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

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αξιολόγηση της προστασίας του δικτύου Υψηλής Τάσης της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου, ΑΗΚ, ενάντια στα πλήγματα κεραυνών. Γίνεται μια παρουσίαση των διαφόρων τύπων κεραυνικών υπερτάσεων που μπορούν να εμφανιστούν σε ένα εναέριο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, των σφαλμάτων που αυτά μπορεί να προκαλέσουν και εξετάζεται η αντοχή του δικτύου έναντι αυτών. Αρχικά γίνεται μία ιστορική αναδρομή της πορείας της ηλεκτρικής ενέργειας στην Κύπρο και του κεντρικού φορέα διαχείρισης του ηλεκτρικού ρεύματος στο νησί, της ΑΗΚ. Εν συνεχεία παρατίθενται λεπτομερώς τα στοιχεία που συνθέτουν σήμερα το δίκτυο της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου, το σύστημα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης γίνεται σύντομη αναφορά στα σημαντικότερα στοιχεία που χαρακτηρίζουν το κλίμα της Κύπρου με ιδιαίτερη αναφορά στις καταιγίδες. Στο επόμενο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι καταπονήσεις τις οποίες υφίστανται οι γραμμές μεταφοράς ενός δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας με ιδιαίτερη έμφαση στις Ατμοσφαιρικές Υπερτάσεις. Γίνεται μια ενδελεχής παρουσίαση της βασικής αιτίας πρόκλησης αυτών, του Κεραυνού, και παρουσιάζονται αναλυτικά οι μηχανισμοί δημιουργίας υπερτάσεων στις γραμμές από κεραυνούς. Το επόμενο κεφάλαιο πραγματεύεται την παρουσίαση και επεξεργασία του συνόλου των σφαλμάτων που εμφανίστηκαν στο δίκτυο της ΑΗΚ σε μια περίοδο επτά ετών. Διαχωρίζονται σε κατηγορίες, παρουσιάζονται οι διάφορες αιτίες σφαλμάτων και αποτιμάται η βαρύτητα που έχουν τα πλήγματα από κεραυνούς στη πρόκληση σφαλμάτων στο δίκτυο. Τέλος, επιχειρείται να εκτιμηθεί ο πιθανός αριθμός σφαλμάτων από ανάστροφα βραχυκυκλώματα του δικτύου Υψηλής Τάσης της ΑΗΚ. Για το σκοπό αυτό, παρατίθενται δύο μεθόδοι, η αρχική και βελτιωμένη μέθοδος ANACOM. Εν κατακλείδι, γίνεται παρουσίαση των αποτελεσμάτων μας και διατυπώνονται τα συμπεράσματα μας αναφορικά με τα πραγματικά και αναμενόμενα σφάλματα στο δίκτυο Υ.Τ. της ΑΗΚ. / The aim of this degree paper is to evaluate the level of protection of the H.V. network of the EAC against lightning strokes. The various types of lightning overvoltages which could appear in an overhead electrical network are presented, as well as the faults that these could cause and finally the endurance of the network against them. Initially, a historical reference of electricity in Cyprus and of the EAC, which is the sole authority of electricity on the island, is given. Next, all the elements concerning the network of the EAC are presented in detail, namely the production, transmission and distribution systems. There is also a brief reference to the climatic conditions prevailing in Cyprus with a special reference to storms. In the next chapter the stresses of the lines are referred to with a special reference to the atmospheric overvoltages. A thorough presentation of the main cause of these overvoltage stresses is made, i.e. lightning, and their creation mechanisms is presented in detail. The following chapter deals with the presentation and processing of the total number of faults which appeared in EAC’s network over a period of seven years. These are then divided into categories, their causes are listed and an evaluation is made concerning the role of lightning strokes in the creation of faults in the network. Finally, an effort is made to estimate the number of faults caused by back-flashovers in the H.V. network of the EAC. In order to do this, two methods are presented, the basic and improved ANACOM methods. In the end the results are given and our conclusions are presented relating to the real and expected faults due to lightning strokes in the EAC’s H.V. network.

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

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της λειτουργίας των καθοδικών αλεξικεραύνων κατά την προστασία γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης. Ειδικότερα, λόγω της ιδιαίτερης φύσης των κεραυνών και των πληγμάτων που αυτοί επιφέρουν, γίνεται μελέτη μοντέλων που έχουν προταθεί για την προσομείωση των αλεξικεραύνων κατά την λειτουργία τους. / The purpose of this paper is to study the function of surge arresters protecting high voltage transmission lines. Specifically, given the particular nature of lightning strikes and the blows they bring, models that have been proposed for the simulation of surge arrestes during operation are being studied.

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 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.

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε με στόχο την μελέτη και την καταγραφή των σφαλμάτων που έχουν προκληθεί από κεραυνικά πλήγματα στο εναέριο δίκτυο μέσης τάσης της ΔΕΔΔΗΕ στη νήσο της Λευκάδας. Γι' αυτό το λόγο γίνεται αναλυτικός υπολογισμός των θεωρητικών σφαλμάτων από κεραυνούς σε κάθε μία από τις πέντε γραμμές διανομής ξεχωριστά. Επίσης παρατίθενται και επεξεργάζονται τα πραγματικά σφάλματα που έχουν καταγραφεί στη βάση δεδομένων της ΔΕΔΔΗΕ με σκοπό την ανάλυση και το συσχετισμό τους με τα αντίστοιχα θεωρητικά. Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο περιγράφεται η δομή ενός τυπικού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας με ιδιαίτερη έμφαση στα τμήματα από τα οποία αποτελείται και τα χαρακτηριστικά τους. Επίσης γίνεται αναφορά και στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας της Ελλάδας ενώ παρουσιάζονται κάποιοι πίνακες με χαρακτηριστικά μεγέθη του. Κατόπιν, στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται το φυσικό φαινόμενου του κεραυνού και τα βασικά χαρακτηριστικά του. Εξετάζονται τα είδη των κεραυνών και ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η οδηγία της IEEE η οποία αναλύει την συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας έναντι των κεραυνών. Αντικείμενο της είναι η εύρεση λύσεων για την μείωση των προκληθέντων βραχυκυκλωμάτων στις 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. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται ο αναλυτικός υπολογισμός των θεωρητικών σφαλμάτων από κεραυνούς για κάθε μία γραμμή. Επιπρόσθετα, σε μορφή πινάκων γίνεται η καταγραφή των πραγματικών σφαλμάτων για τα έτη 2004 - 2013 και η σύγκριση με τα αντίστοιχα θεωρητικά με σκοπό την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων. / This diploma thesis has been prepared with a view to study and analyze faults caused by lightning strikes in medium voltage overhead network of Lefkada. For this reason, an analytical calculation of theoretical faults has been made in each one of the five distribution lines separately. In addition, the actual faults, that are recorded in the database of HEDNO (Hellenic Electricity Distribution Network Operator), are listed in order to analyze and compare them with the corresponding theory. To begin with, the first chapter of this paper describes the form of a typical electric power system with particular attention to its parts and their characteristics. Reference is also made in the power system of Greece while presented some tables with typical sizes. The second chapter presents the natural phenomenon of the lightning and its main features. The types of lightning are reviewed here as well as the mechanism of atmospheric discharges. The third chapter 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. Finally, the fourth chapter contains the detailed calculation of the theoretical faults of lightning strikes on each line. Furthermore the recording of factual errors during years 2004 – 2013 and the comparison with the corresponding theoretically has been made, so as to deduce useful conclusions.

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.