Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13528
Title: Μελέτη γειώσεων
Other Titles: Grounding study
Authors: Πακτίτης, Θαλής
Keywords: Ηλεκτρόδια
Βελτιωτικό γείωσης
Αντίσταση γείωσης
Πλάκα γείωσης
Ταινία γείωσης
Διστρωματικό έδαφος
Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων
Προσομοίωση
Keywords (translated): Electrodes
Grounding improving backfill
Grounding resistance
Grounding plate
Ground strip
Two-layer soil
COMSOL multiphysics
Finite element method
Simulation
Abstract: Γείωση είναι μια αγώγιμη σύνδεση, είτε σκόπιμη είτε τυχαία, μέσω της οποίας ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ή ηλεκτρικός εξοπλισμός συνδέεται με την γη ή σε κάποιο αγώγιμο σώμα σχετικά μεγάλης έκτασης που εξυπηρετεί τον σκοπό της γης. Σκοπός της γείωσης είναι η προστασία της ανθρώπινης ζωής, η ακεραιότητα του εξοπλισμού και η συνεχής λειτουργία του συστήματος σε περίπτωση εκδήλωσης ενδογενούς ή εξωγενούς σφάλματος, παρέχοντας μια διαδρομή ταχείας απαγωγής του ρεύματος στην γη. Με τον όρο αντίσταση γείωσης περιγράφουμε την αντίσταση μεταξύ ενός ηλεκτροδίου ή ενός συστήματος γείωσης προς την άπειρη γη. Ορίζουμε δε ως άπειρη γη ένα σημείο στην επιφάνεια του εδάφους που βρίσκεται σε θεωρητικά άπειρη απόσταση από τον γειωτή. Στο σημείο αυτό ορίζουμε μηδενική τάση. Σε πρακτικό επίπεδο θεωρούμε συνήθως άπειρη γη σε απόσταση πενταπλάσια ως και δεκαπλάσια από την μέγιστη διάσταση του γειωτή. Ένα σύστημα γείωσης για να είναι αποτελεσματικό πρέπει η αντίσταση γείωσης που παρέχεται να διατηρείται σε χαμηλές τιμές. Για να επιτευχθεί αυτό με τον πλέον οικονομικό τρόπο πολλές φορές χρησιμοποιούμε βελτιωτικό γειώσεων. Με τον όρο βελτιωτικό υλικό γειώσεων, τα Ευρωπαϊκά Πρότυπα αναφέρονται σε ένα αγώγιμο υλικό που επιφέρει μείωση στην αντίσταση γείωσης ενός συστήματος γείωσης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία προσομοιώθηκαν με το module Electrical Currents του προγράμματος COMSOL Multiphysics διάφορες διατάξεις γειωτών, με και χωρίς βελτιωτικό γείωσης με σκοπό την μέτρηση της αντίστασης γείωσης και το πως επηρεάζεται αυτή από διάφορους παράγοντες. Ακολουθεί μια σύντομη περιγραφή των θεμάτων που πραγματεύεται το κάθε κεφάλαιο. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται εισαγωγή στην έννοια των γειώσεων, αναφέρονται τα είδη και οι μέθοδοι γείωσης καθώς επίσης και οι διάφοροι τύποι των ηλεκτροδίων γείωσης και οι διατάξεις τοποθέτησής τους. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται ορισμένα χαρακτηριστικά μεγέθη των συστημάτων γείωσης: Η αντίσταση γείωσης, που αποτελεί μέτρο της ποιότητάς τους και η ειδική αντίσταση εδάφους, που αποτελεί μέτρο της ποιότητας του εδάφους που τις περιβάλλει. Γίνεται επίσης αναφορά στα βελτιωτικά γειώσεων. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται το workflow του προγράμματος COMSOL Multiphysics, το οποίο είναι το ίδιο για όλα τα modules του προγράμματος. Στο Κεφάλαιο 4 προσομοιώνεται η λειτουργία ενός μονού ηλεκτροδίου σε ομοιόμορφο έδαφος. Μελετάται η σχέση μεταξύ μήκους ηλεκτροδίου, πάχους ηλεκτροδίου ειδικής αντίστασης εδάφους και αντίστασης γείωσης. Στο Κεφάλαιο 5 προσομοιώνεται η λειτουργία ενός μονού ηλεκτροδίου σε ομοιόμορφο έδαφος με την προσθήκη βελτιωτικού γειώσεως. Μελετάται η σχέση μεταξύ ποιότητας βελτιωτικού, ποσότητας βελτιωτικού, ποιότητας εδάφους και αντίστασης γείωσης. Στο Κεφάλαιο 6 προσομοιώνεται η λειτουργία δύο ηλεκτροδίων σε ομοιόμορφο έδαφος. Μελετάται η σχέση μεταξύ της απόστασης τους και της αντίστασης γείωσής τους. Στο Κεφάλαιο 7 προσομοιώνεται η λειτουργία μιας πλάκας γείωσης σε ομοιόμορφο έδαφος. Μελετάται η σχέση μεταξύ βάθους, εμβαδού και πάχους της πλάκας και της αντίστασης γείωσής της. Στο Κεφάλαιο 8 προσομοιώνεται η λειτουργία μιας ταινίας γείωσης σε διστρωματικό έδαφος με την προσθήκη βελτιωτικού γειώσεως. Μελετάται η σχέση μεταξύ μήκους,πλάτους,πάχους,βάθους της ταινίας και της αντίστασης γείωσής της. Επίσης μελετάται η επίδραση της ποιότητας του βελτιωτικού στην αντίσταση γείωσης της ταινίας. Τέλος, στο Κεφάλαιο 9 ακολουθεί ένας σύντομος επίλογος που ανακεφαλαιώνει τα συμπεράσματα που αντλήθηκαν από τις προσομοιώσεις.
Abstract (translated): Grounding is a conducting connection, whether intentional or accidental, by which an electric circuit or equipment is connected to the earth or to some conducting body of relatively large extent that serves in place of the earth. The purpose of grounding is to protect human life, safeguard the integrity of the equipment and the continuous operation of the system in the event of an endogenous or exogenous fault, providing a path for of rapid power dissipation towards earth. The term grounding resistance describes the resistance between an electrode or a grounding system to infinite earth. We define as infinite earth a point on the surface of the earth that is theoretically infinitely far from the grounding system. At this point we set zero voltage. On a practical level we usually consider infinite earth at a distance of five to ten times the maximum dimension of the grounding system. In order for a grounding system to be effective, the grounding resistance provided must be maintained at low values. To achieve this in the most economical way we often use grounding backfill. The term grounding backfill refers to European standards for a conductive material that reduces the earth resistance of a grounding system. In the this dissertation, various grounding devices were simulated with the COMSOL Multiphysics program's Electrical Currents module, with and without grounding improving backfill in order to measure grounding resistance and how it is affected by various factors. The following is a brief description of the topics covered in each chapter: Chapter 1 introduces the concept of grounding, the types and methods of grounding, as well as the different types of grounding electrodes and their placement devices. In Chapter 2 some typical characteristics of grounding systems are presented. Grounding resistance, which is a measure of their quality, and specific grounding resistance, which is a measure of the quality of the ground surrounding them. Grounding improving backfills are also discussed. Chapter 3 demonstrates the workflow of the COMSOL Multiphysics program, which is the same for all modules of the program. Chapter 4 simulates the operation of a single electrode on uniform ground. The relationship between electrode length, electrode thickness, specific grounding resistance and grounding resistance is studied. Chapter 5 simulates the operation of a single electrode in uniform ground with the addition of grounding improving backfill. The relationship between grounding backfill quality, grounding backfill quantity, soil quality and grounding resistance is studied. Chapter 6 simulates the operation of two electrodes in uniform ground. The relationship between their distance and their ground resistance is studied. Chapter 7 simulates the operation of a grounding plate in uniform ground. The relationships between its depth, surface, thickness and its ground resistance is studied. Chapter 8 simulates the operation of a ground strip in two-layer soil with the addition of a grounding improving backfill. The relationship between length, width, thickness, depth of the strip and its grounding resistance is studied. The effect of the quality of the improving backfill on the grounding resistance of the strip is also studied. Chapter 9 is a brief epilogue summarizing the conclusions derived from the simulations.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Μελέτη Γειώσεων Θαλής Πακτίτης.pdfΔιπλωματική Εργασία5.76 MBAdobe PDFView/Open


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