Overhead power lines are more reliable and cost effective than underground cables when it comes to power transmission. The overhead power lines are often suspended above ground using timber pole supports. As the placement of each support depends upon topography amongst other things the conditions for most of the supports will be different and each pole can be viewed as a unique object. This requires that each support is dimensioned individually. The purpose of the project is to clarify how the dimensioning of a support should be performed. The main objective for the project is to develop an analytical model and simulation tool which can be used to dimension timber pole supports. Octave, a scientific programming language, is used for the simulation tool and to visualize the analytical model for the timber pole supports. The analytical model is validated by a finite element analysis, which is applied using the program ABAQUS/CAE. From the analytical model nomograms, which are diagrams that relate the parameters of the support, can be constructed. A nomogram is another tool that can be used when dimensioning timber supports. Many relevant design aspects are treated in the standard SS-EN 50341 and serves as the basis for the analytical calculation model. The supports can be divided into three main types; tangential supports, where the conductors continue straight at the support, angle supports, where the conductors make an angle at the support, and terminal supports, which are used at the endpoint of the conductors. Loads taken into account are: self-weight of components, wind, ice, conductor tension and maintenance. The loads are combined using a design equation which takes into account the probability of certain events occurring simultaneously using combination factors. Partial safety factors are also used to take into account possible deviations in loads, material or geometry. The failure modes of interest are rupture due to excessive bending loads and buckling due to excessive axial loads in the support legs. In the analytical calculations the timber is considered to be isotropic in accordance with the standard while the timber is modeled both as isotropic and orthotropic in the finite element analysis. The analytical model assumes that the cross-arm, which is the horizontal part of the support, only acts to distribute the load between the legs of the support without providing any extra stability by linking them together. In the finite element analysis the legs of the support are considered both individually and linked together by a cross-arm to test the validity of the assumption. To compare the results from the analytical model with finite element analysis one support of each type; tangential, angular and terminal is selected. An Octave script is written and applied to the selected supports to calculate their necessary dimensions. Based on the calculated dimensions 3D-models are created using PTC Creo Parametric 3.0 which then are imported into ABAQUS/CAE where the supports are subjected to finite element analysis. In addition to using the analytical model directly expressions that can be used to create nomograms for timber supports are also derived. Comparing results from FEM with the analytical model showed that the tangential and angular supports were over-dimensioned while the terminal supports were under-dimensioned in the analytical model. This means that a smaller dimension could be used for the tangential and angular supports. For the terminal support the analytical model needs to be altered so that failure will not occur. Changing the buckling mode for the terminal support in the analytical solution fixed the under-dimensioning issue. The finite element calculations where a cross-arm was used to link the legs of the support together showed no increased stability for buckling but showed lower bending stresses in the support legs. Using an orthotropic material model for the timber did not effect the calculations greatly as the properties in the length direction of the pole were significantly more important than the properties in the perpendicular directions. Dimensioning using nomograms is less accurate, as it only narrows the results down to a timber pole grade rather than a specific diameter. This decrease in accuracy is not cause for concern as the timber poles are ordered by grade and not a specific diameter. Using nomograms can give quick results when it comes to dimensioning. / Luftledningar är mer tillförlitliga och kostnadseffektiva än markkablar när det kommer till kraftöverföring. För att hålla luftledningar ovan mark används ofta trästolpar. Placeringen av varje stolpe beror bland annat på topografin vilket gör att villkoren för nästan varje stolpe skiljer sig åt. Detta gör att varje stolpe måste dimensioneras individuellt. Projektets syfte är att klargöra på vilket sätt dimensionen för en stolpe ska bestämmas. Det huvudsakliga målet är att utveckla en analytisk modell som kan användas för att dimensionera trästolpar. Octave, ett vetenskapligt programspråk, används för att tillämpa den analytiska modellen på trästolparna. Den analytiska modellen valideras med finit elementanalys, som tillämpas genom användandet av ABAQUS/CAE. Från den analytiska modellen kan också nomogram konstrueras vilket är ett annat sätt att dimensionera stolpar genom att används diagram som relaterar stolparnas parametrar. Många av de relevanta designaspekterna som berör stolpar behandlas i standarden SS-EN 50341 och ligger till grund för den analytiska modellen. Stolparna kan delas in i tre huvudtyper; raklinjestolpar, där ledarna fortsätter rakt vid stolpen, vinkelstolpar, där ledarna avviker med en vinkel, och ändstolpar, som används vid avslut av ledarna. De laster som beaktas är egenvikt hos komponenter, vind, is, spänning i ledare och underhåll. För att kombinera lasterna används en designekvation som tar hänsyn till sannolikheten att vissa händelser sker samtidigt genom att applicera kombinationsfaktorer. Dessutom används partialsäkerhetsfaktorer för att kompensera för eventuella avvikelser i last, material eller geometri. Stolparna dimensioneras mot brott på grund av för hög böjande belastning och knäckning på grund av för hög axialbelastning. I de analytiska beräkningarna antas trä vara ett isotropt material i enlighet med standarden medan det modelleras både som isotropt och ortotropt vid analys med finita elementmetoden. Vidare antas att regeln, den horisontella delen av stolpen, endast fördelar lasten mellan stolpens ben utan att bidra med någon extra stabilitet genom att länka benen samman. För att testa detta antagande modelleras stolpbenen både individuellt och sammanlänkade med en regel vid analys med finita elementmetoden. För att kunna jämföra resultatet från den analytiska modellen med finit elementanalys väljs en stolpe av varje typ; raklinje-, vinkel-, och ändstolpe, ut. Ett skript skrivs i Octave och tillämpas på de utvalda stolparna för att bestämma vilka dimensioner som krävs. Baserat på de beräknade dimensionerna skapas 3D-modeller i PTC Creo Parametric 3.0 vilka sedan importeras till ABAQUS/CAE för analys med finita elementmetoden. Förutom att tillämpa den analytiska modellen direkt härleds uttryck för att kunna generera nomogram. En jämförelse av resultaten från FEM med den analytiska modellen visade att raklinje- och vinkelstolpar blev överdimensionerade medan ändstolpar blev underdimensionerade. Detta innebär att en mindre dimension kan användas för raklinje- och vinkelstolpar. För ändstolpar måste modellen korrigeras för att stolpen ska hålla. Genom att ändra knäckningsfall för ändstolpen i den analytiska modellen löstes problemet med underdimensionering. Beräkningarna i finita elementmetoden där en regel användes för att sammanlänka stolpbenen visade ingen ökad stabilitet för knäckning men böjspänningarna i stolpbenen blev lägre. Att använda en ortotrop materialmodell påverkade inte beräkningarna nämnvärt eftersom egenskaperna i längsriktningen var mycket mer signifikanta än egenskaperna i tvärriktningarna. Vid dimensionering med hjälp av nomogram fås en sämre noggrannhet, eftersom resultatet endast blir en viss stolpklass istället för en specifik diameter. Denna minskade noggrannhet är ingen anledning till oro eftersom trästolparna beställs utifrån klass och inte utifrån specifik diameter. Användandet av nomogram kan ge snabba resultat vid dimensionering.

Submitted by Liliane Ferreira (ljuvencia30@gmail.com) on 2018-04-04T11:42:16Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Caio José Fernandes Póvoa - 2018.pdf: 6079271 bytes, checksum: 5efa21665d3c5f3bf6b4a58652fff6b4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-04-04T13:23:10Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Caio José Fernandes Póvoa - 2018.pdf: 6079271 bytes, checksum: 5efa21665d3c5f3bf6b4a58652fff6b4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-04T13:23:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Caio José Fernandes Póvoa - 2018.pdf: 6079271 bytes, checksum: 5efa21665d3c5f3bf6b4a58652fff6b4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-03-22 / This dissertation of master degree describes methods of optimizing routes and allocating towers of overhead power lines, with the objective of meeting technical, structural and constructive constraints, and reducing financial costs. The generated solutions are graphically presented through the transmission line profile and its 3-dimension representation upon the elevation map of the area. For the projects evaluation, elements of structural analysis are used, highlighting the Matrix Structural Analysis for the study of efforts and deformations in the towers and their components. Three methods are proposed, each one using different approaches. First, it will be shown an optimization algorithm based on Evolutionary Computation, characterized by the application of natural selection on individuals generated from mutations and genetic crossover. The second algorithm was inspired by the well-known Nelder-Mead optimization method. The triangular transformations addressed in the original method were adapted and physically implemented to transmission lines. The last optimization algorithm presented is a hybridization of the two previous methods. Finally, a performance comparison of the algorithms, in which each one of them will be applied to three different cases, will be carried out in order to validate them. / Esta dissertação de mestrado descreve métodos de otimização de trajetos e alocação de torres de linhas aéreas de transmissão de energia elétrica, com o objetivo de obedecer a restrições técnicas, estruturais e construtivas, e de reduzir custos financeiros. As soluções encontradas são apresentadas graficamente a partir da plotagem do perfil da linha de transmissão, e da sua representação em três dimensões sobre o mapa de relevo da região. Para a avaliação dos projetos, utilizam-se elementos de análise estrutural, destacando-se a Análise Estrutural Matricial para o estudo dos esforços e deformações nas torres e seus componentes. São propostos três métodos que utilizam abordagens diferentes. Primeiramente, será considerado um algoritmo de otimização baseado na Computação Evolucionária, caracterizando-se pela aplicação da seleção natural ao longo de gerações, em indivíduos gerados a partir de mutações e recombinações. O segundo algoritmo apresentado é inspirado no consagrado método de Nelder-Mead, sendo as transformações triangulares, por ele apresentadas, adaptadas e implementadas fisicamente a linhas de transmissão. O último método de otimização é uma hibridação dos dois métodos anteriores. Por fim, será feita uma comparação de desempenho dos algoritmos apresentados, a partir da aplicação de cada um deles a três estudos de caso distintos para validá-los.

The master´s thesis deals with the design of medium voltage power line protection and the calculation of reliability indicators. First, it deals with the possibilities of power system operation. Subsequently, it divides the networks according to the grounding of the transformer node and the switching elements and devices occurring in the MV distribution network are mentioned. It presents the basic classification of power line protection and its use, especially it focuses on overhead and cable MV power lines. It also discusses the reliability of the power supply and lists the basic reliability indicators and their possible calculation. The practical part describes the changes in the considered area of the distribution network, where the reconstruction of the power line VN872 and a new way of powering the village Drnholec will take place. The impact of this change on the reliability of the supplied energy is also calculated. Furthermore, the protection of the power line is designed and the correctness of its setting is then verified on the model in the PSS Sincal software.

Over the last several decades, electricity consumption and generation have continually grown. Investment in the Transmission and Distribution (T&D) infrastructure has been minimal and it has become increasingly difficult and expensive to permit and build new power lines. At the same time, a growing increase in the penetration of renewable energy resources is causing an unprecedented level of dynamics on the grid. Consequently, the power grid is congested and under stress. To compound the situation, the utilities do not possess detailed information on the status and operating margins on their assets in order to use them optimally. The task of monitoring asset status and optimizing asset utilization for the electric power industry seems particularly challenging, given millions of assets and hundreds of thousands of miles of power lines distributed geographically over millions of square miles. The lack of situational awareness compromises system reliability, and raises the possibility of power outages and even cascading blackouts. To address this problem, a conceptual Power Line Sensor Network (PLSN) is proposed in this research. The main objective of this research is to develop a distributed PLSN to provide continuous on-line monitoring of the geographically dispersed power grid by using hundreds of thousands of low-cost, autonomous, smart, and communication-enabled Power Line Sensor (PLS) modules thus to improve the utilization and reliability of the existing power system. The proposed PLSN specifically targets the use of passive sensing techniques, focusing on monitoring the real-time dynamic capacity of a specific span of a power line under present weather conditions by using computational intelligence technologies. An ancillary function is to detect the presence of incipient failures along overhead power lines via monitoring and characterizing the electromagnetic fields around overhead conductors. This research integrates detailed modeling of the power lines and the physical manifestations of the parameters being sensed, with pattern recognition technologies. Key issues of this research also include design of a prototype PLS module with integrated sensing, power and communication functions, and validation of the Wireless Sensor Network (WSN) technology integrated to this proposed PLSN.

Η διατριβή αποτελεί μία συμβολή στον πειραματικό και υπολογιστικό καθορισμό της έκθεσης ανθρώπων σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία στοιχείων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας (εναέριες γραμμές, καλώδια, μετασχηματιστές, υποσταθμοί). Στις εναέριες γραμμές διπλού κυκλώματος και στα υπόγεια καλώδια υψηλής τάσεως (συγκρότηση των τριφασικών συστημάτων από μονοπολικά καλώδια) καθορίζονται οι διατάξεις των αγωγών των φάσεων, ώστε να επιτυγχάνεται η ελαχιστοποίηση των πεδιακών εντάσεων σε θέσεις προσιτές σε ανθρώπους. Οι δυνατότητες μετρήσεων στο δίκτυο 400kV είναι πολύ περιορισμένες και προφανώς δεν μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες εκτεταμένων παραμετρικών διερευνήσεων. Για την πειραματική επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων των θεωρητικών διερευνήσεων κατασκευάστηκε στο Εργαστήριο Παραγωγής, Μεταφοράς, Διανομής και Χρησιμοποιήσεως Ηλεκτρικής Ενέργειας του Πανεπιστημίου Πατρών ένα μοντέλο δύο παράλληλα οδευουσών γραμμών 400kV. Στο 1ο κεφάλαιο περιγράφονται οι στόχοι της διατριβής, γίνεται βιβλιογραφική διερεύνηση και δίνονται οι οριακές τιμές της Οδηγίας της Διεθνούς Επιτροπής Προστασίας έναντι Μη Ιονιζουσών Ακτινοβολιών (ΙCNIRP), της σχετικής Σύστασης της Ευρωπαϊκής Ένωσης και της Ελληνικής Νομοθεσίας για την προστασία των ανθρώπων από τα χαμηλόσυχνα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Τα όρια αυτά ανέρχονται σε 5kV/m και 100μΤ για την συνεχή έκθεση του κοινού και σε 10kV/m και 500μΤ για την επαγγελματική απασχόληση. Στο 2ο κεφάλαιο εξετάζονται οι θεωρητικές βάσεις για την ανάπτυξη μοντέλου δύο παράλληλα οδευουσών γραμμών 400kV διπλού κυκλώματος για την μέτρηση του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου και καθορίζονται οι συντελεστές μεταξύ των τιμών των πεδιακών εντάσεων του μοντέλου και των πραγματικών γραμμών. Το μοντέλο παρέχει την δυνατότητα μετρήσεων για διαφορετικές διατάξεις των αγωγών των φάσεων. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η συμμετρική διάταξη των αγωγών των φάσεων και η βέλτιστη διάταξη, ώστε να επέρχεται ελαχιστοποίηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και της μαγνητικής επαγωγής. Το μοντέλο πρέπει να έχει επαρκές μέγεθος, ώστε, δεδομένων των διαστάσεων των οργάνων μέτρησης της μαγνητικής επαγωγής και της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, τα αποτελέσματα των μετρήσεων να απεικονίζουν με ακρίβεια την κατάσταση στις πραγματικές γραμμές. Για γραμμές 400kV προκύπτει, ως κατάλληλη κλίμακα, η κλίμακα 1:16. Οι διαστάσεις του μοντέλου ανέρχονται σε 12m (μήκος), 3,2m (πλάτος) και 3,6m (ύψος). Το μοντέλο αυτό, με τις πρόσθετες διατάξεις τροφοδοσίας και μετρήσεων, απαρτίζεται από τα ακόλουθα στοιχεία: - Μοντέλο των δύο παράλληλα οδεουσών γραμμών. - Μετασχηματιστές για την τροφοδότηση των γραμμών με την επιθυμητή ένταση (δύο μετασχηματιστές, ένας για κάθε γραμμή διπλού κυκλώματος). - Πηνία για την μείωση των εντάσεων στις επιθυμητές συμμετρικές τιμές (12 πηνία, ένα πηνίο ανά φάση και κύκλωμα γραμμής). - Πίνακας γραμμών με τα απαραίτητα όργανα προστασίας και τη δυνατότητα ζεύξεων ώστε να επιτυγχάνονται οι διαφορετικές διατάξεις των αγωγών των φάσεων (δύο πίνακες, ένας για κάθε γραμμή διπλού κυκλώματος) Καθορίσθηκαν με μετρήσεις ή υπολογισμούς τα ισοδύναμα κυκλώματα των μετασχηματιστών, των γραμμών, των πηνίων και συνδετικών καλωδίων συμπεριλαμβανομένων και των αντιστάσεων διέλευσης. Από το συνιστάμενο ισοδύναμο κύκλωμα προκύπτει η ένταση ανά φάση και κύκλωμα των 208Α, ενώ η αντίστοιχη μετρηθείσα τιμή ανέρχεται σε 184Α (τιμή κατά την θερμική ισορροπία του μοντέλου υπό θερμοκρασία περιβάλλοντος 16οC) Η απόκλιση αυτή οφείλεται κυρίως στην επαγωγική επίδραση των σιδηρών φορέων (εσχαρών) των συνδετικών καλωδίων και των μετασχηματιστών εντάσεως. Στο 3ο κεφάλαιο δίδονται τα αποτελέσματα συστηματικών μετρήσεων και συγκριτικών υπολογισμών της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και της μαγνητικής επαγωγής στο περιβάλλον γραμμών 400kV διπλού κυκλώματος. Οι μετρήσεις έγιναν τόσο στο περιβάλλον πραγματικών γραμμών, όσο και στο περιβάλλον του μοντέλου γραμμών υπό κλίμακα 1:16, το οποίο περιγράφεται στο κεφάλαιο 2. Οι διερευνήσεις έγιναν για την διαπίστωση της βέλτιστης, από πλευράς πεδίων, διάταξης των αγωγών των φάσεων και της επίδρασής της στη μείωση των πεδιακών εντάσεων. Από τις μετρήσεις και τους υπολογισμούς στο περιβάλλον πραγματικών γραμμών και μοντέλου γραμμών προκύπτει η δυνατότητα δραστικής μείωσης των τιμών της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και της μαγνητικής επαγωγής με την εφαρμογή της βέλτιστης διάταξης των αγωγών των φάσεων. Στη συνέχεια υπολογίζονται οι πεδιακές εντάσεις έκθεσης εργαζομένων κατά την πλύση μονωτήρων υπό τάση. Στο 4ο κεφάλαιο εξετάζονται διατάξεις καλωδίων δυο, τριών και περισσοτέρων τριφασικών συστημάτων, τα οποία απαρτίζονται από μονοπολικά καλώδια. Συγκεκριμένα εξετάζονται τυπικές διατάξεις καλωδίων σε επίπεδη διάταξη και διατάξεις καλωδίων εγκατεστημένων σε σήραγγες. Έγιναν παραμετρικές διερευνήσεις ως προς την διάταξη των φάσεων των καλωδίων με σκοπό την μείωση της μαγνητικής επαγωγής στο περιβάλλον των καλωδίων και το καθορισμό των διατάξεων με τις μικρότερες μέγιστες τιμές της μαγνητικής επαγωγής (βέλτιστες διατάξεις). Οι βέλτιστες διατάξεις των φάσεων επαληθεύτηκαν για διάφορα βάθη εγκατάστασης και για διαφορετικές αποστάσεις μεταξύ των μονοπολικών καλωδίων και μεταξύ των τριφασικών συστημάτων. Στις διατάξεις δύο τριφασικών συστημάτων, χωρίς εμπλοκή των φάσεων των δύο συστημάτων, υπάρχουν 36 δυνατές διατάξεις των φάσεων. Οι διατάξεις αυτές ομαδοποιούνται σε ομάδες των 6 διατάξεων οι οποίες δημιουργούν το ίδιο μαγνητικό πεδίο. Έτσι προκύπτουν 6 ανεξάρτητες ομάδες διατάξεων. Αντίστοιχα, σε διατάξεις τριών τριφασικών συστημάτων, υπάρχουν 216 δυνατές διατάξεις των φάσεων από τις οποίες προκύπτουν 36 ανεξάρτητές ομάδες. Για οποιοδήποτε αριθμό n τριφασικών συστημάτων υπάρχουν 6n δυνατές διατάξεις των φάσεων από τις οποίες προκύπτουν 6n-1 ανεξάρτητες ομάδες διατάξεων. Υπάρχει πάντοτε μια ομάδα 6 διατάξεων των φάσεων που προκαλούν τη μέγιστη μείωση (δραστική μείωση) της μαγνητικής επαγωγής στο σημείο της μέγιστης τιμής της (βέλτιστες διατάξεις). Οι βέλτιστες διατάξεις των φάσεων προκαλούν επίσης μεγάλη μείωση τις μαγνητικής επαγωγής σε όλο το περιβάλλον των καλωδίων. Στο 5ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα συστηματικών μετρήσεων της μαγνητικής επαγωγής που έγιναν σε εννέα υποσταθμούς 150 kV /20kV υπαιθρίου τύπου του ελληνικού συστήματος. Μετρήσεις έγιναν επίσης στα κέντρα διανομής Αμαρουσίου και Ελευθερίας. Οι μετρήσεις στους υποσταθμούς υπαίθριου τύπου έγιναν: α) Στο άμεσο περιβάλλον του βασικού εξοπλισμού (μετασχηματιστές 150kV/20kV, ζυγοί 150kV, αναχωρήσεις 20kV) και σε πυκνές διαδρομές εντός του υποσταθμού, ώστε να καθοριστεί η χωρική κατανομή της μαγνητικής επαγωγής με τη βοήθεια τρισδιάστατων παραστάσεων. Μπορεί έτσι να εκτιμηθεί η έκθεση του προσωπικού σε μαγνητικά πεδία, β) Σε σημαντικές αποστάσεις από τον βασικό εξοπλισμό και στις περιοχές των γραμμών τροφοδοτήσεως 150kV και των αναχωρήσεων 20kV ώστε να μπορεί να εκτιμηθεί η μαγνητική επαγωγή στα όρια περίφραξης του υποσταθμού (θέσεις προσιτές στο κοινό) και να καθοριστεί συνεπώς η μέγιστη έκθεση του κοινού από πεδία που οφείλονται στον υποσταθμό. Οι μετρήσεις σε κέντρα διανομής έγιναν στην περίμετρο εκτός του κτιρίου (θέσεις προσιτές στο κοινό). Στο 6ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα συστηματικών μετρήσεων της μαγνητικής επαγωγής στα Κέντρα Υπερυψηλής Τάσης (ΚΥΤ) υπαιθρίου τύπου Αχαρνών και Κουμουνδούρου και στο Κέντρο Υπερυψηλής Τάσης με μόνωση Αερίου Λαυρίου. Οι μετρήσεις στα Κέντρα Υπερυψηλής Τάσης υπαιθρίου τύπου έγιναν: α) Στο άμεσο περιβάλλον του βασικού εξοπλισμού (αυτόμετασχηματιστές 400kV/150kV, ζυγοί 400kV) και σε πυκνές διαδρομές εντός των ζυγών 400kV, ώστε να καθοριστεί η χωρική κατανομή της μαγνητικής επαγωγής με τη βοήθεια τρισδιάστατων παραστάσεων. Μπορεί έτσι να εκτιμηθεί η έκθεση του προσωπικού σε μαγνητικά πεδία,. β) Στα όρια του ΚΥΤ (θέσεις προσιτές στο κοινό) ώστε να καθοριστεί η μέγιστη έκθεση του κοινού από πεδία που οφείλονται στα ΚΥΤ. Οι μετρήσεις στο Κέντρο Υπερυψηλής Τάσης με μόνωση Αερίου Λαυρίου έγιναν εντός και εκτός της αίθουσας ζυγών 400kV. Στο 7ο κεφάλαιο εξετάζεται η μαγνητική επαγωγή στο περιβάλλον πενήντα εναερίων υποσταθμών διανομής 20kV/0,4kV (Υ/Σ). Από τα αποτελέσματα των μετρήσεων της μαγνητικής επαγωγής προέκυψε ως εύλογος ο διαχωρισμός των εναέριων Υ/Σ σε δύο κατηγορίες: - εναέριοι Υ/Σ τύπου Ε, όπου το κιβώτιο διανομής βρίσκεται σε σημαντικό ύψος από το έδαφος (περί τα 2-3 m). Οι αναχωρήσεις χαμηλής τάσης είναι κυρίως εναέριες. - εναέριοι Υ/Σ τύπου Υ, όπου το κιβώτιο διανομής είναι τοποθετημένο στο έδαφος. Οι αναχωρήσεις χαμηλής τάσης είναι κυρίως υπόγειες. Μετρήθηκε επίσης η μαγνητική επαγωγή στο περιβάλλον εννέα Υ/Σ εγκατεστημένων εντός κτιρίου και τριών Υ/Σ μειωμένων διαστάσεων. Οι μετρήσεις έγιναν σε θέσεις προσιτές στους εργαζομένους (εντός των Υ/Σ) και σε θέσεις προσιτές στο κοινό (εκτός των Υ/Σ). Η ονομαστική ισχύς των υποσταθμών που εξετάσθηκαν κυμαίνεται μεταξύ 250kVA και 1000kVA. Οι μετρήσεις έγιναν σε Υ/Σ αστικών και περιαστικών περιοχών. Από τα κεφάλαια 3 έως 7 προκύπτει ότι οι μέγιστες τιμές της μαγνητικής επαγωγής σε θέσεις προσιτές στο κοινό είναι πολύ μικρότερες από τα επιτρεπόμενα όρια. Κατά την επαγγελματική απασχόληση εμφανίζονται υψηλότερες τιμές, οι οποίες όμως δεν υπερβαίνουν τα όρια έκθεσης των εργαζομένων. / In this thesis constitutes a contribution to the experimental and calculating determination of human exposure to electric and magnetic fields generated by power systems equipments (overhead transmission lines, underground cables, transformers, substations). In double circuit overhead transmission lines and in high voltage underground cables (three-phase systems constituted by single-core cables) the phase configurations are determined in order to achieve the reduction of field intensities in areas accessible to people. The possibilities of measurements in 400kV grid are very restricted and apparently they cannot cover the needs of extensive parametrical investigations. In order to examine experimentally the effect of the theoretical investigations, a model of two parallel running 400kV double circuit lines was constructed at the Power Systems Laboratory of the University of Patras. In chapter 1, the object of this thesis is described and bibliographical research is conducted. The limit values of the guidelines of the International Committee on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP), the Recommendation of the European Union Council and Greek Legislation for the protection of humans from Extremely Low Frequency (ELF) electric and magnetic fields are given. These limits are set to 5kV/m and 100μT for constant public exposure and 10kV/m and 500μT for occupational exposure. In Chapter 2, the theoretical basis for the construction of the model of two parallel running 400kV double circuit lines to measure the electric and magnetic fields is examined. Also, the factors between the values of field intensities of the model and the ones of the actual transmission lines are determined. The model offers the potential of measurement for different arrangements of the phase conductors. What is interesting is the symmetrical arrangement of the phase conductors and the optimum arrangement in order to achieve reduction of the electric field intensity and the magnetic flux density. The model has to be big enough so that the dimensions of the measurement instruments (EMF meters) won’t affect the measurement values. The 1:16 scale occurred to be the appropriate one. The dimensions of the model are 12m (length), 3.2m (width) and 3.6m (height). This model, with its extra power and measurement supplies, is constituted by: - Model of two parallel running 400kV double circuit lines. - Transformers to supply the model with the desirable current (two transformers, one for each double circuit line). - Reactance coils for the reduction of currents to the desirable values (twelve reactance coils, 1 coil per phase and circuit of each line). - Switchboard for lines with the necessary protections and possibility of connection to achieve different phase arrangements (two switchboards, one for each double circuit line). With measurements or calculations the values of equivalent circuit of transformers, lines, reactance coils and connection cables including contact resistance were determined. From the overall equivalent circuit it occurs that the per phase and per circuit current is 208A, but the respective measured value is 184A (value in thermal steady state with environment temperature 16oC). This difference is mostly due to the inductive reactance of the cable trays of connection cable and the current transformers. In chapter 3, the results of systematic measurements and comparative calculations of the intensity of the electric field and the magnetic flux density in the environment of 400kV double circuit line are given. The measurements were conducted both in the vicinity of the real power lines and in the vicinity of the model of power lines in 1:16 scale, which is described in chapter 2. Investigations were conducted to ascertain the optimum phase arrangement as far as fields are concerned, and its effect in the reduction of field intensities. From the measurements and calculations in the vicinity of the real power lines and the model it occurs the drastic reduction of the intensity of electric field and the magnetic flux density by applying the optimum phase conductor arrangement. Following, field intensities of occupational exposure during line insulator washing under voltage are determined. In chapter 4, underground cables’ arrangements of two, three and more three-phase systems are examined, which are constituted by single-core cables. Specifically, typical flat arrangements of cables are examined as well as a typical arrangement of cables installed inside a tunnel. Parametrical investigations are conducted in the phase configurations of the cables in order to reduce the magnetic flux density in the vicinity of the cables and to determine the configurations which produce the minimum maximum values of the magnetic field (optimum configurations). The optimum phase configurations are verified for various installation depths and various distances between the cables and between the three-phase systems. In arrangements of two three-phase systems, without involvement between the two systems, there are 36 possible phase configurations. Those configurations are categorised in groups of 6 configurations which produce the same magnetic field. In this way, 6 independent configuration groups arise. Respectively, in arrangements of three three-phase systems, there are 216 possible phase configurations from which 36 independent groups arise. For any number n of three-phase systems there are 6n possible phase configurations from which 6n-1 independent configuration groups arise. There is always one group of 6 phase configurations (optimum configurations) which cause the greatest reduction (drastic reduction) of the maximum value of the magnetic flux density. The optimum phase configurations also produce great reduction of magnetic flux density in the vicinity of the cables. In chapter 5, the results of systematic measurements of magnetic flux density taken place in nine 150kV outdoor substations of the Greek grid are presented. Measurements also were conducted in 150kV GIS Indoor Substation in Amarousion and Eleftherias. Measurements in outdoor substations were conducted: a) In the direct vicinity of main equipment (150kV/ 20kV transformers, 150kV bus-bars, 20kV overhead lines) and close measurements inside the substation so as to determine in three-dimensional depiction of the magnetic flux density. In this way occupational exposure to magnetic fields can be determined. b) Far away from the main equipment and in the vicinity of 150kV overhead lines and 20kV overhead lines so that the magnetic flux density in the fencing area of the substation (areas accessible to the public) can be evaluated and, consequently, the maximum public exposure to fields owed the substation can be determined. Measurements conducted in 150kV GIS Indoor Substation in the outer perimeter of the building (areas accessible to the public). In chapter 6, results of systematic measurements of magnetic flux density taken place in 400kV outdoor substations in Aharne and Koumoundourou and in 400kV GIS Indoor Substation in Lavrio. Measurements in outdoor substations were conducted: a) In the direct vicinity of main equipment (400kV/ 150kV autotransformers, 400kV bus-bars) and close measurements inside the 400kV bus-bars so as to determine in three-dimensional depiction of the magnetic flux density. In this way occupational exposure to magnetic fields can be determined. b) Measurements conducted in the fencing area of the outdoor substation (areas accessible to the public) can be evaluated and, consequently, the maximum public exposure to fields owed the substation can be determined. Measurements conducted in 400kV GIS Indoor Substation in Lavrio were conducted inside and outside the 400kV bus-bar building. In chapter 7, the magnetic flux density in the vicinity of fifty 20kV /0.4kV outdoor distribution substations is examined. From measurements of the magnetic field, made in the vicinity of outdoor substations, the following segregation of the substation results: - Outdoor substations type O with the fuse-box in the significant height above ground (2-3m). These substations are mainly connected to the overhead grind of 0.4kV. - Outdoor substations type U with the fuse-box on the ground. These substations are mainly connected to the underground grind of 0.4kV. Measurements were conducted in the vicinity of 9 distribution substation 20kV /0.4kV installed inside building, and 3 compact substations. Measurements were conducted in areas accessible to workers (inside the substations) and in areas accessible to the public (outside the substations). The nominal power of the substations lies among 250kVA and 1000kVA. The measurements of the magnetic flux density were conducted in urban and suburban areas. From chapter 3 to 7 it occurs that the maximum values of the magnetic flux density in areas accessible to the public are mach lower than the limit values. In occupational exposure higher values occur, which however do not exceed the limit values.

Parallellgående kraftledningar inducerar spänning i varandra som i sin tur driver en ström. I denna rapport utreds hur osymmetriska kortslut-ningar på en kraftledning påverkar strömmen i en parallellgående kraft-ledning på grund av ömsesidig induktion och vilka faror inducerad spän-ning och den av inducerade spänningen drivna strömmen kan leda till, ur hänsyn till leveranssäkerhet samt underhållsarbetare på parallell kraft-ledning.Målet med examensarbetet är att öka noggrannheten för felströmsberäk-ningar på Vattenfalls elnät samt att öka kunskapen för vattenfallpersonal om fenomenet av ömsesidig koppling och de faror den kan innebära.Rapporten kunde konstatera att ömsesidig koppling kan leda till faror för leveranssäkerheten av elnätet och att det finns ett behov av analys av specifika fall av parallella kraftledningar i Vattenfalls elnät. / Parallel overhead power lines induce voltage in one another, which in turn drives a current. In this report an investigation is made in how asymmetrical short circuits on an overhead power line influence the cur-rent in a parallel overhead power lines due to the inductive coupling be-tween the power lines and which hazards it can cause for the electrical delivery dependability as well as high voltage workers.The aim with this bachelor thesis is to increase the accuracy in fault cur-rent calculation in the Vattenfall electricity grid as well as to increase the knowledge within Vattenfall of the phenomena of inductive coupling and the hazards which comes with it.The report could ascertain that inductive coupling can lead to danger for electrical delivery dependability and that there exists a need of analysis on specific parallel overhead power lines within the Vattenfall electricity grid.