Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας σε εγκατεστημένο σε περιοχή της Κύπρου φωτοβολταϊκό πάρκο και η μελέτη της μεταβατικής συμπεριφοράς του πλέγματος γείωσης της φωτοβολταϊκής συστοιχίας του, μέσω της εξομοίωσης του με το λογισμικό EMTP-ATP, λαμβάνοντας υπόψη και το φαινόμενο του ιονισμού του εδάφους.
Στο 1ο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις πηγές ενέργειας και στις συνέπειες που αυτές επιφέρουν στο περιβάλλον. Ακολούθως, γίνεται περιγραφή των ήπιων μορφών ενέργειας και παρουσιάζονται τα βασικά τους χαρακτηριστικά.
Το 2ο κεφάλαιο παρουσιάζει την βασική δομή των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Αρχικά αναφέρονται τα πλεονεκτήματα της χρήσης των φωτοβολταϊκών έναντι των υπολοίπων μορφών ενέργειας. Έπειτα, γίνεται η περιγραφή των φωτοβολταϊκών κυττάρων όσον αφορά την αρχή λειτουργίας που στηρίζεται στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο, το ισοδύναμο κύκλωμα του οποίου η ανάλυση ξεκινά με την εξίσωση της διόδου n-p επαφής και την I-V χαρακτηριστική τους. Στη συνέχεια αναλύονται λεπτομερώς οι φωτοβολταϊκές συστοιχίες, οι μονάδες μετατροπής ισχύος και οι συσσορευτές που αποτελούν τη δομή ενός φωτοβολταϊκού συστήματος. Κλείνοντας παρουσιάζονται οι λόγοι που τα φωτοβολταϊκά συστήματα χρίζουν αντικεραυνικής προστασίας.
Εν συνεχεία, στο 3ο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μέθοδοι προστασίας κατασκευών από τα πλήγματα κεραυνού. Περιγράφεται το φυσικό φαινόμενο του κεραυνού και αναφέρονται τυπικές τιμές όσον αφορά τα πλήγματα ανά έτος. Η μελέτη αντικεραυνικής προστασίας που αναλύεται στη συνέχεια, περιέχει την αποτίμηση κινδύνου από κεραυνικό πλήγμα και την περιγραφή της στάθμης προστασίας. Αναφέρονται οι μέθοδοι υπολογισμού της συχνότητας άμεσων κεραυνικών πληγμάτων σε μια κατασκευή μέσω της εύρεσης της μέσης ετήσιας πυκνότητας πλήγματος κεραυνού στο έδαφος και της ισοδύναμης συλλεκτήριας επιφάνειας. Έτσι, περιγράφεται πλήρως η διαδικασία επιλογής του συστήματος αντικεραυνικής προστασίας. Το κεφάλαιο συνεχίζει με την σχεδίαση του συστήματος που αποτελείται από την εξωτερική και την εσωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας. Την εξωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας αποτελούν ουσιαστικά το συλλεκτήριο σύστημα το οποίο επιλέγεται με τη βοήθεια των μεθόδων της γωνίας προστασίας, της κυλιόμενης σφαίρας ή των βρόχων, οι αγωγοί καθόδου που πρέπει να πληρούν τους κανονισμούς που αναφαίρονται σε αυτούς και το σύστημα γείωσης του οποίου τα είδη και ο τρόπος επιλογής αναλύονται λεπτομερώς. Η εσωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας επιτυγχάνεται με τις ισοδυναμικές συνδέσεις, την σωστή δρομολόγιση των καλωδίων, την μαγνητική θωράκιση και τις διατάξεις προστασίας έναντι υπερτάσεων στο εσωτερικό της κατασκευής.
Στο 4ο κεφάλαιο περιγράφεται το υπό μελέτη φωτοβολταϊκό πάρκο και υπολογίζονται οι απαραίτητες διαστάσεις για τις ανάγκες της μελέτης αντικεραυνικής προστασίας. Με τις μέθοδους που αναπτύχθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο, επιλέγεται κατάλληλη στάθμη προστασίας και ξεκινά η σχεδίαση. Αρχικά, πραγματοποιείται εξωτερική και εσωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας του κτιρίου ελέγχου. Παρουσιάζονται οι διαστάσεις και διατομές καθώς και ο τρόπος τοποθέτησης του συλλεκτήριου συστήματος, των αγωγών καθόδου και των ηλεκτροδίων γείωσης και στη συνέχεια οι διατάξεις προστασίας έναντι υπερτάσεων στην ac πλευρά του φωτοβολταϊκού συστήματος. Στη συνέχεια, γίνεται η μελέτη της συστοιχίας φωτοβολταϊκών και αφού επιλεγεί η στάθμη προστασίας σχεδιάζονται οι αγωγοί καθόδου και το πλέγμα γείωσης. Παρουσιάζονται οι διαστάσεις, διατομές και το ύψος του συστήματος αντικεραυνικής προστασίας και το κεφάλαιο κλείνει με την εσωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας στην dc πλευρά του συστήματος.
Στο 5ο και τελευταίο κεφάλαιο, γίνεται η επιλογή του μοντέλου πλέγματος γείωσης και πραγματοποιείται εξομοίωση. Αναφέρεται η πορεία της τελικής μορφής των σχέσεων και του ισοδύναμου κυκλώματος της κυκλωματικής προσέγγισης ξεκινώντας από το 1980 μέχρι σήμερα και παρουσιάζονται τα βασικά πλεονεκτήματα της έναντι των υπόλοιπων μέθοδων. Με τη βοήθεια των σχέσεων υπολογίζονται όλες οι παράμετροι και περιγράφεται η κυματομορφή του ρεύματος κεραυνού όπως επιβάλλεται από τους κανονισμούς. Ακολούθως, γίνεται η εισαγωγή τους στο πρόγραμμα εξομοίωσης και παρουσιάζονται οι γραφικές και τα αποτελέσματα πάνω σε αυτές. Τέλος, εξάγονται τα συμπεράσματα όσον αφορά τις τάσεις που αναπτύσσονται στους προς μελέτη κόμβους και πως επηρέασαν σε αυτό οι παράμετροι των σχέσεων που χρησιμοποιήθηκαν.
Στο Παράρτημα Α, στο τέλος της εργασίας, παρουσιάζεται η διαδικασία της προσομοίωσης με το λογισμικό EMTP-ATP. Γίνεται παρουσίαση του τρόπου εισαγωγής των στοιχείων και της κυματομορφής του ρεύματος κεραυνού στο πρόγραμμα για την κατασκευή του ισοδύναμου κυκλώματος. Επεξηγείται ο τρόπος επιλογής των εξόδων της προσομοίωσης καθώς επίσης και οι παράμετροι που χρειάζονται για να τρέξει το πρόγραμμα. Στο τέλος, περιγράφεται ο τρόπος εξαγωγής των γραφημάτων στα σημεία του κυκλώματος που ενδιαφέρουν. / The subject of this thesis is to install lightning protection installed in the area of Cyprus photovoltaic park and to study the transient behavior of grounding grid photovoltaic array through the assimilation of the EMTP-ATP software taking into account the phenomenon of ionization soil.
The first chapter is referring to the sources of energy and their consequences to the environment. Subsequently, a description is given of renewable energy and a presentation of their key characteristics.
The second chapter presents the basic structure of photovoltaic systems. Firstly, the advantages of the use of photovoltaic over other forms of energy are mentioned. Then, a description is given of photovoltaic cells regarding its operating principle which is based on the photovoltaic effect, the equivalent circuit of which the analysis starts with the equation n-p diode contact and the IV characteristic. Later on , the paper analyzes in detail the solar arrays, power conversion units and accumulator which form the structure of a photovoltaic system. At the end, reasons are presented that photovoltaic systems are built so as to be protected from lightning.
Then, the third chapter presents the construction methods of protection from lightning strikes. The natural phenomenon of lightning is described and the typical values for the attacks per year are reported. The study of lightning protection which is analyzed later includes the assessment of risk from lightning strike and the description of the level of protection.
Reference is given to the methods for calculating the frequency of direct lightning strikes a structure by finding the average annual density of lightning hitting the ground and the equivalent collector surface. Therefore, the selection process on lightning protection is fully described. The chapter continues with the design of the system consisting of external and internal lightning protection installation. External lightning protection installation is essentially comprise of the collector system that is selected using the methods of protection angle, the rolling ball or loop, the conductor which must meet the regulations regarding them and of the grounding system of the species and the method of selection are analyzed in detail. The internal installation of lightning protection is achieved by equivalent connections, the right itinerary cables, magnetic shielding and protections against overvoltage inside the structure.
Within the fourth section is been describe the solar farm under study and the necessary dimensions are been calculated for the needs of the study of lightning protection. With the methods developed in the previous chapter, the appropriate level of protection is selected and the design begins. Initially, an external and internal lightning protection installation of building control is accomplished.
The dimensions and profiles are presented while how to load the interceptor system, of the conductors and grounding electrodes, and later on the protections against overvoltage on ac side of the photovoltaic system. Then the paper presents the study of solar array and having selected the levels of protection ,conductors are designed and the grounding grid. The dimensions, cross sections and the height of the lightning protection system are mentioned and lastly the chapter mentions the internal installation of lightning protection in the dc side of the system.
In the fifth and final chapter, the selection of grounding grid model and simulation is carried out. It is mentioning the course of the final shape of relations and the equivalent circuit of the circuit approach, which starts from 1980 until today while the key advantages over other methods are mentioned as well. By means of the relations, all the parameters are calculated and the lightning current waveform is described as required by the regulations. Next, there are inducted in the program of simulation and graphics and effects regarding them are presented. Finally, drawing conclusions on trends in developed nodes for study and how this affected the relations of parameters used.
In Appendix A, at the end of the study, the process of simulation is presented with the software EMTP-ATP. There is an explanation of how the input data and lightning current waveform in the program for the construction of the equivalent circuit. It is been explained how to choose the cost of simulation as well as the parameters needed to run the program. In the end, it is been described how to export the graph points in the circuit of interest.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/5594 |
| Date | 19 October 2012 |
| Creators | Νικολαΐδης, Παύλος |
| Contributors | Πυργιώτη, Ελευθερία, Nikolaidis, Pavlos, Περράκη, Βασιλική |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
Page generated in 0.0039 seconds