Σκοπός της εργασίας είναι η βιβλιογραφική ανασκόπηση όσον αφορά τη συμπεριφορά γραμμών μεταφοράς σε καταπονήσεις από κεραυνούς, την περιγραφή των μέσων προστασίας και εγκαταστάσεων της ΔΕΗ καθώς επίσης και την ανάλυση σφαλμάτων μιας πραγματικής γραμμής μεταφοράς λόγω πτώσεων κεραυνούστην περιοχή της Αχαΐας. / The purpose of work is the bibliographic examination, which concerns the lightning perfomance of electric power overhead distribution lines, the description protection's methods and installations of National Electricity Company, as well as faults analysis of real transmission line in the region of Achaia.

Η αντικεραυνική προστασία είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες για την προστασία ανθρώπων, κτιρίων, πλοίων κλπ. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των φαινομένων που ακολουθούν την πτώση ενός κεραυνού πάνω στην κατασκευή ενός πλοίου και η παρουσίαση των σημαντικότερων μεθόδων και τεχνικών που χρησιμοποιούνται για τον σχεδιασμό ενός αποτελεσματικού συστήματος αντικεραυνικής προστασίας πλοίου. Στο 1ο Κεφάλαιο γίνεται μία παρουσίαση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων της ατμόσφαιρας και των σημαντικότερων ειδών κεραυνικών εκκενώσεων. Επίσης, γίνεται περιγραφή του μηχανισμού δημιουργίας και ανάπτυξης του κεραυνού, των σημαντικότερων παραμέτρων του καθώς και των παραγόντων που τον επηρεάζουν. Στο 2ο Κεφάλαιο ορίζονται διάφορες φυσικές έννοιες που αφορούν την αντικεραυνική προστασία των πλοίων και περιγράφονται οι φυσικοί μηχανισμοί που εμφανίζονται κατά την διάρκεια ενός κεραυνικού πλήγματος αλλά και αυτοί που θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τον σχεδιασμό του συστήματος προστασίας. Στο 3ο Κεφάλαιο περιγράφεται λεπτομερώς: ο μηχανισμός αλληλεπίδρασης του κεραυνού με την κατασκευή πλοίου, τα φυσικά φαινόμενα που αναπτύσσονται, καθώς και οι κίνδυνοι που μπορεί να υφίστανται λόγω αυτών, και για τον άνθρωπο αλλά και για τα συστήματα του πλοίου. Στο 4ο Κεφάλαιο γίνεται μία αναλυτική παρουσίαση των σημαντικότερων μεθόδων για την εκτίμηση της ζώνης προστασίας ενός συστήματος αντικεραυνικής προστασίας, που είτε χρησιμοποιούνται στην πράξη είτε βρίσκονται ακόμα σε θεωρητικό επίπεδο. Επίσης, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της σύγκρισης των διαφόρων αυτών μεθόδων καθώς και μία βελτιωμένη έκδοση του μοντέλου της κυλιόμενης σφαίρας που προέκυψε από πειραματική μελέτη του εργαστηρίου υψηλών τάσεων του Πανεπιστημίου της πολιτείας του Μισσισσιππή. Στο 5ο Κεφάλαιο, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαίτερες απαιτήσεις αλλά και τις ιδιαιτερότητες που παρουσιάζει η αντικεραυνική προστασία των πλοίων, περιγράφονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που θα πρέπει να έχει ένα τέτοιο σύστημα με βάση τις πρόσφατες μελέτες. Τέλος, δίνονται πραγματικά παραδείγματα συστημάτων προστασίας που χρησιμοποιούνται σήμερα σε διαφορετικούς τύπους πλοίων. / Lightning protection is one of the most major factors in protecting people, buildings, ships, etc. The purpose of this project is the study of phenomena that follow a lightning strike on a ship and the presentation of the significant methods and techniques which are used to design an effective marine lightning protection system. In the 1st Chapter, the electrical properties of the atmosphere and the most major types of lightning discharges are presented. Moreover, the mechanism of the creation and development of lightning, its most important parameters and the factors that influence it are described. In the 2nd Chapter, various physical concepts relating to the lightning protection of ships are set out. Also, the physical mechanisms that occur during a lightning strike and those that should be taken into consideration on designing the system protection are described. In the 3rd Chapter are described in detail: the interaction mechanism of lightning with the ship, the natural phenomena that are caused by lightning and the risks that may develop because of them, not only for the people but also for the systems of the ship. In the 4th Chapter, is taking part a detailed presentation of the major methods for the assessment of the protection zone of a lightning protection system, which are used either in operation or are still at a theoretical level. Also, are presented the results of the comparison all of these methods and an improved version of rolling sphere model, which showed after the experimental study of the high voltage laboratory of the University of the state of Mississippi. In the 5th Chapter, taking into consideration the specific requirements and the specifities of marine protection, the special features of such a protection system, based on recent studies, are described. Finally, real examples of protection systems which currently used in different types of ships are given.

Η αιολική ενέργεια είναι μια ανανεώσιμη, «καθαρή» μορφή ενέργειας, που δε μολύνει το περιβάλλον και είναι ανεξάντλητη. Οι ανεμογεννήτριες βρίσκονται συνήθως σε τοποθεσίες με υψηλό υψόμετρο καθώς και σε επίπεδη ύπαιθρο, κάτι που δικαιολογεί τον υψηλό αριθμό κεραυνικών πληγμάτων, τα οποία προκαλούν πολλά προβλήματα στις εγκαταστάσεις. Ο κεραυνός αποτελεί ένα ατμοσφαιρικό ηλεκτρικό φαινόμενο το οποίο θα μπορούσε να ορισθεί ως μια μορφή ηλεκτρικής διάσπασης, χαρακτηριζόμενης από υψηλό ρεύμα, που συμβαίνει σε πολύ μεγάλα διάκενα. Για την καλλίτερη κατανόηση του φαινομένου αυτού, αρχικά περιγράφηκε η ηλεκτρική κατάσταση της γης και η ηλεκτρική συμπεριφορά των νεφών καθώς και οι επιπτώσεις των πληγμάτων των κεραυνών. Αυτά αφορούν στην ανθρώπινη ζωή και στις κατασκευές, στις οποίες διακρίνονται σε θερμικές, μηχανικές και ηλεκτρικές επιπτώσεις. Η αντικεραυνική προστασία των ανεμογεννητριών παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες, με σημαντικότερη την προστασία των περιστρεφόμενων πτερυγίων. Τα κεραυνικά πλήγματα επηρεάζουν αρχικά τα συστήματα ελέγχου, στη συνέχεια τα υπόλοιπα ηλεκτρονικά συστήματα και τελευταία τα πτερύγια και τους αισθητήρες. Τα μηχανικά τμήματα, όπως τα συστήματα πέδησης (αν υπάρχουν), τα μηχανικά φρένα και η ηλεκτρική γεννήτρια δεν επηρεάζονται σε υψηλό βαθμό. Καθώς ο ακριβής τρόπος που το κεραυνικό πλήγμα δρα πάνω στην ανεμογεννήτρια δεν είναι απόλυτα γνωστός, είναι απαραίτητο να βρεθούν ασφαλείς μέθοδοι αντικεραυνικής προστασίας των ανεμογεννητριών που να βασίζονται στο πρότυπο IEC 61400-24. Στο τρίτο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας παρουσιάζεται η δομή και τα χαρακτηριστικά λειτουργίας των ανεμογεννητριών. Η ανεμογεννήτρια αποτελείται από τρία βασικά μέρη, κάθε ένα από τα οποία αποτελούνται από άλλα επιμέρους δομικά στοιχεία. Τα τρία βασικά δομικά μέρη μιας ανεμογεννήτριας είναι η νασέλλα, ο πύργος και η βάση. Ο πλέον δημοφιλής τύπος ανεμογεννήτριας είναι ο οριζόντιος τύπος, ο οποίος χαρακτηρίζεται από ένα στροφέα τύπου προπέλας που στηρίζεται πάνω ένα οριζόντιο άξονα με δύο ή τρία πτερύγια. Η ολική ισχύς που υπάρχει στον άνεμο και μπορεί να δεσμευτεί με ένα ανεμοκινητήρα είναι: PA=1/2*p*S*V3. Διακρίνουμε τρεις ταχύτητες στην λειτουργία μιας ανεμογεννήτριας: α) την ταχύτητα έναρξης, β) την ονομαστική ταχύτητα και γ) την ταχύτητα αποσύζευξης. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι επιπτώσεις του κεραυνικού πλήγματος στις ανεμογεννήτριες. Στο σημείο αυτό γίνεται αναφορά στο πρότυπο IEC 61400-24 και κυρίως στις παραγράφους που αφορούν στα πτερύγια των ανεμογεννητριών. Εκτός από τις βλάβες στα πτερύγια που είναι τα πιο εκτεθειμένα μέρη της ανεμογεννήτριας το πλήγμα του κεραυνού έχει επιπτώσεις στα έδρανα κύλισης, στο κιβώτιο ταχυτήτων και στο ανεμόμετρο. Επίσης οι περιελίξεις της γεννήτριας και ο εξοπλισμός ελέγχου και παρακολούθησης μπορεί να υποστούν σοβαρές βλάβες. Οι επαγόμενες τάσεις είναι η τάση επαφής, η βηματική τάση και οι υπερτάσεις. Το πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο αφορά στην αντικεραυνική προστασία των ανεμογεννητριών. Αρχικά παρουσιάζεται η αντικεραυνική μέθοδος που εφαρμόστηκε από τους Παστρομά και συν. σε ένα αιολικό πάρκο στο Παναχαϊκό κοντά στην Πάτρα στην Ελλάδα [10]. Γίνεται υπολογισμός του επιπέδου προστασίας των ανεμογεννητριών με δύο τρόπους: α) εκτιμώντας την παράμετρο Nd για κτήρια που έχει ως μεταβλητή τον περιβαλλοντικό παράγοντα Ce και β) με το Nd να αφορά τις εκτιμήσεις για τις ανεμογεννήτριες έχοντας μια μεταβλητή, το ύψος της κατασκευής. Η παράμετρος E είναι ίδια και στις δύο περιπτώσεις. Στη συνέχεια περιγράφεται το σύστημα αντικεραυνικής προστασίας που εφαρμόζεται για την προστασία των πτερυγίων των ανεμογεννητριών, καθώς και τα αποτελέσματα πειραματισμών για την ανάπτυξη ενός υποδοχέα, ο οποίος να έχει επαρκή χωρητικότητα για «σκληρές» κεραυνικές συνθήκες [21]. Στα πειράματα για τη μελέτη των επιπτώσεων των κεραυνικών πληγμάτων σε πτερύγια, χρησιμοποιήθηκαν τρεις διαφορετικοί τύποι πτερυγίων, που διέθεταν τρείς διαφορετικούς τύπους υποδοχέων. Ο πρώτος τύπος διέθετε έναν στερεό μεταλλικό υποδοχέα στην άκρη του πτερυγίου, ο δεύτερος τύπος έναν κυκλικό υποδοχέα εγκατεστημένο στην πλευρά του πτερυγίου και ο τρίτος τύπος τρείς υποδοχείς. Ο ένας είχε σχήμα ράβδου και βρισκόταν στο άκρο του πτερυγίου και οι άλλοι ήταν μικροί μεταλλικοί υποδοχείς που βρίσκονταν και στις δύο επιφάνειες του πτερυγίου. Αυτοί οι τρείς τύποι υποδοχέων καλύπτουν τους περισσότερους τύπους που χρησιμοποιούνται γενικώς. Οι εύκαμπτες συνδέσεις στο εσωτερικό της νασέλλας προκαλούν μια παράκαμψη του ρεύματος του κεραυνού που καταλήγει στην βάση του πύργου. Οι ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούν δαχτυλίδια ολίσθησης για να συνδέσουν την καλωδίωση της γεννήτριας με την σταθερή καλωδίωση. Το μεταλλικό πλαίσιο μέσα στην νασέλλα είναι συνδεμένο με την βάση της ανεμογεννήτριας με 50mm2 με XLPE μονωμένα καλώδια. Η νασέλλα, τα ρουλεμάν εκτροπής και ο πύργος συνδέονται και καταλήγουν στη βάση του πύργου. Οι αγωγοί καθόδου χρησιμοποιούνται για να οδηγήσουν με ασφάλεια το ρεύμα του κεραυνού στο σύστημα γείωσης. Το σύστημα γείωσης θα πρέπει να οδηγεί το ρεύμα του κεραυνού και να προστατεύει το προσωπικό από πτώσεις τάσης επαφής και βηματικές. Το ανεμόμετρο προστατεύεται επίσης από κεραυνικά πλήγματα. Στη συνέχεια παρουσιάζεται μία οδηγία για αντικεραυνική προστασία ανεμογεννητριών στη Ιαπωνία η οποία συνοψίζει τα αποτελεσματικά μέτρα για την αντικεραυνική προστασία στις εγκαταστάσεις ανεμογεννητριών, με βάση το ρεύμα των κεραυνών του χειμώνα, τις εργαστηριακές δοκιμές εφαρμογής ρευμάτων υψηλής τάσης σε πτερύγια ανεμογεννητριών και τη μελέτη των κεραυνικών σφαλμάτων σε μονάδες παραγωγής αιολικής ενέργειας [27]. Τελειώνοντας παρουσιάζεται μια πρόταση για μια καινούργια έννοια ζωνών αντικεραυνικής προστασίας των πτερυγίων των ανεμογεννητριών, σύμφωνα με την οποία η άκρη του πτερυγίου θεωρείται ως διαφορετική ζώνη από το υπόλοιπο πτερύγιο [28]. / Wind energy is a renewable, "pure" form of energy that does not pollute the environment and is inexhaustible. Wind turbines are usually sited on high altitude as well as flat countryside, explaining the high number of reported direct lightning strikes. Lightning is an atmospheric electrical phenomenon, characterized by high current, which occurs in very large gaps. For a better understanding of this phenomenon, it is firstly described the electrical behavior of the Earth and the clouds. It is also described the effects of lightning strikes, which are related to human life and structures (thermal, mechanical and electrical effects). Lightning protection of wind turbines presents several difficulties; the main is the protection of the rotating blades. Lightning strikes have impact firstly on control systems, then the rest electrical system and lastly the blades and sensors. Mechanical parts like gearbox (if exists), mechanical brakes and the electric generator are not affected in high degree. Additionally, taking into account that the way a lightning strike acts on a wind turbine is not clear at this time, makes it necessary to find a quite safe method based on the basics of lightning protection of equipment and wind turbines according to IEC 61400-24. The third chapter presents the structure and operation of wind turbines. The wind turbine consists of three major parts, each of which consist of other sub-components. The three main components of a wind turbine are the nasella, the tower and the base. The most popular type is the horizontal wind turbine type, which is characterized by a propeller-type rotor, resting on a horizontal axis with two or three blades. The total power produced by the generator is: PA = 1/2 * p * S * V3. The three operating speeds of a wind turbine are a) Cut-in speed, b) Rated speed and c) Cut-out speed. The fourth chapter presents the effects of lightning strikes on wind turbines. Standard IEC 61400-24 describes lighting protection of wind turbines. The lighting strike firstly affects the blades. Also affects the bearings, the gearbox and the anemometer. The generator and the control system may be seriously damaged from a lighting strike. The fifth and last chapter describes the lightning protection of wind turbines. Firstly, a practical lightning protection method is presented which was applied by Pastromas et al [10] to a wind park sited on Panachaiko area, near Patras Greece. This method seems to minimize the risk of damages to the turbines from eventual lightning strikes. It derived considering the damage statistics, the consequences on energy production and the evaluation of the risk of lightning damage to a wind turbine, based on IEC 61400-24. Then, the lightning protection applied to protect the turbine blades is described, as well as the results of lightning experiments and simulations for various lightning receptors that are generally used in wind turbines, in order to develop the lightning receptor to protect wind turbine blades under hard lightning condition [21]. The flexible connections, to the internal of nacelle cause a lightning current bypass from the plate, around the blade bearing and the main bearings via the nacelle frame to the tower foundation. The slip ring is an electromagnetic device which allows the transmission of power from a stationary to a rotating structure and connects the turbine wiring to the fixed wiring. The metal frame in the nacelle is bonded to the wind turbine foundation with 50mm2 Cu with XLPE insulation wires. Nacelle, yaw rings and tower are connected and ending to the tower foundation. The down conductor in the tower base is connected with the tower and the grounding system, which is constructed inside the foundation of the tower. The grounding system should lead the lightning current and protect the personnel from contact and step voltage drops. The wind turbine has an ultrasonic anemometer which is protected against lightning strikes by a steel ring around it. Then guidelines for wind power generation business toward selection of sites and protection of wind turbines against natural hazards in Japan are presented. This guideline summarizes effective measures on lightning protection of wind power generation equipments, based on measurement of lightning currents in winter, laboratory high-voltage and high-current tests on wind turbine blades investigation on lightning faults of wind power generation plants [27]. Finally, a new zoning concept of the lighting protection of the blades is presented, where the tip of the blade is treated as a different zone than the remaining part of the blade. The background of the new zoning concept is explained, and the principle is demonstrated used on existing blade

Σε αυτήν την διπλωματική εργασία γίνεται η μελέτη της συμπεριφοράς των γραμμών μέσης τάσης σε καταπονήσεις από κεραυνούς της νήσου Χίου. Οι κεραυνοί αποτελούν ένα φυσικό φαινόμενο με επικίνδυνα αποτελέσματα για την ασφάλεια των ανθρώπων, των κτιρίων και των ηλεκτρικών συστημάτων. Έτσι, κεραυνοί που πλήττουν άμεσα γραμμές διανομής ή γειτονικό σε αυτές έδαφος, είναι υπεύθυνοι για τα σφάλματα που λαμβάνουμε στο ηλεκτρικό σύστημα. Το αποτέλεσμα της πτώσης κεραυνού μπορεί να οδηγήσει σε στιγμιαίο ή και μόνιμο σφάλμα. Οι προβλέψεις για την συμπεριφορά των εναερίων γραμμών διανομής εμπεριέχουν πολλές αβεβαιότητες. Μερικές βασικές παράμετροι όπως η πυκνότητα των κεραυνών, που μετριέται με την πυκνότητα των κεραυνών στο έδαφος (GFD), ή ο υπολογισμός του αριθμού των απευθείας πληγμάτων στην γραμμή απέχουν από την πραγματικότητα. Μελετώντας την εργασία αυτή μπορούμε να κάνουμε προβλέψεις σφαλμάτων λόγω κεραυνών σε μια γραμμή διανομής με μια αρκετά καλή ακρίβεια. / This diploma thesis studies the lightning performance of electric power overhead distribution lines. The lightning is a natural phenomenon with dangerous effects on the safety of people, buildings and electrical systems. So a lightning that strikes directly to a distribution line, or to the nearby area is responsible for the damage happening to the electric circuit. Lightning usually causes temporary faults onoverhead distribution lines. Estimates of the lightning performance of distribution lines contain many uncertainties. Some of the basics such as lightning intensity measured by ground flash density (GFD), or estimating the number of direct strikes to a distribution line may have significant errors. Often, rough estimates or generally accepted practices are just as effective as detailed calculations. This guide is intended to provide straightforward estimates of lightning-caused faults.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η συμπεριφορά των γραμμών μέσης τάσης της ΔΕΗ και συγκεκριμένα των εναέριων γραμμών μέσης τάσης του δικτύου της ΔΕΗ σε κεραυνικά πλήγματα. Οι κεραυνοί συνιστούν ένα φυσικό φαινόμενο που σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να γίνει επικίνδυνο τόσο για την ασφάλεια των ανθρώπων όσο και την ασφάλεια των κτηρίων ή λοιπών εγκαταστάσεων. Οι εγκαταστάσεις της ΔΕΗ λοιπών και κυρίως οι γραμμές διανομής είναι ευάλωτες σε πλήγματα από κεραυνούς τα οποία συνήθως οδηγούν το σύστημα της ΔΕΗ σε μόνιμο ή παροδικό σφάλμα. Παροδικό ορίζεται όταν το κύκλωμα ξαναμπεί σε λειτουργία χωρίς να χρειαστεί ο ανθρώπινος παράγοντας καθώς επενεργούν οι προστατευτικές διατάξεις του ενώ το μόνιμο έχει την έννοια ότι για να ξαναμπεί το κύκλωμα που έχει πληγεί χρειάζεται η επέμβαση του ανθρώπου συγκεκριμένα των τεχνικών της ΔΕΗ. Η συμπεριφορά των εναέριων γραμμών μέσης τάσης καθορίζεται από αρκετούς παράγοντες μερικοί από τους πιο σημαντικούς είναι οι εξής: η πυκνότητα των κεραυνών για μια συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή (GFD) η οποία μετριέται με την πυκνότητα των κεραυνών απευθείας στο έδαφος, ή ο αριθμός των άμεσων κεραυνικών πληγμάτων απευθείας στη γραμμή. Βέβαια η συμπεριφορά μιας γραμμής εμπεριέχει μεγάλη αβεβαιότητα και τα θεωρητικά αποτελέσματα δύναται να διαφέρουν από τα πραγματικά. Μελετώντας την εργασία αυτή μπορούμε να κάνουμε μια καλή εκτίμηση της συμπεριφοράς μια γραμμής διανομής με μεγάλη σχετικά ακρίβεια όσο αναφορά βεβαίως τα πιθανά σφάλματα της γραμμής από πτώση κεραυνού. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η IEEE οδηγία η οποία αναλύει την συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Αντικείμενο της είναι η εύρεση λύσεων για την μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές. Στο δεύτερο κεφάλαιο εκτιμούνται τα θεωρητικά σφάλματα που αναμένονται από πτώση κεραυνού στις πέντε υπό εξέταση εναέριες γραμμές διανομής μέσης τάσης του δικτύου της ΔΕΗ στη περιοχή της Τρίπολης Αρκαδίας βάση της προαναφερθείσας οδηγίας. Αναπτύσσεται στη συνέχεια η καταγραφή των σφαλμάτων και των βλαβών για τις πέντε γραμμές διανομής με βάση τα στοιχεία που συλλέχθηκαν από τη ΔΕΗ για τα έτη 2008 έως 2011. Τέλος γίνεται σύγκριση μεταξύ των θεωρητικών και πραγματικών μετρήσεων, σύγκριση η οποία παρουσιάζεται με ραβδογράματα για την ευκολότερη εξαγωγή συμπερασμάτων. / This thesis studies the behavior of medium voltage lines of PPC in lightning strikes. The thunderbolts are a natural phenomenon which in some cases can be extremely dangerous for human safety and the safety of buildings or other facilities. The facilities of PPC and most specific the distribution lines are vulnerable to a lightning strike which usually leads to a permanent or a transient error. Transient error occurs when the circuit is put back into operation without having the human interaction , while the permanent error has to rejoin the circuit affected needs human intervention. The behavior of medium voltage overhead lines is determined by several factors. Certainly the behavior of a line involves great uncertainty and the theoretical results may differs from real. We can make a good estimate of a distribution line behavior with relatively high accuracy as reference certainly possible errors of the line from lightning strikes. In the first chapter is analyzed the IEEE directive which explains the behavior of overhead distribution lines for electricity. The purpose is to find solutions to reduce short-circuit caused by lightning to lines. In the second chapter is estimated the theoretical errors expected from lightning strikes in the five overhead medium voltage distribution network of electricity in the region of Tripolis based on the directive of IEE. Furthermore are displayed the recordings of errors and failures in the five distribution lines based on data collected by DEI for the years 2008 to 2011. Finally is held a comparison between theoretical and actual measurements.

Τα πλοία αποτελούν πιθανό στόχο ενός κεραυνικού πλήγματος. Η μελέτη και η προσομοίωση ενός κεραυνού σε δύο διαφορετικά πλοία για διάφορα σημεία πτώσης έγινε με χρήση του προγράμματος Vector Fields Opera 3D Cobham. Στο κεφάλαιο 1, γίνεται μία συνοπτική παρουσίαση των ηλεκτρικών ατμοσφαιρικών φαινομένων που οδηγούν στην εμφάνιση του κεραυνού. Επίσης, παρουσιάζονται τα διάφορα είδη κεραυνικών πληγμάτων, οι ισοδύναμες κυκλωματικές αναπαραστάσεις αυτών και η συχνότητα πτώσης κεραυνών. Στο κεφάλαιο 2, αναφέρονται οι διάφορες μέθοδοι υπολογισμού πεδιακών μεγεθών και γίνεται μια πιο εκτενής αναφορά στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Ακολούθως, παρουσιάζεται το πρόγραμμα Opera 3D στο οποίο έγινε η προσομοίωση του κεραυνού. Γίνονται αναφορές στης εξισώσεις και τον αλγόριθμο που χρησιμοποιεί το πρόγραμμα για τον υπολογισμό των ηλεκτρομαγνητικών μεγεθών του εκάστοτε προβλήματος. Στο κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται οι προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν με το συγκεκριμένο πρόγραμμα. Αρχικά αναφέρεται η προσέγγιση του κεραυνικού πλήγματος με στόχο να προσαρμοσθεί στις δυνατότητες του προγράμματος. Στη συνέχεια αναφέρονται τα δύο μοντέλα πλοίων που χρησιμοποιήθηκαν (USS Somerset, HMS Albion) και τα σημεία τα οποία επιλέχθηκαν να πληγούν από κεραυνό. Επιλέχθηκαν τέσσερα σημεία σε κάθε πλοίο (πλώρη, πρύμνη, δύο κορυφές) και εφαρμόσθηκε η οριακή συνθήκη της μέγιστης τιμής του ρεύματος ενός χαρακτηριστικού κεραυνού. Σαν αποτέλεσμα προέκυψε η πυκνότητα ηλεκτρικού ρεύματος, για τις διάφορες περιπτώσεις, στο σύνολο της επιφάνειας του πλοίου και της θάλασσας. Στο κεφάλαιο 4, σχολιάζονται οι διαφορές που προέκυψαν στα δύο διαφορετικά πλοία καθώς και στα διαφορετικά σημεία πλήγματος. Επίσης παρουσιάζονται οι κανονισμοί προστασίας πλοίων, ανθρώπων και συσκευών που πρέπει να τηρούνται. Τέλος, με χρήση της μεθόδου κυλιόμενης σφαίρας γίνεται μία εκτίμηση της προστασίας έναντι κεραυνών στο κάθε πλοίο. / Naval ships are possible targets of a lightning strike. A study and simulation of a lightning strike in two different ships for different stress points is executed with Vector Fields Opera 3D Cobham. In chapter one, an overview of electrical atmospheric phenomena that lead to the appearance of lightning is given. Also, there are presented various kinds of lightning strikes, equivalent circuit representation of lightning current and frequency lightning maps. In chapter 2, various methods of calculating electromagnetic fields are presented and a more extensive report on the finite element method is described. Furthermore, the Opera 3d program is described, which simulates the lightning strike. The equations that are computed, the algorithm and the methods of calculating the electromagnetic field of Opera 3d are fully analyzed. In chapter 3, the performed simulations are presented. Firstly, the lightning approach is described. The approach was made in order to adapt to the capabilities of the program. Two ships with different dimensions (USS Somerset, HMS Albion) are designed. For the solution of the electromagnetic problem the lightning strike is approximated with the peak value of a standard strike waveform and the current density results are analyzed over the ship for four different stress points. In chapter 4, the differences that resulted from the two different ship’s simulations and different striking points are described. Several regulations of ship, human, electric devices, protection against lightning are presented and must be observed. Finally, using the rolling sphere method, lightning protection in each vessel is estimated.

Στην παρούσα διπλωματική μελετάμε την προστασία μεγάλης δεξαμενής πλωτής οροφής, και συγκεκριμένα της 7-ΤΚ-102 των ΕΛΠΕ Βιομηχανικές Εγκαταστάσεις Ελευσίνας, από κεραυνούς και στατικό ηλεκτρισμό, και αποτελείται από τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζουμε την προστασία από κεραυνούς. Στα δέκα οκτώ πρώτα κεφάλαια παρουσιάζουμε την γενική θεωρία της προστασίας από κεραυνούς, σύμφωνα με τα πρότυπα και άλλες πηγές (που και αυτές βασίζονται στα πρότυπα). Με τη θεωρία αυτή θα μελετήσουμε την προστασία της δεξαμενής, αλλά μπορούμε γενικά να μελετήσουμε και την προστασία μιας οποιασδήποτε άλλης κατασκευής. Έτσι στα πρώτα κεφάλαια κάνουμε εισαγωγή στα γενικά περί κεραυνών, τα ηλεκτρικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα, τη δημιουργία και τα είδη των κεραυνών, τους μηχανισμούς των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων καθώς και τα είδη των κεραυνών μεταξύ σύννεφου - γης με τα οποία και θα ασχοληθούμε. Στη συνέχεια παρουσιάζουμε το θέμα αντιμετώπισης της αντικεραυνικής προστασίας από το πρότυπο IEC 62305 μέρη 1, 2, 3, 4 που θα αποτελέσει και τη βασική πηγή της μελέτης μας. Ακολούθως δίνουμε τις βασικές παραμέτρους του κεραυνικού ρεύματος, τα Επίπεδα Αντικεραυνικής Προστασίας και τις Κλάσεις του Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας (I, II, III, IV), και ανά επίπεδο τα μέγιστα ρεύματα βάσει των οποίων γίνεται ο σχεδιασμός του Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας (ΣΑΠ) από πλευράς αντοχής των υλικών και τα ελάχιστα ρεύματα βάσει των οποίων γίνεται ο σχεδιασμός του ΣΑΠ από πλευράς αναχαίτισης των κεραυνών (ύψος και πυκνότητα στοιχείων συστήματος συλλογής). Κατόπιν, δίνουμε ορισμένα στοιχεία σχετικά με τις προκαλούμενες βλάβες από κεραυνούς σε έμβια όντα, κατασκευές και εσωτερικά συστήματα, τα μέτρα προστασίας αυτών καθώς και τις διαδικασίες επιλογής των μέτρων. Ακολουθεί η αναλυτική παρουσίαση του ΣΑΠ. Τα μέρη αυτού (συστήματα συλλογής, αγωγοί καθόδου και γειώσεις), οι βασικές λειτουργίες και ιδιότητες ενός ΣΑΠ, το εξωτερικό και εσωτερικό ΣΑΠ, το απομονωμένο και μη- 5 απομονωμένο ΣΑΠ, τις απαιτήσεις υλικών του ΣΑΠ, τα φυσικά στοιχεία ως τμήματα του ΣΑΠ και οι απαιτούμενες προδιαγραφές αυτών. Τις μεθόδους σχεδιασμού των συστημάτων συλλογής για αναχαίτιση των κεραυνών (μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας, μέθοδος πλέγματος και μέθοδος γωνίας προστασίας). Πληροφορίες για τους αγωγούς καθόδου, απαιτούμενος αριθμός, αποστάσεις και ύψη διασύνδεσης αυτών. Τύποι συστημάτων γείωσης και σύγκριση αυτών. Μέθοδοι και υποδείξεις τοποθέτησης των μερών του ΣΑΠ, ισοδυναμικές συνδέσεις και αποστάσεις ασφαλείας. Διαμοιρασμός ρεύματος, απαιτήσεις περιοριστών κρουστικών τάσεων και εντάσεων και σχεδιασμός του ΣΑΠ. Έλεγχοι, μετρήσεις και επιθεωρήσεις του ΣΑΠ. Έχοντας τελειώσει με τις γενικές πληροφορίες μπαίνουμε στο κύριο μέρος του υπολογισμού των κινδύνων από κεραυνούς (R1 κίνδυνος ανθρώπινης ζωής, R2 κίνδυνος απώλειας υπηρεσίας στο κοινό, R3 κίνδυνος απώλειας πολιτιστικής κληρονομιάς, R4 κίνδυνος οικονομικής απώλειας), αναλύοντας πρώτα τις πηγές των βλαβών, τους τύπους των βλαβών, τους τύπους των απωλειών, τις σχέσεις μεταξύ πηγής βλάβης, τύπου βλάβης και απώλειας. Δίνουμε τα βασικά για τον διαχωρισμό μιας κατασκευής ή υπηρεσίας σε ζώνες για υπολογισμό των συνιστωσών των κινδύνων ανά ζώνη και την οικονομικότερη λήψη μέτρων ανά ζώνη αντί γενικών μέτρων. Ο κάθε κίνδυνος υπολογίζεται σαν άθροισμα των συνιστωσών αυτού ανά ζώνη και η κάθε συνιστώσα προκύπτει από το άθροισμα των όρων της, όλων των ζωνών. Η κάθε συνιστώσα υπολογίζεται από μία βασική εξίσωση. Τα δεδομένα που απαιτούνται για τον υπολογισμό δίνονται στη συνέχεια και είναι πρώτον ο υπολογισμός του μέσου ετησίου αριθμού επικινδύνων περιστατικών λόγω κεραυνικών πληγμάτων που απαιτεί τις ημέρες καταιγίδας ανά έτος από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδος, τις επιφάνειες συλλογής, κατασκευών διαφόρων σχημάτων απλών και συνθέτων και υπηρεσιών και διαφόρους απαιτούμενους συντελεστές σχετικούς με το περιβάλλον. Δεύτερον ο υπολογισμός των πιθανοτήτων βλάβης για μία κατασκευή ή υπηρεσία που εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής, των γραμμών υπηρεσιών και περιβάλλοντος. Τρίτον ο υπολογισμός των διαφόρων τύπων απωλειών σε μία κατασκευή (ανθρώπινης ζωής, υπηρεσίας στο κοινό, πολιτιστικής κληρονομιάς και οικονομικής) που εξαρτώνται από την παρουσία ατόμων που δυνητικά κινδυνεύουν, την συνολική παρουσία ατόμων καθώς και από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής, τον κίνδυνο φωτιάς, τα κατασταλτικά κατά της φωτιάς μέτρα και τυχόν ειδικούς κινδύνους (για τον R1). Αντίστοιχα για τους άλλους κινδύνους και για τους κινδύνους σε μία υπηρεσία. Τέλος συγκρίνουμε τον κάθε κίνδυνο με ένα επίπεδο ανεκτού κινδύνου, καθορισμένου από επίσημες αρχές ή ελλείψει αυτών από το IEC62305-2, και αν είναι μεγαλύτερος από αυτόν προτείνουμε τα κατάλληλα μέτρα ώστε να μειωθεί στον ανεκτό κίνδυνο ή κάτω από αυτόν και μετά γίνεται υπολογισμός της κοστολογικής αποτελεσματικότητας της προστασίας. Ακολουθούν μερικά χρήσιμα στοιχεία αφ’ ενός μεν για τον σχεδιασμό, αφ’ ετέρου δε για την επιλογή διαφόρων συντελεστών και μέτρων προστασίας σε υπάρχουσες κατασκευές όπως η ελαχίστη διατομή της θωράκισης για αυτοπροστασία ενός εισερχομένου καλωδίου για αποφυγή επικινδύνων σπινθήρων, το κρουστικό ρεύμα κεραυνού που ρέει σε εξωτερικά αγώγιμα τμήματα και σε εισερχόμενες γραμμές στην κατασκευή για τις διάφορες πηγές βλάβης, τους συντελεστές που επηρεάζουν το διαμοιρασμό του κεραυνικού 6 ρεύματος σε γραμμές ισχύος και γενικές πληροφορίες σχετικά με τους περιοριστές κρουστικών φαινομένων. Στο δέκατο ένατο κεφάλαιο μελετάμε την προστασία από κεραυνούς της μεγάλης δεξαμενής πλωτής οροφής 7-ΤΚ-102 των ΕΛΠΕ (Ελληνικών Πετρελαίων στις Βιομηχανικές Εγκαταστάσεις Ελευσίνας). Εφαρμόζοντας τα προηγούμενα κεφάλαια της μελέτης και βάσει των δεδομένων και χαρακτηριστικών της δεξαμενής, των γραμμών υπηρεσιών (ισχύος και ελέγχου) και του περιβάλλοντος αρχικά διαχωρίζουμε τη δεξαμενή σε τρεις ζώνες (εκτός, εντός και επί της δεξαμενής), υπολογίζουμε τις συλλεκτήριες επιφάνειες, τον αναμενόμενο ετήσιο αριθμό των επικινδύνων συμβάντων, τους διάφορους εμπλεκόμενους συντελεστές, τις πιθανότητες βλάβης, τις απώλειες και τέλος τις συνιστώσες κινδύνου και τον συνολικό κίνδυνο ανθρώπινης ζωής (R1) που μας ενδιαφέρει και τον συγκρίνουμε με τον ανεκτό κίνδυνο RT = 10-5. Λόγω των διαφορετικών συνθηκών λειτουργίας και δεκαετούς μεγάλης συντήρησης της δεξαμενής ο R1 υπολογίσθηκε και για τις δύο περιπτώσεις. Για την περίοδο λειτουργίας βρέθηκε R1 = 2,968x10-5 > 10-5 = RT και για μείωση του κινδύνου προτείνεται η απαγόρευση της ανόδου επί της δεξαμενής σε ημέρες καταιγίδας οπότε θα έχουμε R1 = 0. Για την περίοδο δεκαετούς συντήρησης βρέθηκε R1 = 2,011x10-6 < 10-5 = RT οπότε δεν απαιτούνται μέτρα προστασίας. Στο δεύτερο μέρος μελετάμε την προστασία της δεξαμενής από στατικό ηλεκτρισμό κάνοντας αρχικά μια εισαγωγή στον στατικό ηλεκτρισμό σε σχέση με τα πετρελαιοειδή δηλαδή την γενική ταξινόμηση των πετρελαιοειδών, τους στατικούς και μη συσσωρευτές, τα εύφλεκτα χαρακτηριστικά των πετρελαιοειδών, την επικίνδυνη ατμόσφαιρα και την αποθήκευση αυτών. Στη συνέχεια αναφέρουμε τους κινδύνους στατικού ηλεκτρισμού από τη δημιουργία και συγκέντρωση αυτού, τη δημιουργία προαγωγών σπινθήρων, τη δημιουργία χώρου εύφλεκτων ατμών και τη δημιουργία σπινθήρων εναύσεως. Κατόπιν προτείνουμε μέτρα αποφυγής ή μείωσης του κινδύνου από στατικό ηλεκτρισμό όπως έλεγχο δημιουργίας και συσσώρευσης ηλεκτροστατικών φορτίων, οδηγίες αποφυγής ηλεκτροστατικής ανάφλεξης για δεξαμενές αποθήκευσης σε διάφορες λειτουργίες όπως γέμισμα, άδειασμα, μείξη, ανάδευση, καθαρισμός, αδρανοποίηση, κ.λπ. Στο τέλος του δευτέρου μέρους δίνουμε συγκεκριμένες οδηγίες επαρκούς γείωσης της δεξαμενής (και γενικότερα παρομοίων δεξαμενών) με εναλλακτικές μεθόδους. Στο τρίτο μέρος προτείνονται συγκεντρωτικά και επιγραμματικά τα μέτρα ασφαλείας από κεραυνό και στατικό ηλεκτρισμό για την 7-ΤΚ-102 σε δύο κατηγορίες. Πρώτον τα βασικά μέτρα σχεδιασμού και τα προληπτικά μέτρα λειτουργίας, επιθεώρησης και συντήρησης και δεύτερον τα κατασταλτικά μέτρα που θα πρέπει να υπάρχουν για καταστολή του οποιουδήποτε κινδύνου, που θα εκδηλωθεί παρά τα προληπτικά μέτρα, και περιορισμού της βλάβης στο ελάχιστο δυνατόν. Στο τέλος παρατίθενται τέσσερα υποβοηθητικά παραρτήματα. / --

Έχει περάσει περισσότερο από ένας αιώνας από τότε, που ο Χαρίλαος Τρικούπης, Πρωθυπουργός της Ελλάδας οραματίστηκε τη κατασκευή μιας γέφυρας, η οποία θα ένωνε την δυτική Πελοπόννησο με την ηπειρωτική Ελλάδα, το Ρίο με το Αντίρριο. Την εποχή εκείνη, τα τρία χιλιόμετρα θάλασσας, που μεσολαβούσαν μεταξύ των δυο πόλεων, φάνταζαν αδύνατο να γεφυρωθούν. Οι δυσκολίες ήταν πάρα πολλές και η τεχνογνωσία δεν είχε ακόμη φτάσει σε τέτοια επίπεδα, έτσι ώστε να δώσει πνοή σ’ αυτό το μεγαλόπνοο όραμα. Τελικά, στα μέσα της δεκαετίας του 90’, μια γαλλοελληνική σύμπραξη, αποτελούμενη από όμιλο εταιριών και από τις δυο χώρες, ανέλαβε τη σχεδίαση και κατασκευή της γέφυρας. Τα έργα ξεκίνησαν τον Ιούλιο του 1998 υπό την επίβλεψη και καθοδήγηση του αρχιτέκτονα Berdj Mikaelian. Η κατασκευή της γέφυρας αναμένετο να ολοκληρωθεί το χρονικό διάστημα μεταξύ Σεπτεμβρίου και Νοεμβρίου του 2004, άλλα οι εργασίες επισπεύτηκαν ένεκα των Ολυμπιακών Αγώνων, που θα λάβαιναν χώρα στην Αθήνα την ίδια χρονιά. Η γέφυρα θεωρήθηκε ως ένα θαύμα της σύγχρονης μηχανικής και όλα τα απαραίτητα μέτρα είχαν ληφθεί για την άρτια λειτουργία της. Παρ’ όλα αυτά στις 27 Ιανουαρίου του 2005, έξι μόλις μήνες μετά τα εγκαίνια, ένας κεραυνός έπληξε ένα από τα καλώδια στήριξης, τα οποία ενώνουν το κατάστρωμα της γέφυρας με τους πυλώνες. Το υψηλής περιεκτικότητας σε πολυαιθυλένιο καλώδιο τυλίχτηκε στις φλόγες με αποτέλεσμα να καταστραφεί ολοσχερώς και να καταρρεύσει στο κατάστρωμα. Όλες οι απαραίτητες ενέργειες έγιναν ταχύτατα, έτσι ώστε να αντικατασταθεί το καλώδιο και να παραδοθεί η γέφυρα και πάλι στη κυκλοφορία το συντομότερο δυνατό. Όμως πλέον ήταν φανερό ότι η αντικεραυνική προστασία της γέφυρας δεν ήταν αρκετή και αποτελεσματική. Στη συνέχεια του κειμένου θα γίνει ανάλυση του παραπάνω συμβάντος, αφού πρώτα γίνει αναφορά σε κάποιες βασικές αρχές γύρω από το φαινόμενο του κεραυνού και των συστημάτων αντικεραυνικής προστασίας. / More than a century has passed, since Charilaos Trikoupis, Prime Minister of Greece had contemplated the construction of a bridge that would connect western Peloponnese with the mainland of Greece, the city of Rion with Antirio. Back then, the three kilometers of sea water which separated the two cities, seemed impossible to be bridged. The difficulties were many and the know how had not reached that level, where it would make a great vision such as this, possible. Eventually, in the mid 90s, a greek-french collaboration, composed by a group of companies from both countries, took over the design and the building of the bridge. Construction works started in July of 1998 under the supervision and guidance of the architect Berdj Mikaelian. The construction of the bridge was expected to be completed during the period of September to November of 2004, but works were accelerated because of the Olympic games that would take place in Athens, that same year. The bridge was considered to be a miracle of modern mechanics and all the necessary measures were taken for its perfect operation. However, on January 27 of 2005, just six months after the opening of the bridge, a lightning stroke cut down one of the longest stay cables that connected the deck of the bridge to the pylons. The high density polyethylene cable was set on fire, and as a result of that the cable was completely destroyed and fell on the deck. All the necessary means were taken, in order to replace the cable and get traffic back on the bridge as soon as possible. It was obvious at that point that the lightning protection of the bridge was neither sufficient or effective enough. In the following chapters there are an analysis on the lightning incident on the bridge, after mentioning the natural phenomenon of lightning and the definition and the mail principals of the lightning protection system of a structure.

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.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας, είναι να παραθέσει τους τρόπους με τους οποίους προστατεύουμε ψηλά κτίρια - κατασκευές από κεραυνικά πλήγματα. Η προστασία των ψηλών κατασκευών είναι εντελώς διαφορετική από την προστασία χαμηλότερων κατασκευών αφού παύουν να ισχύουν οι κανόνες και τα επίπεδα προστασίας για κτίρια μέχρι 60m που ισχύουν στους διεθνείς οργανισμούς και τον Ε.Λ.Ο.Τ. Από τα 60m και πάνω οι συνθήκες είναι πολύ διαφορετικές, γι αυτό το λόγο γίνεται επεξήγηση για όλους τους παράγοντες που επηρεάζουν μια ψηλή κατασκευή όσον αφορά την προστασία της με τη γειωμένη μεταλλική ράβδο του αλεξικέραυνου του Franklin. Επίσης, μέσω της εφαρμοσμένης υπολογιστικής εξομοίωσης γίνεται προσπάθεια να βρεθεί η απόσταση διάσπασης ( stricking distance ) δηλαδή η ακτίνα προστασίας που καλύπτει μια κατασκευή με μέθοδο προστασίας την ακίδα Franklin. Τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα συγκρίνονται με πειραματικές μετρήσεις που έγιναν σε εργαστήριο. Παρακάτω παρατίθενται τα περιεχόμενα του κάθε κεφαλαίου της εν λόγω εργασίας. Στο 2ο κεφάλαιο γίνεται πλήρης ανάλυση για τη φυσική των κεραυνών. Γίνεται κατηγοριοποίηση των φάσεων που εξελίσσονται σε κεραυνό από τη γη μέχρι τα σύννεφα και παρουσιάζεται ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων. Ακόμα, γίνεται εξήγηση για τους ανοδικούς συνδετικούς οχετούς και την απόσταση διάσπασης από τα’ αλεξικέραυνα και τους οχετούς καθόδου. Στο 3ο κεφάλαιο αναπτύσσονται οι βασικοί παράμετροι και εξισώσεις που ισχύουν για ψηλά κτίρια όπως η ελάχιστη ακτίνα προστασίας-απόσταση διάσπασης, η ισοδύναμη επιφάνεια, η πιθανότητα της ελάχιστης ακτίνας διάσπασης και ανοδικών leader από τέτοια ψηλά κτίρια, ο επηρεασμός της ακίδας προστασίας και απόστασης διάσπασης από θετικούς κεραυνούς, τη σχέση που έχουν τα ψηλά κτίρια με την απόσταση διάσπασης και την επίδραση των γειτονικών κατασκευών. Ακολούθως, γίνεται περιγραφή της μεθόδου CVM για το χειρισμό ψηλών κατασκευών με επίπεδα και γωνίες προστασίας και πίνακες ρίσκου βασισμένα σε στατιστικές από κεραυνούς. Μετέπειτα, βλέπουμε πως επηρεάζεται η απόσταση διάσπασης από τη γεωμετρία της κατασκευής, από την γεωμετρία της ακίδας προστασίας Franklin, αλλά και από τη βέλτιστη ακτίνα κορυφής της ακίδας προστασίας Franklin. Στο 4ο κεφάλαιο γίνεται προσπάθεια να προσδιορίσουμε τη ζώνη προστασίας με τη χρήση υπολογιστικού μοντέλου. Αρχικά, αναφέρουμε κάποια στοχαστικά μοντέλα διάσπασης διηλεκτρικών. Μετά προχωρούμε στην περιγραφή με λεπτομέρεια των υπολογιστικών εξομοιώσεων που πραγματοποιήσαμε και την τακτική επεξεργασίας τους. Ακολούθως, προσδιορίσαμε τη ζώνη προστασίας των εξομοιώσεων για ύψος ακίδας 80cm και 100cm με γραμμικές εξισώσεις από προσαρμογή των μετρήσεων στις γραφικές παραστάσεις που δείχνουμε και αντίστοιχα στοιχεία για τις δυο ακίδες με αύξηση της τάσης 10%. Στο τέλος γίνεται επεξεργασία των δεδομένων και συγκρίνουμε τις μετρήσεις που βρήκαμε μεταξύ τους αλλά και με άλλους μελετητές. Αναφέρουμε τα αποτελέσματα της διεξαγωγής των υπολογιστικών εξομοιώσεων και τα συμπεράσματα. Στο 5ο κεφάλαιο κάνουμε ανακεφαλαίωση των θεωρητικών στοιχείων που ισχύουν για τις ψηλές κατασκευές και γενική συζήτηση. Επίσης εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα από τις υπολογιστικές εξομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν τόσο για την απόσταση διάσπασης όσο και για τις εξομοιώσεις που πραγματοποιήσαμε / The purpose of this project is to set out the possible ways that protect tall structures from lightning strikes. The protection of the tall structures is a completely different task from the protection of the shorter structures. That is because the rules and the protection levels applied by National Organizations (International Committee) and Ε.Λ.Ο.Τ. that concern structures to 60 meters, cease to exist in the case of taller structures. Concerning the structures that are taller than 60 meters the protection circumstances are very different from those of shorter structures. That is why this thesis explain all the factors that affect a tall structure, as far as its protection with the “Franklin Rod” is concerned. Furthermore, through computer simulation the author attempted to determine the striking distance, which is the protection radius that covers a structure, by utilizing as a method of protection the Franklin Rod. The results and conclusions that arose were compared with experimental measurements that took place in the lab. Below, the content of each chapter of this thesis is described. In the second chapter it is attempted a thorough analysis of the nature of lightning. Then there is a categorization of the phases that evolve to a lightning, from the ground to the clouds. The mechanism of atmospheric evacuation is also presented. Moreover, the upward connection leaders, the striking distance from the lightning rods and the downward leaders are described and explained. In the third chapter, the basic parameters and equations that apply to tall buildings are described. Some of these parameters are the attractive radius, the striking distance, the equivalent exposure area, the weighted average attractive area, the upward leaders from such tall buildings, the influence of the Franklin rod, the striking distance from positive flashes, the relation that the tall structures have with the striking distance and finally the influence of the surrounding structures. In addition, the CVM (Collection Volume Method) is described which deals with tall structures by utilizing protection levels and derating angles and risk analysis tables based on lightning’s statistics. Moreover, we see how the striking distance is affected by the structure geometry, by the geometry of the Franklin rod but also by the optimum tip radius of Franklin rod. In the fourth chapter the author attempted to determine the protection zone by using a computer model. Firstly, some stochastic models of dielectric breakdown are described. Furthermore, a detailed description of the computer simulations that we accomplished and the method of processing them are described. Moreover, the author determined the protection zone of the simulations for rod height: 80cm and 100cm with linear equations, by using measurement fitting to graphs where we show the respective elements for the two rods by raising 10 % of the Volts of the measurement. In the end, the data were processed and a comparison of this thesis’ findings and that of other authors were compared. The author also describes the results of the computer simulations and the conclusions that arose. In the fifth chapter the author revised the theoretical elements that apply to the tall structures and makes reflections on the findings. Moreover, useful conclusions arise from computer simulations that took place as far as the striking distance as well as the simulation is concerned.