Γείωση είναι η αγώγιμος σύνδεση ενός σημείου κάποιου κυκλώματος ή ενός μεταλλικού αντικειμένου με το έδαφος, προκειμένου να αποκτήσουν το ίδιο δυναμικό με τη γη, πού ως γνωστό κατά σύμβαση, το δυναμικό της γης θεωρείται μηδέν. Η γείωση εξασφαλίζει την ακεραιότητα του εξοπλισμού και τη σωστή λειτουργία του, όταν συμβεί κάποιο σφάλμα. Παρέχει δε μια διαδρομή απαγωγής του ρεύματος προς τη γη. Το σύστημα γείωσης είναι ένα βασικό κομμάτι του συστήματος αντικεραυνικής προστασίας οποιουδήποτε τμήματος ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα σωστά κατασκευασμένο σύστημα γείωσης προστατεύει το προσωπικό, που βρίσκεται στο υπό προστασία κτήριο και αποτρέπει καταστροφές τόσο στον άψυχο όσο και στο έμψυχο υλικό. Για να μπορέσουμε να σχεδιάσουμε σωστά ένα σύστημα γείωσης πρέπει να έχουμε καλή γνώση της δομής του εδάφους στην περιοχή που θα τοποθετηθεί. Πρέπει να μετρήσουμε την ειδική αντίσταση για να δούμε αν το έδαφος μπορεί να αποτελείται από διαφορετικά στρώματα με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Η ειδική αντίσταση του εδάφους εξαρτάται από την υγρασία, τη θερμοκρασία, την περιεκτικότητα σε προσμίξεις, τη μορφή της τάσης και το ηλεκτρικό ρεύμα. Ανάλογα με την τιμή της καθορίζεται το είδος, το εμβαδόν της επιφάνειας και το βάθος του συστήματος γείωσης, ώστε να έχουμε την επιδιωκόμενη τιμή της αντίστασης γείωσης. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η επιλογή του κατάλληλου μοντέλου για την εξομοίωση του πλέγματος γείωσης του Υ/Σ της Δόριζας, χωρίς να λάβουμε υπόψη μας το φαινόμενο του ιονισμού του εδάφους και η μελέτη της μεταβατικής συμπεριφοράς του. / Grounding is a conductive connection point of a circuit or a metal object to the ground in order to obtain the same potential as the earth, known to contract, the potential of earth is zero. Grounding ensures the integrity of equipment and proper operation, when an error occurs. It also provides a route exhaust stream to the earth. The grounding system is an essential part of the lightning protection system for any part of a power electrical system. A properly constructed grounding system protects staff, located in the protected building and prevents damage to both inanimate and animate material. To be able to properly design a grounding system we must have a good knowledge of soil structure in the area that it will be placed. We can measure the resistivity to see if the soil can consist of different layers with different characteristics. The resistivity of soil depends on humidity, temperature, content of impurities in the form of voltage and current. Depending on its value we can specify the type, the surface area and depth of the grounding system in order to have the desired earth resistance value. The purpose of this study is the selection of a suitable model for simulating the grounding grid of substation of Dorizas, without taking into account the phenomenon of ionization of the ground and study the transition behavior.

Το θέμα της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η Μελέτη των παραμέτρων του κεραυνού σε πληγέν κτίριο. Πριν αναλυθούν οι επιπτώσεις του κεραυνού στο κτίριο είτε αυτό έχει αντικεραυνική προστασία είτε όχι, με την βοήθεια μαθηματικών μοντέλων, πρέπει να γίνει εκτενής αναφορά σε έννοιες αναγκαίες ως προς την κατανόηση των ατμοσφαιρικών ηλεκτρικών φαινομένων και ειδικότερα του κεραυνού. Έτσι στο πρώτο μέρος της εργασίας γίνεται εκτενής αναφορά και περιγραφή των ηλεκτρικών ατμοσφαιρικών φαινομένων και τον τρόπο που δημιουργείται ηλεκτρικό φορτίο στην ατμόσφαιρα. Στην συνέχεια γίνεται αναφορά και περιγραφή στο τρόπο με το οποίο φορτίζεται το σύννεφο και γενικότερα στην ηλεκτρική συμπεριφορά του για να φθάσουμε στην ανάλυση του κεραυνού. Στην προσπάθεια ανάλυσης των κεραυνών επιχειρείται η περιγραφή της φυσικής των κεραυνών, του ρεύματος του οποίου έχει και των σχετικών παραμέτρων που τον διέπουν, καθώς και της συχνότητας με την οποία συμβαίνουν οι κεραυνοί, χαρακτηριστικό το οποίο είναι πολύ σημαντικό για την μελέτη της αντικεραυνικής προστασίας ενός κτιρίου. Επίσης στην συνέχεια της εργασίας αναφέρονται οι τρόποι προσδιορισμού της ζώνης προστασίας ενός κτιρίου. Στο τελευταίο μέρος χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα MATLAB (και συγκεκριμένα το γραφικό περιβάλλον Simulink) θα γίνει προσομοίωση του πλέγματος προστασίας για το υπό μελέτη κτίριο στον υπολογιστή. Για την μοντελοποίηση θα πρέπει να καθοριστούν η μορφή του ρεύματος που εισέρχεται στην κατασκευή λόγω του κεραυνού, το μοντέλο κάθε ράβδου και της συνολικής κατασκευής, καθώς και οι τιμές των ηλεκτρικών παραμέτρων. / This thesis attends to analyze the parameters of lightning in a directly stricken building. Before analyzing the effects of lightning in the building either has lightning protection or not, with the help of mathematical models, should be made extensive reference to concepts necessary to understand the atmospheric electrical phenomena and especially the lightning. So the first part of this thesis is a detailed report and description of electrical atmospheric phenomena and the way that electric charge generated in the atmosphere. The following sections discuss and describe the way in which the cloud is charged and the general electrical behavior of it, to get to the analysis of lightning. In the effort to analyze the lightning, is attempted describing the physics of lightning, the power which has and the relevant parameters that it has and the frequency with which lightings occur, a feature which is very important for the study of a building lightning protection. Also this thesis tries to describe methods of public buildings protection, the way they are placed and how we determine the buffer zone of a building. In the final part using the program MATLAB (namely the graphical Simulink) we will simulate the grid protection for the building under study in the computer. For modeling should specify the form of electricity entering the building due to lightning, the model of each bar and the overall design and the values of electrical parameters.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς των καθοδικών αλεξικέραυνων στις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας όταν καταπονούνται από κεραυνούς. Είναι γνωστό πως οι πειραματικές μετρήσεις που μπορούν να γίνουν για την διάγνωση της συμπεριφοράς των αλεξικέραυνων είναι επίπονες, λόγω της ίδιας της φύσης του κεραυνού, και βεβαίως δαπανηρές. Οπότε γεννάται η ανάγκη δημιουργίας κάποιων μοντέλων που προσεγγίζουν όσο πιο ρεαλιστικά γίνεται τις πραγματικές συνθήκες καταπόνησης των αλεξικέραυνων. / The purpose of this paper is to study the behavior of metal oxide surge arresters on power lines when they are strained by lightning. It is known that experimental measurements, which can be performed to diagnose the behavior of surge arresters are difficult, because of the very nature of lightning, and certainly costly. Thus rises the need for some models, which represent as much as possible realistically the real stress condition of surge arresters.

Σε αυτή την διπλωματική εργασία γίνεται μελέτη των σφαλμάτων των εναέριων γραμμών διανομής μέσης τάσης από καταπονήσεις κεραυνών στην περιοχή του νομού Τρικάλων. Η εργασία αυτή αναλύει και παρέχει με σχετική ακρίβεια προβλέψεις για σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα στις γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας μέσης τάσης. / This diploma thesis focuses on the lightning performance of electric power overhead distribution lines in the prefecture of Trikala. This paper analyzes and provides relatively accurate forecast errors from lightning strikes on power distribution lines MV.

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τον έλεγχο και τη μέτρηση των γειώσεων από τα συστήματα αντικεραυνικής προστασίας των κτιρίων του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός του συστήματος γείωσης είναι να υλοποιεί την απαγωγή και διάχυση του ρεύματος από τον κεραυνό μέσα στη γη, χωρίς να δημιουργούνται επικίνδυνες υπερτάσεις που μπορεί να πλήξουν τον άνθρωπο ή τον εξοπλισμό. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή βασικών εννοιών σχετικά με τα ηλεκτρικά φαινόμενα που εμφανίζονται στην ατμόσφαιρα. Συγκεκριμένα αναλύεται πως δημιουργούνται οι κεραυνοί και ποια είναι τα είδη τους, η συχνότητα των κεραυνικών πληγμάτων, οι συνέπειές τους και η αρχή λειτουργίας των αλεξικεραύνων. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται βασικές έννοιες για το σύστημα αντικεραυνικής προστασίας, πως γίνεται η σχεδίασή του, τα υλικά που απαιτούνται και πως καθορίζεται η στάθμη προστασίας για την εκάστοτε κατασκευή και τον εκάστοτε τόπο. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται οι συνθήκες και η επίδρασή τους στο αποτέλεσμα των μετρήσεων όπως οι καιρικές συνθήκες και οι διάφοροι μέθοδοι μέτρησης των γειώσεων. Τέλος παρουσιάζονται οι μετρήσεις των γειώσεων από όλα τα κτίρια του Πανεπιστημίου Πατρών. Ακολουθούν τα συμπεράσματα αυτής της μελέτης και το παράρτημα με τις εικόνες που επισημαίνουν διάφορα σημεία του Πανεπιστημίου Πατρών. Τέλος παρουσιάζεται η βιβλιογραφική αναφορά των πηγών για αυτή την εργασία. / The subject of this study deals with the control and measurement of earthing systems of lightning protection of buildings in the University of Patras. The purpose of the grounding system is to implement the kidnapping and diffusion current from the lightning into the earth without creating dangerous power surges that can harm humans or equipment. The first chapter is a description of basic concepts relating to electrical phenomena that occur in the atmosphere. It is analyzed that generated lightning and what are their types, the frequency of lightning strikes, their consequences and the operating principle of lightning conductors. The second chapter describes basic concepts for the lightning protection system, the way that this system can be designed, the materials needed and how the level of protection can be determined for each building and each site. The third chapter presents the conditions and their effect on outcome measurements such as weather conditions and the various methods of earthing measurement. Finally measurements of the ground are presented from all the buildings in the University of Patras. Following the conclusions of this study, is included the appendix with images that highlight various points. At the end, is the bibliographic reference sources for this work.

Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της μεταβατικής συμπεριφοράς του πλέγματος γείωσης μιας ανεμογεννήτριας μέσω της εξομοίωσης του με το λογισμικό EMTP-ATP λαμβάνοντας υπόψη και το φαινόμενο του ιονισμού του εδάφους. Αρχικά γίνεται μια αναφορά στο φαινόμενο του κεραυνού καθώς και στα διάφορα είδη συστημάτων γείωσης και στις μεθόδους υπολογισμού των παραμέτρων τους. Στη συνέχεια παρουσιάζεται το φαινόμενο του ιονισμού του εδάφους και οι συνέπειές του στη συμπεριφορά των συστημάτων γείωσης. Στη συνέχεια παρατίθενται διάφορα μοντέλα εξομοίωσης ενός συστήματος γείωσης και γίνεται η επιλογή του ποιο κατάλληλου για τις ανάγκες της εξομοίωσης. Τέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα και οι παρατηρήσεις των εξομοιώσεων. / The subject of the following diploma thesis is the study of the transient response of a grounding grid which is part of a wind turbine 's grounding system, by means of simulation using the EMTP-ATP software, considering the effects of soil ionization. Initially the physical phenomena of lightning is presented followed by a presentation of various grounding systems and calculation methods of their parameters. In the following chapters the soil ionization phenomenon and its effects on the behavior of grounding systems is studied and a reference is made to simulation models, which have been proposed by various researchers. Finally the appropriate model is selected and the results and the observations of the simulation are been presented.

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.

Σε αυτή την διπλωματική εργασία θα γίνει μελέτη της συμπεριφοράς γραμμών διανομής σε καταπονήσεις από κεραυνούς. Η πτώση ενός κεραυνού είτε απευθείας πάνω στο δίκτυο είτε κοντά σε αυτό προκαλεί βίαιες μετακινήσεις φορτίων μέσα στο δίκτυο υπό την μορφή ρεύματος Ι, πολλών (kA). Τα φορτία οδεύουν κατά μήκος των γραμμών και κατά τις δυο διευθύνσεις με τη μορφή οδεύοντων κυμάτων τάσεως και αντίστοιχου ρεύματος, μέχρις ότου εξαφανισθούν λόγω απόσβεσης ή διαρροής ή διάσπασης της μονωτικής ικανότητας των γραμμών. Η τάση που επάγεται (V=I*Z) συνήθως υπερβαίνει την κρουστική τάση αντοχής των μονώσεων του δικτύου και, αν δεν υπάρχει κατάλληλη προστασία της γραμμής προκαλεί διάσπαση της μόνωσης. Έτσι η στάθμη αντοχής της μόνωσης π.χ. των μετασχηματιστών, των διακοπτών κτλ. του δικτύου, πρέπει να είναι σημαντικά ανώτερη από την στάθμη της τάσεως, που μπορεί να εγγυηθεί η προστασία, που παρέχουν τα μέσα προστασίας. Η ηλεκτρική μόνωση στα περισσότερα συστήματα διανομής δεν είναι ομογενής. Η στάθμη μόνωσης (BIL) σε ένα δοσμένο τμήμα γραμμής μεταβάλλεται ευρέως. Επιπλέον οι γραμμές διανομής είναι σύνθετα ηλεκτρικά κυκλώματα τα οποία δεν είναι εύκολο να προσαρμοστούν σε κάποιο συγκεκριμένο μαθηματικό μοντέλο και να αναλυθούν για να προσδιορίσουμε τη στάθμη μόνωσης. Όμως οι μέθοδοι που προτείνονται σε αυτή τη διπλωματική εργασία είναι μαθηματικά απλές και αποδεικνύουν μόνο κατάλληλες προσεγγίσεις για τον σχεδιασμό των πιο συνήθων γραμμών διανομής. Ο σχεδιασμός της προστασίας από κεραυνούς σε γραμμές διανομής γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τα εξής αποτελέσματα. 1. Τον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που θα συμβούν σε μια γραμμή διανομής όταν αυτή πλήττεται άμεσα από κεραυνούς. 2. Τον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που θα συμβούν εξαιτίας των πληγμάτων κεραυνών σε γειτονικό έδαφος. Στο πρώτο μέρος της εργασίας αναφέρεται η ΙΕΕΕ οδηγία για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Σκοπός της είναι να παρουσιάσει εναλλακτικές λύσεις για τη μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές. Συγκεκριμένα θα προσδιοριστεί 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 επίσης και η προστασία των γραμμών με αλεξικέραυνα. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, θα αναπτυχθεί η καταγραφή σφαλμάτων και βλαβών λόγω πτώσεως κεραυνών στο δίκτυο της Μ.Τ. σε μετασχηματιστές καθώς και στις γραμμές διανομής Μ.Τ. κατά το έτος 2008 στην περιοχή της Πάτρας και γίνεται η συσχέτισή τους με τα θεωρητικά αποτελέσματα. / In the present "Diploma thesis", the behavior of the electric distribution lines under lightning strikes will be studied. A lightning strike,directly on an electric distribution line or indirectly nearby the line, will cause a violent charge movement.Which is actually current (many kA) propagating on the distribution line.The charges are traveling along the distribution line on both directions as traveling waves of voltage and current, until they disappear because of dumping,leakage or breakdown of the insulation ability of the line. The induced voltage (V=I*Z) exceeds the maximum impulse voltage that an insulation can afford, and if a protection is not present an insulation breakdown could be caused. Thus, B.I.L of transformers, switchers e.t.c of a distribution system has to be greater than the voltage level, which the protection can warrantee,and the protection utilities can provide. In most electrical distribution systems the electrical insulation is not homogeneous. B.I.L differentiates for a specific electrical transmission line. Furthermore,distribution lines are complex electrical circuits for which is difficult to be described and analyzed by a mathematical model in order to determine the insulation level. But in this diploma thesis, the mathematical models which are used are simple and proofing only the proper approximations for the design of the most common transmission lines. The design of lightning protection for transmission lines take care the following results. 1.The number of short-circuits that will occur in a transmission line if stroked direct by lightning. 2.The number of short-circuits that will occur in a transmission line if stroked indirect (in the nearby ground) by lightning. In the first part of this thesis is dedicated to the IEEE standard for the behavior of the overheaded electrical transmission lines. The purpose is to present alternative solutions in order to reduce short-circuits caused by lightning strokes. Specifically, the behavior of the overheaded electrical distribution lines when a lighting stroke (lightning stroke and induced voltage),the insulation level of the lines, the protection of the distribution lines with an over-running earth wire and the protection of the lines with surge diverters will be specified. In the second part of this thesis ,the faults and breakdowns caused by lightning strikes on the middle voltage (M.V) transformers and distribution lines,in 2008,at the Patras area will be presented and associated with theoretical results.

Ένα μεγάλο ποσοστό των σφαλμάτων στα δίκτυα διανομής μέσης τάσης οφείλεται σε πλήγματα από κεραυνούς. Οι κεραυνοί μπορεί να προκαλέσουν στις γραμμές είτε απλές υπερτάσεις ή και καταστροφή των μονώσεων και του εξοπλισμού. Σαν αποτέλεσμα, τα σφάλματα μπορεί να είναι στιγμιαία (τα οποία αποτελούν και πλειοψηφία) ή μόνιμα που είναι και τα πιο σοβαρά και συνοδεύονται από οικονομικές επιπτώσεις. Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς των γραμμών σε καταπονήσεις από κεραυνούς. Αναλύονται οι βασικοί παράγοντες που σχετίζονται με τα σφάλματα από κεραυνούς όπως, η πυκνότητα των κεραυνών στο έδαφος (GFD), ο αριθμός των σφαλμάτων από άμεσα πλήγματα και από πλήγματα σε παραπλήσια αντικείμενα και η σχέση αυτών με το σύνολο των πραγματικών σφαλμάτων που έχουν καταγραφεί. Επίσης παρουσιάζονται κάποια διαγράμματα όπου συγκρίνεται το ποσοστό των σφαλμάτων από κεραυνούς με τα υπόλοιπα είδη σφαλμάτων και η συχνότητα των σφαλμάτων από κεραυνούς ανά εποχή του έτους. Στόχος της μελέτης είναι η εφαρμογή της μεθόδου, που θα χρησιμοποιήσουμε για τη θεωρητική εκτίμηση σφαλμάτων, σε ένα πραγματικό σύστημα και οι αποκλίσεις που παρουσιάζει από τα πραγματικά δεδομένα, η πρόβλεψη των σφαλμάτων από κεραυνούς στις γραμμές διανομής και ο εντοπισμός των «ευάλωτων» τμημάτων του δικτύου μέσης τάσης. Τα αποτελέσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της συμπεριφοράς των γραμμών σε πλήγματα από κεραυνούς και την ελάττωση των σφαλμάτων. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια γενική περιγραφή των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας (ΣΗΕ). Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται η δομή των ΣΗΕ, οι βασικές τους λειτουργίες και τα είδη των σφαλμάτων που επηρεάζουν την λειτουργία τους και διαταράζουν την ευστάθειά τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναλύεται το φαινόμενο του κεραυνού και οι βασικές έννοιες που τον διέπουν. Περιγράφεται ο τρόπος δημιουργίας των εκκενώσεων, τα είδη των κεραυνών και γίνεται μια αναφορά στη γενική αρχή λειτουργίας των αλεξικέραυνων. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται ο οδηγός του IEEE για την βελτίωση της συμπεριφοράς των γραμμών διανομής έναντι κεραυνών, πάνω στην οποία βασίστηκε και η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία. Σκοπός του οδηγού αυτού είναι να προσδιορίσει τους παράγοντες που συνεισφέρουν στις βλάβες από κεραυνό στις εναέριες γραμμές διανομής και να παρουσιάσει εναλλακτικές λύσεις για την μείωση των βραχυκυκλωμάτων. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται η μελέτη των γραμμών διανομής της περιοχής των Τρικάλων. Αρχικά περιγράφεται το κλίμα και η μορφολογία της περιοχής που θα μελετηθεί. Στη συνέχεια, δίνεται η μεθοδολογία της μελέτης των γραμμών όπως συγκεντρώθηκε από τον οδηγό του προηγούμενου κεφαλαίου και στη συνέχεια γίνεται εφαρμογή της μεθοδολογίας αυτής στις γραμμές διανομής που τροφοδοτούν με ενέργεια τους οικισμούς και την πόλη των Τρικάλων. Τέλος, παρουσιάζονται συγκεντρωτικά τα αποτελέσματα για το δίκτυο μέσης τάσης για να δοθεί μια συνολική εικόνα και δίνονται κάποια στατιστικά σε σχέση με τις βλάβες από τα οποία θα εξάγουμε σημαντικά συμπεράσματα. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από τα αποτελέσματα της μελέτης. Σχολιάζονται τα αποτελέσματα της θεωρητικής εκτίμησης των σφαλμάτων και της σχέσης τους με τα πραγματικά δεδομένα. Επίσης, αναλύονται τα διαγράμματα της μελέτης που δείχνουν τον αριθμό των πραγματικών σφαλμάτων από κεραυνούς σε κάθε γραμμή, το πλήθος αυτών ανά εποχή του έτους και η σχέση των σφαλμάτων από κεραυνούς με τα υπόλοιπα καταγεγραμμένα σφάλματα του δικτύου. / A significant share of faults on overhead distribution lines is caused by lightning. Lightning strikes may cause overvoltage or total destruction of insulation and equipment. As a result, faults are considered temporary (the majority of them) or permanent which are the most severe and are followed by economic consequences. This diploma thesis studies the lightning performance of electric power overhead distribution lines. Some of the basic factors such as lightning intensity measured by ground flash density (GFD), the number of direct strokes, the number of induced voltages from nearby strokes and their relation with the actual faults on overhead lines, are thoroughly studied. Moreover, diagrams comparing the faults caused by lightning with the rest of the faults that occur on overhead distribution lines are presented and finally the density of lightning strikes on each season is analyzed. The purpose of this diploma thesis is the application of the guide (that will be used for the estimation of the number of faults by lightning) on a real distribution system, the divergence between the guide’s estimations and the actual faults that occurred on the lines, the provision of faults caused by lightning on overhead distribution lines and the detection of the “weak” parts on the distribution system. The results can be used for the improvement of the lightning performance of overhead distribution lines and the reduction of faults caused by lightning. The first chapter provides general information about the electrical power systems. The general structure, their basic functions and the faults that occasionally occur and disrupt their stability are presented. The second chapter analyzes the incidence of lightning and its basic characteristics. The production of lightning discharges, the types of lighting and the general function of the arresters is described. The third chapter presents the IEEE guide for the improvement of the lightning performance of electric power overhead distribution lines which is used on this diploma thesis. The purpose of the guide is to define the parameters that contribute to faults by lightning and to present alternatives for reducing lightning-caused flashovers on overhead distribution lines. The fourth chapter contains the application of the guide on the distribution lines in the area of Trikala-Greece. In the beginning, the climate and the morphology of the area is described. Also, the methodology of the calculations which was extracted from the IEEE guide is given in specific steps and it is applied on the distribution lines that provide with energy the villages and the city of Trikala-Greece. Additionally, the final results are organized and presented in order to provide an overview of the area’s distribution system and important statistics and diagrams are provided that lead to significant conclusions. The fifth chapter contains the conclusions that were extracted from the fourth chapter’s calculations. The results of the theoretical fault estimation and their relation with the actual faults that were detected on the distribution system are analyzed. Furthermore, the diagrams that present the number of the actual lightning-faults that were detected on each distribution line, the number of faults by lightning that occur on every season and the number of faults by lightning in comparison with the rest of the faults that were detected on the distribution system are also explained and analyzed.

Στην διπλωματική αυτή μελετάται η επίδραση των ηλεκτρικών εκκενώσεων (κεραυνών) σε επιφάνειες ηλεκτροδίων, που αποτελούν μέρος συστήματος αντικεραυνικής προστασίας (ΣΑΠ). Στο Κεφάλαιο 1 αναλύεται το φαινόμενο των υπερτάσεων και των κεραυνικών εκκενώσεων. Το φαινόμενο των ηλεκτρικών εκκενώσεων, μελετάται σε εργαστήρια υψηλής τάσης, με διάκενα αέρος, ενώ στην συγκεκριμένη περίπτωση, το φαινόμενο των κεραυνών προσομοιώνεται με την διάταξη Ακίδα-Πλάκα. Μετά από μια σύντομη αναφορά στα διάκενα αέρος και τις εκκενώσεις, στο Κεφάλαιο 2 αναλύονται οι συνθήκες που επηρεάζουν τις εκκενώσεις, οπως διαστάσεις, αποστάσεις, ατμοσφαιρικές συνθήκες (υγρασία, θερμοκρασία, ατμοσφαιρική πίεση). Στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων χρησιμοποιούνται γεννήτριες υψηλών τάσεων που μας παρέχουν τάσεις σε επιθυμητό επίπεδο και επιθυμητή μορφή (στην συγκεκριμένη περίπτωση κρουστικά κύματα). Περιγράφεται σύντομα η κατασκευή της γεννήτριας του εργαστηρίου, τα κύρια χαρακτηριστικά της καθώς και ο τρόπος λειτουργίας που την διέπει. Στην συνέχεια (Κεφάλαιο 3), παρατίθενται οι συνήθεις τρόποι για προστασία κτιρίων, υποδομών και μηχανημάτων από ηλεκτρικές εκκενώσεις, ο τρόπος σχεδίασης του ΣΑΠ δηλαδή. Παρατίθενται οι μέθοδοι τοποθέτησης συλλεκτήριων αγωγών των ΣΑΠ, καθώς και οι τρόποι γείωσης που συναντώνται πιο συχνά και η επίδραση του περιβάλλοντος πάνω τους. Στην συνέχεια (Κεφάλαιο 4), μελετάται το αλουμίνιο (Al ) σαν υλικό χρησιμοποιούμενο σε ΣΑΠ. Αναλύονται τα βασικά χαρακτηριστικά του, συμπεριφορά του και οξείδωση του. Στο Κεφάλαιο 5 αναλύεται η διαδικασία επεξεργασίας των πλακών αλουμινίου, και οι μέθοδοι τεχνητής γήρανσης που ακολουθήθηκαν, ενώ στο Κεφάλαιο 6 περιγράφεται η πειραματική διαδικασία και ο τρόπος συλλογής και επεξεργασίας των μετρήσεων. Στο Κεφάλαιο 7 καταγράφονται οι μετρήσεις που ελήφθησαν σε διάφορες πλάκες αλουμινίου, με διαφορετικές διαδικασίες τεχνητής γήρανσης,για διαφορετικά διάκενα (αποστάσεις), καθώς και για διαφορετικές ατμοσφαιρικές συνθήκες, που δείχνουν την συμπεριφορά των πλακών , υπό διαφορετικές συνθήκες γήρανσης και λειτουργίας. Τέλος, στο Κεφάλαιο 8 γίνεται η σύνοψη της πειραματικής διαδικασίας και η παράθεση των αποτελεσμάτων της μελέτης. / The main subject this project is the effect of electric discharge (lightning) on the surfaces of electrodes, that are part of a Lightning protection System (LPS). In Chapter 1, we study the phenomenon of electric-surge (hyper-voltage) and lightning discharge. Lightning Discharges are studied in High-Voltage Laboratories with the help of test air-gaps and in this particular situation, lightning is simulated by a spike-plate setup. After a short report on air-gaps and discharges, the conditions that effect discharges are analyzed in Chapter 2 (i.e moisture, temperature, air pressure). In our High-Voltage Lab we use high-voltage generators that provide voltages of desired level and form (here, shock-waved voltages). The lab's generator is shortly described, its main characteristics and its operation. In Chapter 3, we meet the most often used ways of protecting buildings, infrastructures and machinery against electric discharges and the way an LPS is designed. The methods of mounting lightning collectors (lighting protection components - LPCs) are listed, as well as the methods of grounding the LPS and the environmental effect on them. In Chapter 4 Aluminium (Al) is studied, as a material used in LPS. Its basic characteristics, behavior and oxidation are analyzed. In Chapter 5, the plates processing procedures are described, as well as the artificial-ageing methods used in the experiment, whereas in Chapter 6 the experimental procedure and the collection and processing of measurements is analyzed. The measurements of discharges on different aluminium plates are recorded in Chapter 7, with different artificial-ageing processes used, different gaps (distance), and different atmospheric conditions, showing the behavior of the plates under various operating conditions and ageing. Finally, in Chapter 8 there is the summary of the experimental procedure and the presentation of the study results.