Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η εξομοίωση της μεταβατικής συμπεριφοράς του πλέγματος γείωσης υποσταθμού υποβάθμισης τάσης 150/20kV. Σκοπός της είναι η επιλογή του κατάλληλου μοντέλου που θα προσομοιώσει το πλέγμα λαμβάνοντας υπόψη το φαινόμενο ιονισμού του εδάφους, και μέσω του προγράμματος εξομοίωσης ATP-EMTP, γίνεται η εξομοίωση, απ’ όπου λαμβάνονται τα αποτελέσματα υπό μορφή γραφημάτων και μελετάται η μεταβατική συμπεριφορά του συστήματος γείωσης στις περιπτώσεις πλήγματος κεραυνού. Επίσης παρουσιάζονται και οι αναπτυσσόμενες βηματικές τάσεις. / The subject of this study is to simulate the transient behavior of the grounding grid of a voltage drop substation 150/20 kV. It’s aim is the selection of an appropriate model to simulate the grid, taking into account the effect of soil ionization, and simulation takes place using the simulation program ATP-EMTP, whence results are obtained in graphical form, and the transient behavior of the grounding system is studied in the case of a lightning strike.The developed step voltages are also presented.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη Υποσταθμού ΜΤ – ΧΤ. Αναλύονται τα μέσα που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση ενός ιδιωτικού Υ/Σ ΜΤ, ενώ μελετάται εκτενέστερα η διαδικασία επιλογής των μέσων εκείνων που είναι αναγκαία για την ηλεκτροδότηση ενός Μηχανουργείου, το οποίο αποτελείται από φορτία κίνησης και φωτισμού. Η εργασία χωρίζεται από δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος, που είναι η εισαγωγή, παρατίθενται τα απαραίτητα θεωρητικά στοιχεία για την μελέτη και την σχεδίαση ενός Υ/Σ. Συγκεκριμένα, αναλύονται τα μέσα ζεύξης – απόζευξης και προστασίας ΜΤ καθώς και ο εξοπλισμός για το δίκτυο ΜΤ. Παρουσιάζονται οι τύποι παροχής των ιδιωτικών Υ/Σ, τα κατάλληλα είδη γείωσης για προστασία των ατόμων που εργάζονται σε αυτούς ή βρίσκονται κοντά, από επικίνδυνες τάσεις επαφής και βηματικές τάσεις, όπως επίσης και η απαραίτητη προστασία του Υ/Σ έναντι υπερτάσεων. Στην συνέχεια, επισημαίνονται τα χαρακτηριστικά στοιχεία, καθώς και οι τρόποι επιλογής και προστασίας των Μ/Σ ισχύος, οι οποίοι έχουν τον ρόλο του μετασχηματισμού της τάσης από ΜΤ σε ΧΤ. Γίνεται μια αναφορά στα καλώδια ΜΤ και ΧΤ και αναλύονται τα μέσα ζεύξης – απόζευξης και προστασίας ΧΤ. Επιπλέον περιγράφονται οι ηλεκτρικοί πίνακες μέσα στους οποίους τοποθετούνται τα μέσα ζεύξης και προστασίας. Επισημαίνεται η αναγκαιότητα της αντιστάθμισης αέργου ισχύος και γίνεται μια αναφορά στα συστήματα πυροπροστασίας και στην επιβεβλημένη συντήρηση του Υ/Σ. Τέλος παρουσιάζονται τα απαραίτητα εκείνα στοιχεία για τον υπολογισμό των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων ισχυρών ρευμάτων των βιομηχανικών χώρων, οι οποίοι αποτελούνται από εγκαταστάσεις κίνησης και φωτισμού. Στο δεύτερο μέρος, πραγματοποιείται μια μελέτη εγκατάστασης κίνησης και φωτισμού ενός Μηχανουργείου καθώς επίσης και η μελέτη επιλογής των μέσων υλοποίησης του ιδιωτικού Υ/Σ ΜΤ – ΧΤ παροχής τύπου Α1 που θα το τροφοδοτήσει. Ακολουθούν τρία σχέδια, της χωροθέτησης των μηχανών παραγωγής έργου του Μηχανουργείου, της κάτοψης του κτιρίου του Υ/Σ ΜΤ και το μονογραμμικό του διάγραμμα στο οποίο φαίνονται όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την κατασκευή των ηλεκτρικών πινάκων και την σχεδίαση της ηλεκτρολογικής εγκατάστασης. / Intention of the present diplomatic essay is the study of a Middle/Low Voltage’s Substation. The means used for the implementation of a private Middle Voltage’s Substation are being analyzed, whereas there is a further study of the procedure used to choose the specific means that are necessary for the power supply of a machine shop, which is consisted of movement and lighting loads. This essay is divided into two parts. In the first part, which is the introduction, all the essential theoretical information for calculating and designing a Substation is given. More specific, there is an analysis of the means of connection-disconnection and Middle Voltage protection structures, as well as the equipment for The M/V network. There is a presentation of the types of supplying private Substations and the proper grounding methods which protect people who work at them or stand close to them from dangerous types of voltages. Also the necessary protection of the Substation from overvoltage is mentioned. The technical characteristics, and the ways to select and to protect the Transformers, whose role is to transform the Middle Voltage to Low Voltage are presented next. There is a reference to the M/L Voltage cables and to the means of connection-disconnection and Low Voltage protection structures. Furthermore there is a description of the electrical boards, in which the means of connection and protection are placed. The necessity for counterbalancing the reactive power is highlighted and also the fire protection systems and the obligatory maintenance of the Substation are referred. Concluding the first part there is a presentation of the information needed to estimate electrical installations of industrial buildings, which are composed of motion and lighting installations. In the second part, there is an installation study for motion and lighting of a machine shop as well as a case study of the different structures available for setting up a private Substation M/L Voltage type A1 that will provide electrical power. Then there are three drawings. The first is about placing the different types of product machines of the machine shop, the ground plan of the M/V Substation’s building and the monoline diagram, in which all the essential information for constructing the electrical board and designing the electrical installation are showed.

Γείωση είναι η αγώγιμη σύνδεση ενός σημείου κάποιου κυκλώματος ή ενός μη-ρευματοφόρου μεταλλικού αντικειμένου μιας εγκατάστασης με το έδαφος, με σκοπό να αποκτήσουν το ίδιο δυναμικό με τη γη, το οποίο θεωρείται –κατά σύμβαση- ίσο με μηδέν. Σκοπός ενός συστήματος γείωσης είναι να μεταφέρει και να διαχέει το ρεύμα σφάλματος στη γη, εμφανίζοντας τη μικρότερη δυνατή αντίσταση στη διέλευση του ρεύματος στον ελάχιστο δυνατό χρόνο. Με αυτόν τον τρόπο ελαττώνεται ο κίνδυνος ηλεκτροπληξίας και παρέχεται ασφάλεια κατά την εκδήλωση σφάλματος ή σε περίπτωση κεραυνού, τόσο για τους χρήστες όσο και για τον εξοπλισμό της ηλεκτρολογικής εγκατάστασης. Αποτελεί απαραίτητο τμήμα των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων για να εξασφαλιστεί η σωστή λειτουργία τους αλλά και η ποιότητα της παρεχόμενης ηλεκτρικής ισχύος. Τέλος παρέχει ένα δυναμικό αναφοράς για τα ηλεκτρικά σήματα στον τομέα των τηλεπικοινωνιών. Για να επιτευχθούν οι παραπάνω στόχοι πρέπει η αντίσταση γείωσης να έχει πολύ χαμηλή τιμή. Υπάρχουν περιπτώσεις που είναι αδύνατη η τοποθέτηση περισσοτέρων του ενός ηλεκτροδίου διότι η εργασία είναι αρκετά δαπανηρή , είτε λόγω της δομής του εδάφους, είτε λόγω του ανεπαρκή χώρου. Μια εναλλακτική μέθοδος που έχει αναπτυχθεί είναι η χρήση βελτιωτικών υλικών γείωσης γύρω από τα ηλεκτρόδια. Στην παρούσα διπλωματική εργασία τοποθετήθηκαν ηλεκτρόδια γείωσης στο χώρο του Πανεπιστημίου Πατρών και έγινε μέτρηση των αντιστάσεων τους, με σκοπό τη μελέτη της συμπεριφοράς διαφόρων βελτιωτικών υλικών γείωσης σε συνάρτηση με το χρόνο και τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Ειδικότερα η διπλωματική αυτή εργασία αποτελείται από τα εξής κεφάλαια: Στο κεφάλαιο 1 πραγματοποιείται μια αναφορά στην ορολογία και στις βασικές αρχές που διέπουν τα συστήματα γείωσης. Ακόμη γίνεται αναφορά στα είδη των ηλεκτροδίων γείωσης και στις διατάξεις που υπάρχουν. Δίνεται επίσης ο ορισμός της αντίστασης γείωσης και παρουσιάζονται οι μέθοδοι μέτρησης της τιμής της.Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται η έννοια και ο ορισμός της ειδικής αντίστασης εδάφους. Στην συνέχεια παρουσιάζονται οι παράγοντες που την ειδική αντίσταση επηρεάζουν και γίνεται αναφορά στους τρόπους μέτρησης της. Τέλος αναφέρονται τρόποι διόρθωσης της αντίστασης γείωσης σε περίπτωση που οι τιμές τις είναι εκτός των επιτρεπτών ορίων. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται αναφορά στα βελτιωτικά υλικά γειώσεων και στις βασικές αρχές που τα διέπουν. Επίσης παρουσιάζεται το βελτιωτικό που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διπλωματική εργασία. Στο κεφάλαιο 4 αναφερόμαστε στα όρια ασφάλειας που πρέπει να πληροί ένα σύστημα γείωσης. Περιγράφεται η αντίσταση του ανθρώπινου σώματος καθώς και οι παράγοντες που επιδρούν στην περίπτωση ηλεκτροπληξίας. Τέλος, με την βοήθεια των ισοδύναμων κυκλωμάτων κατά την διάρκεια του βραχυκυκλώματος δίνονται τα επιτρεπτά όρια τάσης επαφής και βηματικής τάσης. Στο κεφάλαιο 5 περιγράφεται η διεξαγωγή του πειράματος με αναφορά στην εγκατάσταση και στην διαδικασία μέτρησης των ηλεκτροδίων. Στην συνέχεια γίνεται επεξεργασία των μετρήσεων με χρήση διαγραμμάτων. Τελικά καταλήγουμε σε χρήσιμα συμπεράσματα και γίνονται κάποιες προτάσεις για προέκταση της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας. Τέλος, η διπλωματική εργασία ολοκληρώνεται με το Παράρτημα, στο οποίο δίνονται αναλυτικά οι πίνακες με τα μετεωρολογικά δεδομένα την περίοδο που πάρθηκαν οι μετρήσεις. / Grounding is the conductive connection of a circuit’s point, or of a non-current carrying metallic object of an installation to the ground, in order to obtain the same potential as the earth, which is, by convention, equal to zero. The objective of a grounding system is to transfer and dissipate the fault current to earth, showing the least possible resistance to the passage of current to the minimum possible time. Thereby decreasing the risk of electric shock and provide security in the event of error or in case of lightning, both for users and for the installation of electrical equipment. Finally, provides a reference potential for the electrical signals in the telecommunications sector. To achieve these objectives, the grounding resistance should have very low value. There are cases where it is impossible to insert more than one electrode because the process is quite expensive, either because of the structure of the soil, either because of insufficient space. An alternative method that has been developed is the use of ground enhancing compounds around the ground electrodes. In this diploma thesis grounding electrodes placed in the university of Patras and their resistance was measured, with the aim of studding the behavior of various materials ground improvement in relation to time and environmental conditions. The earthing system is an essential part of power networks, is required for correct operation of the electricity supply network and to ensure good power quality. Specifically this thesis consists of the following chapters: Chapter 1 includes a reference to the terminology and basic principles of grounding systems. Also is referring to the existing types of grounding electrodes and their arrangements. It also gives the definition of ground resistance and presents methods of measuring its value. Chapter 2 describes the concept and definition of soil resistivity. Then follow the factors that affect resistivity and are mentioned ways of measurement. Finally it is mentioned the way of improving the ground resistance if the measured values are unacceptable. Chapter 3 refers to the ground improvement materials and their principles. Also it is presented the ground enhancing compound which was used in this diploma thesis. Chapter 4 is referring to the safety limits of a grounding system. Therefore is described the resistance of the human body and the affecting in case of electric shock. Finally, with the help of equivalent circuits during short circuit the permissible values of touch and step voltages. Chapter 5 describes to the experiment procedure referring to the installation and the process of the measurements. Then follows the processing of the measurements with diagrams. Eventually we arrive at useful conclusions and made some suggestions for extension of this thesis.Finally, in the Appendix there are the meteorological data for the months during which the experiment took place.