... 127 3.5.1 Σταθερή ειδική αντίσταση του άνω στρώματος εδάφους... 127 3.5.2 Σταθερή ειδική αντίσταση του κάτω στρώματος εδάφους... 133 4. Συμπεράσματα... 134 4.1 Προτάσεις για μελλοντική έρευνα... 135 Βιβλιογραφία... 137 4

5

6

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα εργασία αποτελεί την διπλωματική μου εργασία για την απόκτηση του διπλώματος του Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Μηχανικού Υπολογιστών της Πολυτεχνικής σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Η εκπόνηση της εργασίας αυτής δεν θα ήταν δυνατή εάν δεν υπήρχε η αμέριστη στήριξη που μου πρόσφεραν κάποια άτομα. Θα ήθελα επομένως, να απευθύνω θερμές ευχαριστίες στον καθηγητή κ. Παντελή Μικρόπουλο για την επίβλεψη της διπλωματικής εργασίας, για την άψογη συνεργασία και καθοδήγηση. Επιπλέον, ευχαριστώ ιδιαίτερα τον υποψήφιο διδάκτορα Ζαχαρία Δάτσιο για την άμεση βοήθεια και για τις πολύτιμες συμβουλές του. Τέλος, ευχαριστώ την οικογένεια και τους φίλους μου που ήταν δίπλα μου σε κάθε μου βήμα. 7

8

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Σκοπός της εργασίας η προσέγγιση διστρωματικού μοντέλου εδάφους με ισοδύναμο ομοιογενές για διάφορα συστήματα γείωσης. Αρχικά, στο κεφάλαιο 1 της εργασίας γίνεται ανάλυση του σχεδιασμού και ελέγχου της ασφάλειας συστημάτων γείωσης με βάση το πρότυπο IEEE Std 80-2000. Αναφέρονται οι στόχοι της σχεδίασης, πως υπολογίζονται τα επιτρεπτά όρια βηματικής τάσης και τάσης επαφής και η μοντελοποίηση του εδάφους. Για τον σκοπό αυτό γίνεται η εισαγωγή κάποιων απαραίτητων εννοιών όπως είναι η τάση επαφής, η βηματική τάση και η ειδική αντίσταση εδάφους. Στο κεφάλαιο 2 εισάγεται, σύμφωνα με το πρότυπο ΙΕΕΕ Std 80-2000, η ανάγκη κάθε μοντέλο εδάφους να μπορεί να εκφραστεί με ένα ομοιογενές ισοδύναμο μοντέλο. Εισάγονται επίσης, δύο μέθοδοι υπολογισμού της ειδικής αντίστασης για τα ισοδύναμα ομοιογενή εδάφη και έπειτα από την εφαρμογή τους σε ένα σύστημα γείωσης στο πρότυπο, δύο μοντέλα εδάφους. Χρησιμοποιώντας τα μοντέλα εδάφους αυτά και τις μεθόδους του προτύπου, ακολουθεί στο κεφάλαιο αυτό η εφαρμογή τους σε έναν φωτοβολταϊκό σταθμό, καθώς και σε πέντε συστήματα γείωσης των υποσταθμών 20/0,4 kv του ελληνικού συστήματος διανομής. Στο κεφάλαιο 3, στόχος είναι η εύρεση ομοιογενούς μοντέλου εδάφους ισοδύναμου με διστρωματικό, με βάση την αντίσταση γείωσης. Για το λόγο αυτό, μελετάται η συμπεριφορά τεσσάρων πλεγμάτων γείωσης διαφορετικού μεγέθους και εσωτερικού βρόχου, σε διστρωματικά μοντέλα εδάφους, στα οποία μεταβάλλεται η ειδική αντίσταση άλλοτε του άνω κι άλλοτε του κάτω στρώματος. Έπειτα χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα της παραπάνω μελέτης, έγινε προσπάθεια δημιουργίας δύο εξισώσεων ισοδύναμης ειδικής αντίστασης, η μία για την περίπτωση σταθερής ειδικής αντίστασης άνω στρώματος και η άλλη για την περίπτωση σταθερής ειδικής αντίστασης κάτω στρώματος. Κατορθώθηκε να προσδιοριστεί μόνο η πρώτη εξίσωση. Η εξίσωση αυτή προέκυψε με τη βοήθεια του λογισμικού OriginPro και εξαρτάται από το βάθος άνω στρώματος. Παραθέτονται τα διαγράμματα των «διορθωμένων» καμπυλών που σχηματίζονται από τα σημεία ανηγμένης ειδικής αντίστασης των διστρωματικών μοντέλων σε σύγκριση με την καμπύλη που προέκυψε από το OriginPro σε συνάρτηση του βάθους άνω στρώματος και για τις τέσσερις περιπτώσεις πλεγμάτων γείωσης και αποδυκνείεται η αποτελεσματικότητά της. 9

10

1. Σχεδίαση και έλεγχος ασφάλειας συστημάτων γείωσης με βάση το πρότυπο IEEE Std 80-2000 1.1 Στόχοι σχεδίασης Η σχεδίαση ενός ασφαλούς συστήματος γείωσης απαιτεί τον υπολογισμό των επιτρεπτών ορίων της τάσης επαφής και της βηματικής τάσης, τα οποία δεν πρέπει να υπερβαίνονται, καθώς και τον υπολογισμό της αντίστασης γείωσης, της ανύψωσης του δυναμικού του συστήματος γείωσης και των βηματικών τάσεων και τάσεων επαφής που προκύπτουν στην χειρότερη περίπτωση σφάλματος γείωσης. Αυτές οι σχεδιαστικές παράμετροι εξαρτώνται από την ειδική αντίσταση του εδάφους της περιοχής εγκατάστασης. Σύμφωνα με το πρότυπο ΙΕΕΕ Std 80-2000 [1] και την τελευταία αναθεώρησή του [2], το σύστημα γείωσης παρέχει τα κατάλληλα μέσα ώστε να διοχετεύεται το ρεύμα στη γη, σε κανονικές ή συνθήκες σφάλματος χωρίς να προκαλείται υπέρβαση των ορίων λειτουργίας του εξοπλισμού. Ωστόσο, το σύστημα γείωσης πρέπει να επιτρέπει τη ροή αρκετού ρεύματος σφάλματος ώστε να λειτουργήσουν οι συσκευές ασφάλειας της εγκατάστασης και να απομονωθεί το σφάλμα. Το ασφαλές σχέδιο συστήματος γείωσης μιας τεχνικής εγκατάστασης βασίζεται στην προστασία των ατόμων που βρίσκονται στην περιοχή εγκατάστασης ή γύρω από αυτήν, ενάντια σε καταστάσεις κινδύνου. Πιθανές καταστάσεις κινδύνου είναι οι παρακάτω: Μεγάλο ρεύμα σφάλματος προς γη σε σχέση με το σύστημα γείωσης και την αντίστασή του προς την άπειρη γη. Τέτοια ειδική αντίσταση εδάφους και κατανομή ρευμάτων σφάλματος ώστε να εμφανίζονται μεγάλες διαφορές δυναμικού στην επιφάνεια του εδάφους. Παρουσία ανθρώπου σε τέτοια θέση ώστε το σώμα του να γεφυρώνει σημεία με μεγάλη διαφορά δυναμικού. Απουσία ικανής αντίστασης σε σειρά με τον άνθρωπο, που να περιορίζει το ρεύμα που διέρχεται από το σώμα του στις προηγούμενες περιπτώσεις. Διάρκεια ροής του ρεύματος σφάλματος μέσα από το σώμα τέτοια ώστε να προκαλεί σωματικές βλάβες ή ακόμη και θάνατο. 11

1.2 Υπολογισμός των επιτρεπτών ορίων βηματικής τάσης και τάσης επαφής 1.2.1 Τάση επαφής Η τάση επαφής εμφανίζεται μεταξύ του χεριού και των ποδιών ενός ανθρώπου, όταν έρχεται σε επαφή με ένα γειωμένο αντικείμενο της εγκατάστασης. Πρόκειται δηλαδή για την διαφορά δυναμικού μεταξύ της ανύψωσης δυναμικού του συστήματος γείωσης (GPR) και της επιφάνειας του εδάφους στο σημείο που στέκεται ο άνθρωπος. Στο σχήμα 1.2.1, παρουσιάζεται η περίπτωση όπου ένας άνθρωπος έρχεται σε επαφή με το χέρι του στο σημείο Η, με ένα μεταλλικό γειωμένο αντικείμενο της εγκατάστασης, όταν συμβαίνει ένα σφάλμα. Το ρεύμα σφάλματος Ι f οδηγείται στην γη μέσω του πλέγματος γείωσης. Το σημείο Η έχει το ίδιο δυναμικό με το σύστημα γείωσης ενώ το σημείο F είναι η περιοχή της γης που είναι σε επαφή με τα πόδια. Το ρεύμα Ι b ρέει από το σημείο Η στο προς το σημείο F. Σχήμα 1.2.1 Τάση επαφής [1] Οι αντιστάσεις του ισοδύναμου κυκλώματος που αντιστοιχούν στο παραπάνω σχήμα παρουσιάζονται στο σχήμα που ακολουθεί. Η αντίσταση R g είναι η αντίσταση γείωσης και η R f είναι η αντίσταση του ποδιού σε σχέση με τη γη. 12

Σχήμα 1.2.2 Οι αντιστάσεις κατά την τάση επαφής [1] Με την βοήθεια του θεωρήματος Thevenin (επόμενο σχήμα), σχηματίζεται το κυκλωματικό ισοδύναμο του κυκλώματος σφάλματος στην περίπτωση τάσης επαφής. Η τάση V th, είναι η τάση μεταξύ των σημείων H και F, όταν ο άνθρωπος απουσιάζει. Η αντίσταση Thevenin, Z th, είναι η αντίσταση όπως φαίνεται από τα σημεία H και F, με τις πηγές του κυκλώματος βραχυκυκλωμένες. Τελικά το ρεύμα I b που διαρρέει τον άνθρωπο δίνεται από: Ι b = V th Z th +R B με R B την αντίσταση του σώματος (1.1) Σχήμα 1.2.3 Ισοδύναμο Thevenin για την τάση επαφής [1] Η αντίσταση Z th, ισούται με τον παράλληλο συνδυασμό των ποδιών του ανθρώπου και επομένως είναι ίση με: Z th = R f 2 (1.2) 13

Αν ληφθεί ως ακτίνα του δίσκου (με τον οποίο προσεγγίζεται η αντίσταση του πέλματος) b, η τυπική της τιμή που είναι ίση με 0.08 m, η αντίσταση Thevenin προκύπτει: Z th = R f 2 = 1.5ρ (1.3) Τελικά η τάση επαφής για ρεύμα Ι B ίσο με Ib είναι ίση με με R B την αντίσταση του σώματος. Ε touch = I B (R B + 1.5ρ) (1.4) 1.2.2 Βηματική τάση Η βηματική τάση είναι η διαφορά δυναμικού ανάμεσα στα πόδια ενός ατόμου, όταν το άτομο γεφυρώνει με τα πόδια του μια απόσταση 1 m, χωρίς να είναι σε επαφή με άλλα γειωμένα αντικείμενα. Όπως φαίνεται στο επόμενο σχήμα, το ρεύμα I b περνά από το ένα πόδι του ανθρώπου στο σημείο F 1 και καταλήγει μέσω του σώματος στο άλλο του πόδι στο σημείο F 2. Τα σημεία F 1 και F 2 είναι τα σημεία της επιφάνειας του εδάφους που είναι σε επαφή με τα πόδια. Σχήμα 1.2.4 Βηματική τάση [1] Το ισοδύναμο Thevenin φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Η τάση V th είναι η τάση μεταξύ των σημείων F 1 και F 2, όταν ο άνθρωπος απουσιάζει. Η αντίσταση Thevenin, Z th, είναι η αντίσταση όπως φαίνεται από τα σημεία F 1 και F 2, με τις πηγές του κυκλώματος βραχυκυκλωμένες. 14

Τελικά το ρεύμα I b που διαρρέει τον άνθρωπο δίνεται από την εξίσωση: Ι b = V th Z th +R B (1.5) Σχήμα 1.2.5 Ισοδύναμο Thevenin για την βηματική τάση [1] Η αντίσταση Z th ισούται με τον εν σειρά συνδυασμό των ποδιών του ανθρώπου και επομένως είναι ίση με Z th = 2R f = 6ρ. Άρα η βηματική τάση προκύπτει: E step = I B (R B + 6ρ) (1.6). 1.2.3 Επιτρεπτά όρια τάσεων Τα επιτρεπτά όρια της τάσης προέρχονται από τα ρεύματα που μπορεί να ανεχθεί το ανθρώπινο σώμα τα οποία δεν προκαλούν κοιλιακή μαρμαρυγή. Τα όρια αυτά εξαρτώνται από την ειδική αντίσταση του εδάφους και από την διάρκεια σφάλματος στην οποία εκτίθεται το άτομο. Σε περίπτωση σφάλματος, ο βαθμός πλήγματος εξαρτάται από την ενέργεια που απορροφάται από το σώμα μέχρι να εκκαθαριστεί το σφάλμα ή να διακοπεί η λειτουργία του συστήματος. 15

Τα επιτρεπόμενα όρια βηματικής τάσης και τάσης επαφής δίνονται από τις σχέσεις αντίστοιχα: Ε step = (1000 + 5C s ρ s ) k E touch =(1000 + 1.5C s ρ s ) k t s, με k=0.116 για βάρος 50kg ή k=0.157 για βάρος 70kg (1.7) t s, με k=0.116 για βάρος 50kg ή k=0.157 για βάρος 70kg (1.8). Με t s (s) συμβολίζουμε την διάρκεια ρεύματος σφάλματος και με C s έναν παράγοντα υποβιβασμού που εισάγεται όταν ένα υλικό επιφάνειας, λεπτού στρώματος και υψηλής ειδικής αντίστασης απλώνεται στην επιφάνεια της γης στην περιοχή εγκατάστασης, ώστε να αυξηθεί η αντίσταση επαφής μεταξύ του εδάφους και των ποδιών του ατόμου. Ο συντελεστής αυτός δίνεται από την σχέση: 0.09 (1 ρ ρ ) C s = 1 s 2h s + 0.09 (1.9) όπου ρ (Ωm) η αντίσταση του εδάφους και ρ s η ειδική αντίσταση του υλικού της επιφάνειας. Εάν δεν εφαρμόζεται κανένα υλικό στην επιφάνεια τότε ρ s = ρ και C s =1. 1.3 Ειδική αντίσταση εδάφους Η γη χρησιμοποιείται ως το μέσο στο οποίο άγονται και διαχέονται τα ρεύματα σφάλματος μιας εγκατάστασης και παρέχει ένα δυναμικό αναφοράς για τις μετρούμενες τάσεις. Το έδαφος συνήθως, μπορεί να παρασταθεί όπως ένας αγωγός με αντίσταση r παράλληλα με ένα διηλεκτρικό. Η γη όμως, μπορεί να παρασταθεί με μια αντίσταση καθώς το ρεύμα φόρτισης είναι αμελητέο συγκριτικά με το ρεύμα διαρροής. Σχήμα 1.3.1 Μοντέλο εδάφους [1] 16

Η ειδική αντίσταση του εδάφους που αποτελεί ένα μετρο της ικανότητας της γης να εμποδίζει την αγωγή του ρεύματος στην γη, επηρεάζεται από την παρακάτω σειρά παραγόντων: θερμοκρασία, υγρασία, πίεση και χημική σύσταση ένταση ρεύματος μορφή της τάσης πεδιακή ένταση Οι υψηλότερες τιμές της ειδικής αντίστασης εδάφους λαμβάνονται σε παρατεταμένες περιόδους ξηρασίας λόγω της χαμηλής περιεκτικότητας του εδάφους σε υγρασία ή το χειμώνα, όταν το νερό στα ανώτερα στρώματα του εδάφους είναι παγωμένο. Οπότε, οι μετρήσεις της ειδικής αντίστασης εδάφους πρέπει να γίνονται σε κατάλληλες περιόδους ώστε να έχουμε συντηρητικά αποτελέσματα. 1.3.1 Μέτρηση της ειδικής αντίστασης του εδάφους με την μέθοδο Wenner Η μέθοδος αυτή είναι η πιο συχνά εφαρμοζόμενη. Χρησιμοποιεί τέσσερα ηλεκτρόδια θαμμένα στο έδαφος σε βάθος b, σε ευθεία και σε ίση απόσταση a μεταξύ τους, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.3.2. Η τάση μεταξύ των δύο μεσαίων ηλεκτροδίων μετριέται και διαιρείται με το ρεύμα που διαρρέει τα δύο εξωτερικά ηλεκτρόδια. Το πηλίκο δίνει την αντίσταση R. Σχήμα 1.3.2 Μέθοδος Wenner τεσσάρων ηλεκτροδίων [1] 17

Η ειδική αντίσταση του εδάφους δίνεται από τον τύπο: ρ = 1 + 4παR 2a a 2 + 4b 2 (1.10) a a 2 + b 2 Όπου ρ η ειδική αντίσταση του εδάφους (Ωm) R η μετρούμενη αντίσταση (Ω) α η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών ηλεκτροδίων (m) b το βάθος που φτάνουν τα ηλεκτρόδια (m) Αν b << α, η ειδική αντίσταση δίνεται από τον προσεγγιστικό τύπο: ρ = 2παR (1.11) Με τους παραπάνω τύπους υπολογίζουμε την ειδική ανίσταση ρ σε βάθος α, σε περιπτώσεις που δεν υπάρχουν μεγάλες διαφορές στην ειδική αντίσταση από στρώμα σε στρώμα. 1.4 Μοντελοποίηση του εδάφους Η επιλογή του κατάλληλου μοντέλου εδάφους με βάση τις μετρήσεις της ειδικής αντίστασης είναι από τα δυσκολότερα μέρη της μελέτης και σχεδίασης ενός συστήματος γείωσης. Στόχος είναι η προσέγγιση του εδάφους με ένα ή περισσότερα στρώματα, ώστε η απόκλιση της ειδικής αντίστασης σε κάθε σημείο του μοντέλου εδάφους από τις πειραματικές μετρήσεις να είναι η ελάχιστη. Τα πιο διαδεδομένα μοντέλα εδάφους είναι το ομοιογενές και το διστρωματικό. Το πολυστρωματικό μοντέλο χρησιμοποιείται στην περίπτωση όπου η διακύμανση της ειδικής αντίστασης συναρτήσει του βάθους παρουσιάζει τοπικά μέγιστα και ελάχιστα. Το μοντέλο ομοιογενούς εδάφους χρησιμοποιείται για εδάφη με ομοιόμορφη ειδική αντίσταση ή ακόμα και για μετρήσεις ειδικής αντίστασης που δεν απέχουν πολύ μεταξύ τους. Μια πιο ακριβής προσέγγιση του εδάφους μπορεί να γίνει με τη χρήση του μοντέλου διστρωματικού εδάφους. Αυτό αποτελείται από το ανώτερο στρώμα, ορισμένου πάχους και ειδικής αντίστασης καθώς και το κατώτερο στρώμα απείρου πάχους και διαφορετικής ειδικής αντίστασης από το υπερκείμενό του. 18

Για τον προσδιορισμό των παραμέτρων πάχους και ειδικής αντίστασης του μοντέλου εδάφους έχουν αναπτυχθεί πολλές μέθοδοι. [1]-[3] 19

20

2 Εφαρμοφή και έλεγχος των ισοδύναμων ομοιογενών μοντέλων του προτύπου IEEE Std 80-2000 Στο πρότυπο ΙΕΕΕ Std 80-2000 [1] έχουν γίνει πολλές παραδοχές για την ανάπτυξη απλουστευμένων εξισώσεων υπολογισμού της αντίστασης γείωσης, των τάσεων επαφής και των βηματικών τάσεων που αναπτύσσονται σε περίπτωση σφάλματος γης. Μια τέτοια παραδοχή είναι ότι οι εξισώσεις αυτές ισχύουν μόνο για ομοιογενή μοντέλα εδάφους. Συνεπώς υπάρχει η ανάγκη κάθε μοντέλο εδάφους να μπορεί να εκφραστεί με ένα ομοιογενές ισοδύναμο μοντέλο για τις ανάγκες του προτύπου. Μερικές φορές, σε ένα πολυστρωματικό έδαφος η μεταβολή της φαινόμενης ειδικής αντίστασης εδάφους ρ α σε σχέση με το βάθος δεν είναι τόσο σημαντική. Τέτοιο έδαφος μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα ομοιόμορφο έδαφος με μια ενιαία τιμή ειδικής αντίστασης εδάφους. Αν και είναι δύσκολο να πει κανείς εάν το έδαφος μπορεί να θεωρηθεί ομοιογενές ή όχι, η προσέγγιση η οποία ακολουθήθηκε στο πρότυπο συνίσταται ορίζοντας ότι το ισοδύναμο ομοιογενές μοντέλο εδάφους βασίζεται στις μετρήσεις της ειδικής αντίστασης του εδάφους σε πολλά σημεία της περιοχής εγκατάστασης. Σύμφωνα με πρότυπο ΙΕΕΕ Std 80-2000, βάσει των μετρήσεων, προτείνονται λοιπόν, δύο μέθοδοι υπολογισμού της ειδικής αντίστασης για τα ισοδύναμα ομοιογενή εδάφη. Η πρώτη μέθοδος χρησιμοποιεί την σχέση 2.1: ρ α(ν1) = ρ α(1)+ρ α(2) +ρ α(3) + +ρ α(n) n (2.1) Όπου ρ α(1), ρ α(2), ρ α(3),..., ρ α(n) είναι οι φαινόμενες τιμές της ειδικής αντίστασης που έχουν μετρηθεί όταν τοποθετούνται τα ηλεκτρόδια σε διαφορετικά διαστήματα α σε περίπτωση που χρησιμοποιείται η μέθοδος Wenner και n ο συνολικός αριθμός των μετρήσεων. Ουσιαστικά η σχέση 2.1 είναι ο μέσος όρος των φαινόμενων ειδικών αντιστάσεων που προέκυψαν από τις μετρήσεις στα διάφορα σημεία. Η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιεί για τον υπολογισμό της ειδικής αντίστασης του ισοδύναμου ομοιογενούς εδάφους την σχέση 2.2: ρ α(αν2) = ρ α(max)+ρ α(min) 2 (2.2) Όπου ρ α(max) είναι η μέγιστη τιμή της φαινόμενης ειδικής αντίστασης σε Ωm και ρ α(min) είναι η ελάχιστη τιμή της φαινόμενης ειδικής αντίστασης σε Ωm. 21

Έτσι, η ισοδύναμη ειδική αντίσταση είναι το ημιάθροισμα των δύο ακραίων τιμών της ελάχιστης και της μέγιστης τιμής της φαινόμενης ειδικής αντίστασης που προέκυψαν από τις μετρήσεις. Η σχέση εφαρμόζεται σε περιπτώσεις που η διαφορά μεταξύ των δύο ακραίων τιμών είναι μέτρια. Οι φαινόμενες ειδικές αντιστάσεις που μετρήθηκαν σε δύο διαφορετικές περιοχές χρησιμοποιήθηκαν για να ληφθούν τρία διαφορετικά μοντέλα εδάφους για την κάθε περιοχή, τα δύο ομοιογενή ισοδύναμα που προκύπτουν από τις σχέσεις 2.1 και 2.2 και ένα μοντέλο δύο στρωμάτων, υπολογισμένο από το λογισμικό που προέκυψε μέσω του ερευνητικού προγράμματος EPRI TR-100622. Στο σχήμα 2.1 που ακολουθεί φαίνεται το σύστημα γείωσης που χρησιμοποιήθηκε για τη διερεύνηση της καταλληλότητας των ισοδύναμων ομοιογενών μοντέλων χρησιμοποιώντας τα δύο σύνολα μετρήσεων ειδικής αντίστασης εδάφους. Σχήμα 2.1 Σύστημα γείωσης μετρήσεων προτύπου [1] Στον πίνακα 2.1 παρουσιάζεται η σύγκριση των παραμέτρων γείωσης που υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας το μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων με εκείνες που υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας το ομοιογενές μοντέλο εδάφους που αντιπροσωπεύεται από την ρ α(αν2) για τα δύο τυπικά εδάφη. Οι τιμές των μετρήσεων της ειδικής αντίστασης εδάφους φαίνονται στον πίνακα 2.2. 22

Πίνακας 2.1 Παράμετροι γείωσης υπολογισμένες για έδαφος δύο-στρωμάτων σε σύγκριση με εκείνες που υπολογίστηκαν με ισοδύναμο ομοιογενές μοντέλο εδάφους Τύπος εδάφους Παράμετροι γείωσης με το μοντέλο εδάφους δύο στρωμάτων ρ 1, ρ 2, h R g Ωm, Ωm Ωm 1 100, 300, 6.1 2 300, 100, 6.1 E m (V) E s (V) ρ (αν2) Παράμετροι γείωσης με το ομοιογενές μοντέλο εδάφους R g E m (V) E s (V) Ωm Ωm 1.28 126 85 158 0.89 151 86 0.72 187 92 193 1.09 185 106 Πίνακας 2.2 Αντίσταση και υπολογισμένη ειδική αντίσταση για το μοντέλο εδάφους 1 και το μοντέλο εδάφους 2 για τον Πίνακα 2.1, βασισμένες στην μέθοδο τεσσάρων ηλεκτροδίων Αποστάσεις ηλεκτροδίων Τύπος εδάφους 1 Τύπος εδάφους 2 (m) Αντίσταση (Ω) Ειδική αντίσταση ρ α (Ωm) Αντίσταση (Ω) Ειδική αντίσταση ρ α (Ωm) 0.305 29.73 56.94 89.13 170.74 0.915 15.33 88.07 45.85 263.46 1.524 9.97 95.48 29.55 283.06 4.573 3.85 110.71 9.39 269.67 6.098 3.15 120.76 6.46 247.57 9.146 2.49 143.1 3.52 202.12 15.244 1.9 181.7 1.5 144.05 21.341 1.56 208.78 0.9 120.28 27.439 1.32 227.75 0.64 110.68 33.537 1.15 241.48 0.51 106.41 39.634 1.01 251.77 0.42 104.34 45.731 0.9 259.76 0.36 103.16 23

Ειδική αντίσταση (Ωm) Ακολουθεί γράφημα στο οποίο αναπαρίσταται η φαινόμενη ειδική αντίσταση (Ωm) σε συνάρτηση της απόστασης των ηλεκτροδίων (m) για το μοντέλο εδάφους 1. 300.0 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Απόσταση ηλεκτροδίων (m) Σχήμα 2.2 Μοντέλο εδάφους 1 Σύμφωνα με τα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω, οι ισοδύναμες ειδικές αντιστάσεις που προέκυψαν κατόπιν χρήσης των σχέσεων 2.1 και 2.2 για το μοντέλο εδάφους 1 συγκεντρώνονται στον πίνακα 2.3. Πίνακας 2.3 Ισοδύναμες ειδικές αντιστάσεις ομοιογενών εδαφών για το μοντέλο 1 ρ α(αν1) ρ α(min) ρ α(max) 162.4 Ωm 69.8 Ωm 258.5Ωm ρ α(αν2) 164.15 Ωm 24

Ειδική αντίσταση (Ωm) Ομοίως, ακολουθεί γράφημα στο οποίο αναπαρίσταται η φαινόμενη ειδική αντίσταση (Ωm) σε συνάρτηση της απόστασης των ηλεκτροδίων (m) και για το μοντέλο εδάφους 2, καθώς επίσης και ο πίνακας 2.4 στον οποίο συγκεντρώνονται οι ισοδύναμες ειδικές αντιστάσεις που ποροέκυψαν κατόπιν χρήσης των σχέσεων 2.1 και 2.2. 350.0 300.0 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Απόσταση ηλεκτροδίων (m) Σχήμα 2.3 Μοντέλο εδάφους 2 Πίνακας 2.4 Ισοδύναμες ειδικές αντιστάσεις ομοιογενών εδαφών για το μοντέλο 2 ρ α(αν1) ρ α(min) ρ α(max) 190.7 Ωm 103.4 Ωm 291.1 Ωm ρ α(αν2) 197.25 Ωm 25

Για να πραγματοποιηθεί ο έλεγχος των ισοδύναμων ομοιογενών μοντέλων του προτύπου IEEE Std 80-2000 χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα CYMGrd [4]. Το CYMGrd είναι ένα πρόγραμμα το οποίο βοηθάει τους μηχανικούς να σχεδιάσουν εγκαταστάσεις γείωσης. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ώστε να υπολογίσει ισοδύναμα μοντέλα εδάφους από τις μετρήσεις της ειδικής αντίστασης, να υπολογίσει την ανύψωση του δυναμικού και να εκτιμήσει το σημείο κινδύνου σε κάθε περιοχή που μας ενδιαφέρει. Το πρόγραμμα υποστηρίζει ανάλυση της ειδικής αντίστασης λαμβάνοντας υπόψη μετρήσεις πεδίου, μια ανάλυση απαραίτητη για να οδηγηθούμε σε ένα μοντέλο εδάφους, το οποίο μεταγενέστερα θα χρησιμοποιηθεί για ανάλυση των δυναμικών ανυψώσεων. Υποστηρίζει ανάλυση μοντέλων εδάφους με ένα στρώμα καθώς και δύο στρωμάτων. Επίσης υπολογίζει τα όρια βηματικών τάσεων και τάσεων επαφής σύμφωνα με το πρότυπο IEEE Std 80-2000. Ο χρήστης καθορίζει το προσδοκώμενο μέγεθος του ρεύματος σφάλματος, το πάχος και την ειδική αντίσταση του υλικού επιφανείας, το βάρος σώματος και τον χρόνο αναμενόμενης έκθεσης. Το CYMGrd είναι ικανό να εκτελέσει διαστασιολόγηση ηλεκτροδίων γείωσης. Μπορεί επίσης, να καθορίσει την ισοδύναμη αντίσταση των πλεγμάτων γείωσης σε περίπτωση αυθαίρετων σχημάτων, τα οποία αποτελούνται από αγωγούς γείωσης, ράβδους και αγωγούς σε σχήμα. Το πρόγραμμα υπολογίζει την τάση επιφανείας και τις κλίσεις δυναμικού της τάσης επαφής σε κάθε σημείο ενδιαφέροντος μέσα στην περιοχή που διερευνούμε. Το CYMGrd μπορεί να παράξει επίσης, ισοδυναμικές καμπύλες για επιφανειακές τάσεις και δυναμικά προφίλ που δείχνουν τάσεις επαφής και βηματικές τάσεις κατά μήκος κάθε κατεύθυνσης. 2.1 Φωτοβολταϊκός σταθμός Στην ενότητα αυτή εφαρμόζουμε τα μοντέλα εδάφους του προτύπου IEEE Std 80-2000 (πίνακες 2.1-2.4) σε έναν φωτοβολταϊκό σταθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας 3 ΜWp [5], ο οποίος σχεδιάστηκε σύμφωνα με τις αρχές του προτύπου ώστε να είναι ασφαλής και οικονομικά αποδοτικός θεωρώντας τα μεταλλικά μέρη των θεμελίων των συστοιχιών των φωτοβολταϊκών πάνελ ως βοηθητικά ηλεκτρόδια γείωσης και συνδέεται σε δίκτυο διανομής 20 kv. Για την σχεδίαση του συστήματος γείωσης του φωτοβολταϊκού σταθμού το δυσμενότερο βραχυκύκλωμα αντιστοιχεί σε ένα μονοφασικό σφάλμα γης στον κεντρικό υποσταθμό. Στην περίπτωση αυτή, το συμμετρικό ρεύμα σφάλματος γης θεωρήθηκε 1 ka με διάρκεια 0.5 s, η οποία αντιστοιχεί σε χρόνο εκκαθάρισης σφάλματος της πρωτεύουσας προστασίας. 26

Κεντρικός Υ/Σ Βοηθητικό Κτίριο 85m Ομάδα Συστοιχιών 1 Ομάδα Συστοιχιών 2 Ομάδα Συστοιχιών 7 Ομάδα Συστοιχιών 8 Υ/Σ 1 Υ/Σ 2 265 m Ομάδα Συστοιχιών 3 Ομάδα Συστοιχιών 4 Ομάδα Συστοιχιών 9 Ομάδα Συστοιχιών 10 Υ/Σ 3 78 m Ομάδα Συστοιχιών 5 Ομάδα Συστοιχιών 6 Ομάδα Συστοιχιών 11 Ομάδα Συστοιχιών 12 49 m 219 m Σχήμα 2.1.1 Διάταξη φωτοβολταϊκού σταθμού 3ΜWp [5] 2.1.1 Πραγματικό έδαφος περιοχής εγκατάστασης Για τον εξεταζόμενο φωτοβολταϊκό σταθμό, η μέτρηση της ειδικής αντίστασης του εδάφους έγινε με την μέθοδο Wenner. Έγιναν μετρήσεις σε οκτώ θέσεις στην περιοχή εγκατάστασης και για αποστάσεις μεταξύ των ηλεκτροδίων έως και 32 m. Καθώς η φαινόμενη ειδική αντίσταση εδάφους αυξάνει με την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, ένα μοντέλο εδάφους δύο στρωμάτων αναπαριστά ικανοποιητικά τις πραγματικές συνθήκες εδάφους. 27

Το βέλτιστο μοντέλο εδάφους που προέκυψε μέσω του λογισμικού CYMGrd αποτελείται από ένα ανώτερο στρώμα πεπερασμένου βάθους 4.45 m και ειδικής αντίστασης 2795.58 Ωm και ένα χαμηλότερο στρώμα άπειρου βάθους και ειδικής αντίστασης 7249.88 Ωm. Μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων ρ 1 = 2795. 58 Ωm, h = 4. 45 m και ρ 2 = 7249. 88 Ωm Τα αποτελέσματα των μετρήσεων της ειδικής αντίστασης με την μέθοδο Wenner συγκεντρώνονται στον παρακάτω πίνακα: Απόσταση ηλεκτροδίων (m) Πίνακας 2.1.1 Αποτελέσματα μετρήσεων ειδικής αντίστασης με τη μέθοδο Wenner 2 4 8 16 32 ρ α (Ωm) 3028 2944 4507 5298 6429 Σύμφωνα με τα όσα εισήχθηκαν στο κεφάλαιο 2, τις σχέσεις 2.1 και 2.2 του προτύπου IEEE Std 80-2000 και τέλος τον πίνακα 2.1.2 προκύπτουν δύο ομοιογενή μοντέλα εδάφους με ισοδύναμες ειδικές αντιστάσεις που καταγράφονται στον παρακάτω πίνακα: Πίνακας 2.1.2 Ισοδύναμες ειδικές αντιστάσεις ομοιογενών μοντέλων προτύπου IEEE Std 80-2000 ρ α(αν1) ρ α(min) ρ α(max) ρ α(αν2) 4441.2 Ωm 2944 Ωm 6429 Ωm 4686.5 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 1 με ρ α(αν1) = 4441. 2 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 2 με ρ α(αν2) = 4683. 5 Ωm 28

Ακολουθεί εικόνα για το φωτοβολταϊκό σταθμό που λήφθηκε από το λογισμικό CYMGrd, στην οποία σημειώνεται με πράσινο χρώμα η χειρότερη (πιο επικύνδινη) διαδρομή, η οποία είναι για: x 1 = 237.9 m, y 1 = 91.7 m x 2 = 286.5 m, y 2 = 91.7 m Σχήμα 2.1.2 Έλεγχος στο φωτοβολταϊκό σταθμό 29

Τάση επαφής (V) Από την εφαρμογή των μοντέλων εδάφους στο φωτοβολταϊκό σταθμό και μέσω του λογισμικού CYMGrd προέκυψαν τα παρακάτω γραφήματα για την τάση επαφής και για το δυναμικό επιφανείας αντίστοιχα. 1200 1000 800 600 400 200 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 10 20 30 40 50 60 Μήκος (m) Σχήμα 2.1.3 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 30

Δυναμικό επιφανείας (V) 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 10 20 30 40 50 60 Μήκος (m) Σχήμα 2.1.4 Συγκριτικό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Παρατηρούμε από το σχήμα 2.1.3 ότι η μεγαλύτερη τάση επαφής για το φωτοβολταϊκό σταθμό εμφανίστηκε στην περίπτωση εφαρμογής του ομοιογενούς μοντέλου εδάφους 2. Αυτό όμως, δεν ισχύει για το δυναμικό επιφανείας. Από το σχήμα 2.1.4 παρατηρεί κανείς ότι το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας εμφανίστηκε στην περίπτωση του μοντέλου εδάφους δύο-στρωμάτων. 2.1.2 Έδαφος 1 του προτύπου ΙΕΕΕ Std 80-2000 Από την εισαγωγή του κεφαλαίου 2 καταλήξαμε ότι για τον τύπο εδάφους 1 του προτύπου IEEE Std 80-2000 έχουμε: Μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων με ρ 1 = 100 Ωm, h = 6. 1 m και ρ 2 = 300 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 1 με ρ α(αν1) = 162. 4 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 2 με ρ α(αν2) = 164. 15 Ωm 31

Τάση επαφής (V) Εφαρμόζοντας τα παραπάνω μοντέλα στον φωτοβολταϊκό σταθμό προκύπτουν τα παρακάτω γραφήματα τάσης επαφής και δυναμικού επιφανείας. 60 50 40 30 20 10 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 10 20 30 40 50 60 Μήκος (m) Σχήμα 2.1.5 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 32

Δυναμικό επιφανείας (V) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 10 20 30 40 50 60 Μήκος (m) Σχήμα 2.1.6 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους 1 του προτύπου στο φωτοβολταϊκό σταθμό και από τα σχήματα 2.1.5 και 2.1.6, προκύπτουν τα εξής συμπεράσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων, η μικρότερη για το ομοιογενές μοντέλο 1, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του μοντέλου δύο-στρωμάτων και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το ομοιογενές μοντέλο 1, όπως είδαμε και για την τάση επαφής. 2.1.3 Έδαφος 2 του προτύπου ΙΕΕΕ Std 80-2000 Ομοίως, από την εισαγωγή του κεφαλαίου 2 καταλήξαμε ότι για τον τύπο εδάφους 2 του προτύπου IEEE Std 80-2000 έχουμε: Μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων με ρ 1 = 300 Ωm, h = 6. 1 m και ρ 2 = 100 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 1 με ρ α(αν1) = 190. 7 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 2 με ρ α(αν2) = 197. 25 Ωm 33

Τάση επαφής (V) Εφαρμόζοντας τα παραπάνω μοντέλα στον φωτοβολταϊκό σταθμό προκύπτουν τα παρακάτω γραφήματα τάσης επαφής και δυναμικού επιφανείας. 60 50 40 30 20 10 0 δύο στρωμάτων ομοιογνές 1 ομοιογενές 2 0 10 20 30 40 50 60 Length (m) Σχήμα 2.1.7 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 34

Δυναμικό επιφανείας (V) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 10 20 30 Μήκος (m) 40 50 60 Σχήμα 2.1.8 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από τα σχήματα 2.1.7 και 2.1.8, προκύπτουν τα εξής συμπεράσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο εδάφους 1, η μικρότερη για το ομοιογενές μοντέλο 1, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων. 35

2.2 Εφαρμογή σε συστήματα γείωσης από τους υποσταθμούς 20/0.4 kv του ελληνικού συστήματος διανομής Τα πέντε συστήματα γείωσης στα οποία πραγματοποιήθηκε ο έλεγχος των ισοδύναμων ομοιογενών μοντέλων του προτύπου ΙΕΕΕ Std 80-2000, ανήκουν σε υποσταθμούς 20/0.4 kv [6] του ελληνικού συστήματος διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Τα συστήματα αυτά φαίνονται στα παρακάτω σχήματα: 2.5 m 0.3 m 2.5 m 2.2 m 2.5 m 0.7 m 2.5 m 0.7 m 0.3 m 0.7 m 0.7 m 1 m 2.5 m 0.9 m MV 0.9 m LV 2.3 m 3 m 1 m 0.7 m 3.2 m MV LV 2.3 m 3 m Σχήμα 2.2.1 Συστήματα γείωσης υποσταθμών 20/0.4 kv ελληνικού συστήματος διανομής [6] 36

2.2.1 Έδαφος που προέκυψε από τον φωτοβολταϊκό σταθμό Στην υποενότητα αυτή, θα εφαρμόσουμε τα μοντέλα εδάφους που προέκυψαν από την μέτρηση της ειδικής αντίστασης του εδάφους με την μέθοδο Wenner, για τον φωτοβολταϊκό σταθμό της ενότητητας 2.1, χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις του προτύπου IEEE Std 80-2000, καθώς και το λογισμικό CYMGrd. Τα εφαρμοζόμενα μοντέλα εδάφους συγκεντρωτικά είναι: Μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων με ρ 1 = 2795. 58 Ωm, ρ 2 = 7249. 88 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 1 με ρ α(αν1) = 4441. 2 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 2 με ρ α(αν2) = 4683. 5 Ωm h = 4. 45 m και Ακολουθεί εικόνα για το πρώτο σύστημα γείωσης που λήφθηκε από το λογισμικό CYMGrd, στην οποία σημειώνεται η χειρότερη (πιο επικύνδινη) διαδρομή, η οποία είναι για: x 1 = 1.105 m, y 1 = 0 m x 2 = 2 m, y 2 = 1.4147 m Σχήμα 2.2.2 Έλεγχος στο πρώτο σύστημα γείωσης 37

Τάση επαφής (V) Επίσης, ακολουθεί το συγκριτικό γράφημα των τριών μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής. 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0.5 1 1.5 2 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.3 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 38

Δυναμικό επιφανείας (V) Τέλος, το γράφημα για το δυναμικό επιφανείας. 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Μήκος (m) δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 Σχήμα 2.2.4 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους που προέκυψε από τον φωτοβολταϊκό σταθμό στο πρώτο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.3 και 2.2.4, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο 2, η μικρότερη για το μοντέλο δύο-στρωμάτων, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο δύο-στρωμάτων. 39

Ακολουθεί εικόνα για το δεύτερο σύστημα γείωσης που λήφθηκε από το λογισμικό CYMGrd, στην οποία σημειώνεται η χειρότερη (πιο επικύνδινη) διαδρομή, η οποία είναι για: x 1 = 2 m, y 1 = 1.6 m x 2 = 4 m, y 2 = 8.5748 m Σχήμα 2.2.5 Έλεγχος στο δεύτερο σύστημα γείωσης 40

Δυναμικό επιφανείας (V) Τάση επαφής (V) Ομοίως, ακολουθεί το συγκριτικό γράφημα των τριών μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής. 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.6 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής Τέλος, το γράφημα για το δυναμικό επιφανείας για το δεύτερο σύστημα γείωσης. 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.7 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας 41

Από την εφαρμογή του εδάφους που προέκυψε από τον φωτοβολταϊκό σταθμό στο δεύτερο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.6 και 2.2.7, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο 2, η μικρότερη για το μοντέλο δύο-στρωμάτων, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο δύο-στρωμάτων. Να σημειωθεί ότι τα ίδια αποτελέσματα είχαμε και για το πρώτο σύστημα γείωσης. Ακολουθεί εικόνα για το τρίτο σύστημα γείωσης που λήφθηκε από το λογισμικό CYMGrd, στην οποία σημειώνεται η χειρότερη (πιο επικύνδινη) διαδρομή, η οποία είναι για: x 1 = 1.4125 m, y 1 = 1.15 m x 2 = 2.5 m, y 2 = 1.35 m Σχήμα 2.2.8 Έλεγχος στο τρίτο σύστημα γείωσης 42

Δυναμικό επιφανείας (V) Τάση επαφής (V) Έπειτα, το συγκριτικό γράφημα των τριών μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής. 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.9 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής Τέλος, το γράφημα για το δυναμικό επιφανείας για το τρίτο σύστημα γείωσης. 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.10 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας 43

Από την εφαρμογή του εδάφους που προέκυψε από τον φωτοβολταϊκό σταθμό στο τρίτο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.9 και 2.2.10, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο 2, η μικρότερη για το μοντέλο δύο-στρωμάτων, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο δύο-στρωμάτων. Ομοίως με τις περιπτώσεις του πρώτου και δεύτερου συστήματος γείωσης! Ακολουθεί εικόνα για το τέταρτο σύστημα γείωσης που λήφθηκε από το λογισμικό CYMGrd, στην οποία σημειώνεται η χειρότερη (πιο επικύνδινη) διαδρομή, η οποία είναι για: x 1 = 2.1 m, y 1 = 3 m x 2 = 2.1 m, y 2 = 6 m Σχήμα 2.2.11 Έλεγχος στο τέταρτο σύστημα γείωσης 44

Δυναμικό επιφανείας (V) Τάση επαφής (V) Έπειτα, το συγκριτικό γράφημα των τριών μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής. 1200 1000 800 600 400 200 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Μήκος (m) δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 Σχήμα 2.2.12 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής Τέλος, το γράφημα για το δυναμικό επιφανείας για το τέταρτο σύστημα γείωσης. 9300 9200 9100 9000 8900 8800 8700 8600 8500 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 8400 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.13 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας 45

Από την εφαρμογή του εδάφους που προέκυψε από τον φωτοβολταϊκό σταθμό στο τέταρτο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.12 και 2.2.13, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο 2, η μικρότερη για το μοντέλο δύο-στρωμάτων, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο δύο-στρωμάτων. Ομοίως με τις περιπτώσεις του πρώτου, δεύτερου και τρίτου συστήματος γείωσης! Κλείνουμε την υποενότητα με εικόνα για το πέμπτο σύστημα γείωσης που λήφθηκε από το λογισμικό CYMGrd, στην οποία σημειώνεται η χειρότερη (πιο επικύνδινη) διαδρομή, η οποία είναι για: x 1 = 0 m, y 1 = 0 m x 2 = 0.7392 m, y 2 = 0.881 m Σχήμα 2.2.14 Έλεγχος στο πέμπτο σύστημα γείωσης 46

Δυναμικό επιφανείας (V) Τάση επαφής (V) Έπειτα, το συγκριτικό γράφημα των τριών μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής. 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.15 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής Τέλος, το γράφημα για το δυναμικό επιφανείας για το πέμπτο και τελευταίο σύστημα γείωσης. 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.15 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας 47

Τάση επαφής (V) Από την εφαρμογή του εδάφους που προέκυψε από τον φωτοβολταϊκό σταθμό στο πέμπτο και τελευταίο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.14 και 2.2.15, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο 2, η μικρότερη για το μοντέλο δύο-στρωμάτων, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο δύοστρωμάτων. Ομοίως με τις περιπτώσεις όλων των παραπάνω συστημάτων γείωσης. 2.2.2 Έδαφος 1 του προτύπου ΙΕΕΕ Std 80-2000 Στην υποενότητα αυτή, παρουσιάζονται τα γραφήματα της τάσης επαφής και βηματικής τάσης των πέντε συστημάτων γείωσης των υποσταθμών 20/0.4 kv του ελληνικού συστήματος διανομής, εφαρμόζοντας τα μοντέλα για τον τύπο εδάφους 1 του προτύπου IEEE Std 80-2000: Μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων με ρ 1 = 100 Ωm, h = 6. 1 m και ρ 2 = 300 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 1 με ρ α(αν1) = 162. 4 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 2 με ρ α(αν2) = 164. 15 Ωm Για το πρώτο σύστημα γείωσης (Σχήμα 2.2.2) το συγκριτικό διάγραμμα για την τάση επαφής: 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Μήκος (m) δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 Σχήμα 2.2.16 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 48

Δυναμικό επιφανείας (V) Καθώς και το διάγραμα για το δυναμικό επιφανείας. 12000 10000 8000 6000 4000 2000 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.17 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους 1 του προτύπου στο πρώτο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.16 και 2.2.17, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο 2 με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 1, η μικρότερη για το μοντέλο δύο-στρωμάτων, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 ομοίως με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο δύο-στρωμάτων. 49

Τάση επαφής (V) Για το δεύτερο σύστημα γείωσης (Σχήμα 2.2.5) το συγκριτικό διάγραμμα για την τάση επαφής: 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.18 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 50

Δυναμικό επιφανείας (V) Καθώς και το διάγραμα για το δυναμικό επιφανείας. 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.19 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους 1 του προτύπου στο δεύτερο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.18 και 2.2.19, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο 2 με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 1, η μικρότερη για το μοντέλο δύο-στρωμάτων, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 ομοίως με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο δύο-στρωμάτων. Ομοίως με τα αποτελέσματα του πρώτου συστήματος γείωσης. 51

Δυναμικό επιφανείας (V) Τάση επαφής (V) Για το τρίτο σύστημα γείωσης (Σχήμα 2.2.8) το συγκριτικό διάγραμμα για την τάση επαφής: 250 200 150 100 50 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.20 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής Καθώς και το διάγραμα για το δυναμικό επιφανείας. 600 500 400 300 200 100 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.21 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας 52

Τάση επαφής (V) Από την εφαρμογή του εδάφους 1 του προτύπου στο τρίτο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.20 και 2.2.21, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο 2 με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 1, η μικρότερη για το μοντέλο δύο-στρωμάτων, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 ομοίως με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο δύο-στρωμάτων. Ομοίως με τα αποτελέσματα των δύο προηγούμενων συστημάτων γείωσης. Για το τέταρτο σύστημα γείωσης (Σχήμα 2.2.11) το συγκριτικό διάγραμμα για την τάση επαφής: 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.22 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 53

Δυναμικό επιφανείας (V) Καθώς και το διάγραμα για το δυναμικό επιφανείας. 325 320 315 310 305 300 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 295 290 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.23 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους 1 του προτύπου στο τέταρτο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.22 και 2.2.23, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο 2 με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 1, η μικρότερη για το μοντέλο δύο-στρωμάτων, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο δύοστρωμάτων. Ομοίως με τα αποτελέσματα των τριών προηγούμενων συστημάτων γείωσης. 54

Τάση επαφής (V) Τέλος, για το πέμπτο σύστημα γείωσης (Σχήμα 2.2.14) το συγκριτικό διάγραμμα για την τάση επαφής: 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.24 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 55

Δυναμικό επιφανείας (V) Καθώς και το διάγραμα για το δυναμικό επιφανείας. 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.25 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους 1 του προτύπου στο τελευταίο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.24 και 2.2.25, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το ομοιογενές μοντέλο 2 με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 1, η μικρότερη για το μοντέλο δύο-στρωμάτων, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του ομοιογενούς μοντέλου 2 ομοίως με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 1 και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το μοντέλο δύο-στρωμάτων. Ομοίως με τα αποτελέσματα όλων των προηγούμενων συστημάτων γείωσης. 2.2.3 Έδαφος 2 του προτύπου ΙΕΕΕ Std 80-2000 Στην υποενότητα αυτή, παρουσιάζονται τα γραφήματα της τάσης επαφής και βηματικής τάσης των πέντε συστημάτων γείωσης των υποσταθμών 20/0.4 kv του ελληνικού συστήματος διανομής, εφαρμόζοντας τα μοντέλα για τον τύπο εδάφους 2 του προτύπου IEEE Std 80-2000: Μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων με ρ 1 = 300 Ωm, h = 6. 1 m και ρ 2 = 100 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 1 με ρ α(αν1) = 190. 7 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 2 με ρ α(αν2) = 197. 25 Ωm 56

Τάση επαφής (V) Για το πρώτο σύστημα γείωσης (Σχήμα 2.2.2) το συγκριτικό διάγραμμα για την τάση επαφής: 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0.5 1 1.5 2 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.26 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 57

Δυναμικό επιφανείας (V) Καθώς και το διάγραμα για το δυναμικό επιφανείας. 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.27 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους 2 του προτύπου στο πρώτο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.26 και 2.2.27, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων, η μικρότερη για το ομοιογενές μοντέλο 1 με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του μοντέλου δύο-στρωμάτων, και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το ομοιογενές μοντέλο 1 ομοίως με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2. 58

Τάση επαφής (V) Για το δεύτερο σύστημα γείωσης (Σχήμα 2.2.5) το συγκριτικό διάγραμμα για την τάση επαφής: 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.28 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 59

Δυναμικό επιφανείας (V) Καθώς και το διάγραμα για το δυναμικό επιφανείας. 2500 2000 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 1500 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.29 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους 2 του προτύπου στο δεύτερο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.28 και 2.2.29, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων, η μικρότερη για το ομοιογενές μοντέλο 1 με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του μοντέλου δύο-στρωμάτων, και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το ομοιογενές μοντέλο 1 ομοίως, με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2. Τα αποτελέσματα είναι ίδια με αυτά του πρώτου συστήματος γείωσης. 60

Για το τρίτο σύστημα γείωσης (Σχήμα 2.2.8) το συγκριτικό διάγραμμα για την τάση επαφής: 450 400 350 Τάση επαφής (V) 300 250 200 150 100 50 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.30 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 61

Δυναμικό επιφανείας (V) Καθώς και το διάγραμα για το δυναμικό επιφανείας. 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.31 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους 2 του προτύπου στο τρίτο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.30 και 2.2.31, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων, η μικρότερη για το ομοιογενές μοντέλο 1 με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του μοντέλου δύο-στρωμάτων, και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το ομοιογενές μοντέλο 1 ομοίως, με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2. Τα αποτελέσματα είναι ίδια με αυτά των παραπάνω συστημάτων γείωσης. 62

Για το τέταρτο σύστημα γείωσης (Σχήμα 2.2.11) το συγκριτικό διάγραμμα για την τάση επαφής: 100 90 80 70 Τάση επαφής (V) 60 50 40 30 20 10 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.32 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφή 63

Δυναμικό επιφανείας (V) Καθώς και το διάγραμα για το δυναμικό επιφανείας. 425 420 415 410 405 400 395 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 390 385 380 375 370 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.33 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους 2 του προτύπου στο τέταρτο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.32 και 2.2.33, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων, η μικρότερη για το ομοιογενές μοντέλο 1 με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του μοντέλου δύο-στρωμάτων, και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το ομοιογενές μοντέλο. Τα αποτελέσματα είναι ίδια με αυτά των παραπάνω συστημάτων γείωσης. 64

Τάση επαφής (V) Τέλος, για το πέμπτο σύστημα γείωσης (Σχήμα 2.2.14) το συγκριτικό διάγραμμα για την τάση επαφής: 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.34 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για την τάση επαφής 65

Δυναμικό επιφανείας (V) Καθώς και το διάγραμα για το δυναμικό επιφανείας. 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 δύο στρωμάτων ομοιογενές 1 ομοιογενές 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Μήκος (m) Σχήμα 2.2.35 Συγκριτκό διάγραμμα των μοντέλων εδάφους για το δυναμικό επιφανείας Από την εφαρμογή του εδάφους 2 του προτύπου στο πέμπτο σύστημα γείωσης, τα σχήματα 2.2.34 και 2.2.35, παρουσιάζουν τα εξής αποτελέσματα: η μεγαλύτερη τάση επαφής εμφανίστηκε για το μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων, η μικρότερη για το ομοιογενές μοντέλο 1 με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2, το μεγαλύτερο δυναμικό επιφανείας για την περίπτωση του μοντέλου δύο-στρωμάτων, και τέλος, το μικρότερο δυναμικό για το ομοιογενές μοντέλο 1 ομοίως, με πολύ μικρή διαφορά από το ομοιογενές μοντέλο 2. Τα αποτελέσματα είναι ίδια με αυτά των παραπάνω συστημάτων γείωσης. 66

2.3 Συζήτηση - συμπεράσματα Παρουσιάζονται αναλυτικοί συγκριτικοί πίνακες των μοντέλων εδάφους που εφαρμόστηκαν στον φωτοβολταϊκό σταθμό, καθώς και στα πέντε συστήματα γείωσης των υποσταθμών του ελληνικού συστήματος διανομής για τις τάσεις επαφής, το δυναμικό επιφανείας και την αντίσταση γείωσης. Στον πίνακα 2.3.1 συμβολίζονται με: ΦΒ ο φωτοβολταϊκός σταθμός, ΥΣ 1, ΥΣ 2, ΥΣ 3, ΥΣ 4 και ΥΣ 5 τα σύστημα γείωσης των υποσταθμών 1, 2, 3, 4 και 5 αντίστοιχα, στα οποία εφαρμόστηκαν: Μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων με ρ 1 = 2795. 58 Ωm, h = 4. 45 m και ρ 2 = 7249. 88 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 1 με ρ α(αν1) = 4441. 2 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 2 με ρ α(αν2) = 4683. 5 Ωm ΦΒ-1, ΥΣ 1-1, ΥΣ 2-1, ΥΣ 3-1, ΥΣ 4-1 και ΥΣ 5-1 ο φωτοβολταϊκός σταθμός, καθώς και τα σύστημα γείωσης των υποσταθμών 1, 2, 3, 4 και 5 αντίστοιχα, στα οποία εφαρμόστηκαν τα μοντέλα εδάφους τύπου 1 του προτύπου IEEE Std 80-2000: Μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων με ρ 1 = 100 Ωm, h = 6. 1 m και ρ 2 = 300 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 1 με ρ α(αν1) = 162. 4 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 2 με ρ α(αν2) = 164. 15 Ωm ΦΒ-2, ΥΣ 1-2, ΥΣ 2-2, ΥΣ 3-2, ΥΣ 4-2 και ΥΣ 5-2 ο φωτοβολταϊκός σταθμός, καθώς και τα σύστημα γείωσης των υποσταθμών 1, 2, 3, 4 και 5 αντίστοιχα, στα οποία εφαρμόστηκαν τα μοντέλα εδάφους τύπου 2 του προτύπου IEEE Std 80-2000: Μοντέλο εδάφους δύο-στρωμάτων με ρ 1 = 300 Ωm, h = 6. 1 m και ρ 2 = 100 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 1 με ρ α(αν1) = 190. 7 Ωm Ομοιογενές μοντέλο 2 με ρ α(αν2) = 197. 25 Ωm 67

Τέλος, τα σύμβολα Χ και Υ καθώς και τα χρώματα γαλάζιο και κόκκινο, τοποθετούνται αναλόγως σε ποια περίπτωση οι τάσεις επαφής, το δυναμικό επιφανείας και η αντίσταση γείωσης εμφανίζονται χαμηλότερες και υψηλότερες αντίστοιχα. Πίνακας 2.3.1 Συγκριτικός πίνακας όλων των εφαρμοζόμενων μοντέλων εδάφους στον φωτοβολταϊκό σταθμό και στα πέντε συστήματα γείωσης των υποσταθμών 20/0.4 kv του ελληνικού συστήματος διανομής για τις τάσεις επαφής και το δυναμικό επιφανείας Τάσεις επαφής Δυναμικό επιφανείας Διστρωματικό Ομοιογενές 1 Ομοιογενές 2 Διστρωματικό Ομοιογενές 1 Ομοιογενές 2 ΦΒ X Υ Υ Χ ΦΒ-1 Υ Χ Υ Χ ΦΒ-2 X Y Χ Υ ΥΣ 1 Χ Y Χ Υ ΥΣ 1-1 Χ Υ Χ Υ ΥΣ 1-2 Y Χ Υ Χ ΥΣ 2 Χ Y Χ Υ ΥΣ 2-1 Χ Υ Χ Υ ΥΣ 2-2 Υ Χ Υ Χ ΥΣ 3 Χ Υ Χ Υ ΥΣ 3-1 Χ Υ Χ Υ ΥΣ 3-2 Υ Χ Υ Χ ΥΣ 4 Χ Υ Χ Υ ΥΣ 4-1 Χ Υ Χ Υ ΥΣ 4-2 Υ Χ Υ Χ ΥΣ 5 Χ Υ Χ Υ ΥΣ 5-1 Χ Υ Χ Υ ΥΣ 5-2 Υ Χ Υ Χ 68