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.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται οι υπερτάσεις ενός φωτοβολταϊκού πάρκου που βρίσκεται στην Πάτρα οι οποίες προκαλούνται από πλήγματα κεραυνών. Στην εργασία χρησιμοποιείται το λογισμικό EMTP-ATP όπου στην εξομοίωση συμπεριλαμβάνεται το πλέγμα γείωσης αλλά και οι βάσεις στήριξης μαζί με το συλλεκτήριο σύστημα. Ειδικότερα, η εργασία μπορεί να συνοψιστεί ως εξής: Στο 1ο κεφάλαιο περιγράφεται η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών. Παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά τους. Αρχικά περιγράφεται η Φ/Β κυψέλη και οι τύποι βιομηχανικής κατασκευής τους. Ακολούθως αναφέρεται η αρχή λειτουργίας του Φ/Β φαινομένου και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των Φ/Β κυψελίδων. Επίσης αναφέρονται οι κατηγορίες των Φ/Β συστημάτων και η δομή τους. Στο 2ο κεφάλαιο γίνεται λόγος στο φαινόμενο του κεραυνού. Αρχικά αναφέρονται τρία φαινόμενα που προκαλούν τα ηλεκτρικά φορτία στα νέφη και έπειτα τα είδη κεραυνικών εκκενώσεων. Παραθέτονται κάποια είδη κρουστικών υπερτάσεων από ατμοσφαιρικές υπερτάσεις κεραυνών και τα κύρια ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους. Τέλος, περιγράφεται ο κεραυνός σύμφωνα με τον κανονισμό IEC και επισυνάπτονται οι επιπτώσεις του που αφορούν υπερθερμάνσεις, μηχανικές καταπονήσεις και ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Στο 3ο κεφάλαιο παρουσιάζονται η μελέτη και ο σχεδιασμός συστημάτων αντικεραυνικής προστασίας. Η μελέτη περιέχει τις στάθμες προστασίας και τις μεταβλητές τις οποίες την καθορίζουν. Μετέπειτα υποδεικνύεται ο τρόπος επιλογής της στάθμης. Στον σχεδιασμό αναφέρονται οι ζώνες αντικεραυνικής προστασίας και τέλος περιγράφεται η εξωτερική και η εσωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας. Στο 4ο κεφάλαιο γίνεται εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας σε Φ/Β πάρκο στην Πάτρα. Περιγράφονται τα χαρακτηριστικά του επικείμενου Φ/Β πάρκου, η μελέτη και ο σχεδιασμός της αντικεραυνικής προστασίας του. Στο 5ο και τελευταίο κεφάλαιο, γίνεται η επιλογή του μοντέλου βάσεων στήριξης, πλέγματος γείωσης και κατακόρυφων ραβδών όπου και υπολογίζονται οι παράμετροι τους. Ακολούθως, γίνεται η εισαγωγή τους στο πρόγραμμα εξομοίωσης EMTP-ATP όπου εξετάζονται τρία διαφορετικά κυκλώματα. Το 1ο περιέχει μόνο το πλέγμα γείωσης συνδεδεμένο με τη βάση στήριξης αλλά και τους αγωγούς του συλλεκτηρίου συστήματος. Το 2ο περιέχει επιπρόσθετα από το πρώτο και ράβδους γείωσης των 2m (μία σε κάθε κόμβο του πλέγματος γείωσης όπου συνδέεται το συλλεκτήριο σύστημα) και το 3ο επιπρόσθετα από το δεύτερο ακόμα μία ράβδο γείωσης σε κάθε κόμβο του πλέγματος που συνδέεται το συλλεκτήριο σύστημα. Παρουσιάζονται οι γραφικές παραστάσεις και τα αποτελέσματα και των τριών κυκλωμάτων. Τέλος, εξάγονται τα συμπεράσματα, όσον αφορά τις τάσεις που αναπτύσσονται στους προς μελέτη κόμβους. / The present thesis studies the overvoltages of a solar park located in Patra caused by lightning strikes. In this work the EMTP-ATP software is used where the emulation includes the grounding grid and the support bases with the collector system. In particular, the paper can be summarized as follows: The 1st chapter describes the technology of photovoltaics and their characteristics are presented. Initially the PV cell and its industrial types are described. Then the principle of operation of PV phenomenon follows as well as the electrical characteristics of PV cells. The categories of PV systems and their structure are also listed. The 2nd chapter refers to the phenomenon of lightning. Originally referred to the three phenomenons that cause the electrical loads in the clouds and then sorts of lightning evacuations. Some types of impulse overvoltages from lightning atmospheric overvoltages and their main electrical characteristics are listed. Finally, the lightning in accordance with regulation IEC is described and the effects related to overheating, mechanical stresses and electromagnetic phenomenons are attached. The 3rd chapter presents the study and design of lightning protection systems. The study contains protection levels and variables which determine it. Later on, the way of choice of the level is indicated. In designing the lightning protection zones are refferred and finally the external and internal lightning protection installation are described. In the 4th chapter the lightning protection in a PV park in Patra is installed. It describes the features of the forthcoming PV park the study and design of lightning protection. In the 5th and last chapter, the choice of the model of support bases, grounding grid and vertical bars is been made where their parameters are calculated. Subsequently, by using the EMTP-ATP simulation programme three different circuits are examined. The first only contains the grounding grid connected to the base support but also, it contains the pipelines of the collector system. The 2nd contains in addition to the first grounding rods of 2 m (one on each node of the grounding grid where the collector system is connected) and the 3rd in addition to the first two grounding rods once on each node in the grid where the collector system is connected. The graphs and the results of all three circuits are presented. Finally, the conclusions are drawn, regarding the trends developed in to study nodes.

Στην διπλωματική αυτή μελετάται η επίδραση των ηλεκτρικών εκκενώσεων (κεραυνών) σε επιφάνειες ηλεκτροδίων, που αποτελούν μέρος συστήματος αντικεραυνικής προστασίας (ΣΑΠ). Στο Κεφάλαιο 1 αναλύεται το φαινόμενο των υπερτάσεων και των κεραυνικών εκκενώσεων. Το φαινόμενο των ηλεκτρικών εκκενώσεων, μελετάται σε εργαστήρια υψηλής τάσης, με διάκενα αέρος, ενώ στην συγκεκριμένη περίπτωση, το φαινόμενο των κεραυνών προσομοιώνεται με την διάταξη Ακίδα-Πλάκα. Μετά από μια σύντομη αναφορά στα διάκενα αέρος και τις εκκενώσεις, στο Κεφάλαιο 2 αναλύονται οι συνθήκες που επηρεάζουν τις εκκενώσεις, οπως διαστάσεις, αποστάσεις, ατμοσφαιρικές συνθήκες (υγρασία, θερμοκρασία, ατμοσφαιρική πίεση). Στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων χρησιμοποιούνται γεννήτριες υψηλών τάσεων που μας παρέχουν τάσεις σε επιθυμητό επίπεδο και επιθυμητή μορφή (στην συγκεκριμένη περίπτωση κρουστικά κύματα). Περιγράφεται σύντομα η κατασκευή της γεννήτριας του εργαστηρίου, τα κύρια χαρακτηριστικά της καθώς και ο τρόπος λειτουργίας που την διέπει. Στην συνέχεια (Κεφάλαιο 3), παρατίθενται οι συνήθεις τρόποι για προστασία κτιρίων, υποδομών και μηχανημάτων από ηλεκτρικές εκκενώσεις, ο τρόπος σχεδίασης του ΣΑΠ δηλαδή. Παρατίθενται οι μέθοδοι τοποθέτησης συλλεκτήριων αγωγών των ΣΑΠ, καθώς και οι τρόποι γείωσης που συναντώνται πιο συχνά και η επίδραση του περιβάλλοντος πάνω τους. Στην συνέχεια (Κεφάλαιο 4), μελετάται το αλουμίνιο (Al ) σαν υλικό χρησιμοποιούμενο σε ΣΑΠ. Αναλύονται τα βασικά χαρακτηριστικά του, συμπεριφορά του και οξείδωση του. Στο Κεφάλαιο 5 αναλύεται η διαδικασία επεξεργασίας των πλακών αλουμινίου, και οι μέθοδοι τεχνητής γήρανσης που ακολουθήθηκαν, ενώ στο Κεφάλαιο 6 περιγράφεται η πειραματική διαδικασία και ο τρόπος συλλογής και επεξεργασίας των μετρήσεων. Στο Κεφάλαιο 7 καταγράφονται οι μετρήσεις που ελήφθησαν σε διάφορες πλάκες αλουμινίου, με διαφορετικές διαδικασίες τεχνητής γήρανσης,για διαφορετικά διάκενα (αποστάσεις), καθώς και για διαφορετικές ατμοσφαιρικές συνθήκες, που δείχνουν την συμπεριφορά των πλακών , υπό διαφορετικές συνθήκες γήρανσης και λειτουργίας. Τέλος, στο Κεφάλαιο 8 γίνεται η σύνοψη της πειραματικής διαδικασίας και η παράθεση των αποτελεσμάτων της μελέτης. / The main subject this project is the effect of electric discharge (lightning) on the surfaces of electrodes, that are part of a Lightning protection System (LPS). In Chapter 1, we study the phenomenon of electric-surge (hyper-voltage) and lightning discharge. Lightning Discharges are studied in High-Voltage Laboratories with the help of test air-gaps and in this particular situation, lightning is simulated by a spike-plate setup. After a short report on air-gaps and discharges, the conditions that effect discharges are analyzed in Chapter 2 (i.e moisture, temperature, air pressure). In our High-Voltage Lab we use high-voltage generators that provide voltages of desired level and form (here, shock-waved voltages). The lab's generator is shortly described, its main characteristics and its operation. In Chapter 3, we meet the most often used ways of protecting buildings, infrastructures and machinery against electric discharges and the way an LPS is designed. The methods of mounting lightning collectors (lighting protection components - LPCs) are listed, as well as the methods of grounding the LPS and the environmental effect on them. In Chapter 4 Aluminium (Al) is studied, as a material used in LPS. Its basic characteristics, behavior and oxidation are analyzed. In Chapter 5, the plates processing procedures are described, as well as the artificial-ageing methods used in the experiment, whereas in Chapter 6 the experimental procedure and the collection and processing of measurements is analyzed. The measurements of discharges on different aluminium plates are recorded in Chapter 7, with different artificial-ageing processes used, different gaps (distance), and different atmospheric conditions, showing the behavior of the plates under various operating conditions and ageing. Finally, in Chapter 8 there is the summary of the experimental procedure and the presentation of the study results.

Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας γίνεται αναφορά και μελέτη στις επαγώμενες υπερτάσεις σε δίκτυα διανομής Χαμηλής Τάσης, όταν αυτές προκαλούνται από πτώση κεραυνού στις γραμμές μεταφοράς. Παράλληλα, γίνεται μελέτη της συμπεριφοράς ενός τύπου απαγωγέων υπερτάσεων (SPDs), ως μέρος του εσωτερικού συστήματος αντικεραυνικής προστασίας μιας εγκατάστασης. Όλα τα παραπάνω έγιναν μέσω προσομοιώσεων που πραγματοποιήθηκαν με χρήση του λογισμικού ATP – EMTP. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη της αποτελεσματικότητας των απαγωγέων υπερτάσεων όσον αφορά την προστασία οικιακών καταναλωτών και η εξαγωγή παρατηρήσεων όσον αφορά την επιρροή των διαφόρων χρόνων μετώπου και ουράς ενός κεραυνού στην δημιουργία και εξάπλωση υπερτάσεων. Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο, περιγράφεται το φυσικό φαινόμενο του κεραυνού, τα είδη του, ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων και τα φυσικά χαρακτηριστικά του. Επίσης γίνεται αναφορά στους παράγοντες που τον επηρεάζουν, αλλά και μια σύντομη παρουσίαση των επιπτώσεων των κεραυνικών πληγμάτων. Στο δεύτερο κεφάλαιο δίνεται μια συνοπτική εικόνα των δικτύων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, και γίνεται εκτενέστερη αναφορά στις γραμμές μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, τα χαρακτηριστικά τους και τον τρόπο μοντελοποίησής τους. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις υπερτάσεις και τις αιτίες από τις οποίες προκαλούνται. Στο τέταρτο κεφάλαιο κάνουμε μια εισαγωγή στους απαγωγείς υπερτάσεων και αναφορά στα χαρακτηριστικά τους, την τοποθέτηση, τον συγχρονισμό και τα διαφορετικά είδη τους. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται το μοντέλο που σχεδιάσαμε ώστε να πραγματοποιηθούν οι προσομοιώσεις, ο υπολογισμός των στοιχείων και των παραμέτρων του και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα και οι γραφικές παραστάσεις των μεγεθών που προέκυψαν από τις δοκιμές, καθώς και τα συμπεράσματα που εξήγαμε. Τέλος παρατίθεται ένα παράρτημα όπου περιγράφεται εν συντομία το λογισμικό ATP – EMTP, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τις προσομοιώσεις / In this thesis reference and study is made concerning the induced over-voltages in Low - Voltage distribution networks, when such are caused by lightning strikes on the transmission lines. In parallel, there is made study of the behavior of one type of Surge Protection Devices (SPDs), as part of an internal lightning protection system. All of the above came as a result of simulations using the ATP – EMPT software. The main objective of this thesis is to study the effectiveness of surge arresters concerning the protection of home consumers (loads) and the observation of the impact of various lightning types in the emergence and spreading of over-voltages. Chapter 1 describes the natural phenomena of lightning, its categories, the mechanism of atmospheric discharges and natural features. There is also reference to the factors that affect such phenomena and the consequences of lightning strikes. Chapter 2 makes an introduction to the electrical energy distribution networks and a more detailed reference to the transmission lines, their characteristics and the way that can me modeled. Chapter 3 makes a reference to over-voltages and the reasons they are caused. Chapter 4 introduces the various types of surge arresters, their characteristics, installation and synchronization. Chapter 5 describes the model we designed in order to make the simulations and the calculation of its parameters and elements. In addition, the simulation results and graphs are presented along with our conclusions. Finally an appendix is cited, describing the basics of ATP – EMTP, the simulation software we used to study our case.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η στατιστική ανάλυση των πληγμάτων των κεραυνών στην Ελλάδα κατά τα τελευταία τέσσερα χρόνια (2011-2014). Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το φαινόμενο του κεραυνού, τα είδη των κεραυνών και τα φυσικά χαρακτηριστικά του, ενώ στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι επιπτώσεις των κεραυνών. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τον ηλεκτρονικό κυρίως τύπο της χώρας, και τα οποία σχετίζονται με τους θανάτους και τους τραυματισμούς ανθρώπων, τους θανάτους ζώων, τις πυρκαγιές και τα πλήγματα σε εγκαταστάσεις, κτήρια και αεροπλάνα που οφείλονται σε πτώσεις κεραυνών για την χρονική περίοδο που εξετάστηκε. Τα στοιχεία έχουν κατανεμηθεί σε έτη, μήνες και ημέρες των συμβάντων. Επιπλέον, εισάγεται ο σχετικός συντελεστής θανάτων από κεραυνούς Dr, ο οποίος εκφράζει το σχετικό αριθμό θανάτων εξαιτίας κεραυνού σε μια χώρα ή περιοχή λαμβάνοντας υπ’ όψιν τον πληθυσμό, την έκταση και την δραστηριότητα των κεραυνών (Ng). Αυτός ο συντελεστής θα μπορούσε να είναι ένα κριτήριο για την αποτελεσματικότητα των μέτρων προστασίας από κεραυνούς, καθώς και για τα αποτελέσματα των εκπαιδευτικών και ενημερωτικών εκστρατειών για την προστασία από τους κεραυνούς. Από την ανάλυση των δεδομένων για τους θανάτους ανθρώπων εξαιτίας κεραυνού συμπεράναμε ότι έχουμε ένα μέσο όρο των 2,25 απωλειών ανά έτος (9 απώλειες συνολικά) και ότι το 77,8% των συμβάντων σημειώθηκαν κατά τους μήνες του μεσοκαλόκαιρου (Μάιος-Σεπτέμβριος), με τον Σεπτέμβριο να είναι ο μήνας με τα περισσότερα συμβάντα. Όσον αφορά τους τραυματισμούς από κεραυνικά πλήγματα, έχουμε ένα μέσο όρο των 3,75 τραυματιών ανά έτος, με το 40% των συμβάντων να τοποθετείται χρονικά κατά τη διάρκεια των μηνών του μεσοκαλόκαιρου, και με τον Νοέμβριο να είναι ο «χειρότερος», σε πλήθος περιστατικών, από τους δώδεκα μήνες. Κατά την τετραετή περίοδο καταγράφηκαν 979 θάνατοι ζώων σε μόλις 9 περιστατικά κεραυνικών πληγμάτων, με τον μέσο όρο να ανέρχεται σε 244,75 θανάτους ζώων ανά έτος. Το 60,2% των θανάτων αυτών σημειώθηκε τον Αύγουστο, ενώ συνολικά τους μήνες του μεσοκαλόκαιρου σημειώθηκε το 96,2% των θανάτων ζώων. Οι πυρκαγιές που σημειώθηκαν ήταν 45, αριθμός που αντιστοιχεί σε έναν μέσο όρο 11,25 πυρκαγιών ανά έτος, με το 62,2% αυτών να είναι δασικές. Το μεγαλύτερο ποσοστό των πυρκαγιών σημειώθηκαν κατά τους μήνες του μεσοκαλόκαιρου (73,4%). Ο μέσος όρος των πληγέντων εγκαταστάσεων από κεραυνό ανήλθε σε 9,5 ανά έτος (38 συμβάντα συνολικά), με τα περισσότερα περιστατικά να έχουν καταγραφεί τον Οκτώβριο. Τα κτήρια τα οποία επλήγησαν από κεραυνό ανήλθαν σε 23 με μέσο όρο 5,75 ανά έτος. Επιπλέον, καταγράφηκαν 5 κεραυνικά πλήγματα σε αεροσκάφη κατά την τετραετία που εξετάσθηκε, με το 80% των πληγμάτων να έχουν καταγραφεί κατά τους μήνες που έχουμε τις περισσότερες καταιγίδες στην Ελλάδα. Επίσης, έγινε η κατανομή των συμβάντων όλων των κατηγοριών στις ημέρες της εβδομάδος, χωρίς όμως να βγει κάποιο ενδιαφέρον συμπέρασμα. Τέλος, στο παράρτημα παρουσιάζονται λεπτομερώς τα συμβάντα, όπως καταγράφηκαν από την εκάστοτε πηγή. / This project presents the statistical analysis of lightning strikes in Greece over the last four years (2011-2014). The first chapter describes the phenomenon of lightning, types of lightning and its natural features, while the second chapter outlines the implications of lightning. The third chapter analyses the data, that were collected mainly from the country’s electronic media, concerning deaths, injuries, animal deaths, fires, strokes at facilities, structures and airplanes due to lightning for the time period examined. The data are based on distribution in years, months and days of occurrence. Furthermore, the relative lightning death indicator Dr is introduced, that expresses the relative number of lightning deaths in a country or region taking into account its population, its area and the lightning activity Ng. This indicator could be a criterion for the effectiveness of lightning protection, and for the outcomes of education and information campaigns for the protection from lightning. From the data analysis on lightning deaths we have concluded an average of 2.25 casualties per year (9 total loss) and that 77.8% of the incidents occurred during the months of Midsummer (May-September), with September being the month with most deaths. Regarding injuries from lightning strikes, we have an average of 3.75 injuries per year, while 40% of incidents have taken place during the months of Midsummer, and November being the "worst" of the twelve months in number of incidents. During the four-year period, 979 animal deaths were recorded in just 9 incidents of lightning strikes, with the average standing at 244.75 animal deaths per year. 60.2% of these deaths occurred in August, while during the months of Midsummer occurred 96.2% of total animal deaths. The fires that occurred were 45, corresponding to an average of 11.25 fires per year, with 62.2% of them being forest fires. The majority of fires occurred during the months of Midsummer (73.4%). The average of affected facilities from lightning reached 9.5 per year (38 incidents in total). The most incidents have been recorded on October. The structures which were hit by lightning amounted to 23 with an average of 5.75 per year. Moreover, 5 lightning strikes to aircraft were recorded over the four years examined, with 80% of these strikes occurring during the months that we have the most storms in Greece. The distribution of events of all categories in the days of the week is also presented, but we did not get to an interesting conclusion. Finally, in the annex the events are presented in details, as recorded by each source.

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.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η ικανότητα συμπεριφοράς γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης έναντι κεραυνών. Αρχικά γίνεται μια ιστορική αναδρομή για τον κεραυνό. Στη συνέχεια, εξετάζονται οι κεραυνοί και παρατίθενται μια ενδελεχής παρουσίαση των ειδών των κεραυνικών αλλά και των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων, προχωρώντας μετά στην αναφορά των κύριων χαρακτηριστικών των κεραυνών, των αποτελεσμάτων τα οποία προκαλούν, αλλά και των παραμέτρων από τις οποίες εξαρτώνται και χαρακτηρίζονται. Έπειτα, γίνεται μια αναλυτική περιγραφή των γραμμών μεταφοράς, παρουσιάζοντας τις κατηγοριοποιήσεις στις οποίες υπόκεινται, με κύρια κριτήρια αυτών να είναι η ονομαστική τάση υπό την οποία είναι φορτισμένες, το μήκος αλλά και την ικανότητα τους στην μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, γίνεται αναφορά στις καταπονήσεις τις οποίες δέχονται οι γραμμές αλλά και στην μόνωση, όπως και στα χαρακτηριστικά τους. Παρακάτω, βλέπουμε ποια είναι τα κύρια είδη σφαλμάτων στις εναέριες γραμμές μεταφοράς και από ποιες αιτίες αυτά προκαλούνται. Το επόμενο κεφάλαιο πραγματεύεται τη μόνωση των γραμμών αλλά και τα κεραυνικά πλήγματα, ενώ εξετάζονται οι μηχανισμοί που προκαλούν την παραγωγή υπερτάσεων στις γραμμές. Έπειτα, για το καθορισμό της θέσης του αγωγού προστασίας της γραμμής παρουσιάζονται οι μέθοδοι της μέγιστης γωνίας και η ηλεκτρογεωμετρική μέθοδος. Στο προτελευταίο κεφάλαιο , υπάρχει μια εκτενής αναφορά στο πρόγραμμα ATP-EMTP και τα στοιχεία του. Τέλος, παρουσιάζεται μια εξομοίωση μιας γραμμής μεταφοράς υψηλής τάσης με τη χρήση του συγκεκριμένου προγράμματος και κυρίως του γραφικού προεπεξεργαστή του , που είναι το πρόγραμμα ATPDraw. Η εξομοίωση αυτή έγινε για διαφορετικών εντάσεων κεραυνικά ρεύματα τα οποία πλήττουν τον αγωγό προστασίας της γραμμής, και μελετά τις παραγόμενες υπερτάσεις σε τέσσερα διαφορετικά σημεία αυτής και το βαθμό επικινδυνότητάς τους. / In this diploma thesis is studied the ability to conduct high voltage transmission lines against lightning. Initially, there is a little historical background to the lightning. Afterwards there is a study about lightning and it is provided a thorough presentation of the types of lightning and atmospheric discharges, moving afterwards to the reference of the main lightning features, the results that they rise, as well as the parameters that they depend on and described from. Next, a more detailed description of the transmission lines, showing the classifications in which they are subject to, with main criteria, the nominal voltage in which they are charged, the length, but also their ability of electricity transmission. Moreover, there is a reference to the stresses, in which the lines are subjected to, as well as their insulation level and their characteristics. Below, we can see what the main types of outages in air transmission lines are and which are the causes that generate them. The next chapter deals with the isolation of lines, as well as with lightning strokes and described the mechanisms which cause the overvoltages on transmission lines. Then, in order to determine the position of the line protection conductor , the maximum angle method as well as the electrogeometrical method are presented. The fifth chapter contains an extended reference to the ATP-EMTP program and its components. Finally, a simulation of a high voltage transmission line is represented, with the use of this program and mainly its graphic preprocessor, which is the program ATPDraw. This simulation has been done for different intensities of lightning currents, which strike at the protection conductor of the line,and it is also studying overvoltages at four different points and the risk rate.

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.

Σε αυτή την διπλωματική εργασία θα γίνει μελέτη της συμπεριφοράς γραμμών διανομής σε καταπονήσεις από κεραυνούς. Η πτώση ενός κεραυνού είτε απευθείας πάνω στο δίκτυο είτε κοντά σε αυτό προκαλεί βίαιες μετακινήσεις φορτίων μέσα στο δίκτυο υπό την μορφή ρεύματος Ι, πολλών (kA). Τα φορτία οδεύουν κατά μήκος των γραμμών και κατά τις δυο διευθύνσεις με τη μορφή οδεύοντων κυμάτων τάσεως και αντίστοιχου ρεύματος, μέχρις ότου εξαφανισθούν λόγω απόσβεσης ή διαρροής ή διάσπασης της μονωτικής ικανότητας των γραμμών. Η τάση που επάγεται (V=I*Z) συνήθως υπερβαίνει την κρουστική τάση αντοχής των μονώσεων του δικτύου και, αν δεν υπάρχει κατάλληλη προστασία της γραμμής προκαλεί διάσπαση της μόνωσης. Έτσι η στάθμη αντοχής της μόνωσης π.χ. των μετασχηματιστών, των διακοπτών κτλ. του δικτύου, πρέπει να είναι σημαντικά ανώτερη από την στάθμη της τάσεως, που μπορεί να εγγυηθεί η προστασία, που παρέχουν τα μέσα προστασίας. Η ηλεκτρική μόνωση στα περισσότερα συστήματα διανομής δεν είναι ομογενής. Η στάθμη μόνωσης (BIL) σε ένα δοσμένο τμήμα γραμμής μεταβάλλεται ευρέως. Επιπλέον οι γραμμές διανομής είναι σύνθετα ηλεκτρικά κυκλώματα τα οποία δεν είναι εύκολο να προσαρμοστούν σε κάποιο συγκεκριμένο μαθηματικό μοντέλο και να αναλυθούν για να προσδιορίσουμε τη στάθμη μόνωσης. Όμως οι μέθοδοι που προτείνονται σε αυτή τη διπλωματική εργασία είναι μαθηματικά απλές και αποδεικνύουν μόνο κατάλληλες προσεγγίσεις για τον σχεδιασμό των πιο συνήθων γραμμών διανομής. Ο σχεδιασμός της προστασίας από κεραυνούς σε γραμμές διανομής γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τα εξής αποτελέσματα. 1. Τον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που θα συμβούν σε μια γραμμή διανομής όταν αυτή πλήττεται άμεσα από κεραυνούς. 2. Τον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που θα συμβούν εξαιτίας των πληγμάτων κεραυνών σε γειτονικό έδαφος. Στο πρώτο μέρος της εργασίας αναφέρεται η ΙΕΕΕ οδηγία για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Σκοπός της είναι να παρουσιάσει εναλλακτικές λύσεις για τη μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές. Συγκεκριμένα θα προσδιοριστεί 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 επίσης και η προστασία των γραμμών με αλεξικέραυνα. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, θα αναπτυχθεί η καταγραφή σφαλμάτων και βλαβών λόγω πτώσεως κεραυνών στο δίκτυο της Μ.Τ. σε μετασχηματιστές καθώς και στις γραμμές διανομής Μ.Τ. κατά το έτος 2009-2010 στην περιοχή της Θήβας και γίνεται η συσχέτισή τους με τα θεωρητικά αποτελέσματα. / In the present "Diploma thesis", the behavior of the electric distribution lines under lightning strikes will be studied. A lightning strike,directly on an electric distribution line or indirectly nearby the line, will cause a violent charge movement.Which is actually current (many kA) propagating on the distribution line.The charges are traveling along the distribution line on both directions as traveling waves of voltage and current, until they disappear because of dumping,leakage or breakdown of the insulation ability of the line. The induced voltage (V=I*Z) exceeds the maximum impulse voltage that an insulation can afford, and if a protection is not present an insulation breakdown could be caused. Thus, B.I.L of transformers, switchers e.t.c of a distribution system has to be greater than the voltage level, which the protection can warrantee,and the protection utilities can provide. In most electrical distribution systems the electrical insulation is not homogeneous. B.I.L differentiates for a specific electrical transmission line. Furthermore,distribution lines are complex electrical circuits for which is difficult to be described and analyzed by a mathematical model in order to determine the insulation level. But in this diploma thesis, the mathematical models which are used are simple and proofing only the proper approximations for the design of the most common transmission lines. The design of lightning protection for transmission lines take care the following results. 1. The number of short-circuits that will occur in a transmission line if stroked direct by lightning. 2. The number of short-circuits that will occur in a transmission line if stroked indirect (in the nearby ground) by lightning. In the first part of this thesis is dedicated to the IEEE standard for the behavior of the overheaded electrical transmission lines. The purpose is to present alternative solutions in order to reduce short-circuits caused by lightning strokes. Specifically,the behavior of the overheaded electrical distribution lines when a lighting stroke (lightning stroke and induced voltage),the insulation level of the lines, the protection of the distribution lines with an over-running earth wire and the protection of the lines with surge diverters will be specified. In the second part of this thesis ,the faults and breakdowns caused by lightning strikes on the middle voltage (M.V) transformers and distribution lines,in 2009-10,at Thiva area will be presented and associated with theoretical results.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αναφορά των επιπτώσεων που προκαλούν οι κεραυνοί σε διατάξεις χαμηλής τάσης και o τρόπος, με τον οποίο ο άνθρωπος μπορεί να προστατέψει μια κατασκευή. Ώς μοντέλο, για να διαπιστωθεί αν η θεωρία μπορεί να γίνει πράξη, χρησιμοποιήθηκε ένα υπάρχον κτιριακό συγκρότημα που βρίσκεται σε περιοχή της Κύπρου, όπου κατά τη διάρκεια κεραυνικών πληγμάτων σημειώνονταν ηλεκτρολογικές ζημιές. Η μελέτη έγινε σύμφωνα με τους ισχύοντες διεθνείς κανονισμούς αντικεραυνικής προστασίας και τη σχετική βιβλιογραφική θεωρία. Μετά τη μελέτη και τον υπολογισμό όλων των υπολοίπων τμημάτων που απαρτίζουν το σύστημα αντικεραυνικής προστασίας ακολουθεί η σχεδίαση του στο πρόγραμμα σχεδίασης AutoCAD. Τέλος, με εξομοίωση του ισοδύναμου κυκλώματος, του ΣΑΠ, στο λογισμικό πρόγραμμα EMTP-ATP, μελετάται η μεταβατική συμπεριφορά του συστήματος γείωσης για να κριθεί αν το σύστημα που σχεδιάστηκε είναι αποτελεσματικό ή όχι. Το προτεινόμενο σύστημα αντικεραυνικής προστασίας όπως παρουσιάζεται στην πιο κάτω διπλωματική εργασία σύμφωνα με τα αποτελέσματα, μπορεί να παρέχει μια αξιόπιστη και ασφαλή λειτουργία του κτιριακού συγκροτήματος χωρίς περαιτέρω ζημιές. / The main subject of this thesis is the study and designing of a lighting strike protection system in an existing building complex. In addition, the consequences of lighting strikes in buildings are studied and what someone can do to protect buildings. In order to apply the theory in practice, an existing building complex located in Cyprus, is used as a model in order to design the lighting protection system, since damages were observed during several lighting strikes the last few years. The study and the design of the protection system is made by following the national lighting strike protection rules and theory presented in existing literature. The study and calculations of the other parts that belong to the complete lighting strike protection system are followed by the designing of the complete system in Autocad. Moreover, a study of the transient behaviour of the Earth-termination system is done via the simulation of the building complex by using the EMTP-ATP software. It is important to mention that the phenomenon of ionization is consider as well in this step. The proposed lighting protection system as it is presented in this thesis and according to the results, can provide a reliable and safe operation of the building complex without any further damages.