- / -

- / -

Κατά την μελέτη ηλεκτρικών μεγεθών υπό μη-ημιτονοειδείς συνθήκες ιδιαίτερο αντικείμενο αποτελούν τα φαινόμενα που σχετίζονται με την ισχύ. Οι γνωστές προσεγγίσεις για την ισχύ σε ημιτονοειδή κατάσταση δεν επαρκούν και είναι εσφαλμένες. Η παρουσία ανώτερων αρμονικών καθώς και η ασυμμετρία τάσεων και ρευμάτων μας αναγκάζει σε μια διαφορετική προσέγγιση της ηλεκτρικής ισχύος. Έτσι γίνεται εύκολα κατανοητό γιατί έχει ενταθεί η ανάγκη να ορισθούν ορθώς οι συνιστώσες ισχύος ώστε  να περιγράψουμε τα φυσικά φαινόμενα ισχύος και τις ιδιότητες των κυκλωμάτων παρουσία αρμονικών  να αντισταθμίσουμε κάποιες συνιστώσες ώστε να επιτύχουμε διόρθωση του συντελεστή ισχύος  να μετρηθούν κάποιες ποσότητες για την διαμόρφωση κατάλληλου τιμολογίου ηλεκτρικής ενέργειας  να χρησιμοποιηθούν για τον καθορισμό της ονομαστικής ισχύος των συνιστούντων στοιχείων του εξοπλισμού (π.χ. καλώδια , μετασχηματιστές, γεννήτριες κ.τ.λ.)  να καθορισθούν δείκτες για την επίπτωση των αρμονικών στον εξοπλισμό. Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με κάποια από τα παραπάνω ζητήματα και περιλαμβάνει τα κάτωθι κεφάλαια: Το Κεφάλαιο 1 αποτελεί μια γενική εισαγωγή του θέματος της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στο Κεφάλαιο 2 ορίζονται τα αρμονικά προβλήματα. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι κυριότερες θεωρίες ισχύος για μονοφασικά κυκλώματα παρουσία αρμονικών. Το Κεφάλαιο 4 αναφέρεται στην ισχύ σε τριφασικά συστήματα με τάσεις και εντάσεις ημιτονοειδείς. Το Κεφάλαιο 5 αναφέρεται στην στιγμιαία ισχύ σε μη-συμμετρικά ή/και μη-ημιτονοειδή τριφασικά συστήματα. Το Κεφάλαιο 6 αναφέρεται στην φαινόμενη ισχύ σε μη-συμμετρικά ή/και μη-ημιτονοειδή τριφασικά συστήματα. Το Κεφάλαιο 7 αναφέρεται στην ενεργό ισχύ σε μη-συμμετρικά ή/και μη-ημιτονοειδή τριφασικά συστήματα. Το Κεφάλαιο 8 αναφέρεται στην μη-ενεργό ισχύ σε μη-συμμετρικά ή/και μη-ημιτονοειδή τριφασικά συστήματα. Στο Κεφάλαιο 9 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την παρούσα διπλωματική εργασία. / -

Η παρούσα πτυχιακή εργασία αποσκοπεί στη διερεύνηση για ύπαρξη πιθανών υποκρυπτόμενων νέων στοιχείων στα ήδη υπάρχοντα δεδομένα, μέσω εκ νέου επεξεργασίας με το αναβαθμισμένο λογισμικό επεξεργασίας γεωφυσικών δεδομένων. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν από την περιοχή της Αρχαίας Μαντινείας, μια περιοχή που γεωγραφικά οριοθετείται κοντά στην πόλη της Τριπόλεως. Κατά την έρευνα στο πεδίο πραγματοποιήθηκε μια λεπτομερής συνδυαστική γεωφυσική διασκόπηση, με εφαρμογή σε αλληλουχία ηλεκτρικής και μαγνητικής έρευνας. / A detailed geophysical research applied on Archaeological region of Ancient Mantinea.The above investigation was the result of the collaboration between the Ancient service of Mantinea and the Department of Geology,Geophysiacal lab.Main objective of the above research was the detection of possible buried underground archaeological structures in a depth equal to 1.5 m.

- / -

Η παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο πρακτικής εργασίας σε εταιρία εγκατάστασης αυτόνομων και διασυνδεμένων φωτοβολταϊκών και αιολικών συστημάτων παραγωγής ισχύος την περίοδο Ιούλιος-Οκτώβριος 2011. Αποτελεί μία πραγματική τεχνική μελέτη ενός φωτοβολταϊκού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας διασυνδεμένου στο δίκτυο, ισχύος 100 kWp. Η εγκατάσταση του συγκεκριμένου σταθμού και πραγματοποιήθηκε από την εταιρία σε χωράφι στην περιοχή της Ανδραβίδας. Οι τιμές, ο εξοπλισμός, το τοπογραφικό διάγραμμα και οι φωτογραφίες που περιέχονται στην μελέτη αποτελούν πραγματικά στοιχεία και το τελικό αποτέλεσμα της εγκατάστασης είναι αυτό που παραδόθηκε στον πελάτη. Επίσης οι φωτογραφίες, οι μετρήσεις και οι καμπύλες στο τέλος της εργασίας αποτελούν πραγματικά στοιχεία που πάρθηκαν από την εγκατάσταση με σκοπό τον έλεγχο της σωστής λειτουργίας της. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μία σύντομη αναφορά στην ηλιακή ενέργεια, στα πλεονεκτήματα της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας και στους λόγους για τους οποίους η χρήση των φωτοβολταϊκών συστημάτων καθιερώνεται ολοένα και περισσότερο στην παραγωγής ενέργειας. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται το φωτοβολταϊκό φαινόμενο και τα βασικά στοιχεία για ένα ηλιακό κύτταρο όπως είναι το ισοδύναμο κύκλωμά του, η χαρακτηριστική του καμπύλη Ι-V, τα ηλεκτρικά του μεγέθη και το αποτέλεσμα σύνδεσης πολλών κυττάρων. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται το φαινόμενο hot spot, οι επιπτώσεις που αυτό μπορεί να έχει σε ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο και πώς αυτό αντιμετωπίζεται. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφεται η δομή και η λειτουργία που έχει κάθε φωτοβολταϊκός μετατροπέας και παρουσιάζονται οι πιο κοινές τοπολογίες μετατροπέων χωρίς μετασχηματιστή που χρησιμοποιούνται στα φωτοβολταϊκά συστήματα. Στο Κεφάλαιο 5 περιγράφεται το φαινόμενο της νησιδοποίησης σε ένα διασυνδεμένο φωτοβολταϊκό σύστημα, εξηγείται για ποιους λόγους είναι ανεπιθύμητο και παρουσιάζονται οι τρόποι ανίχνευσης και αποτροπής του. Στο Κεφάλαιο 6 περιγράφεται πλήρως όλη η διαδικασία της μελέτης της εγκατάστασης. Γίνεται μελέτη σκίασης, διαστασιολόγηση των φωτοβολταϊκών συστοιχιών και επιλογή του κατάλληλου εξοπλισμού για κάθε τμήμα της εγκατάστασης. Στο Κεφάλαιο 7 γίνεται η μελέτη για την κατασκευή της αντικεραυνικής προστασίας της εγκατάστασης. Με βάση τις αντίστοιχες παραμέτρους, επιλέγεται ο τρόπος που θα κατασκευαστεί το σύστημα προστασίας από τυχόν κεραυνικά πλήγματα. Τέλος στο Παράρτημα φαίνονται πραγματικές φωτογραφίες που έχουν τραβηχτεί με θερμοκάμερα και κάποιες ενδεικτικές μετρήσεις που έγιναν ώστε να ελεγχθεί ότι το σύστημα λειτουργεί σωστά με τη μέγιστη απόδοση. / The present state was made as part of practical exercise at a company that installs autonomous and grid connected photovoltaic and wind power generating systems in the period of July-October 2011. It is a real technical study of a photovoltaic generating power station connected to the grid, with nominal power 100 kWp. The installation of this station was made from the company at field in the area of Andravida. The values, the equipment, the topographic diagram and the photos that this project contains are real elements and the final result of the installation is what was given to the client. Moreover all the photos, the measurements and curves at the end of the project are also real and were taken from the station in order to verify that everything works correctly. In Chapter 1 is made a short reference to solar energy, to the advantages of photovoltaic technology and to the reasons that the use of photovoltaic systems is being more and more introduced in power generation. In Chapter 2 are presented the photovoltaic phenomenon and the basic elements of a solar cell such as its equivalent circuit, its characteristic I-V curve, its electric quantities and the result of many cells connection. In Chapter 3 is described the phenomenon of hot spot, the possible impact that it can have on a photovoltaic module and how it can be faced. In Chapter 4 is described the structure and function that every photovoltaic inverter has and are presented the most common transformerless topologies of the inverters that are used in photovoltaic systems. In Chapter 5 is explained what an islanding condition is at a grid connected photovoltaic system and why it is unwanted and are presented the methods of detection and prevention of such a condition. In Chapter 6 is described the complete procedure of the study of the system installation. Study for shade and photovoltaic arrays dimensioning are made and the appropriate equipment is chosen for every part of the system. In Chapter 7 is made the study for the construction of the installation’s lighting protection system. According to the corresponding parameters, is chosen the way that the protection system from any lighting blow will be constructed. Finally in Appendix are shown real photos that have been taken with thermal camera and some indicative measurements that were made to verify that the system works correctly with maximum efficiency.

Η γεωφυσική διασκόπηση αποτελεί μια τεχνική διερεύνησης που χαρακτηρίζεται ως μη καταστροφική, με δυνατότητα εφαρμογής σε μεγάλη πλειονότητα προβλημάτων. Πραγματοποιήθηκε γεωφυσική έρευνα με εφαρμογή ηλεκτρικής χαρτογράφησης, ηλεκτρικής τομογραφίας, γεωραντάρ και καταγραφών εδαφικού θορύβου σε περιοχή της Πανεπιστημιούπολης. Σκοπός ήταν η λεπτομερής γεωφυσική διερεύνηση για τον εντοπισμό γεωλογικών ασυνεχειών στον ευρύτερο χώρο του Πανεπιστημίου. Οι προαναφερόμενες τεχνικές εφαρμόστηκαν στο πεδίο σε προκαθορισμένα γεωφυσικά δίκτυα (κάνναβοι) που απείχαν μεταξύ τους απόσταση 100 μέτρων, με σάρωση επάλληλων διατομών παράλληλα και κάθετα στην διεύθυνση του γεωμαγνητικού Βορρά. Ως πρώτη τεχνική επιλέχτηκε η ηλεκτρική χαρτογράφηση με χρήση της δίδυμης διάταξης και άνοιγμα ηλεκτροδίων 0.5-3 μέτρων, που απέδωσε την κατανομή της ηλεκτρικής αντίστασης του εδάφους επί οριζόντιου επιπέδου. Ως δεύτερη τεχνική εφαρμόστηκε η ηλεκτρική τομογραφία. Με χρήση 25 συνευθειακών ηλεκτροδίων σε απόσταση 1 μέτρου, μέσω της διάταξης Wenner-Schlumberger, επιτεύχθηκε η καταγραφή της κατανομής της φαινόμενης ειδικής αντίστασης επί κατακόρυφου επιπέδου και σε 8 διαφορετικά βάθη. Μέσω του ειδικού λογισμικού Res2DINV, υπολογίστηκε η τιμή της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης, με δημιουργία μαθηματικού προτύπου δύο διαστάσεων βασιζόμενο στα ελάχιστα τετράγωνα. Με την βοήθεια του ειδικού λογισμικού Geosoft Oasis Montaj, πραγματοποιήθηκε η επεξεργασία των δεδομένων της ηλεκτρικής χαρτογράφησης και της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης. Ως αποτέλεσμα ήταν η παραγωγή έγχρωμων χαρτών κατανομής της ηλεκτρικής αντίστασης, ενώ από την δεύτερη τεχνική παρήχθησαν οριζόντιες κατόψεις της ειδικής αντίστασης σε ορισμένο βάθος καθώς και τρισδιάστατη απεικόνιση αυτής. Οι γεωφυσικές έρευνες με χρήση του γεωραντάρ και των καταγραφών εδαφικού θορύβου χρησιμοποιήθηκαν επικουρικά για να ταυτοποιήσουν τα παραγόμενα αποτελέσματα των ηλεκτρικών μεθόδων γεωφυσικής διασκόπησης. Από την ερμηνεία των παραγόμενων χαρτών έγινε σαφής ο εντοπισμός της υπάρχουσας γεωλογικής ασυνέχειας στην παραπάνω περιοχή και κατασκευάστηκε τρισδιάστατο μοντέλο απεικόνισης κατανομής της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης. / Geophysical prospecting is a non catastrophic technique, which is applicable on a wide range of problems, including archaeological, environmental and geological problems. At Campus University of Patras, a detailed geophysical investigation applied in order to detect possible geological discontinuities, which produced serious problems at buildings and main roads of the Campus. As main technique used the electric mapping and electric imaging, which applied on already prepared geophysical grids by measuring parallel profiles with direction along and perpendicular to the geomagnetic north, while the two geophysical grids were 100 meters away each other. Firstly, an electric mapping procedure took place by using twin-probe array with four electrodes in distance between 0.5-3 meters. As a result was the recording of soil resistance on horizontal layer with constant depth. By processing the data through Geosoft Oasis Montaj software, the distribution of soil resistance was illustrated on color scale maps. Secondly, electric imaging technique applied with twenty-five equal space electrodes along straight lines, with one meter space by using the hybrid arrangement Wenner-Schlumberger. As a result was the recording of distribution of soil apparent resistivity on a vertical layer in eight separated depths. Resistivity calculated by processing imaging data with 2D mathematical algorithm based on least squares inversion (Res2Dinv). Further processing by Oasis Montaj, had as a result the production of horizontal slices and 3D maps, where the resistivity distribution was illustrated on separated depths, in color and grey schedule format. The combined geophysical investigation with the aid of ground penetrating radar and the HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) technique confirmed the existence of geological discontinuity.

Διηλεκτρικά υγρά (έλαια) χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μόνωση κύριων τμημάτων του εξοπλισμού υψηλών τάσεων. Ειδικά τα φυτικά έλαια εμφανίζουν αυξανόμενο ενδιαφέρον έναντι των ορυκτών ελαίων, λόγω των ιδιαίτερων φυσικοχημικών χαρακτηριστικών τους (π.χ. υψηλότερη διηλεκτρική αντοχή, βιοδιάσπαση κτλ). Στην παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιήθηκε μελέτη ηλεκτρικών φαινομένων και φαινομένων οπτικής εκπομπής κατά τη διάρκεια καταπόνησης φυτικού ελαίου FR3TM σε ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε διαμόρφωση ηλεκτροδίων ακίδας-πλάκας (1 cm και 2 cm) και εφαρμόστηκε τυποποιημένη διακοπτική κρουστική υψηλή τάση. Μεταξύ άλλων, εξήχθησαν συμπεράσματα σχετικά με τη φάση προεκκένωσης εντός του ελαίου υποβαλλόμενου σε αυτό το ανομοιογενές πεδίο. Αυτά εμφανίζουν πρακτικό ενδιαφέρον αφού στον εξοπλισμό υψηλών τάσεων τα διάκενα είναι ομοιόμορφα σε λίγες μόνο περιπτώσεις. Η όλη πειραματική εργασία εκτελέσθηκε στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. / Dielectric liquids (oils) are widely used for the insulation of main parts of high voltage equipment. Especially, vegetable oils have increasing interest compared to mineral oils, due to their particular physicochemical features (e.g. higher dielectric strength, biodegradability etc). In the present diploma thesis, a study of electrical and optical emission effects was realized during the stressing of vegetable oil FR3TM in an inhomogeneous electric field. More specific, point-to-plane electrode configuration was used (1 cm and 2 cm) and standard switching high voltage was applied. Among other results, conclusions related to the pre-breakdown phase in the oil subjected to this inhomogeneous field were figured out. These conclusions have interest from the practical point of view since in the high voltage equipment the gaps are uniform in a few cases only. The experimental work as a unit was carried out in the High Voltage Laboratory of the Electrical and Computer Engineering Department of the Engineer Faculty of the University of Patras.

Ο εξοπλισμός και οι αγωγοί που μεταφέρουν την υψηλή τάση ακολουθούν συγκεκριμένες τιμές ασφάλειας και ελέγχου. Με τον όρο υπερτάσεις εννοούμε τις τάσεις που εμφανίζονται στα ηλεκτρικά δίκτυα και που συνήθως έχουν εύρος μεγαλύτερο από εκείνο της κανονικής τάσης λειτουργίας. Οι υπερτάσεις έχουν κατά κανόνα ανώμαλη μορφή και είναι ικανές να προκαλέσουν διηλεκτρικές καταπονήσεις μεγάλου μεγέθους στις μονώσεις ενός συστήματος. Κατά τον σχεδιασμό της μόνωσης ενός συστήματος υπάρχουν δύο εξαιρετικά σημαντικές παράμετροι που πρέπει να ληφθούν υπ’όψην από τους κατασκευαστές: 1) Ο καθορισμός της μορφής των τάσεων που καταπονούν την μόνωση 2) Ο καθορισμός της αντοχής της μόνωσης όταν υφίσταται καταπόνηση από συγκεκριμένες μορφές τάσεων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάλυση της καταπόνησης που υφίσταται διάκενο ακίδα-πλάκα συνολικού μήκους 6cm στο οποίο παρεμβλήθηκε μετακινούμενο διάφραγμα. Τα συμπεράσματα που εξήχθησαν αφορούν την μελέτη της τάσης διάσπασης και τον τρόπο με τον οποίο αυτή μεταβάλλεται σε σχέση με την γεωμετρία του διακένου αλλά και τις ατμοσφαιρικές συνθηκες. Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την ανάλυση της καταπόνησης που υφίσταται διάκενο ακίδας-πλάκας είναι ότι καθώς απομακρύνεται το διάφραγμα από την ακίδα η τάση διάσπασης μειώνεται. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι όσο πλησιάζει το διάφραγμα την ακίδα μειώνεται η τυχαιότητα του φαινομένου της διάσπασης πράγμα το οποιό σημαίνει πως ο σχεδιασμός ενός συστήματος μόνωσης δύναται να γίνει πιο ακριβής. Τέλος παρατηρείται ότι ανάμεσα σε σετ μετρήσεων με ίδια απόσταση διαφράγματος από την ακίδα υπάρχει μια απόκλιση στις τιμές της U50%. Αυτή η απόκλιση οφείλεται σε διάφορους παράγοντες. Ένας εξ’αυτών είναι η μικρή μεταβολή των ατμοσφαιρικών συνθηκών κατά την χρονική απόσταση που παρεμβλήθηκε ανάμεσα στα σετ μετρήσεων. Έναν δεύτερο παράγοντα αποτελούν οι πιθανές υπερπηδήσεις που συνέβησαν κατά την διάρκεια των επιβολών τάσης στο διάκενο. / The equipment and conductors that "carry" high voltage are taking specific values of security and control. Using the term, hyper-voltage, the researchers mean those voltages that appear in electricity networks and they usually have a width value greater than the normal operating voltage. Most of the times, hyper-voltages are typically have irregular form and they are capable of causing large dielectric stresses in the insulation of a system. When designing an insulation system there are two very important parameters that have to be taken under consideration by the manufacturers: 1) The determination of a voltage form that stresses the insulation equipment 2) The determination of the insulation resistance when there is strain from specific voltage forms. The purpose of this paper is to analyze the voltage stress that is happening in a 6cm gap of pin-plate which was inserted by removable diaphragm. The conclusions drawn are concerning the study of breakdown voltage and how it changes with respect to the geometry of the gap and the atmospheric conditions. One conclusion that arises from the stress analysis of the pin-plate gap is that when the diaphragm is moving away from the pin the breakdown voltage is decreasing. It is also worth noting that as the diaphragm is moving towards the pin, the breakdown phenomenon is becoming less random. This means that the design of an insulation system can be made more accurate. Another conclusion is related to the discrepancy in the values of U50% between different sets of measurements. The distance between the diaphragm and the spike is influencing the above observation. This discrepancy is due to several factors. The first factor is related to the small change of weather conditions during the different sets of measurements. The second factor is related to the possible jumps that occurred during the voltage imposition in the gap.

Η εργασία ξεκινά με την θεμελίωση βασικών εννοιών των εκκενώσεων και στη συνέχεια παρατίθενται οι κυριότερες ηλεκτρικές εκκενώσεις σε αέριο διάκενο. Ακολουθεί μια ιστορική αναδρομή του ηλεκτρικού ανέμου και μια εκτενής βιβλιογραφία πάνω στο θέμα αυτό καθώς και πρόσφατες εργασίες. Το θέμα της διπλωματικής εργασίας ήταν να παρουσιάσει μια δισδιάστατη μελέτη των ηλεκτρικών εκκενώσεων σε διάκενα με την χρήση υδροδυναμικών εξισώσεων, δίνοντας έμφαση α)στην δισδιάστατη εξομοίωση της «γένεσης» του streamer (κύμα ιονισμού) και της διάδοσής του σε διάκενο και β)την εξομοίωση του ηλεκτρικού ανέμου. Αναπτύχθηκαν δυο μοντέλα, ένα για τον streamer (μοντέλο Α) και ένα για τον ηλεκτρικό άνεμο (μοντέλο Β). Παρατίθενται αποτελέσματα και συμπεράσματα πάνω στα χαρακτηριστικά του streamer (ταχύτητα, πεδίο κεφαλής, … ) και του ηλεκτρικού ανέμου (ταχύτητα) σε σχέση με πειραματικά και θεωρητικά αποτελέσματα. Στο μοντέλο Α έγιναν εξομοιώσεις για διαφορετικές αρχικές συνθήκες και οι τιμές της ταχύτητας διάδοσης του streamer που προέκυψαν συμφωνούν με την βιβλιογραφία. Με κάποιες παραδοχές οι οποίες απλοποιούν την μελέτη του ανέμου και δεν παρεκκλίνουν από την φυσική του φαινομένου καταφέραμε να αναπτύξουμε το μοντέλο Β υπολογίζοντας την ταχύτητά του που συμφωνεί με την βιβλιογραφία. Αξίζει να αναφερθεί ότι η διπλωματική εργασία ανέδειξε τις δυνατότητες και αλλά και τις αδυναμίες του FlexPDE στην επίλυση δύσκολων διαφορικών εξισώσεων. / -