Συμβολή στη μελέτη των καθοδικών αλεξικέραυνων

Abstract

Subject of the current PhD Thesis is the study of the metal oxide gapless surge arresters. Surge arresters are installed between phase and earth and protect the electrical installations against overvoltages. Simulations were performed for high voltage transmission lines, in order to compute the arresters failure probability and the lightning performance of the lines after arresters installation. A method for the lines parameters selection is proposed, in order to reduce the lightning. An artificial neural network is, also, developed for the computation of the arresters failure probability. Leakage current measurements for medium voltage surge arresters were performed for normal conditions, for artificial rain conditions and after subjection of impulse voltages. The experiments were carried out in the High Voltage Laboratories of the NTUA and KDEP/DEH (Hellenic Power Corporation). The electric field around a medium voltage surge arrester was also measured, and the recorded results were compared to simulation results, obtained using the 2d and 3d edition of PC Opera. Furthermore, design changes of the varistor geometry are proposed, in order to improve the voltage distribution along the varistor. Finally, three different optimization methods (downhill simplex, Powell, genetic algorithm) are applied for the adjustment of the parameters values of surge arrester circuit models, in a way that the error between the manufacturer's measured residual voltage and the simulation results of each model is reduced.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η συμβολή στη μελέτη των καθοδικών αλεξικέραυνων χωρίς διάκενα. Τα καθοδικά αλεξικέραυνα εγκαθίστανται μεταξύ φάσης και γης και χρησιμοποιούνται για την προστασία εγκαταστάσεων από υπερτάσεις. Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, γίνονται προσομοιώσεις σε γραμμές υψηλής τάσης και υπολογίζονται η πιθανότητα καταστροφής των αλεξικέραυνων και η βελτίωση της κεραυνικής συμπεριφοράς των γραμμών μετά την εγκατάσταση καθοδικών αλεξικέραυνων. Προτείνεται μέθοδος για την επιλογή των παραμέτρων της γραμμής, με στόχο την μείωση των κεραυνικών σφαλμάτων, ενώ, επιπρόσθετα, αναπτύσσεται τεχνητό νευρωνικό δίκτυο για τον υπολογισμό της πιθανότητας καταστροφής των αλεξικέραυνων. Πραγματοποιούνται μετρήσεις του ρεύματος διαρροής σε αλεξικέραυνα μέσης τάσης υπό κανονικές συνθήκες, υπό τεχνητή βροχή και μετά από καταπόνηση με κρουστικές τάσεις. Τα πειράματα διεξήχθησαν στα Εργαστήρια Υψηλών Τάσεων του ΕΜΠ και του ΚΔΕΠ/ΔΕΗ. Μετράται, επίσης, το ηλεκτρικό πεδίο σε διάφορες θέσεις γύρω από αλεξικέραυνο μέσης τάσης, ενώ οι ληφθείσες μετρήσεις του πεδίου συγκρίνονται με προσομοιώσεις με χρήση της διδιάστατης και τριδιάστατης έκδοσης του λογισμικού PC Opera. Προτείνονται, ακόμα, αλλαγές στη γεωμετρία της μη γραμμικής αντίστασης, με στόχο τη βελτίωση της κατανομής της επιβαλλόμενης τάσης κατά μήκος της μη γραμμικής αντίστασης. Τέλος, εφαρμόζονται τρεις μέθοδοι βελτιστοποίησης (Downhill simplex, Powell, γενετικός αλγόριθμος) για τον υπολογισμό των τιμών των παραμέτρων σε τρία κυκλωματικά μοντέλα καθοδικών αλεξικέραυνων, με στόχο τη μείωση της απόκλισης της υπολογιζόμενης από κάθε μοντέλο και της δοθείσης από τον κατασκευαστή τιμής της παραμένουσας τάσης.