Τα θέματα που καλύπτονται στο μάθημα περιλαμβάνουν:
• Ανάλυση συμμετρικών και ασύμμετρων ΣΗΕ. Συμμετρικές συνιστώσες και ακολουθιακά δίκτυα.
• Ανάλυση συμμετρικών τριφασικών βραχυκυκλωμάτων. Ορισμοί, αίτια και συνέπειες, αρχικό συμμετρικό ρεύμα, κρουστικό ρεύμα, μόνιμο ρεύμα, ισχύς βραχυκύκλωσης, αντοχή εξοπλισμού και γενικές αρχές προστασίας. Υπολογισμός ρευμάτων, τάσεων και ισχύος στη θέση του βραχυκυκλώματος.
• Ανάλυση ασύμμετρων σφαλμάτων. Μονοφασικό σφάλμα προς γη, σφάλμα φάση προς φάση, σφάλμα διπλής φάσης προς γη. Συνιστώσες θετικής, αρνητικής και μηδενικής ακολουθίας, ακολουθιακές αντιστάσεις και ακολουθιακά δίκτυα. Σύνδεση ακολουθιακών δικτύων, υπολογισμός φασικών ρευμάτων και τάσεων.
• Χρήση προτύπου IEC 60909:2016 για τον υπολογισμό συμμετρικών και ασύμμετρων βραχυκυκλωμάτων. Μοντελοποίηση στοιχείων, διορθωτικοί συντελεστές, τροφοδότηση από δίκτυο/γεννήτριες/κινητήρες. Επίδραση διεσπαρμένης παραγωγής στο ρεύμα βραχυκύκλωσης.
• Εισαγωγή στα μεταβατικά φαινόμενα: μόνιμη και μεταβατική κατάσταση, υπερτάσεις/υπερρεύματα, ταξινόμηση σε πολύ γρήγορα, γρήγορα και αργά μεταβατικά φαινόμενα, σημασία για μόνωση και προστασία.
• Κυματικά φαινόμενα. Εξισώσεις κύματος σε ομοιγενή γραμμή μεταφοράς χωρίς απώλειες, ζεύξη γραμμής μεταφοράς με πηγή, επίδραση τερματισμού και δημιουργία ανακλώμενων κυμάτων, πολλαπλές ανακλάσεις, διαγράμματα Bewley, καταπόνηση μετασχηματιστών και μονωτήρων, ανίχνευση θέσης σφάλματος.
• Ζεύξεις και αποζεύξεις. Προβλήματα χειρισμών, ηλεκτρικό τόξο, επανερχόμενες τάσεις, ζεύξη/απόζευξη ωμικών, επαγωγικών και χωρητικών φορτίων, μεταβατικές συχνότητες, υπερτάσεις και υπερρεύματα.
• Καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας, μεταβλητότητα φορτίου, καμπύλες φορτίου, χρονολογικές καμπύλες και καμπύλες διάρκειας φορτίου, στοιχεία πρόβλεψης φορτίου.
• Οικονομική Λειτουργία συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Ελαχιστοποίηση κόστους παραγωγής, χαρακτηριστικές καμπύλες θερμικών μονάδων, καμπύλες κόστους, ειδική κατανάλωση θερμότητας και αυξητικό κόστος.
• Οικονομική κατανομή φορτίου: βέλτιστη φόρτιση μονάδων παραγωγής, περιορισμοί ελάχιστης/μέγιστης παραγωγής, απώλειες μεταφοράς, συντελεστές απωλειών, βασικό σημείο και συντελεστές συμμετοχής.
• Ένταξη μονάδων παραγωγής: έννοια συγχρονισμού και σύνδεσης μονάδας, ημερήσιος προγραμματισμός, κόστος εκκίνησης, χρόνοι λειτουργίας/κράτησης, τεχνικοί και περιβαλλοντικοί περιορισμοί.

Η ύλη του μαθήματος εισάγει τον/τη φοιτητή/τρια σε προχωρημένες έννοιες ανάλυσης και λειτουργίας Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ), με έμφαση στην οικονομική λειτουργία, στα μεταβατικά φαινόμενα και στον υπολογισμό ρευμάτων βραχυκύκλωσης.
Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο/η φοιτητής/φοιτήτρια θα είναι σε θέση να:
• Κάνει χρήση της θεωρίας των συμμετρικών συνιστωσών για την ανάλυση ασύμμετρων φορτίσεων και ασύμμετρων δικτύων.
• Να κατασκευάζει και να χρησιμοποιεί ακολουθιακά δίκτυα.
• Μελετά τη μόνιμη και τη μεταβατική κατάσταση λειτουργίας ενός ΣΗΕ μετά την εμφάνιση σφαλμάτων.
• Αναλύει συμμετρικά και ασύμμετρα βραχυκυκλώματα και να υπολογίζει τα εμφανιζόμενα ρεύματα σφάλματος και τις ισχείς βραχυκυκλώσεως.
• Να εφαρμόζει το πρότυπο IEC 60909:2016 για τον υπολογισμό ρευμάτων βραχυκύκλωσης σε συμβατικά δίκτυα και σε δίκτυα με διανεμημένη παραγωγή.
• Κατανοεί και να διακρίνει τις διαφορετικές κατηγορίες μεταβατικών φαινομένων (πολύ γρήγορα, γρήγορα, και αργά μεταβατικά φαινόμενα) και να αξιολογεί τη σημασία τους για τη μόνωση και την προστασία του εξοπλισμού.
• Αναλύει κυματικά φαινόμενα σε γραμμές μεταφοράς.
• Κατανοεί φαινόμενα κυματικών (πολλαπλών) ανακλάσεων σε γραμμές μεταφοράς και να χρησιμοποιεί διαγράμματα Bewley για την ανάλυση τους.
• Κατανοεί την καταπόνηση μετασχηματιστών ισχύος και μονωτήρων από οδεύοντα κύματα.
• Υπολογίζει υπερτάσεις και υπερρεύματα λόγω ζεύξεων ή/και αποζεύξεων φορτίων.
• Αναλύει τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας, τις καμπύλες φορτίου και τα βασικά μεγέθη πρόβλεψης φορτίου.
• Διατυπώνει και επιλύει προβλήματα οικονομικής κατανομής φορτίου θερμικών μονάδων, με ή χωρίς απώλειες μεταφοράς και λειτουργικούς περιορισμούς.
• Κατανοεί την ένταξη/κράτηση μονάδων παραγωγής και τους τεχνικούς, οικονομικούς και περιβαλλοντικούς περιορισμούς που τη συνοδεύουν.
Η θεωρητική διδασκαλία συνοδεύεται από επίλυση προβλημάτων και από εβδομαδιαίες εργαστηριακές ασκήσεις διάρκειας μίας ώρας, με χρήση του λογισμικού DIgSILENT PowerFactory. Οι εργαστηριακές ασκήσεις αποσκοπούν στην εμπέδωση της θεωρίας μέσω υπολογιστικών μελετών, προσομοιώσεων και ανάλυσης αποτελεσμάτων σε αντιπροσωπευτικά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας.

• Τρεις ατομικές/ομαδικές εργασίες (20%), με βάση την ύλη που έχει καλυφθεί στο εργαστήριο. Οι εργασίες περιλαμβάνουν:
– Υπολογισμό ρευμάτων βραχυκύκλωσης σε ενεργό δίκτυο διανομής μέσης τάσης
– Ανάλυση μεταβατικών φαινομένων σε απλοποιημένο σύστημα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας
– Οικονομική κατανομή φορτίου, υπό περιορισμούς, σε απλοποιημένο σύστημα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.
• Γραπτή τελική εξέταση (80%) που περιλαμβάνει:
– Επίλυση προβλημάτων (5 από τις 8 μονάδες του βαθμού της γραπτής εξέτασης). Επιτρέπονται οι σημειώσεις και τα συγγράματα
– Αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας (3 από τις 8 μονάδες του βαθμού της γραπτής εξέτασης). Δεν επιτρέπονται οι σημειώσεις και τα συγγράματα.
Κριτήρια αξιολόγησης: ορθότητα φυσικής και μαθηματικής μοντελοποίησης, τεκμηρίωση παραδοχών, καθαρότητα παρουσίασης και τεχνική ερμηνεία αποτελεσμάτων, ακρίβεια υπολογισμών

Εβδομάδα 1: Θεωρία συμμετρικών συνιστωσών και ακολουθιακά δίκτυα.
Εβδομάδα 2: Ανάλυση συμμετρικών τριφασικών βραχυκυκλωμάτων. Ορισμοί, αίτια και συνέπειες, αρχικό συμμετρικό ρεύμα, κρουστικό ρεύμα, μόνιμο ρεύμα, ισχύς βραχυκύκλωσης, αντοχή εξοπλισμού και γενικές αρχές προστασίας. Υπολογισμός ρευμάτων, τάσεων και ισχύος στη θέση του βραχυκυκλώματος.
Εβδομάδα 3: Ανάλυση ασύμμετρων σφαλμάτων. Μονοφασικό σφάλμα προς γη, σφάλμα φάση προς φάση, σφάλμα διπλής φάσης προς γη. Συνιστώσες θετικής, αρνητικής και μηδενικής ακολουθίας, ακολουθιακές αντιστάσεις και ακολουθιακά δίκτυα. Σύνδεση ακολουθιακών δικτύων, υπολογισμός φασικών ρευμάτων και τάσεων.
Εβδομάδα 4: Χρήση προτύπου IEC 60909:2016 για τον υπολογισμό συμμετρικών και ασύμμετρων βραχυκυκλωμάτων. Μοντελοποίηση στοιχείων, διορθωτικοί συντελεστές, τροφοδότηση από δίκτυο/γεννήτριες/κινητήρες. Επίδραση διεσπαρμένης παραγωγής στο ρεύμα βραχυκύκλωσης.
Εβδομάδα 5: Εισαγωγή στα μεταβατικά φαινόμενα. Εξισώσεις κύματος σε ομοιογενή γραμμή μεταφοράς χωρίς απώλειες, φυσική ερμηνεία της λύσης, χαρακτηριστική κυματική αντίσταση γραμμής μεταφοράς.
Εβδομάδα 6: Ζεύξη γραμμής με πηγή, ισοδύναμα κυκλώματα. Επίδραση τερματισμού σε γραμμές μεταφοράς με οδεύοντα κύματα (τερματισμός σε αυτεπαγωγή, τερματισμός σε διακλάδωση γραμμών, κλπ), ισοδύναμα κυκλώματα, υπολογισμός συντελεστή ανάκλασης. Ανίχνευση σφάλματος (θέση και είδος) σε γραμμή/καλώδιο.
Εβδομάδα 7: Πολλαπλές ανακλάσεις και διαγράμματα Bewley. Καταπόνηση μετασχηματιστών και μονωτήρων από οδεύοντα κύματα.
Εβδομάδα 8: Υπερτάσεις και υπερρεύματα και προβλήματα χειρισμών. Ζεύξη αυτεπαγωγής, ζεύξη αυτεπαγωγής και αντίστασης, ζεύξη αυτεπαγωγής και πυκνωτή.
Εβδομάδα 9: Αποζεύξεις φορτίων χωρίς μεταβατικές συχνότητες (απόζευξη ωμικού φορτίου, απόζευξη επαγωγικού φορτίου, απόζευξη χωρητικού φορτίου). Απόζευξη φορτίων με μεταβατικές συχνότητες (αποζεύξεις με μια μεταβατική συχνότητα, π.χ. σφάλμα στην αρχή της γραμμής, και αποζεύξεις με δυο μεταβατικές συχνότητες, π.χ. σφάλμα στη μέση της γραμμής).
Εβδομάδα 10: Καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας, μεταβλητότητα φορτίου, καμπύλες φορτίου, χρονολογικές καμπύλες και καμπύλες διάρκειας φορτίου, στοιχεία πρόβλεψης φορτίου.
Εβδομάδα 11: Οικονομική Λειτουργία συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Ελαχιστοποίηση κόστους παραγωγής, χαρακτηριστικές καμπύλες θερμικών μονάδων, καμπύλες κόστους, ειδική κατανάλωση θερμότητας και αυξητικό κόστος. Βέλτιστη φόρτιση μονάδων παραγωγής για οικονομική κατανομή φορτίου.
Εβδομάδα 12: Περιορισμοί ελάχιστης/μέγιστης παραγωγής, απώλειες μεταφοράς, συντελεστές απωλειών, βασικό σημείο και συντελεστές συμμετοχής.
Εβδομάδα 13: Ένταξη μονάδων παραγωγής: έννοια συγχρονισμού και σύνδεσης μονάδας, ημερήσιος προγραμματισμός, κόστος εκκίνησης, χρόνοι λειτουργίας/κράτησης, τεχνικοί και περιβαλλοντικοί περιορισμοί.

Εργαστηριακό Μέρος – Κατανομή ύλης
Εβδομάδα 1: Γνωριμία με το λογισμικό DIgSILENT. Μοντελοποίηση ασύμμετρου δικτύου χαμηλής τάσης. Υπολογισμός φασικών τάσεων και φασικών ρευμάτων.
Εβδομάδα 2: Ανάλυση ασύμμετρης φόρτισης δικτύων χαμηλής τάσης. Χρησιμοποιώντας το δίκτυο που υλοποιήθηκε την Εβδομάδα#1 στο εργαστήριο, υπολογίζονται συντελεστές ασυμμετρίας τάσεων (voltage unbalance factors) για κάθε ζυγό του δικτύου. Αντιστάθμιση ασυμμετρίας με ανακατανομή μονοφασικών φορτίων στις φάσεις του δικτύου. Μετασχηματιστές Δ/Υ και μπλοκάρισμα μηδενικής ακολουθίας.
Εβδομάδα 3: Υπολογισμός συμμετρικών και ασύμμετρων σφαλμάτων. Μοντελοποίηση παθητικού δικτύου διανομής μέσης τάσης στο λογισμικό DIgSILENT και χρήση δυναμικής ανάλυσης για τον προσδιορισμό των ρευμάτων σφάλματος σε διαφορετικούς ζυγούς του δικτύου κάτω από διαφορετικές συνθήκες σφάλματος. Επίδραση γείωσης ουδετέρου σε μονοφασικά σφάλματα.
Εβδομάδα 4: Μελέτη βραχυκυκλωμάτων σε παθητικό δίκτυο μέσης τάσης με βάση το πρότυπο IEC 60909:2016. Μοντελοποίηση γραμμών, μετασχηματιστών, σύγχρονων γεννητριών, ασύγχρονων κινητήρων και φορτίων με βάση το πρότυπο. Μελέτη βραχυκυκλωμάτων με βάση το πρότυπο IEC 60909:2016 (εισαγωγή δεδομένων, παραμετροποίηση, κλπ.), υπολογισμός μέγιστου και ελάχιστου ρεύματος βραχυκύκλωσης, κρουστικού και θερμικού ρεύματος, διαστασιολόγηση και συντονισμός μέσων προστασίας. Η ανάλυση θα γίνει στο δίκτυο που σχεδιάστηκε την Εβδομάδα#3. Συγκριτική αξιολόγηση αποτελεσμάτων δυναμικής ανάλυσης (αποτελέσματα Εβδομάδας#3) και προτύπου IEC 60909:2016.
Εβδομάδα 5: Μελέτη βραχυκυκλωμάτων σε ενεργό δίκτυο μέσης τάσης με βάση το πρότυπο IEC 60909:2016. Μοντελοποίηση μονάδων διανεμημένης παραγωγής (μονάδες με ασύγχρονη μηχανή, με μηχανή διπλής τροφοδότησης, με μετατροπέα ισχύος). Υπολογισμός μέγιστου και ελάχιστου ρεύματος βραχυκύκλωσης, κρουστικού και θερμικού ρεύματος, διαστασιολόγηση και συντονισμός μέσων προστασίας. Επισήμανση διαφορών σε σχέση με την περίπτωση του παθητικού δικτύου. Για τους σκοπούς της άσκησης θα προστεθούν μονάδες διανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο που σχεδιάστηκε την Εβδομάδα#3.
Εβδομάδα 6: «Τύφλωση» μέσων προστασίας εξαιτίας υψηλής διείσδυσης ΑΠΕ. Περιορισμένη συνεισφορά ρεύματος σφάλματος εξαιτίας της αποσύνδεσης συμβατικών μονάδων, με αποτέλεσμα τη μη λειτουργία των συστημάτων προστασίας υπερέντασης. Η ανάλυση θα πραγματοποιηθεί στο δίκτυο που υλοποιήθηκε την Εβδομάδα#5.
Εβδομάδα 7: Επίδραση του τερματισμού σε γραμμές μεταφοράς με οδεύοντα κύματα. Ανάλυση της επίδρασης του τερματισμού σε γραμμές μεταφοράς με οδεύοντα κύματα. Θα εξεταστούν οι περιπτώσεις του τερματισμού της γραμμής σε αυτεπαγωγή, σε χωρητικότητα, και σε διακλάδωση γραμμών.
Εβδομάδα 8: Κεραυνικό πλήγμα σε γραμμή μεταφοράς. Προσομοίωση στο DigSILENT κεραυνικού πλήγματος. Εξέταση της επίδρασης της χρονικής στιγμής που συμβαίνει το κεραυνικό πλήγμα στην τάση του φορτίου που τροφοδοτεί η εναέρια γραμμή μεταφοράς.
Εβδομάδα 9: Ζεύξεις φορτίων και αποζεύξεις φορτίων. Μελέτη ζεύξεων και αποζεύξεων μονοφασικών και τριφασικών επαγωγικών και χωρητικών φορτίων. Ανάπτυξη ισοδύναμων κυκλωμάτων στο λογισμικό DIgSILENT, καταγραφή ρευμάτων και τάσεων, ανάλυση Fourier, ανάλυση των υπερρευμάτων και των υπερτάσεων που αναπτύσσονται, ερμηνεία των αποτελεσμάτων.
Εβδομάδα 10: Καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας και καμπύλες φορτίου. Χρονικά μεταβαλλόμενο φορτίο και ημερήσια προσομοίωση λειτουργίας του συστήματος. Εισαγωγή στο DIgSILENT load profiles σε φορτία, quasi-dynamic simulation 24ώρου, εξαγωγή τάσεων, απωλειών, φορτίσεων γραμμών και μετασχηματιστών.
Εβδομάδες 11 – 13: Οικονομική λειτουργία ΣΗΕ. Μοντελοποίηση συστήματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας στο λογισμικό DIgSILENT. Εισαγωγή κόστους παραγωγής στις μονάδες, ορίων Pmin/Pmax, ορίων γραμμών και μετασχηματιστών, ορίων τάσης στους ζυγούς του συστήματος. Εκτέλεση οικονομικής κατανομής για δεδομένο φορτίο και σύγκριση αποτελεσμάτων οικονομικής κατανομής με και χωρίς περιορισμούς. Η ανάλυση θα καταδείξει ότι το ελάχιστο κόστος δεν εξαρτάται μόνο από το κόστος καυσίμου, αλλά και από τις απώλειες και τους τεχνικούς περιορισμούς του δικτύου.

Φροντιστηριακές ασκήσεις: Οι φροντιστηριακές ασκήσεις καλύπτουν θέματα που αφορούν:
• Την ανάλυση συμμετρικών συνιστωσών
• Την κατασκευή και σύνδεση ακολουθιακών δικτύων
• Υπολογισμό συμμετρικών και ασύμμετρων ρευμάτων βραχυκύκλωσης
• Χρήση προτύπου IEC 60909:2016 για τον υπολογισμό ρευμάτων βραχυκύκλωσης
• Κυματικά φαινόμενα και πολλαπλές ανακλάσεις κυμάτων
• Ζεύξεις και αποζεύξεις φορτίων
• Οικονομική κατανομή φορτίου και ένταξη μονάδων παραγωγής