Συγκριτική επισκόπηση μεθόδων ανίχνευσης και εντοπισμού σφαλμάτων σε υπόγεια δίκτυα καλωδίων - Μελέτη και υλοποίηση διάταξης ανίχνευσης σφαλμάτων με χρήση της μεθόδου Murray
Comparative overview of detection & location methods in underground cable networks - Study, Design & Construction of a fault detection device based on Murray method
Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία
Author
Καρακώστας, Επαμεινώνδας
Date
2022Advisor
Χαραλαμπάκος, ΒασίλειοςSubject
Καλώδια, Ηλεκτρικά--Συντήρηση και επισκευή ; Ηλεκτρονικά ισχύος ; Ενεργειακά συστήματα ; Υπόγειες ηλεκτρικές γραμμές ; Ηλεκτρικά καλώδια--Θέση σφάλματοςKeywords
Υπόγεια δίκτυα μεταφοράς ενέργειας ; Υπόγεια καλώδια ; Εντοπισμός σφαλμάτων ; Μεταφορά ενέργειας ; Διανομή ενέργειεας ; Ηλεκτρική ενέργεια ; Μέθοδοι ανίχνευσης σφαλμάτων ; Murray Loop ; Murray Loop -- Μέθοδος εντοπισμού σφαλμάτωνAbstract
Η συντήρηση και επισκευή του υπογείου δικτύου μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας είναι απαραίτητη για την απρόσκοπτη και ορθή λειτουργία του δικτύου και την εξασφάλιση των αναγκών σε ενέργεια των καταναλωτών. Ορισμένοι φυσικοί ή ανθρώπινοι παράγοντες διαταράσσουν τη λειτουργία των υπόγειων καλωδίων, και τα καθιστούν ευάλωτα σε διάφορα σφάλματα. Ο εντοπισμός των σφαλμάτων των καλωδίων αποτελεί τη σημαντικότερη εργασία που πραγματοποιείται επι των γραμμών μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Η ταχύτητα και η ακρίβεια αυτής της εργασίας είναι ιδιαίτερα σημαντική γιατί τα σφάλματα των καλωδίων προκαλούν διακοπές τροφοδότησης, οι οποίες κοστίζουν τόσο στο καταναλωτή όσο και στο πάροχο. Έτσι, στην εργασία αυτή πραγματοποιείται μια συγκριτική μελέτη των κυριότερων μεθόδων εντοπισμού σφαλμάτων, αναλύοντας τα χαρακτηριστικά και τις τεχνικές απαιτήσεις της κάθε μίας από αυτές. Αρχικά γίνεται μια εισαγωγή στην έννοια του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας που αποτελείται από 3 μέρη, το σύστημα παραγωγής, το σύστημα μεταφοράς και το δίκτυο διανομής. Ως προς το σύστημα παραγωγής παρουσιάζονται συνοπτικά οι κατηγορίες των σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και οι ιδιαιτερότητες αυτών. Ως προς το σύστημα μεταφοράς και διανομής, παρουσιάζονται οι κατηγορίες υποσταθμών μετασχηματισμού τάσης ενώ η ανάλυση εστιάζει στις γραμμές μεταφοράς και διανομής. Η συνέχεια επικεντρώνεται στην ανάλυση των κατασκευαστικών χαρακτηριστικών των υπογείων καλωδίων. Έπειτα παρουσιάζονται και αναλύονται τα είδη σφαλμάτων σε υπόγεια καλώδια και παρατίθενται οι κυριότερες αιτίες αστοχιών και σφαλμάτων των καλωδίων. Ακολουθεί η συγκριτική μελέτη των μεθόδων εντοπισμού σφαλμάτων σε υπόγεια καλώδια. Ακόμη, με αναφορά τη μέθοδο ανίχνευσης σφαλμάτων με χρήση βρόχου Murray(Murray Loop), καταδεικνύονται τα απαιτούμενα βήματα για την μελέτη και κατασκευή μιας πειραματικής διάταξης εντοπισμού της θέσης σφάλματος, η οποία βασίζεται στη λογική της γέφυρας μετρήσεων. Τέλος, για λόγους πληρότητας της εργασίας παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας μιας πραγματικής συσκευής εντοπισμού σφαλμάτων υπογείων καλωδίων καθώς και η μεθοδολογία/προϋποθέσεις εφαρμογής της μεθόδου ανίχνευσης σφαλμάτων με χρήση βρόχου Murray(Murray Loop) στο πεδίο.
Abstract
The maintenance and repair of the underground electricity transmission and distribution network is essential for the smooth and proper operation of the network and also to ensure the energy needs of consumers. Certain natural of human factors disturb the operation of underground cables, making them vulnerable to various faults. Cable fault detection is the most important work carried out on electricity transmission and distribution lines. The speed and accuracy of this work is particularly important because the cable faults cause power outages, which are costly for both the consumer and the provider. Thus, in this paper a comparative study of the main fault detection methods is carried out, analyzing the characteristics and technical requirements of each of them.
Firstly, an introduction to the concept of the power system is given which consists of 3 parts, the generation system, the transmission system and the distribution network. As for the generation system, the categories of power plants and their characteristics are briefly presented. As for the transmission and distribution system, the categories of voltage transformation substations are presented while the analysis focuses on the analysis of the construction characteristics of underground cables. Then the types of faults in underground cables are presented and analyzed and the main causes of cable failures, faults are listed. This is followed by a comparative study of fault detection methods in underground cables. Finally, with reference to the fault location method of Murray Loop, the steps required to design and construct an experimental fault location device based on the measurement bridge logic are demonstrated. Finally, for the sake of completeness of the paper, the operating principle of a real underground cable fault detection device is presented as well as the methodology/requirements for applying the Murray Loop fault detection method in the field.