Αντικεραυνική προστασία σε σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων
| datacite.contributor.RelatedPerson | Βοβός, Παναγής | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Μητρονίκας, Επαμεινώνδας | |
| datacite.contributor.Supervisor | Πυργιώτη, Ελευθερία | |
| dc.contributor.author | Δημητρέλλος, Νικόλαος | |
| dc.contributor.other | Dimitrellos, Nikolaos | |
| dc.date.accessioned | 2026-07-06T08:04:53Z | |
| dc.date.available | 2026-07-06T08:04:53Z | |
| dc.date.issued | 2026-06-29 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η μελέτη της μεταβατικής συμπεριφοράς και της απόκρισης ενός σταθμού φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων σε υπερτάσεις, με έμφαση στα κεραυνικά πλήγματα ως τη χείριστη δυνατή διαταραχή. Στόχος της μελέτης είναι η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των διατάξεων προστασίας και η εξαγωγή συμπερασμάτων για την αποφυγή σχεδιαστικών αστοχιών, συνδυάζοντας το θεωρητικό υπόβαθρο με την πρακτική εφαρμογή μέσω προσομοιώσεων. Αρχικά, παρατίθεται το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο και η βασική ορολογία που αφορά την κατηγοριοποίηση των ηλεκτρικών οχημάτων, τη λειτουργία των φορτιστών καθώς και τα χαρακτηριστικά των ευαίσθητων συσσωρευτών ιόντων λιθίου. Παράλληλα, αναλύονται η αρχιτεκτονική των σταθμών ταχείας φόρτισης συνεχούς ρεύματος Mode 4 DC και τα επιμέρους τμήματα της ηλεκτρικής εγκατάστασης, όπως οι εναέριες γραμμές μεταφοράς, τα υπόγεια καλώδια και τα συστήματα γείωσης. Το κύριο μέρος της εργασίας εστιάζει στη μοντελοποίηση του φυσικού συστήματος ενός ολοκληρωμένου δικτύου σταθμού φόρτισης στο λογισμικό προσομοίωσης ATPDraw. Το μοντέλο περιλαμβάνει την πηγή Μέσης Τάσης, τις γραμμές μεταφοράς, τον μετασχηματιστή υποβιβασμού, τους πυλώνες στήριξης και το σύστημα γείωσης, σύμφωνα με τις προδιαγραφές του ελληνικού δικτύου. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στην ακριβή μοντελοποίηση των συστημάτων προστασίας έναντι υπερτάσεων, τόσο στην πλευρά του εναλλασσόμενου (AC) όσο και του συνεχούς ρεύματος (DC). Αυτά περιλαμβάνουν τα μη γραμμικά αντικεραυνικά οξειδίου του ψευδαργύρου με βάση το μοντέλο Pinceti-Giannettoni, καθώς και τους απαγωγούς υπερτάσεων SPD. Λόγω της πολυπλοκότητας των απαιτήσεων του συστήματος, η εξαγωγή και η ακριβής απεικόνιση των γραφημάτων υλοποιήθηκε μέσω κώδικα σε γλώσσα Python. Τέλος, η μελέτη ολοκληρώνεται με την προσομοίωση άμεσων κεραυνικών πληγμάτων, μέσω πηγής ρεύματος τύπου Heidler 10/350 μs, 200 kA, σε διάφορα κρίσιμα σημεία του δικτύου όπως στη γραμμή μεταφοράς AC, στο σύστημα γείωσης και απευθείας στη διεπαφή του φορτιστή - DC Bus. Μέσα από τη συγκριτική ανάλυση της δυναμικής απόκρισης της εγκατάστασης, με και χωρίς αντικεραυνική προστασία, πιστοποιείται η ορθή λειτουργία του εξοπλισμού υπό μεταβατικές καταστάσεις. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι, στην απροστάτευτη κατάσταση, οι υπερτάσεις φτάνουν σε καταστροφικά επίπεδα εκατοντάδων kV, απειλώντας με ολική καταστροφή τις μονώσεις και των ηλεκτρονικών ισχύος. Αντιθέτως, με την εφαρμογή συντονισμένων SPD και ZnO, οι καταστροφικές υπερτάσεις «ψαλιδίζονται» ακαριαία σε απολύτως ασφαλή επίπεδα, διασφαλίζοντας την ακεραιότητα των υποδομών του συνδεδεμένου οχήματος και του ίδιου του χρήστη. Συμπερασματικά, αποδεικνύεται ότι η ασφαλής λειτουργία απαιτεί μια ολιστική προσέγγιση προστασίας, στην οποία ο συντονισμός κατάλληλων διατάξεων και ενός συστήματος γείωσης αποτελούν πλέον καθοριστικό ρόλο | |
| dc.description.translatedabstract | This diploma thesis presents the study of the transient behavior and response of an electric vehicle (EV) charging station to overvoltages, with an emphasis on lightning strikes as the worst-case disturbance. The objective of this study is to evaluate the effectiveness of protective devices and to extract conclusions for avoiding design failures, combining theoretical background with practical application through simulations. Initially, the necessary theoretical background and basic terminology are provided regarding the categorization of electric vehicles, the operation of chargers, as well as the characteristics of sensitive lithium-ion batteries. Concurrently, the architecture of Mode 4 DC fast charging stations and the individual components of the electrical installation, such as overhead transmission lines, underground cables, and grounding systems, are analyzed. The main part of the thesis focuses on modeling the physical system of an integrated charging station network within the ATPDraw simulation software. The model includes the Medium Voltage (MV) source, transmission lines, step-down transformer, support towers, and the grounding system, all in accordance with the specifications of the Greek power grid. Special emphasis is given to the accurate modeling of overvoltage protection systems on both the alternating current (AC) and direct current (DC) sides. These include non-linear zinc oxide (ZnO) surge arresters based on the Pinceti-Giannettoni model, as well as Surge Protective Devices (SPDs). Due to the complexity of the system requirements, data extraction and the accurate plotting of the graphs were implemented using a Python script. Finally, the study concludes with the simulation of direct lightning strikes, using a Heidler-type current source (10/350 μs, 200 kA), at various critical points of the network, such as the AC transmission line, the grounding system, and directly at the charger interface (DC Bus). Through the comparative analysis of the dynamic response of the installation, with and without lightning protection, the proper operation of the equipment under transient conditions is verified. The results indicate that, in the unprotected state, overvoltages reach catastrophic levels of hundreds of kilovolts (kV), threatening complete destruction of the insulation and power electronics. Conversely, with the implementation of coordinated SPDs and ZnO arresters, the catastrophic overvoltages are instantaneously "clipped" to completely safe levels, ensuring the integrity of the infrastructure, the connected vehicle, and the user themselves. In conclusion, it is proven that safe operation requires a holistic protection approach, in which the coordination of appropriate protective devices and a grounding system plays a decisive role. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/32278 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Greece | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/ | |
| dc.subject | Αντικεραυνική προστασία | |
| dc.subject | Σταθμοί φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων | |
| dc.subject.alternative | Lightning protection | |
| dc.subject.alternative | Electric vehicles charging stations | |
| dc.title | Αντικεραυνική προστασία σε σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων | |
| dc.title.alternative | Lightning study of charging station for electric vehicles |