Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/4715
Title: Αντικεραυνική προστασία ανεμογεννητριών
Authors: Δουσλατζής, Νικόλαος
Issue Date: 2011-10-06T09:04:05Z
Keywords: Γείωση
Ανεμογεννήτριες
Μέθοδος FDTD
Keywords (translated): Grounding
Wind turbines
FDTD method
Abstract: Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η εξέταση των προτεινόμενων συστημάτων γείωσης για ανεμογεννήτριες σύμφωνα με την IEC και η προσομοίωση με Matlab της συμπεριφοράς τους σε πλήγμα κεραυνού στην κατασκευή μέσω της μεθόδου FDTD. Στο πρώτο κεφάλαιο αναπτύσσεται σύντομα το φαινόμενο του κεραυνού και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στη συνέχεια δίνονται στοιχεία για την αιολική ενέργεια και την εκμετάλλευσή της στον κόσμο και στην Ελλάδα. Επίσης αναλύονται τα βασικά μέρη και η λειτουργία μιας ανεμογεννήτριας. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η αντικεραυνική προστασία ανεμογεννητριών όπως προτείνεται στο διεθνές πρότυπο IEC-61024 και η διαδικασία αξιολόγησης της επικινδυνότητας μιας τέτοιας κατασκευής. Δίνονται οι βασικοί ορισμοί για συστήματα γείωσης. Διεξοδικότερα εξετάζονται οι δύο τύποι συστημάτων γείωσης για ανεμογεννήτριες, σύμφωνα πάντα με την IEC. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται η μέθοδος FDTD (Finite Difference Time Domain ) και ο αλγόριθμος του Yee. Η καινοτομία του αλγορίθμου αυτού ήταν η γεωμετρική απεικόνιση για τη δειγματοληψία των τιμών του ηλεκτρικού και του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου η οποία αντιπροσωπεύει τις ολοκληρωτικές και τις διαφορικές μορφές των εξισώσεων του Maxwell. Για την προσομοίωση χρησιμοποιήθηκε επίσης η μέθοδος λεπτού αγωγού (thin wire) η οποία επιτρέπει την ακριβή μοντελοποίηση ενός λεπτού αγωγού(όπου λεπτός αγωγός ορίζεται ως αγώγιμο καλώδιο η ακτίνα του οποίου είναι μικρότερη από το μέγεθος του κελιού που χρησιμοποιεί η FDTD) και περιγράφεται στη συνέχεια του κεφαλαίου. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξετάζουμε δυο προτεινόμενες διατάξεις γείωσης σύμφωνα με το πρότυπο της IEC. Εξηγείται αναλυτικά πως υλοποιήθηκε ο αλγόριθμος FDTD στο Matlab και αναφέρονται οι παραδοχές που έγιναν για τη σύγκλιση της μεθόδου .Παρουσιάζεται με γραφική απεικόνιση από το MAtlab η μοντελοποίηση του χώρου για τις 2 διατάξεις. Μελετάμε την αύξηση δυναμικού ,την βηματική τάση και την μεταβατική αντίσταση για τη διάταξη τύπου Α με ένα κάθετο ηλεκτρόδιο . Εξετάζουμε πως επηρεάζει τα παραπάνω μεγέθη η μεταβολή του βάθους του ηλεκτροδίου και πως μεταβάλλονται σε διαφορετικούς τύπους εδαφών. Ακόμα εξετάζουμε την συμπεριφορά ενός συστήματος γείωσης για τη διάταξη τύπου Β με ένα οριζόντιο δακτύλιο και τέσσερα κάθετα ηλεκτρόδια συγκριτικά με τη διάταξη Α. Στο τελευταίο κεφάλαιο σχολιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και γίνεται σύγκριση των δύο προτεινόμενων διατάξεων γείωσης από την IEC. Συνοψίζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της μεθόδου FDTD για προσομοίωση συμπεριφοράς συστημάτων γείωσης σε πλήγμα κεραυνού. Επίσης προτείνονται διαφορετικές προσεγγίσεις στην υλοποίηση της μεθόδου για την αντιμετώπιση των μειονεκτημάτων.
Abstract (translated): The subject of this essay is the analysis of the suggested by IEC grounding systems for wind turbines and the simulation of these systems using the FDTD method .The software used for the simulations was MATLAB. First chapter is a brief but essential theoretical approach on the lightning phenomenon. Moreover facts and figures are given for renewable energy and particularly wind power in Greece and worldwide. Furthermore the components and the function of a wind turbine are analyzed. The second chapter is a thorough study of the lightning protection systems for wind turbines as suggested by the international standard IEC-61204.The standard defines the risk assessment process of a wind turbine. The components of grounding systems are introduced and the two types of grounding systems for wind turbines according to IEC are analyzed. FDTD (Finite Difference Time Domain) method is analyzed in the third chapter along with Yee’s algorithm. The novelty of this method is the geometrical representation of the electrical and magnetic fields and the equations of Maxwell. The thin wire method was also used for the simulation in order to model precisely the conductors (as thin wire we define a wire with radius smaller than the cell used in the FDTD) and is described in this chapter. Along with writing this essay various grounding systems were simulated with MATLAB. In the forth chapter some brief comments about the development of the simulation are stated along with the description of the FTDT algorithm implementation. We study the potential rise, the step voltage and the transient resistance for the two types of grounding systems suggested by IEC and we observe how the depth of the rods and the resistivity of the soil affect them. In addition to that we also examine some variations of the two types of grounding systems in order to conclude to the optimal grounding system for a wind turbine. In the last chapter results are examined and conclusion are extracted and presented. The suggested by the IEC grounding systems are compared. Further optimizations of the simulation process are discussed leading to possible, future improvement. The advantages and disadvantages of the FTDT method for simulation of grounding systems after a lightning are presented.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Δουσλατής Νικόλαος Διπλωματική.pdf1.56 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.