Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10579
Title: Μεταβατική συμπεριφορά γειώσεων ανεμογεννητριών
Other Titles: Transitional behavior of the grounding of a wind turbine
Authors: Χαλιαμάνη, Ηλιάνα
Keywords: Γείωση
Ανεμογεννήτριες
Keywords (translated): Grounding system
Wind turbines
Abstract: Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μεταβατική συμπεριφορά του συστήματος γείωσης μιας ανεμογεννήτριας κατά την πτώση κεραυνών διαφορετικής τάξεως. Η αντικεραυνική προστασία των ανεμογεννητριών, αποτελεί ένα πρόβλημα με αρκετές ιδιαιτερότητες, εξαιτίας της μορφής και της τοποθέτησης των κατασκευών αυτών σε μέρη που είναι ευάλωτα σε κεραυνικά πλήγματα και πολλές φορές σε εδάφη που παρουσιάζουν δυσμενείς συνθήκες γείωσης. Για αυτούς τους λόγους, η γείωση των ανεμογεννητριών χρήζει ιδιαίτερης προσοχής. Για την προσομοίωση του συστήματος γείωσης χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο της κυκλωματικής προσέγγισης, σύμφωνα με το οποίο τα ηλεκτρόδια γείωσης παριστάνονται από κατανεμημένα κυκλώματα, αποτελούμενα από εν σειρά επαγωγές και αντιστάσεις, καθώς και εγκάρσιες αγωγιμότητες και χωρητικότητες. Η μοντελοποίηση του συστήματος, έγινε στον υπολογιστή χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα προσομοίωσης ATP-EMTP, ενώ οι τιμές των διαφόρων μεγεθών του, υπολογίστηκαν με τη βοήθεια του Microsoft Excel. Αναλυτικότερα: Στο κεφάλαιο 1 έχουμε μια σύντομη ανάλυση του κεραυνού ως φυσικό φαινόμενο καθώς επίσης και των θερμικών, μηχανικών και ηλεκτρικών συνεπειών, καθώς και των συνεπειών στις τηλεπικοινωνίες αλλά και στον άνθρωπο. Στο κεφάλαιο 2, γίνεται μια εισαγωγή στην έννοια της γείωσης, η εξοικείωση του αναγνώστη με βασικούς όρους, καθώς επίσης αναφέρονται τα διάφορα είδη και συστήματα γείωσης και τα είδη των ηλεκτροδίων γείωσης. Επίσης γίνεται μια αναφορά στις ιδιαιτερότητες προστασίας των ανεμογεννητριών και τις διατάξεις γείωσης αυτών. Στο κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται τα κύρια χαρακτηριστικά μεγέθη που σχετίζονται με την απόκριση ενός συστήματος γείωσης, τα οποία είναι η αντίσταση γείωσης και η ειδική αντίσταση του εδάφους και επίσης παρουσιάζονται οι παράγοντες που επηρεάζουν την ειδική αντίσταση του εδάφους και οι τιμές που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία. Στο κεφάλαιο 4, γίνεται μια εκτενής αναφορά στο φαινόμενο ιονισμού του εδάφους, αναλύοντας τους μηχανισμούς διάσπασης του εδάφους καθώς και τα μοντέλα βάσει των οποίων μοντελοποιείται το φαινόμενο. Στο κεφάλαιο 5, παρουσιάζονται τα μοντέλα στα οποία βασιζόταν αρχικά η προσομοίωση των ηλεκτροδίων γείωσης και γίνεται ανασκόπηση στη βιβλιογραφία και σε δημοσιεύσεις διάφορων ερευνητών. Επιπλέον, αναφέρονται τα επικρατέστερα μοντέλα και οι αναλυτικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται σήμερα για την προσομοίωση των συστημάτων γείωσης. Επίσης, για καθένα από τα μοντέλα προβάλλονται τα μειονεκτήματα και τα πλεονεκτήματα. Στο κεφάλαιο 6, γίνεται μια σύντομη παρουσίαση του προγράμματος εξομοίωσης ΑΤΡ – ΕΜΤΡ, επιλέγεται το μοντέλο προσομοίωσης, παρατίθενται τα στοιχεία του συστήματος γείωσης της ανεμογεννήτριας και επεξηγείται η προσομοίωση του. Στο κεφάλαιο 7, λαμβάνονται τα αποτελέσματα της εξομοίωσης υπό μορφή γραφημάτων, σε περίπτωση κεραυνικού πλήματος στη βάση αλλά και στην κορυφή του πύργου στήριξης για τρεις διαφορετικές περιπτώσεις κεραυνών. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που προκύπτουν, εξάγεται το συμπέρασμα ότι η θεμελιακή γείωση και το συμπεριλαμβανόμενο πλέγμα γείωσης της ανεμογεννήτριας είναι αξιόπιστα σχεδιασμένα.
Abstract (translated): The subject of this diploma thesis is the transient behavior of the grounding of a wind turbine in case of various lightning strikes. Lightning protection of wind turbines is a complex problem because of the shape and the placement of these structures in places where lightning strikes are very common, and in many occasions, in places with adverse grounding conditions. For this reasons, the grounding of wind turbines is a situation that must be tackled with particular attention. For the simulation of the grounding system, the circuit approach model was used, according to which the grounding electrodes are modeled by distributed circuits, consisted of series resistors and inductors and transverse conductivities and capacitances. The simulation of the grounding system, took place in a computer, with the use of the simulation program ATP-EMTP and the circuit’s parameters were calculated by Microsoft Excel. More specifically: In chapter 1, we make a short analysis of lightning strike as a physical phenomenon, as well as its thermal, mechanical and electrical effects, and its effect on telecommunication and human beings. In Chapter 2, there is an introduction to the meaning and the basic definitions regarding grounding, a reference to the various grounding types and grounding systems and the presentation of the types of grounding electrodes. Also a reference to the particularities and grounding dispositions of wind turbines is made. In chapter 3, the main features related to the response of a grounding system are presented. The ground resistance and the special soil resistance are some of them. We also present the factors that affect the special soil resistance and the specific values that we will use at this diploma thesis. In chapter 4, an extended reference to the phenomenon of soil ionization takes place, analyzing the mechanisms of soil breakdown, and the models on which the phenomenon modeling is based on too. In chapter 5, the models that the simulation of grounding electrodes was originally based on are presented. Then, there is a review of the literature and the publications of various researchers. Afterwards, the prevailing models and the analytic methods which are nowadays used to simulate the grounding systems are mentioned. Also, advantages and disadvantages of each one of the models are mentioned. In chapter 6, there is a brief presentation of the ATP - EMTP simulation program, the simulation model is selected, the details of the tower and the grounding grind of the wind turbine are given and its simulation follows. In chapter 7, the results of the simulation are presented through graphs, in case of lightning strike at the bottom or the top of the tower for three different types of lightning strike. According to the results, we conclude that the grounding of the wind turbine along with the grid are reliably designed.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Χαλιαμάνη_Ηλιάνα.pdfΚυρίως άρθρο3.73 MBAdobe PDFView/Open


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