In concrete reinforced buildings, the steel framework is required to be bonded and is often used as a cost effective method of lightning protection. In defining lightning protection zones, it is essential to understand where the lightning current due to a direct strike will flow. A number of models exist to evaluate the current distribution, but are often applied to relatively simple structures. Using Maxwell’s equations, an approximate skin effect model is proposed and used to eval- uate the lightning current distribution in a complex structure. A reduced scale model of a structure, consisting of conductors arranged in rings, is developed to verify the model. Particular attention is given to the return path of the current, ensuring an even distrib- ution of the current in the structure. The equivalent circuit showed an even distribution of current across each conductor at dc and low frequencies and a distribution that concentrated in the outer conductors for higher frequencies. The measurements from the structure confirmed that the current con- centrates in the outer conductors at high frequencies. Applying a reduced scale lightning impulse, it is shown that the majority of the current flows on the outermost conductors. Any current on the inner conductors is not only greatly decreased in magnitude, but significantly slower in time than the applied impulse.

Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας γίνεται αναφορά και μελέτη των επιπτώσεων κεραυνικών πληγμάτων σε διατάξεις χαμηλής τάσης και των τρόπων με τους οποίους ο άνθρωπος μπορεί να προστατέψει αυτές τις κατασκευές. Μετά την παρουσίαση των βασικών παραμέτρων του κεραυνού και των συνεπειών των πληγμάτων στις κατασκευές, μελετήθηκε και σχεδιάστηκε ένα σύστημα αντικεραυνικής προστασίας για ένα μοντέλο (υπάρχουσα κτηριακή κατασκευή στην Αχαΐα), το οποίο εν συνεχεία υποβλήθηκε σε κεραυνικό ρεύμα, μέσω προγράμματος εξομοίωσης, ώστε να παρατηρηθεί η συμπεριφορά του και να διαπιστωθούν τα επίπεδα ασφάλειας του. Σκοπός είναι η αποφυγή ζημιών λόγω κεραυνικών πληγμάτων. Η μελέτη έγινε σύμφωνα με τους διεθνείς κανονισμούς και πρότυπα ασφαλείας. Κάνοντας χρήση του λογισμικού προσομοίωσης EMTP – ATP , μελετήθηκε η μεταβατική συμπεριφορά δύο διαφορετικών συστημάτων γείωσης, ώστε να κριθεί αν είναι αποτελεσματικά ή όχι. Στο Κεφάλαιο 1 περιγράφεται το φυσικό φαινόμενο του κεραυνού, τα είδη του, ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων και τα φυσικά χαρακτηριστικά του. Στο Κεφάλαιο 2 αναφέρονται οι άσχημες συνέπειες που προκαλούν τα κεραυνικά πλήγματα σε κατασκευές, τη φύση και τον άνθρωπο. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι μέθοδοι προστασίας κατασκευών από κεραυνούς. Αναλύεται και περιγράφεται πλήρως η μελέτη και η διαδικασία επιλογής του συστήματος αντικεραυνικής προστασίας. Εν συνεχεία, παρουσιάζεται αναλυτικά η σχεδίαση του εξωτερικού συστήματος αντικεραυνικής προστασίας μιας κατασκευής τηρώντας τους κανονισμούς. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η υπό μελέτη κτηριακή κατασκευή και αναλυτικά τα επιμέρους τμήματα του συστήματος αντικεραυνικής προστασίας που σχεδιάσαμε. Στο Κεφάλαιο 5 αναφέρονται διάφοροι τρόποι μοντελοποίησης του συστήματος και παρουσιάζεται ο επικρατέστερος, που χρησιμοποιήθηκε και στην παρούσα εργασία. Στη συνέχεια υπολογίζονται τα στοιχεία του κυκλώματος γείωσης, καθώς και του συστήματος συλλογής και των αγωγών καθόδου. Μετά τον υπολογισμό των παραμέτρων αυτών σχεδιάζεται το [5] ισοδύναμο κύκλωμα της εγκατάστασης και γίνεται η εισαγωγή τους στο πρόγραμμα εξομοίωσης ATP. Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται η επιβολή του κεραυνικού ρεύματος στο κύκλωμα και παρατηρείται η συμπεριφορά του δυναμικού στα σημεία εκχύσεως καθώς και σε γειτονικούς κόμβους. Έπειτα παρουσιάζονται τα αποτελέσματα υπό μορφή γραφημάτων και συγκεντρωτικών πινάκων. Στο τέλος, παρατίθενται παρατηρήσεις και συμπεράσματα. / In this thesis reference and study is made concerning the impact of lightning strikes in low voltage systems and the ways in which humans can protect such structures. After the presentation of the basic parameters of lightning and its consequences on structures, a lightning protection system model was studied and designed (for an actual house in Achaia). After been subjected to lightning current through emulation, observation of its behavior is made, and conclusion to the safety levels. Its purpose is to prevent damage due to lightning strikes. The emulation was made according to the international regulations and standards. Using the simulation software EMTP - ATP, we studied the transient behavior of two different grounding systems, to determine whether they are effective or not. Chapter 1 describes the natural phenomena of lightning, the categories, the mechanism of atmospheric discharges and natural features. Chapter 2 deals with the bad consequences caused by lightning strikes to structures, nature and man. Chapter 3 presents the methods of construction of lightning protection. Fully analyzed and described the study and selection process of the lightning protection system. It then gives a detailed design of the external lightning protection system of a structure in compliance with the regulations. Chapter 4 presents the study brick and mortar construction and detail the individual parts of the lightning protection system that we designed. Chapter 5 suggests several ways of modeling the system and the dominant, the one that we preferred in this thesis, is presented. Then there is the calculation of the grounding circuit elements, the collection system and conductors. After the calculation of these parameters, an equivalent circuit of the installation is designed and they are imported into the simulation software ATP. In Chapter 6 we impose the lightning current in the circuit and observe the dynamic behavior of the discharge points and adjacent nodes. Then follows the presentation of the results in forms of graphs and concentrated tables. In the end, remarks and conclusions are made.

This thesis deals with the problems associated with the lightning. It deals with the stablishment, descriptions and analyzes of risk the living organisms and objects are facing. The work focuses on the description and implementation of protection against these adverse effects. Its objective is to devise a system for lightning protection for chosen PV power plant to meet the requirements of standard of EN 62305. The work is also the analysis of shadow effects in the collecting system for PV power systems.