Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε με στόχο την μελέτη και την καταγραφή των σφαλμάτων που έχουν προκληθεί από κεραυνικά πλήγματα στο εναέριο δίκτυο μέσης τάσης της ΔΕΔΔΗΕ στη νήσο της Λευκάδας. Γι' αυτό το λόγο γίνεται αναλυτικός υπολογισμός των θεωρητικών σφαλμάτων από κεραυνούς σε κάθε μία από τις πέντε γραμμές διανομής ξεχωριστά. Επίσης παρατίθενται και επεξεργάζονται τα πραγματικά σφάλματα που έχουν καταγραφεί στη βάση δεδομένων της ΔΕΔΔΗΕ με σκοπό την ανάλυση και το συσχετισμό τους με τα αντίστοιχα θεωρητικά. Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο περιγράφεται η δομή ενός τυπικού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας με ιδιαίτερη έμφαση στα τμήματα από τα οποία αποτελείται και τα χαρακτηριστικά τους. Επίσης γίνεται αναφορά και στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας της Ελλάδας ενώ παρουσιάζονται κάποιοι πίνακες με χαρακτηριστικά μεγέθη του. Κατόπιν, στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται το φυσικό φαινόμενου του κεραυνού και τα βασικά χαρακτηριστικά του. Εξετάζονται τα είδη των κεραυνών και ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η οδηγία της IEEE η οποία αναλύει την συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας έναντι των κεραυνών. Αντικείμενο της είναι η εύρεση λύσεων για την μείωση των προκληθέντων βραχυκυκλωμάτων στις γραμμές. Συγκεκριμένα, προσδιορίζεται η συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής σε περίπτωση πτώσης κεραυνού (πλήγματα κεραυνών και βραχυκυκλώματα από επαγόμενη τάση), το επίπεδο μόνωσης των γραμμών διανομής, η προστασία των γραμμών διανομής με προστατευτικό αγωγό, καθώς και η προστασία των γραμμών με αλεξικέραυνα. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται ο αναλυτικός υπολογισμός των θεωρητικών σφαλμάτων από κεραυνούς για κάθε μία γραμμή. Επιπρόσθετα, σε μορφή πινάκων γίνεται η καταγραφή των πραγματικών σφαλμάτων για τα έτη 2004 - 2013 και η σύγκριση με τα αντίστοιχα θεωρητικά με σκοπό την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων. / This diploma thesis has been prepared with a view to study and analyze faults caused by lightning strikes in medium voltage overhead network of Lefkada. For this reason, an analytical calculation of theoretical faults has been made in each one of the five distribution lines separately. In addition, the actual faults, that are recorded in the database of HEDNO (Hellenic Electricity Distribution Network Operator), are listed in order to analyze and compare them with the corresponding theory. To begin with, the first chapter of this paper describes the form of a typical electric power system with particular attention to its parts and their characteristics. Reference is also made in the power system of Greece while presented some tables with typical sizes. The second chapter presents the natural phenomenon of the lightning and its main features. The types of lightning are reviewed here as well as the mechanism of atmospheric discharges. The third chapter is a reference to the directive of the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), regarding to the behavior of air distribution lines in case of lightning. The purpose here is to present alternative solutions for the decrease of short-circuit occurrences caused by lightning on overhead lines. Specifically, the behavior of the overhead distribution lines in the event of lightning strikes is determined (meaning both direct lightning strikes and short-circuits arising from the induced voltage), as well as the level of insulation of distribution lines, the protection of distribution lines by employing a protective tube, and the protection of the lines using lightning rods. Finally, the fourth chapter contains the detailed calculation of the theoretical faults of lightning strikes on each line. Furthermore the recording of factual errors during years 2004 – 2013 and the comparison with the corresponding theoretically has been made, so as to deduce useful conclusions.

Σε αυτήν την διπλωματική εργασία γίνεται η μελέτη της συμπεριφοράς των γραμμών μέσης τάσης σε καταπονήσεις από κεραυνούς. Οι κεραυνοί αποτελούν ένα φυσικό φαινόμενο με επικίνδυνα αποτελέσματα για την ασφάλεια των ανθρώπων, των κτιρίων και των ηλεκτρικών συστημάτων. Έτσι, κεραυνοί που πλήττουν άμεσα γραμμές διανομής ή γειτονικό σε αυτές έδαφος, είναι υπεύθυνοι για τα σφάλματα που λαμβάνουμε στο ηλεκτρικό σύστημα. Το αποτέλεσμα της πτώσης κεραυνού μπορεί να οδηγήσει σε στιγμιαίο ή και μόνιμο σφάλμα. Οι προβλέψεις για την συμπεριφορά των εναερίων γραμμών διανομής εμπεριέχουν πολλές αβεβαιότητες. Μερικές βασικές παράμετροι όπως η πυκνότητα των κεραυνών, που μετριέται με την πυκνότητα των κεραυνών στο έδαφος (GFD), ή ο υπολογισμός του αριθμού των απευθείας πληγμάτων στην γραμμή απέχουν από την πραγματικότητα. Μελετώντας την εργασία αυτή μπορούμε να κάνουμε προβλέψεις σφαλμάτων λόγω κεραυνών σε μια γραμμή διανομής με μια αρκετά καλή ακρίβεια. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η δομή των δικτύων διανομής και των γραμμών μέσης τάσης και γίνεται εκτενέστερη αναφορά στις εναέριες γραμμές που είναι και το αντικείμενο της εργασίας αφού αυτές δέχονται τα κεραυνικά πλήγματα. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα σφάλματα που μπορούν να προκληθούν στα δίκτυα διανομής και στα αίτια πρόκλησής τους. Τα συχνότερα είναι αυτά από ατμοσφαιρικά αίτια. Παρουσιάζονται επίσης οι διάφορες μέθοδοι αντικεραυνικής προστασίας των γραμμών. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι κεραυνοί και τα χαρακτηριστικά τους. Εξετάζεται ο κεραυνός ως φυσικό αίτιο, τα είδη των κεραυνών καθώς και η μοντελοποίησή του ως κρουστική τάση. Τέλος γίνεται αναφορά στις σημαντικές έννοιες της κεραυνικής στάθμης και των ισοκεραυνικών καμπυλών που θα χρησιμοποιηθούν παρακάτω. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η οδηγία της ΙΕΕΕ στην οποία και έχει βασιστεί αυτή η εργασία και αναφέρεται στην συμπεριφορά των εναέριων γραμμών σε κεραυνικά πλήγματα. Σκοπός της είναι να παρουσιάσει λύσεις για την μείωση των προκληθέντων βραχυκυκλωμάτων. Προσδιορίζεται η συμπεριφορά των γραμμών σε περίπτωση πτώσης κεραυνού, πλήγματα κεραυνών και βραχυκυκλώματα από επαγόμενη τάση, το επίπεδο μόνωσης των γραμμών και η προστασία των γραμμών με προστατευτικό αγωγό και αλεξικέραυνα. Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο γίνεται ο θεωρητικός υπολογισμός των αναμενόμενων σφαλμάτων στις γραμμές βάση της οδηγίας του τετάρτου κεφαλαίου. Αναπτύσσεται η καταγραφή των σφαλμάτων και των βλαβών στο δίκτυο Μ.Τ. σε τέσσερις διαφορετικές γραμμές διανομής για τα έτη από το 2003 έως το 2010 στην περιοχή της Καλαμάτας και της Πύλου. Τέλος γίνεται μια σύγκριση μεταξύ των πραγματικών και των θεωρητικών μετρήσεων και μεταξύ των τεσσάρων γραμμών και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της μελέτης. / This diploma thesis studies the lightning performance of electric power overhead distribution lines. The lightning is a natural phenomenon with dangerous effects on the safety of people, buildings and electrical systems. So a lightning that strikes directly to a distribution line, or to the nearby area is responsible for the damage happening to the electric circuit. Lightning usually causes temporary faults on overhead distribution lines. Estimates of the lightning performance of distribution lines contain many uncertainties. Some of the basics such as lightning intensity measured by ground flash density (GFD), or estimating the number of direct strikes to a distribution line may have significant errors. Often, rough estimates or generally accepted practices are just as effective as detailed calculations. This guide is intended to provide straightforward estimates of lightning-caused faults. The first chapter presents the structure of the electrical distribution network and lines of medium voltage and a more extensive reference is made to the overhead lines which are exposed to lightning. The second chapter refers to errors that can occur in the distribution and the causes of its occurrence. The most common are those of atmospheric origin. Also presents several methods for grounding lines. The third chapter presents the thunderbolts and their characteristics. Examine the lightning as a natural cause, types of lightning and the modeling of a voltage impulse. Finally refer to the important concepts of lightning and isokeravnic level curves which will be used below. The fourth chapter presents the guide of IEEE, to which this thesis is based and refers to the behavior of overhead lines to lightning strikes. The aim is to provide solutions to reduce induced short circuits. Determine the behavior of the lines in case lightning, lightning strikes and short circuits induced by voltage, the insulation level of lines and the protection of lines with a protective conductor and lightning arresters. The fifth and final chapter is a theoretical calculation of the expected flashovers to the lines under the IEEE guide of the fourth chapter. The flashovers and faults in four separate distribution lines are recorded for the years 2003 to 2010 in the area of Kalamata and Pylos. A comparison takes place between actual and theoretical measurements and between the four lines, and finally the conclusions of the study are presented.

Σε αυτή την διπλωματική εργασία γίνεται μελέτη της συμπεριφοράς εναέριων γραμμών διανομής μέσης τάσης από καταπονήσεις κεραυνών. Οι κεραυνοί είναι ένα φυσικό φαινόμενο που δημιουργούν μεγάλα προβλήματα στις ηλεκτρικές συσκευές, στα ηλεκτρικά συστήματα καθώς και στην ασφάλεια του ανθρώπου. Ένα κεραυνικό πλήγμα μπορεί να είναι άμεσο ή έμμεσο αλλά προκαλεί βραχυκυκλώματα και στις δυο περιπτώσεις ειδικότερα εάν η γραμμή διανομής είναι απροστάτευτη. Επειδή είναι ένα φυσικό φαινόμενο, δεν είναι εφικτό να προβλέψουμε απόλυτα την έκβαση του. Διάφορες παράμετροι όπως η πυκνότητα κεραυνών ή ο αριθμός των άμεσων κεραυνικών πληγμάτων απέχουν από τα πραγματικά στοιχεία. Η διπλωματική εργασία αναλύει και παρέχει με ακρίβεια προβλέψεις για σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα στις γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας μέσης τάσης.Στο δεύτερο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας αναφέρεται η οδηγία της ΙΕΕΕ για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Σκοπός της είναι να παρουσιάσει λύσεις για τη μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές διανομής.Το τρίτο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας εστιάζεται αναλυτικά στα καταγεγραμμένα σφάλματα που προκλήθηκαν από πτώσεις κεραυνών στο δίκτυο μέσης τάσης σε μετασχηματιστές καθώς και στις γραμμές διανομής μέσης τάσης για μια δεκαετία στην περιοχή της Αχαΐας. Η μελέτη γίνεται σε τέσσερις γραμμές διανομής μέσης τάσης με αφετηρία την περιοχή του Αιγίου, γραμμή R21 Αιγίου–Βλασιάς, γραμμή R23 Αιγίου–Διακοπτού, γραμμή R 22 Αιγίου–Ακράτας και γραμμή R29 N. Ερινεού. Το πραγματικό μήκος των συγκεκριμένων γραμμών υπολογίστηκε από τα μονογραμμικά σχέδια που μας παρείχε η ΔΕΔΔΗΕ. Επομένως χρησιμοποιώντας την μεθοδολογία της ΙΕΕΕ οδηγίας, υπολογίζεται η θεωρητική τιμή των κεραυνικών σφαλμάτων. Έπειτα τα καταγεγραμμένα σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα συλλέχτηκαν και κατηγοριοποιήθηκαν από την βάση δεδομένων της ΔΕΔΔΗΕ Αιγίου για την χρονική περίοδο 2003-2012 παρέχοντας την πραγματική τιμή των κεραυνικών σφαλμάτων. Στο τελευταίο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα καθώς και μια λεπτομερής σύγκριση θεωρητικών και πραγματικών δεδομένων με διαγράμματα, κατηγοριοποιώντας τα σφάλματα ανά χρόνο και ανά μήνα για τα έτη 2003- 2012. / This diploma thesis focuses on the lightning performance of electric power overhead distribution lines. Lightning is a physical phenomenon which often causes several problems to the distribution systems, building structures, electrical appliances and more importantly to the safety of human beings. When lightning strikes directly to the distribution line or to the nearby area is responsible for temporary or permanent faults on the overhead distribution line. The nature of lightning is impossible to predict with precision. Parameters such as lightning intensity measured by ground flash density (GFD), or estimating the number of direct strikes to a distribution line may have significant errors. This diploma thesis intends to provide most precise estimates of lightning-caused faults. The second chapter of the thesis describes the “IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines”. The main purpose is to present alternative solutions to reduce the number of flashovers caused by the lightning strike on overhead distribution lines. Specifically we deal with the lightning performance of the overhead distribution lines during lightning (either direct strike or induced flashover), the insulation level of distribution lines, the protection of the distribution lines with a shield wire or arresters. The third chapter analyzes the recorded lightning faults to the distribution network of the region of Achaia, Greece for the last ten years. It focuses on four distribution lines all starting from the region of Aegio. Moreover using the methodology from the IEEE guide, a theoretical value of lightning faults has been calculated. The recorded data that has been collected along with the theoretical value of lightning faults are being detailed compared in the last chapter in order to provide us with a better understanding of the results.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα μελετηθεί η συμπεριφορά των γραμμών Μέσης Τάσης (Διανομής), όταν αυτές πλήττονται από κεραυνούς είτε άμεσα είτε έμμεσα. Οι κεραυνοί είναι ένα φυσικό φαινόμενο με επικίνδυνες συνέπειες για την ασφάλεια των ανθρώπων, κτιρίων και ηλεκτρικών εγκαταστάσεων. Οι γραμμές του ηλεκτρικού δικτύου (είτε Υψηλής είτε Μέσης είτε Χαμηλής Τάσης) είναι ευάλωτες σε πλήγματα κεραυνών. Όταν ένας κεραυνός πλήξει άμεσα μια γραμμή ή το γειτονικό της έδαφος, τότε θα εμφανισθούν σφάλματα στο ηλεκτρικό δίκτυο υπό μορφή επικίνδυνων υπερτάσεων. Οι υπερτάσεις αυτές σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να υπερβαίνουν την κρουστική τάση αντοχής της μόνωσης του δικτύου με αποτέλεσμα,αν δεν υπάρχουν διατάξεις προστασίας, να διασπαστεί το διάκενο προκαλώντας ανεπανόρθωτη ζημιά στον εξοπλισμό μας. Η μελέτη για τη συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής εμπεριέχει αρκετές προσεγγίσεις. Μερικές από αυτές αφορούν κάποιες βασικές παραμέτρους όπως, η πυκνότητα των κεραυνών στο έδαφος (GFD) και το πλήθος των άμεσων πληγμάτων στη γραμμή. Προκειμένου να εξάγουμε ασφαλή δεδομένα συμβουλευόμαστε τους αντίστοιχους μετεωρολογικούς πίνακες-χάρτες ( π.χ Ισοκεραυνικοί χάρτες). Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζεται το φυσικό φαινόμενο του κεραυνού καθώς και τα βασικά χαρακτηριστικά αυτού. Εξετάζονται τα είδη των κεραυνών και η εξομοίωση του σε εργαστηριακές συνθήκες μέσω κρουστικής τάσης για δοκιμές της αντοχής των μονώσεων. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση της μορφής των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας με ιδιαίτερη έμφαση στο σύστημα διανομής. Παρουσιάζεται η δομή του συστήματος διανομής , τα επιμέρους μέρη και εξαρτήματα από τα οποία αποτελείται καθώς και τα χαρακτηριστικά τους. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται δεδομένα και στατιστικά του ελληνικού συστήματος διανομής. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μια σντομη παρουσίαση των σφαλμάτων και υπερτάσεων που παρουσιάζονται στο σύστημα διανομής καθώς και των μέσω προστασίας που χρησιμοποιούμε προκειμένου να εξασφαλίσουμε την αδιάλειπτη λειτουργία και ακεραιότητα του συστήματος μας. Στο τέταρτο κεφάλαιο, αναφέρεται η οδηγία της IEEE για τη συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας έναντι κεραυνών. Σκοπός είναι να παρουσιάσει εναλλακτικές λύσεις για τη μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές. Συγκεκριμένα θα προσδιορισθεί η συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής σε περίπτωση πτώσης κεραυνού (πλήγματα κεραυνών και βραχυκυκλώματα από επαγόμενη τάση), το επίπεδο μόνωσης των γραμμών διανομής, η προστασία των γραμμών διανομής με προστατευτικό αγωγό καθώς και η προστασία των γραμμών με αλεξικέραυνα. Στο πέμπτο κεφάλαιο της εργασίας, θα αναπτυχθεί η καταγραφή σφαλμάτων και βλαβών λόγω πτώσεως κεραυνών στο δίκτυο Μέσης Τάσης, σε μετασχηματιστές καθώς και στις γραμμές διανομής Μ.Τ. τα τελευταία 6 χρόνια τουλάχιστον (2007-2012) στο νησί της Ρόδου. Θα υπολογισθεί αναλυτικά ο θεωρητικός αριθμός σφαλμάτων σύμφωνα με την οδηγία της IEEE και έπειτα θα συγκριθούν με τα πραγματικά σφάλματα που έχουμε προμηθευτεί από τη ΔΕΗ της Ρόδου με σκοπό την εξαγωγή των συμπερασμάτων μας. / This thesis studies the behavior of Medium Voltage (Distribution) lines, after direct or indirect lightning strokes. Lightning is a natural phenomenon with dangerous impacts for the safety of humans, buildings and electricity premises. The electricity network lines (either High, Medium or Low Voltage) are prone to lightning strikes. When a lightning directly strikes a line or its nearby ground, then faults occur at the power network in the form of risky overvoltage. Such overvoltage in many cases may exceed the shock impulse of the network's insulation resistance. In the event no safety arrangements are in place, this could lead to the gap breakdown, causing irreparable damage to our equipment. The study of the behavior of air distribution lines encompasses several approaches. Some concern the basic parameters, such as the ground flash density (GFD) and the number of direct strikes on the line. In order to reach safe data, we refer to the corresponding meteorological tables-maps (e.g. Lightning maps). The first section of the paper presents the natural phenomenon of the lightning and its main features. The types of lightning are reviewed and its simulation under laboratory conditions through shock impulse for the testing of the insulation resistance. The second section contains the presentation of the form of electric power systems, with special emphasis on the distribution system. It is a presentation of the distribution system structure, the individual parts and devices as well as their features. Data and statistics of the Greek distribution system are presented at the end of the section. The third section is a brief presentation of the faults and overvoltage occurring at the distribution system as well as of the protection measures we use in order to ensure the uninterrupted operation and the integrity of our system. The fourth section is a reference to the directive of the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) on the behaviour of air power distribution lines against lightning. The purpose is to present alternative solutions for the decrease of short-circuit occurrences caused by lightning on overhead lines. More specifically, the behaviour of the overhead distribution lines is determined in the event of lightning strike (lightning strikes and short-circuits arising from the induced voltage), the level of insulation of the distribution lines, the protection of the distribution lines by employing a protective tube, as well as the protection of the lines using lightning rods. The fifth chapter of the paper is an elaboration of the faults recorded and the damages caused due to lightning strikes on the Medium Voltage network, on transformers as well as on M.V. distribution lines over the past 6 years at least (2007-2012) on Rhodes Island. The theoretical number of faults will be calculated in detail, based on the IEEE directive and then these faults will be compared to the real faults provided by Rhodes' DEI [Greek Public Power Corporation], in order to reach our conclusions.

Ο στόχος της διπλωματικής αυτής είναι η περιγραφή της αναδυόμενης τεχνολογίας PLC (PowerLine Communication). Η τεχνολογία αυτή με τη χρήση του πανταχού παρόντος ηλεκτρικού δικτύου προσφέρει ακόμα και σε απομακρυσμένους χρήστες πληθώρα ευρυζωνικών υπηρεσιών και πρόσβαση στο διαδίκτυο, αποτελώντας μια ανταγωνιστική επιλογή τρόπου επικοινωνίας. Για την κατανόηση της PLC τεχνολογίας αρχικά κρίνουμε απαραίτητη την λεπτομερή περιγραφή της δομής του ηλεκτρικού δικτύου, του εξοπλισμού που απαιτείται για την εφαρμογή της και των αρχιτεκτονικών της. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στα προβλήματα που παρουσιάζονται και χρήζουν αντιμετώπισης. Επιπρόσθετα, γίνεται σύντομη παρουσίαση των εναλλακτικών υπηρεσιών και σύγκριση των PLC με αυτές. Η μετάδοση μέσω ηλεκτροφόρων καλωδίων προσφέρει ένα μεγάλο εύρος ζώνης, παρέχοντας μία γκάμα πολυάριθμων υπηρεσιών, όπως το έξυπνο σπίτι ή το AMR (Automatic Meter Reading) για τη διευκόλυνση τόσο των οικιακών χρηστών όσο και των επιχειρησιακών. Η χρήση των γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας ως τηλεπικοινωνιακό κανάλι απαιτεί την εφαρμογή των κατάλληλων τεχνικών πρόσβασης. Οι πιο διαδεδομένες τεχνικές είναι οι FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) και CDMA (Code Division Multiple Access) . Η παρούσα διπλωματική επικεντρώθηκε στην TDMA και την FDMA με διαμόρφωση σήματος OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) η οποία ονομάζεται OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Πραγματοποιήθηκαν εξομοιώσεις σε Matlab διάφορων αλγορίθμων αναλογικής δικαιοσύνης με τεχνική OFDMA και ταυτόχρονη εξομοίωση της TDMA. Στόχος είναι να συγκρίνουμε τους αλγόριθμους αυτούς ως προς το συνολικό ρυθμό μετάδοσης και τη δικαιοσύνη κατανομής των πόρων στους χρήστες. Από τη σύγκριση αυτή προκύπτει ότι η τεχνική TDMA αποδίδει λιγότερο, ενώ από τους υπόλοιπους αλγόριθμους τα καλύτερα αποτελέσματα επιφέρει ο αλγόριθμος των Bill et al., με ισορροπία του συνολικού ρυθμού μετάδοσης και της επιθυμητής δικαιοσύνης. / Main goal of this diploma thesis is the description of the up and coming PLC (PowerLine Communication) technology. This technology offers access to the web and to several broadband services to even distant and isolated users, by exploiting the power line grid, widely spread to nearly all surface land sites, consisting this way a competitive communication alternative. For a better comprehension of the PLC technology, this work starts with a detailed description of the power line grid, the several PLC technology architectures and the necessary equipment for their application. Following this work, there is a reference to any possible problems that need to be overcome and a short comparative presentation of the PLC technology versus other alternatives to it. The data transmission over electricity lines offers a wide bandwidth and thus it may support a variety of applications, as the smart home and AMR (Automatic Meter Reading) for the proper service of either domestic or industrial users. The use of electricity power lines as a communication channel necessitates the application of multiple access Strategies as FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) and CDMA (Code Division Multiple Access), which are currently the most popular. This thesis is focused on TDMA and FDMA with OFDM signal modulation. This technique is called OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Several proportional rate constraints algorithms were simulated in Matlab applying both OFDMA and TDMA strategies in order to compare these algorithms in terms of the maximized total throughput and the fair allocation of resources to the end users (fairness). From this comparison it comes up that TDMA technique is less efficient, whereas from the other algorithms the most efficient is the one of Bill et al., that offers a good balance between total throughput and fairness.

Η παρούσα διπλωματική εργασία συνιστά μια επισκόπηση του Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας της νήσου Ικαρίας. Πρόκειται για ένα Αυτόνομο Σύστημα Παραγωγής, που βασίζεται σε έναν Τοπικό Σταθμό Παραγωγής, ισχύος 14 MW, που λειτουργεί με εμβολοφόρες πετρελαιομηχανές. Σκοπός της εργασίας είναι τόσο η μελέτη του συγκεκριμένου συστήματος, αλλά και η γενικότερη προσέγγιση των ΣΗΕ, και ειδικά των ΑΣΠ με τις ιδιαιτερότητες που τα χαρακτηρίζουν. Στην συνέχεια χρησιμοποιείται το λογισμικό προσομοίωσης HOMER Energy, με το οποίο κατασκευάζεται ένα μοντέλο του ΣΗΕ. Το λογισμικό εκτελεί τεχνοοικονομική ανάλυση της λειτουργίας συστημάτων, σε όλο τον κύκλο ζωής τους, και εξάγει συμπεράσματα όσον αφορά την βιωσιμότητα και την βέλτιστη μορφή τους. Με το εργαλείο αυτό διερευνώνται ζητήματα όπως η δυνατότητα διείσδυσης Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στο ΑΣΠ Ικαρίας, καθώς και η μελλοντική λειτουργία του συστήματος, μετά την ένταξη του κατασκευαζόμενου Υβριδικού Ενεργειακού Έργου (αιολικού - υδροηλεκτρικού). Το πρότυπο αυτό έργο, ισχύος μέχρι 6,8 MW, θα επιτρέπει την αποθήκευση ενέργειας, με την μορφή της αντλησιοταμίευσης, σε δεξαμενή νερού. Η μελέτη του ΣΗΕ Ικαρίας συμπληρώνεται με την ανασκόπηση του ζητήματος των κεραυνικών πληγμάτων στις γραμμές μέσης τάσης, όπου γίνεται υπολογισμός των αναμενόμενων σφαλμάτων, σε αντιπαράθεση με καταγεγραμμένα, ενώ προτείνονται λύσεις για την μείωση των προβλημάτων που δημιουργούν οι υπερτάσεις. Η συλλογή των στοιχείων της εργασίας έγινε από επιτόπιες καταγραφές, από δεδομένα που μας διατέθηκαν και από δημοσιευμένες πληροφορίες. Τα στοιχεία αυτά παρουσιάζονται κατά την επισκόπηση, μαζί με απαραίτητες διευκρινήσεις και παραπομπές στην βιβλιογραφία. Στην συνέχεια με τα στοιχεία αυτά κατασκευάζεται το μοντέλο του συστήματος, γίνονται οι υπολογισμοί, και συγκρίνονται τα αποτελέσματα. Αφού στο 1ο Κεφάλαιο δοθούν οι απαραίτητες εισαγωγικές διευκρινήσεις για τα ΣΗΕ και τα ΑΣΠ, και μια αναφορά στις ΑΠΕ, παρουσιάζονται στο 2ο Κεφάλαιο γεωγραφικά στοιχεία για το νησί, και μια σύντομη ιστορική αναδρομή στο ενεργειακό του σύστημα. Η επισκόπηση του ΑΣΠ Ικαρίας ξεκινά στο 3ο Κεφάλαιο με τα στοιχεία της Παραγωγής ενέργειας, περιγράφοντας αναλυτικά τον ΤΣΠ, τις μονάδες και τις εγκαταστάσεις του και αναλύοντας την λειτουργία του. Περιγράφεται έπειτα μία εγκατεστημένη Ανεμογεννήτρια των 600 kW, εξηγείται η λειτουργία της και σημειώνεται η επίδρασή της στην παραγωγή. Παρουσιάζεται το Υβριδικό Ενεργειακό Έργο, οι αρχές λειτουργίας, τα επιμέρους στοιχεία και αναφέρεται η αναμενόμενη συμπεριφορά του. Στην συνέχεια στο 4ο Κεφάλαιο γίνεται η επισκόπηση της Διανομής ενέργειας. Παρουσιάζεται το εναέριο δίκτυο Μέσης Τάσης, ο εξοπλισμός των γραμμών και η γεωγραφική εξάπλωση. Περιγράφονται τα δίκτυα διανομής Χαμηλής Τάσης, από τους Υποσταθμούς μέχρι τους καταναλωτές. Στο 5ο Κεφάλαιο η λειτουργία του ΣΗΕ εξετάζεται σαν σύνολο, με στοιχεία για την παραγόμενη ενέργεια, 28 GWh ετησίως, την εποχιακή και ημερήσια διακύμανση της ισχύος και την μελλοντική αύξηση της κατανάλωσης. Επισημαίνονται έπειτα οι κυριότερες αιτίες σφαλμάτων, οι μηχανισμοί δημιουργίας των συμβάντων κυρίως από καιρικά φαινόμενα, καθώς και η καταγραφή και η αποκατάσταση των βλαβών. Τέλος, στο 6ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η μελλοντική εξέλιξη του συστήματος, μετά την ένταξη του Υβριδικού Έργου, την αναβάθμιση του ΤΣΠ και του δικτύου ΜΤ, και οι προοπτικές για επιπλέον ΑΠΕ. Εκτός από τα Αιολικά συστήματα, εξετάζονται τα Φωτοβολταϊκά και η Γεωθερμία. Αναφέρεται και η ενδεχόμενη διασύνδεση του νησιού με το ηπειρωτικό δίκτυο της χώρας. Στο 7ο κεφάλαιο γίνεται η προσομοίωση του ΣΗΕ, με το λογισμικό HOMER. Παρουσιάζεται το πρόγραμμα, και οι οικονομικές έννοιες που χρησιμοποιεί για την αξιολόγηση των συστημάτων. Η διαδικασία μοντελοποίησης παρουσιάζεται αναλυτικά. Αρχικά κατασκευάζεται το μοντέλο του παρόντος συστήματος, όπου διαπιστώνεται η ορθότητα του μοντέλου σε σχέση με το πραγματικό σύστημα, και σημειώνεται η θετική οικονομική επίδραση της Α/Γ στο ΑΣΠ. Από την άλλη, διαφαίνεται η αδυναμία του προγράμματος να αντιληφθεί τα όρια διείσδυσης ΑΠΕ. Στην συνέχεια, λαμβάνοντας υπόψιν το παραπάνω ζήτημα, εμπλουτίζεται το μοντέλο με επιπλέον ΑΠΕ, και προκύπτει το συμπέρασμα ότι συμφέρει πρωτίστως η εγκατάσταση άλλων 2 Α/Γ, και 200 kWp Φ/Β συστημάτων, αλλά δευτερευόντως και άλλων συνδυασμών, μέχρι 7 Α/Γ συνολικά. Έπειτα, κατασκευάζεται το μοντέλο του Υβριδικού, προσεγγιστικά, λόγω έλλειψης υποστήριξης από το HOMER. Τα αποτελέσματα της εξομοίωσης της λειτουργίας του είναι σε συμφωνία με τα αναμενόμενα. Προκύπτουν επίσης τα εξής συμπεράσματα: (α) Το Έργο είναι οικονομικά βιώσιμο. (β) Η οικονομική επίδοση του Έργου βελτιώνεται με δέσμευση επιπλέον νερού στις δεξαμενές για αντλησιοταμίευση. (γ) Το Έργο υποστηρίζει οικονομικώς Ανεμογεννήτριες μέχρι 10 MW και Φ/Β 2,5 MWp. (δ) Το Έργο δεν επαρκεί για την μελλοντική αύξηση της κατανάλωσης, ακόμα και με επιπλέον ΑΠΕ, εκτός και αν αυξηθεί παράλληλα η ισχύς του ΤΣΠ. Η εργασία ολοκληρώνεται στο 8ο Κεφάλαιο, με το ζήτημα της θεωρητικής πρόβλεψης σφαλμάτων από κεραυνούς. Αφού παρουσιαστεί το φαινόμενο και οι επιπτώσεις του στις γραμμές, γίνεται υπολογισμός των αναμενόμενων σφαλμάτων σε όλο το δίκτυο ΜΤ της Ικαρίας, μήκους 120 km, με την χρήση (α) της απλής μεθόδου Ισοδύναμης Συλλεκτήριας Επιφάνειας, και (β) της μεθόδου που προτείνεται από τον κανονισμό IEEE-1410, περί βελτίωσης της αντικεραυνικής συμπεριφοράς ηλεκτρικών γραμμών. Τα αποτελέσματα δείχνουν πολύ λιγότερα σφάλματα από τα καταγεγραμμένα κάθε χρόνο (90 έναντι 175 μέσο όρο). Εξηγούνται οι βασικότερες αιτίες, όπως η γενικότητα των υπολογισμών, η ασάφεια στις καταγραφές, αλλά και το γεγονός ότι συγκεκριμένα γεωγραφικά σημεία καταπονούνται ιδιαίτερα από κεραυνικά πλήγματα και είναι υπεύθυνα για πολλά σφάλματα. Το τελευταίο, επιδεικνύεται με την μελέτη ενός ορεινού εκτεθειμένου κλάδου των γραμμών, μήκους 2 km, που παρουσιάζει 20,5 ιδιαίτερα καταστροφικά σφάλματα ετησίως, έναντι των 1,5 που αναμένονται. Προτείνονται τέλος κάποιοι οικονομικοί τρόποι προστασίας, με περισσότερους απαγωγείς υπερτάσεων και βελτίωση της γείωσης και της στάθμης μόνωσης της γραμμής. / This diploma thesis is an overview of the Electrical Power System of Ikaria Island. It is an Autonomous Production System, based on a Local Station with diesel engines. The thesis describes the Station, an installed Wind Turbine, and the Hybrid Power Plant under construction. It presents the Distribution System, consisting of overhead medium voltage power lines, as well as the low voltage distribution wiring. It includes information about the power production, the main system faults, and the future development. The study is supplemented by a simulation of the system, using HOMER Energy software, in order to investigate the renewable penetration potential, and to validate the operation of the Hybrid Power Plant. The thesis is concluded with the estimation of lightning faults on the power lines of the island's grid.