Χρήση τηλεπικοινωνιακών διατάξεων για εντοπισμό σφαλμάτων υψηλής αντίστασης και διερεύνηση ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας σε δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

The scope of this doctorate dissertation is the study of issues emerging for power line communication systems installed at the medium voltage overhead distribution network. The upcoming transformation of the power grids to smart ones encourages the application of new technologies and the installation of multitasking systems. For that reason, the implementation of power line communication systems for the detection of the occurrence and the location of high impedance faults. The adaptation of a specific architecture and the usage of frequencies from 3 to 95 kHz, that are taking advantage of wave phenomena that occur along the transmission line, for the detection of high impedance fault occurrence is investigated. Furthermore, the determination of the exact fault location by the injection of specific pulses into the network from the broadband power line communications devices is examined. The proposed methodology deals with both issues that are high impedance fault detection of occurrence and location and is implemented via simulation on a real part of the Greek distribution network. Subsequently, the noise that exists in overhead power line communication systems is studied. The problem is investigated taking account the special characteristics of this particular part of the network, that affect the noise levels. Electromagnetic fields existing in the vicinity of the transmission line are considered as the main source of noise and a model that determines its levels is developed. Issues related to electromagnetic compatibility that occur during the function of power line communication systems are also investigated. These systems must create values of electric field magnitude at a specific distance from the line that do not exceed a predetermined value set by regulating organizations while transmitting data. Aiming to create electric field values less than that limit a model that calculates the maximum allowed transmitting power is developed.

Η συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή ασχολείται με θέματα εφαρμογής συστημάτων τηλεπικοινωνιακής εκμετάλλευσης σε εναέρια δίκτυα διανομής του επιπέδου της μέσης τάσης. O επερχόμενος μετασχηματισμός των ηλεκτρικών δικτύων σε έξυπνα προωθεί την εφαρμογή νέων τεχνολογιών και την εγκατάσταση συστημάτων πολλαπλής λειτουργικότητας. Με αυτόν τον σκοπό εξετάζεται η χρησιμοποίηση συστημάτων τηλεπικοινωνιακής εκμετάλλευσης των ηλεκτρικών δικτύων για την ανίχνευση της εμφάνισης και της τοποθεσίας σφαλμάτων υψηλής αντίστασης. Εξετάζεται η χρήση συγκεκριμένης αρχιτεκτονικής του τηλεπικοινωνιακού συστήματος και συχνοτήτων του φάσματος που εκτείνεται από 3 έως 95 kHz, οι οποίες εκμεταλλεύονται τα κυματικά φαινόμενα που προκύπτουν κατά μήκος της εκάστοτε γραμμής μεταφοράς, για την ανίχνευση εμφάνισης σφαλμάτων. Επιπρόσθετα, μελετάται ο προσδιορισμός της ακριβούς τοποθεσίας σφάλματος μέσω της έγχυσης συγκεκριμένων παλμών στο δίκτυο από εγκατεστημένες ευρυζωνικές συσκευές τηλεπικοινωνιακής εκμετάλλευσης. Η προτεινόμενη μεθοδολογία στο σύνολο της αντιμετωπίζει και τα δύο θέματα, της ανίχνευσης εμφάνισης και τοποθεσίας του σφάλματος, κι εφαρμόζεται σε επίπεδο προσομοίωσης σε πραγματική τοπολογία του εναέριου δικτύου διανομής του ελληνικού συστήματος. Στη συνέχεια μελετάται το φαινόμενο του θορύβου που ενυπάρχει σε εναέρια ευρυζωνικά συστήματα τηλεπικοινωνιακής εκμετάλλευσης. Το πρόβλημα ερευνάται στις πραγματικές του διαστάσεις λαμβάνοντας υπόψη τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του συγκεκριμένου μέρους του δικτύου, τα οποία επηρεάζουν τα επίπεδα θορύβου. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία στην εγγύς περιοχή του συστήματος θεωρούνται ως η κύρια πηγή παραγωγής θορύβου και δημιουργείται μοντέλο υπολογισμού του επιπέδου του. Επίσης ερευνάται η λειτουργία ευρυζωνικού συστήματος σχετικά με θέματα ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας. Τα εν λειτουργία συστήματα πρέπει να δημιουργούν τιμές ηλεκτρικής πεδιακής έντασης σε προκαθορισμένη απόσταση οι οποίες να μην υπερβαίνουν κάποια τιμή οριζόμενη από τους ρυθμιστικούς οργανισμούς. Με σκοπό την μη υπέρβαση αυτού του ορίου δημιουργείται μοντέλο υπολογισμού της μέγιστης επιτρεπόμενης ισχύος εκπομπής κι υπολογίζεται η τιμή της χωρητικότητας διαύλου που προκύπτει.