Σε αυτή την διπλωματική εργασία γίνεται μελέτη των σφαλμάτων των εναέριων γραμμών διανομής μέσης τάσης από καταπονήσεις κεραυνών στην περιοχή του νομού Τρικάλων. Η εργασία αυτή αναλύει και παρέχει με σχετική ακρίβεια προβλέψεις για σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα στις γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας μέσης τάσης. / This diploma thesis focuses on the lightning performance of electric power overhead distribution lines in the prefecture of Trikala. This paper analyzes and provides relatively accurate forecast errors from lightning strikes on power distribution lines MV.

Ένα μεγάλο ποσοστό των σφαλμάτων στα δίκτυα διανομής μέσης τάσης οφείλεται σε πλήγματα από κεραυνούς. Οι κεραυνοί μπορεί να προκαλέσουν στις γραμμές είτε απλές υπερτάσεις ή και καταστροφή των μονώσεων και του εξοπλισμού. Σαν αποτέλεσμα, τα σφάλματα μπορεί να είναι στιγμιαία (τα οποία αποτελούν και πλειοψηφία) ή μόνιμα που είναι και τα πιο σοβαρά και συνοδεύονται από οικονομικές επιπτώσεις. Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς των γραμμών σε καταπονήσεις από κεραυνούς. Αναλύονται οι βασικοί παράγοντες που σχετίζονται με τα σφάλματα από κεραυνούς όπως, η πυκνότητα των κεραυνών στο έδαφος (GFD), ο αριθμός των σφαλμάτων από άμεσα πλήγματα και από πλήγματα σε παραπλήσια αντικείμενα και η σχέση αυτών με το σύνολο των πραγματικών σφαλμάτων που έχουν καταγραφεί. Επίσης παρουσιάζονται κάποια διαγράμματα όπου συγκρίνεται το ποσοστό των σφαλμάτων από κεραυνούς με τα υπόλοιπα είδη σφαλμάτων και η συχνότητα των σφαλμάτων από κεραυνούς ανά εποχή του έτους. Στόχος της μελέτης είναι η εφαρμογή της μεθόδου, που θα χρησιμοποιήσουμε για τη θεωρητική εκτίμηση σφαλμάτων, σε ένα πραγματικό σύστημα και οι αποκλίσεις που παρουσιάζει από τα πραγματικά δεδομένα, η πρόβλεψη των σφαλμάτων από κεραυνούς στις γραμμές διανομής και ο εντοπισμός των «ευάλωτων» τμημάτων του δικτύου μέσης τάσης. Τα αποτελέσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της συμπεριφοράς των γραμμών σε πλήγματα από κεραυνούς και την ελάττωση των σφαλμάτων. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια γενική περιγραφή των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας (ΣΗΕ). Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται η δομή των ΣΗΕ, οι βασικές τους λειτουργίες και τα είδη των σφαλμάτων που επηρεάζουν την λειτουργία τους και διαταράζουν την ευστάθειά τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναλύεται το φαινόμενο του κεραυνού και οι βασικές έννοιες που τον διέπουν. Περιγράφεται ο τρόπος δημιουργίας των εκκενώσεων, τα είδη των κεραυνών και γίνεται μια αναφορά στη γενική αρχή λειτουργίας των αλεξικέραυνων. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται ο οδηγός του IEEE για την βελτίωση της συμπεριφοράς των γραμμών διανομής έναντι κεραυνών, πάνω στην οποία βασίστηκε και η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία. Σκοπός του οδηγού αυτού είναι να προσδιορίσει τους παράγοντες που συνεισφέρουν στις βλάβες από κεραυνό στις εναέριες γραμμές διανομής και να παρουσιάσει εναλλακτικές λύσεις για την μείωση των βραχυκυκλωμάτων. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται η μελέτη των γραμμών διανομής της περιοχής των Τρικάλων. Αρχικά περιγράφεται το κλίμα και η μορφολογία της περιοχής που θα μελετηθεί. Στη συνέχεια, δίνεται η μεθοδολογία της μελέτης των γραμμών όπως συγκεντρώθηκε από τον οδηγό του προηγούμενου κεφαλαίου και στη συνέχεια γίνεται εφαρμογή της μεθοδολογίας αυτής στις γραμμές διανομής που τροφοδοτούν με ενέργεια τους οικισμούς και την πόλη των Τρικάλων. Τέλος, παρουσιάζονται συγκεντρωτικά τα αποτελέσματα για το δίκτυο μέσης τάσης για να δοθεί μια συνολική εικόνα και δίνονται κάποια στατιστικά σε σχέση με τις βλάβες από τα οποία θα εξάγουμε σημαντικά συμπεράσματα. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από τα αποτελέσματα της μελέτης. Σχολιάζονται τα αποτελέσματα της θεωρητικής εκτίμησης των σφαλμάτων και της σχέσης τους με τα πραγματικά δεδομένα. Επίσης, αναλύονται τα διαγράμματα της μελέτης που δείχνουν τον αριθμό των πραγματικών σφαλμάτων από κεραυνούς σε κάθε γραμμή, το πλήθος αυτών ανά εποχή του έτους και η σχέση των σφαλμάτων από κεραυνούς με τα υπόλοιπα καταγεγραμμένα σφάλματα του δικτύου. / A significant share of faults on overhead distribution lines is caused by lightning. Lightning strikes may cause overvoltage or total destruction of insulation and equipment. As a result, faults are considered temporary (the majority of them) or permanent which are the most severe and are followed by economic consequences. This diploma thesis studies the lightning performance of electric power overhead distribution lines. Some of the basic factors such as lightning intensity measured by ground flash density (GFD), the number of direct strokes, the number of induced voltages from nearby strokes and their relation with the actual faults on overhead lines, are thoroughly studied. Moreover, diagrams comparing the faults caused by lightning with the rest of the faults that occur on overhead distribution lines are presented and finally the density of lightning strikes on each season is analyzed. The purpose of this diploma thesis is the application of the guide (that will be used for the estimation of the number of faults by lightning) on a real distribution system, the divergence between the guide’s estimations and the actual faults that occurred on the lines, the provision of faults caused by lightning on overhead distribution lines and the detection of the “weak” parts on the distribution system. The results can be used for the improvement of the lightning performance of overhead distribution lines and the reduction of faults caused by lightning. The first chapter provides general information about the electrical power systems. The general structure, their basic functions and the faults that occasionally occur and disrupt their stability are presented. The second chapter analyzes the incidence of lightning and its basic characteristics. The production of lightning discharges, the types of lighting and the general function of the arresters is described. The third chapter presents the IEEE guide for the improvement of the lightning performance of electric power overhead distribution lines which is used on this diploma thesis. The purpose of the guide is to define the parameters that contribute to faults by lightning and to present alternatives for reducing lightning-caused flashovers on overhead distribution lines. The fourth chapter contains the application of the guide on the distribution lines in the area of Trikala-Greece. In the beginning, the climate and the morphology of the area is described. Also, the methodology of the calculations which was extracted from the IEEE guide is given in specific steps and it is applied on the distribution lines that provide with energy the villages and the city of Trikala-Greece. Additionally, the final results are organized and presented in order to provide an overview of the area’s distribution system and important statistics and diagrams are provided that lead to significant conclusions. The fifth chapter contains the conclusions that were extracted from the fourth chapter’s calculations. The results of the theoretical fault estimation and their relation with the actual faults that were detected on the distribution system are analyzed. Furthermore, the diagrams that present the number of the actual lightning-faults that were detected on each distribution line, the number of faults by lightning that occur on every season and the number of faults by lightning in comparison with the rest of the faults that were detected on the distribution system are also explained and analyzed.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως γενικό σκοπό την ανάλυση, μελέτη και εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη διαδικασία μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας, που πραγματοποιείται μέσω των γραμμών μεταφοράς που έχουν οδευτεί στην πόλη της Χαλκίδας, καθώς και στην ευρύτερη ημιαστική περιοχή. Επίσης, παρατίθενται και επεξεργάζονται τα σφάλματα που έχουν καταγραφεί από την αρμόδια υπηρεσία του Διαχειριστή Ελληνικού Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΔΕΔΗΕ). Επιπροσθέτως, για την εξαγωγή συμπερασμάτων, τα εν λόγω σφάλματα αντιπαραβάλλονται στα μετεωρολογικά δεδομένα που έχουν αντληθεί για την περιοχή ενδιαφέροντος. Τέλος, ακολουθεί αναλυτικός υπολογισμός των θεωρητικών σφαλμάτων που προκύπτουν από κεραυνικές εκκενώσεις στις γραμμές μεταφοράς, με σκοπό την ανάλυση και των συσχετισμό των αποτελεσμάτων που προέκυψαν, με τα σφάλματα που παρατηρήθηκαν σε πραγματικό χρόνο. Αναλυτικά, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια περιγραφή και σύγκριση μεταξύ της κατάστασης που επικρατούσε στο παρελθόν και την σημερινή εποχή, όσον αφορά στον τρόπο που αντιμετωπίζεται η εμφάνιση των σφαλμάτων στις γραμμές μεταφοράς σε ένα σύστημα διανομής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναλύεται το θεωρητικό υπόβαθρο που σχετίζεται με τα είδη των υπερτάσεων, τις συνέπειές τους στις γραμμές μεταφοράς και κάποιοι στοιχειώδεις τρόποι αντιμετώπισης. Επίσης, αναλύονται συνοπτικά οι μηχανισμοί που οδηγούν στην εμφάνιση των εξωτερικών υπερτάσεων, δηλαδή των κεραυνικών εκκενώσεων, καθώς επίσης γίνεται αναφορά στη μοντελοποίησή τους για την περαιτέρω κατανόηση του φαινομένου του κεραυνού. Τέλος, παρατίθενται οι κατηγορίες των σφαλμάτων που προκαλούνται από τις προαναφερθέντες υπερτάσεις. Στο τρίτο κεφάλαιο, ακολουθεί ο ορισμός, η περιγραφή και η δομή ενός Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ), με σκοπό την καλύτερη εποπτεία και κατανόηση της λειτουργίας του συστήματος υπομεταφοράς της Χαλκίδας. Το τέταρτο κεφάλαιο αφιερώνεται στην περιγραφή και ανάλυση των δύο υποσταθμών της Χαλκίδας με τις κωδικές ονομασίες ΧΑΛΚΙΔΑ 1 και ΧΑΛΚΙΔΑ 2 αντίστοιχα, καθώς επίσης στην παράθεση των κυκλωματικών διαγραμμάτων των γραμμών μεταφοράς που υπάγονται στην εποπτεία και στον έλεγχο των ανωτέρω υποσταθμών. Στο κεφάλαιο 5, καταγράφονται και κατηγοριοποιούνται τα δεδομένα που πάρθηκαν από τους υποσταθμούς, σε μορφή πινάκων, ανά μήνα και ανά ημερολογιακό έτος για κάθε γραμμή μεταφοράς ξεχωριστά. Επιπρόσθετα, παρατίθενται τα μετεωρολογικά δεδομένα των ετών 2008 έως 2013, όπως αυτά αντλήθηκαν από το μετεωρολογικό σταθμό Χαλκίδας, με σκοπό την σύγκρισή τους με τα σφάλματα των γραμμών και την εξαγωγή συμπερασμάτων. Στο κεφάλαιο 6, πραγματοποιείται ο θεωρητικός υπολογισμός των σφαλμάτων από κεραυνό στις γραμμές μεταφοράς των δυο υποσταθμών, καθώς επίσης και ο συγκριτικός σχολιασμός των αποτελεσμάτων που προέκυψαν σε συνδυασμό με τα σφάλματα που καταγράφηκαν σε πραγματικό χρόνο. Τέλος, το έβδομο κεφάλαιο αφιερώνεται στην περιγραφή των γενικών συμπερασμάτων από την σύγκριση των μετεωρολογικών δεδομένων με τα καταγραφέντα σφάλματα των γραμμών μεταφοράς, καθώς επίσης και με τα θεωρητικά σφάλματα όπως αυτά υπολογίστηκαν στο κεφάλαιο 6. Η εργασία αυτή καταλήγει στην περιγραφή των λύσεων που προτείνονται με σκοπό τη μείωση των εμφανιζόμενων σφαλμάτων και στην ασφαλέστερη, αποδοτικότερη και ορθότερη γενικά λειτουργία του συστήματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας της Χαλκίδας και της ημιαστικής περιοχής που αυτό τροφοδοτεί. / This diploma thesis has as general aim to study, analyze, and extract conclusions referring to the procedure of electric power distribution, which is accomplished with the distribution lines that have been placed in the city of Chalkida and in the wider suburban region around it. Also, the faults that have been recorded from the qualified service of the Administrator of the Greek Network’s Distribution of Electric Power, are going to be opposed and processed. Furthermore, for the extraction of conclusions, these faults are going to be collated with the meteorological data that have been taken from the region of interest. Finally, it has been analytically calculated the theoretical faults due to lightning strikes at the distribution lines, in order to analyze and correlate the results that have been extracted, with the real time faults that occurred. To begin with, in the first chapter a description and comparison takes place between the situation of the past and nowadays, about the way the faults of the distribution lines in an electric power system are being exerted. In the second chapter, there is an analysis of the theoretical knowledge background about the categories of the electrical surges, their consequences on the distribution lines and some ways of settlement. In addition, the mechanisms that lead to lightning strikes are being analyzed and there is a description of their modeling for further understanding. Last but not least, the categories of faults that occur because of the above electrical surges, are being opposed and described. The third chapter presents the definition, description and general structure of an electrical power system, in order to better supervise and understand the function of the sub-transferring electric power system of Chalkida. The fourth chapter refers to the description and analysis of the two electric substations of Chalkida with the code names CHALKIDA 1 and CHALKIDA 2, and also includes the circuits of function of the distribution lines that are under the control and supervision of these two electric power substations. In the fifth chapter, the data that has been taken from the electric power substations, is being recorded and categorized. In the sixth chapter, the theoretical faults due to lightning strikes are being calculated and also annotated in comparison with the real time faults. Finally, the seventh chapter focuses on the apposition and description of the general conclusions of the meteorological data that has been combined with the recorded data that refers to the distribution lines, and also with the theoretical faults as they have been calculated on the previous chapter. This diploma thesis ends with the description of the solutions that are being recommended in order to minimize the real time faults and also turn the electric power system of Chalkida and the wider region around it, safer, more efficient and fully functional, as far as the distribution of electric power is concerned.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται το φαινόμενο του κεραυνού και οι επιπτώσεις αυτού του φαινομένου στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Για καλύτερη κατανόηση των διαφόρων ηλεκτρικών φαινομένων μοντελοποιήθηκε ένα τριφασικό δίκτυο μέσης και χαμηλής τάσης έτσι ώστε να εξαχθούν μετρήσεις που αντικατοπτρίζουν τις επιπτώσεις που έχουν τα κεραυνικά πλήγματα στον εξοπλισμό και στο φορτίο του δικτύου. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μία σύντομη εισαγωγή στο φαινόμενο του κεραυνού. ΣτοΚεφάλαιο 2 δίνεται ένας ορισμός για να περιγραφεί ακριβέστερα το φαινόμενο του κεραυνού και παρουσιάζονται τα διάφορα είδη του. Στο Κεφάλαιο 3 μελετούνται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά ενός κεραυνού οπότε παρουσιάζονται λεπτομερώς θέματα που έχουν να κάνουν με το ρεύμα, την τάση και το φορτίο που μπορεί να οδηγήσει ένας κεραυνός. Στο Κεφάλαιο 4 μελετούνται οι επιπτώσεις που προκαλούνται από κεραυνούς τόσο στη φύση όσο και στις τεχνικές υποδομές της περιοχής όπου πέφτει ο κεραυνός. Στο Κεφάλαιο 5 εισάγεται ο αναγνώστης στη θεωρία δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας ενώ στο Κεφάλαιο 6 γίνεται εισαγωγή στη θεωρία υπερτάσεων. Στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζεται αναλυτικά το μοντέλο προσομοιώσεων που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της εργασίας χρησιμοποιώντας το περιβάλλον προσομοίωσης Matlab/Simulink, παρατίθενται οι μετρήσεις που εξήχθησαν και παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα του πρακτικού μέρους της εργασίας. / This thesis examines the phenomenon of lightning and the effectsof this phenomenon in electricity networks. For a better understanding of the various electrical phenomena modeled a three-phase network medium and low voltage so as to extract measurements that reflect the impact of the lightning strike on equipment and network load. Chapter 1 gives a brief introduction to the lightning strike. Chapter 2 gives a definition to describ eaccurately the lightning strike and presents the various types of this. In Chapter 3 we study the electrical characteristics of a lightning strike. Are presented in detail issues that have to do with the current, voltage and the load can lead thunder bolt. In Chapter 4 we study the effects caused by lightning strike in both nature and the technical infrastructure of the area where the lightning falls. Chapter 5 introduces the reader to the theory of electricity networks while Chapter 6 is introduced in the theory over voltages. Chapter 7 presents detailed simulation model developed in this thesis using the simulation environment Matlab / Simulink, given the measurements obtained are presented and the final conclusions of the practical part of the work.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα ασχοληθούμε με την ποσοτική καταγραφή και στατιστικοποίηση των αιτίων βλάβης με κριτήριο το Σημείωμα Αποκατάστασης Βλάβης της ΔΕΗ (Σ.Α.Β), στις περιοχές των δήμων Πατρώων, Ερύμανθου και Αιγιάλειας. Οι μετρήσεις αυτές μας δόθηκαν σε ηλεκτρονική μορφή και παρέχουν λεπτομερή αναφορά των βλαβών που υπέστησαν οι εξοπλισμοί Μέσης Τάσης στις εν λόγω περιοχές. Στο πρώτο κεφάλαιο θα προσπαθήσουμε να ορίσουμε και να επεξηγήσουμε κάποιες βασικές έννοιες, ώστε να διευκολύνουμε την μελέτη αυτής της διπλωματικής εργασίας και από έναν μέσο αναγνώστη. 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 παρουσιάζονται δεδομένα και στατιστικά του ελληνικού συστήματος διανομής. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη παρουσίαση των σφαλμάτων και υπερτάσεων που παρουσιάζονται στο σύστημα διανομής καθώς και των μέσων προστασίας που χρησιμοποιούμε προκειμένου να εξασφαλίσουμε την αδιάλειπτη λειτουργία του συστήματος διανομής Στο τέταρτο κεφάλαιο θα παρουσιάσουμε όλες τις βλάβες για όλες τις προαναφερθείσες περιοχές συνολικά και για όλα τα πιθανά αίτια βλάβης. Επίσης θα απεικονίσουμε στατιστικά και συγκριτικά τα αίτια βλάβης της κακοκαιρίας και του κεραυνού για τα έτη 2003 έως 2011 και για τους δήμους Πατρώων, Ερύμανθου και Αιγιάλειας ξεχωριστά. Τέλος ακολουθούν τα τελικά συμπεράσματα που απορρέουν από την επεξεργασία των στοιχείων που διαχειριστήκαμε. / In this diploma work we intend to deal with the quantitative report and statistics of the causes of damages concerning the damage repair document of ΔΕΗ, (Σ.Α.Β.), around the areas of the municipals of Patrai, Erymanthos and Egialia. All these measurements were given to us in electronic form including a detailed report of damages which occurred to the medium voltage equipment in the whole place of Achaia. In the first chapter our effort will be to determine and explain a number of basic concepts, so that the study of this diploma work will be easy understood by an average reader. The second chapter 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. In chapter four what will be presented are the damages of all the above mentioned areas in total, as well as the possible causes of them. Moreover there will be a presentation of damages caused by bad weather and thunder from the year 2003 up to 2011 for the municipals of Patrai, Erymanthos and Egialia separately. All this work will be done through statistics and comparison. At the end we will expose the final conclusions that come from the data we handled.