Έγινε κατασκευή ενός προγράμματος το οποίο εξετάζει μια κατασκευή και υπολογίζει αναλυτικά τον κίνδυνο που αυτή διατρέχει λόγω κεραυνών. / The subject of this project is protection against lightning, meaning the measures needed to be taken for a building so that a possible lightning strike will not cause human or material damage. The first part consists of an essential theoretical approach on the lightning phenomenon. Both the causes, the consequences and the conditions in which the lightning occurs are being analyzed. Furthermore, the characteristics and the qualifications a Lightning Protection System needs to comply with, are given, according to the Greek standard ΔΛΟΣ 1197 and the European standard IEC 62305-2. The factors one examines to determine the risk, the technical details of the LPS, and the -step by step- calculation of the risk are being mentioned. After this analysis, the criteria whether the building is adequately protected, or not, are given, and in case the answer is negative, the procedure to design a safe LPS is given. Along with writing this essay, a computer program was produced. The program calculates the risk a building faces due to lightning. In the second part of the essay one can read the way this program works and the description of its construction. First, an algorithm approach of the procedure of risk calculation is given in detail. The program runs in Microsoft Excel and includes functions, menus, graphics and other special features. Given that the procedure was so complicated at some point, we had to use Visual Basic nested programming to produce a functional program. In the final part, significant parts of the code and some programming methods are described. The results this program gives, allow an engineer to have a good overview on the protection the lightning building provides, and to choose an effective, cost efficient LPS, if needed.

- / -

- / -

- / -

Στην παρούσα εργασία μελετάται η λειτουργία και η προστασία υβριδικών συστημάτων αποτελούμενων από φωτοβολταϊκά στοιχεία και κυψέλες υδρογόνου. Τέτοιου είδους υβριδικά συστήματα περιλαμβάνουν δύο πηγές ενέργειας με σκοπό να επιτυγχάνεται σταθερή παραγωγή ισχύος και κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν η ηλιακή ενέργεια δεν είναι διαθέσιμη. Η ισορροπία αυτή διατηρείται μέσω της χρήσης κυψελών καυσίμου. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται γενικές πληροφορίες για τα φ/β συστήματα. Ξεκινώντας από την ηλιακή ακτινοβολία και την ελάχιστη μονάδα κάθε φ/β συστήματος, το φ/β στοιχείο ή κύτταρο επεξηγούνται τα χαρακτηριστικά κι οι κατηγορίες των φ/β συστημάτων. Εν συνεχεία, περιγράφεται ο μηχανισμός δημιουργίας του φ/β φαινομένου και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των φ/β συστημάτων. Ακολουθεί μια συνοπτική παρουσίαση των διάφορων τεχνολογιών φ/β πλαισίων, καθώς και της απόδοσης αυτών και των παραγόντων που την επηρεάζουν. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με αναφορά στα υπόλοιπα μέρη ενός φ/β συστήματος, όπως ο αντιστροφέας, οι μπαταρίες και λοιπά βοηθητικά συστήματα. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στο υδρογόνο και την μετατροπή αυτού σε ηλεκτρισμό ή θερμότητα μέσω κυψελών καυσίμου. Στην αρχή, δίνονται γενικά στοιχεία για το υδρογόνο, τις ιδιότητές του, τις μεθόδους παρασκευής και αποθήκευσης αυτού κι ακόμη στοιχεία για το υδρογόνο ως καύσιμο. Κατόπιν, παρουσιάζονται οι βασικές αρχές λειτουργίας και οι κύριοι τύποι κελιών καυσίμου, ενώ γίνεται προσπάθεια θεωρητικής και πρακτικής προσέγγισης της απόδοσης και της μέγιστης τάσης αυτών. Τέλος, το κεφάλαιο συμπληρώνουν σκέψεις για το υδρογόνο ως μελλοντικό φορέα ενέργειας και την οικονομία του υδρογόνου. Στο τρίτο κεφάλαιο εξηγείται η έννοια του υβριδικού συστήματος, καθώς και πλεονεκτήματα των υβριδικών συστημάτων φ/β με κυψέλες υδρογόνου. Ακολούθως, αναλύεται ο καταμερισμός φορτίου σε υβριδικό σύστημα φ/β με κυψέλες υδρογόνου, όπως κι η περιγραφή κι η λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος. Στην τελευταία ενότητα αναζητείται η βέλτιστη διασύνδεση φ/β συστοιχιών και PEM ηλεκτρολυτών σε υβριδικά συστήματα κατάλληλα για την τροφοδότηση απομακρυσμένων περιοχών για την επίτευξη μέγιστης μεταφοράς ισχύος, αλλά και χαμηλότερου ανά μονάδα κόστους. Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο, ακολουθoύνται οι κανόνες της διεθνούς εμπειρίας και οι ισχύοντες κανονισμοί για την προστασία υβριδικού συστήματος φ/β στοιχείων με κυψέλες υδρογόνου. Μελετάται η περίπτωση βραχυκυκλώματος και προτείνονται μέτρα που πρέπει να ληφθούν μέσω της καλωδίωσης, διακοπτών προστασίας αγωγών, διόδων κι ασφαλειών. Γίνεται σύγκριση των I – V χαρακτηριστικών καμπυλών σε κανονικές συνθήκες και σε συνθήκες σκίασης και σφάλματος. Έπεται η αντικεραυνική προστασία διαμέσου εξωτερικού ΣΑΠ, ισοδυναμικών συνδέσεων κι απαγωγών κρουστικών υπερτάσεων. Η εργασία ολοκληρώνεται με αναφορά στην επικινδυνότητα εγκαταστάσεων υδρογόνου, τους κινδύνους και τα σενάρια ατυχημάτων. Το κεφάλαιο καταλήγει με τρόπους περιορισμού αυτών των επικίνδυνων καταστάσεων και τους κανόνες ασφαλείας που έχουν θεσπιστεί για το υδρογόνο. / This essay examines hybrid systems’ operation and protection consisted of photovoltaic and fuel cells. Such hybrid systems include two energy sources in order to maintain a consistent level in power production even during the night, when solar radiation is not available. The use of fuel cells ensures this equilibrium. In the first chapter a piece of general information about pv systems is given. Firstly, explaining meanings like solar radiation and pv cell, pv systems are classified. Subsequently, the mechanism of pv phenomenon and the pv systems’ electrical characteristics are described. A concise presentation of pv modules’ technology and efficiency follows. The chapter concludes with regard to rest parts of pv systems, such as inverter, batteries and auxiliary systems. The second chapter refers to hydrogen and its conversion into electricity or heat via fuel cells. Firstly, a piece of general data about hydrogen and its properties, conoction and storage methods is given. Furthermore, the fuel cell’s fundamental principles and basic types are presented, whilst a theoretical and a practical approach of fuel cell’s efficiency and maximum voltage follows. Some thoughts about the future hydrogen economy end this chapter. In the third chapter the meaning of hybrid system, as well the advantages of pv-hydrogen systems are explained. Subsequently, load sharing in a hybrid pv-fc system as well as the description and the operation of such a system are analysed. In the last unit the optimal coupling of pv arrays to PEM electrolysers in solar-hydrogen systems for remote area power supply is searching out. In the last chapter, according to international codes, protection of solar-hydrogen system is analysed. The case of a short-circuit is examined and measures must be taken via wiring, circuit breakers, diodes and fuses. Then,I –V characteristics at normal conditions are compared with characteristics recorded under partial shadowing or failure. In addition, lightning protection via LSP and SPDs is described. The essay concludes with regard to hydrogen installations’ dangers and possible accidents. Some implemented measures and safety rules end this unit.

Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αντικεραυνική προστασία όσον αφορά τα κυκλώματα γραμμής των ηλεκτρικών σιδηροδρομικών συστημάτων. Προτού όμως αναφερθούν τρόποι και συσκευές προστασίας ή δoθούν κάποια παραδείγματα εφαρμογών στις σιδηροδρομικές γραμμές κάποιων χωρών, πρέπει να γίνει μια εισαγωγική αναφορά γύρω από τον πυρήνα αυτής της εργασίας: τον κεραυνό. Έτσι, στο 1 κεφάλαιο γίνεται περιγραφή κάποιων εισαγωγικών εννοιών σχετικά με τον κεραυνό. Ξεκινώντας από τη φόρτιση των σύννεφων και στο πως αυτή γίνεται, καταλήγουμε στα διάφορα είδη κεραυνών. Ακολουθεί η εξομοίωση στο εργαστήριο με ορισμένα μεγάλα διάκενα εκκένωσης για την εξαγωγή κάποιων συμπερασμάτων της εκκένωσης του κεραυνού. Στη συνέχεια αναλύεται ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων μέσα από τρεις φάσεις: έναρξη οχετού (οχετός προεκκένωσης), φάση του οχετού επιστροφής και ο συνδετικός οχετός. Τέλος γίνεται ανάλυση του ρεύματος κεραυνού και των παραμέτρων του, ενώ δίνονται και κάποιες σχέσεις για τη συχνότητα εμφάνισης των κεραυνών. Στο 2 κεφάλαιο γίνεται ανάλυση των συνδέσεων ασφαλειών (fuse link), μιας εφαρμογής που χρησιμοποιείται για την αντικεραυνική προστασία των κυκλωμάτων γραμμής. Αρχικά γίνεται περιγραφή των ειδικών παραμέτρων του συστήματος της συγκεκριμένης εφαρμογής που χρησιμοποιείται στα κινητήρια συστήματα. Στη συνέχεια δίνεται μια σύντομη επισκόπηση του πλήρους σχεδίου. Ακολούθως περιγράφονται οι προσομοιώσεις υπολογιστών, στις οποίες καθορίστηκε η κατανομή του ρεύματος κεραυνού σ’ ένα κινητήριο σύστημα. Στην παράγραφο 2.1.3.δ, εξηγείται η εργαστηριακή δοκιμή της συσκευής περιορισμού της τάσης, ειδικά της συμπεριφοράς (με τη χαρακτηριστική) του ρεύματος κεραυνού. Επιπλέον, γίνεται περιγραφή της πρακτικής εφαρμογής των ασφαλειών που είναι ανθεκτικές σε κεραυνούς, παρουσιάζοντας μια πρακτική δοκιμή. Δίνονται επίσης ορισμένες τυποποιημένες εφαρμογές. Τέλος, εξηγείται το σχέδιο των συνδέσεων των ασφαλειών που είναι ανθεκτικές σε κεραυνούς. Στο 3 κεφάλαιο αναλύονται τα αλεξικέραυνα μεταλλικών οξειδίων (ΜΟ). Τα συστήματα ισχύος των ηλεκτρικών σιδηρόδρομων μπορούν να προστατευτούν έναντι υπερτάσεων με τη χρήση αυτών των συσκευών. Στο κεφάλαιο περιγράφεται η αρχή λειτουργίας των αλεξικέραυνων ΜΟ, η οποία βασίζεται στη μη γραμμική χαρακτηριστική τάσης - ρεύματος συγκεκριμένων κεραμικών στοιχείων, αποκαλούμενα MO varistors. Ακολουθούν οι τρεις τύποι αλεξικέραυνων υπέρτασης ΜΟ για τα ηλεκτρικά συστήματα σιδηρόδρομων: με περίβλημα πορσελάνης, με συνθετικό πολυμερές περίβλημα και με άμεσα διαμορφωμένο πολυμερές περίβλημα. Τέλος, γίνεται λόγος για τη χρήση των αλεξικέραυνων ΜΟ στα DC κινητήρια συστήματα σύμφωνα με την Ένωση των Γερμανικών Επιχειρήσεων Μεταφορών (VDV), σε διάφορες σιδηροδρομικές εφαρμογές. Στο 4 κεφάλαιο γίνεται ανάλυση ενός πλάνου αντικεραυνικής προστασίας για τα συνεχούς ρεύματος (DC) σιδηροδρομικά συστήματα. Αρχικά, γίνεται μια αναφορά στις τάσεις του συστήματος και τις διάφορες μορφές υπερτάσεων, των άμεσων και έμμεσων πληγμάτων κεραυνού. Στη συνέχεια περιγράφονται κάποιες συσκευές προστασίας (καθώς και τα χαρακτηριστικά αυτών), όπως είναι τα αλεξικέραυνα υπερτάσεων ΜΟ (τύπου Α1 και Α2), οι περιοριστές χαμηλής τάσης (LVL), ενώ εισάγεται ένας προσφάτως ανεπτυγμένος υβριδικός περιοριστής τάσης (HVL) ο οποίος συνδυάζει την προστασία από υπερτάσεις και την προστασία έναντι των επικίνδυνων τάσεων επαφής. Τέλος, γίνεται μία περιγραφή διαφόρων μέτρων προστασίας στις γραμμές μεταφοράς, στους υποσταθμούς καθώς επίσης και στα οχήματα κίνησης, ενώ δίνονται και κάποια αποτελέσματα δοκιμών με χρήση LVLs. Το 5 κεφάλαιο αναλύει την πρόβλεψη των σφοδρών εκκενώσεων κεραυνού που μπορούν να προκαλέσουν μια σοβαρή διαταραχή στη λειτουργία της αμαξοστοιχίας, με τη χρησιμοποίηση υπολογιστών βασισμένων στο Ιαπωνικό Δίκτυο Ανίχνευσης Κεραυνού (Japanese Lightning Detection Network - JLDN), προκειμένου να υποστηρίξουν πομπούς για να κάνουν μια αποτελεσματική λήψη απόφασης σχετικά με τη ρύθμιση των μηχανικών συντήρησης, τις γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας έκτακτης ανάγκης και τις επιπλέον ηλεκτρικές συσκευές για γρήγορη ανάκτηση. Ένα πραγματικού χρόνου σύστημα υποστήριξης λήψης απόφασης έχει αναπτυχθεί. Τέλος, γίνεται αναφορά στις δύο κύριες τεχνικές εκτίμησης, που εχουν αποτιμηθεί με την εφαρμογή τους σε πραγματικά δεδομένα κεραυνού, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της τροχιάς της περιοχής που κινείται επικίνδυνα και της διάρκειας της δραστηριότητας του κεραυνού. Στο 6 κεφάλαιο περιγράφονται οι λεπτομέρειες του αισθητήρα υπερτάσεων/υπερρευμάτων κεραυνού για το σιδηρόδρομο. Πρόκειται για ένα νέο σύστημα ελέγχου του σιδηροδρομικού σήματος, το οποίο ελέγχει σιδηροδρομικά σήματα, διακόπτες, κυκλώματα γραμμής βασισμένα στο πρωτόκολλο IP. Σε αυτό το σύστημα, πολλές ηλεκτρονικές συσκευές εγκαθίστανται κατά μήκος του σκληρού περιβάλλοντος του σιδηροδρόμου. Επομένως, αυτές οι ηλεκτρονικές συσκευές πρέπει να έχουν αντοχή προς το περιβάλλον για υπέρταση/υπέρρευμα κεραυνού, για θερμοκρασία, για δόνηση, για βροχή και για ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο. Σαν αντίμετρο για την υπέρταση κεραυνού, χρησιμοποιούμε την προστατευτική συσκευή (το αλεξικέραυνο). Η υποβάθμιση της προστατευτικής συσκευής μπορεί να προκαλέσει την καταστροφή των ηλεκτρικών συσκευών. Έτσι αναπτύχθηκε ο αισθητήρας υπερτάσεων/υπερρευμάτων για την ανίχνευση της υποβάθμισης της προστατευτικής συσκευής. Στο 7 κεφάλαιο περιγράφονται οι μετρήσεις των υπερτάσεων και των μεταβατικών ρευμάτων κεραυνού που εισέρχονται σε μια εγκατάσταση σιδηροδρόμου κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού του 2003 στο Tierp της Σουηδίας. Οι μετρήσεις υπερτάσεων έγιναν σε μια τεχνητή βάση που παρέχει έναν αδιάκοπο εφοσδιασμό για τα τηλεπικοινωνιακά συστήματα και τα συστήματα σηματοδότησης. Επίσης παρουσιάζονται και συζητούνται τα παραδείγματα των κυματομορφών των μεταβατικών ρευμάτων. Τέλος, το κεντρικό μήνυμα που περνάνε τα δύο τελευταία κεφάλαια, 8 και 9, είναι ότι πρέπει να ενισχυθούν τα αποτελεσματικά και οικονομικά αντίμετρα για την παρεμπόδιση των ζημιών κεραυνού στο σιδηροδρομικό σύστημα σηματοδότησης. Στο 8 κεφάλαιο μετρήθηκε η κατανομή του δυναμικού του κρασπέδου εδάφους όταν προκλήθηκε μια αύξηση δυναμικού της ράγας με την έγχυση ενός υπερρεύματος κεραυνού σε μια ράγα. Επιπλέον, διοχετεύθηκε ένα υπέρρευμα κεραυνού μέσα στη ράγα ή στο κράσπεδο εδάφους για να αυξηθεί το δυναμικό τους, προκειμένου να μετρηθούν οι υπερτάσεις κεραυνού σε μια ισόπεδη διάβαση έτσι ώστε να μπορέσουν να λάβουν βασικά δεδομένα για το σχεδιασμό της μόνωσης. Τέλος, αποδεικνύεται ότι ένα αποτελεσματικό αντίμετρο είναι να γειώσουμε τις συσκευές αντικεραυνικής προστασίας που συνδέονται με τους ηλεκτρονικούς ανιχνευτές τραίνων σε μια ισόπεδη διάβαση προκειμένου να κατασταλούν οι υπερτάσεις κεραυνού στην ισόπεδη διάβαση. Στο 9 κεφάλαιο μετρήθηκαν οι υπερτάσεις κεραυνού που προκλήθηκαν από την εισβολή των κυμάτων κεραυνού στο σιδηροδρομικό σύστημα ισόπεδης διάβασης, στην περίπτωση ενός πραγματικού πλήγματος κεραυνού, ώστε να μπορούν να κατανοηθούν οι υπερτάσεις αυτές ποσοτικά. Έτσι θα μπορούσαμε να διευκρινίσουμε τη συχνότητα εμφάνισης των υπερτάσεων κεραυνού στο σύστημα της ισόπεδης διάβασης στην κατάσταση του πραγματικού πλήγματος κεραυνού. / The subject of this project is the lightning protection for track circuits of electrical railway systems. But before being reported ways and protection devices or given some examples of applications for rail lines in some countries, should be an introductory reference around the core of this work: the lightning. Thus, chapter 1 contains a description of some import concepts about lightning. Starting from the charge of the clouds and how it is, we arrive at the different types of lightning. Here the simulation in the laboratory with some major gaps evacuation for some of the conclusions of the lightning discharges. Then analyze the mechanism of atmospheric discharges through three phases: entry drain, phase of the return drain and the connecting drain. Finally an analysis of lightning current and his parameters became, while some relationships are given about occurrence frequency of lightning. In the 2nd chapter an analysis of fuse link, an application used for lightning protection on track circuits, is described. First the special system parameters for this specific application, used in traction systems will be described. Then a brief overview of the complete project is given. Following computer simulations will be described, in which the lightning current distribution in a traction system was determined. In the paragraph 2.1.3.δ, the laboratory testing of the voltage limiting device, especially its lightning current behavior is explained. Moreover the practical application of the lightning resistant fuse link both in a field test and following in stand applications is described. Finally the design of this lightning resistant fuse link is explained. In the 3rd chapter Metal-Oxide (MO) surge arresters are described. Power systems of electric railways may be protected against overvoltages by using them. The operating principle of an MO surge arrester is essentially based on the strongly non-linear current-voltage characteristic of specific ceramic elements, so-called MO varistors, is described. Following the three types of (MO) surge arresters for electrical railway systems: with a Porcelain Housing, with a Polymer Composite Housing and with a Directly Moulded Polymer Housing. Finally, talk about use of MO surge arresters in DC traction systems as per Association of German Transport Undertakings (VDV), in various railway applications. In the 4th chapter an overvoltage protection concept for DC railway systems, is analyzed. First, there is a reference about system voltages and on various forms of overvoltages, of direct and indirect lightning strokes. Below, some protection devices (and their characteristics), such as the (MO) lightning surge arresters (A1 and A2 type), the Low Voltage Limiters (LVLs), while a newly developed Hybrid Voltage Limiter (HVL), which combines overvoltage protection and the protection against dangerous touch voltages, is introduced, are quoted. Finally, a description about some protection measures on overhead lines, for substations, and also on traction vehicles, while some test results using LVLs, are given. The 5th chapter investigates the prediction of severe lightning discharges that might cause a serious disturbance in train operation, by using computers based on the Japanese Lightning Detection Network (JLDN), in order to support dispatchers to make an effective decision about arranging maintenance engineers, emergency electrical power generators and extra electrical devices for quick recovery. A real-time decision support system has been developed. Two principal estimation techniques, which are used for estimating the trajectory of moving hazardous area and the lifetime of the lightning activity, have been evaluated by applying them to the real lightning data. In the 6th chapter details of the lightning surge sensor for railway are described. This is a new railway signal control system, which controls railway signals, switches, track circuits based on IP protocol. In this system, much electronic devices are installed along harsh railway environment. Therefore, these electronic devices must have environment resistance for lightning surge, temperature, vibration, waterproof, and electromagnetic noise. As a countermeasure for the lightning surge, we utilize the protective device (cable arrester). The degradation of the protective device may cause the damage of the electric devices. So we develop a lightning surge sensor to detect the degradation of a protective device. In the 7th chapter the measurements of lightning transients entering a railway facility during the summer of 2003, in Tierp, Sweden, are described. The measurements of the transients were made in a technical house that supplies an uninterrupted supply for the telecommunication systems and the signal systems. Examples of transient waveforms are presented and discussed. Finally, the major idea of chapters 8 and 9 is that it’s required to build up effective and economical countermeasures for preventing lightning damages on the railway signalling system. In the 8th chapter the wayside ground potential distribution when a rail potential rise was caused by injecting a lightning surge current into a rail, are measured. Moreover, a lightning surge current into the rail or wayside ground is injected, to raise their potential, in order to measure the lightning overvoltages on a level crossing so that we can obtain basic data for insulation design. It is shown in the paper that an effective countermeasure is to earth lightning protective devices attached to electronic train detectors for a level crossing in order to suppress the lightning overvoltages on the level crossing. In the 9th chapter the lightning overvoltages caused by invading lightning surges into the railway level crossing system in the event of real lightning stroke so that we can grasp the lightning overvoltages quantitatively, are measured. So, we could clarify the occurrence frequency of lightning overvoltages on the level crossing system in the condition of the real lightning stroke.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα ασχοληθούμε με την αξιολόγηση της προστασίας σε κατανεμημένη παραγωγή. Γενικά η κατανεμημένη παραγωγή, καλύπτει ένα μεγάλο εύρος νέων και παραδοσιακών τεχνολογιών με μικρές μονάδες εγκατεστημένες κοντά στην κατανάλωση και πιστεύεται ότι θα συμβάλει στην κάλυψη ενός μεγάλου μέρους της ενεργειακής ζήτησης στα επόμενα χρόνια με τη δυναμική της είσοδο στην απελευθερωμένη αγορά ενέργειας. Αρχικά γίνεται μια ανασκόπηση της υφιστάμενης παγκόσμιας ενεργειακής κατάστασης. Αναλύονται οι κυριότερες τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και τα καύσιμα που χρησιμοποιούνται, τα οποία κατά συντριπτική πλειοψηφία βασίζονται στους ορυκτούς πόρους. Αποτυπώνεται αφενός, η συνολική συνεισφορά αυτών στην ενεργειακή ζήτηση, αφετέρου τα παγκόσμια αποθέματα αυτών. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η υφιστάμενη κατάσταση στον ηλεκτρικό τομέα, οι αλλαγές που συνεπάγονται με τη απελευθέρωση της αγοράς ενέργειας, καθώς και το γενικό πλαίσιο και οι ρυθμίσεις που διέπουν τον τομέα της ενέργειας με βάση τα νέα δεδομένα. Γίνεται εισαγωγή και ορισμός της κατανεμημένης παραγωγής και αναλύονται τα βασικά χαρακτηριστικά που συνθέτουν την έννοια αυτής καθώς επίσης γίνεται μια παρουσίαση των κυριότερων τεχνολογιών που ολοκληρώνουν τη κατανεμημένη παραγωγή. Στη συνέχεια ασχολούμαστε με το φαινόμενο της νησιδοποίησης. Η αύξηση της παραγωγής ισχύος από διανεμημένους παραγωγούς καθιστά την εμφάνιση του φαινομένου όλο και συχνότερη. Η ανίχνευση και διακοπή του φαινομένου είναι καθοριστικής σημασίας για την ορθή λειτουργία του Δικτύου και την ασφάλεια του προσωπικού που εργάζεται σε αυτό. Εδώ περιγράφουμε μερικές από τις πιο βασικές εφαρμοζόμενες μεθόδους ανίχνευσης και διακοπής του. Ύστερα παρουσιάζουμε τα βασικά χαρακτηριστικά των μέσων προστασίας έναντι υπερεντάσεων. Προχωράμε σε μελέτη των διατάξεων προστασίας ενός παραδείγματος μιας εγκατάστασης φωτοβολταϊκών με σκοπό τη διασφάλιση της σε περίπτωση εμφάνισης σφαλμάτων. Τέλος αναφερόμαστε σε κάποιες νέες προσεγγίσεις και μελλοντικές τάσεις και προοπτικές για τον καθορισμό των τρόπων ενσωμάτωσης ομαλών τεχνολογιών ΚΠ και τη ρύθμιση θεμάτων σχετικά με τη διασύνδεση και τη λειτουργία τους. / In this work we will do a research about the appraisal of the distributed generation .All in all the distributed generation encloses a great range of new and traditional technologies. Some of them are installed close to the consumption and it is believed that the distributed generation will contribute to cover a great part of the energy demand in the next years. In the beginning we refer to the global energy situation. We analyze the most important technologies of distributed generation and the fuels that are used which are based on the mineral resources. These fuels contribute in the energy demand and we also refer to the global store of fuel. We present the situation of the electric section today, the changes and the regulations that happen in this section day by day. What is more, it is given the meaning of the “distributed generation”, we analyze the basic characteristics of it and we present the most important technologies that complete the distributed generation. Furthermore we refer to the problem of islanding. Because of the fact that the power production is increasing lately, the problem is appeared more and more often. We must look for this phenomenon and stop it immediately in order the network work correctly and the persons who work in this part of network be safe. We describe some of the most important methods of “tracking” the islanding and stopping it. Afterwards we present the basic characteristics of the protection arrangement that we must use in case of errors and short circuits. We continue presenting an instance for a photovoltaic system installation and what sort of protection must be used in order this system to work with safe when errors happen. In the end we refer to what must be done in the future so that the technologies of distributed generation be used more and more often and much more efficiently.

Η εργασία αυτή παρουσιάζει τους σημαντικότερους μηχανισμούς με τους οποίους οι υπερτάσεις προκύπτουν από κεραυνό στα εναέρια δίκτυα διανομής ισχύος μέσης και χαμηλής τάσης, όπως επίσης και τυπικές κυματομορφές υπερτάσεων. Η αποτελεσματικότητα των πιο σημαντικών μεθόδων για να μετριάσουμε τέτοιες υπερτάσεις σε δίκτυα μέσης και χαμηλής τάσης συζητούνται επίσης. Αρχικά γίνεται αναφορά στο φαινόμενο του κεραυνού, στο πως δημιουργείται ο κεραυνός καθώς και στα προβλήματα που μπορεί να δημιουργήσει. Στη συνέχεια γίνεται μια σύντομη αναφορά στον τρόπο που είναι δομημένο το εναέριο δίκτυο διανομής και στον τρόπο λειτουργίας του, πριν ξεκινήσει η ανάλυση της αντικεραυνικής συμπεριφοράς του και η μελέτη τρόπων για τη βελτίωση αυτής. Τέλος, παρουσιάζεται η προσομοίωση ενός ελληνικού δικτύου εναέριας διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση του προγράμματος ΑΤΡ - ΕΜΤΡ και μελετάται η συμπεριφορά του μετά την πτώση κεραυνού σε αυτή εξάγοντας συμπεράσματα και προτείνοντας λύσεις για τη βελτίωση της. / This work presents the major mechanisms by which the overvoltages are stemmed from lightning in both medium and low voltage overhead power distribution networks, as well as typical surge waveforms. The effectiveness of the main protective measures that can be utilized to improve the line lightning performance are also discussed. Initially what is briefly described is the lightning phenomenon, the ways it is created and the problems it can cause as well. Afterwards the way that the overhead distribution power network is structured is presented as well as the way it works, ending with the complete method of its lightning protection in theoretical basis and the ways this can be improved. Finally, we performed the simulation of a greek overhead power distribution network using the ATP - EMTP software, we studied its lightning performance by making conclusions and proposing ways it can be improved.

- / -

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διεξαγωγή και επεξεργασία μετρήσεων με στόχο την μελέτη καταπονημένων φωτοβολταϊκων πλαισίων από υπερτάσεις, που δημιουργούνται λόγω κεραυνικών πληγμάτων, για την εξαγωγή συμπερασμάτων για την λειτουργία τους και την απόδοσή τους. Η διάρθρωση της διπλωματικής εργασίας έχει ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία θεωρητική αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και πιο συγκεκριμένα στα φωτοβολταϊκά συστήματα. Περιγράφονται συνοπτικά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας, οι κατηγορίες των φωτοβολταϊκών συστημάτων και η σύγχρονη αγορά παγκοσμίως και ειδικότερα στην Ελλάδα. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια θεωρητική ανάλυση του φωτοβολταϊκού φαινομένου καθώς επίσης και των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Επίσης αναφέρονται οι παράγοντες και πως αυτοί επηρεάζουν την απόδοση ενός φ/β στοιχείου. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται σε θεωρητικό επίπεδο ο ολοκληρωμένος τρόπος αντικεραυνικής προστασίας φωτοβολταϊκών διατάξεων, όπως ορίζουν οι σχετικοί διεθνείς κανονισμοί και γίνεται αναφορά και στις ζώνες αντικεραυνικής προστασίας. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις με στόχο την σύγκριση των αποδόσεων ενος καταπονημένου φωτοβολταϊκου πλαισίου κι ενός καινούριου. Στην συνέχεια παρατίθενται οι μετρήσεις που διεξήχθησαν κατά τη διάρκεια δύο μηνών (Οκτώβριος – Νοέμβριος, 2009) και επιπρόσθετα οι χαρακτηριστικές Ι – V και P – V των δοκιμαστικών φωτοβολταϊκών πλαισίων που προέκυψαν από κάθε μέτρηση. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η εξαγωγή συμπερασμάτων και η παράθεση προτάσεων για την περαιτέρω μελέτη των επιπτώσεων των κεραυνικών πληγμάτων, σε φωτοβολταϊκές διατάξεις. / The object of the following essay is the conduct and elaboration of measurements aiming at the study of stressed photovoltaic frames from hypertensions caused by lightning strikes, for the inference regarding their operation and their efficiency. The structure of this essay is the following: In the first chapter there is a theoretical report in the renewable sources of energy and more precisely in the photovoltaic systems. The advantages and disadvantages of this technology, the categories of photovoltaic systems and the modern market worldwide and more specifically in Greece are briefly described. The second chapter presents a theoretical analysis of the photovoltaic phenomenon as well as the electric characteristics of PV modules. Tthe factors and the influence on the efficiency of PV modules are also reported. The third chapter presents in theoretical level the completed way of lightning protection of PV arrays, as the relevant international regulations define and a briefly report in the areas of lightning protection. The fourth chapter describes the way the measurements were conducted aiming at the comparison of the efficiency between a stressed PV module and a new one. Then, the measurements carried out during two months (October - November, 2009) as well as the characteristics I - V and P - V of the tested PV modules resulted from each measurement are cited. Finally, in the fifth chapter, conclusions are exported and proposals are cited for further study of the lightning strikes consequences , in PV arrays.