Μεταβατική συμπεριφορά συστημάτων γείωσης

Abstract

The aim of this Ph.D. thesis is the study and the investigation of the transient behaviour of grounding systems. The Ph.D. thesis includes the review of the relative bibliography of grounding systems, the description and the elaboration of the experiments and the analysis of the experimental results, the circuital and field approach of grounding systems and conclusions or assumptions about the influence of different parameters (layout of the grounding system, quality of the soil, waveform and peak value of the injected current) on the transient behaviour of grounding systems. The first chapter of the Ph.D. thesis includes the review of the up-to-date scientific research bibliography, associated with the transient behaviour of grounding systems. The papers are grouped in this review, according to their content, as follows: a) the steady state b) the transient state, c) the resistivity and multi-layer structure of the ground, d) the ionisation of the soil and e) the methodologies of simulation of grounding systems. The experimental arrangements and the methods of tests and measurements, which have been used in the present thesis, are in detail described in its second chapter. These arrangements are used for the experimental study of a) the transient behaviour of grounding systems, b) the soil ionisation and c) the soil resistivity and the grounding resistance. The third chapter includes the presentation and the investigation of the experimental results and the arisen conclusions. The used experimental approaches (experiments in scale model, experiments in real grounding systems and experiments studying the soil ionisation) have essentially contributed in the elaboration, the inference and the verification of the suppositions of the present study. This verification is also proved through the convergence between experimental and computed (using the circuital and field approach) results of this Ph.D. thesis. The fourth chapter presents several simulation methods (circuital and field approach) of the transient behaviour of grounding systems and comparisons between the experimental and simulation results of this work, with relevant results of other researchers. The chapter also presents a proposed methodology, which uses a developed genetic algorithm (GA) for the calculation of the parameters of the multi-layer structure of the ground. In the end, a method of Monte-Carlo simulation is applied, which evaluates the grounding resistance of towers of a transmission line. The conclusions are summarized in the fifth chapter, showing clearly the contribution of the present study in the research of the transient behaviour of grounding systems.

Σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη και διερεύνηση της μεταβατικής συμπεριφοράς των συστημάτων γείωσης. Η διατριβή περιλαμβάνει την παρουσίαση της σχετικής με τα συστήματα γείωσης βιβλιογραφίας, την περιγραφή των διεξαχθέντων πειραμάτων και την επεξεργασία και ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων, την κυκλωματική και πεδιακή προσέγγιση των συστημάτων γείωσης και τις διαπιστώσεις ή υποθέσεις για τον τρόπο επίδρασης των διαφόρων παραμέτρων (τόσο τοπολογικών του συστήματος γείωσης, όσο και ποιοτικών του εδάφους και του εγχυομένου ρεύματος) στη μεταβατική συμπεριφορά των συστημάτων γείωσης. Το πρώτο κεφάλαιο περιλαμβάνει τη βιβλιογραφική ανασκόπηση της μέχρι τώρα επιστημονικής έρευνας επί του συγκεκριμένου αντικειμένου. Στην ανασκόπηση, που έγινε, τα άρθρα ομαδοποιούνται, ανάλογα με το περιεχόμενό τους, σε αυτά που αναφέρονται: α) στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας, β) στη μεταβατική κατάσταση λειτουργίας, γ) στην ειδική αντίσταση και την πολυστρωματική δομή του εδάφους, δ) στον ιονισμό του εδάφους και ε) στις μεθοδολογίες προσομοίωσης των συστημάτων γείωσης. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται λεπτομερώς οι πειραματικές διατάξεις και οι μέθοδοι δοκιμών και μετρήσεων που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διδακτορική διατριβή. Οι διατάξεις αυτές αφορούν πειράματα για τη μελέτη α) της μεταβατικής συμπεριφοράς συστημάτων γείωσης, β) του ιονισμού του εδάφους και γ) της ειδικής αντίστασης του εδάφους και της αντίστασης γείωσης. Το τρίτο κεφάλαιο περιλαμβάνει την παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων, τη διερεύνηση αυτών, καθώς και τα συμπεράσματα που προέκυψαν. Οι χρησιμοποιηθείσες πειραματικές προσεγγίσεις (πειράματα υπό κλίμακα, πειράματα σε πραγματικά συστήματα γείωσης και πειράματα για τον ιονισμό του εδάφους) συνέβαλαν ουσιαστικά στην εκπόνηση της μελέτης, στην εξαγωγή συμπερασμάτων και στην επικύρωση των υποθέσεων της παρούσας εργασίας, επικύρωση, η οποία καταδεικνύεται, επίσης, από τη σύγκλιση μεταξύ των πειραματικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων (της κυκλωματικής και πεδιακής προσέγγισης) της ιδίας διατριβής. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τρόποι προσομοίωσης (κυκλωματικής και πεδιακής) της μεταβατικής συμπεριφοράς των συστημάτων γείωσης, καθώς και συγκρίσεις των αποτελεσμάτων, που προέκυψαν, με αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα και αποτελέσματα προσομοίωσης άλλων ερευνητών. Επίσης, παρουσιάζονται η διαδικασία και τα αποτελέσματα του υπολογισμού των παραμέτρων της πολυστρωματικής δομής του εδάφους, με τη χρήση γενετικού αλγορίθμου που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διατριβής. Τέλος, εφαρμόζεται μία μέθοδος προσομοίωσης Monte-Carlo, που επιτρέπει την εκτίμηση της αντίστασης γείωσης πυλώνων μιας γραμμής μεταφοράς. Στο πέμπτο κεφάλαιο συνοψίζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν και αναδεικνύεται η συμβολή της παρούσης εργασίας στην έρευνα της μεταβατικής συμπεριφοράς των συστημάτων γείωσης