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 Initially, a historical reference of electricity in Cyprus and of the EAC, which is the sole authority of electricity on the island, is given.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 εργασία θα μελετηθεί η συμπεριφορά των γραμμών Μέσης Τάσης (Διανομής), 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 παρουσιάζεται το φυσικό φαινόμενο του κεραυνού καθώς και τα βασικά χαρακτηριστικά αυτού. Εξετάζονται τα είδη των κεραυνών και η εξομοίωση του σε εργαστηριακές συνθήκες μέσω κρουστικής τάσης για δοκιμές της αντοχής των μονώσεων. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση της μορφής των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας με ιδιαίτερη έμφαση στο σύστημα διανομής. Παρουσιάζεται η δομή του συστήματος διανομής , τα επιμέρους μέρη και εξαρτήματα από τα οποία αποτελείται καθώς και τα χαρακτηριστικά τους. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται δεδομένα και στατιστικά του ελληνικού συστήματος διανομής. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μια σντομη παρουσίαση των σφαλμάτων και υπερτάσεων που παρουσιάζονται στο σύστημα διανομής καθώς και των μέσω προστασίας που χρησιμοποιούμε προκειμένου να εξασφαλίσουμε την αδιάλειπτη λειτουργία και ακεραιότητα του συστήματος μας. Στο τέταρτο κεφάλαιο, αναφέρεται η οδηγία της IEEE για τη συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας έναντι κεραυνών. Σκοπός είναι να παρουσιάσει εναλλακτικές λύσεις για τη μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές. Συγκεκριμένα θα προσδιορισθεί 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, θα αναπτυχθεί η καταγραφή σφαλμάτων και βλαβών λόγω πτώσεως κεραυνών στο δίκτυο Μέσης Τάσης, σε μετασχηματιστές καθώς και στις γραμμές διανομής Μ.Τ. τα τελευταία 6 χρόνια τουλάχιστον (2007-2012) στο νησί της Ρόδου. Θα υπολογισθεί αναλυτικά ο θεωρητικός αριθμός σφαλμάτων σύμφωνα με την οδηγία της IEEE και έπειτα θα συγκριθούν με τα πραγματικά σφάλματα που έχουμε προμηθευτεί από τη ΔΕΗ της Ρόδου με σκοπό την εξαγωγή των συμπερασμάτων μας. / This thesis studies the behavior of Medium Voltage (Distribution) lines, after direct or indirect lightning strokes. Lightning is a natural phenomenon with dangerous impacts for the safety of humans, buildings and electricity premises. The electricity network lines (either High, Medium or Low Voltage) are prone to lightning strikes. When a lightning directly strikes a line or its nearby ground, then faults occur at the power network in the form of risky overvoltage. Such overvoltage in many cases may exceed the shock impulse of the network's insulation resistance. In the event no safety arrangements are in place, this could lead to the gap breakdown, causing irreparable damage to our equipment. The study of the behavior of air distribution lines encompasses several approaches. Some concern the basic parameters, such as the ground flash density (GFD) and the number of direct strikes on the line. In order to reach safe data, we refer to the corresponding meteorological tables-maps (e.g. Lightning maps). The first section of the paper presents the natural phenomenon of the lightning and its main features. The types of lightning are reviewed and its simulation under laboratory conditions through shock impulse for the testing of the insulation resistance. The second section 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, the 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 third 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 the uninterrupted operation and the integrity of our system. The fourth section is a reference to the directive of the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) on the behaviour of air power distribution lines against lightning. The purpose is to present alternative solutions for the decrease of short-circuit occurrences caused by lightning on overhead lines. More specifically, the behaviour of the overhead distribution lines is determined in the event of lightning strike (lightning strikes and short-circuits arising from the induced voltage), the level of insulation of the distribution lines, the protection of the distribution lines by employing a protective tube, as well as the protection of the lines using lightning rods. The fifth chapter of the paper is an elaboration of the faults recorded and the damages caused due to lightning strikes on the Medium Voltage network, on transformers as well as on M.V. distribution lines over the past 6 years at least (2007-2012) on Rhodes Island. 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 Rhodes' DEI [Greek Public Power Corporation], in order to reach our conclusions.