Αντικεραυνική προστασία ανεμογεννητριών

• Κύριος συγγραφέας: Καραχάλιου, Χριστίνα
• Άλλοι συγγραφείς: Karahaliou, Christina
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Ανεμογεννήτριες; Αντικεραυνική προστασία; Wind turbines; Lightning protection

Παρατηρείται ότι ο σύγχρονος κόσμος μας χαρακτηρίζεται από μια στροφή στην «πράσινη ενέργεια». Καθώς οι ενεργειακές μας ανάγκες πολλαπλασιάζονται, η φιλική συμπεριφορά μας απέναντι στο περιβάλλον αποτελεί πλέον αυτοσκοπό για τη διατήρηση της ζωής .Γεγονός που έχει ως συνέπεια την εκμετάλλευση ολοένα και περισσότερο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Κύριος στόχος είναι ο περιορισμός της χρήσης ρυπογόνων καυσίμων τα οποία έχουν περιορισμένη διαθεσιμότητα και απειλούν την ποιότητα ζωής των ανθρώπων .Η αιολική μαζί με την ηλιακή ενέργεια παρουσιάζουν το μεγαλύτερο ρυθμό ανάπτυξης παγκοσμίως .Συγκεκριμένα η χρήση της αιολικής ενέργειας είναι μια ταχέως αναπτυσσόμενη βιομηχανία. Τέτοιες εγκαταστάσεις βρίσκονται γενικά σε ανοιχτό και υπερυψωμένο έδαφος και ως εκ τούτου παρουσιάζουν ελκυστικά σημεία σύλληψης για εκκενώσεις κεραυνού.Στη παρούσα διπλωματική εργασία θα μελετηθεί η αντικεραυνική προστασία ανεμογεννητριών. Η συγκεκριμένη μελέτη χρήζει ιδιαίτερης σημασίας διότι συχνά οι κατασκευές αυτές τοποθετούνται σε εδάφη δυσπρόσιτα τα οποία παρουσιάζουν δυσμενείς συνθήκες γείωσης .Αντικείμενο μελέτης λοιπόν είναι η εξομοίωση της θεμελειακής γείωσης μιας ανεμογεννήτριας που είναι τοποθετημένη σε βουνό στην Ελλάδα. Σκοπός του συστήματος γείωσης είναι η επίτευξη της οδήγησης και διάχυσης του κεραυνικού ρεύματος μέσα στη γη με ασφάλεια ,χωρίς δηλαδή να δημιουργηθούν υπερτάσεις στον περιβάλλοντα χώρο ,οι οποίες να μπορούν να βλάψουν έναν άνθρωπό που βρίσκεται πλησίον ή να προκαλέσουν κάποια βλάβη στην ανεμογεννήτρια .Μελετήθηκαν επίσης οι βηματικές τάσεις που αναπτύσονται όταν σημειώνεται κεραυνικό πλήγμα στην ανεμογεννήτρια ίσο με 150 kA 1.2/50 μs. Για την προσομοίωση του συστήματος χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο της κυκλωματικής προσέγγισης, σύμφωνα με το οποίο τα ηλεκτρόδια γείωσης παριστάνονται από́ κατανεμημένα κυκλώματα, αποτελούμενα από εν σειρά επαγωγές και αντιστάσεις, καθώς και εγκάρσιες αγωγιμότητες και χωρητικότητες. Η επιλογή του συγκεκριμένου μοντέλου έγινε λόγω της απλότητας των υπολογισμών των στοιχείων ,της ακρίβειας των αποτελεσμάτων και της δυνατότητας να συμπεριληφθεί το φαινόμενο του ιονισμού του εδάφους . Για την μοντελοποίηση του συστήματος χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα EMTP-ATP το οποίο είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο πρόγραμμα ψηφιακής προσομοίωσης ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων για συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, διαθέτοντας μεγάλες δυνατότητες μοντελοποίησης. Επίσης για την εξαγωγή διαγραμμάτων χρησιμοποιήθηκαν τα προγράμματα PlotXY και Origin . Επιπλέον ο υπολογισμός των στοιχείων του μοντελοποιημένου συστήματος έγινε με πρόγραμμα στη C++ ,όπου κατασκευάστηκαν συναρτήσεις για τον απευθείας υπολογισμός τους αναλόγως τις παραμέτρους που υπήρχαν διαθέσιμες κάθε φορά (μήκος ,φαινόμενο ιονισμού ,σε ποιο δακτύλιο βρισκόμαστε ,ειδική αντίσταση εδάφους κλπ. ) . ΠΙΟ ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται σύντομη αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειες και συγκεκριμένα στην αιολική. Στη συνέχεια παρουσιάζονται κάποιες βασικές λεπτομέρειες για την ανεμογεννήτρια . Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται το φαινόμενο του κεραυνού και οι επιπτώσεις του στον άνθρωπο και τις κατασκευές .Επίσης παρουσιάζεται το κυκλωματικό μοντέλο του ανθρώπου αλλά και οι τύποι για τον υπολογισμό των βηματικών τάσεων που αναπτύσονται σε περίπτωση κεραυνικού πλήγματος . Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα συστήματα γείωσης . Συγκεκριμένα στα είδη ,τις διατάξεις ,τις μεθόδους καθώς επίσης και στην αποτελσματικότητα των μεθόδων γείωσης .Επίσης γίνεται εκτενής αναφορά στην γείωση ανεμογεννητριών. Το τέταρτο κεφάλαιο περιλαμβάνει το φαινόμενο του Ιονισμού .Γίνεται λεπτομερής αναφορά στους μηχανισμούς διάσπασης του εδάφους καθώς και στα μοντέλα ιονισμού του εδάφους. Στην πέμπτη ενότητα αναφέρονται τα μοντέλα συστημάτων γείωσης και αναλύεται το μοντέλο της κυκλωματικής προσέγγισης. Στο έκτο κεφάλαιο καταγράφονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων .Γίνεται μια σύντομη παρουσίαση του προγράμματος ΑΤP και της διάταξης που μελετάται ,ενώ στη συνέχεια παρουσιάζεται ο υπολογισμός των στοιχείων του κυκλώματος που προσομοιώθηκε λαμβάνοντας και μη το φαινόμενο του ιονισμού .Τέλος μελετήθηκαν οι βηματικές τάσεις για διαφορετικά σημεία κοντά στην ανεμογεννήτρια. Στο κεφάλαιο εφτά συνοψίζονται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που εξήχθησαν με την προσομοίωση του συστήματος και την παρατήρηση βηματικών τάσεων και ρευμάτων σε αυτό .Καταλήξαμε πως το ασφαλέστερο σύστημα προστασίας ανεμογεννήτριας είναι αυτό που χρησιμοποιείται προστατευτική επιφάνεια ειδικής αντίστασης ρ=3000 Ωm.