No description available.

Europeiska kommissionen pekar ut fjärrvärme som ett viktigt verktyg för att möjliggöra användandet av bränslen och värme som annars skulle gått till spillo. Primärenergianvändningen kan därigenom minskas vilket leder till minskade koldioxidutsläpp och ett mer uthålligt energisystem. För att kunna konkurrera i pris med värmepumpar och privata värmepannor behöver dock energiförlusterna i fjärrvärmesystemen hållas nere och ett ständigt energieffektiviseringsarbete behöver därför bedrivas. Förhöjda returtemperaturer från fjärrvärmesystemets kundcentraler är ett vanligt problem som indikerar onödigt höga hetvattenflöden och leder till ökade värme- och pumpförluster. I detta arbete har en beräkningsmodell konstruerats för att uppskatta hur mycket energi som sparas om satsningar görs för att sänka returtemperaturen ifrån felande kundcentraler. Modellen applicerades på Visbys fjärrvärmesystem och visade att systemets värmeförluster kunde sänkas med 10 procent och dess pumpförluster halveras om 62 procent av kundcentralerna åtgärdades. Detta resulterar i en årlig besparing på över 1 000 000 SEK för fjärrvärmebolaget vilket, tillsammans med den initiala kostanden för åtgärderna och fjärrvärmebolagets investeringskalkylsränta, ger att satsningen genererar en vinst på 4 300 000 SEK sett över tio år. Dessa kundcentralsåtgärder kommer också leda till förbättrad värmeleveransförmåga till Visbys innerstad då flödesminskningen är omfattande i den delen av nätet. / The European Commission view district heating as an important technology for facilitating the use of fuels and heat that would have otherwise gone to waste. In this way the primary energy usage can be reduced which leads to reduced carbon dioxide emissions and a more resilient energy system. To be cost competitive compared to private heat pumps and boilers the energy losses in the district heating network needs to be constantly reduced. Elevated return temperatures from district heating substations is a common problem that indicates unnecessarily high flow of water through the heat exchangers, which leads to increased heat- and pressure losses in the network. In this study a framework of calculations has been constructed to estimate how much energy can be saved if measures are taken to reduce the return temperatures of underperforming district heating substations. The calculations are applied on the district heating network of the historical Swedish city of Visby on the island of Gotland. It is shown that the distribution heat losses could be reduced by 10 percent and the pumping power could be halved if 62 percent of all substations were to be fixed. This will result in annual savings of over 1 000 000 SEK for the district heating company which, together with the initial investment in substation maintenance and the company’s discount rate for investments, results in a total profit of 4 300 000 SEK over a ten-year period. Improved heat delivery capability to the medieval city center is also expected as the mass-flow reductions in that area are considerable.

This paper contains an introduction that describes the current situation of the problem and its energy supply improvement. It discusses everything from power substations to trolleys which are fed through sections. There is a reference to the network operating deficiencies and possible solutions. The second part describes the development of these networks and their modernization in a growing city. It is verified by calculation if were our considerations good and proposed network will be normally reliable and capable. The final part deals with the economic balance of the project and its various alternatives. Development of energy networks and facilities cost many finance and these investments do not show immediately. Future will be paid off because as soon the changes come less problems may occur.

With the advancements in the Industrial Internet of Things (IIoT), new networking requirements and demands are introduced to Substation Automation Systems (SAS) within electrical power grids. The possibility of merging Information Technology (IT) and Operational Technology (OT) traffic on the same network to achieve higher productivity, however, presents new challenges in providing real-time guarantees to OT traffic. Time-Sensitive Networking (TSN) can be a promising solution that allows IT and OT traffic to coexist seamlessly while still providing real-time guarantees for critical applications. Substations act as critical nodes within power grids, and their digitalisation is a crucial element in the energy transition. A digital substation handles International Electrotechnical Commission (IEC) 61850 protocol traffic such as Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE), Sampled Values (SV), and Manufacturing Message Specification (MMS), which all have strict timing requirements. The integration of TSN into these substations could improve the handling of this traffic and, consequently, the controllability of power grids. This thesis investigates the use of TSN in an IEC 61850 process bus, typically implemented in an SAS. A series of simulated test scenarios were developed to evaluate the impact of TSN compared to traditional networking methods. These included configurations using Ethernet, Ethernet with priority queuing, and TSN with Time-Aware Shaper (TAS) and Credit-Based Shaper (CBS). The results indicate that TSN can meet critical timing requirements, reduce jitter, and manage sporadic traffic effectively under high traffic loads. While the TAS scheduler may increase End-to-End delay for periodic traffic, CBS can reduce it for event-based traffic. Furthermore, robust timing guarantees are ensured for the TSN scenarios by providing a feasible schedule for Scheduled Traffic (ST) and a worst-case response time analysis for Audio-Video Bridging (AVB) traffic. This research highlights TSN’s potential to improve grid controllability and reliability through enhanced network performance, illustrating its role in the future of resilient grid technologies.

Substations are joints in the power system that represent nodes that are vital to stable and reliable operation of the power system. They contrast the rest of the power system in that they are a dense combination of critical components causing all of them to be simultaneously vulnerable to one isolated incident: weather, attack, or other common failure modes. Undoubtedly, the loss of these vital links will have a severe impact to the to the power grid to varying degrees. This work creates a cascading model based on protection system misoperations to estimate system risk from loss-of-substation events in order to assess each substation's criticality. A continuation power flow method is utilized for estimating voltage collapse during cascades. Transient stability is included through the use of a supervised machine learning algorithm called random forests. These forests allow for fast, robust and accurate prediction of transient stability during loss-of-substation initiated cascades. Substation risk indices are incorporated into a preventative optimal power flow (OPF) to reduce the risk of critical substations. This risk-based dispatch represents an easily scalable, robust algorithm for reducing risk associated with substation losses. This new dispatch allows operators to operate at a higher cost operating point for short periods in which substations may likely be lost, such as large weather events, likely attacks, etc. and significantly reduce system risk associated with those losses. System risk is then studied considering the interaction of a power grid utility trying to protect their critical substations under a constrained budget and a potential attacker with insider information on critical substations. This is studied under a zero-sum game theoretic framework in which the utility is trying to confuse the attacker. A model is then developed to analyze how a utility may create a robust strategy of protection that cannot be heavily exploited while taking advantage of any mistakes potential attackers may make. / Ph. D. / Substations are key components to the continued and reliable operation of the power system. Their removal from the power system would severely hinder the system’s ability to transport power from power producers to end consumers. As larger weather events and potential threats to the power system are being considered, power system engineers to start considering the impact that losing substations would cause on the system. This work studies the impact on the system associated with losing substation and ranks them to find the most important ones. A probabilistic model is created based on incorrect operations in power system protection elements that historically have exacerbated large events in the power system. Mitigation of this impact is then studied through two preventative means: changing the operating condition of the current system and adding protection to the substations. This is in order to secure the system before potentially losing the operation of a substation. The operating point change is formulated as a new optimization problem that helps alleviate stress on the system close to the most critical substations found in the earlier model. Protection of these substations is analyzed through game-theoretic means where the utility tries to confuse any potential attackers on which substations actually have true, rigid protection on them. In doing so, on expectation, the damage done to the system may be reduced significantly.

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.

Em subestações de transmissão e distribuição de energia elétrica são utilizadas estruturas metálicas ou de concreto para o suporte de equipamentos e ancoragem de linhas de transmissão. Nestas estruturas os esforços principais atuam horizontalmente pela ação do vento e da tração nos cabos de transmissão de energia elétrica. Devido aos baixos esforços verticais, normalmente, utilizam-se como solução fundações rasas, uma vez que apresentam menor custo e maior facilidade de execução quando comparadas com fundações profundas. Devido a distância de aplicação das cargas horizontais em relação à base, os momentos gerados por estas se tornam elevados em relação à carga vertical atuante. Esta configuração faz com que a resultante dos esforços, frequentemente, esteja fora do núcleo central da fundação. Segundo a NBR 6122 (1996), para a avaliação da capacidade de suporte das fundações nos casos de cargas excêntricas, deve ser adotada uma área efetiva onde os esforços de compressão são considerados uniformemente distribuídos. Este procedimento simplificado muitas vezes torna os dimensionamentos extremamente conservadores, tendo em vista os baixos carregamentos verticais e as grandes excentricidades. Esta pesquisa visa, através de utilização de modelos computacionais numéricos, caracterizar o comportamento de ruptura dos solos solicitados por fundações superficiais sujeitas a esforços combinados verticais, horizontais e momentos. Além disso, os resultados obtidos nos modelos numéricos são comparados com as formulações clássicas de dimensionamento de fundações. / For power substations, both steel and reinforced concrete structures are normally used to support the equipments and the high voltage wiring. In such cases, the wind forces predominate and cause tension in the electrical cables and structures. As the vertical loads are relatively small, generally shallow foundations apply, being also easily executed under lower costs. Due to the distance between the horizontal forces and the structural foundation, high moments are generated comparatively to the vertical loads present, defining big eccentricity in the foundation. According to ABNT-NBR 6122 (1996), to determine the foundation bearing capacity, an effective area way be considered for the compression stresses to act. This situation often yields to unrealistic foundation design. The present dissertation intend to model the failure behavior of the soil supporting shallow foundation by means of computational methods, considering vertical and horizontal forces acting along with moments. A comparison is also mode with commonly used bearing capacity equations for the same type of foundations.

Master’s thesis deals with computation of steady state and short-circuit conditions in the 110 kV distribution network in the nodal area of Čebín. Computations are done during independent operation and bridge operation of transformers T401, T402 in transformation station Čebín with proposed configuration of network. Additional computations of steady state during specific operating conditions such as (T401 outage, disconnection of line 5553) were done during network operation in bridge operation of T401, T402. Voltage conditions in substations, load of 110kV lines and 400/110 kV, 110/HV kV transformers are evaluated based on the computations of steady state. Short-circuit resistance of substations is being evaluated with the aid of calculations of short-circuit conditions. There is a comparison and processed results of computations during independent operation, bridge operation, special operational states and proposed technical measures of operation in bridge operation in the end of the thesis. Theoretical part of the master’s thesis deals with the description of 110 kV distribution networks, theory of calculation of the steady state of electric system with the aid of Newton iterative method a calculation of single-phase and three-phase short-circuit current with the aid of method of symmetrical components.

The work analyzes the operation of hybrid substations. The first chapter provides an analysis of domestic traction systems and describes in detail specific station. The next chapter follows the first in a way in which obtained parameters are converted to parameters suitable for the simulation program and presents its results. The third chapter discusses the serial communication used in one switchgear and about voltage regulator that controls one high voltage field. The last chapter verifies the simulation results obtained from the second chapter with real measurement and direct comparison is also included.