Μελέτη γειώσεων – απόκριση ράβδων γείωσης
Loading...
Date
2025-02-04
Authors
Μπαράκος, Δημήτριος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η γείωση είναι η σύνδεση ενός αγώγιμου μέρους ενός συστήματος, όπως ένας μεταλλικός εξοπλισμός ή μια συσκευή, με το έδαφος μέσω ενός αγώγιμου καλωδίου ή μπάρας γείωσης. Στο ηλεκτρικό δίκτυο, η γείωση συνδέεται συνήθως με ένα ηλεκτρόδιο (π.χ. μία ράβδο χαλκού) που είναι θαμμένο στο έδαφος. Ένα σωστά κατασκευασμένο σύστημα γείωσης εξασφαλίζει την προστασία της ανθρώπινης ζωής αλλά και του εξοπλισμού, καθώς και την διατήρηση της λειτουργικότητας και της αξιοπιστίας των συστημάτων. Έτσι, τα συστήματα γείωσης αποτελούν βασικό στοιχείο για την προστασία οποιασδήποτε εγκατάστασης, είτε πρόκειται για ηλεκτρικές εγκαταστάσεις ισχύος, είτε για τηλεπικοινωνίες, είτε για αντικεραυνική προστασία. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση συστημάτων γείωσης με ηλεκτρόδια τύπου ράβδου, σε ομοιογενή και πολυστρωματικά εδάφη με διαφορετικές ειδικές αντιστάσεις, υπό την επίδραση κεραυνικού πλήγματος 100kA, το οποίο θεωρήθηκε ότι έχει την μορφή της διπλοεκθετικής συνάρτησης που ονομάζεται κρουστική συνάρτηση. Η προσομοίωση έγινε στο περιβάλλον του λογισμικού COMSOL Multiphysics και είχε ως στόχο τη μέτρηση της έντασης ηλεκτρικού πεδίου Ε (V/m) και της πυκνότητας ηλεκτρικού ρεύματος J (A/m2) σε διαφορετικά σημεία του μοντέλου κάθε φορά για την εξαγωγή των απαραίτητων συμπερασμάτων όσον αφορά την απόδοση κάθε συστήματος γείωσης που εξομοιώθηκε. Μέσω των μετρήσεων αυτών, κατασκευάστηκαν γραφικές παραστάσεις, είτε στο περιβάλλον του COMSOL συναρτήσει του χρόνου, είτε στο περιβάλλον του Microsoft Excel συναρτήσει διαφόρων αποστάσεων από το ηλεκτρόδιο πρόσπτωσης του κεραυνικού πλήγματος, κατά μήκος ή και κατά βάθος της επιφάνειας του μοντέλου. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή και περιγραφή του φαινομένου του κεραυνού. Πιο συγκεκριμένα, περιγράφεται η διαδικασία δημιουργίας του κεραυνού καθώς και οι κατηγορίες των εκκενώσεων, αποσαφηνίζονται ορισμοί σχετικά με τις παραμέτρους του κεραυνού και τέλος τονίζονται οι συνέπειες των κεραυνικών πληγμάτων. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μια εισαγωγή στις γειώσεις, στον ρόλο που αυτές έχουν καθώς και στους στόχους των συστημάτων γείωσης. Αναλύονται τα είδη και οι μέθοδοι γείωσης και περιγράφονται λεπτομερώς οι τύποι ηλεκτροδίων γείωσης καθώς και τα χαρακτηριστικά μεγέθη των συστημάτων γείωσης. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται μια παρουσίαση του λογισμικού εξομοίωσης COMSOL Multiphysics στην οποία αναφέρονται τα βήματα για την εισαγωγή του μοντέλου, την κατασκευή της γεωμετρίας, την επιλογή των υλικών καθώς και την εφαρμογή των μαθηματικών εξισώσεων, την διακριτοποίηση του μοντέλου και την εισαγωγή της κατάλληλης μελέτης για την έναρξη της προσομοίωσης. Στο Κεφάλαιο 4 λαμβάνονται τα αποτελέσματα κάθε προσομοίωσης συστήματος γείωσης, σχεδιάζονται οι γραφικές παραστάσεις των δύο προς μέτρηση μεγεθών Ε και J και παρουσιάζονται οι 3D απεικονίσεις κάθε μοντέλου. Τέλος, βάσει των αποτελεσμάτων κάθε προσομοίωσης, ακολουθεί η αξιολόγηση και οι παρατηρήσεις για το εκάστοτε συστήματος γείωσης. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα με βάση τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και γίνεται σύγκριση όλων των συστημάτων γείωσης που εξομοιώθηκαν.
Description
Keywords
Γειώσεις, Ηλεκτρόδια γείωσης τύπου ράβδου, Λογισμικό comsol multiphysics, Έδαφος, Σύστημα γείωσης