Η μόνωση του εξοπλισμού και των εγκαταστάσεων υψηλής τάσης είναι αναγκαία για τη διατήρηση της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των υπό υψηλή τάση αγώγιμων μερών. Οι μονωτήρες είναι οι διατάξεις οι οποίες χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά δίκτυα και στηρίζουν, διαχωρίζουν και περιέχουν αγωγούς υψηλής τάσης. Όλοι οι μονωτήρες έχουν διπλή λειτουργικότητα, μηχανική και ηλεκτρική, κάτι που δημιουργεί αντικρουόμενες απαιτήσεις στο σχεδιασμό τους. Επιπλέον, αποτελούν βασικά δομικά στοιχεία ενός συστήματος μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. / -

Προκειμένου να διατηρήσουμε τη διαφορά δυναμικού ανάμεσα στα αγώγιμα μέρη που βρίσκονται υπό υψηλή τάση και να την προστατέψουμε από υπερτάσεις είναι απαραίτητη η μόνωση του εξοπλισμού. Ένας τρόπος μόνωσης που χρησιμοποιείται ευρέως είναι η προστασία με μονωτικά υγρά, και ανάμεσα σε αυτά τα πιο διαδεδομένα είναι τα ορυκτά έλαια. Αυτά είναι έλαια που προέρχονται από το πετρέλαιο και τα επιλέγουμε επειδή είναι εύκολα διαθέσιμα και έχουν χαμηλό κόστος. Στο πρώτο μέρος της εργασίας θα δούμε τη χρήση των ελαίων σε μετασχηματιστές, ελαιοδιακόπτες, πυκνωτές, καλώδια, μονωτήρες διέλευσης και μετασχηματιστές οργάνων, καθώς και τις ιδιότητες αυτών. Στη συνέχεια θα δούμε τους τρόπους διάσπασης των ελαίων που είναι η ηλεκτρονική διάσπαση, ο μηχανισμός αιωρούμενων σωματιδίων, η διάσπαση κοιλότητας, η ηλεκτρομεταφορά και το ηλεκτροϋδροδυναμικό πρότυπο διηλεκτρικής διάσπασης. Αρχικά αυτό που πρέπει να γνωρίζουμε για να μελετήσουμε τις μεταβολές που υφίσταται η μόνωση από τις καταπονήσεις που θα τις επιβάλλουμε είναι οι υπερτάσεις που θα αναπτυχθούν σε αυτή, ούτως ώστε να επιτύχουμε την ορθή σχεδίαση της. Σε αυτή την εργασία θα μελετήσουμε την επίδραση που έχουν στη μόνωση οι υπερτάσεις χειρισμών. Για τις υπερτάσεις χειρισμών είναι δύσκολο να χρησιμοποιήσουμε μια τυποποιημένη μορφή μιας και η μορφή αυτή εξαρτάται από το μήκος του διακένου. Επειδή όμως τα συνήθη διάκενα για υπερυψηλές τάσεις είναι περίπου 5 cm και για το μήκος αυτό το πιο κρίσιμο μέτωπο τάσεως είναι περίπου 250 μs, διαλέγουμε σαν τυποποιημένη τάση χειρισμών την κρουστική τάση με διάρκεια μετώπου Tcr=250 μs και διάρκεια ουράς Tq=2500 μs. Η παραγωγή των παραπάνω τάσεων έγινε με τη διβάθμια κρουστική γεννήτρια του εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων, τη λειτουργία της οποίας θα αναλύσουμε στο δεύτερο κεφάλαιο. Τέλος θα μελετήσουμε και το χρόνο υστέρησης, το χρόνο δηλαδή που παρέρχεται μεταξύ της εφαρμογής μίας τάσης σε ένα διάκενο, αρκετής να προκαλέσει διάσπαση, και της διάσπασης. Κατά τη διεξαγωγή του πειράματος χρησιμοποιήσαμε την γεννήτρια που αναφέραμε παραπάνω, κυψέλη από υλικό Plexiglass, παλμογράφο για τη μελέτη της κυματομορφής της κρουστικής τάσης και εύρεση του ακριβούς σημείου διάσπασης, καθώς και ηλεκτρόδια Rogowski και ακίδας-πλάκας. Τις λεπτομέρειες της κάθε διάταξης των ηλεκτροδίων (απόσταση μεταξύ αυτών, διαστάσεις τους κ.λ.π.) θα τις δούμε σε κάθε πείραμα ξεχωριστά. Οι υπερτάσεις χειρισμών που παρήγαγε η γεννήτρια μας και χρησιμοποιήθηκαν στο πείραμα ήταν τάσεις θετικής πολικότητας 140/1785 μs. Οι δοκιμές έγιναν σύμφωνα με τον κανονισμό της ASTM D 3300-2000 σε έλαιο πετρελαϊκής απόσταξης, καθώς και σε φυτικό έλαιο. Μέσα από πλήθος μετρήσεων παρατηρήσαμε την επίδραση που ασκεί στην τάση διάσπασης το μέγεθος του διακένου, η καταπόνηση του ελαίου, ο χρόνος ηρεμίας του καθώς και οι ατμοσφαιρικές συνθήκες. Για την επεξεργασία των μετρήσεων χρησιμοποιήθηκε πρόγραμμα γραμμένο σε γλώσσα προγραμματισμού C, το οποίο υλοποιεί τη μέθοδο μέγιστης πιθανοφάνειας. Με βάση αυτή τη μέθοδο, εξάγουμε ακριβείς τιμές για την τάση που αντιστοιχεί σε πιθανότητα διάσπασης 50% (V50), την τυπική απόκλιση (σ) των τιμών της τάσης διάσπασης για κάθε σετ μετρήσεων καθώς και τη διασπορά των V50 και σ. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε πίνακες και σε διαγράμματα κανονικής κατανομής. Ένας επιπλέον παράγοντας που εξετάζεται είναι η χρονική υστέρηση για συγκεκριμένα μήκη διακένου, τόσο για ομοιόμορφο πεδίο όσο και για μη ομοιόμορφο πεδίο. / In order to preserve the voltage between the conductive parts - that are under high voltage - and in order to protect them from overvoltage, the electrical insulation of the equipment is essential. One way of insulation, which is widely used, is the protection with insulation liquids. Among them, the most widespread are the mineral oils. These oils come from petroleum and we choose them because they are easily accessible and have very low cost. On the first part of this thesis we will see the use of insulation oils on transformers, oil switches, capacitors, cables, lead-in insulators, instrument transformers and we will also study the properties of mineral oils. Additionally, we will examine the ways of electric breakdown of the oils. The most common among them are the electronic breakdown, the process of pendulous particles, cavity resolution and, finally, electro transfer and electro hydro-dynamic practice of dielectric resolution. Firstly, what we must know, so we can study the changes that happen to the insulation because of the strains we will force on it, are the overvoltages that will develop on it, in order we succeed in its proper design. Our primary focus in this dissertation is the effect of the operational overvoltages on our insulation. It is difficult to use a standard form for the operational overvoltage as this form depends on the length of the gap between the electrodes. However, the common gaps for ultra-high-voltages is around 5 cm and for this gap the most critical front of the voltage impulse is around 250 μs. As a result, we choose as a standardized operational overvoltage the voltage impulse with front length Tcr=250 μs and tail length Tq=2500 μs. The mentioned impulses were produced with the double stage impact generator of the High Voltage laboratory, whose function is described in Chapter 2. In addition, we will analyze the time lag, which is the time between the application of an impulse high enough to cause resolution in interspace and the breakdown. During the conduction of the experiment we used the generator we mentioned above, a hive made of Plexiglass, an oscillograph (in order to study the waveform of the voltage impulse and find the exact point of the breakdown), and finally Rogowski and poker-planch electrodes. The details of every set-up of the electrodes (the gap between them, their dimensions etc.) we will see them in every experiment separately. The operational overvoltages that our generator produced and were used in the experiment were voltage impulses of positive polarity 140/1785 μs. The tests were done according to the regulation of ASTM D 3300-2000 on mineral oil and on herbal oil as well. After a lot of measurements we observed the effect on the breakdown voltage of the gap between the electrodes, the strain of the oil, the calmness time and the atmospheric conditions. As to the elaboration of counts, a program written on C programming language that affects the maximum probability method was used. Based on this method, we can draw precise rates on the voltage that corresponds with resolution possibility 50%, on typical deflection (σ) of the rates of resolution voltage for every set of counts as well as on the dispersion of V50 and σ. The results are presented on tables and diagrams of regular distribution. An extra factor examined is time lag for specific interspace lags regarding uniform as well as non-uniform field.

Μελέτη της συμπεριφοράς μέσω πειραματικών αποτελεσμάτων της συνδυαστικής μόνωσης ελαίου και λεπτών χάρτινων και πλαστικών διαφραγμάτων. Συμπεράσματα: Αύξηση διηλεκτρικής αντοχής, μείωση σχετικού σφάλματος διάταξης. / Study of the behavior of composite insulations consisting of oil and paper or plastic diaphragms through experimental data analysis. Conclusions: Increased dielectric strength, reduced standard deviation/mean ratio

Είναι γνωστό ότι ο πιο σημαντικός παράγοντας για την προστασία και τη σωστή λειτουργία ενός εξοπλισμού υψηλής τάσης είναι η μόνωση του. Η πιο διαδεδομένη μορφή μόνωσης είναι η χρήση υγρών διηλεκτρικών, και συγκεκριμένα ελαίων. Αρχικά, χρησιμοποιούσαν μόνο ορυκτά έλαια ως μονωτικό υλικό διοτί ήταν εύκολη η διάθεση τους. Τα τελευταία όμως χρόνια, ήθισται να προτιμούνται φυτικά έλαια έναντι των ορυκτών, χάρη των ιδιοτήτων και πλεονεκτημάτων που παρουσιάζουν. Τα βασικά πλεονεκτήματα είναι η φιλικότητα τόσο προς το περιβάλλον όσο και στον άνθρωπο, η μη τοξικότητα τους, το υψηλό σημείο ανάφλεξης, η βιοδιάσπαση τους, καθώς και η βελτίωση της απόδοσης του μετασχηματιστή. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση της συμπεριφοράς του φυτικού ελαίου FR3 κατά τη διάρκεια καταπόνησης του με εναλλασσόμενη τάση (AC) και η σύγκριση του με το ορυκτό έλαιο. Ακόμη, στόχος μας είναι να παρατηρήσουμε τη συμπεριφορά του FR3 σε συνδυασμό με μονωτικό χαρτί, αφού γνωρίζουμε ότι τα τυλίγματα μετασχηματιστών υψηλής τάσης μονώνονται και από τα 2 υλικά. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκε η συσκευη BAUR oil tester DTA 100C που αποτελεί κομμάτι του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού του εργαστηρίου των υψηλών τάσεων. Η παραγωγή γραμμικά αυξανόμενης εναλλασσόμενης (AC) τάσης με σταθερό ρυθμό 2kVrms/s και οι μετρήσεις της τάσης διάσπασης έγιναν από τη συσκευή αυτή. Τα διάκενα στα οποία καταπονήθηκε το φυτικό έλαιο είναι: rogowski 2mm, ακίδα-πλάκα 2mm, rogowski-πλάκα 2.5mm.Στη συνέχεια, πραγματοποιήσαμε μετρήσεις με διάταξη rogowski 2.5mm σε φυτικό λάδι χωρίς ανάδευση και σε καταπονημένο σε κρουστική τάση. Οι επόμενες μετρήσεις αφορούσαν το σύνθετο διάκενο χαρτί –λάδι και χρησιμοποιήσαμε 2 τύπους χαρτιού: DPP PAPER και KRAFT PAPER σε διάταξη rogowski 2.5mm. Τέλος, χρησιμοποιήσαμε ορυκτό έλαιο σε διάκενα rogowski 2.5mm και Ακίδα πλάκα 2,5 mm Επίσης, για να είμαστε άρτιοι στη σύγκριση των δύο τύπων ελαίων, πραγματοποιήσαμε αναλυτική στατιστική έρευνα ώστε να διαπιστώσουμε αν η κατανομή των πειραματικών αποτελεσμάτων προσεγγίζει την κανονική. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήσαμε το διάγραμμα διασποράς για την εκτίμηση της κατανομής. Έπειτα, με τη χρήση της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας παρατηρήσαμε εποπτικά αν τα πειραματικά αποτελέσματα ακολουθούν κανονική κατανομή και υπολογίσαμε την ασσυμμετρία και την κυρτωση αυτών. Tέλος, χρησιμοποιήθηκαν τρία κριτήρια κανονικότητας, το Shapiro-Wilk, το Kolmogrov-Smirnov, και το Anderson-Darling καθώς και το διάγραμμα Normal Plot. Κρίνοντας από τα αποτελέσματα, προκύπτει ότι η τάσης διάπασης για το φυτικό έλαιο είναι μεγαλύτερη σε σχέση με το ορυκτό. Επίσης, είναι φανερό ότι η ύπαρξη σύνθετου διακένου (έλαιο – χαρτί) μειώνει την τάση διάσπασης του FR3. Τέλος, φαίνεται ότι σχεδόν για όλες τις διατάξεις, τα πειραματικά αποτελέσματα ακολουθούν την κανονική κατανομή. / It is known that the most important factor for the protection and proper operation of high voltage equipment is the insulation achievements. The most widespread form of insulation is the use of liquid dielectrics, manely dielectric oils. Initially, only mineral oil were used as an insulating material because it was easily available. However, the last decades vegetable oils are preferred to fossil thanks to the properties and advantages they present. The main advantages are the friendliness of both the environment and humans, non- toxicity, high flash point, biodegradation, as well as improving the efficiency of the transformer. The purpose of this thesis is to investigate the behavior of natural oil FR3 during stress with alternating current (AC) and compared with the mineral oil. Furthermore, our aim is to observe the behavior of this oil in combination with insulating paper, since we know that the high voltage transformer windings are insulated from the two materials. For this reason, using the device BAUR oil tester DTA 100C which is part of the electrical equipment of High Voltage laboratory. The production increased linearly alternating (ac) voltage steadily 2kVrms/s, and measurements of the breakdown voltage were made of this device.The gaps that we were measured are: rogowski 2mm, point-plane 2mm, rogowski-plane 2mm. Then, we measured the breakdown voltage for rogowski 2,5mm without stirring and for an overworked oil. Next measurments concered the combination of paper-oil, where we used two types of insulating paper:DPP and KRAFT PAPER (rogowski 2.5mm).finally we measured mineral oil in gaps: rogowski 2.5 mm and point-plane 2.5 mm Also, being correct to compare the two types of oils, we conducted a detailed survey about whether the experimental results follow the normal distribution. Specifically, we used the scatter plot to estimate the distribution of our experimental results. Then, using the probability density function we observed if the experimental results follow a normal distribution and calculated the coefficients of skewness and kurtosis. Finally, we used two hypothesis tests, the Shapiro – Wilk test,the Kolomogrov-Smirnov test and the Anderson-Darling, as well as the Normal Probability Plot. Αccording to the results, we observe that the breakdown voltage of natural ester oil is greater than mineral’s oil. Also, it is obvious that the existence of a complex gap (oil-paper) reduces the breakdown voltage. Finally, it seems that for almost all the provisions, the experimental results follow the normal distribution.

- / In the present diplomatic project is realised a process of measurements of the leakage current by the system of measurement that was manufactured by gentleman Sideraki, in the frames of his doctoral thesis. The measurements were realised in the substation 150 kV of Crete‟s system of transport and in the substation 150 kV of A.I.S. Linoperamaton. In the first chapter, is presented the phenomenon of the insulators‟ pollution, while it constitutes the prime cause of the leakage current. Here are presented the main causes of pollution, its unfavourable results as well as her ways of confrontation. There is an extensive report, in the use of multilateral insulators and multilateral coatings for the confrontation of the phenomenon of pollution. Particularly is stressed the hydrophobic characteristic of these materials which leads to the reduction of the quantity of pollution on the surface of the insulators. The second chapter, is a presentation of the work of various researchers over the world, in the effort of studying the leakage current and its connection with the phenomena of ageing and flashover. Also there are mentioned the experimental provisions that they used in the frames of their studies and are reported the mainer conclusions to which they were led. Common point of their conclusions constitutes the make of ascertainment that the biggest price of the leakage current, constitutes an unreliable indicator of description of the distressed insulator‟s surface, since important information on the situation of the surface we draw also from the waveform of the leakage current. In the third chapter there is a concise presentation of Fourier„s theory and transforming, while an extensive report in the distinguishable Fourier transforming (DFT) is also mentioned. Finally, is presented the fast Fourier transforming (FFT), which constitutes an algorithm of fast calculation of distinguishable transformation Fourier and is used among others for the spectrum analysis of signals of distinguishable time. In the fourth chapter, is realised the treatment of measurements, with the use of Labview for the study of the leakage current in the field of frequency. Leakage current‟s waveforms are categorized, with criteria, the lack of linearity and the presence of discharges or not and conclusions are exported on these waveforms, from their spectrum analysis.

Τα μονωτικά υλικά αποτελούν συνήθη πρακτική στο σχεδιασμό μονωτικών διατάξεων για εξοπλισμό Υψηλής Τάσης. Χαρακτηριστική περίπτωση αποτελεί η μόνωση των τυλιγμάτων Μετασχηματιστών Υψηλής Τάσης, όπου γίνεται συνδυαστική χρήση ενός κύριου μονωτικού μέσου (υγρής φύσης μονωτικό έλαιο) και δευτερευόντων (συνθετικά λεπτά φύλλα στερεής φύσεως που καλύπτουν τα τυλίγματα). Σε τέτοιου τύπου περιπτώσεις, όπου το ένα μονωτικό μέσο κυριαρχεί, οι διεπιφάνειες παίζουν καθοριστικό ρόλο, καθώς λόγω της εκεί συσσώρευσης φορέων φορτίου και άλλων ανομοιογενειών αλλάζει τη διηλεκτρική συμπεριφορά της συνδυαστική μόνωσης, με τρόπο όχι ως σήμερα εξακριβωμένο. Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η διερεύνηση των επιδράσεων της εισαγωγής συνθετικού μονωτικού διαφράγματος εντός διακένου που μονώνεται από ειδικό λάδι και καταπονείται υπό γραμμικά αυξανόμενη AC τάση. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκε η συσκευή BAUR Oil Tester DTA 822-129-1, κομμάτι του ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού του εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων. Επίσης η παραγωγή γραμμικά αυξανόμενης (με σταθερό ρυθμό 2 kVrms/s) AC τάσης, καθώς και η μέτρηση της τάσης διάσπασης έγιναν από τη συσκευή αυτή. Η ίδια πειραματική διαδικασία ακολουθήθηκε για συνδυασμούς ενός λαδιού ανοιχτού χρώματος με 2 διαφράγματα ιδίου τύπου από 3 διαφορετικούς τύπους (κατά δομή ή κατά πάχος ή και τα δύο) διαφραγμάτων – ήτοι συνθετικό χαρτί NOMEX 0.15mm & 0.25mm , και HYPERTHERM 0.37mm ενώ ΝΟΜΕΧ 0.15 mm δοκιμάστηκε σε συνδυασμό με ένα δεύτερο λάδι σκούρου χρώματος. Για λόγους δυνατότητας σύγκρισης δοκιμάστηκε το λάδι σκούρου χρώματος μόνο του (χωρίς διαφράγματα) και με ένα διάφραγμα. Τα αποτελέσματα και η διαγραμματική τους απεικόνιση με τις απαραίτητες παρατηρήσεις, δίνονται στην παρούσα εργασία και βασιζόμενοι σε αυτά δώσαμε και ανάλογα συμπεράσματα. Έτσι προέκυψε πως η συνδυαστική χρήση μονωτικού ελαίου και συνθετικών διαφραγμάτων μπορεί να επηρεάσει περισσότερων του ενός διηλεκτρικών μεγεθών. Η διηλεκτρική αντοχή, προσδιοριζόμενη από τη μέση τιμή της τάσης διάσπασης των δοκιμίων, παρουσιάζει σημαντικές μεταβολές. Τα διαφράγματα από χαρτί NOMEΧ παρουσιάζουν μια σχετικά σταθερή συμπεριφορά ενώ το HYPERTHERM επιδεικνύει πτωτική τάση της διηλεκτρικής του αντοχής. Το σκέτο λάδι εμφανίζει μέση τιμή διηλεκτρικής αντοχής χαμηλότερη και πιο σταθερή. Λιγότερο αναμενόμενη, ήταν η προκύπτουσα μείωση του σχετικού σφάλματος της συνδυαστικής μονωτικής διάταξης, μέγεθος που χαρακτηρίζει το στοχαστικό χαρακτήρα του συστήματος. Καλύτερα συνεργαζόμενα με το μονωτικό λάδι απεδείχθησαν τα διαφράγματα χαρτιού NOMEX 0.15 / Insulating materials are common in the design provisions for insulating high-voltage equipment. An example is the insulation of windings Transformer High Voltage, which is combined using a principal material of isolation (insulating oil liquid nature) and secondary (synthetic foil solid nature covering the windings). In this case where a material of isolation dominates, the surfaces has a special role, there due to accumulation of electrical load and other entities heterogeneity changes the dielectric behavior of the combination of insulation, so far as not verified. The objective of this diplomatic mission is to investigate the effects of the introduction of synthetic aperture in the insulating gap of special insulated from oil-stressed and under linearly increasing AC voltage. For this reason, we used the device BAUR Oil Tester DTA 822-129-1, part of the electromechanical equipment of the High Voltage Laboratory. Also, the production increased linearly (with constant rate of 2 kVrms / s) AC voltage and measuring the voltage division performed by the device. The same experimental procedure was followed for a combination of oil (type light color) with 2 paper with same type of 3 different types (in structure or thickness or both) bulkhead – i.e. synthetic paper NOMEX 0.15mm & 0.20mm, and HYPERTHERM 0.37mm -. The same bellows tested in combination with half oil dark color. For reasons of comparability tested oil dark color only (without paper) and with only one paper . The results and their diagrammatic representation with the necessary comments are given in this work and based on them and we have similar conclusion. This showed that the combined use of insulating oil and synthetic aperture can affect more than one dielectric sizes. The dielectric strength, determined by the mean breakdown voltage of essays, introduced important changes..ΝΟΜΕΧ shows less stability than HYPERTHERM and give more stable and lower dielectric strength. Less expected, but perhaps more important, was the resulting reduction of the error of combined insulating device, size characterizing the stochastic nature of the system. Better partner with the insulating oil proved the paper thick NOMEX 0.15.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η ικανότητα μόνωσης των γραμμών μεταφοράς του ελληνικού δικτύου μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και η αντικεραυνική συμπεριφορά τους. Αρχικά, γίνεται μια μικρή ιστορική αναδρομή και παρουσιάζονται κάποια στοιχεία τα οποία αφορούν το ελληνικό σύστημα μεταφοράς. Στη συνέχεια γίνεται μια πιο αναλυτική περιγραφή των γραμμών μεταφοράς, παρουσιάζοντας τις κατηγοριοποιήσεις στις οποίες και υπόκεινται, με κύρια κριτήρια αυτών να είναι η ονομαστική τάση υπό την οποία είναι φορτισμένες, το μήκος, αλλά και την ικανότητά τους στην μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, γίνεται αναφορά στις καταπονήσεις τις οποίες δέχονται οι γραμμές αλλά και στην μόνωση, όπως και στα χαρακτηριστικά τους. Έπειτα, εξετάζονται οι κεραυνοί και παρατίθεται 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 εξαρτούνται και χαρακτηρίζονται. Πιο κάτω, μπορούμε να δούμε ποια είναι τα κύρια είδη σφαλμάτων στις εναέριες γραμμές μεταφοράς και από ποιά αίτια αυτά προκαλούνται. Το επόμενο κεφάλαιο πραγματεύεται τη μόνωση των γραμμών αλλά και τα πλήγματα από τους κεραυνούς. Πιο αναλυτικά, εξετάζονται οι μηχανισμοί που προκαλούν την παραγωγή υπερτάσεων στις γραμμές, ενώ γίνεται ιδιαίτερη μνεία στο φαινόμενο της ανάστροφης διάσπασης της μόνωσης των γραμμών, καθώς και στα σφάλματα θωράκισης. Έπειτα, για το καθορισμό της θέσης του αγωγού προστασίας της γραμμής παρουσιάζονται οι μέθοδοι της μέγιστης γωνίας και η ηλεκτρογεωμετρική μέθοδος, ενώ για την πρόβλεψη του πιθανού αριθμού σφαλμάτων στην γραμμή από ανάστροφα βραχυκυκλώματα παρατίθενται δύο μέθοδοι: η απλή και η βελτιωμένη μέθοδος ANACOM. Τέλος στο τελευταίο κεφάλαιο, υπάρχει μια εκτενής αναφορά στο πρόγραμμα ΑΤΡ-ΕΜΤΡ και τα στοιχεία του καθώς και τα συνεργαζόμενα με αυτό προγράμματα. Αυτό γίνεται γιατί παρουσιάζεται μια προσομοίωση μιας πραγματικής γραμμής του δικτύου της Δ.Ε.Η, της R-37, η οποία βρίσκεται στην περιοχή Λάππα Αχαΐας, με τη χρήση του συγκεκριμένου προγράμματος και κύρια του γραφικού προεπεξεργαστή του, που είναι το πρόγραμμα ATPDraw. Η προσομοίωση αυτή γίνεται για διαφορετικών εντάσεων κεραυνικά ρεύματα τα οποία πλήττουν τον αγωγό προστασίας ή τον αγωγό φάσης της γραμμής σε διάφορα σημεία αυτής, και μελετά τις παραγόμενες εξαιτίας αυτών των κεραυνών υπερτάσεις και το βαθμό επικινδυνότητάς τους για τον παρακείμενο σταθμό διανομής της ιδίας περιοχής. / In this diploma thesis the insulation capability of the transmission lines of the Greek transmission and distribution system of electric energy is studied, as well as their lightning behavior. Initially, there is a little historical background and it is also presented some details concerning the Greek transmission system. Afterwards 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. Next, there is a study about lightnings 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. 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 the, as well as with lightning strokes. More specifically, the mechanisms which cause the overvoltages on transmission lines are described, making a special reference to the backflashover phenomenon on the insulation of the lines, and the proofing outage. Then, in order to determine the position of the line protection conductor, the maximum angle method as well as the electrogeometrical method are presented, while, in order to anticipate the likely number of outages due to backflashover the following two methods are represented : the simple and improved ANACOM method. Finally, the last chapter contains an extented reference to the ATP-EMTP program and its components, as well as its affiliate programs. This is because a simulation of a real line network of the electricity company is represented, the R-37 distribution line, which is located in the region of Lappa Achaia, 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 or the phase conductor of the line at various points on the line and it is also studying overvoltages which are produced due to these lightning currents and the risk rate for the nearby service station, which is located in the same area.

Η μόνωση αποτελεί ακρογωνιαίο λίθο για κάθε σύστημα και εξοπλισμό Υψηλής Τάσης που χρησιμοποιείται σε τεχνικές κατασκευές και βιομηχανικές εφαρμογές, αφού με την αντοχή της εξασφαλίζεται η εύρυθμη λειτουργία τους. Στο σύγχρονο εξοπλισμό Υ.Τ. επιβάλλεται αύξηση της αποτελεσματικότητας της μόνωσης και ταυτόχρονη μείωση στις διαστάσεις του εξοπλισμού, λαμβάνοντας υπόψη τις αυξημένες περιβαλλοντικές απαιτήσεις της εποχής μας. Οι ιδιότητες των διαθέσιμων ηλεκτρομονωτικών υλικών προδιαγράφουν τα όρια των εφαρμογών και τις δυνατότητες για την περαιτέρω πρόοδο της τεχνολογίας. Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η εξομοίωση και γραφική αναπαράσταση των ηλεκτροστατικών πεδίων μέσα σε διάφορα ηλεκτρομονωτικά στερεά και υγρά υλικά, που χρησιμοποιούνται στον εξοπλισμό Υ.Τ. Επίσης επιδιώκεται ο προσδιορισμός της μέγιστης εφαρμοζόμενης τάσης (DC) για την οποία δεν έχουμε έναυση φαινομένου διάσπασης. Οι εξομοιώσεις πραγματοποιούνται για μη ομογενές και ομογενές πεδίο, και γι αυτό σχεδιάσαμε και χρησιμοποιήσαμε 2 είδη διατάξεων, ακίδας – πλάκας και ηλεκτροδίων Rogowski αντίστοιχα. Για τις εξομοιώσεις έγινε χρήση του προγράμματος Vector Fields Opera 13.0 της Cobham. Στο 1ο κεφάλαιο, ερχόμαστε σε επαφή με τις βασικές ιδιότητες των ηλεκτρομονωτικών υλικών και τις συσχέτισή τους με τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών πεδίων. Οι ιδιότητές τους μας δίνουν τη δυνατότητα να κρίνουμε την ποιότητα των μονωτικών και τους παράγοντες που την επηρεάζουν. Επίσης, παρουσιάζονται τα θεωρητικά μοντέλα των διατάξεων που χρησιμοποιήσαμε στις εξομοιώσεις. Στο 2ο κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη αναφορά στις μεθόδους υπολογισμού ηλεκτροστατικών πεδίων, με χρήση Η/Υ και μη, ενώ παρουσιάζεται αναλυτικά η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων, καθώς σε αυτή βασίζεται το πρόγραμμα Opera, που χρησιμοποιήσαμε για τις εξομοιώσεις. Στο 3ο κεφάλαιο, γίνεται μια γενική προσέγγιση στα μονωτικά υλικά και τα κριτήρια που λαμβάνονται υπόψη για την επιλογή τους. Στο 4ο κεφάλαιο, στην ενότητα Α, περιγράφονται εκτενώς τα στερεά μονωτικά σε θεωρητική βάση, παρουσιάζονται οι διάφοροι μηχανισμοί διάσπασης τους και αναφέρονται οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διηλεκτρική αντοχή τους, ενώ γίνονται και κάποια σχόλια πάνω στο συνδυασμό τους με τα υγρά μονωτικά. Επιπλέον, γίνεται μια σύντομη αναφορά στα πολυμερή υλικά και τη χρήση τους στον εξοπλισμό Υ.Τ. Στην ενότητα Β, δίνεται μια σύντομη περιγραφή των υλικών που χρησιμοποιήσαμε (PE, BA, PVC, PMMA) και παραθέτονται οι γραφικές αναπαραστάσεις των ηλεκτροστατικών πεδίων που εξομοιώσαμε, καθώς και τα αποτελέσματα των μετρήσεων και παρατηρήσεων μας. Στο 5ο κεφάλαιο, στην ενότητα Α, γίνεται εκτενής περιγραφή των υγρών μονωτικών υλικών και των μηχανισμών διάσπασής τους. Επίσης, αναλύεται η επίδραση διαφόρων παραγόντων στη διηλεκτρική αντοχή των υγρών μονωτικών, ενώ γίνεται αναφορά στα έλαια μετασχηματιστή και τα συνθετικά έλαια. Στην ενότητα Β, δίνονται εν τάχει κάποια χαρακτηριστικά του μονωτικού ελαίου που χρησιμοποιήσαμε στην εξομοίωση. Έπειτα, παραθέτονται αναλυτικά οι γραφικές αναπαραστάσεις των ηλεκτροστατικών πεδίων που εξομοιώσαμε, και για τις διάφορες τιμές εφαρμοζόμενης τάσης παρατηρήσαμε αν συμβαίνει έναυση διάσπασης, ενώ εξάγαμε αποτελέσματα και για άλλες παραμέτρους. Στο 6ο κεφάλαιο, δίδονται κάποια γενικά σχόλια και παρατηρήσεις πάνω στις εξομοιώσεις που πραγματοποιήσαμε. Τέλος, στο Παράρτημα παραθέτονται αναλυτικά οι πιο εύστοχες εξομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν και οδήγησαν στην εξαγωγή των αποτελεσμάτων. / Insulation is the cornerstone of every system and High Voltage equipment used in technical constructions and industrial applications, since its resistance ensures the proper operation of the equipment. In modern High Voltage equipment, improvement of the efficiency of the insulation is imposed, along with the reduction of the equipment’s volume, considering the high environmental demands of our times. The properties of the available nonconductive materials prescribe the limitations of applications and the possibilities for further technological progress. The purpose of this thesis is to simulates and graphically represent electrostatic fields in various nonconductive solid and liquid materials used in High Voltage equipment. We also made an effort to define the maximum applied voltage (DC) for which a breakdown phenomena does not occur. Simulations are realized for non homogenous and homogenous fields, therefore we designed and used two types of structures, point – to – plane and Rogowski electrodes, respectively. The simulations are done using the Cobham Vector Fields Opera 13.0 modeling software. In chapter 1, we have a first contact with the principle characteristics of nonconductive materials and their relation with the properties of electric fields. These characteristics provide the ability to measure the quality of the insulators and the factors that affect them. In addition, the theoretical models used for the simulation are presented. In chapter 2, there is a short reference to the methods used for the calculation of electrostatic fields (PC based and not), while the finite element method is thoroughly described, since it is used by the Opera simulation program. In chapter 3, there is a general approach on nonconductive materials and the criteria considered for their selection. In chapter 4, section A, solid nonconductive materials are extensively described on a theoretical basis, different breakdown mechanisms are presented and factors that affect their dielectric strength are referred, while some comments on their combination with liquid materials are made. Furthermore, polymers and their use in High Voltage equipment are discussed in a few words. In section B, the materials we used (PE, BA, PVC, PMMA) are shortly described and the graphic representations of the field simulated are shown, along with the results of measurement and observations. In chapter 5, section A, liquid nonconductive materials and their breakdown mechanisms are extensively described. The effect of several factors on the dielectric strength of liquid nonconductive materials is also presented, while a reference on transformer and synthetic oils is made. In section B, the characteristics of the nonconductive oil used for the simulation are referred. Then, the graphic representations of the electrostatic fields simulated are shown and for the different levels of applied voltage, we observed if any breakdown phenomena occurred, while results for other parameters are extracted. In chapter 6, some general commentaries, notes and conclusions are made for the simulations realized. Finally, in the Index chapter, are listed the most accurate simulations, that led us to the extraction of the results.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της μεταβατικής συμπεριφοράς ενός υποσταθμού υψηλής τάσης. Πιο συγκεκριμένα, με τη χρήση του προγράμματος εξομοίωσης EMTP μετρώνται τα δυναμικά σε ορισμένα σημεία του πλέγματος γείωσης του υποσταθμού όταν κεραυνός πλήττει τον πυλώνα του υποσταθμού και όταν εμφανίζεται ρεύμα βραχυκύκλωσης στον μετασχηματιστή. Πιο αναλυτικά, σε αυτή την εργασία περιλαμβάνονται τα εξής: Στο κεφάλαιο 1 περιγράφονται τα χαρακτηριστικά του κεραυνού και ο μηχανισμός δημιουργίας του ενώ αναλύονται τα είδη των υπερτάσεων που προκαλούνται από τα κεραυνικά πλήγματα. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφονται τα είδη και οι μορφές των γειώσεων ενώ γίνεται αναφορά και στα συστήματα γειώσεων που χρησιμοποιούνται. Στο κεφάλαιο 3 αναλύεται το φαινόμενο ιονισμού του εδάφους το οποίο λάβαμε υπόψιν στην προσομοίωση του πλέγματος γείωσης του υποσταθμού. Περιγράφεται ο μηχανισμός διάσπασης του εδάφους και αναλύονται τα διάφορα μοντέλα που έχουν προταθεί για τη περιγραφή της διαδικασίας του ιονισμού. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια αναλυτική περιγραφή των διαφόρων μοντέλων που έχουν αναπτυχθεί για τη μελέτη της μεταβατικής συμπεριφοράς των συστημάτων γείωσης. Από τα μοντέλα αυτά επιλέγεται το κατάλληλο που θα χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση του πλέγματος γείωσης του υποσταθμού. Στο κεφάλαιο 5 περιγράφεται το πρόγραμμα ανάλυσης ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων που χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση του υποσταθμού. Στο κεφάλαιο 6 δίνονται τα στοιχεία για το πλέγμα γείωσης του υποσταθμού και γίνεται η επιλογή του μοντέλου προσομοίωσης για το πλέγμα ενώ παρουσιάζεται και η μορφή του πλέγματος γείωσης που σχεδιάστηκε στο EMTP. Επίσης, αναλύεται η διαδικασία της εξομοίωσης που περιλαμβάνει μελέτη της μεταβατικής συμπεριφοράς του υποσταθμού σε πλήγμα κεραυνού στον πύργο των 150 kV και σε ενδεχόμενη εμφάνιση ρεύματος βραχυκύκλωσης στον μετασχηματιστή. Επίσης, μελετάμε και την περίπτωση όπου προσθέτουμε επιπλέον κατακόρυφες ράβδους γείωσης. Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εξομοίωσης. Δίνονται αναλυτικά όλα τα γραφήματα των δυναμικών που μετρήθηκαν καθώς και συγκεντρωτικά γραφήματα ενώ παρατίθενται και τα συμπεράσματα της προσομοίωσης. Έτσι, καταλήγουμε στο ότι οι μεγαλύτερες τιμές των δυναμικών εμφανίζονται στους κόμβους που εγχέουμε το ρεύμα κεραυνού και το ρεύμα βραχυκύκλωσης ενώ με την προσθήκη των επιπλέον κατακόρυφων ράβδων οι τιμές των δυναμικών μειώνονται. / The aim of this diploma thesis is the study of the transient behavior of a high voltage substation. First, basic senses such as the grounding and the lightning are analyzed. Sesondly, the bibliography related to the phenomenon of soil ionization of the ground and the transient behavior simulation models is presented while there is an analytical description of the simulation program that is used, EMTP-ATP. Moreover, the appropriate model for the simulation of the grounding grid is selected, including the phenomenon of the soil ionization, and the process of the simulation is explained. Finally, the simulation results are presented as well as the conclusions.

Σκοπόςτης παρούσας εργασίαςείναι αρχικά η δημιουργία ενός μοντέλου με τα χαρακτηριστικά ενός μονωτήρα υψηλής τάσης.Το μοντέλο αυτό θα ενσωματωθεί στο μοντέλο μιας γραμμής υψηλής τάσης διπλού κυκλώματος των 400kV, για να υπολογιστούν οι επαγόμενες υπερτάσεις σε παρακείμενο υπέργειο αγωγό μεταφοράς υδρογονανθράκων. Τα παραπάνω επιτυγχάνονταιμε τη μοντελοποίηση πραγματικών πυλώνων και γραμμών του Ελληνικού συστήματος μεταφοράς καθώς και υπέργειου αγωγού υδρογονανθράκων.Η εξομοίωση υλοποιείται μέσω του προγράμματος ATP-EMTP. Για τον σχεδιασμό του μοντέλου του μονωτήρα χρησιμοποιήθηκε το μοντέλοVolt-TimeCurve. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι κεραυνού για τις προσομοιώσεις, για γρήγορο και αργό σήμα, με τιμές ρεύματος 100kA. Για το γρήγορο, οι τιμές χρόνων μετώπου και ουράς 1.2/50μs και για το αργό σήμα 10/350μs. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία υπάρχουν 8 κεφάλαια. Στα πρώτα 5 κεφάλαια έγινε μια παράθεση πληροφοριών και θεωρητική προσέγγιση όλων των επιμέρους τμημάτων που συνθέτουν τη συνολική διάταξη της μελέτης. Στο 5ο κεφάλαιο γίνεται λεπτομερής αναφοράστο πρόγραμμα ATP-EMTP στο οποίο πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση.Στο 6o κεφάλαιο γίνεται η μοντελοποίηση όλων των στοιχείων της διάταξης και η ενσωμάτωσή τους στοATP-EMTP. Στο 7ο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση του μοντέλου του μονωτήρα που αναπτύχθηκε και στο 8ο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και εξάγονται κάποια συμπεράσματα σχετικά με τη διάταξη. / The purpose of this paper is , at first, to create a model with the features of a high voltage insulator. This model will be incorporated into the model of a high-voltage line double circuit 400kV, to calculate the induced transients in adjacent aboveground pipeline hydrocarbons. These goals are achieved by modeling real pillars and lines of Greek transport system and overground pipeline hydrocarbons. The simulation is implemented through the ATP-EMTP. The model Volt-Time Curve is used for the modeling of the insulator. Also, two types of lightning are used for the simulations, for fast and slow signal, with current values 100kA. For fast signal, the prices of front and tail time are 1.2 / 50ms and for slow signal 10 / 350ms. In this thesis there are 8 chapters. In the first five chapters was a quote and information theoretical approach to all individual parts that make up the overall layout of the study. The 5 chapter is a detailed reference to the ATP-EMTP program which performed the simulation. The 6 chapter is the modeling of all elements of the layout and the incorporation into the ATP-EMTP. In chapter 7 we present the model of the insulator developed and in chapter 8 we present the simulation results and draw inferences about the layout.