Διπλωματική εργασία με θέμα

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διπλωματική εργασία με θέμα Κατασκευή εργαστηριακού μοντέλου δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας ΒΑΓΓΕΛΟΓΛΟΥ ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ 6014 ΚΥΡΓΙΑΣ ΧΡΗΣΤΟΣ 6018 Επιβλέπων Ανδρέου Γεώργιος Λέκτορας Θεσσαλονίκη 2012

Ευχαριστούμε θερμά τον επιβλέποντα της διπλωματικής εργασίας λέκτορα κ. Ανδρέου Γεώργιο, για την πολύτιμη βοήθεια του στην επιλογή και διαμόρφωση του θέματος, για το χρόνο που διέθεσε, καθώς και για τις συμβουλές του όλο αυτό το διάστημα. 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος. 6 1. Δίκτυα διανομής μέσης τάσης... 7 1.1 Παρουσίαση του δικτύου διανομής ΜΤ... 7 1.2 Μορφή του δικτύου διανομής ΜΤ... 8 1.2.1 Ακτινικό δίκτυο διανομής... 8 1.2.2 Βροχοειδές δίκτυο διανομής... 10 1.2.3 Αραχνοειδές δίκτυο διανομής... 12 1.2.4 Ατρακτοειδές δίκτυο διανομής... 14 1.2.5 Δίκτυο μικρών βρόχων... 15 1.3 Βασικός Εξοπλισμός δικτύων διανομής... 16 1.3.1 Υποσταθμοί ΥΤ/ΜΤ... 17 1.3.2 Εναέριες γραμμές... 17 1.3.3 Υπόγεια καλώδια... 22 1.3.4 Υποσταθμοί ΜΤ/ΧΤ... 26 1.4 Απώλειες δικτύου ΜΤ... 29 1.4.1Οφέλη μείωσης απωλειών... 29 1.4.2 Τρόποι μείωσης απωλειών... 30 1.5 Αντιστάθμιση... 30 1.5.1 Διόρθωση του συντελεστή ισχύος... 31 1.5.2 Μέσα αντιστάθμισης... 32 1.6 Ρύθμιση τάσης... 32 1.6.1 Μέσα ρύθμισης τάσης... 33 1.7 Διανεμημένη παραγωγή... 34 3

2. Σχεδίαση μονοφασικού αντιστροφέα για τη διασύνδεση φωτοβολταϊκού συστήματος στο δίκτυο ΧΤ... 35 2.1 Κύκλωμα του αντιστροφέα... 35 2.2 Σχεδιασμός PLL... 36 2.3 Μέθοδος ελέγχου των διακοπτών του αντιστροφέα... 37 3. Μοντελοποίηση τυπικού δικτύου διανομής... 41 3.1 Εξεταζόμενο δίκτυο... 41 3.2 Χαρακτηριστικά του μοντέλου... 42 3.2.1 Μεταβολή της ισχύος των φορτίων... 42 3.2.1.1 Υπολογισμός των χαρακτηριστικών στοιχείων των φορτίων... 43 3.2.1.2 Επιλογή των φορτίων προς αντιστάθμιση... 52 3.2.2 Επιλογή του είδους της γραμμής... 53 3.2.3 Επιλογή του μήκους της κάθε γραμμής... 55 4. Κατασκευή εργαστηριακού μοντέλου δικτύου διανομής... 56 4.1 Κατασκευή μοντέλου γραμμών διανομής... 56 4.1.1 Αντιστάσεις... 56 4.1.2 Πηνία... 57 4.1.3 Κιβώτια γραμμών... 58 4.2 Κατασκευή ωμικών φορτίων... 61 5. Κατασκευή διατάξεων για τη σύγκριση θεωρητικών με πειραματικών αποτελεσμάτων... 68 5.1 Σενάρια που υλοποιήθηκαν... 70 5.1.1 Τροφοδότηση υποσταθμών μέσω διαφορετικών γραμμών... 71 5.1.2 Ανασχηματισμός δικτύου... 75 5.1.3 Αντιστάθμιση και ρύθμιση τάσης... 77 4

5.2 Αναγωγή των αποτελεσμάτων στο δίκτυο ΜΤ... 86 6. Συμπεράσματα... 89 Βιβλιογραφία... 91 5

Πρόλογος Το παρόν σύγγραμμα με τίτλο «Κατασκευή εργαστηριακού μοντέλου δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας» αποτελεί τη διπλωματική εργασία των φοιτητών του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Βαγγέλογλου Αθανασίου και Κύργια Χρήστου υπό την επίβλεψη του λέκτορα του Α.Π.Θ. κ. Ανδρέου Γεωργίου. Το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας αποτελεί τη συνέχεια του συστήματος μεταφοράς προς την κατεύθυνση της κατανάλωσης. Αποτελείται από ένα σύνολο καλωδίων και εναέριων γραμμών, καθώς και υποσταθμών υποβιβασμού τάσης. Η κατασκευή ενός μοντέλου δικτύου διανομής που απαρτίζεται από τα προαναφερθέντα στοιχεία είναι το αντικείμενο που πραγματεύεται η παρούσα διπλωματική. Η εργασία χωρίζεται σε έξι κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το δίκτυο διανομής μέσης τάσης με ιδιαίτερη αναφορά στις μορφές και τον εξοπλισμό του δικτύου. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται η σχεδίαση μέσω λογισμικού ενός αντιστροφέα χαμηλής ισχύος για τη σύνδεση ενός Φ/Β συστήματος στο δίκτυο χαμηλής τάσης. Στο τρίτο κεφάλαιο επιλέγεται μια τυπική μορφή ενός δικτύου διανομής μέσης τάσης και γίνεται η αναγωγή των απαραίτητων στοιχείων για την κατασκευή του εργαστηριακού μοντέλου. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα κατασκευαστικά μέρη του μοντέλου και η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την κατασκευή του. Στο πέμπτο κεφάλαιο επιλέγονται ορισμένα σενάρια για την διεξαγωγή μετρήσεων. Τέλος ακολουθεί το κεφάλαιο με τα συμπεράσματα και ιδέες για μελλοντικές διπλωματικές με στόχο τη βελτίωση αυτής της κατασκευής. 6

1. Δίκτυα διανομής μέσης τάσης Με τον όρο Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) χαρακτηρίζεται ένα σύνολο εξοπλισμού, που αποτελείται από σταθμούς παραγωγής, υποσταθμούς ανύψωσης και υποβιβασμού τάσης, εναέριες και υπόγειες γραμμές μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Σκοπός του συστήματος είναι η τροφοδότηση ηλεκτρικών καταναλωτών με την απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια αξιόπιστα, με υψηλά ποιοτικά χαρακτηριστικά και με χαμηλό κόστος. Το σύστημα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας περιλαμβάνει το δίκτυο μέσης και χαμηλής τάσης (ΜΤ και ΧΤ). Συγκεκριµένα το δίκτυο μέσης τάσης ξεκινάει από τους ζυγούς ΜΤ των µετασχηµατιστών (Μ/Σ) στους υποσταθµούς ΥΤ και οδηγείται µέσω υπόγειων και εναέριων αγωγών στους κατά τόπους υποσταθμούς ΜΤ. Στο δίκτυο διανοµής συνδέονται οι καταναλωτές ΜΤ (20 kv) και ΧΤ (400/230 V). Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η κατασκευή ενός εργαστηριακού μοντέλου δικτύου διανομής Μέσης Τάσης (ΜΤ), συμβατού με τον ήδη υπάρχοντα εξοπλισμό του εργαστηρίου συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας της Πολυτεχνικής σχολής του Α.Π.Θ. Μελετήθηκαν ορισμένες διατάξεις ενός δικτύου διανομής ΜΤ και έγινε σύγκριση πραγματικών αποτελεσμάτων με θεωρητικών που προέκυψαν με χρήση του λογισμικού PSIM της εταιρείας Powersim Inc. 1.1 Παρουσίαση του δικτύου διανομής ΜΤ Σήμερα στην Ελλάδα η πλειοψηφία των δικτύων διανομής ΜΤ λειτουργεί στα 20 kv ενώ τα υπόλοιπα που λειτουργούν ακόμα στα 15 kv έχουν εγκατεστημένα υλικά (π.χ. μετασχηματιστές, μονωτήρες κ.λ.π.) τα οποία είναι σχεδιασμένα για τάση λειτουργίας 20 kv, με σκοπό τη σταδιακή μεταφορά των δικτύων αυτών στην τάση των 20 kv. Το μεγαλύτερο μέρος του δικτύου διανομής στην Ελλάδα έχει κατασκευαστεί με βροχοειδή μορφή παρ όλα αυτά η λειτουργία του δικτύου είναι ακτινική. Αυτό σημαίνει ότι η ροή της ενέργειας από την πηγή σε ένα οποιοδήποτε φορτίο, γίνεται από ένα μοναδικό δρόμο. Η βροχοειδής κατασκευή βοηθάει, σε 7

περίπτωση σφαλμάτων στον κορμό του δικτύου, καθώς θα συνεχιστεί η τροφοδότηση των φορτίων που βρίσκονται μετά το σφάλμα από διαφορετικό δρόμο. Η τυποποίηση της τάσης των 20 kv για τα δίκτυα διανομής ΜΤ της χώρας οδήγησε στην υιοθέτηση βασικού επιπέδου μόνωσης (BIL-στάθμη κρουστικής αντοχής) 125 kv και στάθμη βραχυκύκλωσης 250 MVA (επίπεδο τριφασικού βραχυκυκλώματος 7,2 kα στα 20 kv και 10 ka στα 15 kv). Όλα τα δίκτυα είναι τριφασικά, τριών αγωγών, με γειωμένο τον ουδέτερο κόμβο του δευτερεύοντος των Μ/Σ των υποσταθμών ΥΤ μέσω αντιστάσεως συνήθως 12 Ω, για τον περιορισμό του ρεύματος σε σφάλματα γης στα 1000 Α. 1.2 Μορφή του δικτύου διανομής ΜΤ Γενικά, τα συστήματα διανομής μέσης τάσης διακρίνονται σε πέντε βασικές κατηγορίες με άξονα διαχωρισμού τη δομή τους ή τον τρόπο εκμετάλλευσής τους. Αυτές είναι: Ακτινικό Βροχοειδές Αραχνοειδές Ατρακτοειδές Μικρών βρόχων 1.2.1Ακτινικό δίκτυο διανομής Το σύστημα αυτό (Σχ. 1.1) εφαρμόζεται συνήθως σε εναέρια δίκτυα που τροφοδοτούν περιοχές και φορτία που δεν απαιτούν υψηλό βαθμό αξιοπιστίας. Το σύστημα αποτελείται από μία κεντρική γραμμή, τον κορμό, με τις διακλαδώσεις του. Ο κορμός ελέγχεται από ένα διακόπτη ισχύος που εκτελεί αυτόματες επαναφορές. Οι διακλαδώσεις ελέγχονται από ασφαλειοαποζεύκτες και από διακόπτες απομόνωσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις τοποθετούνται στον κορμό διακόπτες αυτόματης επαναφοράς, προκειμένου να εξυπηρετηθούν λειτουργικές ανάγκες του δικτύου ή να ελεγχθούν τα σφάλματα σε περιπτώσεις δικτύων με μεγάλα μήκη. 8

Ζυγοί Μέσης Τάσης Μετασχηματιστής Διακόπτης ισχύος Διακόπτης απομόνωσης Διακόπτης φορτίου Ασφαλειοαποζεύκτης Σχήμα 1.1: Μορφή ακτινικού δικτύου. 9

1.2.2 Βροχοειδές δίκτυο διανομής Εναέρια δίκτυα Το σύστημα αυτό (Σχ. 1.2) είναι όμοιο με το ακτινικό με τη διαφορά ότι τροφοδοτείται από δύο σημεία του ίδιου ή διαφορετικού υποσταθμού (Υ/Σ). Η κεντρική γραμμή διαχωρίζεται από διακόπτη φορτίου ή τριπολικό αποζεύκτη. Ζυγοί Μέσης Τάσης Ζυγοί Μέσης Τάσης Μετασχηματιστής Διακόπτης ισχύος Διακόπτης απομόνωσης Διακόπτης φορτίου Ασφαλειοαποζεύκτης Σχήμα 1.2: Μορφή βροχοειδούς εναέριου δικτύου. 10

Υπόγεια δίκτυα Σε αυτό το σύστημα (Σχ. 1.3), ο βρόχος τροφοδοτείται από δύο διακόπτες που ανήκουν στον ίδιο ή σε διαφορετικούς Υ/Σ. Σε κάθε Υ/Σ διανομής υπάρχουν δύο διακόπτες φορτίου για τις αφίξεις των καλωδίων. Ο βρόχος παραμένει λειτουργικά ανοικτός σε ένα διακόπτη φορτίου των Υ/Σ διανομής. Για να αξιοποιηθεί ο βρόχος, κάθε αναχώρηση, πρέπει στην κανονική λειτουργία να φορτίζεται μέχρι το 50% της ικανότητάς της. Ζυγοί Μέσης Τάσης Ζυγοί Μέσης Τάσης Μετασχηματιστής Διακόπτης ισχύος Διακόπτης φορτίου Ασφαλειοδιακόπτης Σχήμα 1.3: Μορφή βροχοειδούς υπόγειου δικτύου. 11

1.2.3 Αραχνοειδές δίκτυο διανομής Εναέρια δίκτυα Το σύστημα αυτό (Σχ. 1.4) είναι στην ουσία βροχοειδές με τη διαφορά ότι οι συνεργαζόμενες γραμμές είναι τρεις και υπάρχουν πλευρικές συνδέσεις. Σε περίπτωση βλάβης μιας εκ των γραμμών, οι άλλες δύο αναλαμβάνουν την κάλυψη των φορτίων. Έτσι, κάθε αναχώρηση επιτρέπεται να φορτίζεται στην κανονική λειτουργία μέχρι το 66% της ικανότητάς της. Σε κατάλληλες θέσεις του δικτύου προβλέπονται ειδικοί διακόπτες φορτίου για τη μεταφορά φορτίων. Ζυγοί Μέσης Τάσης Ζυγοί Μέσης Τάσης Ζυγοί Μέσης Τάσης Μετασχηματιστής Διακόπτης ισχύος Διακόπτης απομόνωσης Διακόπτης φορτίου Ασφαλειοαποζεύκτης Σχήμα 1.4: Μορφή αραχνοειδούς εναέριου δικτύου. 12

Υπόγεια δίκτυα Η βασική δομή του δικτύου (Σχ. 1.5) είναι ίδια με αυτή των εναέριων δικτύων με τις παρακάτω διαφορές: 1. Δεν πρέπει να γίνονται ακτινικές διακλαδώσεις για τροφοδοσία Υ/Σ. Όλοι οι Υ/Σ εντάσσονται στο βρόχο. 2. Οι χειρισμοί για τη μεταφορά των φορτίων γίνονται με τη βοήθεια των διακοπτών φορτίου των Υ/Σ. Ζυγοί Μέσης Τάσης Ζυγοί Μέσης Τάσης Ζυγοί Μέσης Τάσης Μετασχηματιστής Διακόπτης ισχύος Διακόπτης φορτίου Ασφαλειοδιακόπτης Σχήμα 1.5: Μορφή αραχνοειδούς υπόγειου δικτύου. 13

εφεδρική γραμμή 1.2.4 Ατρακτοειδές δίκτυο διανομής Το σύστημα (Σχ. 1.6) αποτελείται από ομάδα γραμμών που αναχωρούν από τον Υ/Σ 150/20 kv και καταλήγουν σε ένα Υ/Σ ζεύξης. Μια από την ομάδα των γραμμών είναι εφεδρική και πρέπει να είναι απαλλαγμένη από φορτία για να μπορεί να παραλάβει όλα τα φορτία μίας εκ των άλλων γραμμών. Ο αριθμός των συνεργαζόμενων γραμμών συμπεριλαμβανομένης και της εφεδρικής δεν πρέπει να υπερβαίνει τις έξι (6) αλλιώς μειώνεται ο βαθμός αξιοπιστίας του συστήματος. Ο βαθμός χρησιμοποίησης των γραμμών είναι πολύ υψηλός και κυμαίνεται γύρω στο 80-85% της ικανότητάς τους. Το σύστημα εφαρμόζεται ως επί το πλείστον σε υπόγεια δίκτυα πόλεων. Ζυγοί Μέσης Τάσης Ζυγοί Μέσης Τάσης Ζυγοί Μέσης Τάσης Ζυγοί Μέσης Τάσης Yποσταθμός ζεύξης Μετασχηματιστής Διακόπτης ισχύος Διακόπτης φορτίου Ασφαλειοδιακόπτης Σχήμα 1.6: Μορφή ατρακτοειδούς δικτύου. 14

1.2.5 Δίκτυο μικρών βρόχων Στο σύστημα αυτό (Σχ. 1.7) κάθε κύρια γραμμή διαχωρίζεται σε δύο δευτερεύουσες, που σχηματίζουν βρόχο μεταξύ τους ή με δευτερεύουσες άλλης αναχώρησης. Οι βρόχοι μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους με πλευρικές συνδέσεις. Το σύστημα παρέχει πολλές δυνατότητες επανατροφοδότησης τμημάτων με βλάβη ή σφάλμα. Οι γραμμές των βρόχων πρέπει να έχουν ικανότητα φόρτισης μέχρι το 50% των κυρίων γραμμών, πράγμα που επιτρέπει την ένταξη στο σύστημα παλαιών υφιστάμενων καλωδίων μικρότερης διατομής. Ζυγοί Μέσης Τάσης Μετασχηματιστής Διακόπτης ισχύος Διακόπτης φορτίου Ασφαλειοδιακόπτης Aποζεύκτης Σχήμα 1.7: Μορφή δικτύου μικρών βρόχων Μ.Τ. 15

Γενικά το βροχοειδές κρίνεται προσφορότερο αφού συνδυάζει απλότητα και ικανοποιητική αξιοπιστία και θα πρέπει να επιλέγεται σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις. Το αραχνοειδές δεν ενδείκνυται σαν οριστική λύση σε αρχικές μελέτες γιατί καθιστά δύσκολη την εκμετάλλευση. Το ατρακτοειδές επιλέγεται όταν δίνει αισθητά χαμηλότερο αρχικό κόστος με την προοπτική να μετατραπεί στο μέλλον σε βροχοειδές. Το σύστημα μικρών βρόχων είναι μια λύση ανάγκης και εφαρμόζεται για την αξιοποίηση καλωδίων μικρότερων διατομών. 1.3 Βασικός εξοπλισμός δικτύων διανομής Ένα σύστημα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας είναι μια πολυσύνθετη κατασκευή αποτελούμενη από χιλιάδες στοιχεία που λειτουργούν όλα μαζί με κοινό στόχο την αξιόπιστη μεταφορά ενέργειας στους καταναλωτές Ουσιαστικά υπάρχουν δύο κύριοι τύποι εξοπλισμού που αποτελούν ένα σύστημα διανομής: Οι γραμμές διανομής που διανέμουν την ενέργεια από το ένα μέρος στο άλλο, και Οι μετασχηματιστές που αλλάζουν το επίπεδο της τάσης της μεταφερόμενης ενέργειας. Στις παραπάνω κύριες κατηγορίες μπορούν να προστεθούν επίσης: Ο εξοπλισμός προστασίας που προσφέρει ασφάλεια και συνέχιση της λειτουργίας ακόμα και σε περίπτωση βλάβης. Ο εξοπλισμός ρύθμισης τάσης που χρησιμοποιείται για να διατηρεί την τάση μέσα σε επιτρεπτά όρια καθώς το φορτίο αλλάζει. 16

1.3.1 Υποσταθμοί ΥΤ/ΜΤ Οι υποσταθμοί ΥΤ/ΜΤ υποβιβάζουν την ΥΤ ( 150 kv και σε ελάχιστες περιπτώσεις 66 kv) σε ΜΤ (15 ή 20 kv) ενώ παράλληλα ανάλογα με τη γεωγραφική θέση και σημασία τους μπορούν να αποτελούν λιγότερο ή περισσότερο σημαντικούς κόμβους του συστήματος ΥΤ. Τα τυποποιημένα μεγέθη μετασχηματιστών που εγκαθίστανται στους υποσταθμούς ΥΤ/ΜΤ είναι τα εξής: 10/12.5 MVA 20/25 MVA 40/50 MVA Οι δυο τιμές ονομαστικής ισχύος για κάθε μέγεθος μετασχηματιστή σχετίζονται με τον τρόπο ψύξης και αντιστοιχούν η μεν πρώτη σε ψύξη με φυσική κυκλοφορία αέρα, η δε δεύτερη σε ψύξη με βεβιασμένη κυκλοφορία αέρα μέσω ανεμιστήρων. Το μέγεθος 10/12,5 MVA δεν παραγγέλνεται πλέον αλλά χρησιμοποιείται μόνο μετά από αποξήλωση. Επιπρόσθετα οι μελλοντικές προμήθειες μετασχηματιστών ΥΤ./ΜΤ είναι δυνατό να περιοριστούν στην ισχύ των 40/50 MVA. Για τη μελέτη της βέλτιστης σύνθεσης και εξέλιξης υποσταθμών ΥΤ/ΜΤ θεωρείται ότι οι παραπάνω μετασχηματιστές μπορούν να αναλάβουν φορτίο 10, 20 και 40 MW αντίστοιχα δηλαδή ότι φορτίζονται υπό συντελεστή ισχύος 0,8. Η παραδοχή αυτή καλύπτει τις απώλειες μετασχηματισμού και επιπλέον παρέχει και μικρά περιθώρια ανάληψης πρόσθετου φορτίου. 1.3.2 Εναέριες γραμμές Οι εναέριες γραμμές διανομής σε σύγκριση με τα υπόγεια καλώδια είναι ο απλούστερος και φθηνότερος τρόπος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας εφόσον υπάρχει δυνατότητα στήριξης των αγωγών. Ακόμα, παρουσιάζουν το πλεονέκτημα της γρήγορης και φθηνής επισκευής, πράγμα σημαντικό για τη λειτουργία ενός δικτύου. Επιπρόσθετα οι εναέριες γραμμές μέσης τάσης, αποτελούν την άμεση λύση στη συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια, ειδικότερα σ ένα δίκτυο 17

όπως το ελληνικό που απαιτεί γρήγορη επέκταση λόγω της ραγδαίας εξάπλωσης των αστικών συγκροτημάτων του. Οι αγωγοί πρέπει να αντέχουν στη μηχανική και στη θερμική καταπόνηση και στην περίπτωση της μέσης τάσης να μην προκαλούν απώλειες κορώνα (Coronaηλεκτρική διάσπαση του αέρα περί τον αγωγό). Η πεδιακή ένταση πέραν της οποίας αρχίζει η εκκένωση κορώνα, εξαρτάται από την διάμετρο του αγωγού και είναι 21 έως 27 kv/cm σε ενεργό τιμή. Σαν αγωγούς χρησιμοποιούμε πολύκλωνα συρματόσχοινα, για λόγους ευκαμψίας. Οι αγωγοί που χρησιμοποιούνται είναι χωρίς μόνωση και κατασκευάζονται από χαλκό (Cu), αλουμίνιο (Al) ή αλουμίνιο-χάλυβα (ACSR). Σε ειδικές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται αγωγοί από άλλα υλικά και κράματα (π.χ. από γαλβανισμένο χάλυβα, φωσφορούχο ορείχαλκο κλπ.). Στη χαμηλή τάση εκσυγχρονίζονται πλέον τα δίκτυα μέσω συνεστραμμένων καλωδίων. Τα κύρια υλικά είναι τα παρακάτω: Χαλκός εφελκυσμένος εν ψυχρώ. Αλουμίνιο, το οποίο είναι ή καθαρό αλουμίνιο 99,9% και λέγεται αλουμίνιο ηλεκτροτεχνίας E-Al, ή το κράμα αλουμινίου Aldrey με περίπου εκατοστιαία σύνθεση: 0,3-0,5 Mg, 0,4-0,7 Si, 0,3 Fe και το υπόλοιπο αλουμίνιο. Σύνθετοι αγωγοί αλουμινίου-χάλυβα Al/St. Έχουν και την ονομασία Aluminium Coated Steel Reinforced Conductors ή ACSR αγωγοί ( Σχ. 1.8). Στα εναέρια δίκτυα δεν χρησιμοποιούνται μονόκλωνοι αγωγοί, γιατί έχουν πολύ μικρότερη μηχανική αντοχή από τους πολύκλωνους. Επίσης οι μονόκλωνοι είναι δύσκαμπτοι και η διατομή τους είναι μέχρι 16 mm 2. Οι αγωγοί χαλκού και αλουμινίου αποτελούνται από κλώνους της ίδιας διατομής και παίρνουν τη μορφή των συρματόσχοινων. Οι αριθμοί των κλώνων είναι κυρίως 7,19,37,61 κλπ. 18

Σχήμα 1.8 Αγωγός ACSR Οι απώλειες ισχύος των εναέριων γραμμών συνίστανται: Στα δίκτυα με γυμνούς αγωγούς στις απώλειες Joule των αγωγών, 2 2 2 P Q P 3RI R όπου P και Q η ενεργή και η άεργη τριφασική ισχύς 2 U αντίστοιχα που μεταφέρεται από τη γραμμή. Υπενθυμίζεται ότι η κυκλοφορία άεργης ισχύος σε μια γραμμή συνεπάγεται αύξηση των ενεργών απωλειών. Στα δίκτυα με συνεστραμμένα καλώδια στις απώλειες Joule των αγωγών καθώς επίσης και στις απώλειες που δημιουργούνται στη μεταλλική θωράκιση κάθε φάσης από τα επαγόμενα σε αυτές ρεύματα κυκλοφορίας και Foucault. Οι απώλειες αυτές λαμβάνονται υπόψη με κατάλληλη προσαύξηση της ωμικής αντίστασης των αγωγών. Η επιλογή της διατομής των αγωγών μιας εναέριας γραμμής υπόκειται στην τήρηση τεχνικών περιορισμών που σχετίζονται: 1. Με τη μέγιστη επιτρεπτή ένταση (θερμικό όριο) που είναι αποδεκτή για κάθε διατομή και είδος αγωγού. 2. Με τη μέγιστη επιτρεπτή πτώση τάσης. 3. Με τη μηχανική αντοχή της γραμμής. Επομένως βέλτιστη διατομή είναι εκείνη για την οποία το κόστος της γραμμής θεωρούμενο στο σύνολο των ετών λειτουργίας της και ανηγμένο στο έτος κατασκευής, ελαχιστοποιείται. 19

Η επιλογή του είδους των αγωγών που θα χρησιμοποιηθούν εξαρτάται τόσο από το κόστος όσο και από τις περιβαλλοντικές συνθήκες της περιοχής και φυσικά από την επιφόρτιση. Έτσι οι αγωγοί ACSR χρησιμοποιούνται σε όλες τις περιπτώσεις τυποποιημένων επιφορτίσεων σε περιοχές φυσιολογικών συνθηκών διάβρωσης. Τα είδη των αγωγών μαζί με τις τυποποιημένες διατομές που χρησιμοποιούνται είναι τα εξής Γυμνοί Αγωγοί α) Αγωγοί ACSR 16 mm 2, 35 mm 2, 95 mm 2 (Διατομές ισοδύναμες χαλκού). β) Αγωγοί Cu 16 mm 2, 35 mm 2, 95 mm 2 Συνεστραμμένα καλώδια (θωρακισμένου τύπου) α) 3x50 mm 2 Al + 50 mm 2 St β) 3x150 mm 2 Al + 50 mm 2 St Παρακάτω παραθέτουμε τους πίνακες ( Π.1-1 ως Π.1-6 ) με τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των εν χρήσει αγωγών των εναέριων γραμμών ΜΤ: Αγωγοί ACSR Π.1-1: Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά Είδος γραμμής (mm 2 ) R (Ω/km) X (Ω/km) 3x16 1,268 0,422 3x35 0,576 0,397 3x95 0,215 0,334 20

Π.1-2: Θερμικά όρια ικανότητας μεταφοράς ισχύος ACSR (mm 2 ) Θερμικό Όριο υπό Ονομαστική Τάση 15 kv 20 kv 3x16 3,5 MVA 4,7 MVA 3x35 5,8 MVA 7,7 MVA 3x95 11,6 MVA 15,5 MVA Αγωγοί Cu Π.1-3: Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Είδος Γραμμής (mm 2 ) R(Ω/km) X(Ω/km) 3x16 1,274 0,417 3x35 0,596 0,393 3x95 0,22 0,358 Π.1-4: Θερμικά όρια ικανότητας μεταφοράς ισχύος Cu (mm 2 ) Θερμικό Όριο υπό Ονομαστική Τάση 15 kv 20 kv 3x16 3,0 MVA 4,0 MVA 3x35 4,8 MVA 6,4 MVA 3x95 9,1 MVA 12,2 MVA 21

Συνεστραμμένα καλώδια Π.1-5: Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά Διατομή (mm 2 ) R (Ω/km) X (Ω/km) C (Ω/km) 3x50 Al + 50 St 0,823 0,15 146 3x150 Al + 50 St 0,266 0,125 217 Π.1-6: Θερμικά όρια ικανότητας μεταφοράς ισχύος Διατομή (mm 2 ) Θερμικό Όριο υπό Ονομαστική Τάση 15 kv 20 kv 3x50 Al + 50 St 4,5 MVA 6,0 MVA 3x150 Al + 50 St 8,8 MVA 11,7 MVA 1.3.3 Υπόγεια καλώδια Μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας με καλώδια συναντά κανείς σε δύο περιπτώσεις. Όταν το περιβάλλον δεν προσφέρεται για εναέρια μεταφορά και όταν δεν μπορούν να στηριχθούν οι εναέριοι αγωγοί λόγω μεγάλων ανοιγμάτων. Έτσι, συναντάμε καλωδιακές γραμμές στις πόλεις και στην υποθαλάσσια μεταφορά, ενδεχομένως σε συνδυασμό με συνεχές ρεύμα. Οι καλωδιακές γραμμές είναι εξαιρετικά πολυδάπανες (5 έως 10 φορές ακριβότερες από ότι οι αντίστοιχες εναέριες) και παρουσιάζουν δυσκολίες στη συντήρησή τους. Τα καλώδια, σε αντιδιαστολή προς τους απλούς μονωμένους αγωγούς, είναι κατασκευές που μπορούν να ενταφιαστούν ή να ποντιστούν, δηλαδή μπορούν να είναι συνεχώς υπό την επίδραση εδάφους και νερού χωρίς αυτό να επηρεάζει αρνητικά τη λειτουργία τους. 22

Τα τυποποιημένα είδη υπόγειων καλωδίων που χρησιμοποιούνται σήμερα στις γραμμές Μ.Τ. είναι: 1. Το τριπολικό καλώδιο με αγωγούς αλουμινίου, μόνωση από εμπλουτισμένο χαρτί, τριών ανεξάρτητων μολύβδινων μανδυών με κοινό χαλύβδινο οπλισμό (τύπος ΝΑΕΚΒΑ), διατομής 3x240 mm 2 (Σχ. 1.9). 2. Τρία μονοπολικά καλώδια με αγωγούς αλουμινίου, μόνωσης XLPE, με θωράκιση Al και εξωτερικό προστατευτικό μανδύα PVC, διατομής 240 mm 2, συνεστραμμένα γύρω από αγωγό γης από Al, διατομής 25 mm 2 που περιβάλλεται από μολύβδινο μανδύα (Σχ. 1.9). Για λόγους απλούστευσης περιγράφονται συνοπτικά ως 3x240 mm 2 Al + 25 mm 2 Al. Στα δίκτυα ΜΤ η χρήση καλωδίων μόνωσης XLPE ξεκίνησε πρόσφατα και πρόκειται να υποκαταστήσει πλήρως τη χρήση των καλωδίων ΝΑΕΚΒΑ. 23

Σχήμα 1.9 Καλώδια NAEBKA και XLPE Οι τιμές των επαγωγικών αντιδράσεων των υπογείων καλωδίων είναι χαμηλότερες σε σύγκριση με τις αντίστοιχες τιμές για τις εναέριες. Αντίθετα η τιμή της χωρητικότητας στα υπόγεια καλώδια είναι κατά πολύ σημαντικότερη από εκείνη των εναέριων γραμμών αφενός λόγω της μικρής απόστασης αγωγού-μανδύα ή θωράκισης και αφετέρου λόγω της μεσολάβησης ενός διηλεκτρικού με 24

διαπερατότητα υψηλότερη από εκείνη του αέρα. Επομένως η απορροφώμενη άεργη επαγωγική ισχύς είναι πολύ χαμηλή ως και αμελητέα εν συγκρίσει με την παραγόμενη άεργη χωρητική ισχύ. Οι απώλειες των υπόγειων καλωδίων διακρίνονται: Στις απώλειες Joule λόγω της ωμικής αντίστασης των αγωγών. Αυτές είναι μικρότερες από τις αντίστοιχες ισοδύναμες εναέριες γραμμές κυρίως λόγω των μεγαλύτερων διατομών των υπόγειων καλωδίων καθώς και λόγω της φύσης των χρησιμοποιούμενων αγωγών. Ενδεικτικά οι απώλειες μιας γραμμής ΜΤ 95 mm 2 ACSR είναι κατά 35% ως 50% υψηλότερες για το ίδιο φορτίο έναντι των καλωδίων ΜΤ. Στις απώλειες λόγω ρευμάτων κυκλοφορίας που επάγονται στους μεταλλικούς μανδύες, θωρακίσεις και οπλισμούς των καλωδίων, εφόσον συνδέονται και γειώνονται σε περισσότερα του ενός σημεία. Για τα καλώδια ΜΤ οι απώλειες αυτές είναι χαμηλές λόγω των σχετικά μικρών διατομών και της μικρής αξονικής απόστασης των πόλων και λαμβάνονται υπόψη με κατάλληλη προσαύξηση της ωμικής αντίστασης των αγωγών. Στις διηλεκτρικές απώλειες που αντιστοιχούν στην κυκλοφορία του ρεύματος στο μονωτικό υλικό δεδομένου ότι τα καλώδια δεν συνιστούν ιδανικούς πυκνωτές. Εξαρτώνται από το τετράγωνο της τάσης, τη συνολική χωρητικότητα και επομένως το μήκος του καλωδίου και από τη γωνία απωλειών του μονωτικού. Οι απώλειες αυτές είναι γενικά χαμηλότερες των απωλειών Joule, ιδιαίτερα για τα καλώδια με μόνωση XLPE. 25

Παρακάτω παραθέτουμε τους πίνακες ( Π.1-7 ως Π.1-8 ) με τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των εν χρήσει καλωδίων των υπόγειων γραμμών ΜΤ: Π.1-7: Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά υπόγειων καλωδίων ΜΤ. Τύπος Καλωδίου (mm 2 ) R (Ω/km) X (Ω/km) C (nf/km) 3x240 Al + 25 Al 0,162 0,115 270 3x240 Al 0,15 0,108 530 Π.1-8: Θερμικά όρια ικανότητας μεταφοράς ισχύος υπογείων γραμμών Τύπος Καλωδίου (mm 2 ) Θερμικό Όριο υπό Ονομαστική Τάση 15 kv 20 kv 3x240 Al + 25 Al 10,6 MVA 14,2 MVA 3x240 Al 8,0 MVA 10,7 MVA 1.3.4 Υποσταθμοί ΜΤ/ΧΤ Οι υποσταθμοί ΜΤ/ΧΤ ή υποσταθμοί διανομής εξοπλίζονται με μετασχηματιστές 20kV / 0,4 kv ή 20-15 kv / 0,4 kv των εξής τυποποιημένων μεγεθών ονομαστικής ισχύος: 50, 100, 160, 250, 400, 630, 1000 kva. Στο παρελθόν έχουν χρησιμοποιηθεί και άλλα μεγέθη μετασχηματιστών (75, 200, 500, 750 kva) σε υποσταθμούς αλλά δεδομένου ότι τα μεγέθη αυτά δεν εγκαθίστανται κατά τα τελευταία έτη, το ποσοστό των αντίστοιχων υποσταθμών μειώνεται συνεχώς. Στον παρακάτω πίνακα δίνεται ενδεικτικά η συνήθης κατανομή των μεγεθών μετασχηματιστών στους διάφορους τύπους υποσταθμών Διανομής καθώς και το αντίστοιχο πλήθος αναχωρήσεων ΧΤ. 26

Π.1-9: Κατανομή μεγεθών Μ/Σ στους υποσταθμούς και πλήθος αναχωρήσεων Χ.Τ. Υποσταθμοί Διανομής Εναέριοι Εσωτερικού Χώρου Συνεπτυγμένοι- Υπαίθριοι Ισχύς Μ/Σ (kva) Πλήθος Αναχωρήσεων Χ.Τ 50 2 100 160 4 250 400 5 630 1000 8 250 4 400 5 630 8 Πολλές φορές κρίνεται αναγκαία η παράλληλη λειτουργία δυο Μ/Σ για την κάλυψη ενός φορτίου. Αυτό γίνεται είτε γιατί δεν υπάρχει μετασχηματιστής που τα ονομαστικά του μεγέθη δεν καλύπτουν το φορτίο είτε για λόγους οικονομίας. Για να είναι δυνατός ο παραλληλισμός των Μ/Σ και να έχουμε ομοιόμορφη φόρτιση ανάλογα με το μέγεθός τους πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες συνθήκες: Η σχέση των ισχύων τους να είναι μεταξύ 1/3 και 3. Οι ονομαστικές τάσεις και ρυθμίσεις στη ΜΤ να είναι ίσες με ανοχή ±0,05%. Οι ονομαστικές τάσεις βραχυκύκλωσης να είναι ίσες με ανοχή 10%. Να έχουν ίδιες συνδεσμολογίες και να συνδεθούν με τους αντίστοιχους ακροδέκτες. Αν δεν είναι ίδιες οι συνδεσμολογίες επιτρέπεται ο παραλληλισμός Μ/Σ Dy5 και Dy11 όταν συμπίπτουν οι τάσεις τους με κατάλληλη αντιστοίχηση των ακροδεκτών τους. 27

Π.1-10: Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά Μετασχηματιστών ΜΤ./ΧΤ Ονομαστική Ισχύς Ονομαστική Τάση Πρωτεύοντος Ονομαστική Τάση Δευτερεύοντος Ομάδα ζεύξης Ονομαστική Ένταση στο Δευτερεύον Τάση Βραχυκύκλωσης u% = z% Ωμική Αντίσταση Επαγωγική Αντίδραση (kva) (kv) (kv) (A) (%) (%) (Ω) (%) (Ω) 25 20 0,4 Yzn11 36 4 2,8 448 2,86 457,05 50 20 0,4 Yzn11 72 4 2,1 168 3,4 272,35 100 20 0,4 Yzn11 144 4 1,75 70 3,6 143,87 160 20 0,4 Dyn11 231 4 1,47 36,7 3,72 93,01 250 20 0,4 Dyn11 361 4 1,3 20,8 3,78 60,53 400 20 0,4 Dyn11 577 4 1,15 11,5 3,83 38,31 630 20 0,4 Dyn11 909 4 1,03 6,55 3,86 24,54 1000 20 0,4 Dyn11 1443 5 1,05 4,2 4,89 19,55 28

1.4 Απώλειες δικτύου ΜΤ Οι τεχνικές απώλειες ενός συστήματος διανομής είναι αποτέλεσμα της ίδιας της φύσης της μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας και ως εκ τούτου είναι τεχνικά αναπόφευκτες. Μπορούν να καταβληθούν προσπάθειες για τη μείωσή τους, δεν μπορούν όμως να μηδενιστούν. Το μέγεθος των τεχνικών απωλειών εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά, τις ιδιότητες και τη λειτουργία του υπάρχοντος δικτύου και των υπόλοιπων εγκαταστάσεων. Τα είδη των απωλειών που μπορούμε να συναντήσουμε στο σύστημα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας είναι τα εξής: Απώλειες Joule Διηλεκτρικές απώλειες Απώλειες ρευμάτων κυκλοφορίας Απώλειες σιδήρου Τα τρία πρώτα είδη απωλειών δημιουργούνται λόγω της ροής του ρεύματος μέσω των γραμμών και καλωδίων όπως παρουσιάστηκαν παραπάνω. Οι απώλειες σιδήρου οφείλονται στο φαινόμενο υστέρησης και δινορρευμάτων που παρουσιάζουν κατά τη λειτουργία τους οι μετασχηματιστές και γενικά τα σιδηρομαγνητικά υλικά. 1.4.1 Οφέλη μείωσης απωλειών Τα βασικότερα οφέλη που προκύπτουν από τις ενέργειες για τη μείωση των απωλειών σ' ένα δίκτυο διανομής είναι πολύ σημαντικά και μπορούν να συνοψιστούν στα εξής: Μείωση των απωλειών (τεχνικών και μη) ισοδυναμεί με μείωση της παραγόμενης ενέργειας για την κάλυψη μιας αντίστοιχης ζήτησης, κάτι που σημαίνει μικρότερο κόστος παραγωγής, εξοικονόμηση σε καύσιμα και μείωση της ρύπανσης από τους σταθμούς παραγωγής. Μείωση του κόστους της κιλοβατώρας ( /kwh) και βελτίωση του προϊόντος που προσφέρεται στον καταναλωτή, αφού δεν έχουμε έντονα φαινόμενα πτώσεων τάσης και αποκοπής φορτίων στις περιόδους αιχμής. 29

1.4.2 Τρόποι μείωσης απωλειών Έχουν γίνει και εξακολουθούν να γίνονται αρκετές προσπάθειες για τη μείωση των απωλειών σε συστήματα διανομής. Μία από αυτές, σημαντική για τον τομέα των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα μας, ήταν η αλλαγή του επιπέδου τάσης στα δίκτυα μέσης τάσης από τα 15 kv στα 20 kv. Η συγκεκριμένη αλλαγή εφαρμόστηκε με επιτυχία στο ελληνικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας και επέφερε σημαντική μείωση στις απώλειες που παρατηρούνται στις γραμμές και τους μετασχηματιστές διανομής, καθώς και στους μετασχηματιστές στα κέντρα υποβιβασμού τάσης ΥΤ/ΜΤ. Όπως προαναφέρθηκε, η ύπαρξη των τεχνικών απωλειών στις ηλεκτρικές γραμμές είναι φαινόμενο αναγκαστικό μεν, αλλά συνάμα ανεπιθύμητο αφού συνεπάγεται ένα διαρκές κόστος ενέργειας, που επιβαρύνει την επιχείρηση ηλεκτρισμού. Θα πρέπει λοιπόν να λαμβάνεται κατάλληλη μέριμνα, ώστε οι απώλειες στις γραμμές να περιορίζονται στο ελάχιστο δυνατό. Οι τρόποι με τους οποίους μειώνονται οι τεχνικές απώλειες είναι οι εξής: Με αντιστάθμιση, διορθώνοντας έτσι το συντελεστή ισχύος cosφ. Αυξάνοντας τη διατομή των αγωγών, δηλαδή μειώνοντας την αντίσταση (R/km) των αγωγών (γεγονός που είναι ασύμφορο οικονομικά και στην περίπτωση του υπόγειου δικτύου τις περισσότερες φορές αδύνατο). Ομαλοποιώντας την καμπύλη φορτίου δίνοντας κίνητρα στους καταναλωτές ώστε να μειώνουν την κατανάλωση τις ώρες αιχμής Με αναδιάταξη ανασχηματισμό της δομής του δικτύου μέσω διακοπτικών κινήσεων. 1.5 Αντιστάθμιση Η παραγωγή άεργης ισχύος με στοιχεία, όπως πυκνωτές, αυτεπαγωγές ή σύγχρονους πυκνωτές, χρησιμοποιείται για να αλλάξουμε την άεργη ισχύ ενός καταναλωτή ή μιας γραμμής, οπότε μιλάμε για αντιστάθμιση. Η άεργη ισχύς δεν παράγει μέσο έργο. Προέρχεται από το γεγονός ότι, στις αυτεπαγωγές ή στους πυκνωτές δημιουργούνται περιοδικά πεδία. Δηλαδή, ενέργεια απορροφάται από το δίκτυο κατά τη διάρκεια 30

δημιουργίας του πεδίου και αποδίδεται πάλι στο δίκτυο κατά τη διάρκεια μείωσης του πεδίου. Η άεργη ισχύς μεταβάλλει τα παρακάτω μεγέθη σ ένα δίκτυο: Τις απώλειες των γραμμών που τροφοδοτούν το φορτίο. Την πτώση τάσης των γραμμών η οποία εξαρτάται, κατά ένα μεγάλο μέρος, από το άεργο φορτίο του καταναλωτή. Το ρεύμα του φορτίου. Τη φυσική αντίδραση μιας γραμμής, δηλαδή τη διαμήκη αυτεπαγωγή ή την εγκάρσια χωρητικότητά της. Έτσι, μπορούμε να αλλάξουμε τη φυσική ισχύ μιας γραμμής και το όριο ευστάθειας ενός συστήματος μεταφοράς. 1.5.1 Διόρθωση του συντελεστή ισχύος Σε περίπτωση που η συμπεριφορά του κυκλώματός μας είναι επαγωγική, όπως και συνήθως συμβαίνει, για την αντιστάθμιση της άεργης ισχύος τοποθετούμε πυκνωτές σε συνδεσμολογία αστέρα (Υ) ή τριγώνου (Δ). Σε αντίθετη περίπτωση, χωρητικής συμπεριφοράς, για αντιστάθμιση τοποθετούμε αυτεπαγωγές με ανάλογη συνδεσμολογία. Η άεργη ισχύς μπορεί να αντισταθμιστεί: Τοπικά, δηλαδή σε κάθε συσκευή, π.χ. κινητήρα, αν η συσκευή λειτουργεί συνεχώς με σταθερό φορτίο, έτσι μειώνονται τα ρεύματα και οι διατομές των καλωδίων. Ομαδικά, δηλαδή σε ομάδες συσκευών, αν αυτές έχουν συνεχή σταθερή λειτουργία, π.χ. λαμπτήρες. Κεντρικά ή γενικά, αν η φόρτιση των διαφόρων συσκευών είναι κυμαινόμενη. 31

1.5.2 Μέσα αντιστάθμισης Τα χρησιμοποιούμενα μέσα αντιστάθμισης είναι τα ακόλουθα: Πυκνωτές. Αυτεπαγωγές. Στρεφόμενος ή σύγχρονος πυκνωτής. Ρυθμιζόμενες χωρητικότητες. Ρυθμιζόμενες αυτεπαγωγές. Πυκνωτές σειράς. Πυκνωτές με παράλληλα πηνία με κορεσμένο πυρήνα. 1.6 Ρύθμιση τάσης Δεδομένου ότι η τάση τροφοδοσίας των καταναλωτών δεν είναι πρακτικά εφικτό να τηρείται συνεχώς ίση με την ονομαστική τους τιμή, καθιερώθηκαν ορισμένα αποδεκτά όρια διακύμανσης της τάσης τροφοδότησης, τα οποία υποχρεούνται να τηρούν οι ηλεκτρικές επιχειρήσεις διανομής. Για το δίκτυο ΜΤ, καθώς επίσης και για τους καταναλωτές ΜΤ, η ΔΕΗ έχει καθιερώσει τα παρακάτω όρια: Η διακύμανση της τάσης από την αντίστοιχη μέση τιμή, δεν πρέπει να αποκλίνει πέραν του 3% (ποσοστό επί της κανονικής). Η μέση τιμή της τάσης να βρίσκεται εντός των ορίων ±5% της ονομαστικής τάσης του δικτύου. Η ρύθμιση της τάσης περιλαμβάνει ρυθμιστές στις γραμμές και αντισταθμιστές πτώσης τάσης, καθώς και μετασχηματιστές αλλαγής βήματος. Αυτές οι συσκευές αλλάζουν το ρυθμό του βήματος (ρυθμός τάσης εισαγωγής προς τάση εξαγωγής) έτσι ώστε να αντιμετωπίζονται διαφοροποιήσεις από πιθανές πτώσεις τάσης. Χρησιμοποιούμενες σωστά βοηθούν στη διατήρηση του επιπέδου της τάσης εντός αποδεκτών ορίων, καθώς μπορούν να μειώσουν σημαντικά την διακύμανσή της χωρίς να μπορούν όμως να την εξαλείψουν τελείως. 32

1.6.1 Μέσα ρύθμισης τάσης Προκειμένου να τηρηθούν οι απαιτήσεις τάσης προβαίνουμε στα εξής μέτρα: Ρύθμιση τάσεως των ζυγών ΜΤ των Υποσταθμών ΥΤ/ΜΤ. Η ρύθμιση επιτυγχάνεται είτε από τον ίδιο το Μ/Σ μέσω του συστήματος μεταβολής τάσης υπό φορτίο (On Load Tap Changer) δηλαδή μεταβολής της σχέσης μετασχηματισμού, είτε από ιδιαίτερο αυτομετασχηματιστή - ρυθμιστή ο οποίος παρεμβάλλεται μεταξύ του Μ/Σ ισχύος και των ζυγών ΜΤ. Αναφέρεται ότι και οι δυο τύποι ρύθμισης είναι βηματικού τύπου. Προκειμένου να καθοριστούν τα στοιχεία της ρύθμισης είναι απαραίτητη η γνώση των μεγεθών και της φύσης των φορτίων κάθε γραμμής και των αντίστοιχων πτώσεων τάσης διότι ενώ η αντιστάθμιση της τάσης του Υ/Σ εξαρτάται από το συνολικό φορτίο, η πτώση τάσης της κάθε γραμμής εξαρτάται από τα φορτία αυτής. Εγκατάσταση ρυθμιστών τάσεως σε κάποια σημεία του δικτύου. Οι ρυθμιστές τάσης είναι αυτομετασχηματιστές με δυνατότητα μεταβολής της σχέσης μετασχηματισμού και συνεπώς της τάσης υπό φορτίο. Έχουν περιοχή ρύθμισης 10%, 33 λήψεις και βήμα 5/8 %. Εγκαθίστανται σε σημείο της γραμμής όπου επιβάλλεται η ρύθμιση της τάσης πέραν αυτού. Εγκατάσταση σταθερών ή αποζεύξιμων πυκνωτών σε συγκεκριμένα σημεία του δικτύου. Είναι η κύρια μέθοδος που χρησιμοποιείται. Στα δίκτυα με εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιούνται πυκνωτές που κυρίως συνδέονται παράλληλα με το δίκτυο, όπως ένας τριφασικός καταναλωτής. Οι πυκνωτές στο δίκτυο λειτουργούν σαν γεννήτριες παραγωγής χωρητικών φορτίων που στοχεύουν στη μείωση των επαγωγικών φορτίων των καταναλωτών και των επαγωγικών ρευμάτων που οφείλονται στην επαγωγική αντίσταση των γραμμών. Έτσι επιτυγχάνουμε βελτίωση του συνημίτονου των γραμμών, μείωση της πτώσης τάσης και μείωση των απωλειών. Οι προαναφερθέντες λόγοι σε συνδυασμό με το μικρό κόστος τους και την ευκολία εγκατάστασής, τους καθιστά ως το ιδανικό μέσο σωστής εκμετάλλευσης των δικτύων. 33

1.7 Διανεμημένη Παραγωγή Γενικά, ο όρος διανεμημένη παραγωγή (ΔΠ) αναφέρεται σε οποιαδήποτε μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας η οποία συνδέεται στα δίκτυα διανομής, κοντά στο σημείο της κατανάλωσης για την παροχή κυρίως ενεργού ισχύος. Οι διανεμημένοι παραγωγοί συνδέονται είτε στο δίκτυο διανομής ΜΤ, δηλαδή στα 20 kv, είτε στη χαμηλή τάση, δηλαδή μετά το μετρητή του καταναλωτή στα 400V. Τα συστήματα διανεμημένης παραγωγής έχουν προς το παρών μια ικανότητα παραγωγής από μερικά kw μέχρι 50 MW. Οι περισσότερες γεννήτριες της ΔΠ χρησιμοποιούν παραδοσιακούς τρόπους παραγωγής: πετρέλαιο, μηχανές εσωτερικής καύσης ή συνδυασμένου κύκλου κ.ά. Επιπρόσθετα ακόμα σε μεγάλο ποσοστό χρησιμοποιούνται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), όπως αέρας, ήλιος και νερό. Βασικό πλεονέκτημά τους έναντι των συμβατικών πηγών είναι το ότι ανανεώνονται από την φύση, δεν προκαλούν μόλυνση της ατμόσφαιρας και συμβάλλουν στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων ρύπων. Οι γεννήτριες των ΑΠΕ προτιμώνται επίσης διότι το μικρό τους μέγεθος επιτρέπει την απευθείας σύνδεση τους στο δίκτυο ΧΤ του κεντρικού δικτύου. Επίσης, τα τελευταία χρόνια βρίσκεται σε εξέλιξη η χρήση μικροστροβίλων και κυψελών καυσίμου. 34

2. Σχεδίαση μονοφασικού αντιστροφέα για τη διασύνδεση φωτοβολταϊκού συστήματος στο δίκτυο ΧΤ Αρχικός μας στόχος ήταν η κατασκευή ενός αντιστροφέα μικρής ισχύος (50 W) για τη διασύνδεση μιας συστοιχίας φωτοβολταϊκών στο δίκτυο χαμηλής τάσης (230V). Η υλοποίηση όμως του ελέγχου του αντιστροφέα αποδείχθηκε ιδιαιτέρως δύσκολη καθώς απαιτούσε πολύ καλή γνώση προγραμματισμού μικροελεγκτών, κάτι το οποίο ξέφευγε από τα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής. Για τον λόγο αυτό στο παρών κεφάλαιο θα παρουσιαστεί μόνο το κομμάτι της σχεδίασης μέσω του λογισμικού PSIM. 2.1 Κύκλωμα του αντιστροφέα Ο αντιστροφέας (εικ. 2.1) που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση με το δίκτυο αποτελείται από τέσσερις διακόπτες MOSFET με αντιπαράλληλες διόδους σε διάταξη πλήρους γέφυρας. Η είσοδος του αντιστροφέα αναπαρίσταται με μια πηγή συνεχούς τάσης 24V αφού είχε αποφασισθεί η χρησιμοποίηση μπαταριών αντί φωτοβολταϊκων πάνελ για λόγους ευκολίας. Για την απαλοιφή των αρμονικών (THD <4% για την τάση και THD < 5% για το ρεύμα) χρησιμοποιείται μια αυτεπαγωγή σε σειρά με μια αντίσταση, οι τιμές των οποίων προκύπτουν με βάση το ρεύμα των 4A που απαιτείται για την ονομαστική ισχύ του αντιστροφέα. Ύστερα από προσομοιώσεις επιλέχθηκε τα παραπάνω στοιχεία να έχουν τιμές R=1mΩ και L= 10mΗ. Η σύνδεση με το δίκτυο πραγματοποιείται μέσω μετασχηματιστή ανύψωσης τάσης 12/230V. 35

Εικόνα 2.1 κύκλωμα αντιστροφέα 2.2 Σχεδιασμός PLL Με τον βρόγχο κλειδώματος φάσης (PLL) πετυχαίνουμε τη συμφασικότητα μεταξύ του ρεύματος εξόδου του αντιστροφέα και της τάσης του δικτύου ώστε να μην υπάρχει ανταλλαγή άεργης ισχύος. Το PLL δέχεται ως είσοδο την τάση V a του σημείου σύνδεσης του αντιστροφέα με το δίκτυο. Έπειτα, αυτή πολλαπλασιάζεται με ένα σήμα συνημίτονου με μοναδιαίο μέτρο και συχνότητας f=50hz. Το σήμα που προκύπτει περνά από ένα χαμηλοπερατό φίλτρο συντονισμένο στα 50Hz. Η έξοδος του φίλτρου περνά από έναν PI ελεγκτή και η έξοδος του προστίθεται σε ένα πριονωτό σήμα συχνότητας 50Hz. Αυτό το πριονωτό σήμα αποκτά τη μέγιστη τιμή του στο τέλος κάθε περιόδου. Το άθροισμα αυτών των δύο σημάτων οδηγείται σε μια διακλάδωση. Στον ένα κλάδο περνά από ένα μπλοκ συνημίτονου, όπου η είσοδος του είναι ένα όρισμα και στην έξοδο του προκύπτει το συνημίτονο του ορίσματος, το οποίο στη συνέχεια επιστρέφει στον πολλαπλασιαστή. Στον άλλο κλάδο περνά από ένα μπλοκ ημιτόνου με αντίστοιχη λειτουργία. Με αυτό τον τρόπο παίρνουμε στην έξοδο ένα ημιτονοειδές σήμα με μοναδιαίο μέτρο μετατοπισμένο κατά τη φάση του δικτύου. 36

Εικόνα 2.2 κύκλωμα PLL 2.3 Μέθοδος ελέγχου των διακοπτών του αντιστροφέα Η μέθοδος που εφαρμόσθηκε για τον έλεγχο του αντιστροφέα είναι σταθερού ρεύματος και συγκεκριμένα με έλεγχο ζώνης ανοχής. Αρχικά δημιουργούμε ένα ρεύμα αναφοράς I ref (εικ. 2.3), που καθορίζει έμμεσα την ισχύ εξόδου του αντιστροφέα και που είναι συμφασικό με την V a. Στη συνέχεια δημιουργούμε τη ζώνη ανοχής και έπειτα γίνεται η σύγκριση του ρεύματος εξόδου του αντιστροφέα με τη ζώνη ανοχής. Όταν το ρεύμα υπερβεί το άνω όριο της ζώνης τότε κλείνουν οι διακόπτες Τ2,Τ3 και όταν το ρεύμα πέσει χαμηλότερα από το κάτω όριο της ζώνης τότε κλείνουν οι διακόπτες Τ1,Τ4 (εικ. 2.4). Η συχνότητα μετάβασης εξαρτάται από το πόσο γρήγορα μεταβάλλεται το ρεύμα από το άνω όριο της ζώνης ανοχής και αντίστροφα. Η επιλογή της ζώνης ανοχής γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τα εξής κριτήρια. Μια μικρή ζώνη ανοχής σε σχέση με την τιμή του ρεύματος εξόδου του αντιστροφέα, θα σημαίνει μεγάλη συχνότητα μετάβασης, που μεταφράζεται σε μεγαλύτερες απώλειες για τον αντιστροφέα. Όμως το ρεύμα στην έξοδο του αντιστροφέα θα έχει μικρότερη αρμονική παραμόρφωση, κάτι που οδηγεί στην ευκολότερη και οικονομικότερη επιλογή φίλτρου (το οποίο είναι απαραίτητο για την διασύνδεση της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης στο δίκτυο) για την έξοδο του αντιστροφέα. Το αντίθετο ισχύει για μεγάλη ζώνη ανοχής σε σχέση με την τιμή του ρεύματος στην έξοδο (μικρότερες απώλειες ισχύος, αλλά μεγαλύτερη αρμονική παραμόρφωση). Η τελική επιλογή ζώνη ανοχής για τον αντιστροφέα γίνεται 37

έτσι ώστε να ικανοποιούνται τα παραπάνω τεχνοοικονομικά κριτήρια. Για την σχεδίαση του συστήματος ελέγχου του αντιστροφέα χρησιμοποιήθηκε ζώνη ανοχής 2%. Εικόνα 2.3 Δημιουργία ρεύματος αναφοράς Εικόνα 2.4 Υλοποίηση ζώνης ανοχής ρεύματος Λόγω της μη ιδανικής λειτουργίας των διακοπτικών στοιχείων εισάγεται μία καθυστέρηση στο κλείσιμο τους(κενός χρόνος), ο οποίος επιλέγεται συντηρητικά, για την αποφυγή της βραχυκύκλωσης του σκέλους. Ο κενός χρόνος επιλέχθηκε για τα συγκεκριμένα διακοπτικά στοιχεία να είναι 2μs. 38

\ Εικόνα 2.5 Ζώνη ανοχής ρεύματος με είσοδο κενού χρόνου Παρακάτω φαίνεται η λειτουργία της ζώνης ανοχής (εικ. 2.6) και στη συνέχεια τα διαγράμματα της τάσης και του ρεύματος εξόδου του αντιστροφέα (εικ. 2.7). Εικόνα 2.6 Ρεύμα εξόδου περιορισμένο στη ζώνη ανοχής 39

Εικόνα 2.7 Διάγραμμα τάσης και ρεύματος εξόδου του αντιστροφέα 40

3. Μοντελοποίηση τυπικού δικτύου διανομής 3.1 Εξεταζόμενο δίκτυο Το δίκτυο διανομής που θα αποτελεί το αντικείμενο προσομοίωσης είναι μια τυπική μορφή βροχοειδούς δικτύου μέσης τάσης όπου η κάθε γραμμή μπορεί να τροφοδοτηθεί από δύο διαφορετικούς υποσταθμούς ΥΤ 150/20 kv για την εξυπηρέτηση των καταναλωτών. Συγκεκριμένα θα εξεταστούν δύο τοπολογίες αυτού του δικτύου: α) Από τον υποσταθμό ΥΤ θα αναχωρεί μία γραμμή για την εξυπηρέτηση 36 υποσταθμών μέσης προς χαμηλής τάσης. β) Η εξυπηρέτηση των παραπάνω υποσταθμών ΜΤ/ΧΤ γίνεται από δύο διαφορετικούς υποσταθμούς ΥΤ. Ο κάθε υποσταθμός ΜΤ/ΧΤ θα έχει ονομαστική ισχύ 400 kva, η συνολική επομένως εγκατεστημένη ισχύς και στις δύο τοπολογίες θα είναι 14,4 MVA. Σε αυτό το σημείο επισημαίνεται ότι το μοντέλο που πρόκειται να υλοποιηθεί θα πρέπει να είναι συμβατό με τον ήδη υπάρχοντα εξοπλισμό του εργαστηρίου Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (Τάση λειτουργίας 400 V, Ονομαστική ισχύς διατάξεων 230 VA).Έτσι όλοι οι υπολογισμοί θα στηριχθούν στην αναγωγή της τάσης λειτουργίας του δικτύου ΜΤ από τα 20 kv σε 400 V και της ισχύoς από τα 14,4 MVA στα 230 VA. 41

3.2 Χαρακτηριστικά του μοντέλου Στο μοντέλο που θα κατασκευαστεί θα υπάρχει η δυνατότητα: Μεταβολής της ισχύος των φορτίων (καταναλωτών). Επιλογής του είδους της γραμμής Επιλογής του μήκους των γραμμών. Επιλογής του αριθμού των γραμμών αναχώρησης από τον υποσταθμό (μία ή δύο γραμμές αναχώρησης). Ανασχηματισμού του δικτύου μέσω διακοπτών. 3.2.1 Μεταβολή της ισχύος των φορτίων Η κατασκευή των φορτίων που θα αντιπροσωπεύουν τους καταναλωτές, θα βασιστεί στα υλικά που είναι ήδη διαθέσιμα στο εργαστήριο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας τα οποία είναι: Αντιστάσεις 1100 Ω, 2200 Ω, 4400 Ω Πηνία 14 Η, 7 Η, 3.5 Η Πυκνωτές 0.72 μf, 1.45 μf, 2.89 μf Επιπλέον θα χρησιμοποιηθούν πρόσθετες αντιστάσεις για μεταβολή της ισχύος και του συντελεστή ισχύος του κάθε φορτίου. Η μεταβολή της ισχύος των φορτίων επιλέχθηκε με σκοπό την πιο ρεαλιστική απόδοση της φόρτισης των Μ/Σ διανομής της εξεταζόμενης τοπολογίας. 42

3.2.1.1 Υπολογισμός των χαρακτηριστικών στοιχείων των φορτίων Οι αντιστάσεις που θα μπορούν να συνδεθούν σε σειρά με τις ήδη υπάρχουσες για την κάλυψη ενός μεγαλύτερου εύρους ισχύος είναι: 3 αντιστάσεις 100 Ω σε σειρά, με διακόπτη για την επιλογή εύρους 100-300 Ω. 3 αντιστάσεις 220 Ω σε σειρά, με διακόπτη για την επιλογή εύρους 220-660 Ω. 3 αντιστάσεις 1 kω σε σειρά, με διακόπτη για την επιλογή εύρους 1 kω-3 kω και οι συνδυασμοί των παραπάνω. Όλοι οι δυνατοί συνδυασμοί φορτίων που προκύπτουν παρουσιάζονται παρακάτω μαζί με την ισχύ και το συντελεστή ισχύος του κάθε φορτίου. Συνδυασμοί με βάση την αντίσταση 1100 Ω και την αυτεπαγωγή 3,5 Η Για το φορτίο με χαρακτηριστικά στοιχεία R=1100 Ω,L=3,5 Η χωρίς σύνδεση σε σειρά επιπλέον αντίστασης ισχύει: Σύνθετη αντίσταση : Ζ= = = 1555,32 Ω Συντελεστής ισχύος: cosφ=cos( )= 0,70725 Φαινόμενη Ισχύς: S = = 102,873 VA Ενεργή ισχύς: P=S cosφ =72,7566 W Άεργη ισχύς: Q=S sinφ =72,7273 Var Με τον ίδιο τρόπο υπολογίζονται τα χαρακτηριστικά στοιχεία των φορτίων που προκύπτουν με χρήση της αντίστασης 1100 Ω και της αυτεπαγωγής 3,5 Η σε σειρά με τις επιπλέον αντιστάσεις. Ακολουθούν οι πίνακες με τα χαρακτηριστικά των φορτίων ομαδοποιημένοι κατά τον συντελεστή ισχύος 43

Π.3-1 Συνδυασμοί φορτίων με βάση τα 1100 Ω και 3,5 Η (cosφ 0,7-0,85) R (Ω) L (Η) X (Ω) P (W) S (VA) Q (Var) cosφ V (V) Z (Ω) 1100 3,5 1099,557 72,7566 102,8726 72,72727 0,70725 400 1555,321 1200 3,5 1099,557 72,47951 98,30531 66,41276 0,73729 400 1627,582 1300 3,5 1099,557 71,74827 93,97104 60,6856 0,76351 400 1702,652 1320 3,5 1099,557 71,55867 93,13312 59,60818 0,76835 400 1717,971 1400 3,5 1099,557 70,68421 89,87878 55,5152 0,78644 400 1780,175 1420 3,5 1099,557 70,44034 89,0895 54,54446 0,79067 400 1795,947 1520 3,5 1099,557 69,10221 85,28726 49,98801 0,81023 400 1876,013 1540 3,5 1099,557 68,81481 84,55525 49,13362 0,81384 400 1892,254 1620 3,5 1099,557 67,61578 81,71966 45,89344 0,82741 400 1957,913 1640 3,5 1099,557 67,30579 81,03344 45,12593 0,83059 400 1974,493 1740 3,5 1099,557 65,71269 77,73382 41,52576 0,84536 400 2058,306 1760 3,5 1099,557 65,38764 77,09949 40,8508 0,84809 400 2075,241 Π.3-2 Συνδυασμοί φορτίων με βάση τα 1100 Ω και 3,5 Η (cosφ 0,85-0,95) R (Ω) L (Η) X (Ω) P (W) S (VA) Q (Var) cosφ V (V) Z (Ω) 1840 3,5 1099,557 64,07488 74,64401 38,29019 0,85841 400 2143,508 1860 3,5 1099,557 63,74469 74,05008 37,68327 0,86083 400 2160,7 1960 3,5 1099,557 62,09133 71,19466 34,83313 0,87213 400 2247,359 2060 3,5 1099,557 60,44795 68,51997 32,26502 0,88219 400 2335,086 2100 3,5 1099,557 59,79686 67,49778 31,30953 0,88591 400 2370,448 2200 3,5 1099,557 58,1912 65,0545 29,08387 0,89450 400 2459,476 2300 3,5 1099,557 56,62388 62,76187 27,07007 0,90220 400 2549,318 2320 3,5 1099,557 56,3156 62,32042 26,69059 0,90365 400 2567,377 2400 3,5 1099,557 55,10097 60,60856 25,24443 0,90913 400 2639,891 2420 3,5 1099,557 54,80209 60,19367 24,9 0,91043 400 2658,087 2520 3,5 1099,557 53,33739 58,19365 23,27281 0,91655 400 2749,441 2540 3,5 1099,557 53,05051 57,80799 22,96537 0,91770 400 2767,783 2620 3,5 1099,557 51,92344 56,31072 21,79113 0,92209 400 2841,377 2640 3,5 1099,557 51,64683 55,94739 21,51083 0,92313 400 2859,829 2740 3,5 1099,557 50,2947 54,19333 20,18316 0,92806 400 2952,393 2760 3,5 1099,557 50,03045 53,85458 19,93163 0,92899 400 2970,964 2840 3,5 1099,557 48,9939 52,53779 18,96886 0,93255 400 3045,427 2860 3,5 1099,557 48,73983 52,21785 18,73853 0,93339 400 3064,086 2960 3,5 1099,557 47,49953 50,67092 17,64474 0,93741 400 3157,63 3060 3,5 1099,557 46,30827 49,20719 16,64005 0,94109 400 3251,557 3100 3,5 1099,557 45,84517 48,64362 16,26108 0,94247 400 3289,229 3200 3,5 1099,557 44,71997 47,28634 15,36629 0,94573 400 3383,641 3300 3,5 1099,557 43,63988 45,99862 14,54076 0,94872 400 3478,365 3320 3,5 1099,557 43,42912 45,74899 14,38336 0,94929 400 3497,345 44

Π.3-3 Συνδυασμοί φορτίων με βάση τα 1100 Ω και 3,5 Η (cosφ 0,95-0,98) R (Ω) L (Η) X (Ω) P (W) S (VA) Q (Var) cosφ V (V) Z (Ω) 3400 3,5 1099,557 42,6031 44,77557 13,7778 0,95148 400 3573,377 3420 3,5 1099,557 42,40077 44,53832 13,63218 0,95201 400 3592,412 3520 3,5 1099,557 41,41352 43,38701 12,93651 0,95451 400 3687,74 3540 3,5 1099,557 41,22083 43,16351 12,80357 0,95499 400 3706,835 3620 3,5 1099,557 40,46551 42,29102 12,29119 0,95683 400 3783,309 3640 3,5 1099,557 40,28046 42,07814 12,16776 0,95728 400 3802,45 3740 3,5 1099,557 39,37717 41,04369 11,57685 0,95940 400 3898,285 3760 3,5 1099,557 39,2008 40,84262 11,4637 0,95980 400 3917,477 3840 3,5 1099,557 38,50921 40,05684 11,02684 0,96136 400 3994,324 3860 3,5 1099,557 38,33971 39,86491 10,92142 0,96174 400 4013,555 3960 3,5 1099,557 37,51193 38,93114 10,41578 0,96355 400 4109,82 4060 3,5 1099,557 36,71586 38,03854 9,943637 0,96523 400 4206,26 4100 3,5 1099,557 36,40597 37,69245 9,763516 0,96587 400 4244,882 4200 3,5 1099,557 35,65171 36,85323 9,333589 0,96740 400 4341,546 4300 3,5 1099,557 34,92559 36,04937 8,93085 0,96883 400 4438,358 4320 3,5 1099,557 34,78362 35,89265 8,853368 0,96910 400 4457,738 4400 3,5 1099,557 34,22622 35,27875 8,553106 0,97017 400 4535,309 4420 3,5 1099,557 34,08944 35,12844 8,480378 0,97042 400 4554,715 4520 3,5 1099,557 33,42048 34,39514 8,130024 0,97166 400 4651,819 4540 3,5 1099,557 33,28961 34,25204 8,062512 0,97190 400 4671,255 4620 3,5 1099,557 32,77551 33,69099 7,800547 0,97283 400 4749,045 4640 3,5 1099,557 32,64929 33,5535 7,737013 0,97305 400 4768,503 4740 3,5 1099,557 32,03159 32,88214 7,430495 0,97413 400 4865,863 4760 3,5 1099,557 31,91067 32,75099 7,371342 0,97434 400 4885,348 4840 3,5 1099,557 31,43543 32,23644 7,141535 0,97515 400 4963,328 4860 3,5 1099,557 31,31869 32,11025 7,085734 0,97535 400 4982,833 4960 3,5 1099,557 30,74703 31,49349 6,816148 0,97630 400 5080,416 5060 3,5 1099,557 30,19473 30,89942 6,561426 0,97719 400 5178,091 45

Συνδυασμοί με βάση την αντίσταση 2200 Ω και την αυτεπαγωγή 7 Η Επίσης τα χαρακτηριστικά των φορτίων που προκύπτουν με χρήση της αντίστασης 2200 Ω και της αυτεπαγωγής 7 Η σε σειρά με τις επιπλέον αντιστάσεις. Π.3-4 Συνδυασμοί φορτίων με βάση τα 2200 Ω και 7 Η (cosφ 0,7-0,85) R (Ω) L (Η) X (Ω) P (W) S (VA) Q (Var) cosφ V (V) Z (Ω) 2200 7 2199,113 36,3783 51,43632 36,36363 0,70725 400 3110,643 2300 7 2199,113 36,34174 50,28042 34,74765 0,72278 400 3182,153 2400 7 2199,113 36,23976 49,15266 33,20638 0,73729 400 3255,165 2420 7 2199,113 36,21231 48,93058 32,907 0,74008 400 3269,939 2500 7 2199,113 36,08123 48,05412 31,73868 0,75085 400 3329,579 2520 7 2199,113 36,04345 47,83799 31,45382 0,75345 400 3344,622 2620 7 2199,113 35,82753 46,77543 30,07206 0,76595 400 3420,599 2640 7 2199,113 35,77933 46,56656 29,80409 0,76835 400 3435,942 2720 7 2199,113 35,57155 45,74324 28,7595 0,77764 400 3497,785 2740 7 2199,113 35,5161 45,54045 28,50508 0,77988 400 3513,36 2840 7 2199,113 35,22017 44,54475 27,27223 0,79067 400 3591,893 2860 7 2199,113 35,15755 44,34925 27,03336 0,79274 400 3607,728 2940 7 2199,113 34,89692 43,57927 26,10282 0,80077 400 3671,471 2960 7 2199,113 34,82942 43,38976 25,8763 0,80271 400 3687,506 3060 7 2199,113 34,47961 42,46004 24,77927 0,81205 400 3768,249 3160 7 2199,113 34,11215 41,55957 23,73939 0,82080 400 3849,896 3200 7 2199,113 33,96104 41,20743 23,3388 0,82415 400 3882,795 3300 7 2199,113 33,57476 40,34684 22,37415 0,83215 400 3965,614 3400 7 2199,113 33,17863 39,51388 21,45987 0,83967 400 4049,21 3420 7 2199,113 33,09845 39,35054 21,28281 0,84112 400 4066,017 3500 7 2199,113 32,77518 38,7078 20,59324 0,84673 400 4133,533 3520 7 2199,113 32,69382 38,54974 20,4254 0,84809 400 4150,482 46

Π.3-5 Συνδυασμοί φορτίων με βάση τα 2200 Ω και 7 Η (cosφ 0,85-0,9) R (Ω) L (Η) X (Ω) P (W) S (VA) Q (Var) cosφ V (V) Z (Ω) 3620 7 2199,113 32,2845 37,77485 19,6125 0,85466 400 4235,623 3640 7 2199,113 32,20224 37,62291 19,45505 0,85592 400 4252,728 3720 7 2199,113 31,87234 37,02504 18,84164 0,86083 400 4321,4 3740 7 2199,113 31,78972 36,87801 18,69229 0,86202 400 4338,629 3840 7 2199,113 31,37624 36,1572 17,96872 0,86777 400 4425,121 3860 7 2199,113 31,29355 36,01586 17,82851 0,86888 400 4442,488 3940 7 2199,113 30,96313 35,45964 17,28209 0,87319 400 4512,172 3960 7 2199,113 30,88066 35,32284 17,149 0,87424 400 4529,647 4060 7 2199,113 30,46947 34,65209 16,5039 0,87930 400 4617,326 4160 7 2199,113 30,06093 34,00279 15,8912 0,88407 400 4705,497 4200 7 2199,113 29,89843 33,74889 15,65477 0,88591 400 4740,896 4300 7 2199,113 29,49486 33,12828 15,08431 0,89032 400 4829,71 4400 7 2199,113 29,0956 32,52725 14,54193 0,89450 400 4918,953 4420 7 2199,113 29,01631 32,40932 14,43669 0,89531 400 4936,851 4500 7 2199,113 28,70116 31,94504 14,02602 0,89845 400 5008,602 4520 7 2199,113 28,62288 31,83079 13,92587 0,89922 400 5026,579 47

Π.3-6 Συνδυασμοί φορτίων με βάση τα 2200 Ω και 7 Η (cosφ 0,9-0,95) R (Ω) L (Η) X (Ω) P (W) S (VA) Q (Var) cosφ V (V) Z (Ω) 4620 7 2199,113 28,23476 31,27023 13,4397 0,90293 400 5116,688 4640 7 2199,113 28,1578 31,16021 13,3453 0,90365 400 5134,754 4720 7 2199,113 27,85226 30,72693 12,97675 0,90644 400 5207,158 4740 7 2199,113 27,77646 30,62029 12,88683 0,90713 400 5225,294 4840 7 2199,113 27,40104 30,09684 12,45 0,91043 400 5316,173 4860 7 2199,113 27,32669 29,99407 12,36512 0,91107 400 5334,388 4940 7 2199,113 27,03174 29,58922 12,03357 0,91357 400 5407,374 4960 7 2199,113 26,95863 29,48954 11,95264 0,91418 400 5425,652 5060 7 2199,113 26,59685 29,00012 11,55918 0,91713 400 5517,218 5160 7 2199,113 26,24143 28,52521 11,1837 0,91994 400 5609,073 5200 7 2199,113 26,10106 28,33919 11,0383 0,92102 400 5645,892 5300 7 2199,113 25,75465 27,88366 10,6863 0,92365 400 5738,127 5400 7 2199,113 25,41468 27,44135 10,34995 0,92615 400 5830,617 5420 7 2199,113 25,34746 27,35443 10,28449 0,92663 400 5849,145 5500 7 2199,113 25,08116 27,01173 10,02842 0,92853 400 5923,352 5520 7 2199,113 25,01523 26,92729 9,965816 0,92899 400 5941,927 5620 7 2199,113 24,68939 26,51228 9,66099 0,93124 400 6034,94 5640 7 2199,113 24,62499 26,43069 9,60162 0,93168 400 6053,569 5720 7 2199,113 24,36992 26,10893 9,369266 0,93339 400 6128,172 5740 7 2199,113 24,30678 26,02962 9,312431 0,93381 400 6146,845 5840 7 2199,113 23,99484 25,63968 9,035509 0,93585 400 6240,328 5860 7 2199,113 23,9332 25,56299 8,98154 0,93624 400 6259,049 5940 7 2199,113 23,68911 25,26045 8,770208 0,93779 400 6334,011 5960 7 2199,113 23,6287 25,18586 8,718487 0,93817 400 6352,771 6060 7 2199,113 23,33029 24,81897 8,466329 0,94002 400 6446,681 6160 7 2199,113 23,03789 24,46194 8,2245 0,94178 400 6540,772 48

Συνδυασμοί με βάση την αντίσταση 4400 Ω και την αυτεπαγωγή 14 Η Τέλος τα χαρακτηριστικά των φορτίων που προκύπτουν με χρήση της αντίστασης 4400 Ω και της αυτεπαγωγής 14 Η σε σειρά με τις επιπλέον αντιστάσεις. Π.3-7 Συνδυασμοί φορτίων με βάση τα 4400 Ω και 14 Η (cosφ 0,7-0,8) R (Ω) L (Η) X (Ω) P (W) S (VA) Q (Var) cosφ V (V) Z (Ω) 4400 14 4398,226 18,18915 25,71816 18,18182 0,70725 400 6221,285 4500 14 4398,226 18,18439 25,42747 17,77313 0,71515 400 6292,407 4600 14 4398,226 18,17087 25,14021 17,37382 0,72278 400 6364,306 4620 14 4398,226 18,16717 25,08318 17,29509 0,72428 400 6378,777 4700 14 4398,226 18,14917 24,85647 16,98387 0,73016 400 6436,955 4720 14 4398,226 18,14391 24,80015 16,90699 0,73160 400 6451,573 4820 14 4398,226 18,11315 24,52074 16,52816 0,73869 400 6525,089 4840 14 4398,226 18,10615 24,46529 16,4535 0,74008 400 6539,877 4920 14 4398,226 18,07545 24,24499 16,15852 0,74553 400 6599,302 4940 14 4398,226 18,06711 24,19028 16,08568 0,74687 400 6614,226 5040 14 4398,226 18,02173 23,91899 15,72691 0,75345 400 6689,244 5060 14 4398,226 18,01193 23,86519 15,65623 0,75474 400 6704,326 5140 14 4398,226 17,97046 23,65146 15,37707 0,75980 400 6764,909 5160 14 4398,226 17,95954 23,59841 15,30816 0,76105 400 6780,117 5260 14 4398,226 17,90182 23,33542 14,96886 0,76715 400 6856,529 5360 14 4398,226 17,83917 23,07623 14,63819 0,77305 400 6933,541 5400 14 4398,226 17,81282 22,97362 14,5083 0,77536 400 6964,509 5500 14 4398,226 17,74394 22,71976 14,18943 0,78099 400 7042,329 5600 14 4398,226 17,67105 22,4697 13,8788 0,78644 400 7120,702 5620 14 4398,226 17,65602 22,42014 13,81765 0,78751 400 7136,441 5700 14 4398,226 17,5945 22,22342 13,57624 0,79171 400 7199,611 5720 14 4398,226 17,57877 22,17462 13,51668 0,79274 400 7215,455 5820 14 4398,226 17,49824 21,93288 13,22357 0,79781 400 7294,984 5840 14 4398,226 17,48176 21,88498 13,16588 0,79880 400 7310,95 49

Π.3-8 Συνδυασμοί φορτίων με βάση τα 4400 Ω και 14 Η (cosφ 0,8-0,85) R (Ω) L (Η) X (Ω) P (W) S (VA) Q (Var) cosφ V (V) Z (Ω) 5920 14 4398,226 17,41471 21,69488 12,93815 0,80271 400 7375,011 5940 14 4398,226 17,39767 21,64773 12,88197 0,80367 400 7391,075 6040 14 4398,226 17,31093 21,4142 12,60553 0,80839 400 7471,679 6060 14 4398,226 17,29329 21,36793 12,55112 0,80931 400 7487,856 6140 14 4398,226 17,2218 21,18434 12,33638 0,81295 400 7552,747 6160 14 4398,226 17,2037 21,13881 12,2834 0,81384 400 7569,015 6260 14 4398,226 17,11201 20,91334 12,02276 0,81823 400 7650,62 6360 14 4398,226 17,01843 20,69146 11,76901 0,82249 400 7732,657 6400 14 4398,226 16,98052 20,60371 11,6694 0,82415 400 7765,59 6500 14 4398,226 16,88465 20,38682 11,425 0,82821 400 7848,209 6600 14 4398,226 16,78738 20,17342 11,18708 0,83215 400 7931,229 6620 14 4398,226 16,76777 20,13116 11,14025 0,83293 400 7947,88 6700 14 4398,226 16,68888 19,96348 10,95544 0,83597 400 8014,636 6720 14 4398,226 16,66905 19,9219 10,90986 0,83672 400 8031,363 6820 14 4398,226 16,56929 19,71604 10,68555 0,84040 400 8115,22 6840 14 4398,226 16,54922 19,67527 10,64141 0,84112 400 8132,035 6920 14 4398,226 16,46864 19,51353 10,46717 0,84396 400 8199,439 6940 14 4398,226 16,44842 19,47343 10,42419 0,84466 400 8216,325 7040 14 4398,226 16,34691 19,27487 10,2127 0,84809 400 8300,963 7060 14 4398,226 16,32653 19,23555 10,17107 0,84877 400 8317,932 50

Π.3-9 Συνδυασμοί φορτίων με βάση τα 4400 Ω και 14 Η (cosφ 0,85-0,89) R (Ω) L (Η) X (Ω) P (W) S (VA) Q (Var) cosφ V (V) Z (Ω) 7140 14 4398,226 16,24481 19,07955 10,00677 0,85143 400 8385,94 7160 14 4398,226 16,22433 19,04087 9,96624 0,85208 400 8402,975 7260 14 4398,226 16,12169 18,84938 9,766783 0,85529 400 8488,344 7360 14 4398,226 16,01872 18,661 9,572547 0,85841 400 8574,03 7400 14 4398,226 15,97746 18,58652 9,496281 0,85963 400 8608,391 7500 14 4398,226 15,87419 18,40243 9,309105 0,86261 400 8694,504 7600 14 4398,226 15,77083 18,22134 9,126797 0,86551 400 8780,911 7620 14 4398,226 15,75015 18,18548 9,090907 0,86608 400 8798,227 7700 14 4398,226 15,66744 18,04321 8,949216 0,86833 400 8867,604 7720 14 4398,226 15,64677 18,00793 8,914255 0,86888 400 8884,976 7820 14 4398,226 15,54348 17,83326 8,742164 0,87160 400 8972 7840 14 4398,226 15,52283 17,79867 8,708282 0,87213 400 8989,438 7920 14 4398,226 15,44033 17,66142 8,574502 0,87424 400 9059,293 7940 14 4398,226 15,41972 17,62739 8,541489 0,87476 400 9076,783 8040 14 4398,226 15,31684 17,45889 8,378971 0,87731 400 9164,387 8060 14 4398,226 15,2963 17,42551 8,346969 0,87781 400 9181,938 8140 14 4398,226 15,21424 17,2931 8,2206 0,87979 400 9252,243 8160 14 4398,226 15,19376 17,26027 8,189413 0,88027 400 9269,843 8260 14 4398,226 15,09158 17,09769 8,035859 0,88267 400 9357,991 8360 14 4398,226 14,9898 16,93772 7,886189 0,88500 400 9446,375 51

3.2.1.2 Επιλογή των φορτίων προς αντιστάθμιση Η ονομαστική ισχύς των διατάξεων του εργαστηρίου (230 VA) θα πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψη ώστε τα φορτία που θα συνδεθούν να μην ξεπεράσουν την ισχύ αυτή. Επιπλέον η παράλληλη σύνδεση των πυκνωτών με σκοπό την αντιστάθμιση δεν μπορεί να είναι τυχαία, διότι όπως θα δούμε οι πυκνωτές είναι αρκετά "μεγάλοι" και μπορούν εύκολα να μετατρέψουν ένα επαγωγικό φορτίο σε χωρητικό. Ο πυκνωτής 0,72 μf σε σύνδεση αστέρα παράγει άεργη ισχύ ίση με: Q C =C V 2 ω=0,72 10-6 400 2 100π=36,19 Var Ο πυκνωτής 1,45 μf σε σύνδεση αστέρα παράγει άεργη ισχύ ίση με: Q C =C V 2 ω=1,45 10-6 400 2 100π=72,88 Var Ο πυκνωτής 2,89 μf σε σύνδεση αστέρα παράγει άεργη ισχύ ίση με: Q C =C V 2 ω=2,89 10-6 400 2 100π=145,26 Var Συγκρίνοντας την άεργη ισχύ που καταναλώνει κάθε φορτίο από τους πίνακες Π.3-1 -Π.3-9 με την άεργη ισχύ που παράγει κάθε πυκνωτής παρατηρούμε πως οι δύο τελευταίοι πυκνωτές δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αντιστάθμιση κανενός φορτίου διότι ο συντελεστής ισχύος του θα γίνει χωρητικός. Ο πυκνωτής όμως 0,72 μf μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αντιστάθμιση των φορτίων του πίνακα Π.3-1. Στην πραγματικότητα αρκεί ένα cosφ =0,9-0,95 διότι η πιο πέρα διόρθωση του συντελεστή ισχύος επιβαρύνει υπερβολικά το κόστος σε πυκνωτές. Για αυτόν ακριβώς τον λόγο η αντιστάθμιση θα γίνει για τα τέσσερα πρώτα φορτία του πίνακα Π.3-1.Τα νέα χαρακτηριστικά των φορτίων μετά την αντιστάθμιση υπολογίζονται ως εξής: 52

Αντιστάθμιση Φορτίου R=1100 Ω, L=3,5 H με σύνδεση σε αστέρα πυκνωτή 0,72 μf Ενεργή ισχύς: P=72,756 W (παραμένει σταθερή) Άεργη ισχύς: Q νέο =Q φορτίου -Q C =72,72-36,19 =36,536 Var Φαινόμενη Ισχύς: S= = =81,415 Var Συντελεστής ισχύος: cosφ=cos( )= 0,89365 Σύνθετη αντίσταση: Z= = =1965,238 Ω Παρόμοια γίνονται και υπολογισμοί για τα υπόλοιπα φορτία τα οποία παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: Π.3.10 Χαρακτηριστικά των φορτίων μετά την αντιστάθμιση R (Ω) L (Η) C (μf) P (W) S (VA) Q (Var) cosφ V (V) Z (Ω) 1100 3,5 0,72 72,7566 81,41507 36,53615 0,89365 400 1965,238 1200 3,5 0,72 72,47951 78,52788 30,22165 0,92298 400 2037,493 1300 3,5 0,72 71,74827 75,81421 24,49448 0,94637 400 2110,422 1320 3,5 0,72 71,55867 75,29277 23,41706 0,95041 400 2125,038 3.2.2 Επιλογή του είδους της γραμμής Στην αρχή του κεφαλαίου έγινε η παρουσίαση του δικτύου που πρόκειται να μοντελοποιηθεί, το οποίο θα αποτελείται από μία ή δύο γραμμές διανομής που θα εξυπηρετούν συνολικά 36 μετασχηματιστές ονομαστικής ισχύος 400 kva ο καθένας. Είτε πρόκειται για εναέριους αγωγούς είτε για υπόγεια καλώδια η επιλογή της διατομής των αγωγών θα γίνει με βάση το μέγιστο διαρκώς επιτρεπόμενο θερμικό ρεύμα που συνεπάγεται και το θερμικό όριο της μεταφερόμενης ισχύος. Έχοντας ήδη γνωστά από προηγούμενο κεφάλαιο τα χαρακτηριστικά και τις μέγιστες επιτρεπόμενες φορτίσεις για τις εναέριες και υπόγειες γραμμές διανομής επιλέγονται για την γραμμή που αναχωρεί από τον υποσταθμό (γραμμή κορμού) χρησιμοποίηση γυμνού αγωγού ACSR 95mm 2 και υπογείου καλωδίου XLPE. 53

Σε αυτό το σημείο επαναλαμβάνουμε πως αναγωγή των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών της κάθε γραμμής σε εκείνα του μοντέλου γίνεται θεωρώντας τις παρακάτω τιμές βάσης: Τα 20 kv για την τάση του δικτύου μέσης τάσης και τα 400 V για την τάση λειτουργίας του μοντέλου καθώς και Τα 14,4 MVA για την ισχύ του δικτύου μέσης τάσης(πλήρη φόρτιση των μετασχηματιστών όλων των καταναλωτών) και τα 230 VA για την ισχύ του μοντέλου (μέγιστη ισχύς όλων των φορτίων) Με βάση τα παραπάνω η αντίσταση βάσης του δικτύου μέσης τάσης είναι Z BaseMT = =27,77 Ω Οπότε οι p.u τιμές των γραμμών που επιλέχτηκαν φαίνονται στο παρακάτω πίνακα. Π.3-11 Χαρακτηριστικά γραμμών σε pu Τύπος γραμμής(mm2) R (pu/km) X (pu/km) Γραμμή ACSR 95 0,00774 0,012024 Καλώδιο XLPE 0,005832 0,00414 Πολλαπλασιάζοντας τις παραπάνω τιμές με την αντίσταση βάσης του μοντελοποιημένου δικτύου Z BaseModel = = 695,652 Ω προκύπτουν τα χαρακτηριστικά των γραμμών που θα χρησιμοποιηθούν ως ισοδύναμα των πραγματικών. Π.3-12 Ισοδύναμα χαρακτηριστικά γραμμών σε pu Ισοδύναμη γραμμή R(Ω/km) X (Ω/km) L(H/km) Γραμμή ACSR 95 5,3843478 8,3645217 0,026625122 Καλώδιο XLPE 4,0570435 2,88 0,009167332 54

3.2.3 Επιλογή του μήκους της κάθε γραμμής. Για την εναέρια γραμμή ACSR 95 mm 2 καθώς και για το καλώδιο XLPE θα δίνεται η δυνατότητα επιλογής του μήκους της κάθε γραμμής μεταξύ δύο διαφορετικών τιμών. Στους πίνακες που ακολουθούν δίνονται τα μήκη και οι αυτεπαγωγές των γραμμών που προέκυψαν με βάση τις τυποποιημένες τιμές των αντιστάσεων που κυκλοφορούν στο εμπόριο. Εναέριες γραμμές ACSR Π.3-13 Μήκος και χαρακτηριστικά ACSR 95mm 2 Γραμμή ACSR 95 mm 2 R(Ω) km L(Η) 33 5,822 0,155 47 8,451 0,225 Υπόγεια καλώδια XLPE Π.3-14 Μήκος και χαρακτηριστικά γραμμής κορμού XLPE Καλώδιο XLPE (γραμμή κορμού) R(Ω) km L(Η) 22 5,781 0,053 47 12 0,11 55

4. Κατασκευή εργαστηριακού μοντέλου δικτύου διανομής Στο συγκεκριμένο κομμάτι της παρούσας διπλωματικής ανήκουν η κατασκευή μοντέλων των γραμμών διανομής καθώς και ωμικών φορτίων που θα συνδυάζονται με τα ήδη υπάρχοντα στοιχεία (αντιστάσεις, πηνία, πυκνωτές) του εργαστηρίου. Πρωταρχικό στόχο αποτέλεσε η άριστη συνεργασία των επιμέρους τμημάτων καθώς και η ασφάλεια του προσωπικού. 4.1 Κατασκευή μοντέλου γραμμών διανομής Με βάση τα ονομαστικά στοιχεία των διατάξεων του εργαστηρίου υπολογίζεται το μέγιστο ρεύμα που θα διαρρέει τη γραμμή μέσω της σχέσης: Ι max = = = 0,33 Α Η επιλογή των χαρακτηριστικών στοιχείων των γραμμών που έγιναν στο προηγούμενο κεφάλαιο, τα οποία παρουσιάζονται στους πίνακες Π.3-13,Π.3-14 και θεωρώντας τα 0,4 Α ως μέγιστο επιτρεπτό ρεύμα οδήγησαν στην παραγγελία των παρακάτω υλικών. 4.1.1 Αντιστάσεις Η ονομαστική ισχύς των αντιστάσεων η οποία αποτελεί την μέγιστη θερμική ισχύ που μπορεί να αποδώσει ο αντιστάτης στο περιβάλλον χωρίς να καταστραφεί βρίσκεται από την σχέση P=I 2 R. Υπολογίζοντας την ονομαστική ισχύ για κάθε αντίσταση επιλέχθηκε η χρησιμοποίηση αντιστάσεων σύρματος (εικ. 4.1) με τα παρακάτω χαρακτηριστικά : R=22 Ω /5 W R=33 Ω /10 W R=47 Ω /10 W 56

Εικόνα 4.1 Αντιστάσεις σύρματος 22 Ω, 33 Ω, 47 Ω 4.1.2 Πηνία Για την υλοποίηση τεσσάρων διαφορετικών γραμμών διανομής απαιτούνται τέσσερα πηνία συνδυαζόμενα με τις αντίστοιχες αντιστάσεις τους. Για εξοικονόμηση χώρου και υλικών επιλέχθηκε το κάθε πηνίο να έχει τέσσερις λήψεις όπου κάθε λήψη θα αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο μήκος και είδος γραμμής όπως φαίνεται στους πίνακες του κεφαλαίου 3 ( Π.3-13,Π.3-14). Όπως και οι αντιστάσεις έτσι και τα πηνία θα έχουν ονομαστικό ρεύμα 0,4 Α. 57

Εικόνα 4.2 Πηνία 4 λήψεων 4.1.3 Κιβώτια γραμμών Οι αντιστάσεις σταθεροποιήθηκαν σε ειδική πλακέτα ώστε να διευκολυνθεί η συγκόλληση των καλωδίων. Όλες οι συνδέσεις έγιναν με ιδιαίτερη προσοχή και σε κάποια σημεία τοποθετήθηκε ειδικό θερμοσυστελλόμενο μακαρόνι για το δέσιμο των καλωδίων και την αποφυγή επαφής με το περίβλημα του κιβωτίου (εικ. 4.3). Εικόνα 4.3 Συνδεσμολογία κιβωτίου γραμμών 58

Σχήμα 4.1 Μονογραμμικό σχέδιο κιβωτίου γραμμών Τα πηνία μαζί με την πλακέτα στην οποία στηρίχθηκαν οι αντιστάσεις τοποθετήθηκαν σε μεταλλικό κιβώτιο διαστάσεων 25x15x7 cm. Για την είσοδο και την έξοδο της διάταξης χρησιμοποιήθηκαν έξι μπόρνες καθώς και μια επιπλέον για τη σύνδεση του αγωγού προστασίας. Η επιλογή κάθε διαφορετικής γραμμής γίνεται μέσω μικροδιακοπτών 3Α. 59

Εικόνα 4.4 Μπόρνα, μικροδιακόπτης και θερμοσυστελλόμενο μακαρόνι Εικόνα 4.5 Κιβώτιο γραμμών 60

Εικόνα 4.6 Πρόσοψη κιβωτίου γραμμών 4.2 Κατασκευή ωμικών φορτίων Για μεγαλύτερη ευελιξία στην επιλογή τιμών ισχύος κατασκευάστηκαν πρόσθετες αντιστάσεις με τιμές 100/220/1000 Ω. Το κάθε κιβώτιο που θα κατασκευαστεί θα περιέχει τρεις όμοιες αντιστάσεις σε σειρά για κάθε φάση. Οι ήδη υπάρχουσες αντιστάσεις του εργαστηρίου έχουν ονομαστική ισχύ: 1100 Ω/ 45 W 2200 Ω/ 22 W 4400 Ω/ 11 W Η ισχύς των πρόσθετων αντιστάσεων επιλέχθηκε με βάση τον συνδυασμό τους με την μικρότερη αντίσταση του εργαστηρίου 1100 Ω η οποία διαρρέεται με το μεγαλύτερο ρεύμα (0,2 Α). 61

Συνδυάζοντας την αντίσταση 100 Ω σε σειρά με την αντίσταση 1100 Ω ισχύει: R ολ =1200 Ω Ι= = 0,19 A Οπότε η ισχύς της αντίστασης των 100Ω προκύπτει P 100 =I 2 R =3,67 W. Ομοίως για τις αντιστάσεις των 220 και 1000 Ω ισχύουν αντίστοιχα P 220 =6,7 W, P 1000 =12 W. Λόγω της μεγάλης ισχύος επιλέχθηκαν αντιστάσεις σύρματος με τα παρακάτω χαρακτηριστικά: 100 Ω/5 W 220 Ω/10 W 1000 Ω/15 W Εικόνα 4.7 Αντιστάσεις σύρματος 1 kω, 220 Ω, 100 Ω 62

Οι συνδέσεις των αντιστάσεων και των διακοπτών για κάθε κιβώτιο φαίνονται παρακάτω: Κιβώτιο αντιστάσεων 100 Ω με τρεις διακόπτες για επιλογή τιμής 100 Ω, 200 Ω, 300 Ω ανά φάση. Σχήμα 4.2 Μονογραμμικό σχέδιο κιβωτίου αντιστάσεων 100 Ω Εικόνα 4.8 Κιβώτιο αντιστάσεων 100 Ω 63

Κιβώτιο αντιστάσεων 220 Ω με τρεις διακόπτες για επιλογή τιμής 220 Ω, 440 Ω, 660 Ω ανά φάση. Σχήμα 4.3 Μονογραμμικό σχέδιο κιβωτίου αντιστάσεων 220 Ω Εικόνα 4.9 Κιβώτιο αντιστάσεων 220 Ω 64

Κιβώτιο αντιστάσεων 1000 Ω με τρεις διακόπτες για επιλογή τιμής 1000 Ω, 2000 Ω, 3000 Ω ανά φάση. Σχήμα 4.4 Μονογραμμικό σχέδιο κιβωτίου αντιστάσεων 1000 Ω Εικόνα 4.10 Κιβώτιο αντιστάσεων 1000 Ω 65