ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ του ΓΕΩΡΓΙΟΥ Αριθμός Μητρώου : 6436 ΘΕΜΑ «ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΠΛΗΓΜΑΤΩΝ ΚΕΡΑΥΝΩΝ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΚΥΠΡΟΥ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ 2000-2010» ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ ΕΠΙΚΟΥΡΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Ε. ΠΥΡΓΙΩΤΗ Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας : Πάτρα, Οκτώβριος 2013
2
ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα «ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΠΛΗΓΜΑΤΩΝ ΚΕΡΑΥΝΩΝ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΚΥΠΡΟΥ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ 2000-2010» Του φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ του ΓΕΩΡΓΙΟΥ Αριθμός Μητρώου: 6436 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστήμιου Πατρών στις / /.. και εγκρίθηκε από την ακόλουθη Εξεταστική Επιτροπή : Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Επίκουρη Καθηγήτρια Ελευθερία Πυργιώτη Καθηγητής Αντώνης Αλεξανδρίδης 3
4
ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την επιβλέπουσα καθηγήτρια μου, Επίκουρη καθηγήτρια Κα. Ελευθερία Πυργιώτη, για την πολύτιμη καθοδήγηση και βοήθεια που μου παρείχε κατά την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Η άψογη συνεργασία που είχαμε και η συμβολή της σε κάθε φάση της εργασίας αυτής ήταν πραγματικά ανεκτίμητη. Επίσης ιδιαίτερες ευχαριστίες θα ήθελα να απευθύνω στον Δρ. Σάββα Πετούση, Μηχανικό Δικτύου της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου, για την ανιδιοτελή συνεισφορά του στην ολοκλήρωση της μελέτης αυτής και στη συνεχή παροχή πληροφοριών και βοήθειας. Δε μπορώ να μην εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου στους φίλους μου για τη βοήθεια και στήριξη τους καθ όλη τη διάρκεια ολοκλήρωσης της εργασίας αυτής και όχι μόνο. Τέλος, χρωστώ ένα μεγάλο ευχαριστώ στου γονείς μου, Γιώργο και Αθηνά, για την αμέριστη αγάπη τους, τη συνεχή κατανόηση και συμπαράστασή τους και στους οποίους οφείλω τη διαδρομή των σπουδών μου, μέχρι σήμερα. 5
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αξιολόγηση της προστασίας του δικτύου Υψηλής Τάσης της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου, ΑΗΚ, ενάντια στα πλήγματα κεραυνών. Γίνεται μια παρουσίαση των διαφόρων τύπων κεραυνικών υπερτάσεων που μπορούν να εμφανιστούν σε ένα εναέριο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, των σφαλμάτων που αυτά μπορεί να προκαλέσουν και εξετάζεται η αντοχή του δικτύου έναντι αυτών. Αρχικά γίνεται μία ιστορική αναδρομή της πορείας της ηλεκτρικής ενέργειας στην Κύπρο και του κεντρικού φορέα διαχείρισης του ηλεκτρικού ρεύματος στο νησί, της ΑΗΚ. Εν συνεχεία παρατίθενται λεπτομερώς τα στοιχεία που συνθέτουν σήμερα το δίκτυο της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου, το σύστημα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης γίνεται σύντομη αναφορά στα σημαντικότερα στοιχεία που χαρακτηρίζουν το κλίμα της Κύπρου με ιδιαίτερη αναφορά στις καταιγίδες. Στο επόμενο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι καταπονήσεις τις οποίες υφίστανται οι γραμμές μεταφοράς ενός δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας με ιδιαίτερη έμφαση στις Ατμοσφαιρικές Υπερτάσεις. Γίνεται μια ενδελεχής παρουσίαση της βασικής αιτίας πρόκλησης αυτών, του Κεραυνού, και παρουσιάζονται αναλυτικά οι μηχανισμοί δημιουργίας υπερτάσεων στις γραμμές από κεραυνούς. Το επόμενο κεφάλαιο πραγματεύεται την παρουσίαση και επεξεργασία του συνόλου των σφαλμάτων που εμφανίστηκαν στο δίκτυο της ΑΗΚ σε μια περίοδο επτά ετών. Διαχωρίζονται σε κατηγορίες, παρουσιάζονται οι διάφορες αιτίες σφαλμάτων και αποτιμάται η βαρύτητα που έχουν τα πλήγματα από κεραυνούς στη πρόκληση σφαλμάτων στο δίκτυο. Τέλος, επιχειρείται να εκτιμηθεί ο πιθανός αριθμός σφαλμάτων από ανάστροφα βραχυκυκλώματα του δικτύου Υψηλής Τάσης της ΑΗΚ. Για το σκοπό αυτό, παρατίθενται δύο μεθόδοι, η αρχική και βελτιωμένη μέθοδος ANACOM. Εν κατακλείδι, γίνεται παρουσίαση των αποτελεσμάτων μας και διατυπώνονται τα συμπεράσματα μας αναφορικά με τα πραγματικά και αναμενόμενα σφάλματα στο δίκτυο Υ.Τ. της ΑΗΚ. 6
Recording elaboration of lightning strokes on the High Voltage network of Cyprus from 2000-2010. ABSTRACT The aim of this degree paper is to evaluate the level of protection of the H.V. network of the EAC against lightning strokes. The various types of lightning overvoltages which could appear in an overhead electrical network are presented, as well as the faults that these could cause and finally the endurance of the network against them. Initially, a historical reference of electricity in Cyprus and of the EAC, which is the sole authority of electricity on the island, is given. Next, all the elements concerning the network of the EAC are presented in detail, namely the production, transmission and distribution systems. There is also a brief reference to the climatic conditions prevailing in Cyprus with a special reference to storms. In the next chapter the stresses of the lines are referred to with a special reference to the atmospheric overvoltages. A thorough presentation of the main cause of these overvoltage stresses is made, i.e. lightning, and their creation mechanisms is presented in detail. The following chapter deals with the presentation and processing of the total number of faults which appeared in EAC s network over a period of seven years. These are then divided into categories, their causes are listed and an evaluation is made concerning the role of lightning strokes in the creation of faults in the network. Finally, an effort is made to estimate the number of faults caused by back-flashovers in the H.V. network of the EAC. In order to do this, two methods are presented, the basic and improved ANACOM methods. In the end the results are given and our conclusions are presented relating to the real and expected faults due to lightning strokes in the EAC s H.V. network. 7
Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή... 9 1.1 Ιστορική Ανασκόπηση Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας... 9 1.2 Ηλεκτρισμός στην Κύπρο - Αρχή Ηλεκτρισμού Κύπρου (Α.Η.Κ.)... 11 Κεφάλαιο 2 : Το Δίκτυο της Κύπρου... 13 2.1 Εγκαταστάσεις Παραγωγής, Μεταφοράς και Διανομής... 13 2.2 Το κλίμα της Κύπρου... 22 Κεφάλαιο 3 : Καταπονήσεις Γραμμών Μεταφοράς και Κεραυνοί... 24 3.1 Καταπονήσεις Γραμμών Μεταφοράς... 24 3.1.1 Εσωτερικές Υπερτάσεις... 24 3.1.2 Εξωτερικές Ατμοσφαιρικές Υπερτάσεις... 25 3.2 Ο Κεραυνός σαν φυσικό φαινόμενο... 26 3.2.1 Ατμοσφαιρικές Εκκενώσεις... 26 3.2.2 Ρεύμα του Κεραυνού και σχετικοί παράμετροι... 31 3.2.3 Παράγοντες που επηρεάζουν τον Κεραυνό... 33 3.2.4 Συχνότητα Κεραυνών Ισοκεραυνικές Καμπύλες... 33 3.3 Μηχανισμοί Δημιουργίας Υπερτάσεων από Κεραυνούς... 35 3.3.1 Υπερτάσεις από Επαγωγή... 36 3.3.2 Υπερτάσεις από άμεσο πλήγμα κεραυνού σε αγωγό φάσης.... 37 3.3.3 Υπερτάσεις από πλήγμα στον αγωγό προστασίας Ανάστροφη διάσπαση... 38 Κεφάλαιο 4 : Παρουσίαση Σφαλμάτων στο Δίκτυο της ΑΗΚ... 40 Κεφάλαιο 5 : Εκτίμηση του πιθανού αριθμού σφαλμάτων γραμμής από ανάστροφα βραχυκυκλώματα.... 49 5.1 Μέθοδος ANACOM... 49 5.2 Η βελτιωμένη μέθοδος ANACOM... 51 5.3 Εκτίμηση του πιθανού αριθμού σφαλμάτων γραμμής από ανάστροφα βραχυκυκλώματα του δικτύου Υψηλής Τάσης της Α.Η.Κ.... 56 5.4 Συμπεράσματα... 59 Bιβλιογραφία... 60 8
Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή Τα τελευταία χρόνια η αυξανόμενη χρήση ευαίσθητων ηλεκτρονικών συσκευών και η αυξανόμενη απαίτηση των καταναλωτών για σταθερότητα στην παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, έχουν μεγιστοποιήσει τη σπουδαιότητα για βελτίωση της αξιοπιστίας και της ποιότητας της παρεχόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Γι αυτό είναι σημαντικό να αξιολογηθεί σωστά το ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον των κεραυνών που αποτελεί μια κύρια πηγή σφαλμάτων η οποία προκαλεί βλάβες στις υπέργειες γραμμές και δυσλειτουργία στον ευαίσθητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Είναι αδήρητη ανάγκη, λοιπόν, να κατανοηθούν οι τρόποι που οι κεραυνοί επηρεάζουν τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και τα ενεργά τους στοιχεία με στόχο την ανεύρεση τρόπων αντιμετώπισης και προστασίας των συστημάτων ενάντια στα πλήγματα κεραυνών για τη βελτίωση της ποιότητας στη παροχή του ηλεκτρικού ρεύματος. 1.1 Ιστορική Ανασκόπηση Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Πριν το 1800, η γνώση γύρω από τον ηλεκτρισμό περιοριζόταν κυρίως στις μελέτες των ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων που είχαν γίνει από τους πρωτοπόρους ερευνητές. Αν και σημαντικές νέες ανακαλύψεις, που έγιναν τα επόμενα χρόνια, πρόσθεταν συνεχώς και νέα γνώση στο αντικείμενο του ηλεκτρισμού, εφαρμογές που να οδηγούν σε εκμετάλλευση αυτών των ανακαλύψεων εμφανίστηκαν αρκετά αργότερα. Η πρώτη εμπορική χρήση του ηλεκτρισμού άρχισε γύρω στο 1870, όταν χρησιμοποιήθηκαν οι λαμπτήρες τόξου για φωτισμό οικιών και οδών. Το πρώτο πλήρες ηλεκτρικό σύστημα, αποτελούμενο από γεννήτρια, καλώδιο, ασφάλεια, μετρητή και φορτία, ήταν αυτό που εγκαταστάθηκε από τον Thomas Edison στη πόλη της Νέας Υόρκης, ο ιστορικός σταθμός της Pearl Street που τέθηκε σε λειτουργία το 1882. Αυτό ήταν ένα σύστημα συνεχούς ρεύματος (DC) που αποτελείτο από μια ατμομηχανή που κινούσε μια γεννήτρια και τροφοδοτούσε με ηλεκτρική ενέργεια 59 καταναλωτές σε μια περιοχή ακτίνας 1.5km. Τα φορτία, που ήταν αποκλειστικά λαμπτήρες πυρακτώσεως, τροφοδοτούνταν σε μία τάση 110V μέσω υπόγειου καλωδίου. Πολύ σύντομα αντίστοιχα συστήματα λειτούργησαν στις περισσότερες μεγαλουπόλεις του κόσμου. Το τεχνικό πρόβλημα που αντιμετώπιζαν αυτά τα πρώτα ηλεκτρικά συστήματα, ήταν ότι παρέμεναν ανενεργά, ή τουλάχιστον υπολειτουργούσαν κατά το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου, καθόσον υπήρχε έλλειψη ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας για φωτισμό κατά την διάρκεια της ημέρας. Θα έπρεπε, συνεπώς, να έρθει μια άλλη εφαρμογή για να καλύψει αυτή την έλλειψη ζήτησης. Με την ανάπτυξη των κινητήρων, η ηλεκτρική κινητήρια ισχύς κατέστη γρήγορα πολύ δημοφιλής και χρησιμοποιήθηκε σε πολλές εφαρμογές, λύνοντας ταυτόχρονα το τεχνικό πρόβλημα της έλλειψης ζήτησης. Με τα πρώτα αυτά συστήματα ξεκίνησε αυτό που έμελλε να εξελιχθεί σε μια από τις μεγαλύτερες βιομηχανίες στον κόσμο. 9
Παρά την αρχική ευρεία χρήση των συστημάτων συνεχούς ρεύματος, αυτά πολύ γρήγορα αντικαταστάθηκαν πλήρως από τα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος (AC). Ο λόγος ήταν προφανής. Τα συστήματα συνεχούς δεν είχαν την δυνατότητα να μεταφέρουν ισχύ σε μεγάλες αποστάσεις, διότι για να γίνει κάτι τέτοιο και συγχρόνως να κρατηθούν οι απώλειες μεταφοράς RI 2 και η πτώση τάσης σε αποδεκτά επίπεδα έπρεπε τα επίπεδα τάσης να είναι υψηλά. Υψηλές όμως τάσεις δεν ήταν αποδεκτές ούτε για την παραγωγή, ούτε για την κατανάλωση επειδή δεν το επέτρεπε η τεχνολογία της εποχής αλλά και η ασφάλεια των καταναλωτών. Η λύση συνεπώς θα ήταν να μεταφερόταν η ισχύς σε μεγάλες αποστάσεις υπό υψηλότερη τάση, η οποία στη συνέχεια θα μειωνόταν σε χαμηλότερες τιμές στις θέσεις όπου υπήρχαν τα φορτία. Η σχεδίαση και η ανάπτυξη μιας συσκευής που θα μετασχημάτιζε στα επιθυμητά επίπεδα τάση και ρεύμα ήταν επιτακτική ανάγκη. Η ανάπτυξη του μετασχηματιστή οδήγησε στην ανάπτυξη των ηλεκτρικών δικτύων εναλλασσόμενου ρεύματος, τα οποία έγιναν ακόμη πιο ελκυστικά με την ανάπτυξη των πολυφασικών συστημάτων από τον Nicola Tesla. Οι πρωτοποριακές για την εποχή εφευρέσεις του αποτέλεσαν τη βάση για την ανάπτυξη των σημερινών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Με την επικράτηση του εναλλασσόμενου ρεύματος άρχισε η ανάπτυξη των τοπικών ηλεκτροπαραγωγικών σταθμών οι οποίοι με συστήματα μεταφοράς και διανομής που εκτείνονταν μέχρι τα όρια δράσης τους, εξυπηρετούσαν το φορτίο στενών γεωγραφικών περιοχών. Πολύ σύντομα τέτοια γειτονικά συστήματα άρχισαν να διασυνδέονται ώστε να μπορούν να ανταλλάσσουν ενέργεια και να ικανοποιούν στη βάση της αμοιβαιότητας φορτία αιχμής που μόνα τους θα ήταν αδύνατο να ικανοποιηθούν. Για να μπορέσουν βέβαια να συνδεθούν μεταξύ τους έπρεπε προηγουμένως να λυθεί το τεχνικό πρόβλημα της τυποποίησης της συχνότητας, επειδή υπήρχαν συστήματα που λειτουργούσαν σε διαφορετικές συχνότητες. Στην Ευρώπη η συχνότητα τυποποιήθηκε στα 50 Hz, ενώ στην Αμερική και σε μέρος της Ιαπωνίας η τυποποίηση έγινε στα 60 Hz. Η αυξανόμενη ανάγκη για μεταφορά όλο και μεγαλύτερων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις έδρασε σαν κίνητρο για τη χρήση, προοδευτικά, όλο και υψηλότερων επιπέδων τάσεων. Ενώ στα πρώτα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος τα επίπεδα τάσης ήταν 12, 44 και 60 kv, ανήλθαν στα 165kV το 1922, στα 220kV το 1923, στα 287kV το 1935, στα 350kV το 1953, στα 500kV το 1965 και στα 765kV το 1966. Για να αποφευχθεί η εξάπλωση ενός απεριόριστου αριθμού από επίπεδα τάσης, γεγονός που θα προκαλούσε σημαντικά προβλήματα στην τυποποίηση του εξοπλισμού, η βιομηχανία επέλεξε κάποια επίπεδα τάσης ως στάνταρ. Αυτά είναι 115, 132, 138, 150, 161, 220, 230 και 275kV για τις Υψηλές Τάσεις (ΥΤ) και 345,400,500 και 765 για τις Υπερυψηλές Τάσεις (ΥΥΤ). Με την πάροδο των ετών η βιομηχανία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας εξαπλωνόταν ραγδαία. Οι τεχνολογικές πρόοδοι που επιτυγχάνονταν στη σχεδίαση των διαφόρων συνιστωσών των ενεργειακών συστημάτων ενσωματώνονταν σε κάθε νέα συνιστώσα που εγκαθίστατο, με αποτέλεσμα τη γρήγορη αναβάθμιση του εξοπλισμού. Σήμερα η βιομηχανία ηλεκτρικής ισχύος, σε συνδυασμό με τις άμεσα σχετιζόμενες εταιρείες που κατασκευάζουν πάσης φύσεως ηλεκτρολογικό εξοπλισμό αλλά και ηλεκτρικές συσκευές, κατέστη μια από τις μεγαλύτερες στον κόσμο. Το μέλλον θα απαιτεί συνεχείς επίπονες επιδόσεις των ενεργειακών μηχανικών για 10
βελτίωση των ήδη υπαρχόντων τεχνολογιών και ανάπτυξη νέων καινοτόμων τεχνολογιών ώστε να καλύπτονται χωρίς σημαντικές καθυστερήσεις οι ραγδαία αυξανόμενες ανάγκες της κοινωνίας μας σε ηλεκτρική ενέργεια. 1.2 Ηλεκτρισμός στην Κύπρο - Αρχή Ηλεκτρισμού Κύπρου (Α.Η.Κ.) Ο ηλεκτρισμός στην Κύπρο έχει μια ιστορία πέραν των 100 χρόνων. Πρωτοεμφανίστηκε το 1903 με την εγκατάσταση από την αποικιακή κυβέρνηση ηλεκτρογεννήτριας για τις ανάγκες του Αρμοστίου στην Λευκωσία και λίγο αργότερα για την ηλεκτροδότηση του νοσοκομείου της Λευκωσίας με ξεχωριστή δική του ηλεκτρογεννήτρια. Όμως η παραγωγή και, κατά κάποιο τρόπο, η δημόσια διάθεση ηλεκτρισμού άρχισε το 1912 στη Λεμεσό και το 1913 στη Λευκωσία με ιδιωτικές ηλεκτρικές εταιρείες. Με την πάροδο του χρόνου ιδρύθηκαν παρόμοιες εταιρείες σε όλες τις πόλεις και αγροτικά κέντρα. Μέχρι το 1952, η παραγωγή και διανομή του ηλεκτρισμού γινόταν από 28 ηλεκτρικές επιχειρήσεις που εξυπηρετούσαν ισάριθμες πόλεις και χωριά. Ο τρόπος αυτός της παραγωγής και διανομής του ηλεκτρισμού, εκτός του ότι ήταν αντιοικονομικός, δεν μπορούσε να επιτρέψει και τη γρήγορη εξάπλωση του, στοιχείο απαραίτητο για την ανάπτυξη και την πρόοδο γενικά του τόπου. Η ανάγκη για ανάληψη κατ αποκλειστικότητα της παραγωγής, μεταφοράς και διανομής του ηλεκτρισμού από ένα κεντρικό εθνικό φορέα καλύφθηκε με την ίδρυση το 1952 της Α.Η.Κ. ως ημικρατικού οργανισμού με την ταυτόχρονη εγκαθίδρυση του πρώτου ατμοθερμοηλεκτρικού σταθμού παραγωγής στη Δεκέλεια. Το Νοέμβριο του 1952 η Α.Η.Κ. απαλλοτρίωσε τις δύο μεγαλύτερες ιδιωτικές ηλεκτρικές επιχειρήσεις(λευκωσίας-λεμεσού) και σταδιακά προχώρησε στη απαλλοτρίωση και των υπόλοιπων επιχειρήσεων. Ιδιαίτερα ραγδαία ήταν η ανάπτυξη που πήρε ο εξηλεκτρισμός της υπαίθρου μετά την ανεξαρτησία της Κύπρου το 1960. Χαρακτηριστικά, ενώ το 1953 μόνο 5% του πληθυσμού της Κυπριακής υπαίθρου απολάμβανε τα αγαθά του ηλεκτρισμού και το 1959 μόνο το 14%, κατά την περίοδο 1960-1979 συμπληρώθηκε ο εξηλεκτρισμός ολόκληρης της υπαίθρου. Σήμερα γενικά όλες οι πόλεις και τα χωριά έχουν ηλεκτροδοτηθεί. Η Α.Η.Κ. μέσα σε 12 χρόνια από την ίδρυση της κατάφερε να διαδώσει τον ηλεκτρισμό σε ολόκληρη την Κύπρο και να συμβάλει έτσι στην ανύψωση της ποιοτικής στάθμης της ζωής των Κυπρίων. Πολύ σύντομα ο ένας και μοναδικός ηλεκτροπαραγωγικός σταθμός δεν αρκούσε. Έτσι προχώρησε στην κατασκευή δεύτερου σταθμού στη Μονή (1966) και τρίτου σταθμού στη περιοχή Βασιλικού (1997).Μέχρι σήμερα στη Κύπρο λειτουργούν οι τρεις παραπάνω ηλεκτροπαραγωγικοί σταθμοί. 11
Εικόνα 1 Ηλεκτρογεννήτρια 42 αλόγων που χρησιμοποιείτεο για τη παραγωγή ρεύματος το 1926 στην Πάφο. [7] 12
Κεφάλαιο 2 : Το Δίκτυο της Κύπρου 2.1 Εγκαταστάσεις Παραγωγής, Μεταφοράς και Διανομής Η Κύπρος δεν διαθέτει πρωτογενείς πηγές ενέργειας, για αυτό η Αρχή Ηλεκτρισμού Κύπρου (ΑΗΚ) βασίζεται για την παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας αποκλειστικά σε εισαγόμενα καύσιμα, κυρίως μαζούτ. Επί του παρόντος, η ΑΗΚ διαθέτει τρεις Ηλεκτροπαραγωγούς Σταθμούς, με συνολική εγκαταστημένη ισχύ 1598 MW όπως φαίνεται πιο κάτω (σε παρένθεση η αναμενόμενη ημερομηνία αποκατάστασης μετά τη καταστροφή στο Μαρί στις 11/07/2011) : Πίνακας 1 Παραγωγή Ηλεκτρική Ενέργειας της ΑΗΚ. [6] Σταθμός Βασιλικού 1 x 130 MW Ατμοηλεκτρική Μονάδα 130 MW (Ιουν. 2013) Αρ.1 1 x 130 MW Ατμοηλεκτρική Μονάδα 130 MW (Ιουν. 2013) Αρ.2 1 x 130 MW Ατμοηλεκτρική Μονάδα 130 MW (Ιαν. 2013) Αρ.3 1 x 38 MW Αεριοστρόβιλος 38 MW 1 x 220 MW Μονάδα Συνδυασμένου 220 MW Κύκλου 72,5 MW (Νοε.2012) 1 x 220 MW Μονάδα Συνδυασμένου Κύκλου +37,5 MW (Δεκ. 2012) +110 MW (Δεκ. 2012) Σταθμός Δεκέλειας 6 x 60 MW Ατμοηλεκτρικές Μονάδες 360 MW 2 x 50 MW Μηχανές Εσωτερικής 100 MW Καύσης Σταθμός Μ3ονής 4 x 30 MW Ατμοηλεκτρικές Μονάδες 120 MW 4 x 37,5 MW Αεριοστρόβιλοι 150 MW Διαθέσιμη Iσχύς Συνολική Εγκατεστημένη Ισχύς 988 MW 1060,5 MW (Νοε.2012) 1208 MW (Δεκ. 2012) 1338 MW (Ιαν. 2013) 1598 MW (Ιουν. 2013) 13
14
Πίνακας 2 - Εγκαταστάσεις παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας της ΑΗΚ. [6] 15
. Πίνακας 3 Συνοπτικά στοιχεία της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της ΑΗΚ. [6] 16
Εικόνα 2 Σύστημα παραγωγής και μεταφοράς Χάρτης Κύπρου. [6] Το δίκτυο της ΑΗΚ, όπως μπορούμε να δούμε και από τα στοιχεία πιο πάνω, διαθέτει : Δίκτυο Χ.Τ. 415V Δίκτυο Μ.Τ. 11 και 22 kv Δίκτυο Υ.Τ. 66 και 132kV Δεν διαθέτει δίκτυο Υ.Υ.Τ. 17
Παρακάτω παρουσιάζονται οι βασικοί τύποι πυλώνων που χρησιμοποιούνται κατά κανόνα στο δίκτυο Υ.Τ. της ΑΗΚ. Εικόνα 3 Πυλώνες 132Kv δικτύου ΑΗΚ. [19] 18
Εικόνα 4 Πυλώνες 66kV δικτύου ΑΗΚ. [19] 19
Εικόνα 5 Φωτογραφίες από πυλώνες Υ.Τ. του δικτύου της ΑΗΚ στη Κύπρο. [ Πηγή: Προσωπική Φωτογραφία ] 20
Εικόνα 6 - Φωτογραφία πυλώνα Υ.Τ. του δικτύου της ΑΗΚ στη Κύπρο. [ Πηγή: Προσωπική Φωτογραφία ] 21
2.2 Το κλίμα της Κύπρου Η Κύπρος βρίσκεται κατά μέσο όρο σε βόρειο γεωγραφικό πλάτος 35 ο και ανατολικό 33 ο και περιβάλλεται από την ανατολική μεσόγειο θάλασσα. Στην επίδραση της θάλασσας αυτής οφείλει η Κύπρος το κλίμα της. Τα κύρια χαρακτηριστικά του μεσογειακού κλίματος της Κύπρου είναι το ζεστό και ξηρό καλοκαίρι από τα μέσα του Μάη μέχρι τα μέσα του Σεπτέμβρη, ο βροχερός αλλά ήπιος χειμώνας από τα μέσα του Νιόβρη μέχρι τα μέσα του Μάρτη και οι δύο ενδιάμεσες μεταβατικές εποχές, το φθινόπωρο και η Άνοιξη. Στη διάρκεια του καλοκαιριού η Κύπρος βρίσκεται κάτω από την επίδραση του εποχιακού βαρομετρικού χαμηλού που έχει το κέντρο του στην νοτιοδυτική Ασία. Αποτέλεσμα της επίδρασης αυτής είναι οι υψηλές θερμοκρασίες, ο καθαρός ουρανός και η πολύ χαμηλή βροχόπτωση. Στην Κύπρο οι πιο ψυχροί μήνες είναι ο Γενάρης και ο Φλεβάρης με πιο θερμούς τους Ιούλιο και Αύγουστο. Στη διάρκεια του χειμώνα η Κύπρος επηρεάζεται από το συχνό πέρασμα μικρών υφέσεων και μετώπων που κινούνται στη Μεσόγειο με κατεύθυνση από τα δυτικά προς τα ανατολικά. Οι καιρικές αυτές διαταραχές διαρκούν συνήθως από μια μέχρι τρεις μέρες κάθε φορά και δίνουν τις μεγαλύτερες ποσότητες βροχής. Υγρασία Το υψόμετρο και η απόσταση από την παραλία παίζουν σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση των τιμών της σχετικής υγρασίας του αέρα. Στη διάρκεια της μέρας κατά το χειμώνα και σε όλες τις νύχτες του χρόνου η σχετική υγρασία κυμαίνεται κυρίως μεταξύ 65% και 95%. Στη κεντρική πεδιάδα κυμαίνεται κοντά στο 30%. Άνεμοι Οι γενικοί άνεμοι είναι κυρίως ελαφροί ως μέτριοι δυτικοί ή νοτιοδυτικοί το χειμώνα και βόρειοι ή βορειοδυτικοί το καλοκαίρι. Οι πολύ ισχυροί άνεμοι είναι σπάνιοι. Οι ισχυροί άνεμοι με ταχύτητα 24 κόμβων και πάνω είναι μικρής διάρκειας και συμβαίνουν σε περιπτώσεις μεγάλης κακοκαιρίας. Πολύ σπάνια επίσης συμβαίνουν ανεμοστρόβιλοι πάνω από τη θάλασσα ή τη ξηρά με διάμετρο περίπου εκατό μέτρα. Βροχόπτωση Η μέση βροχόπτωση πάνω από ολόκληρη την Κύπρο για τον χρόνο ως σύνολο είναι περίπου 480 χιλιοστόμετρα. Από τα στοιχεία που υπάρχουν η πιο χαμηλή βροχόπτωση ήταν 182 χιλιοστόμετρα και η ψηλότερη 751 χιλιοστόμετρα. Η πιο έντονη περίοδος βροχόπτωσης είναι από το Νοέμβριο μέχρι το Μάρτιο. Την άνοιξη και το φθινόπωρο οι βροχές είναι κυρίως τοπικές ενώ η βροχόπτωση κατά την καλοκαιρινή περίοδο είναι πολύ χαμηλή. Χιονόπτωση συμβαίνει σπάνια στις πεδινές περιοχές και στην οροσειρά του Πενταδακτύλου, συμβαίνει όμως συχνά την χειμερινή περίοδο σε περιοχές της οροσειράς του Τροόδους με υψόμετρο πάνω από χίλια μέτρα. Η πρώτη χιονόπτωση συνήθως παρατηρείται μέσα στη πρώτη εβδομάδα του Δεκέμβρη και η τελευταία στα μέσα του Απρίλη. 22
Χαλάζι και Καταιγίδες Χαλάζι πέφτει κατά μέσο όρο με αριθμό δύο ως τρείς φορές το χρόνο στις πεδινές περιοχές και μέχρι δέκα φορές το χρόνο στις ορεινές. Η πιο πιθανή περίοδος να συμβεί σοβαρή χαλαζόπτωση είναι κατά τους μήνες Δεκέμβριο μέχρι Απρίλη, το χαλάζι όμως που πέφτει νωρίς το καλοκαίρι και το φθινόπωρο είναι πιο επικίνδυνο γιατί προκαλεί σοβαρές ζημιές στις καλλιέργειες. Οι καταιγίδες είναι σπάνιες από τον Ιούνη μέχρι το Σεπτέμβρη, συμβαίνουν όμως κατά μέσο όρο σε 4 μέχρι πέντε μέρες σε κάθε μήνα από τον Οκτώβρη μέχρι το Γενάρη, και σε 2 μέχρι 3 μέρες σε κάθε μήνα από το Φλεβάρη μέχρι το Μάη. Οι καταιγίδες είναι αποτέλεσμα της δραστηριότητας των υφέσεων και των ψυχρών μετώπων και είναι πιο σφοδρές κατά την περίοδο Οκτωβρίου Δεκεμβρίου ή των ανοδικών κινήσεων στην ατμόσφαιρα κυρίως τον Μάη. Ο μέσος αριθμός ημερών με καταιγίδες σε κάθε μήνα δίνεται πιο κάτω: Μήνας Ημέρες Καταιγίδας Ιανουάριος 3 Φεβρουάριος 2 Μάρτιος 3 Απρίλιος 2 Μάιος 4 Ιούνιος 1 Ιούλιος 1 Αύγουστος 1 Σεπτέμβριος 2 Οκτώβριος 5 Νοέμβριος 3 Δεκέμβριος 4 Σύνολο Έτους 31 Πίνακας 4 - Μέσος αριθμός ημερών με καταιγίδες ανά μήνα στη Κύπρο. 23
Κεφάλαιο 3 : Καταπονήσεις Γραμμών Μεταφοράς και Κεραυνοί 3.1 Καταπονήσεις Γραμμών Μεταφοράς Οι τάσεις που αναπτύσσονται ανάμεσα στα διάφορα τμήματα ενός συστήματος ισχύος διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: Τις τάσεις «Ομαλής Λειτουργίας», που αναπτύσσονται υπό ομαλές συνθήκες λειτουργίας και τις «Υπερτάσεις», που αναπτύσσονται σε εξαιρετικές μόνο περιπτώσεις ή ανωμαλίες και οι οποίες είναι υψηλότερες από τις τάσεις ομαλής λειτουργίας, εξού και η ονομασία τους Υπερτάσεις. Κατά κανόνα, οι υπερτάσεις παρόλη τη σύντομη διάρκεια τους ασκούν στις μονώσεις του συστήματος τις πιο σοβαρές καταπονήσεις. Η σοβαρότητα της καταπόνησης καθορίζεται από τη μορφή, το εύρος και τη διάρκεια της τάσης που εμφανίζεται. Γενικά οι καταπονήσεις που δέχεται η μόνωση μιας γραμμής μεταφοράς κατατάσσονται σε: Εξωτερικές: οι ατμοσφαιρικές καταπονήσεις που έχουν σαν πηγή τις ατμοσφαιρικές εκκενώσεις και πιο συγκεκριμένα τους κεραυνούς. Εσωτερικές: που δημιουργούνται από εσωτερικές διαταραχές της ομαλής λειτουργίας του συστήματος. 3.1.1 Εσωτερικές Υπερτάσεις Οι εσωτερικές υπερτάσεις καθορίζονται από τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά,τη δομή και τον τρόπο εκμετάλλευσης του ηλεκτρικού δικτύου. Ανάλογα με το μηχανισμό γένεσης, τη διάρκεια και το μέγεθος τους υποδιαιρούνται σε: Δυναμικές Μεταβατικές Υπερτάσεις Χειρισμών Δυναμικές Υπερτάσεις 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 τη μορφή της τάσεως λειτουργίας αλλά συνήθως έχουν τη μορφή μιας αποσβεννόμενης ταλάντωσης με ιδιαίτερη συχνότητα. Για δίκτυα Υ.Τ. και Υ.Υ.Τ. δεν αντιπροσωπεύουν επικίνδυνες καταπονήσεις για τις μονώσεις, παίζουν όμως σημαντικό ρόλο, γιατί βάσει αυτών γίνεται η επιλογή των συσκευών προστασίας και έτσι καθορίζουν έμμεσα την μόνωση των πιο δαπανηρών τμημάτων του συστήματος (π.χ. μετασχηματιστές, διακόπτες ). 24
Οι κυριότερες αιτίες δυναμικών υπερτάσεων είναι : Απόρριψη φορτίου Αποσύνδεση επαγωγικού ή σύνδεση χωρητικού φορτίου. Φαινόμενο Ferranti Βραχυκύκλωμα μίας φάσης προς γη. Μεταβατικές Υπερτάσεις Χειρισμών Οι μεταβατικές υπερτάσεις χειρισμών αποτελούν μια κατηγορία καταπονήσεων που απόκτησε σημασία μετά την εισαγωγή των δικτύων Υ.Υ.Τ.. και για τα δίκτυα αυτά, οι υπερτάσεις χειρισμών αποτελούν τη σοβαρότερη μορφή καταπονήσεων. Ο λόγος είναι οτι οι υπερτάσεις χειρισμών, όπως και οι δυναμικές, είναι ανάλογες προς την ονομαστική τάση λειτουργίας και κατά συνέπεια το εύρος τους αυξάνει με την αύξηση της τάσης κανονικής λειτουργίας. Από τις μεταβατικές υπερτάσεις χειρισμών, εκείνες που συνήθως παίρνουν τις μεγαλύτερες τιμές και είναι και οι πιο επικίνδυνες για τα δίκτυα, είναι αυτές που γεννώνται κατά το κλείσιμο ενός διακόπτη. Σε κάθε αλλαγή καταστάσεως, όπως είναι το κλείσιμο και το άνοιγμα ενός διακόπτη, εμφανίζονται οι υπερτάσεις χειρισμών οι οποίες διαδίδονται στο θεωρούμενο ηλεκτρικό δίκτυο υπό μορφή οδευόντων κυμάτων με σύνθετη κυματομορφή. Οι συνηθέστερες περιπτώσεις ανάπτυξης και διάδοσης τέτοιων υπερτάσεων είναι οι παρακάτω : Διακοπή χωρητικού ρεύματος Ενεργοποίηση και επανάζευξη μιας γραμμής μεταφοράς με ανοιχτό άκρο. Διακοπή μικρών επαγωγικών ρευμάτων Διακοπή ρευμάτων βραχυκυκλώματος. 3.1.2 Εξωτερικές Ατμοσφαιρικές Υπερτάσεις Οι ατμοσφαιρικές υπερτάσεις προκαλούνται στα δίκτυα από τα ηλεκτρικά φαινόμενα που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια καταιγίδων. Οι υπερτάσεις που μπορούν να αναπτυχθούν από ατμοσφαιρικά αίτια είναι σχεδόν ανεξάρτητες από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού συστήματος κι έτσι για δίκτυα ονομαστική τάσης μέχρι 300kV οι ατμοσφαιρικές υπερτάσεις είναι πιο κρίσιμες από τις μεταβατικές υπερτάσεις χειρισμών. Γι αυτό και η σχεδίαση της μόνωσης για συστήματα χαμηλότερα των 300kV γίνεται βάση των ατμοσφαιρικών υπερτάσεων. Παρόλο που οποιαδήποτε μετακίνηση ηλεκτρικού φορτίου στην ατμόσφαιρα μπορεί να επάγει στο δίκτυο μία τάση, οι μόνες επικίνδυνες για δίκτυα Υ.Τ. ατμοσφαιρικές υπερτάσεις προκαλούνται από τους κεραυνούς. 25
3.2 Ο Κεραυνός σαν φυσικό φαινόμενο 3.2.1 Ατμοσφαιρικές Εκκενώσεις Η κεραυνική εκκένωση είναι μια μορφή ηλεκτρικής διάσπασης η οποία όμως συμβαίνει σε πολύ μεγάλα διάκενα. Κατά τη διάρκεια καταιγίδας συμβαίνει διαχωρισμός φορτίου σε ένα νέφος με τους μηχανισμούς διαχωρισμού των ηλεκτρικών φορτίων να προκύπτουν από πολύπλοκές και σύνθετες διεργασίες που συμβαίνουν στο εσωτερικό των νεφών. Ένα ηλεκτρισμένο νέφος περιέχει ηλεκτρικά φορτία και των δύο προσήμων σε ίσες ποσότητες. Φορτία του κάθε προσήμου καταλαμβάνουν διακεκριμένες περιοχές του συννέφου. Η φόρτιση ενός νέφους δεν είναι τίποτε άλλο παρά ένας διαχωρισμός φορτίων. Τα σύννεφα παρουσιάζουν κατά κανόνα, στο κάτω μέρος τους ένα σημαντικό φορτίο αρνητικής πολικότητας και ένα φορτίο θετικής πολικότητας στο πάνω μέρος τους. Έτσι στο χώρο μεταξύ σύννεφου και γης αναπτύσσεται ένα ηλεκτρικό πεδίο του οποίου οι δυναμικές γραμμές καταλήγουν στη γη πάνω σε επαγόμενα φορτία αντίθετης πολικότητας από αυτή που έχουν τα φορτία του συννέφου. Το 80% των κεραυνών προέρχονται από σύννεφα αρνητικά φορτισμένα στο κάτω μέρος τους και γι αυτό καλούνται κεραυνοί αρνητικής πολικότητας. Εικόνα 7 - Κατανομή του φορτίου εντός του νέφους. Ηλεκτρικό πεδίο νέφους-γης. [4] Εικόνα 8 - Κατανομή φορτίων στο σύννεφο [4] 26
Ο κεραυνός ξεκινά από σημεία υψηλής πεδιακής έντασης. Δύο ετερόσημα φορτία μέσα στο ίδιο σύννεφο ή δύο γειτονικά σύννεφα δημιουργούν υψηλές πεδιακές εντάσεις που μπορούν να προκαλέσουν μια εκκένωση εσωτερική του νέφους ή ανάμεσα σε δύο σύννεφα. Συγκέντρωση φορτίου ενός προσήμου σε μία θέση του νέφους και του φορτίου αντίθετου προσήμου, που επάγεται εξαιτίας του στο έδαφος, δημιουργούν ανάμεσα στο νέφος και στο έδαφος μια ζώνη αυξημένων πεδιακών εντάσεων. Διακρίνονται 3 είδη ατμοσφαιρικών εκκενώσεων : Εντός του ίδιου συννέφου Οι υπάρχουσες πληροφορίες για τους κεραυνούς αυτού του τύπου είναι λίγες και επιπλέον συχνά αντιφάσκουν μεταξύ τους. Γενικά στην περίπτωση αυτή η εκκένωση λαμβάνει χώρα ανάμεσα στο ανώτερο θετικό και στο κατώτερο αρνητικό κέντρο του χωρικού φορτίου. Η διάρκεια της εκκένωσης είναι μεγάλη και το ρεύμα της έχει τιμές μερικές εκατοντάδες Α ώς 1κΑ. Μεταξύ δυο συννέφων Οι κεραυνοί αυτοί εμφανίζονται σε ύψος μεγαλύτερο του 1km και μικρότερο των 10km. Βασικό χαρακτηριστικό τους είναι ότι έχουν μεγάλο μήκος κεραυνικού τόξου, μέχρι και 40km. Μεταξύ συννέφου γης Οι κεραυνοί της κατηγορίας αυτής παρατηρούνται όταν το ηλεκτρικό πεδίο πάρει την κρίσιμη τιμή πλησίον του νέφους (εκκένωση κατερχόμενη), ή πλησίον της γης (εκκένωση ανερχόμενη). Σαν πολικότητα της εκκένωσης λαμβάνεται εκείνη του φορτίου του κάτω μέρους του συννέφου που την προκάλεσε. Το 80% των κεραυνών που κατευθύνονται στη γη προέρχονται από σύννεφα αρνητικά φορτισμένα στην κάτω περιοχή τους και γι αυτό είναι κεραυνοί αρνητικής πολικότητας. Εικόνα 9 Κατανομή ηλεκτρικού φορτίου κατά την καταιγίδα και τα είδη των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων. [15] 27
Εικόνα 10 Φωτογραφίες από Κεραυνούς από εκκένωση συννέφου συννέφου και συννέφου γης. [16] 28
Οι τρείς φάσεις της κεραυνικής εκκένωσης είναι : Προεκκένωση Εκκένωση αντίθετης φοράς Κύρια εκκένωση Εικόνα 11 Οι τρεις φάσεις της κεραυνικής εκκένωσης [4] Οι υψηλότερες εντάσεις, μέσα στη ζώνη νέφους γης, αναπτύσσονται είτε κοντά στο έδαφος, είτε σε περίπτωση που το έδαφος παρουσιάζει μια σημαντική προεξοχή, στη πλευρά του εδάφους. Στη πρώτη περίπτωση, η ενδεχόμενη εκκένωση που θα ακολουθήσει θα αρχίσει από το νέφος (με ένα κατερχόμενο οχετό προεκκένωσης) ενώ τη δεύτερη από το έδαφος (με ένα ανερχόμενο οχετό προεκκέωνσης). Έτσι διακρίνονται τέσσερις περιπτώσεις έναρξης του οχετού προεκκένωσης του κεραυνού : Κατερχόμενος αρνητικός οχετός προεκκένωσης που αρχίζει από ένα αρνητικό σύννεφο. (Περίπτωση 1α) Ανερχόμενος θετικός οχετός προεκκένωσης που αρχίζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικό σύννεφο. (Περίπτωση 2α) Κατερχόμενος θετικός οχετός προεκκένωσης που αρχίζει από ένα θετικό σύννεφο. (Περίπτωση 3α) Ανερχόμενος αρνητικός οχετός προεκκένωσης που αρχίζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικό σύννεφο. (Περίπτωση 4α) 29
Αν ο οχετός προεκκένωσης που αναπτύσσεται με ένα από τους τέσσερις πιο πάνω τρόπους γεφυρώσει ολόκληρο το διάκενο σύννεφο-γης επακολουθεί ο οχετός επιστροφής και έτσι ολοκληρώνεται ένας από τους τέσσερις τύπους κεραυνού, οι οποίοι είναι οι ακόλουθοι : Κατερχόμενη αρνητική εκκένωση που πηγάζει από ένα αρνητικό σύννεφο με ένα κατερχόμενο οχετό προεκκένωσης και αποτελεί τον πιο συνηθισμένο τύπο κεραυνού που παρατηρείται στο 90% περίπου των περιπτώσεων. (Περίπτωση 1β) Ανερχόμενος θετικός οχετός / Αρνητική εκκένωση που πηγάζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικό σύννεφο. (Περίπτωση 2β) Κατερχόμενη θετική εκκένωση που πηγάζει από ένα θετικό σύννεφο (πολύ σπάνια περίπτωση). (Περίπτωση 3β) Ανερχόμενος αρνητικός οχετός / Θετική εκκένωση που πηγάζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικό σύννεφο. (Περίπτωση 4β) Εικόνα 12 Είδη Κεραυνών. [3] 30
3.2.2 Ρεύμα του Κεραυνού και σχετικοί παράμετροι Όταν ένα αντικείμενο, όπως ένα κτίριο, μια γραμμή μεταφοράς ή ένα αεροπλάνο κτυπηθεί από ένα κεραυνό το μέγεθος της καταπόνησης που θα υποστεί εξαρτάται από το ρεύμα που εκφορτίζεται μέσω αυτού. Έτσι από την άποψη της προστασίας από τους κεραυνούς, το ρεύμα αυτό αντιπροσωπεύει την πιο σημαντική παράμετρο της κεραυνικής εκκένωσης. Το μέγεθος του ρεύματος που αναπτύσσεται κατά την ροή του φορτίου εξαρτάται από το μέγεθος του φορτίου του νέφους και από το μήκος του οχετού εκκενώσεως. Οι μέγιστες εντάσεις των κεραυνικών ρευμάτων φθάνουν πολλές δεκάδες ka και η μέση τιμή είναι μικρότερη της τάξεως των 2kA. Το ρεύμα της πρώτης εκκένωσης αυξάνει γρήγορα και φθάνει στη μέγιστη τιμή κορυφής σε 10-15 μs. Κατόπιν αρχίζει να μειώνεται είτε αμέσως είτε μετά από μια πλατιά κορυφή. Η διάρκεια της ουράς του ρεύματος,όπου και το ρεύμα μειώνεται, είναι τέτοια ώστε το ρεύμα να φθάσει το 20% της τιμής κορυφής σε 200-300 μs. Το εύρος της πρώτης μερικής εκκένωσης είναι μεγαλύτερο από τις τυχόν επόμενες εκκενώσεις. Εικόνα 13 - Γενικευμένη κυματομορφή κεραυνικού ρεύματος. [4] Μια ενδιαφέρουσα παράμετρος,εκτός από τη μέγιστη τιμή του ρεύματος, είναι και η διάρκεια ροής μιας ορισμένης έντασης ρεύματος. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η διάρκεια τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια που συσσωρεύεται μέσα στην αντίσταση που διαρρέει, και κατά συνέπεια, τόσο μεγαλύτερη η ελκυόμενη θερμότητα, αφού είναι ανάλογη του i 2 dt. Για το λόγο αυτό κεραυνοί με μεγάλη διάρκεια ρεύματος, έστω και αν η μέγιστη τιμή του ρεύματος δεν είναι πολύ ψηλή ονομάζονται θερμοί σε αντίθεση με άλλους που μπορεί να αναπτύσσουν μεγάλα ρεύματα μικρής διάρκειας. Οι θερμοί κεραυνοί είναι πιο επικίνδυνοι μόνο όταν προκύπτει θέμα πυρκαγιάς ή έκρηξης ενώ για ηλεκτρικά συστήματα πιο επικίνδυνοι είναι οι κεραυνοί με μεγάλες εντάσεις και μικρή διάρκεια. 31
Οι βασικές παράμετροι που χαρακτηρίζουν τον κεραυνό σαν ηλεκτρικό φαινόμενο είναι : Η μέγιστη τιμή ρεύματος, i. Η μέγιστη κλίση μετώπου του ρεύματος, di dt. Το μεταφερόμενο φορτίο, i 2 dt. Το ολοκλήρωμα του τετραγώνου του ρεύματος, ποσότητα ανάλογη της εκλυόμενης από το κεραυνικό πλήγμα ενέργειας, i dt. Ο πίνακας 5 συνοψίζει τις χαρακτηριστικές τιμές των παραμέτρων του κεραυνικού ρεύματος, όπως αυτές διατυπώθηκαν από το IEC 62305-1 Ed.1.0, International standard: Protection against lightning Part 1: General principles. Πίνακας 5 - Χαρακτηριστικές τιμές των παραμέτρων του κεραυνικού ρεύματος. [12] 32
Η καθεμιά από τις παραμέτρους αυτές έχει ενοχλητικές, μέχρι καταστροφικές συνέπειες, για ανθρώπινες ζωές και τεχνικές εγκαταστάσεις. Οι συνέπειες ενός πλήγματος κεραυνού μπορεί να είναι θερμικές, μηχανικές ή ηλεκτρικές. Σαν συνέπεια της μέγιστης τιμής έχουμε υπερπήδηση μονωτήρων. Η μέγιστη κλίση μετώπου του κεραυνικού ρεύματος καθορίζει τις επαγώμενες τάσεις σε βρόγχους κυκλωμάτων, τάσεις, που αναπτυσσόμενες για παράδειγμα σε λογικά κυκλώματα ή κυκλώματα που περιλαμβάνουν ευαίσθητα ηλεκτρονικά στοιχεία του συστήματος πλοήγησης ή τηλεπικοινωνίας αεροσκαφών μπορούν να έχουν δραματικές συνέπειες. Το ολοκλήρωμα, δηλαδή το μεταφερόμενο φορτίο, προκαλεί τοπική τήξη και διάτρηση μεταλλικών επιφανειών μικρού πάχους και ακόμη είναι ανάλογο της εκλυόμενης ενέργειας η οποία προκαλεί θερμικά φαινόμενα (τήξη μετάλλων, έναυση εύφλεκτων ατμών ή αερίων). 3.2.3 Παράγοντες που επηρεάζουν τον Κεραυνό Ορογραφική κατάσταση της περιοχής : Στις ορεινές περιοχές ο αριθμός εκκενώσεων είναι πάντοτε μεγαλύτερος από εκείνον στις πεδινές. Στις πεδινές περιοχές όμως οι εκκενώσεις είναι υψηλής έντασης ρεύματος λόγω της μεγαλύτερης απόστασης νέφουςγης. Εποχή : Κατά την καλοκαιρινή περίοδο ο αριθμός των ανερχόμενων εκκενώσεων είναι πολύ μεγαλύτερος από εκείνον τον κατερχόμενων. Στο υπόλοιπο διάστημα του χρόνου τα νέφη κινούνται χαμηλότερα διευκολύνοντας έτσι την εκκένωση προς τη γη πριν ακόμα ολοκληρωθεί η διαδικασία φόρτισης του νέφους. Κάνοντας έτσι λιγότερο συχνές τις εκκενώσεις μεταξύ των νεφών και περισσότερο συχνές τις εκκενώσεις νέφους-γης. 3.2.4 Συχνότητα Κεραυνών Ισοκεραυνικές Καμπύλες Για την εκτίμηση του κινδύνου που μπορεί να αποτελεί ο κεραυνός για μια περιοχή είναι αναγκαία η γνώση του αριθμού, Νg, των κεραυνών που πλήττουν κατά μέσο όρο μια ορισμένη επιφάνεια εδάφους (συνήθως 1km 2 ) κατά τη διάρκεια μιας ορισμένης χρονικής περιόδου, συνήθως ένα έτος. Η πληροφορία αυτή δεν είναι διαθέσιμη παρά μόνο για περιορισμένες μόνο περιοχές. Εικόνα 14 Μέσος αριθμός κεραυνικών πληγμάτων ανά km 2 και έτος. [16] 33
Αντίθετα, η πληροφορία που είναι συνήθως διαθέσιμη είναι η κεραυνική στάθμη ενός τόπου, ο αριθμός Τ, των ημερών του έτους που συμβαίνουν καταιγίδες με κεραυνούς, ανεξάρτητα από τη διάρκεια ή την ένταση τους. Ο αριθμός Τ, διαφέρει σημαντικά από περιοχή σε περιοχή. Πολλές χώρες έχουν συντάξει χάρτες με ισοκεραυνικές καμπύλες, δηλαδή περιοχές με το ίδιο Τ. Ένας λιγότερο λεπτομερής χάρτης για ολόκληρο τον κόσμο δείχνει πως το ισοκεραυνικό επίπεδο της Ευρώπης είναι μεταξύ 20-30 μέρες καταιγίδας ανά έτος. Χαρακτηριστικά αναφέρονται οι κεραυνικές στάθμες της Αθήνας (17), Θεσσαλονίκης (21), Ιωαννίνων (33) και Καλαμάτας (10). Στο δυτικόευρωπαικό χώρο πιο αντίστοιχες τιμές είναι μεταξύ 10 και 30 ενώ μέγιστη παγκοσμίως θεωρείται η κεραυνική στάθμη στην πόλη Kampala της Uganda (240). Για την Κύπρο, δυστυχώς, δεν έχει καταρτιστεί ένας τέτοιος χάρτης. Από τα στοιχεία της μετεωρολογικής υπηρεσίας Κύπρου, όπως αυτά έχουν παρουσιαστεί στο Κεφάλαιο 2.2 αλλά και από δεδομένα της ΑΗΚ το ισοκεραυνικό επίπεδο της Κύπρου είναι 30 ημέρες καταιγίδας ανά έτος. Εικόνα 15 - Παγκόσμιος Ισοκεραυνικός Χάρτης. [5] 34
3.3 Μηχανισμοί Δημιουργίας Υπερτάσεων από Κεραυνούς Η πτώση ενός κεραυνού, είτε απευθείας πάνω στο δίκτυο είτε κοντά σε αυτό, προκαλεί βίαιες μετακινήσεις φορτίων μέσα στο δίκτυο υπό μορφή ρεύματος, I, πολλών ka. Η βασική παράμετρος που αναπτύσσεται στο δίκτυο από τον κεραυνό είναι το ρεύμα, ενώ η υπέρταση είναι ένα δευτερογενές φαινόμενο που εξαρτάται μεν από το ρεύμα του κεραυνού, αλλά και από τα χαρακτηριστικά του δικτύου όπως είναι η κυματική αντίσταση Ζ. Η υπέρταση που προκαλεί στο δίκτυο ένας κεραυνός εξαρτάται επίσης από τον τρόπο με τον οποίο αυτός θα προσβάλει το δίκτυο. Διαφορετική υπέρταση προκαλείται όταν ο κεραυνός πλήττει άμεσα ένα ενεργό στοιχείο του δικτύου, διαφορετική όταν πλήττει ένα αγωγό προστασίας ή ένα πύργο της γραμμής και διαφορετική όταν πλήττει το γειτονικό προς το δίκτυο έδαφος. Οι σοβαρότερες υπερτάσεις δημιουργούνται στο δίκτυο όταν ο κεραυνός πλήττει άμεσα ένα ενεργό στοιχείο. Οι υπερτάσεις αυτές είναι τόσο μεγάλες που είναι πρακτικά αδύνατο να κατασκευαστεί δίκτυο με μόνωση τόσο ισχυρή που να μπορεί να τις αντέχει. Για το λόγο αυτό, λαμβάνονται διάφορα μέτρα προστασίας με τα οποία μειώνονται οι υπερτάσεις αυτές σε όρια ανεχτά για τη μόνωση. Οι αναπτυσσόμενες υπερτάσεις από έμμεσα πλήγματα μόνο για γραμμές χαμηλής σχετικά τάσης μπορούν να είναι επικίνδυνες. Υπάρχουν τρεις μηχανισμοί με τους οποίους ένας κεραυνός μπορεί να δημιουργήσει υπέρταση σε μια γραμμή μεταφοράς: α) από επαγωγή, εξαιτίας κεραυνού που πλήττει το έδαφος κοντά στη γραμμή όχι όμως τη γραμμή την ίδια, β) από άμεσο πλήγμα κεραυνού σε ένα αγωγό φάσεως, γ) από πλήγμα στον αγωγό προστασίας με τον οποίο προστατεύονται γενικά οι γραμμές μεταφοράς από κεραυνούς. Στα πρώτα χρόνια που άρχισαν να κατασκευάζονται γραμμές μεταφοράς, επικρατούσε η αντίληψη πως η πιθανότητα ένας κεραυνός να πλήξει άμεσα μια γραμμή μεταφοράς ήταν ασήμαντη και πως όταν αυτό, σπανιότατα, συνέβαινε δεν υπήρχε τρόπος να προληφθεί το βραχυκύκλωμα της γραμμής. Ήταν έτσι γενικά πιστευτό πως το σύνολο σχεδόν των ανωμαλιών που προκαλούσαν οι κεραυνοί οφειλόταν στη επαγωγή. Αποδείχθηκε όμως κατόπιν παρατηρήσεων κα μελετών πως οι ανωμαλίες των γραμμών από κεραυνούς μπορούσαν να οφείλονται και από άμεσα πλήγματα. Για να αντιμετωπιστούν τα βραχυκυκλώματα που προκαλούν οι κεραυνοί στα ηλεκτρικά δίκτυα αναγνωρίστηκαν στη συνέχεια δύο μέθοδοι. Κατά την πρώτη μέθοδο τοποθετούνται σε κατάλληλες θέσεις πάνω από τις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις γειωμένοι αγωγοί (αγωγοί προστασίας) που συλλέγουν τα άμεσα πλήγματα προστατεύοντας έτσι τα ενεργά στοιχεία του συστήματος. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα. Κατά τη δεύτερη μέθοδο συνδέονται ανάμεσα στα ενεργά στοιχεία του συστήματος και τη γη ειδικές συσκευές με ασθενή μόνωση (αλεξικέραυνα) που επιτρέπουν μεν στιγμιαία τη διοχέτευση του φορτίου του κεραυνού στη γη, διακόπτουν όμως στη συνέχεια τη ροή ρεύματος στη συχνότητα του δικτύου. Αλεξικέραυνα ή όπως ορθότερα ονομάζονται,
απαγωγείς υπερτάσεων, χρησιμοποιούνται συνήθως για την προστασία των συσκευών των σταθμών. Εικόνα 16 - Άμεσο και έμμεσο πλήγμα σε πυλώνα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. [18] 3.3.1 Υπερτάσεις από Επαγωγή Καθώς ο οδηγός οχετός του κεραυνού κατέρχεται προς το έδαφος, κοντά σε μια γραμμή, φορτίο Φ με πρόσημο αντίθετο από αυτό του οχετού, συσσωρεύεται στη περιοχή της γραμμής που πρόσκειται στον οχετό. Εάν ο οχετός δεν πλήξει τη γραμμή αλλά ένα σημείο, Μ, του εδάφους σε απόσταση δ από τον άξονα χχ της γραμμής, τότε, με την απότομη εξουδετέρωση του φορτίου του θα συμβεί, θα πάψει να υπάρχει ο λόγος συσσώρευσης του φορτίου Φ και αυτό θα διαχυθεί με τη μορφή δύο αντίθετων κυμάτων ρεύματος Ι προς τις απομακρυσμένες περιοχές της γραμμής απ όπου είχε προηγούμενα προέλθει. Κάθε ένα από τα ρεύματα Ι πολλαπλασιαζόμενο Εικόνα 17 Δημιουργία υπέρτασης εξ επαγωγής από έμμεσο πλήγμα κεραυνού. [2] 36
με την κυματική αντίσταση Ζο της γραμμής, δίνει γένεση σε μια τάση V=ΙΖο.Επειδή το επαγόμενο φορτίο Φ είναι πάντα σημαντικά μικρότερο από το φορτίο του κεραυνού εξαρτώμενο και από την απόσταση δ οι δύο εντάσεις Ι δεν είναι συνήθως αρκετά μεγάλες ώστε η δημιουργημένη τάση V να αποτελεί κίνδυνο για τις μονώσεις γραμμών Μέσης ή Υψηλής Τάσης. Για γραμμές Χαμηλής Τάσης όμως γραμμές διανομής κάτω από 40-50 kv η υπέρταση του τύπου αυτού μπορεί να είναι επικίνδυνη για τη μόνωση. 3.3.2 Υπερτάσεις από άμεσο πλήγμα κεραυνού σε αγωγό φάσης. Όταν ένας κεραυνός πλήττει τον αγωγό φάσης γραμμής το συνολικό ρεύμα Ιο του κεραυνού διχάζεται σε δύο τμήματα που διαρρέουν τη γραμμή από το σημείο του πλήγματος Μ προς αντίθετες κατευθύνσεις. Γίνεται γενικά δεκτό πως η τιμή Ιο του ρεύματος είναι η ίδια είτε ο κεραυνός πλήττει τη γραμμή είτε απευθείας το έδαφος. Έτσι για τον υπολογισμό της υπέρτασης μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τιμές ρευμάτων κεραυνών που δίνονται στη βιβλιογραφία που κατά κανόνα προέρχονται από μετρήσεις σε γειωμένες κεραίες. Κάθε ένα από τα ρεύματα Ιο /2 πολλαπλασιαζόμενο με την κυματική αντίσταση Ζο της γραμμής δίνει την παραγόμενη υπέρταση V = ½ IoZo. Η υπέρταση αυτή είναι ικανή να διασπάσει τη μόνωση δικτύων ονομαστικής τάσης μέχρι και 500kV. Αυτό δείχνει πως για να αποφευχθούν συχνές διασπάσεις της μόνωσης των γραμμών χρειάζεται κάποιο είδος προστασίας που επιτυγχάνεται με τους αγωγούς προστασίας. Εικόνα 18 Δημιουργία υπέρτασης από άμεσο πλήγμα αγωγού φάσης από κεραυνό. [2] 37
3.3.3 Υπερτάσεις από πλήγμα στον αγωγό προστασίας Ανάστροφη διάσπαση. Για να προληφθούν άμεσα πλήγματα κεραυνών στους αγωγούς φάσεων τοποθετούνται πάνω από αυτούς ένας ή δύο αγωγοί προστασίας που συνδέονται με του μεταλλικούς πύργους. Εφόσον η τοποθέτηση των αγωγών προστασίας γίνει σωστά, όπως υποδεικνύεται πιο κάτω, το σύνολο σχεδόν των κεραυνών που θα έπλητταν τον αγωγό μιας φάσης συλλέγεται από τον αγωγό προστασίας. Εικόνα 19 Προστασία γραμμής με αγωγό προστασίας. [2] Το ρεύμα Ιο του κεραυνού διχάζεται και πάλι σε δύο τμήματα Ιο/2 που ρέουν από το σημείο του πλήγματος πάνω στον αγωγό προστασίας σε αντίθετες κατευθύνσεις με τη μορφή οδευόντων κυμάτων. Το κύμα τάσης που είναι αλληλένδετο με καθένα από τα κύματα αυτά ρεύματος θα είναι V= ½ IoZg όπου Zg είναι η κυματική αντίσταση του αγωγού προστασίας. Αν υποτεθεί πως ο αγωγός προστασίας περατούται σε ένα πύργο (χωρίς να συνεχίζεται από την άλλη πλευρά του πύργου) το ρεύμα Io/2 θα διοχετευθεί μέσα από τον πύργο και την αντίσταση γείωσης του στην γη. Ανακλάσεις με αντίθετο σημείο που συμβαίνουν στη βάση του πύργου υπερτίθενται στο προσπίπτον κύμα V προκαλώντας έτσι την μείωση του. Επειδή όμως το ρεύμα Ιο/2 διαρρέει την αντίσταση γείωσης R του πύργου ο τελευταίος αποκτά στιγμιαία την τάση V 2(1/2 IoR) = IoR. Μια πρόσθετη υπερύψωση της τάσης προκύπτει εξαιτίας της αυτεπαγωγής του πύργου ( 20μΗ ). Οι αγωγοί φάσης διατηρούν εξάλλου εξαιτίας της χωρητικής ζεύξης τους με τη γη περίπου το δυναμικό της γης. Έτσι, ανάμεσα στο μεταλλικό πύργο και τους αγωγούς των φάσεων εμφανίζεται η τάση V= IoR η οποία, αν είναι αρκετά ψηλή, μπορεί να προκαλέσει διάσπαση της μόνωσης. Στη πραγματικότητα η καταπόνηση είναι μικρότερη από τη τιμή V= IoR εξαιτίας της ζεύξης μεταξύ των αγωγών προστασίας και των φάσεων. Το φαινόμενο αυτό καλείται «ανάστροφη διάσπαση» (back-flashover). 38
Το μέγεθος της τάσης V= IoR εξαρτάται από το ρεύμα Ιο του κεραυνού και από την αντίσταση R. Για να μειωθεί λοιπόν ο κίνδυνος ανάστροφων διασπάσεων, πρέπει η αντίσταση γείωσης να γίνεται μικρή. Η πιθανότητα σφάλματος μιας γραμμής από ανάστροφη διάσπαση εξαρτάται και από τη στατιστική διανομή του εύρους του ρεύματος των κεραυνών. Για τα πιο πάνω έγινε δεκτό πως ο αγωγός προστασίας που πλήττει ο κεραυνός τερματίζεται στον πύργο και δεν συνεχίζεται πέρα από αυτόν. Στην πράξη αυτό δε συμβαίνει. Στις περισσότερες επίσης περιπτώσεις οι πύργοι είναι εφοδιασμένοι με δύο αγωγούς προστασίας. Αυτά έχουν σαν συνέπεια το ρεύμα Ιο/2 που φθάνει στην κορυφή του πύργου να μη διοχετεύεται ολόκληρο στη γη μέσα από την αντίσταση γείωσης του πύργου, R, αλλά ένα μέρος του μόνο διοχετεύεται στη γη, ενώ το υπόλοιπο συνεχίζει την πορεία του μέσα στη συνέχεια του αγωγού προστασίας ή και μέσα από τον δεύτερο αγωγό προστασίας αν υπάρχει. 39
Κεφάλαιο 4 : Παρουσίαση Σφαλμάτων στο Δίκτυο της ΑΗΚ Η ΑΗΚ είχε την ευγενή καλοσύνη να μας παραχωρήσει στοιχεία αναφορικά με τα σφάλματα που παρουσιάστηκαν στο δίκτυο της. Σύμφωνα με τα στοιχεία αυτά που θα παρουσιαστούν αναλυτικά στη συνέχεια, καταγράφηκαν συνολικά 4349 σφάλματα που καλύπτουν μια περίοδο 7 ετών, από 01/01/2004 μέχρι 30/11/2010. ΕΤΟΣ ΣΦΑΛΜΑΤΑ 2004 670 2005 530 2006 717 2007 637 2008 583 2009 653 2010 559 ΣΥΝΟΛΟ 4349 Πίνακας 6 Σφάλματα ανά έτος Το σύνολο των παρουσιασθέντων σφαλμάτων ανά έτος φαίνεται στον πίνακα δίπλα. Βλέπουμε ότι ο συνολικός αριθμός σφαλμάτων που έχει να αντιμετωπίσει η ΑΗΚ στο δίκτυο της παραμένει σχετικά σταθερός ανά έτος και κυμαίνεται από 500 ως 700 σφάλματα. ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΝΑ ΕΤΟΣ 800 700 600 500 400 300 200 100 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Γράφημα 1 - Σφάλματα ανά έτος 40
Για μια πιο εκτενή περιγραφή των προβλημάτων που παρουσιάζονται στο δίκτυο θα παρουσιαστούν τα επιμέρους σφάλματα που εμφανίστηκαν κατά την υπό μελέτη χρονική περίοδο. Συνολικά στο δίκτυο εμφανίστηκαν σφάλματα που προκλήθηκαν από 27 διαφορετικές αιτίες όπως αυτές παρουσιάζονται στον πίνακα 7 πιο κάτω. ΑΙΤΙΑ ΣΦΑΛΜΑΤΟΣ ΣΥΝΟΛΟ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ: ΧΑΡΤΑΕΤΟΙ 20 ΧΑΛΑΡΗ ΕΠΑΦΗ/ΚΑΒΑΛΕΤΤΟ 159 ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΠΑΣΣΑΛΟΥ 17 ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΜΟΝΩΣΗΣ 377 ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ 195 ΥΓΡΑΣΙΑ 35 ΤΟΥΡΚΟΚΡΑΤΟΥΜΕΝΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ 15 ΠΥΡΚΑΓΙΑ 25 ΠΟΥΛΙΑ 30 ΠΟΝΤΙΚΟΙ/ΕΡΠΕΤΑ 6 ΟΧΗΜΑ - ΔΥΣΤΥΧΗΜΑ 528 ΞΕΝΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΣΤΙΣ ΓΡΑΜΜΕΣ 180 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΒΛΑΒΗ ΑΣΦΑΛΕΙΩΝ 40 ΚΕΡΑΥΝΟΣ 629 ΕΡΓΟΛΑΒΟΣ ΞΕΝΟΣ 204 ΕΡΓΟΛΑΒΟΣ ΑΗΚ 10 ΕΙΣΟΔΟΣ ΝΕΡΟΥ ΣΕ ΚΤΗΡΙΑΚΕΣ ΕΓΚΑΤ. 1 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΟΥ 7 ΔΙΑΡΡΟΗ ΛΑΔΙΟΥ 1 ΔΙΑΡΡΟΗ SF6 1 ΔΕΝΤΡΑ 342 ΒΛΑΒΗ ΣΤΟ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ΖΕΥΞΗΣ 11 ΑΝΙΣΟΖΥΓΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΟΥ 35 ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ 37 ΑΝΕΜΟΙ 238 ΑΛΛΕΣ ΑΙΤΙΕΣ 30 ΑΓΝΩΣΤΗ 1176 ΣΥΝΟΛΟ 4349 Πίνακας 7 Σφάλματα ανά αιτία 41
1% 5% 1% 1% 0% 27% 8% 0% 0% 0% 0% 0% 5% ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΟΥ 0% 4% 0% ΚΕΡΑΥΝΟΣ 14% 9% 4% 1% 4% 1% 12% 0% 1% 1% 0% ΧΑΡΤΑΕΤΟΙ ΧΑΛΑΡΗ ΕΠΑΦΗ/ΚΑΒΑΛΕΤΤΟ ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΠΑΣΣΑΛΟΥ ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΜΟΝΩΣΗΣ ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ ΥΓΡΑΣΙΑ ΤΟΥΡΚΟΚΡΑΤΟΥΜΕΝΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΠΥΡΚΑΓΙΑ ΠΟΥΛΙΑ ΠΟΝΤΙΚΟΙ/ΕΡΠΕΤΑ ΟΧΗΜΑ - ΔΥΣΤΥΧΗΜΑ ΞΕΝΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΣΤΙΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΒΛΑΒΗ ΑΣΦΑΛΕΙΩΝ ΚΕΡΑΥΝΟΣ ΕΡΓΟΛΑΒΟΣ ΞΕΝΟΣ ΕΡΓΟΛΑΒΟΣ ΑΗΚ ΕΙΣΟΔΟΣ ΝΕΡΟΥ ΣΕ ΚΤΗΡΙΑΚΕΣ ΕΓΚΑΤ. ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΟΥ ΔΙΑΡΡΟΗ ΛΑΔΙΟΥ ΔΙΑΡΡΟΗ SF6 ΔΕΝΤΡΑ ΒΛΑΒΗ ΣΤΟ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ΖΕΥΞΗΣ ΑΝΙΣΟΖΥΓΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΑΝΕΜΟΙ ΑΛΛΕΣ ΑΙΤΙΕΣ ΑΓΝΩΣΤΗ Γράφημα 2 Σφάλματα ανά αιτία. 42
Όπως παρουσιάζονται και πιο πάνω στο γράφημα, τα σφάλματα που είναι πιθανόν να προκύψουν σ ένα δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας οφείλονται σε πολλούς και διάφορους λόγους, πολλοί από τους οποίους είναι και εκτός ελέγχου της επιβλέπουσας αρχής. Για παράδειγμα το μεγαλύτερο ποσοστό σφάλματων ( 27%) είναι άγνωστης αιτίας ενώ ένα άλλο αρκετά σημαντικό ποσοστό (12%) προήλθε από Οχήματα/Δυστυχήματα. Αιτίες που είναι μη αναμενόμενες, απρόβλεπτες, εντελώς τυχαίες ή συμπτωματικές. Όμως μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η 2 η μεγαλύτερη αιτία σφαλμάτων με ποσοστό 14% είναι τα πλήγματα από κεραυνούς. Ποσοστό που αντιστοιχεί σε 629 σφάλματα. Ακολουθεί η υποχώρηση μόνωσης με 9%. Αυτά είναι σφάλματα τα οποία προέρχονται από αιτίες που θα μπορούσαν να αποφευχθούν είτε να μειωθούν στον ελάχιστο δυνατό βαθμό με τη σωστή λήψη προληπτικών μέτρων και μεθόδων ασφαλείας και προστασίας του δικτύου. Για μια καλύτερη κατανόηση των αιτιών που προκαλούν τα σφάλματα σε γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας προχωρήσαμε σε μια κατηγοριοποίηση των αιτιών σε 4 βασικές, κατά την άποψη μας, κατηγορίες στις οποίες εμπίπτουν οι αιτίες αυτές. Η κατηγοριοποίηση έγινε με την λογική μιας γενικότερης αιτίας που προκάλεσε το κάθε σφάλμα όπως για παράδειγμά τα φυσικά αίτια στα οποία εμπίπτουν αιτίες όπως τα πλήγματα από κεραυνούς, οι άνεμοι, η υγρασία κτλ. Οι άλλες κατηγορίες είναι ο ανθρώπινος παράγοντας (Εργολάβοι, Οχήματα-Δυστυχήματα ), οι μηχανικές βλάβες ( Υποχώρηση μόνωσης, υποχώρηση πασσάλου, Μηχανική βλάβη ασφαλειών) και Αλλά(Άγνωστες αιτίες). Οι κατηγορίες αυτές με τα σφάλματα που τους αναλογούν, παρουσιάζονται στον πίνακα πιο κάτω: ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΙΤΙΩΝ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ 1307 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΒΛΑΒΕΣ 842 ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ 979 ΑΛΛΑ 1221 ΣΥΝΟΛΟ 4349 Πίνακας 8 Κατηγορίες αιτιών. 43
ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΒΛΑΒΕΣ 28% 30% ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΑΛΛΑ 23% 19% Γράφημα 3 - Σφάλματα ανά κατηγορία. Το γράφημα 3 πιο πάνω, δείχνει με ποσοστά την αναλογία σφαλμάτων που αντιστοιχούν στην κάθε κατηγορία. Βλέπουμε ότι τα φυσικά αίτια κατέχουν την 1 η θέση σε ότι αφορά την πρόκληση σφαλμάτων στο δίκτυο για την υπό εξέταση περίοδο. Με τη βοήθεια του επόμενου γραφήματος, θα προσπαθήσουμε να δούμε την βαρύτητα που έχουν τα πλήγματα κεραυνών στην πρόκληση σφαλμάτων στο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας της ΑΗΚ, έχοντας και μια απτή σύγκριση σε σχέση με τις υπόλοιπες κατηγορίες αιτιών σφαλμάτων. 44
ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ - ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΑΝΕΜΟΙ ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΔΕΝΤΡΑ ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΟΥ 5% 0% ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΕΙΣΟΔΟΣ ΝΕΡΟΥ ΣΕ ΚΤΗΡΙΑΚΕΣ ΕΓΚΑΤ. ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΚΕΡΑΥΝΟΣ 28% 8% 0% ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΚΕΡΑΥΝΟΣ 14% ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΠΟΝΤΙΚΟΙ/ΕΡΠΕΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΠΟΥΛΙΑ ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΠΥΡΚΑΓΙΑ 0% 1% 1% ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΥΓΡΑΣΙΑ 23% 19% 1% ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΒΛΑΒΕΣ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΑΛΛΑ Γράφημα 4 Σφάλματα ανά κατηγορία με ανάλυση των Φυσικών Αιτιών Βλέπουμε ότι τα σφάλματα από πλήγματα κεραυνού αποτελούν,όπως είδαμε και προηγουμένως, το 14%, ποσοστό που με τη βοήθεια και του γραφήματος?????????? δείχνει ξεκάθαρα το μέγεθος των εμφανιζόμενων σφαλμάτων στο δίκτυο λόγω των πληγμάτων από κεραυνούς. Όπως βλέπουμε όλες οι αιτίες στην κατηγορία Μηχανικές Βλάβες ευθύνονται για το 19% των εμφανιζόμενων σφαλμάτων στο δίκτυο και αυτές που ανήκουν στην κατηγορία Ανθρώπινος Παράγοντας για το 23%. Πολύ εύκολα παρατηρούμε ότι το 14%, για το οποίο ευθύνονται μόνο 45
τα πλήγματα από κεραυνούς, ξεπερνά το 50% των σφαλμάτων που προκλήθηκαν από όλες τις αιτίες κάποιων από των άλλων κατηγοριών. Παρακάτω απεικονίζεται το σύνολο των σφαλμάτων που προκλήθηκαν από πλήγματα κεραυνών στο Δίκτυο της ΑΗΚ κατά τη χρονική περίοδο 2004-2010. ΕΤΟΣ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΠΌ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ: 2004 122 2005 65 2006 162 2007 50 2008 102 2009 98 2010 30 ΣΥΝΟΛΟ 629 Πίνακας 9 Σφάλματα από κεραυνούς ανά έτος ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ ΑΝΑ ΕΤΟΣ 200 150 100 50 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Γράφημα 5 - Σφάλματα από κεραυνούς ανά έτος Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο αριθμός των σφαλμάτων αυτών χαρακτηρίζεται από μεγάλη διακύμανση. Είναι χαρακτηριστικό, ότι η ελάχιστη τιμή προκληθέντων σφαλμάτων από πλήγματα κεραυνών είναι 30 το 2010, και η μέγιστη 162 το 2006, δηλαδή περίπου πενταπλάσια. Μια τέτοια μεγάλη διαφορά, μέσα στο ίδιο δίκτυο και σε τόσο μικρό χρονικό διάστημα, αλλά και η γενικότερη διακύμανση του πλήθους τέτοιων σφαλμάτων σε μια περίοδο 7 ετών μας οδηγεί στη διαπίστωση ότι ο αριθμός αυτών των σφαλμάτων στο δίκτυο δεν μπορεί να εξαρτάται μόνο από το δίκτυο το ίδιο αλλά και από άλλους παράγοντες, όπως είναι κυρίως οι επικρατούσες καιρικές συνθήκες την δεδομένη χρονική περίοδο. 46
Κατά την εξεταζόμενη χρονική περίοδο (2004-2010) στο δίκτυο Υψηλής Τάσης (66 και 132 kv) προκλήθηκαν συνολικά μόνο 3 σφάλματα προερχόμενα από πλήγματα κεραυνών. ΤΑΣΗ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΑΙΤΙΑ ΣΦΑΛΜΑΤΟΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΣΦΑΛΜΑΤΟΣ 132kV ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΚΕΡΑΥΝΟΣ 16/10/2005 66kV ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΚΕΡΑΥΝΟΣ 21/05/2009 132kV ΦΥΣΙΚΑ ΑΙΤΙΑ ΚΕΡΑΥΝΟΣ 25/02/2010 Πίνακας 10 Σφάλματα από Κεραυνούς στο δίκτυο Υ.Τ. της ΑΗΚ. Αν συγκρίνουμε το σύνολο των σφαλμάτων από πλήγματα κεραυνού στο δίκτυο Υ.Τ. με τα αντίστοιχα των δικτύων Μ.Τ. και Χ.Τ. τότε παρατηρούμαι ότι το δίκτυο Υ.Τ. δέχεται πολύ μικρό αριθμό πληγμάτων σε σχέση με τα αλλά δύο δίκτυα. Τούτο μπορεί να οφείλεται σε πολλούς παράγοντες. Πίνακας 11 Σφάλματα από κεραυνούς ανά τάση ΤΑΣΗ ΑΙΤΙΑ ΣΦΑΛΜΑΤΟΣ: ΚΕΡΑΥΝΟΣ Μ.Τ (11 kv ) 604 Υ.Τ (132/66 kv ) 3 Χ.Τ (415V ) 22 ΣΥΝΟΛΟ 629 700 ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΚΕΡΑΥΝΩΝ ΑΝΑ ΤΑΣΗ 600 604 500 400 300 200 100 0 3 22 Μ.Τ (11 kv ) Υ.Τ (132/66 kv ) Χ.Τ (415V ) Γράφημα 6 - Σφάλματα από κεραυνούς ανά τάση 47
Ένας παράγοντας μπορεί να είναι η σημασία που δίνεται στην προστασία του δικτύου Υ.Τ. έναντι των πληγμάτων κεραυνού σε σχέση με τις γραμμές διανομής των δικτύων Μέσης και Χαμηλής Τάσης. Ένας επιπρόσθετος παράγοντας μπορεί να είναι το μήκος της διαδρομής των εναέριων γραμμών του κάθε δικτύου αφού μεγαλύτερη διαδρομή από γραμμές κάνει την πιθανότητα ενός πλήγματος από κεραυνό μεγαλύτερη. Χαρακτηριστικά ενώ οι εναέριες γραμμές μεταφοράς 132kV έχουν συνολικό μήκος διαδρομής 423km οι αντίστοιχες γραμμές Μέσης Τάσης έχουν μήκος διαδρομής 5612 km. Το δίκτυο Μ.Τ. παρουσιάζει τα περισσότερα σφάλματα από πλήγματα κεραυνούς. Αν αναλογιστούμε ότι οι υπερτάσεις που δημιουργούνται από τέτοια πλήγματα είναι αισθητά μεγαλύτερες από την ονομαστική τάση του δικτύου και τη στάθμη μόνωσης του τότε το γεγονός αυτό δεν πρέπει να μας ξενίζει. Το πιο πάνω ισχύει φυσικά και για το δίκτυο Χ.Τ. Το μικρό πλήθος σφαλμάτων όμως πολύ πιθανόν να οφείλεται στο γεγονός ότι ένα δίκτυο Χ.Τ. δεν είναι τόσο εκτεθειμένο σε πλήγματα από κεραυνούς αφού τόσο το μικρό ύψος των πυλώνων, η ξύλινη κατασκευή τους και η υπογειοποίηση των γραμμών μειώνουν το κίνδυνο έναντι τέτοιων πληγμάτων. Γενικά τα σφάλματα από πλήγματα κεραυνών που θα παρουσιαστούν σε ένα δίκτυο δεν εξαρτώνται από ένα και μόνο αποκλειστικά παράγοντα, όπως για παράδειγμα το μέγεθός της τάσης, οι καιρικές συνθήκες, το μήκος της γραμμής, οι μέθοδοι προστασίας και άλλα, και ούτε μπορούμε να εξάγουμε μια ασφαλή σχέση μεταξύ των παραγόντων αυτών και του πλήθους των σφαλμάτων που θα παρουσιαστούν στο δίκτυο. 48
Κεφάλαιο 5 : Εκτίμηση του πιθανού αριθμού σφαλμάτων γραμμής από ανάστροφα βραχυκυκλώματα. Σε γραμμές εφοδιασμένες με αγωγούς προστασίας η μέγιστη πλειοψηφία των σφαλμάτων που προκαλούνται από κεραυνούς οφείλονται σε ανάστροφα βραχυκυκλώματα και μόνο ένα μικρό ποσοστό ( 0.1%) τους οφείλεται σε σφάλματα θωρακίσεως. Η συχνότητα ανάστροφων βραχυκυκλωμάτων εξαρτάται κυρίως από τις εξής παραμέτρους: Η συχνότητα από την οποία πλήττεται η γραμμή από κεραυνούς. Η αντίσταση γείωσης των πύργων. Η στατιστική κατανομή του ρεύματος των κεραυνών, η οποία, προσδίδει σε όλες τις μεθόδους εκτίμησης της συμπεριφοράς των γραμμών σχετικά με κεραυνούς μια στατιστική διάσταση. 5.1 Μέθοδος ANACOM Για την εκτίμηση του πιθανού αριθμού ανάστροφων βραχυκυκλωμάτων ανά 100 μίλια (ή χιλιόμετρα) γραμμής έχουν διατυπωθεί διάφορες μέθοδοι. Η ευρύτερα χρησιμοποιούμενη μέθοδος, ακόμη και σήμερα, διατυπώθηκε από μία ομάδα εργασίας της υποεπιτροπής Lightning and Insulator του AIEE το 1950 και είναι γνωστή σαν μέθοδος ANACOM. Η μέθοδος, βασιζόμενη σε εργασίες των Harder και Clayton, επιτρέπει προβλέψεις πολύ κοντά στην πραγματικότητα για γραμμές μέχρι 230kV. Οι παράμετροι που λαμβάνονται υπόψη κατά τη διατύπωση της μεθόδου είναι: Εύρος και μορφή του ρεύματος. Γίνεται δεκτό πως το εύρος του ρεύματος δεν εξαρτάται από την αντίσταση γειώσεως του σημείου του πλήγματος και αυτό επιτρέπει την χρησιμοποίηση γενικών στατιστικών στοιχείων. Η εκτίμηση της αντοχής της μόνωσης γίνεται για μορφή του ρεύματος του κεραυνού 4/40μs. Αυτεπαγωγή και αντίσταση γείωσης των πύργων. Για την αυτεπαγωγή γίνεται δεκτή η συντηρητική τιμή των 20μHe. Μεγάλη αντίσταση γείωσης αυξάνει την καταπόνηση των μονώσεων και την πιθανότητα ανάστροφου βραχυκυκλώματος. Άνοιγμα μεταξύ πύργων. Όσο μεγαλύτερο το άνοιγμα τόσο μεγαλύτερη τάση αναπτύσσεται στη γραμμή πριν από την άφιξη ανακλώμενων κυμάτων από τη γη και κατά συνέπεια τόσο μεγαλύτερος ο αναμενόμενος αριθμός σφαλμάτων. Ηλεκτρομαγνητική ζεύξη ανάμεσα στους αγωγούς προστασίας και φάσεων λαμβάνοντας υπόψη και το φαινόμενο κορόνα. Η ζεύξη αυτή έχει σαν συνέπεια τη μείωση της καταπόνησης της μόνωσης. 49
Η σχέση που εκφράζει την εξάρτηση της συμπεριφοράς της γραμμής από τις πιο πάνω παραμέτρους είναι : V k I = (1 C)P Όπου: I : Επιτρεπόμενο ρεύμα (Permissible Stroke Current),το ελάχιστο εύρος του ρεύματος που προκαλεί διάσπαση της μόνωσης. V : Τάση διάσπασης για μορφή τάσεως 1.5/40μs. k : Συντελεστής για τη διόρθωση της τάσης διάσπασης ανάλογα με τη μορφή της καταπόνησης που είναι συνήθως, γνωστή για μορφή καταπόνησης 1.5/40μs. P : Τάση ανάμεσα στο σημείο του πλήγματος και το έδαφος ανά μονάδα ρεύματος. C : Συντελεστής ζεύξης ανάμεσα στους αγωγούς προστασίας και φάσεων λαμβάνοντας υπόψη και την παρουσία κορόνα. Σύμφωνα με την πιο πάνω σχέση, διάσπαση της γραμμής θα συμβαίνει κάθε φορά που το εύρος του ρεύματος ξεπερνά την τιμή I. Η πιθανότητα με την οποία το ρεύμα Ι υπερβαίνει ορισμένη τιμή δίνεται από καμπύλες στατιστικής κατανομής του ρεύματος κεραυνών. Οι καμπύλες αυτές δίνουν το ποσοστό των κεραυνών που το ρεύμα τους ξεπερνά την τιμή της τετμημένης. Στην παρούσα μέθοδο, σαν καμπύλη στατιστικής κατανομής του ρεύματος χρησιμοποιείται η καμπύλη του γραφήματος 7, στην οποία η τεταγμένη αντί ποσοστών δίνει απευθείας τον αριθμό των πληγμάτων με εύρος ρεύματος μεγαλύτερο από την τιμή της τεταγμένης ανά 100 μίλια γραμμής και ισοκεραυνικό επίπεδο Τ=30 ημέρες καταιγίδας κατά έτος. Σύμφωνα με την καμπύλη αυτή για Τ=30 ημέρες καταιγίδας κατά έτος, 100 μίλια μήκους γραμμής δέχονται 100 πλήγματα κεραυνού κατά έτος. Γράφημα 7 Στατιστική κατανομή του εύρους του ρεύματος κεραυνών σε αριθμό πληγμάτων ανά 100 μίλια γραμμής και έτος για Τ=30 ημέρες καταιγίδας κατ έτος. [2] 50
5.2 Η βελτιωμένη μέθοδος ANACOM Εκτιμήσεις με την μέθοδο ANACOM που περιγράφεται πιο πάνω, συμφωνούν ικανοποιητικά με την παρατηρούμενη συμπεριφορά των γραμμών μέχρι 230kV. Για γραμμές υψηλότερης τάσης όμως, εκτιμήσεις βασιζόμενες στη μέθοδο αυτή δίνουν πολύ μικρότερο αριθμό σφαλμάτων από τα πραγματικά παρατηρούμενα. Έτσι, βασιζόμενοι σε καινούργιες γνώσεις που αποκτήθηκαν κατά το διάστημα 1950-1964, οι Clayton και Young διόρθωσαν την ασυμφωνία αυτή σε μία βελτιωμένη εκδοχή της αρχικής μεθόδου που δημοσιεύτηκε στα IEEE Transactions το 1964. Πιο σύγχρονες εργασίες έχουν παρουσιαστεί κατά καιρούς από τους Popolansky (1970), Darveniza (1975), Anderson (1975) και άλλους. Η βελτιωμένη μέθοδος ANACOM, όπως διατυπώθηκε από τους Clayton και Young, επέφερε στην μέθοδο τις ακόλουθες βελτιώσεις : Η γεωμετρία του πύργου λαμβάνεται υπόψη με περισσότερες λεπτομέρειες. Γραμμές με πύργους μικρού ύψους και μεγαλύτερης διατομής συμπεριφέρονται γενικά καλύτερα από γραμμές με υψηλούς πύργους μικρής διατομής. Η προσθήκη επιτόνων στους πύργους ελαττώνει την αυτεπαγωγή και την κυματική αντίσταση των πύργων με συνέπεια την μείωση των καταπονήσεων που υφίστανται οι μονωτήρες. Δύο αγωγοί προστασίας, αντί για ένα, εκτός από καλύτερη προστασία που προσφέρουν, παρουσιάζουν μικρότερη κυματική αντίσταση ο καθένας χωριστά και ακόμη μικρότερη όταν είναι συνδεδεμένοι μεταξύ τους. Επίσης η ζεύξη ανάμεσα στους αγωγούς προστασίας και φάσεων είναι στενότερη, όταν οι αγωγοί προστασίας είναι δύο, και αυτό μειώνει περισσότερο την καταπόνηση στους μονωτήρες. Λαμβάνεται υπόψη ότι η τάση διάσπασης της μόνωσης εξαρτάται από τη μορφή της τάσης. Υπόψη λαμβάνεται επίσης η πρόσθετη καταπόνηση που προκύπτει από υπέρθεση της τάσης λειτουργίας στην τάση του κεραυνού (όταν έχουν την ίδια πολικότητα). Γίνεται διάκριση ανάμεσα σε τρείς κατηγορίες πληγμάτων, εκείνα που συμβαίνουν πολύ κοντά στον πύργο, εκείνα που συμβαίνουν στο πρώτο τέταρτο του ανοίγματος και εκείνα που συμβαίνουν στο ενδιάμεσο τμήμα του ανοίγματος. Με βάση τις πιο πάνω παρατηρήσεις, χαράχτηκαν οι καμπύλες των γραφημάτων 8 και 9 αναφερόμενες σε γραμμές από 115 ως 700kV σε κατακόρυφη και οριζόντια διάταξη, αντίστοιχα. 51
Γράφημα 8- Συμπεριφορά γραμμών σε σχέση με κεραυνούς αναφερόμενοι με κατακόρυφη διάταξη αγωγών και Τ=30 μέρες καταιγίδας κατ έτος. Οι αριθμοί πάνω στις καμπύλες υποδηλώνουν αριθμό μονωτήρων τύπου standard(14.6x25.4cm). Σε περίπτωση διπλής γραμμής ο αριθμός σφαλμάτων αναφέρεται ανά 100 μίλια διπλής γραμμής. [2] 52
Γράφημα 9 Συμπεριφορά γραμμών με οριζόντια διάταξη αγωγών και Τ=30. Οι αριθμοί υποδηλώνουν αριθμό μονωτήρων. [2] 53
Εικόνα 20 - Αριστερά : Τυπική κατακόρυφη διάταξη γραμμής με βάση την οποία χαράχτηκαν οι καμπύλες του γραφήματος 8. Δεξιά : Τυπική οριζόντια διάταξη γραμμής με βάση την οποία χαράχτηκαν οι καμπύλες του γραφήματος 9. [2] Παρατηρούμε ότι ενώ στην αρχική μέθοδο ANACOM ο αναμενόμενος αριθμός ανάστροφων βραχυκυκλωμάτων δίνεται σαν συνάρτηση του αριθμού μονωτήρων με παράμετρο την αντίσταση γείωσης των πύργων, στην παρούσα μέθοδο χρησιμοποιείται σαν παράμετρος ο αριθμός των μονωτήρων. Καμπύλες για το επιτρεπόμενο ρεύμα δεν δίνονται στην παρούσα μέθοδο. Στην αρχική μέθοδο ANACOM είχε ληφθεί υπόψη πως για Τ=30 ο αριθμός πληγμάτων ανά 100 μίλια γραμμής και έτος είναι 100. Επειδή ο αριθμός αυτός εξαρτάται από τη γεωμετρία της γραμμής και ειδικότερα από το ύψος των πύργων και τον αριθμό των αγωγών προστασίας, η βελτιωμένη εκδοχή στηρίζεται στον αριθμό πληγμάτων ανά 100 μίλια γραμμής και έτος που δίνεται στον επόμενο πίνακα. 54
Πίνακας 12 Για τις διάφορες τάσεις δικτύου δίνεται ο αριθμός μονωτήρων που πρέπει να προστεθεί σ αυτόν που προκύπτει με βάση τις καμπύλες των γραφημάτων 8 και 9, ώστε να ληφθεί υπόψη ενδεχόμενη υπέρθεση της τάσης του δικτύου στη τάση του κεραυνού. [2] 55
5.3 Εκτίμηση του πιθανού αριθμού σφαλμάτων γραμμής από ανάστροφα βραχυκυκλώματα του δικτύου Υψηλής Τάσης της Α.Η.Κ. Αναλυτική και εκτενής περιγραφή του δικτύου Υ.Τ. της ΑΗΚ και των διαφόρων τεχνικών χαρακτηριστικών παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 2. Για την εκτίμηση του πιθανού αριθμού ανάστροφων βραχυκυκλωμάτων ανά 100 μίλια (ή χιλιόμετρα) γραμμής του δικτύου Υ.Τ. της ΑΗΚ θα χρησιμοποιηθεί η βελτιωμένη μέθοδος ANACOM όπως αυτή παρουσιάστηκε και αναλύθηκε πιο πάνω. Όπως είδαμε για την εκτίμηση του πιθανού αριθμού σφαλμάτων χρειάζονται τα πιο κάτω στοιχεία : Τάση δικτύου : 132kV. Αντίσταση γείωσης πύργων : R<=10Ω. Βασικό άνοιγμα μεταξύ πύργων (span) : 335m =1099 πόδια(ft). Αριθμός μονωτήρων : 6-8. Μέρες Καταιγίδας : Τ=30. Κατακόρυφη διάταξη αγωγών. Επεξεργασία με βάση την βελτιωμένη μέθοδο ANACOM. Από το γράφημα 8, για κατακόρυφη διάταξη αγωγών και για γραμμή 132kV βρισκόμαστε στις καμπύλες (C) για τιμή τάσης 115/138kV. Για άνοιγμα 1000 πόδια και αντίσταση γείωσης πύργων 10Ω βρίσκουμαι, για 8 μονωτήρες, αναμενόμενο αριθμό ανάστροφων βραχυκυκλωμάτων 4 σφάλματα ανά 100 μίλια γραμμής και έτος. 56