Σε αυτή την διπλωματική εργασία γίνεται μελέτη των σφαλμάτων των εναέριων γραμμών διανομής μέσης τάσης από καταπονήσεις κεραυνών στην περιοχή του νομού Τρικάλων. Η εργασία αυτή αναλύει και παρέχει με σχετική ακρίβεια προβλέψεις για σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα στις γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας μέσης τάσης. / This diploma thesis focuses on the lightning performance of electric power overhead distribution lines in the prefecture of Trikala. This paper analyzes and provides relatively accurate forecast errors from lightning strikes on power distribution lines MV.

H παρούσα διπλωματική πραγματεύεται το θέμα της μέτρησης των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων χαμηλής συχνότητας του δικτύου μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας. Για την εκπόνηση της διπλωματικής πραγματοποίηθηκαν μετρήσεις σύμφωνα με το πρότυπο ΙΕC 61786, ώστε να διαπιστωθεί εάν η ένταση των μαγνητικών πεδίων είναι εντός των επιτρεπτών ορίων, όπως αυτά ορίζονται σύμφωνα με το ελληνικό και ευρωπαϊκό δίκαιο. / The current study deals with the subject of measuring low frequency electromagnetic fields of the transport and distribution network of electric energy. For the preparation of the study measurements were surveyed according to the measurement standard IEC 61786, in order to identify whether the density of the magnetic fields is within the legal limits, as they are defined by the greek and european law.

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.

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.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως γενικό σκοπό την ανάλυση, μελέτη και εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη διαδικασία μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας, που πραγματοποιείται μέσω των γραμμών μεταφοράς που έχουν οδευτεί στην πόλη της Χαλκίδας, καθώς και στην ευρύτερη ημιαστική περιοχή. Επίσης, παρατίθενται και επεξεργάζονται τα σφάλματα που έχουν καταγραφεί από την αρμόδια υπηρεσία του Διαχειριστή Ελληνικού Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΔΕΔΗΕ). Επιπροσθέτως, για την εξαγωγή συμπερασμάτων, τα εν λόγω σφάλματα αντιπαραβάλλονται στα μετεωρολογικά δεδομένα που έχουν αντληθεί για την περιοχή ενδιαφέροντος. Τέλος, ακολουθεί αναλυτικός υπολογισμός των θεωρητικών σφαλμάτων που προκύπτουν από κεραυνικές εκκενώσεις στις γραμμές μεταφοράς, με σκοπό την ανάλυση και των συσχετισμό των αποτελεσμάτων που προέκυψαν, με τα σφάλματα που παρατηρήθηκαν σε πραγματικό χρόνο. Αναλυτικά, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια περιγραφή και σύγκριση μεταξύ της κατάστασης που επικρατούσε στο παρελθόν και την σημερινή εποχή, όσον αφορά στον τρόπο που αντιμετωπίζεται η εμφάνιση των σφαλμάτων στις γραμμές μεταφοράς σε ένα σύστημα διανομής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναλύεται το θεωρητικό υπόβαθρο που σχετίζεται με τα είδη των υπερτάσεων, τις συνέπειές τους στις γραμμές μεταφοράς και κάποιοι στοιχειώδεις τρόποι αντιμετώπισης. Επίσης, αναλύονται συνοπτικά οι μηχανισμοί που οδηγούν στην εμφάνιση των εξωτερικών υπερτάσεων, δηλαδή των κεραυνικών εκκενώσεων, καθώς επίσης γίνεται αναφορά στη μοντελοποίησή τους για την περαιτέρω κατανόηση του φαινομένου του κεραυνού. Τέλος, παρατίθενται οι κατηγορίες των σφαλμάτων που προκαλούνται από τις προαναφερθέντες υπερτάσεις. Στο τρίτο κεφάλαιο, ακολουθεί ο ορισμός, η περιγραφή και η δομή ενός Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ), με σκοπό την καλύτερη εποπτεία και κατανόηση της λειτουργίας του συστήματος υπομεταφοράς της Χαλκίδας. Το τέταρτο κεφάλαιο αφιερώνεται στην περιγραφή και ανάλυση των δύο υποσταθμών της Χαλκίδας με τις κωδικές ονομασίες ΧΑΛΚΙΔΑ 1 και ΧΑΛΚΙΔΑ 2 αντίστοιχα, καθώς επίσης στην παράθεση των κυκλωματικών διαγραμμάτων των γραμμών μεταφοράς που υπάγονται στην εποπτεία και στον έλεγχο των ανωτέρω υποσταθμών. Στο κεφάλαιο 5, καταγράφονται και κατηγοριοποιούνται τα δεδομένα που πάρθηκαν από τους υποσταθμούς, σε μορφή πινάκων, ανά μήνα και ανά ημερολογιακό έτος για κάθε γραμμή μεταφοράς ξεχωριστά. Επιπρόσθετα, παρατίθενται τα μετεωρολογικά δεδομένα των ετών 2008 έως 2013, όπως αυτά αντλήθηκαν από το μετεωρολογικό σταθμό Χαλκίδας, με σκοπό την σύγκρισή τους με τα σφάλματα των γραμμών και την εξαγωγή συμπερασμάτων. Στο κεφάλαιο 6, πραγματοποιείται ο θεωρητικός υπολογισμός των σφαλμάτων από κεραυνό στις γραμμές μεταφοράς των δυο υποσταθμών, καθώς επίσης και ο συγκριτικός σχολιασμός των αποτελεσμάτων που προέκυψαν σε συνδυασμό με τα σφάλματα που καταγράφηκαν σε πραγματικό χρόνο. Τέλος, το έβδομο κεφάλαιο αφιερώνεται στην περιγραφή των γενικών συμπερασμάτων από την σύγκριση των μετεωρολογικών δεδομένων με τα καταγραφέντα σφάλματα των γραμμών μεταφοράς, καθώς επίσης και με τα θεωρητικά σφάλματα όπως αυτά υπολογίστηκαν στο κεφάλαιο 6. Η εργασία αυτή καταλήγει στην περιγραφή των λύσεων που προτείνονται με σκοπό τη μείωση των εμφανιζόμενων σφαλμάτων και στην ασφαλέστερη, αποδοτικότερη και ορθότερη γενικά λειτουργία του συστήματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας της Χαλκίδας και της ημιαστικής περιοχής που αυτό τροφοδοτεί. / This diploma thesis has as general aim to study, analyze, and extract conclusions referring to the procedure of electric power distribution, which is accomplished with the distribution lines that have been placed in the city of Chalkida and in the wider suburban region around it. Also, the faults that have been recorded from the qualified service of the Administrator of the Greek Network’s Distribution of Electric Power, are going to be opposed and processed. Furthermore, for the extraction of conclusions, these faults are going to be collated with the meteorological data that have been taken from the region of interest. Finally, it has been analytically calculated the theoretical faults due to lightning strikes at the distribution lines, in order to analyze and correlate the results that have been extracted, with the real time faults that occurred. To begin with, in the first chapter a description and comparison takes place between the situation of the past and nowadays, about the way the faults of the distribution lines in an electric power system are being exerted. In the second chapter, there is an analysis of the theoretical knowledge background about the categories of the electrical surges, their consequences on the distribution lines and some ways of settlement. In addition, the mechanisms that lead to lightning strikes are being analyzed and there is a description of their modeling for further understanding. Last but not least, the categories of faults that occur because of the above electrical surges, are being opposed and described. The third chapter presents the definition, description and general structure of an electrical power system, in order to better supervise and understand the function of the sub-transferring electric power system of Chalkida. The fourth chapter refers to the description and analysis of the two electric substations of Chalkida with the code names CHALKIDA 1 and CHALKIDA 2, and also includes the circuits of function of the distribution lines that are under the control and supervision of these two electric power substations. In the fifth chapter, the data that has been taken from the electric power substations, is being recorded and categorized. In the sixth chapter, the theoretical faults due to lightning strikes are being calculated and also annotated in comparison with the real time faults. Finally, the seventh chapter focuses on the apposition and description of the general conclusions of the meteorological data that has been combined with the recorded data that refers to the distribution lines, and also with the theoretical faults as they have been calculated on the previous chapter. This diploma thesis ends with the description of the solutions that are being recommended in order to minimize the real time faults and also turn the electric power system of Chalkida and the wider region around it, safer, more efficient and fully functional, as far as the distribution of electric power is concerned.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία ϑα µελετηθεί η συµπεριφορά των γραµµών διανομής μέσης τάσης, όταν αυτές πλήττονται από κεραυνούς, είτε άµεσα είτε έµµεσα. Οι κεραυνοί είναι ένα ϕυσικό ϕαινόµενο µε επικίνδυνες συνέπειες για την ασϕάλεια των ανθρώπων, κτιρίων και ηλεκτρικών εγκαταστάσεων. Οι γραµµές του ηλεκτρικού δικτύου (είτε υψηλής, είτε μέσης, είτε χαµηλής τάσης) είναι ευάλωτες σε πλήγµατα κεραυνών. Όταν ένας κεραυνός πλήξει άµεσα µια γραµµή ή το γειτονικό της έδαφος, τότε ϑα εµφανισϑούν σϕάλµατα στο ηλεκτρικό δίκτυο υπό µορφή επικίνδυνων υπερτάσεων. Οι υπερτάσεις αυτές σε πολλές περιπτώσεις µπορεί να υπερβαίνουν την κρουστική τάση αντοχής της µόνωσης του δικτύου, µε αποτέλεσµα, αν δεν υπάρχουν διατάξεις προστασίας, να διασπαστεί το διάκενο, προκαλώντας ανεπανόρθωτη ζηµιά στον εξοπλισµό µας. Η µελέτη για τη συµπεριφορά των εναέριων γραµµών διανοµής εµπεριέχει αρκετές προσεγγίσεις. Μερικές από αυτές αφορούν κάποιες βασικές παραµέτρους, όπως η πυκνότητα των κεραυνών στο έδαφος (GFD) και το πλήθος των άµεσων πληγµάτων στη γραµµή. Προκειµένου να εξάγουµε ασϕαλή δεδοµένα, συµβουλευόµαστε τους αντίστοιχους µετεωρολογικούς πίνακες-χάρτες ( π.χ. ισοκεραυνικοί χάρτες). Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται παρουσίαση της µορφής των συστηµάτων ηλεκτρικής ενέργειας µε ιδιαίτερη έµφαση στο σύστηµα διανοµής. Παρουσιάζεται η δοµή του συστήµατος διανοµής, τα επιµέρους τμήματα και εξαρτήµατα από τα οποία αποτελείται, καθώς και τα χαρακτηριστικά τους. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται δεδοµένα και στατιστικά του ελληνικού συστήµατος διανοµής. Στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται µια σύντοµη παρουσίαση των σϕαλµάτων και υπερτάσεων που παρουσιάζονται στο σύστηµα διανοµής, καθώς και των µέσων προστασίας που χρησιµοποιούµε προκειµένου να εξασϕαλίσουµε την αδιάλειπτη λειτουργία και ακεραιότητα του συστήµατος µας. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το ϕυσικό ϕαινόµενο του κεραυνού, καθώς και τα βασικά χαρακτηριστικά αυτού. Εξετάζονται τα είδη των κεραυνών και η εξοµοίωσή τους σε εργαστηριακές συνθήκες µέσω κρουστικής τάσης για δοκιµές της αντοχής των µονώσεων. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται η οδηγία της IEEE για τη συµπεριφορά των εναέριων γραµµών διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας έναντι κεραυνών. Σκοπός του κεφαλαίου είναι η παρουσίαση εναλλακτικών λύσεων για τη µείωση των βραχυκυκλωµάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραµµές. Συγκεκριµένα, προσδιορίζεται 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 και η προστασία των γραµµών με αλεξικέραυνα. Στο πέµπτο κεφάλαιο της εργασίας, γίνεται επεξεργασία και μελέτη των καταγρεγραμένων σφαλµάτων και βλαβών λόγω πτώσεως κεραυνών στο δίκτυο μέσης τάσης, σε µετασχηµατιστές και σε γραµµές διανοµής Μ.Τ., κατά την διάρκεια της επταετίας 2005-2011 στο νομό Αιτωλοακαρνανίας. Υπολογίζεται αναλυτικά ο ϑεωρητικός αριθµός σφαλµάτων σύµϕωνα µε την οδηγία της IEEE, και στη συνέχεια γίνεται σύγκριση µε τα πραγµατικά σφάλµατα που έχουν καταγραφεί από τις υπηρεσίες της ∆.Ε.Η. στην πόλη του Αγρινίου, µε σκοπό την εξαγωγή χρήσιμων συµπερασµάτων. Γενικά, προκύπτουν αποκλίσεις της θεωρητικής εκτίμησης από τα πραγματικά δεδομένα των καταγραφών, γεγονός που οφείλεται τόσο στον προσεγγιστικό χαρακτήρα της θεωρητικής εκτίμησης, όσο και σε πιθανά λάθη, εξ’ αιτίας της εμπλοκής του ανθρώπινου παράγοντα, στην καταγραφή των πραγματικών σφαλμάτων. Παρ’ όλα αυτά, η απόκλιση αυτή είναι θετική (τα θεωρητικά υπολογισμένα σφάλματα είναι, δηλαδή, περισσότερα από τα καταγεγραμμένα), γεγονός που δεν μειώνει την αξία της εκτίμησης που μας προσφέρει το χρησιμοποιούμενο μοντέλο. / This thesis studies the behavior of medium voltage distribution lines, after being stroked by lightning – directly or indirectly. The lightning is a natural phenomenon, with dangerous impacts on human safety, buildings or electricity premises. The electricity network lines (either of high, medium or low voltage) are prone to lightning strikes. When a lightning strikes a distribution line (or the ground nearby), then faults occur at the distribution network, in the form of dangerous overvoltage. Such overvoltage may in many cases exceed the shock impulse of network’s insulation resistance. As a result, in case no safety arrangements exist, this could lead to gap breakdown, causing irreparable damage to our equipment. The study of the behavior of air distribution lines encompasses several approaches: Some of them have to do with basic parameters, such as the ground flash density (GFD) and the number of direct lightning strikes on distribution lines. In order to export safe data, we use the corresponding meteorological tables/maps (e.g. lightning maps). The first section of this paper contains the presentation of the form of electric power systems, with special emphasis on the distribution system. It is a presentation of the distribution system structure, its individual parts and devices, as well as their features. Data and statistics of the Greek distribution system are presented at the end of the section. The second section is a brief presentation of the faults and overvoltage occurring at the distribution system, as well as of the protection measures we use, in order to ensure uninterrupted operation and integrity, regarding to our system. The third section presents the natural phenomenon of the lightning and its main features. The types of lightning are reviewed here, and its simulation under laboratory conditions through shock impulses, in order to test the insulation resistance. The fourth section is a reference to the directive of the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), regarding to the behavior of air distribution lines in case of lightning. The purpose here is to present alternative solutions for the decrease of short-circuit occurrences caused by lightning on overhead lines. Specifically, the behavior of the overhead distribution lines in the event of lightning strikes is determined (meaning both direct lightning strikes and short-circuits arising from the induced voltage), as well as the level of insulation of distribution lines, the protection of distribution lines by employing a protective tube, and the protection of the lines using lightning rods. The fifth section of this paper is an elaboration of the faults recorded and the damages caused due to lightning strikes on the medium voltage network, as well as on transformers and on M.V. distribution lines over a 7-year period (from 2005 to 2011) about the Aitoloakarnania state. The theoretical number of faults will be calculated in detail, based on the IEEE directive and then these faults will be compared to the real faults provided by D.E.I. in the city of Agrinio (Greek Public Power Corporation), in order to reach our conclusions. In conclusion, a deviation between the theoretical number and the real number of faults is noted: this observation has to do with the approximate character of the model we used, probably as well as the involvement of the human factor in recording the real number of thoughts. However, this deviation is “positive” (meaning that the number of theoretical faults is bigger than the number of the real ones), a fact that does not reduce the value of the number suggested by using the theoretical model provided

Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η συμβολή στην διαδικασία εκτίμησης του αριθμού των αναμενόμενων σφαλμάτων των γραμμών μεταφοράς στο Ελληνικό Δίκτυο με στόχο τον καλύτερο σχεδιασμό των γραμμών μεταφοράς. Λαμβάνοντας τα στοιχεία του αριθμού των σφαλμάτων για τα έτη 2007 και 2008, στο παρόν έργο, συγκρίνονται τα πραγματικά σφάλματα με τα αναμενόμενα (εκτιμηθέντα με τη βελτιωμένη μέθοδο ANACOM) και εξάγονται συμπεράσματα για την ικανότητα της μεθόδου να συμβάλλει στον επαρκή σχεδιασμό των γραμμών μεταφοράς στον Ελλαδικό χώρο. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν δεκαπέντε (15) γραμμές μεταφοράς 150kV και 400kV αρχικά υπολογίζοντας τα αναμενόμενα σφάλματα με την προαναφερθείσα μέθοδο και στη συνέχεια συγκρίνοντας τα σφάλματα αυτά με τα πραγματικά. Παρατηρήθηκε ότι, ενώ στις περισσότερες περιπτώσεις ο αριθμός των πραγματικών σφαλμάτων ήταν σημαντικά μικρότερος από τον αριθμό των αναμενόμενων, υπήρξαν τέσσερις (4) γραμμές για τις οποίες η μέθοδος ANACOM είχε ως αποτέλεσμα σοβαρή υποεκτίμηση. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης συγκρίθηκαν με αποτελέσματα προγενέστερων σχετικών μελετών και συμπεράσματα εξήχθησαν με στόχο την αξιολόγηση της επάρκειας της μεθόδου ως μοναδικό κριτήριο για τον σχεδιασμό των γραμμών μεταφοράς. / The aim of this paper is to contribute to the process of estimating the number of expected errors of transmission lines in Greek Network in order to better design of transmission lines. Taking the figures of the number of errors for the years 2007 and 2008, in this work, comparing actual to expected errors (evaluated with the improved method ANACOM) and draws conclusions about the ability of the process to assist in the design of adequate transmission lines to Greece. Specifically studied fifteen (15) transmission lines 150kV and 400kV initially calculating the expected errors to the aforementioned method and then comparing these errors with the actual. Observed that, while in most cases the number of factual errors were significantly smaller than the number expected, there were four (4) lines for which the method ANACOM resulted serious understatement. The results of this study were compared with results of previous related studies and conclusions were reached in order to assess the adequacy of the method as the sole criterion for the design of transmission lines.

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 της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη των αναπτυσσόμενων υπερτάσεων στις γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης (132kV) του δικτύου της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου. Γίνεται μια παρουσίαση του κάθε στοιχείου του δικτύου ξεχωριστά, με ποιο τρόπο μπορεί να μοντελοποιηθεί και πως συμπεριφέρεται σε κεραυνικό πλήγμα εύρους 100kA με τρία διαφορετικά σήματα. Τέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης στο λογισμικό ATP-EMTP και εξάγονται παρατηρήσεις και συμπεράσματα. Αρχικά στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγική παρουσίαση της διπλωματικής εργασίας, μια ιστορική αναδρομή για τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας και την επανάσταση που έφερε η ανάπτυξη τους. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η πορεία του ηλεκτρισμού στη Κύπρο κάτω από το φορέα διαχείρισης του, την Αρχή Ηλεκτρισμού Κύπρου. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρατίθενται λεπτομερώς τα στοιχεία που συνθέτουν σήμερα το δίκτυο της Α.Η.Κ από την παραγωγή, τη μεταφορά και τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας στο νησί. Ακόμη γίνεται μία σύντομη αναφορά στο κλίμα της Κύπρου και πως αυτό ευνοεί τη δημιουργία κεραυνών. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται και περιγράφεται αναλυτικά η αιτία της δημιουργίας των εξωτερικών υπερτάσεων, δηλαδή ο κεραυνός και πως λειτουργεί αυτός ως φυσικό φαινόμενο. Επίσης περιγράφονται οι διάφοροι μηχανισμοί δημιουργίας υπερτάσεων από τους κεραυνούς. Στα επόμενα τρία κεφάλαια παρουσιάζονται ενδελεχώς τα τρία βασικά στοιχεία του δικτύου το οποίο τυγχάνει προσομοίωσης, δηλαδή οι γραμμές μεταφοράς, οι πυλώνες και οι αλυσοειδείς μονωτήρες ανάρτησης. Συγκεκριμένα, για τις μεταφοράς γίνεται αναφορά στα γενικά τους στοιχεία, στα χαρακτηριστικά τους αλλά και στις καταπονήσεις που υφίστανται. Στους πυλώνες παρουσιάζεται η καταπόνηση τους από κεραυνούς με απότομο μέτωπο, το πως εκτιμάται η αντίσταση γείωσης τους και τι ρόλο παίζει η ειδική αντίσταση εδάφους. Όσο αφορά τους μονωτήρες ανάρτησης προβάλλονται γενικά κατασκευαστικά τους στοιχεία, οι συνθήκες στις οποίες λαμβάνει χώρα η υπερπήδηση(διάσπαση) τους και οι μέθοδοι υπολογισμού του χρόνου επιφανειακής διάσπασης των. Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζεται το λογισμικό ATP- EMTP μέσω του οποίου γίνεται η μοντελοποίηση των στοιχείων του δικτύου και η προσομοίωση τους. Γίνεται αναφορά στη δομή του προγράμματος, τα ιστορικά του στοιχεία, τις διάφορες βιβλιοθήκες μοντέλων που εμπεριέχονται σε αυτό, τα διάφορα προγράμματα υποστήριξης του και περισσότερο το ATP – Draw όπου παρέχεται η δυνατότητα για σχεδίαση των στοιχείων και εισαγωγή των παραμέτρων τους. Στο όγδοο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μοντελοποίηση των προαναφερθέντων στοιχείων της διάταξης και ενσωμάτωση τους στο ATP – EMTP. Τέλος, στο ένατο και τελευταίο κεφάλαιο παρατίθενται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, η εξαγωγή των αποτελεσμάτων, οι παρατηρήσεις και τα συμπεράσματα. / The aim of the work described in this thesis is the study of the induced overvoltages on high voltage transmission lines (132kV) of the network of the Electricity Authority of Cyprus. Every network element is separately described, ways for the modeling of each element are explored and the behavior of each element during a 100kA lightning strike using three different signals is observed. Lastly, the results of the simulation are presented by using ATP/EMTP software, observations are made and findings are determined. The first chapter introduces the thesis and consists of a historical overview of electrical power systems and an overview of the revolution brought through their development. Thereafter the development of electricity in Cyprus as part of the electricity supplier “Electricity Authority of Cyprus” is analyzed. A detailed review of the system used by the “Electricity Authority of Cyprus” (Generation, Transmission, Distribution, Supply) constitutes the second chapter. Further, a brief reference to the climate of Cyprus is made and on how it favors the formation of lightning. The third chapter presents and describes in detail what might cause extraneous voltages, i.e. lightning and how it works as a natural phenomenon. Plus the different generation mechanisms of lightning overvoltages are described. In the next three chapters the main three elements of the network being simulated are presented in detail, i.e. transmission lines, pylons and catenary suspension insulators. Namely, with regard to transmission lines general information is given, their characteristics are described along with the stresses they face. As long as the pylons are concerned, the stresses they face by steep-front lightning are described, information on how to assess their grounding system resistance is given and it is also discussed whether Soil Resistivity plays a dominant role. Regarding suspension insulators their parts are described, the circumstances under which their disruptive discharge takes place and the methods of calculating surface discharges. In the seventh chapter the ATP/EMTP software used for network modeling and simulation is presented. Reference is made to the program structure, the historical data, the various model- libraries included in it, the various supporting programs and more specifically ATPDraw which creates/draws the elements and which does the parameter fitting. The eighth chapter contains the analysis of the modeling of the aforementioned parts of the assembly and their integration in the ATP/EMTP. Lastly, in the ninth and final chapter the results of the simulation are presented, observations are made and findings are determined.