ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ιπλωµατική Εργασία του φοιτητή του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Ηλεκτρονικών Υπολογιστών, της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών: ΜΑΚΡΥΓΙΑΝΝΗ ΝΙΚΟΛΑΟΥ του ΓΕΩΡΓΙΟΥ Αριθµός Μητρώου: 5682 Θέµα: ΜΕΛΕΤΗ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΕΝΑΕΡΙΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ Επιβλέπουσα: ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΠΥΡΓΙΩΤΗ Επίκουρη Καθηγήτρια Πάτρα:
2
ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωµατική εργασία µε θέµα: «ΜΕΛΕΤΗ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΕΝΑΕΡΙΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ» του φοιτητή του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΜΑΚΡΥΓΙΑΝΝΗ ΝΙΚΟΛΑΟΥ του ΓΕΩΡΓΙΟΥ Α.Μ.: 5682 Παρουσιάστηκε δηµόσια και εξετάσθηκε στο Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις / / Η Επιβλέπουσα: Ο ιευθυντής του Τοµέα: Ελευθερία Πυργιώτη Επίκουρη Καθηγήτρια Αντώνιος Αλεξανδρίδης Καθηγητής 3
4
Αριθµός ιπλωµατικής Εργασίας: Τίτλος: ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΤΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ Φοιτητής: ΜΑΚΡΥΓΙΑΝΝΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ Επιβλέπουσα: ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ, ΕΠΙΚΟΥΡΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σε αυτήν την διπλωµατική εργασία γίνεται η µελέτη της συµπεριφοράς των γραµµών µέσης τάσης σε καταπονήσεις από κεραυνούς. Οι κεραυνοί αποτελούν ένα φυσικό φαινόµενο µε επικίνδυνα αποτελέσµατα για την ασφάλεια των ανθρώπων, των κτιρίων και των ηλεκτρικών συστηµάτων. Έτσι, κεραυνοί που πλήττουν άµεσα γραµµές διανοµής ή γειτονικό σε αυτές έδαφος, είναι υπεύθυνοι για τα σφάλµατα που λαµβάνουµε στο ηλεκτρικό σύστηµα. Το αποτέλεσµα της πτώσης κεραυνού µπορεί να οδηγήσει σε στιγµιαίο ή και µόνιµο σφάλµα. Οι προβλέψεις για την συµπεριφορά των εναερίων γραµµών διανοµής εµπεριέχουν πολλές αβεβαιότητες. Μερικές βασικές παράµετροι όπως η πυκνότητα των κεραυνών, που µετριέται µε την πυκνότητα των κεραυνών στο έδαφος (GFD), ή ο υπολογισµός του αριθµού των απευθείας πληγµάτων στην γραµµή απέχουν από την πραγµατικότητα. Μελετώντας την εργασία αυτή µπορούµε να κάνουµε προβλέψεις σφαλµάτων λόγω κεραυνών σε µια γραµµή διανοµής µε µια αρκετά καλή ακρίβεια. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η δοµή των δικτύων διανοµής και των γραµµών µέσης τάσης και γίνεται εκτενέστερη αναφορά στις εναέριες γραµµές που είναι και το αντικείµενο της εργασίας αφού αυτές δέχονται τα κεραυνικά πλήγµατα. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα σφάλµατα που µπορούν να προκληθούν στα δίκτυα διανοµής και στα αίτια πρόκλησής τους. Τα συχνότερα είναι αυτά από ατµοσφαιρικά αίτια. Παρουσιάζονται επίσης οι διάφορες µέθοδοι αντικεραυνικής προστασίας των γραµµών. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι κεραυνοί και τα χαρακτηριστικά τους. Εξετάζεται ο κεραυνός ως φυσικό αίτιο, τα είδη των κεραυνών καθώς και η µοντελοποίησή του ως κρουστική τάση. Τέλος γίνεται αναφορά στις σηµαντικές 5
έννοιες της κεραυνικής στάθµης και των ισοκεραυνικών καµπυλών που θα χρησιµοποιηθούν παρακάτω. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η οδηγία της ΙΕΕΕ στην οποία και έχει βασιστεί αυτή η εργασία και αναφέρεται στην συµπεριφορά των εναέριων γραµµών σε κεραυνικά πλήγµατα. Σκοπός της είναι να παρουσιάσει λύσεις για την µείωση των προκληθέντων βραχυκυκλωµάτων. Προσδιορίζεται η συµπεριφορά των γραµµών σε περίπτωση πτώσης κεραυνού, πλήγµατα κεραυνών και βραχυκυκλώµατα από επαγόµενη τάση, το επίπεδο µόνωσης των γραµµών και η προστασία των γραµµών µε προστατευτικό αγωγό και αλεξικέραυνα. Στο πέµπτο και τελευταίο κεφάλαιο γίνεται ο θεωρητικός υπολογισµός των αναµενόµενων σφαλµάτων στις γραµµές βάση της οδηγίας του τετάρτου κεφαλαίου. Αναπτύσσεται η καταγραφή των σφαλµάτων και των βλαβών στο δίκτυο Μ.Τ. σε τέσσερις διαφορετικές γραµµές διανοµής για τα έτη από το 2003 έως το 2010 στην περιοχή της Καλαµάτας και της Πύλου. Τέλος γίνεται µια σύγκριση µεταξύ των πραγµατικών και των θεωρητικών µετρήσεων και µεταξύ των τεσσάρων γραµµών και παρουσιάζονται τα συµπεράσµατα της µελέτης. SUMMARY This diploma thesis studies the lightning performance of electric power overhead distribution lines. The lightning is a natural phenomenon with dangerous effects on the safety of people, buildings and electrical systems. So a lightning that strikes directly to a distribution line, or to the nearby area is responsible for the damage happening to the electric circuit. Lightning usually causes temporary faults on overhead distribution lines. Estimates of the lightning performance of distribution lines contain many uncertainties. Some of the basics such as lightning intensity measured by ground flash density (GFD), or estimating the number of direct strikes to a distribution line may have significant errors. Often, rough estimates or generally accepted practices are just as effective as detailed calculations. This guide is intended to provide straightforward estimates of lightning-caused faults. The first chapter presents the structure of the electrical distribution network and lines of medium voltage and a more extensive reference is made to the overhead lines which are exposed to lightning. The second chapter refers to errors that can occur in the distribution and the causes of its occurrence. The most common are those of atmospheric origin. Also presents several methods for grounding lines. 6
The third chapter presents the thunderbolts and their characteristics. Examine the lightning as a natural cause, types of lightning and the modeling of a voltage impulse. Finally refer to the important concepts of lightning and isokeravnic level curves which will be used below. The fourth chapter presents the guide of IEEE, to which this thesis is based and refers to the behavior of overhead lines to lightning strikes. The aim is to provide solutions to reduce induced short circuits. Determine the behavior of the lines in case lightning, lightning strikes and short circuits induced by voltage, the insulation level of lines and the protection of lines with a protective conductor and lightning arresters. The fifth and final chapter is a theoretical calculation of the expected flashovers to the lines under the IEEE guide of the fourth chapter. The flashovers and faults in four separate distribution lines are recorded for the years 2003 to 2010 in the area of Kalamata and Pylos. A comparison takes place between actual and theoretical measurements and between the four lines, and finally the conclusions of the study are presented. 7
Ευχαριστώ πολύ την επιβλέπουσα της διπλωµατικής µου εργασίας Επίκουρη Καθηγήτρια κ. Ελευθερία Πυργιώτη για την βοήθεια και τις συµβουλές της. Επίσης ευχαριστώ πολύ την οικογένεια και τους φίλους µου για την στήριξη τους στα φοιτητικά µου χρόνια. Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων. Το Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων εντάσσεται στον τοµέα Συστηµάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών. Αποστολή του είναι η εκπαίδευση των φοιτητών ειδικότητας Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και η επιστηµονική έρευνα στην ευρύτερη περιοχή των Υψηλών Τάσεων. Στις δραστηριότητες του εργαστηρίου, πέρα από την παραγωγή και µέτρηση υψηλών τάσεων, περιλαµβάνονται οι µετρήσεις διηλεκτρικών καταπονήσεων µονωτικών υλικών και συσκευών, οι µελέτες και έλεγχος της µονωτικής ικανότητας εξοπλισµού και συστηµάτων υψηλής τάσης, οι µελέτες και έλεγχος συστηµάτων αντικεραυνικής προστασίας και η ανάπτυξη σχετικού λογισµικού. 8
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ... 11 1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ... 11 1.2 ΙΑΝΟΜΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ... 12 1.3 ΥΠΟΓΕΙΑ ΙΚΤΥΑ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ... 15 1.4 ΥΠΟΓΕΙΑ ΙΚΤΥΑ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ... 16 1.5 ΥΠΟΣΤΑΘΜΟΙ ΙΑΝΟΜΗΣ... 17 1.5.1 ΕΝΑΕΡΙΟΙ ΥΠΟΣΤΑΘΜΟΙ... 18 1.5.2 ΕΠΙΓΕΙΟΙ ΥΠΟΣΤΑΘΜΟΙ... 19 1.5.3 ΥΠΟΓΕΙΟΙ ΥΠΟΣΤΑΘΜΟΙ... 21 1.6 ΓΡΑΜΜΕΣ ΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ... 22 1.7 ΓΡΑΜΜΕΣ ΙΑΝΟΜΗΣ ΧΑΜΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ... 28 1.7.1 ΕΝΑΕΡΙΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΙΑΝΟΜΗΣ ΧΑΜΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ... 28 1.7.2 ΥΠΟΓΕΙΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΙΑΝΟΜΗΣ ΧΑΜΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ... 29 1.8 Η ΙΑΝΟΜΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α... 29 1.8.1 ΑΠΟΣΤΟΛΗ ΚΑΙ ΣΤΟΧΟΙ... 30 1.8.2 ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ - ΕΞΕΛΙΞΗ ΒΑΣΙΚΩΝ ΜΕΓΕΘΩΝ... 31 1.8.3 ΙΑΝΟΜΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΩΝ... 32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΤΑ ΙΚΤΥΑ ΙΑΝΟΜΗΣ... 35 2.1 ΕΙ Η ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ... 35 2.2 ΑΙΤΙΑ ΠΡΟΚΛΗΣΗΣ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ... 36 2.3 ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΓΡΑΜΜΩΝ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ (ΜΕΣΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ)... 39 2.3.1 ΑΚΙ ΕΣ... 39 2.3.2 ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΑ... 40 2.3.3 ΑΓΩΓΟΣ ΓΗΣ... 41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΥΠΕΡΤΑΣΕΙΣ: ΚΕΡΑΥΝΟΙ ΚΑΙ ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥΣ... 43 3.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ... 43 3.2 Ο ΚΕΡΑΥΝΟΣ ΩΣ ΦΥΣΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ... 45 3.3 ΕΙ Η ΚΕΡΑΥΝΩΝ... 46 3.4 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΕΚΚΕΝΩΣΕΩΝ... 48 3.5 ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΙΑΣΠΑΣΕΩΣ... 49 3.6 ΡΕΥΜΑ ΚΕΡΑΥΝΟΥ... 50 3.7 ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΚΕΡΑΥΝΟΥ... 51 3.7.1 ΚΥΜΑΤΟΜΟΡΦΕΣ ΚΕΡΑΥΝΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ... 52 3.7.2 ΕΙ ΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ SE (SPECIFIED ENERGY)... 58 3.8 ΚΕΡΑΥΝΙΚΗ ΣΤΑΘΜΗ - ΙΣΟΚΕΡΑΥΝΙΚΕΣ ΚΑΜΠΥΛΕΣ... 59 3.9 ΤΟ ΚΛΙΜΑ ΤΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ... 61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΗΓΙΑ ΤΗΣ ΙΕΕΕ ΓΙΑ ΤΗΝ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΤΩΝ ΕΝΑΕΡΙΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ... 63 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ... 63 4.2 ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΦΟΡΕΣ... 63 4.3 ΟΡΙΣΜΟΣ ΒΑΣΙΚΩΝ ΜΕΓΕΘΩΝ... 64 4.4 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΚΕΡΑΥΝΩΝ... 66 4.4.1 ΠΤΩΣΗ ΚΕΡΑΥΝΩΝ... 67 4.4.2 ΚΑΤΑΝΟΜΗΕΣ ΜΕΓΙΣΤΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΚΕΡΑΥΝΩΝ... 70 4.5 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΝΑΕΡΙΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΙΑΝΟΜΗΣ ΣΕ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΚΕΡΑΥΝΟΥ... 71 4.5.1 ΠΛΗΓΜΑΤΑ ΚΕΡΑΥΝΩΝ ΣΕ ΕΝΑΕΡΙΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ... 73 4.5.1.1 ΥΨΟΣ ΚΑΤΑΚΕΥΗΣ... 73 4.5.1.2 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΡΑΠΛΗΣΙΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ... 74 4.5.2 ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑ ΑΠΟ ΕΠΑΓΩΜΕΝΗ ΤΑΣΗ... 76 4.6 ΕΠΙΠΕ Ο ΜΟΝΩΣΗΣ ΓΡΑΜΜΩΝ ΙΑΝΟΜΗΣ... 78 4.6.1 CFO ΤΑΣΗ ΣΥΝ ΥΑΣΜΕΝΗΣ ΜΟΝΩΣΗΣ... 79 4.6.2 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ CFO ΤΑΣΗΣ ΓΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΜΕ ΜΟΝΩΣΕΙΣ ΣΕΙΡΑΣ. 80 9
4.6.3 ΤΕΧΝΙΚΑ ΖΗΤΗΜΑΤΑ... 84 4.6.4 ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΞΥΛΟΥ ΓΙΑ ΙΑΚΟΠΗ ΤΟΞΟΥ... 86 4.6.5 ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΛΟΓΩ ΚΕΡΑΥΝΟΥ... 87 4.7 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΓΡΑΜΜΩΝ ΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟ ΑΓΩΓΟ... 88 4.7.1 ΓΩΝΙΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ... 89 4.7.2 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΜΟΝΩΣΗΣ... 90 4.7.3 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΓΕΙΩΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΠΕ Ο ΜΟΝΩΣΗΣ... 91 4.7.4 ΑΓΩΓΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΑ... 91 4.8 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΓΡΑΜΜΩΝ ΜΕ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΑ... 92 4.8.1 ΜΗΚΟΣ ΑΓΩΓΩΝ ΣΥΝ ΕΣΗΣ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΩΝ... 93 4.8.2 ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΠΟ ΕΜΜΕΣΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ... 93 4.8.3 ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΠΌ ΑΜΕΣΑ ΠΛΗΓΜΑΤΑ... 94 4.8.3.1 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟΥ ΑΝΩ ΦΑΣΗΣ... 95 4.8.3.2 ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟΥ ΣΕ ΑΜΕΣΟ ΠΛΗΓΜΑ... 96 4.9 ΥΠΟ ΕΙΓΜΑΤΑ ΧΡΗΣΗΣ Ο ΗΓΟΥ... 96 4.9.1 ΥΠΟ ΕΙΓΜΑ 1 - ΣΧΕ ΙΟ ΞΥΛΙΝΟΥ ΠΥΛΩΝΑ 15kV... 96 4.9.2 ΥΠΟ ΕΙΓΜΑ 2 - ΓΡΑΜΜΗ ΙΑΝΟΜΗΣ 35kV ΜΕ ΑΓΩΓΟ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ... 100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ... 104 5.1 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... 104 5.2 ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ... 105 5.3 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΣΤΙΣ ΓΡΑΜΜΕΣ... 107 5.3.1 ΓΡΑΜΜΗ R-24 ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ - ΕΝ ΟΧΩΡΑΣ... 107 5.3.2 ΓΡΑΜΜΗ R-35 ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ - ΑΣΠΡΟΧΩΜΑΤΟΣ... 111 5.3.3 ΓΡΑΜΜΗ R-36 ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ - ΑΓΙΟΥ ΝΙΚΩΝΑ... 114 5.3.4 ΓΡΑΜΜΗ R-25 ΠΥΛΟΥ... 118 5.4 Ε ΟΜΕΝΑ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΑΠΌ ΤΟ 2003-2010... 122 5.5 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ... 132 5.6 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 137 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 141 10
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ 1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ Τα δίκτυα µεταφοράς και διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας παρουσίασαν µία συνεχή και αλµατώδη ανάπτυξη κατά τον 20ο αιώνα. Εµφανίστηκαν στα τέλη του 19ου αιώνα οπότε και έκαναν την εµφάνισή τους και οι πρώτες εφαρµογές του ηλεκτρισµού. Στη σηµερινή πλέον εποχή, οι γραµµές µεταφοράς και διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας καλύπτουν το σύνολο των κατοικηµένων περιοχών εξασφαλίζοντας έτσι την ηλεκτροδότηση του συνόλου των καταναλωτών. Την τελευταία ωστόσο δεκαετία η σηµαντική ανάπτυξη των τηλεπικοινωνιακών µέσων σε συνδυασµό µε την ανάγκη αξιοποίησης των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας επιφέρουν αναπόφευκτα την ανάγκη για ορισµένες επιθυµητές αλλαγές στην τεχνική της µεταφοράς και διανοµής της ηλεκτρικής ενέργειας µε στόχο την καλύτερη εξυπηρέτηση των καταναλωτών σε συνδυασµό µε την πληρέστερη εκµετάλλευση των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων. Στη χώρα µας το σύνολο του συστήµατος παραγωγής, µεταφοράς και διανοµής της ηλεκτρικής ενέργειας ανήκει στην ηµόσια Επιχείρηση Ηλεκτρισµού ( ΕΗ). Ένα σύγχρονο σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας δύναται να διακριθεί στα παρακάτω τµήµατα: Τους σταθµούς παραγωγής, όπου και παράγεται η ηλεκτρική ενέργεια. Τα δίκτυα µεταφοράς, µέσω των οποίων επιτυγχάνεται η σύνδεση των σταθµών παραγωγής µεταξύ τους και η µεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας πλησίον των κέντρων κατανάλωσης (ΥΥΤ, ΥΤ). Τα δίκτυα διανοµής, µέσω των οποίων πραγµατοποιείται η διανοµή της ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές (ΜΤ, ΧΤ).
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Η ηλεκτρική ενέργεια µπορεί να µεταφέρεται σε µεγάλες αποστάσεις εύκολα και µε µικρές απώλειες. Αυτό οφείλεται στους µετασχηµατιστές µεταφοράς, µε τους οποίους ανυψώνεται αρχικά η τάση (πχ. στα 150kV και στα 400kV), ώστε στη συνέχεια στα κέντρα διανοµής υψηλής τάσης (ΚΥΤ) να διανεµηθεί σε γραµµές κυρίως των 20kV (ή 15 kv) όπου ακολούθως ηλεκτροδοτούνται οι µετασχηµατιστές διανοµής για να υποβιβαστεί η τάση στα 380V/220V και να διανεµηθεί µέσω γραµµών στους καταναλωτές χαµηλής τάσης. Εκτός των καταναλωτών χαµηλής τάσης υπάρχουν και καταναλωτές µέσης τάσης όταν τα φορτία τους ανά φάση είναι µεγαλύτερα από 200Α. Τα εναέρια δίκτυα µεταφοράς και διανοµής πλεονεκτούν έναντι των υπογείων δικτύων λόγω του µικρού τους κόστους [1]. 1.2 ΙΑΝΟΜΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ [2] Με τον παραπάνω όρο εννοούνται οι εγκαταστάσεις που είναι απαραίτητες για την τροφοδοσία των καταναλωτών από τους υποσταθµούς µεταφοράς. Η διανοµή ηλεκτρικής ενέργειας περιλαµβάνει τις γραµµές διανοµής που ξεκινούν από τους υποσταθµούς µεταφοράς και καταλήγουν στους υποσταθµούς διανοµής και είναι γνωστές σαν γραµµές µέσης τάσης, τους υποσταθµούς διανοµής όπου µετασχηµατίζεται η µέση τάση στην χαµηλή τάση και τέλος τις γραµµές διανοµής χαµηλής τάσης που ξεκινούν από τους υποσταθµούς διανοµής και καταλήγουν στους µετρητές ηλεκτρικής ενέργειας των καταναλωτών. Σχήµα 1.1: Τύποι πυλώνων και στύλων για γραµµές µεταφοράς και διανοµής [ΠΗΓΗ:www.idahopower.com] 12
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Οι γραµµές διανοµής πρέπει να εξασφαλίζουν καλή και οικονοµική λειτουργία και το βασικό χαρακτηριστικό που επηρεάζει αυτή τη λειτουργία είναι η πτώση τάσης στην γραµµή διανοµής που οφείλεται στην αντίστασή της. Τόσο η αντίσταση όσο και η πτώση τάσης πρέπει να είναι ελάχιστες ώστε να εξασφαλίζεται σχετικά σταθερή τάση στους καταναλωτές. Η ελαχιστοποίηση της αντίστασης όµως οδηγεί σε αύξηση του κόστους εγκατάστασης λόγω της απαίτησης για µεγαλύτερη διατοµή αγωγών. Η συνεχής τροφοδότηση των καταναλωτών εξασφαλίζεται µε τις πολλαπλές συνδέσεις των φορτίων στο δίκτυο, η συνεχής επίβλεψη του δικτύου µε κατάλληλες συσκευές και ειδικευµένα συνεργεία άµεσης επισκευής βλαβών. Σχήµα 1.2: Μια γραµµή µέσης τάσης στην περιοχή των Πατρών, στον ίδιο στύλο είναι αναρτηµένη και γραµµή χαµηλής τάσης [ΠΗΓΗ: φωτογραφία Μακρυγιάννης Γεώργιος] Η χαµηλή τάση είναι τυποποιηµένη για την Ελλάδα και την Ευρώπη και γίνεται µε εναλλασσόµενο τριφασικό ρεύµα 50 Hz και τάση 220/380V. Οι γραµµές διανοµής µέσης τάσης έχουν µόνο τρεις αγωγούς και λειτουργούν µε τάση πολική 20 KV αν και υπάρχουν ακόµα γραµµές 22, 11, 15 και 6.6 KV. Οι γραµµές διανοµής χαµηλής τάσης εκτός των τριών αγωγών φάσεων περιλαµβάνουν και ουδέτερο αγωγό. Οι υποσταθµοί διανοµής µετασχηµατίζουν την µέση σε χαµηλή τάση, η παρεχόµενη ισχύς είναι µικρή και κατασκευάζονται µέσα σε πόλεις σε σηµεία που εξυπηρετούν καλύτερα τους καταναλωτές. Τα δίκτυα διανοµής διακρίνονται σε κλειστά και ανοικτά. Το ανοικτό δίκτυο, µία µορφή του οποίου φαίνεται στο Σχήµα 1.3, τροφοδοτεί τα φορτία του από ένα 13
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ σηµείο µε αποτέλεσµα οποιαδήποτε βλάβη σε ένα σηµείο του να αποµονώνει όλους τους καταναλωτές που βρίσκονται πέρα από το σηµείο της βλάβης. Τα ανοικτά δίκτυα κατασκευάζονται σε αραιοκατοικηµένες περιοχές µε λίγα φορτία. Σχήµα 1.3: Ανοικτό δίκτυο διανοµής[2] Στο κλειστό δίκτυο διανοµής, µια µορφή του οποίου φαίνεται στο Σχήµα 1.4, κάθε καταναλωτής µπορεί να τροφοδοτηθεί από τουλάχιστον δύο σηµεία µε αποτέλεσµα την δυνατότητα εναλλακτικής τροφοδοσίας σε περίπτωση βλάβης. Τα κλειστά δίκτυα κατασκευάζονται σε πυκνοκατοικηµένες περιοχές και κοστίζουν περισσότερο από τα ανοικτά δίκτυα. 14
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Σχήµα 1.4: Κλειστό δίκτυο διανοµής[2] 1.3 ΕΝΑΕΡΙΑ ΙΚΤΥΑ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ [2] Οι γραµµές µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας µέσης τάσης µεταφέρουν ενέργεια από τους υποσταθµούς Μεταφοράς στους υποσταθµούς ιανοµής και µπορεί να είναι τόσο εναέριες όσο και υπόγειες, ανάλογα µε θέση του υποσταθµού διανοµής. Οι γραµµές διανοµής µέσης τάσης περνούν συνήθως από τις µεγάλες οδικές αρτηρίες για λόγους άµεσης πρόσβασης σε αυτές για επιθεώρηση και συντήρηση. Τα κύρια εξαρτήµατα των γραµµών µέσης τάσης είναι τα εξής α) Οι αγωγοί, που είναι παρόµοιοι µε εκείνους των γραµµών υψηλής τάσης και κατασκευάζονται από αλουµίνιο µε ή χωρίς χαλύβδινη ενίσχυση και σε διατοµές µικρότερες εκείνων της µεταφοράς. β) Οι στύλοι, που είναι παρόµοιοι µε εκείνους των γραµµών υψηλής τάσης χωρίς να χρησιµοποιούνται µεταλλικοί πυλώνες και µε µικρότερες διαστάσεις. Πολλές φορές σε ένα στύλο µέσης τάσης συνυπάρχει και γραµµή χαµηλής τάσης. Γ) Οι µονωτήρες, που είναι σταθεροί και όχι σε µορφή αλυσίδας. ) Συστήµατα ελέγχου και προστασίας, που είναι τόσο οι αυτόµατοι διακόπτες αποµόνωσης της γραµµής σε περίπτωση ανωµαλίας όσο και οι ασφάλειες υψηλής τάσης που τοποθετούνται στα σηµεία διακλάδωσης και είναι κυλινδρικές µε σύρµα 15
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ που τήκεται σε περίπτωση βραχυκυκλώµατος. Οι ασφάλειες συνοδεύονται από αποζεύκτες. 1.4 ΥΠΟΓΕΙΑ ΙΚΤΥΑ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ [2] Οι γραµµές τοποθετούνται µέσα στη γη, σε µικρό βάθος, οπότε οι αγωγοί πρέπει να βρίσκονται σε ειδικό περίβληµα µε αποτέλεσµα τα υπόγεια καλώδια. Το κόστος τους είναι περίπου τριπλάσιο εκείνου του κόστους µιας αντίστοιχης εναέριας γραµµής για διάφορους λόγους (κατασκευή, µόνωση, τοποθέτηση, εξαρτήµατα). Οι υπόγειες γραµµές είναι ασφαλέστερες και αισθητικά δεν αλλοιώνουν το περιβάλλον. Σχήµα 1.5: Μορφή υπογείου καλωδίου[2] Το υπόγειο καλώδιο αποτελείται από το αγώγιµο µέρος του, δηλαδή τους αγωγούς του (από χαλκό ή αλουµίνιο συνήθως πολύκλωνοι) και τα διάφορα µονωτικά και προστατευτικά στρώµατα. Κάθε αγωγός είναι µονωµένος από τους άλλους χωριστά και όλοι µαζί προστατεύονται από ένα ή περισσότερα κοινά µονωτικά στρώµατα. Το µονωτικό στρώµα κάθε αγωγού είναι διαφορετικού χρώµατος, οι αγωγοί τοποθετούνται ελικοειδώς και µερικές φορές γύρω από το τελικό µονωτικό τοποθετείται µολύβδινος µανδύας. Ένας τύπος υπόγειου καλωδίου φαίνεται στο Σχήµα 1.5. Η ψύξη των αγωγών είναι πολύ χειρότερη εκείνης των εναέριων αγωγών και αυτό πρέπει να ληφθεί υπόψη, ιδιαίτερα όταν υπάρχουν πολλοί αγωγοί στο ίδιο αυλάκι. 16
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Τα σηµαντικότερα εξαρτήµατα των υπόγειων καλωδίων είναι τα εξής α) Τα κιβώτια διακλαδώσεων, που χρησιµοποιούνται σε περιπτώσεις διακλαδώσεων, αποτελούνται από δύο κοµµάτια που κλείνουν αεροστεγώς, στο εσωτερικό τους γίνεται η διακλάδωση των καλωδίων και το υπόλοιπο γεµίζεται µε ειδική µονωτική ουσία. β) Τα κιβώτια ενώσεων, που χρησιµοποιούνται για τη σύνδεση δύο κοµµατιών µε όµοιο τρόπο όπως παραπάνω και γ) Τα ακροκιβώτια, που τοποθετούνται στα άκρα των υπόγειων καλωδίων και χρησιµοποιούνται για την ηλεκτρική σύνδεση της υπόγειας γραµµής µε µια εναέρια. Η µορφή τους εξαρτάται από τις συνθήκες και ορισµένα φαίνονται στο Σχήµα 1.6. Σχήµα 1.6: Ακροκιβώτια καλωδίων[2] Τα υπόγεια καλώδια τοποθετούνται µέσα στη γη σε µικρό βάθος από 50 ως 70 cm. Ειδική πρόνοια πρέπει να λαµβάνεται σε περιπτώσεις διαβρωτικών εδαφών και επίσης στο ξετύλιγµα των καλωδίων, ιδιαίτερα στις στροφές και σε ειδικά εδάφη. 1.5 ΥΠΟΣΤΑΘΜΟΙ ΙΑΝΟΜΗΣ [2] Σε αυτούς καταλήγουν οι γραµµές µεταφοράς µέσης τάσης και µετατρέπουν την µέση στην χαµηλή τάση. Από τους υποσταθµούς διανοµής αναχωρούν οι γραµµές χαµηλής τάσης που καταλήγουν στους µετρητές ηλεκτρικής ενέργειας των καταναλωτών. 17
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Χαρακτηρίζονται από την ισχύ τους (που είναι το άθροισµα των ισχύων των µετασχηµατιστών τους) και διακρίνονται ανάλογα µε τον τόπο εγκατάστασης σε εναέριους, επίγειους και υπόγειους. Η θέση εγκατάστασης καθορίζεται από τις θέσεις και το µέγεθος των φορτίων που θα εξυπηρετηθούν. Κάθε υποσταθµός χωρίζεται σε τρία κύρια τµήµατα που είναι το τµήµα (ή κυψέλες) µέσης τάσης, οι µετασχηµατιστές και το τµήµα (ή κυψέλες) χαµηλής τάσης. 1.5.1 ΕΝΑΕΡΙΟΙ ΥΠΟΣΤΑΘΜΟΙ [2] Λέγονται έτσι γιατί όλες οι εγκαταστάσεις τους, συµπεριλαµβανοµένων των µετασχηµατιστών, βρίσκονται τοποθετηµένες πάνω σε στύλους. Οι εναέριοι υποσταθµοί εξυπηρετούν εναέρια δίκτυα µέσης και χαµηλής τάσης, αποτελούνται από ένα και πολύ σπάνια δύο µετασχηµατιστές µε συνολική ισχύ µέχρι 250 KVA. εν υπάρχουν στα κέντρα πόλεων και είναι το πιο οικονοµικό είδος υποσταθµού. Η µορφή ενός τέτοιου υποσταθµού φαίνεται στο Σχήµα 1.7. Η όλη κατασκευή στηρίζεται σε ένα ή δύο ή το πολύ τέσσερις στύλους ανάλογα µε το βάρος της, η γραµµή µέσης τάσης στηρίζεται σε µονωτήρες τύπου κώδωνα, µια διακλάδωσή της φθάνει στον µετασχηµατιστή µέσω οργάνων προστασίας (αλεξικέραυνα και ασφαλειοδιακόπτες). Μετά τον µετασχηµατιστή η χαµηλή τάση οδηγείται σε ειδικό κιβώτιο µε ασφάλειες και όργανα ελέγχου και στην συνέχεια ακολουθεί η γραµµή χαµηλής τάσης. 18 Σχήµα 1.7: Εναέριοι υποσταθµοί διανοµής[2]
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Οι βλάβες τέτοιων υποσταθµών είναι πιο συχνές λόγω των καιρικών συνθηκών και έτσι χρειάζονται πιο συχνά επιθεώρηση και συντήρηση. 1.5.2 ΕΠΙΓΕΙΟΙ ΥΠΟΣΤΑΘΜΟΙ [2] Οι υποσταθµοί αυτοί εγκαθίστανται στην επιφάνεια του εδάφους, κατασκευάζονται για την εξυπηρέτηση µεγάλων σχετικά ισχύων ή όταν υπάρχουν λόγοι αισθητικής ή ασφάλειας. ιακρίνονται στους κλειστούς ή στεγασµένους και τους ανοικτούς επίγειους υποσταθµούς. Εξυπηρετούν τόσο εναέριες όσο και υπόγειες γραµµές. Οι στεγασµένοι επίγειοι υποσταθµοί τοποθετούνται είτε σε ειδικά κτίρια (Σχήµα 1.8) ή σε χώρους οικοδοµών διαρρυθµισµένους κατάλληλα (Σχήµα 1.9). Οι χώροι που χρησιµοποιούνται για την εγκατάσταση των υποσταθµών χωρίζονται συνήθως µε µεταλλικά πλέγµατα σε κυψέλες µέσης και χαµηλής τάσης που σε αριθµό είναι διπλάσιες του αριθµού των µετασχηµατιστών του υποσταθµού. Εκτός των µετασχηµατιστών οι εγκαταστάσεις περιλαµβάνουν τα όργανα µέτρησης, τα αλεξικέραυνα, τους αυτόµατους διακόπτες και τις ασφάλειες. Σχήµα 1.8: Κλειστός επίγειος υποσταθµός σε ειδικό κτίριο[2] 19
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Σχήµα 1.9: Κλειστός επίγειος υποσταθµός[2] Εκτός των κλασσικών µονωτήρων ανάρτησης που αναφέρθηκαν και προηγουµένως στους επίγειους υποσταθµούς χρησιµοποιούνται και οι µονωτήρες διέλευσης, µια µορφή των οποίων φαίνεται στο Σχήµα 1.10. Αυτοί τοποθετούνται στον τοίχο του κτιρίου και στην µία πλευρά τους συνδέεται η γραµµή ενώ στην άλλη οι ακροδέκτες του µετασχηµατιστή αφού προηγηθούν τα όργανα προστασίας. Αποτελούνται από µια πλάκα πορσελάνης όπου ενώνονται οι δύο µονωτήρες (εσωτερικός και εξωτερικός), τα άκρα των οποίων συνδέονται µε µεταλλική ράβδο τοποθετηµένη εσωτερικά κατά τον άξονα των µονωτήρων. 20
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Σχήµα 1.10: Μονωτήρας διέλευσης[2] Η ψύξη είναι πολύ σηµαντική και για τον σκοπό αυτό πρέπει να υπάρχουν ανοίγµατα εξαερισµού ή και ανεµιστήρας αν οι συνθήκες ψύξης δεν είναι καλές. Για την επιθεώρηση των υποσταθµών τα όργανα τοποθετούνται πολλές φορές σε άνοιγµα προσιτό από τον εξωτερικό χώρο και ο µετασχηµατιστής µπορεί να βρίσκεται σε ράγες. Τελευταία χρησιµοποιούνται οι τυποποιηµένοι υποσταθµοί στους οποίους όλα τα µηχανήµατα βρίσκονται σε κιβώτια τα οποία απλά πρέπει να συνδεθούν µεταξύ τους. Οι υπαίθριοι επίγειοι υποσταθµοί εξυπηρετούν τόσο υπόγεια όσο και εναέρια δίκτυα, οι εγκαταστάσεις είναι περιφραγµένες και τα όργανα προστασίας είναι τοποθετηµένα σε ειδικές κυψέλες. Συνήθως η ισχύς τους είναι µεγαλύτερη των εναέριων και το κόστος τους µικρότερο των στεγασµένων. 1.5.3 ΥΠΟΓΕΙΟΙ ΥΠΟΣΤΑΘΜΟΙ [2] Κατασκευάζονται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, συνήθως στα κέντρα των πόλεων, κάτω από πλατείες ή πεζοδρόµια. Το πιο σηµαντικό πρόβληµα, εκτός εκείνου της ψύξης είναι η στεγανότητα. Συνήθως τα όργανα ελέγχου και χειρισµών τοποθετούνται σε µεταλλικό στεγανό κιβώτιο στην επιφάνεια του εδάφους, το οποίο φέρει και τα ανοίγµατα εξαερισµού. Η µορφή ενός τέτοιου υποσταθµού φαίνεται στο Σχήµα 1.11. 21
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Σχήµα 1.11: Υπόγειος υποσταθµός διανοµής[2] Πρόκειται για υποσταθµούς που δίνουν ρεύµα σε έναν καταναλωτή, ο καταναλωτής είναι πελάτης µέσης τάσης και αυτός αναλαµβάνει την µετατροπή σε χαµηλή τάση. Η ηλεκτρική εταιρεία είναι υπεύθυνη µόνο για την γραµµή µέσης τάσης που φθάνει στον µετασχηµατιστή. Τα τµήµατα πρέπει να είναι αποµονωµένα µεταξύ τους. Τέτοιοι υποσταθµοί χρησιµοποιούνται για λόγους οικονοµίας διότι το τιµολόγιο µέσης τάσης είναι σηµαντικά µικρότερο του τιµολογίου χαµηλής τάσης. 1.6 ΓΡΑΜΜΕΣ ΙΑΝΟΜΗΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Οι εναέριες γραµµές 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 1.12, δίνεται απλοποιηµένα ένα παράδειγµα διανοµής της ηλεκτρικής ενέργειας [3]. Σύµφωνα µε αυτό, από το µετασχηµατιστή υψηλής τάσης (150kV/20kV, 25MVA) του Κέντρου Υψηλής Τάσης (ΚΥΤ) αναχωρούν µέσω αυτόµατων διακοπτών ελαίου (Α Ε) διάφορες γραµµές µέσης τάσης (20 kv), που η καθεµία αφορά τη διανοµή της ηλεκτρικής ενέργειας σε µία ευρύτερη περιοχή. Οι γραµµές αυτές ονοµάζονται «γραµµές κορµού» και συµβολίζονται στα σχέδια µε το γράµµα R και ένα αριθµό (π.χ. R23) [3]. Καθεµία από τις παραπάνω γραµµές διακλαδίζεται σε ορισµένες γραµµές, που αφορούν την ηλεκτροδότηση (τµηµάτων της ευρύτερης περιοχής) µέσω διακοπτών αυτόµατης επαναφοράς ( ΑΕ), οι οποίες ονοµάζονται επίσης γραµµές κορµού [3]. 22
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Όταν συµβεί ένα σφάλµα σε µία γραµµή κορµού (π.χ. βραχυκύκλωµα λόγω πτώσης ενός κλαδιού στη γραµµή), τότε ο διακόπτης προστασίας (Α Ε ή ο ΑΕ) θα διακόψει αυτοµάτως την ηλεκτροδότηση της συγκεκριµένης γραµµής και θα τεθεί αµέσως αυτοµάτως στη θέση εντός για να ηλεκτροδοτηθεί η γραµµή και αν υπάρχει ακόµα το σφάλµα θα γίνει και πάλι αυτόµατη διακοπή και ακολούθως αυτόµατη εκ νέου ηλεκτροδότηση. Αν και κατά την δεύτερη αυτή αυτόµατη προσπάθεια του διακόπτη συνεχίζει να υπάρχει το σφάλµα, θα γίνει και µία τρίτη αυτόµατη «διακοπήεκ νέου ηλεκτροδότηση» και µόνο αν εξακολουθεί να υπάρχει το σφάλµα θα συµβεί πλέον οριστική διακοπή ρεύµατος της εν λόγω γραµµής κορµού. Είναι προφανές ότι η προαναφερθείσα σε τρεις κύκλους λειτουργία των Α Ε και των ΑΕ αποσκοπεί, σε περιπτώσεις εµφάνισης παροδικών σφαλµάτων, τόσο στην προσπάθεια για απρόσκοπτη ηλεκτροδότηση µίας µεγάλης περιοχής, όσο και στην αποφυγή άσκοπων µετακινήσεων συνεργείων. Σηµειώνεται ότι η διακοπή της ηλεκτροδότησης σε κάθε κύκλο λειτουργίας των Α Ε και των ΑΕ συµβαίνει πάντοτε σε κλάσµα του δευτερολέπτου (σχεδόν ακαριαία διακοπή, π.χ. 0,15s, 0,35s, κ.λ.π.), που στην πράξη σηµαίνει πως δεν υπάρχει αρκετός διαθέσιµος χρόνος για την εκδήλωση αξιόλογων θερµικών φαινοµένων (δεν προκαλείται υπερθέρµανση της γραµµής πάνω από τα ανεκτά όρια [3,4], πολύ δε περισσότερο δεν δηµιουργούνται τήγµατα µετάλλου από τους αγωγούς). 23
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Σχήµα 1.12: Απλοποιηµένο παράδειγµα διανοµής της ηλεκτρικής ενέργειας[2] Όπως φαίνεται στο Σχήµα 1.12, οι γραµµές κορµού µέσω των ΑΕ διακλαδίζονται µε τη σειρά τους σε διάφορες γραµµές που καταλήγουν σε υποσταθµούς υποβιβασµού της µέσης τάσης σε χαµηλή τάση (20kV/400V, 230V ). Οι υποσταθµοί αυτοί διακρίνονται σε υπαίθριους επί στύλων ισχύος µέχρι 400kVA και σε εσωτερικού χώρου (συνήθως σε υπόγεια πολυκατοικιών) µεγαλύτερης ισχύος 24
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ από 400kVA. Στους υπαίθριους υποσταθµούς η γραµµή µέσης τάσης ηλεκτροδοτεί τον µετασχηµατιστή µέσω µονοπολικών ασφαλειοαποζευκτών ή τριπολικών αποζευκτών (βλ. Σχήµα 1.12), ενώ στους υποσταθµούς εσωτερικού χώρου η ηλεκτροδότηση του µετασχηµατιστή γίνεται µέσω συγκροτήµατος πινάκων. Σηµειώνεται ότι για λόγους διασύνδεσης ή αποµόνωσης γραµµών µέσης τάσης (σε περιπτώσεις π.χ. 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 (400V, 230V) σε πελάτες χαµηλής τάσης γίνεται µέσω γραµµών χαµηλής τάσης (από γυµνούς αγωγούς ή συνεστραµµένα καλώδια) που ξεκινούν από τον πίνακα χαµηλής τάσης (ασφαλειοκιβώτιο) του υποσταθµού (Σχήµα 1.12). Η παροχή µέσης τάσης σε καταναλωτές αφορά απορροφηµένες εντάσεις ρεύµατος άνω των 200Α ανά φάση, όπως συµβαίνει συνήθως σε βιοµηχανίες, νοσοκοµεία άνω των 100 κλινών, µεγάλα ξενοδοχεία, κτήρια ΑΕΙ, κ.λ.π. Στη µέση τάση και στη χαµηλή τάση χρησιµοποιούνται ξύλινοι στύλοι και µερικές φορές στις πόλεις, τσιµεντένιοι (και σπανιότερα µεταλλικοί). Τα υλικά και η εγκατάσταση κάθε ξύλινου στύλου είναι τυποποιηµένα. Στο Σχήµα 1.12 δίνεται ένα παράδειγµα για στύλο ευθυγραµµίας ή µικρής γωνίας µε απλή στήριξη των γυµνών αγωγών µέσω ξύλινης τραβέρσας (βραχίονα) κατά τον κανονισµό της ΕΗ P-3C [5]. Οι γυµνοί αγωγοί στα εναέρια δίκτυα χαµηλής τάσης είναι από κλώνους αλουµινίου (ή χαλκού). Στη µέση τάση χρησιµοποιούνται στα εναέρια δίκτυα γυµνοί αγωγοί ACSR, δηλαδή αγωγοί που αποτελούνται από κλώνους αλουµινίου µε χαλύβδινη ψυχή (κλώνους χάλυβα). 25
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Εικόνα 1.13: Ξύλινος πυλώνας µε ξύλινη τραβέρσα. Με µονωτήρες για την στήριξη των γυµνών αγωγών µιας γραµµής µέση τάσης. Στην φωτογραφία διακρίνεται 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 προς γη. Στο τέλος µίας εναέριας γραµµής ή σε αλλαγή της διεύθυνσής της τοποθετούνται επίτονοι (Σχήµα 1.14) ή αντηρίδες γιατί εκεί αναπτύσσονται µεγάλες δυνάµεις στους στύλους. Οι επίτονοι είναι συρµατόσχοινα από ατσάλι που αγκυρώνονται εντός του εδάφους κατά τον κανονισµό π.χ. της ΕΗ F-25B [5]. Τοποθετούνται πάντοτε εντατήρες ώστε το συρµατόσχοινο να τανυστεί σωστά. Το συρµατόσχοινο δένεται ψηλά στο στύλο. Οι αντηρίδες 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 προς τη θέση πρόσδεσής του στο στύλο), προς αποφυγή σπινθηρισµών (εκκενώσεων [4]) από τους αγωγούς προς τον επίτονο. Έχει συνήθως και προφυλακτήρα (προστατευτικό µεταλλικό κάλυµµα) προς τη µεριά πρόσδεσής του στο έδαφος [5]. Οι επίτονοι σε στύλους χαµηλής τάσης δεν διαθέτουν τον µονωτήρα που προαναφέρθηκε γιατί δεν υφίσταται πρόβληµα σπινθηρισµών στους αγωγούς και στους µονωτήρες χαµηλής τάσης [4]. 26
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Σχήµα 1.14: Σχηµατική απεικόνιση πρόσδεσης επιτόνου σε ξύλινο στύλο και στο έδαφος[5] Σηµειώνεται ότι στη βιβλιογραφία αλλά και τους διεθνείς κανονισµούς, δεν προβλέπεται γείωση των επιτόνων αφού πρόκειται για συρµατόσχοινα που χρησιµοποιούνται µόνο για την ορθή στήριξη των στύλων [5,6]. Τέλος, να σηµειωθεί ότι πολλές φορές γίνεται χρήση των δίδυµων στύλων, δηλαδή 2 στύλων µαζί που συνδέονται µε κοχλίες, όταν είναι αδύνατη η χρησιµοποίηση επιτόνου ή αντηρίδας. 27
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Η τάση του δικτύου είναι εναλλασσόµενη, ηµιτονοειδούς µορφής και η ενεργός τιµή της κυµατοµορφής θεµελιώδους συχνότητας της τάσης αναφοράς καλείται ονοµαστική τάση του δικτύου. Κάθε τµήµα του δικτύου σχεδιάζεται ώστε να λειτουργεί υπό ορισµένη ονοµαστική τάση, και µπορεί να συνδέεται µε διαφορετικά τµήµατα του δικτύου που σχεδιάζονται να λειτουργούν υπό διαφορετική ονοµαστική τάση µέσω µετασχηµατιστών. Το δίκτυο χωρίζεται σε 3 µέρη σύµφωνα µε το επίπεδο τάσης. Η ονοµαστική τάση για το επίπεδο χαµηλής τάσης (ΧΤ) σε δίκτυο που αποτελείται από 4 κατακόρυφα διατεταγµένους γυµνούς αγωγούς είναι 230V µεταξύ φάσεως και ουδετέρου και καλείται φασική τάση, και 400V µεταξύ φάσεων και καλείται πολική τάση. Η ονοµαστική τάση για το επίπεδο µέσης τάσης (ΜΤ) σε δίκτυο που αποτελείται από τρεις οριζόντια διατεταγµένους γυµνούς αγωγούς είναι 20 kv (ή 15 kv). Η µεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από τα εργοστάσια παραγωγής προς τα κέντρα διανοµής υψηλής τάσης (ΚΥΤ) γίνεται µε τις γραµµές υψηλής τάσης 66kV, 150kV και 400kV. Η 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 έκαστο αποµονωµένο ηλεκτρικό δίκτυο µη διασυνδεδεµένου νησιού. Η ονοµαστική τιµή της συχνότητας του δικτύου είναι ίση µε 50 Hz. 1.7 ΓΡΑΜΜΕΣ ΙΑΝΟΜΗΣ ΧΑΜΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ Μεταφέρουν ενέργεια από τον υποσταθµό διανοµής στον καταναλωτή και µπορεί να είναι τόσο εναέριες όσο και υπόγειες. 1.7.1 ΕΝΑΕΡΙΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΙΑΝΟΜΗΣ Χ.Τ. [2] Στις γραµµές αυτές χρησιµοποιούνται γυµνά χάλκινα σύρµατα και σπάνια από αλουµίνιο, χωρίς εσωτερική χαλύβδινη ψυχή. Αποτελούνται από τρεις φάσεις και ουδέτερο. Ο πέµπτος αγωγός που φαίνεται να υπάρχει σε πολλές περιπτώσεις είναι ο αγωγός δηµοτικού φωτισµού. Οι στύλοι είναι ξύλινοι ή τσιµεντένιοι µε µικρότερες διαστάσεις εκείνων των γραµµών µέσης τάσης. Μπορεί να βρίσκονται και σχετικά κοντά στις κατοικίες λόγω του ότι η χρησιµοποιούµενη τάση είναι χαµηλή, µε την χρησιµοποίηση ειδικών στυλίσκων που στερεώνονται στους τοίχους των κτιρίων. 28
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Οι µονωτήρες των γραµµών αυτών είναι µικρότεροι εκείνων της µέσης τάσης αλλά έχουν την ίδια µορφή και κατασκευάζονται από πορσελάνη ή γυαλί. Στα σηµεία διακλάδωσης τοποθετούνται σαν στοιχεία προστασίας ασφάλειες που όταν καίγεται το νήµα τους αποµονώνουν το τµήµα της γραµµής µε την βλάβη. 1.7.2 ΥΠΟΓΕΙΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΙΑΝΟΜΗΣ Χ.Τ. [2] Κατασκευάζονται µέσα στις πόλεις για περισσότερη ασφάλεια και για λόγους αισθητικής. Αποτελούνται από υπόγεια καλώδια µε µικρότερη διατοµή εκείνων της µέσης τάσης, τοποθετούνται σε ειδικά αυλάκια και έχουν όλα τα εξαρτήµατα των υπογείων καλωδίων της µέσης τάσης. 1.8 Η ΙΑΝΟΜΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α[7] Σύµφωνα µε το Ν. 2773/1999, η ΕΗ, µέσω της Γενικής ιεύθυνσης ιανοµής, είναι ο µοναδικός διανοµέας ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα, ενώ παραµένει ιαχειριστής του ικτύου ιανοµής. Η Επιχειρησιακή Μονάδα της ιανοµής είναι υπεύθυνη για τη διανοµή της ηλεκτρικής ενέργειας σε όλη την ελληνική επικράτεια, τόσο στην περιοχή του διασυνδεδεµένου συστήµατος όσο και στα µη διασυνδεδεµένα νησιά. Παραλαµβάνει την ηλεκτρική ενέργεια από τη Μεταφορά και µέσω του ικτύου της, παρέχει τη δυνατότητα σε όλους τους χρήστες του ικτύου να προµηθεύονται την ηλεκτρική ενέργεια που επιθυµούν. Μέσω του ικτύου της ιανοµής, η ΕΗ υλοποίησε το τεράστιο έργο του εξηλεκτρισµού της χώρας, δίνοντας τη δυνατότητα ο ηλεκτρισµός να φτάσει σε κάθε γωνιά της. Σήµερα, η Παραγωγή της ΕΗ και άλλοι ιδιώτες παραγωγοί, καθώς και οι εισαγωγείς ενέργειας προσφέρουν ηλεκτρική ενέργεια στη χονδρεµπορική αγορά και την εγχέουν στο ιασυνδεδεµένο Ηλεκτρικό Σύστηµα της χώρας. Η ενέργεια αυτή διαδοχικά, µέσω των δικτύων Μεταφοράς και ιανοµής φθάνει στους καταναλωτές. 29
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Εικόνα 1.15: Εργασίες από συνεργείο ηλεκτρικής εταιρείας σε στύλο µέσης τάσης [ΠΗΓΗ: enet.gr, Εφηµερίδα Ελευθεροτυπία] 1.8.1 ΑΠΟΣΤΟΛΗ ΚΑΙ ΣΤΟΧΟΙ [7] Αποστολή της Γενικής ιεύθυνσης ιανοµής είναι η ανάπτυξη, συντήρηση και λειτουργία του δικτύου Μέσης και Χαµηλής Τάσης, δηλαδή των δρόµων της ενέργειας, εξυπηρετώντας όλους όσους συνδέονται ή θέλουν να συνδεθούν σ' αυτούς τους δρόµους, µε διαφάνεια και αµεροληψία έναντι των διαφόρων παραγωγών, προµηθευτών και καταναλωτών. Στόχος της ιανοµής είναι η καλύτερη δυνατή εξυπηρέτηση των χρηστών του δικτύου, δηλαδή η ποιοτική εξυπηρέτηση των χρηστών και η παροχή υψηλής ποιότητας ενέργειας µε το χαµηλότερο δυνατό κόστος. Ειδικώς για την Αττική, στη Γενική ιεύθυνση ιανοµής υπάγεται και το υπόγειο δίκτυο Υψηλής Τάσης, καθώς και οι κλειστοί Υποσταθµοί Υψηλής Τάσης / Μέσης Τάσης (Κέντρα ιανοµής) Οι κύριοι στόχοι της ιανοµής, συνοψίζονται στα παρακάτω: α)ποιότητα εξυπηρέτησης: Επιδιώκεται η αναβάθµιση των υπηρεσιών που παρέχονται στους πελάτες, µε την ταχύτερη ικανοποίηση των αιτηµάτων τους (ηλεκτροδοτήσεις, παραλλαγές), τη βελτίωση του επιπέδου εξυπηρέτησης στα 30
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Γραφεία, τηλεφωνική εξυπηρέτηση, διαχείριση λοιπών αιτηµάτων & παραπόνων κλπ. β)ποιότητα ενέργειας: Στόχος είναι η βελτίωση της ποιότητας της παρεχόµενης ενέργειας µε τον εκσυγχρονισµό και την βελτίωση του επιπέδου αξιοπιστίας των εγκαταστάσεων της διανοµής και τη βελτίωση των αποδόσεων, ώστε να επιτευχθεί µείωση της έκτασης των διακοπών (προγραµµατισµένων και µη), βελτίωση του επίπεδου ποιότητας τάσης, µείωση πλήθους διακοπών, ταχύτεροι χρόνοι αποκατάστασης της ηλεκτροδότησης κλπ. γ)μείωση του Λειτουργικού κόστους: Η υλοποίηση του έργου της ιανοµής µε το µικρότερο δυνατό λειτουργικό κόστος, πράγµα επιτυγχάνεται µε την ενίσχυση, εκσυγχρονισµό και αυτοµατοποίηση του ικτύου, αλλά και την εστίαση στην ιδιαίτερη εξέταση της κάθε συνιστώσας του κόστους λειτουργίας. Προσαρµογή στις απαιτήσεις του νέου περιβάλλοντος. Που σηµαίνει εναρµόνιση µε το ρυθµιστικό πλαίσιο, εύρωστο και ασφαλές ίκτυο και αισθητική αναβάθµισή του. Οι εργασίες και οι δραστηριότητες που εκτελούνται από την Επιχειρησιακή Μονάδα της ιανοµής αφορούν: Ικανοποίηση νέων αιτηµάτων χρηστών Ανάπτυξη του ικτύου Ενισχύσεις - Βελτιώσεις των ικτύων Εργασίες Εκµετάλλευσης του ικτύου 1.8.2 ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ - ΕΞΕΛΙΞΗ ΒΑΣΙΚΩΝ ΜΕΓΕΘΩΝ Παρακάτω παρατίθενται κάποια βασικά µεγέθη που αφορούν το δίκτυο ΜΤ και ΧΤ, για να γίνει αντιληπτό το µέγεθος του δικτύου και η αύξηση του µε την πάροδο των ετών.[7] Βασικά µεγέθη (Στοιχεία εκεµβρίου 2008) 7.523.500 Πελάτες (9.500 ΜΤ & 7.514.000 ΧΤ) 48.500 GWH Καταναλώσεις (12.500 στη ΜΤ & 36.000 στη ΧΤ). εν περιλαµβάνονται οι καταναλώσεις των πελατών Υψηλής Τάσης και οι απώλειες των δικτύων. 102.000 χλµ. ίκτυο Μέσης Τάσης (Μ.Τ.) 115.000 χλµ. ίκτυο Χαµηλής Τάσης (Χ.Τ.) 31
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Ακολουθεί ο πίνακας µε την χιλιοµετρική αύξηση του δικτύου από το 1955 έως το 2007, και µια γραφική αναπαράσταση µε την αντίστοιχη αύξηση από το 1994 έως το 2007. Είναι προφανή το µέγεθος και η σηµασία του έργου του εξηλεκτρισµού της χώρας. 1955 1960 1970 1980 1990 2000 2007 1.480 9.300 58.450 109.566 151.548 190.211 213.721 Πίνακας 1.1: Χιλιοµετρική αύξηση του ελληνικού δικτύου ΜΤ και ΧΤ [ΠΗΓΗ: www.dei.gr] Σχήµα 1.16: ιάγραµµα αύξησης του ελληνικού δικτύου από το 1994 µέχρι το 2007 [ΠΗΓΗ: www.dei.gr] Παρατηρούµε µια σταθερή αύξηση της τάξης των 3625km/έτος για τα δίκτυα ΜΤ και ΧΤ στην Ελλάδα τα τελευταία χρόνια. 1.8.3 ΙΑΝΟΜΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ [7] Στην εποχή που ζούµε η ανάγκη για τον περιορισµό της αισθητικής αλλά και γενικότερα επιβάρυνσης του περιβάλλοντος είναι επιτακτική. Σε αυτά τα πλαίσια πρέπει να συµµορφώνονται και τα δίκτυα διανοµής στην Ελλάδα. Για τον σκοπό αυτό κάθε Επιχείρηση ηλεκτρισµού πρέπει να λαµβάνει τα εξής µέτρα: Υπογειώνει τα δίκτυα σε αστικούς οικισµούς. 32
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Προωθεί αποφασιστικά την υπογείωση των δικτύων σε κέντρα και παραδοσιακούς ή τουριστικούς οικισµούς σε συνεργασία µε τους τοπικούς φορείς. Εγκαθιστά συνεπτυγµένους Υποσταθµούς ιανοµής (υποσταθµούς τοποθετηµένους µέσα σε προκατασκευασµένους επίγειους οικισµούς µικρών διαστάσεων) σε παραδοσιακούς οικισµούς, πλατείες κ.λ.π. Χρησιµοποιεί µονωµένους αγωγούς (συνεστραµµένα καλώδια) σε δασικές περιοχές, ώστε να αποφεύγονται τα κλαδέµατα και να εκµηδενίζεται ο κίνδυνος πυρκαγιάς. Τοποθετεί ειδικές κατασκευές πάνω σε στύλους, κυρίως στη Βόρεια και Κεντρική Ελλάδα, για να φτιάχνουν οι πελαργοί τις φωλιές τους χωρίς κίνδυνο (βλ. Εικόνα 1.18). Αποφεύγει τις οδεύσεις δικτύων µέσα από δάση εξαιρετικού κάλλους και εθνικούς δρυµούς. Μελετά και κατασκευάζει τα εναέρια δίκτυα µε βάση τις σύγχρονες αντιλήψεις και µεθόδους, ώστε να εξασφαλίζονται οι αρχές για την προστασία του περιβάλλοντος και η απόλυτη τήρηση των όρων της σχετικής νοµοθεσίας. Εικόνα 1.17: α) Ειδική κατασκευή για την προστασία των πελαργών, β) ίκτυο µε γυµνούς αγωγούς, γ) ίκτυο µε συνεστραµµένα καλώδια [ΠΗΓΗ: www.dei.gr] Εκτός από τις εταιρείες ηλεκτρισµού είναι επιτακτικό να κατανοήσει και ο καταναλωτής τα οφέλη που θα προκύψουν γι' αυτόν και για την κοινωνία γενικότερα από την ορθολογική χρήση ενέργειας. Η ορθολογική χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας θα γίνει πραγµατικότητα όταν ο Έλληνας πολίτης - πελάτης κατανοήσει ότι αυτή δεν είναι ένα ανεξάντλητο αγαθό που του παρέχεται από τη φύση όπως ο αέρας και ο ήλιος, αλλά ότι απαιτείται ένας τεράστιος µηχανισµός για να εξασφαλίζεται η απρόσκοπτη παροχή του, που σηµαίνει κόστος γι' αυτόν, για την κοινωνία αλλά και για το περιβάλλον. Ας µην ξεχνάµε ότι η εξοικονόµηση ενέργειας µπορεί να θεωρηθεί ως µια εναλλακτική "πηγή ενέργειας" που δε ρυπαίνει και συµβάλλει στην αειφόρο ανάπτυξη. 33
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Εικόνα 1.18: Κατασκευάζοντας φωλιές Το συνεργείο της ΕΗ επί το έργον [ΠΗΓΗ: enet.gr, Εφηµερίδα Ελευθεροτυπία] 34
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΤΑ ΙΚΤΥΑ ΙΑΝΟΜΗΣ 2.1 ΕΙ Η ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ [8] Μια γραµµή διανοµής µέσης τάσης είναι να δυνατόν να βγει εκτός λειτουργίας για πολλούς λόγους. Ο χρόνος που η γραµµή θα παραµείνει εκτός λειτουργίας διαχωρίζει τα είδη των σφαλµάτων σε τρεις επιµέρους κατηγορίες οι οποίες είναι: τα παροδικά, τα µόνιµα και τα παραµένοντα. Παροδικό σφάλµα: είναι το σφάλµα µιας γραµµής το οποίο την θέτει εκτός λειτουργίας για µερικά δευτερόλεπτα. Μπορεί, για παράδειγµα, να προκληθεί από ένα κλαδί δένδρου που θα ακουµπήσει τον αγωγό για κάποια δευτερόλεπτα σε περίπτωση ισχυρών ανέµων. Μετά το πέρας αυτού του χρόνου η γραµµή ξαναµπαίνει σε λειτουργία χωρίς επέµβαση από την αρµόδια επιχείρηση ηλεκτρικής ενέργειας. Μόνιµο σφάλµα: είναι το σφάλµα µιας γραµµής µεταφοράς που την θέτει εκτός λειτουργίας µόνιµα. Σε αυτή την περίπτωση πρέπει να γίνει επέµβαση συνεργείου της εταιρίας (π.χ..ε.η. για την Ελλάδα), ώστε να εντοπιστεί η βλάβη στην συγκεκριµένη γραµµή. Στην συνέχεια να επισκευαστεί και ύστερα να τεθεί η γραµµή ξανά σε λειτουργία. Αυτό το είδος σφάλµατος σε µια γραµµή µεταφοράς είναι και το πιο σηµαντικό. Παραµένον σφάλµα: είναι το είδος του σφάλµατος µιας γραµµής µεταφοράς το οποίο ορίζεται ως κάτι ενδιάµεσο του µόνιµου και του παροδικού σφάλµατος. Εµφανίζεται όταν η γραµµή µεταφοράς υψηλής τάσης είναι εκτός (µόνιµο σφάλµα) και µετά από κάποιο χρονικό διάστηµα, χωρίς επέµβαση από της.ε.η., ξαναµπαίνει στο δίκτυο (παροδικό σφάλµα).
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΤΑ ΙΚΤΥΑ ΙΑΝΟΜΗΣ Για να γίνει µία ποσοτική εκτίµηση του αριθµού των σφαλµάτων παραθέτουµε τα σφάλµατα στο ελληνικό δίκτυο. Σύµφωνα µε την διπλωµατική µελέτη του κ. Ιωαννίδη Αλέξανδρου που συγκέντρωσε τα σφάλµατα του δικτύου για 13 χρόνια έχουµε: Συνολικά από το έτος 1989 µέχρι και το έτος 2002 είχαµε [9] 1541 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΣΦΑΛΜΑΤΑ 1218 ΠΑΡΟ ΙΚΑ ΣΦΑΛΜΑΤΑ 127 ΜΟΝΙΜΑ ΣΦΑΛΜΑΤΑ 196 ΠΑΡΑΜΕΝΟΝΤΑ ΣΦΑΛΜΑΤΑ Είναι εύκολα κατανοητό πως είναι πολύ σηµαντικό κυρίως από οικονοµική άποψη ότι τα µόνιµα σφάλµατα είναι το µικρότερο ποσοστό των σφαλµάτων. Βεβαίως περαιτέρω µείωσή τους είναι επιθυµητή. 2.2 ΑΙΤΙΑ ΠΡΟΚΛΗΣΗΣ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ [8] Οι ηλεκτρικές τάσεις που εµφανίζονται στις διάφορες θέσεις ενός ηλεκτρικού συστήµατος µπορούν να χωριστούν σε δυο µεγάλες κατηγορίες: εκείνες που εµφανίζονται υπό οµαλές συνθήκες λειτουργίας και ονοµάζονται «τάσεις οµαλής λειτουργίας» και εκείνες που εµφανίζονται σε εξαιρετικές µόνο περιπτώσεις ή ανωµαλίες που δηµιουργούνται λόγω αιτιών που θα αναπτυχθούν παρακάτω. Όταν δηλαδή παρουσιάζεται µια συγκεκριµένη αιτία, όπως βλάβη στο υλικό, κακές ατµοσφαιρικές συνθήκες, ρύπανση µονωτήρων, υπερβολική καταπόνηση, ανθρώπινη ενέργεια, πυρκαγιά, τότε δηµιουργεί σφάλµα στο σύστηµα και εποµένως στην τάση. Συνήθως οι τάσεις που εµφανίζονται σε τέτοιου είδους εξαιρετικές περιπτώσεις είναι υψηλότερες από αυτές που επικρατούν υπό οµαλές συνθήκες και για αυτό ονοµάζονται υπερτάσεις. Κατά κανόνα οι υπερτάσεις, παρόλο που διαρκούν πολύ λίγο, ασκούν στις µονώσεις τις πιο σοβαρές διηλεκτρικές καταπονήσεις και για αυτό οι µονώσεις του συστήµατος σχεδιάζονται ώστε να αντέχουν στις υπερτάσεις. Επειδή µερικές από τις υπερτάσεις µπορούν να λάβουν εξαιρετικά υψηλές τιµές, όπως αυτές που προέρχονται από κεραυνούς και γενικότερα από κακές ατµοσφαιρικές συνθήκες, η µόνωση έναντι αυτών γίνεται πολύ δαπανηρή ή ακόµα και αδύνατη. Υπάρχουν όµως κι άλλες αιτίες σφαλµάτων όπως είναι η περίπτωση ενός µονωτήρα που η επιφάνεια του παρουσιάζει ένα ορισµένο τύπο ρυπάνσεως, που η τάση οµαλής λειτουργίας, εξαιτίας της συνεχούς εφαρµογής της, αποτελεί πιο 36
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΤΑ ΙΚΤΥΑ ΙΑΝΟΜΗΣ σοβαρή καταπόνηση από µια παροδική υπέρταση. Η σχεδίαση της µόνωσης που πρέπει να κατέχει κάθε θέση του συστήµατος γίνεται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε αυτή να αντέχει στην πιο κρίσιµη και υπερβολική καταπόνηση. Η σχεδίαση της µόνωσης πρέπει λοιπόν να αρχίζει µε τον καθορισµό των ηλεκτρικών καταπονήσεων. Η σοβαρότητα µιας καταπόνησης εξαρτάται όµως όχι µόνο από το εύρος της τάσεως, αλλά και από την µορφή και την διάρκεια της. Τη συµπεριφορά µιας µονώσεως όταν υποβάλλεται σε ένα ορισµένο τύπο τάσεως ονοµάζουµε απόκριση της µονώσεως. Η απόκριση της µονώσεως αποτελεί ένα καθαρά εµπειρικό µέγεθος το οποίο καθορίζεται µε δοκιµές σε εργαστήριο υψηλών τάσεων. Οι δοκιµές αυτές αποβλέπουν στο να διαµορφωθεί η µόνωση µε το καλύτερο δυνατό υλικό και κατά τέτοιο τρόπο ώστε όταν υποβάλλεται στις τάσεις που θα την καταπονούν κατά τις οµαλές ή εξαιρετικές συνθήκες λειτουργίας του συστήµατος, να µη συµβαίνει ηλεκτρική διάσπαση είτε καθόλου είτε όχι συχνότερα από ότι είναι αποδεκτό. Σύµφωνα µε τα παραπάνω, για τη σωστή σχεδίαση των µονώσεων ενός συστήµατος ώστε να αποφευχθούν τα σφάλµατα, είναι αναγκαία η γνώση των υπερτάσεων που αναµένεται να αναπτυχθούν σε αυτό. Οι υπερτάσεις ανάλογα µε τις αιτίες που τις προκαλούν, διακρίνονται σε: α)ατµοσφαιρικές υπερτάσεις: που έχουν σαν πηγή τις ατµοσφαιρικές εκκενώσεις και πιο συγκεκριµένα τις εκκενώσεις νέφους-γης που καλούνται κεραυνοί, µε αυτό το είδος υπερτάσεων θα ασχοληθούµε αναλυτικά στο επόµενο κεφάλαιο καθώς είναι αυτό το οποίο µας ενδιαφέρει, σε αυτήν την µελέτη. β)εσωτερικές υπερτάσεις: που δηµιουργούνται από εσωτερικές διαταραχές της οµαλής λειτουργίας του συστήµατος. Οι εσωτερικές υπερτάσεις ανάλογα µε τον µηχανισµό γενέσεως τους, την διάρκεια και το µέγεθος τους, υποδιαιρούνται ακόµη σε: υναµικές υπερτάσεις Μεταβατικές υπερτάσεις χειρισµών Οι δυναµικές υπερτάσεις έχουν σχετικά µικρό εύρος αλλά µεγάλη διάρκεια, από ένα κλάσµα του δευτερολέπτου µέχρι αρκετά λεπτά. Η µορφή µερικών από αυτές µπορεί να είναι η ίδια µε την µορφή της τάσεως λειτουργίας αλλά συνήθως έχουν τη µορφή µιας αποσβενύµµενης ταλάντωσης µε ιδιαίτερη συχνότητα. Οι δυναµικές υπερτάσεις, παρόλο που για δίκτυα υψηλής τάσεως, µέχρι 300kV και υπερύψηλης τάσης 300-750 kv δεν αντιπροσωπεύουν επικίνδυνες καταπονήσεις για τις µονώσεις, παίζουν σηµαντικό ρόλο, γιατί βάσει αυτών γίνεται η εκλογή των συσκευών 37
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΤΑ ΙΚΤΥΑ ΙΑΝΟΜΗΣ προστασίας και έτσι καθορίζουν έµµεσα την µόνωση των πιο δαπανηρών τµηµάτων του συστήµατος. Οι µεταβατικές υπερτάσεις χειρισµών έχουν διάρκεια πολύ µικρότερη από τις δυναµικές (µερικές εκατοντάδες µs µέχρι µερικά ms) αλλά κατά κανόνα σηµαντικά µεγαλύτερο εύρος. Οι µεταβατικές υπερτάσεις χειρισµών αποτελούν µια κατηγορία καταπονήσεων που απόκτησε σηµασία µόνο µετά την εισαγωγή των δικτύων υπερύψηλης τάσεως (πάνω από 300 kv). Οι υπερτάσεις χειρισµών όπως και οι δυναµικές είναι ανάλογες προς την τάση κανονικής λειτουργίας και κατά συνέπεια το εύρος τους αυξάνει µε την αύξηση της τάσεως κανονικής λειτουργίας. Αντίθετα οι υπερτάσεις που µπορούν να αναπτυχθούν από ατµοσφαιρικά αίτια είναι σχεδόν ανεξάρτητες από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού συστήµατος. Για το λόγο αυτό, στα συστήµατα χαµηλότερης τάσης (µέχρι 300 kv), οι ατµοσφαιρικές υπερτάσεις είναι πιο κρίσιµες από τις µεταβατικές υπερτάσεις χειρισµών και έτσι η σχεδίαση µονώσεως τους γίνεται βάσει των ατµοσφαιρικών υπερτάσεων. Καθώς όµως η τάση του δικτύου αυξάνει, υπάρχει ένα όριο που οι υπερτάσεις χειρισµών καθίστανται πιο κρίσιµες από τις ατµοσφαιρικές και έτσι η σχεδίαση της µόνωσης θα πρέπει να γίνεται βάσει των υπερτάσεων χειρισµών. Στην αύξηση της σοβαρότητας των καταπονήσεων που προκαλούν οι υπερτάσεις χειρισµών συµβάλλει και το γεγονός πώς ο αέρας, σαν µονωτικό υλικό εµφανίζεται πολύ ασθενέστερος έναντι των υπερτάσεων χειρισµών παρά των ατµοσφαιρικών υπερτάσεων. Από τις µεταβατικές υπερτάσεις χειρισµών, εκείνες που συνήθως παίρνουν τις µεγαλύτερες τιµές και είναι κατά συνέπεια οι πιο επικίνδυνες για τα δίκτυα, είναι αυτές που δηµιουργούνται κατά το κλείσιµο ενός διακόπτη. Από στοιχεία της.ε.η. παρατηρούµε ότι τα περισσότερα σφάλµατα προκαλούνται από ατµοσφαιρικά αίτια, άρα είναι αυτά για τα οποία θα πρέπει να ληφθεί και η µεγαλύτερη πρόληψη. Παρακάτω δίνεται µια ποσοστιαία αναλογία των αιτιών των σφαλµάτων από το 1989 µέχρι το 2002 για το ελληνικό δίκτυο [9]. 5% ΑΠΟ ΚΑΤΕΣΤΡΑΜΜΕΝΟ ΥΛΙΚΟ 6% ΑΠΟ ΠΥΡΚΑΓΙΑ 55% ΑΠΟ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ 34% ΑΠΟ ΑΛΛΑ Ή ΑΓΝΩΣΤΑ ΑΙΤΙΑ 38
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΤΑ ΙΚΤΥΑ ΙΑΝΟΜΗΣ Στο Κεφάλαιο 3 θα αναλυθούν περαιτέρω οι κεραυνοί και τα χαρακτηριστικά τους, για την πλήρη κατανόηση των καταπονήσεων που προκαλούν στα ηλεκτρικά δίκτυα. Αφού έχουµε δώσει τα βασικά χαρακτηριστικά του δικτύου Μέσης Τάσης στο Κεφάλαιο 1, κρίνεται σκόπιµο να δοθούν παρακάτω και τα αντικεραυνικά µέτρα που λαµβάνονται για την προστασία των γραµµών διανοµής. 2.3 ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΓΡΑΜΜΩΝ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ (ΜΕΣΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ) [10] Ο σκοπός του µέσου προστασίας είναι να περιορίζει την κυµατική τάση που ενδεχοµένως θα πλήξει το στοιχείο που προστατεύει και να κατευθύνει το κύµα στη γη χωρίς να επηρεάζεται από την τάση Β.Σ. λειτουργίας του δικτύου ή και οποιαδήποτε ανύψωση τάσεως Β.Σ. που προκαλείται π.χ. από βραχυκυκλώµατα. Τα συνήθη µέσα προστασίας που χρησιµοποιούνται διεθνώς είναι οι ακίδες τα αλεξικέραυνα και οι αγωγός γης (ή αλλιώς αγωγός προστασίας). 2.3.1 ΑΚΙ ΕΣ Οι ακίδες είναι απλές στην κατασκευή τους και φθηνές, έχουν όµως δύο σοβαρά µειονεκτήµατα. Πρώτο, ότι µετά την υπερπήδησή τους από κρουστικό κύµα εξακολουθούν να υπερπηδούνται από την τάση Β.Σ (50 Hz). Για αυτό πρέπει να διακόπτεται η τροφοδότηση του δικτύου σε κάθε λειτουργία µιας ακίδας, για να σταµατήσει η υπερπήδησή της και αυτό γίνεται µε διακοπή επαναφορά (RECLOSING) του προτεταµένου Ε/ ή /ΑΕ. εύτερο, ότι όταν τα κύµατα έχουν µεγάλη κλίση µετώπου, η υπερπήδησή τους γίνεται σε πολύ υψηλές τάσεις και για να αποφευχθεί αυτό πρέπει να µειωθεί το διάκενό τους, πράγµα που µε την σειρά του προκαλεί ανεπιθύµητες διασπάσεις σε µικρότερα κύµατα. Σύµφωνα µε την Αµερικανική τροποποίηση (ANSI C68.1) τα άκρα των ακίδων είναι κάθετες τοµές προς την κατεύθυνση της ράβδου. Κάθε ράβδος µιας ακίδας πρέπει να έχει µήκος τουλάχιστον το µισό του διακένου και απόσταση από το θεωρούµενο επίπεδο γης τουλάχιστον 1.3 φορές το διάκενο συν 10 εκατοστά. Εκτός των ακίδων αυτών, στις οποίες οι δύο ράβδοι βρίσκονται στην ίδια ευθεία υπάρχουν και οι ακίδες Γαλλικού τύπου που έχουν διαφορετικό συσχετισµό διακένου και διάσπασης σε κρουστική τάση. 39