Στις μέρες μας λόγω της εξάντλησης των αποθεμάτων πετρελαίου, έχουμε στραφεί σε άλλες μορφές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, μία από τις οποιές είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω φωτοβολταϊκών συστημάτων. Η ηλιακή ακτινοβολία μετατρέπεται απευθείας σε ηλεκτρική με την βοήθεια ημιαγωγικών στοιχείων χωρίς να επιβαρύνει το περιβάλλον. Το φαινόμενο της απευθείας μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική, ονομάστηκε φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Με την πάροδο του χρόνου το κόστος των φωτοβολταϊκών συστημάτων όλο και μειώνεται γι΄αυτο και περισσότερα φωτοβολταϊκα συστήματα προτιμώνται έναντι των συμβατικών μορφών ενέργειας. Στο πρώτο κεφάλαιο αυτής της διπλωματικής θα αναφερθούν γενικά στοιχεία των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Υπάρχουν δύο διαφορετικές κατηγορίες φωτοβολταϊκών συστημάτων, τα διασυνδεδεμένα στο δίκτυο φωτοβολταϊκά συστήματα και τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα. Τα διασυνδεδεμένα φωτοβολταϊκά συστήματα αποτελούνται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, τον πίνακα ελέγχου, τον αντιστροφέα τάσης και τον μετρητή της Δ.Ε.Η. Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα αποτελούνται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, τον πίνακα ελέγχου, τον ρυθμιστή φόρτισης, τον συσσωρευτή (μπαταρία) και τον αντιστροφέα τάσης. Στο δεύτερο κεφάλαιο αυτής της διπλωματικής θα γίνει ανάλυση όλων των κύριων τμημάτων που απαρτίζουν ένα φωτοβολταϊκό σύστημα διασυνδεδεμένο ή αυτόνομο. Για να έχουμε μεγάλη διάρκεια ζωής σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα είναι απαραίτητη μια αποτελεσματική αντικεραυνική προστασία και μια καλή προστασία υπέρτασης. Η ανάλυση των μεθόδων αντικεραυνικής προστασίας και των μεθόδων προστασίας υπέρτασης είναι το αντικείμενο του τρίτου κεφαλαίου. Ενα κεραυνικό πλήγμα στα φωτοβολταϊκά συστήματα μπορεί να προκαλέσει σοβαρές ζημιές στα πλαίσια και τους αντιστροφείς, καθώς και μεγάλες οικονομικές απώλειες (αντικατάσταση του εξοπλισμού, απώλεια παραγωγής κ.τ.λ) που το κόστος εγκατάστασης ενός πλήρους συστήματος αντικεραυνικής προστασίας συμφέρει οικονομικά. / In our days because the exhaustion of reserves of oil, we have been turned in other forms of production of electric energy, one from that are the production of electric energy via photovoltaic systems. The solar radiation is changed directly in electric with the help of semiconductor elements without it overloads the environment. The phenomenon of direct transformation of solar energy in electric, was named photovoltaic phenomenon. With the byway of time the cost of photovoltaic systems is always decreased photovoltaic systems is preferred against the conventional forms of energy. In the first chapter this diplomatic will be reported in general elements of photovoltaic systems. Exist two different categories of photovoltaic systems, Connected in the electric grid photovoltaic systems and the stand alone photovoltaic systems. The stand alone photovoltaic systems are constituted by the photovoltaic frames, the table of control, inverter. The photovoltaic systems are autonomously constituted by the photovoltaic frames, the table of control, the regulator charge, the accumulator (battery) and inverter . In the second chapter this diplomatic will become analysis of all main departments that composes a photovoltaic system connected to the grid or stand alone. In order to we have big duration of life in a photovoltaic system are essential a effective lightning protection and a good protection of overvoltage. The analysis of methods of lightning protection and methods of protection of overvoltage is the object of third chapter. A lightning strike in the photovoltaic systems can cause serious damage in the frames and inverter, as well as big economic losses (replacement of equipment, loss of production ) that the cost of installation of complete system of lightning protection is advance economically.

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

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

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

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

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

The protection zone of the Franklin Rod is widely used in practice due to its effectiveness and the wide usage. The theories are based on the mathematical approaches, regardless of physical inherence of lightning strokes. The study of this thesis is based on computer analysis of the field distribution in pre-breakdown stage, laboratory experiments of various test configurations and mathematical modeling. The impact of the Franklin Rod¡¯s height and the polarity of impulse are considered. New equations are developed to calculate the striking distance to Franklin Rod both under negative and positive polarity lightning strokes. The lightning protection zone of the Franklin Rod can be predicted by a proposed elliptical model. The experimental data coincides to the calculated protection zone by proposed equations. Finally, the dual-rod lightning protection system is studied. The protection zone of the dual-rod protection system can be evaluated by a combination of Rolling Sphere Circular Model and elliptical model.

Satellites have become absolute necessity in the growing modern space technology. At present, launch pads are the only means for launching of satellites or any other space vehicles. Due to the large magnitude of current and the associated rate of rise, a lightning strike to launch pads can be quite disastrous. Satellite launch complex forms typically the tallest object in that region. This makes them the more vulnerable to cloud-to-ground lightning. In addition, most of the launch pads are situated near the coastal area, where the isokeraunic levels are quite high. In view of these, almost all the satellite launch pads are provided with suitable Lightning Protection Systems (LPS). The LPS is basically intended for protecting against a direct lightning hit. The present work is related with the LPS to Indian satellite launch pads, Pad-I and Pad-II. The protection system for Pad-I consists of three 120 m tall towers placed approximately at the vertices of an equilateral triangle of 180 m. The same for Pad-II consist of 120 m tall towers placed at vertices of rectangle of size 90 m x 105 m. Towers are interconnected by 6 shield wires at the top. A mast of 10m length forms the top of the tower. Significant work on the analysis of interception efficacy of these protection systems has been reported in the literature. The lightning surge response of these systems have also been analysed and reported. The interception efficacy of these LPS in field can be ascertained by pertinent measurements. Measuring the lightning current on LPS seems to be one of the most suitable choices for this purpose. It would also greatly facilitate collection of local lightning current statistics, data on which is almost absent. Several considerations suggest that the tower bases form ideal place for such measurement. However, such lightning current records would involve mainly the current resulting from stroke interception, as well as, induced current due to strokes nearby. Literature on categorisation of measured currents to the type of stroke and correlation of measured currents to the incident stroke currents is rather limited. This is especially true for interconnected protection system of the type dealt in the present work. Considering these the present work is taken up and its scope is defined as: (i) Evolve a suitable model for study of current distribution in LPS due to Lightning and using the same deduce the current due to stroke interception and that due to stroke nearby. (ii) For the purpose of categorization identify the salient characteristics of current due to the intercepted strokes and that due to bypass/nearby strokes (iii) For the intercepted strokes, develop a processor for estimating the injected stroke current from the measured tower base currents. Lightning event, apart from other associated physical phenomena, is strongly governed by electromagnetic fields. Any method employed for the analysis, either theoretical or experimental, should satisfy the governing electromagnetic equations. As experimentation on actual system, as well as, their laboratory simulation is nearly impossible, theoretical modelling approach is selected. Modelling involves modelling of the channel along with its excitation, modelling of the LPS and modelling of the ground. Channel, following the literature, is represented as a loaded conductor with a lumped current source at the junction point. Such models have quite successfully predicted the electromagnetic fields and current in other places on the down conductor. For the LPS, some simplifications on the geometry are very essential. Tower lattice elements of dimensions much smaller than the wavelength of highest dominant frequency component of lightning current spectrum are neglected. Suitable modification is made for the tower top involving a plate and interconnection of several short members. For the close range within 200 – 400 m, even for the induced currents, the influence of ground in the literature has been reported to be small. Also, there is an extensive grounding network in these systems. In view of the same, a perfectly conducting ground along with suitable ground termination impedance is considered. Only the numerical solution of the problem is feasible and for the same, following the literature, NEC-2 is employed. All the guidelines of NEC are respected in the discretisation. Geometric mean radius is employed for modelling the complex tower elements. Fourier Transform Techniques are employed for time domain conversion of the computed frequency domain quantities. Occasionally, numerical inversion error of magnitude less than 5% is encountered. For the validation of the numerical modelling for both direct stroke and that nearby, time domain experimentation on electromagnetically reduced scale models (35:1) is employed. As the channel electrical and geometrical parameters are stochastic in nature, it is necessary to ensure that the deduction made using the model is practically relevant. For this, some parametric studies are conducted. The influence of channel length and inclination, stroke current velocity etc. has been shown to be insignificant for the case of intercepted strokes. Simulations are carried out for the stroke intercepted (i.e. direct strikes) by the LPS. The characteristics of the tower base currents are investigated. The base currents indicate a dispersive propagation along the towers and further a frequency dependent current division at the tower-shield wire junctions. Base currents contain superimposed oscillations, which basically originate from various junctions of the system. The magnitude of the oscillations is obviously dependent on the rise time of the incident currents. The tower base currents settle within about 10 -15 µs, which is shorter than that for isolated tower. Further, the full-frequency model could be limited to this time period. The corresponding current transfer functions are deduced. For the stroke interception by shield wires, based on the earlier work, only stroke to midspan is found to be relevant and hence it is considered. The nature of tower base currents for a stroke to midspan of the shield wires seem to be similar. However there are some distinct features, which are helpful in identifying the stroke location on the LPS. From the time correlated tower base currents, a suitable methodology for identifying the stroke interception location on LPS is developed. Next, simulations for induced current due to a bypass stroke, as well as, stroke to ground outside the LPS, however, within 1 km radius are taken up. In fact, it is estimated that latter is nearly 5 – 13 times higher than the strokes collected by LPS, indicating it as the most probable event. The objective here is characterization, rather than correlation. In this study, the influence of charge induced on the LPS by the descending leader is neglected and the upward leader activity is approximately considered. To the best of author’s knowledge, studies on such induced currents in down conductors are very scarce. Considering this and noting that the number of parameters is quite large, first the basic study is taken up on simple cylindrical down conductors. Many important and interesting deductions are made. The nature of the induced current is highly dependent on the rate of rise as well as the velocity of propagation of the stroke current. The magnitude and to some extent, the wave shape of the induced current is found to depend on the average as well as maximum di/dt of the stroke current. For a given wave shape, the magnitude of the induced current increases with rate of rise of the wave front; however, saturating trend will onset after some point. The height of the down conductor mainly governs the frequency of the oscillatory component of the induced current. The dependency of the induced current on the radius of the down conductor seems to be logarithmic (which is in accordance with the antenna theory). Based on these results, the parameters for the corresponding study on LPS under consideration, is chosen. The results of the investigation on the induced currents in LPS show that they have quite distinct waveform. They are basically bipolar and oscillatory in nature, with relatively short duration. These unique features facilitate clear distinction of the induced currents from that due to stroke interception. Basic characteristics are reasonably insensitive to the separation distance of the protection system and the channel, current propagation velocity along the channel, channel inclination and shape of the current front. The salient features of the induced current due to a bypass stroke are also enumerated. • The noise, if any, in the measured current can be addressed only after acquiring sufficient data. Based on the above, the following procedure is suggested for the stroke classification and estimation. • By employing the distinct features of the resulting tower base currents, analyze the measured tower base currents and classify the strokes into the intercepted stroke or stroke to ground. • For the latter case, using the salient features of the bypass strokes, further classify the strokes to bypass strokes and stroke to ground outside the protected volume. • For the intercepted strokes, using the relative strengths and wave shapes, identify the interception point to either tower top or the midspan of the shield wires. • Then by using the corresponding transfer functions and Fourier Transform techniques, compute the injected stroke current. • Using the above, other tower base currents are computed and compared with the measured currents. This gives quantification for the accuracy of the method. In summary the present work has made some original contribution to the classification and estimation of stroke currents measured on the interconnected LPS.

Orientador: Luiz Fernando Bovolato / Banca: Sérgio Kurokawa / Banca: Rodrigo Capobianco Guido / Resumo: Este estudo é um levantamento de artigos e publicações sobre os diversos sistemas de aterramento existentes. Os sistemas de aterramento estão diretamente ligados à proteção das instalações de subestações e equipamentos empregados na geração, transmissão e distribuição de energia elétrica que por ocasião das descargas atmosféricas diretas ou por tensões induzidas por campos eletromagnéticos decorrentes, possam ser prejudicados. O Método propõe o estudo de um sistema de aterramento, com cabo contrapeso, utilizando abordagem por linhas de transmissão representada por uma cascata de circuitos π, analisado e simulado pelo "Software Matlab". Utilizou-se a simulação com o emprego de programa no Matlab para linhas de transmissão de energia elétrica, a primeira com comprimento de dez mil metros e outra com oitenta metros, utilizada como referencial na comparação das respostas aos sinais de entrada aplicados nos circuitos π simulando o cabo contrapeso com seus componentes representado pelos parâmetros elétricos. Através de variação no parâmetro resistividade do solo comparou-se os resultados mostrados nos gráficos da tensão elétrica na terminação do cabo contrapeso, simulado como uma linha de transmissão com terminação em aberto. Como analise adicional em termos de segurança foi implementado no programa a analise das tensões elétricas ao longo do cabo contrapeso, excitado por aplicação de sinais de tensão elétrica e de corrente elétrica estabelecendo a comparação entre os potenciais elétricos sobre o solo em valores máximos que podem afetar seres vivos / Abstract: This study is a survey of articles and publications on the various existing grounding systems. The grounding systems are directly linked to the protection of substation facilities and equipment used in the generation, transmission and distribution of electric power, due to induced voltages by lightning's generating electromagnetic fields . The method proposed in this study, about a grounding system made with a buried cable using the approach by transmission lines method, represented by a cascade of π circuits analyzed and simulated by Matlab Software. The simulation with the Matlab program on transmission lines of electricity, one ten thousand meters in length and another eighty meters respectively, to serve as a reference in comparison between responses to input signals applied to the cable simulated by π circuit employing the parameters involved. Through variation in the soil resistivity parameter, the results are shown in the graphs of voltage in the termination of the grounding cable, simulated as an open line at end. As further analysis in terms of safety, was implemented the analysis of the voltages along the cable, by applying voltage signals and current to check the electrical potentials on the ground, the maximum values that affect persons / Mestre

This work contributes toward research in the field of lightning performance of High Voltage Direct Current (HVDC) transmission lines, focusing on the impact of the line polarity on the incidence of line faults. Although there has been some recent research into the influence of polarity, there appears to be no confirmed effect that might influence the design of new lines. The research presents an investigation into the lightning performance of the two poles of the Cahora-Bassa HVDC transmission line. In order to compare the performance of the two polarities, the average lightning exposure over an 8-year period was confirmed to be very similar for both lines. Lightning stroke data from the South African Lightning Detection Network was correlated with fault times from the transmission-line protection scheme. The classification of the lightning related faults was used to determine the relative performance of the two poles, particularly in relation to polarity, and to infer if there was any influence of polarity on the lightning attachment process. This investigation for the Cahora-Bassa scheme shows that twenty-three out of twenty-five lightning related faults occurred on the positive pole. The results concur with performance experience on several HVDC lines from China and Canada, which indicate that lightning related faults favour the positive pole by a ratio of between 8:1 and 10:1. This represents a valuable contribution, which substantiates that HVDC line polarity has an influence on the lightning attachment process, and indicates that there is a need to re-examine the lightning shielding design for HVDC transmission lines. / GS2016