臺灣博碩士論文加值系統

近年傳統高架輸配電轉入地下為一重要趨勢。目前台灣地區地下電纜工程多採用共同管道，散熱模式採用自然對流與強制通風。但自然對流散熱僅限於低輸電負載情況，強制通風又存在冷卻區間長度與效率問題；超高壓電纜地下化後洞道中電纜及環境溫度對供電的效率及安全可靠度均非常重要！
本研究論文針對超高壓345kV電纜之散熱，採創新罩殼式工法，不同於傳統洞道式工法直接將電纜布設於洞道內，改以鋁殼包覆三條電纜及兩組冷卻管材。因345kV高壓輸電散熱高達110W/m條，挑戰遠高於一般中低壓電纜。本研究成功建立電腦模型，用於分析四種電纜散熱量(100%、75%、50%、25%)、三種管材(Copper、HDPE、SS304)、不同冷卻管材位置以及不同電纜布設工法(罩殼式、洞道式)分析；並透過溫度趨勢圖、分別以冰水側、罩殼內空氣側及洞道內空氣側，以熱阻模型概念導入熱傳比例探討。根據結果發現，以設定入水溫度7℃、流量900LPM/罩殼、冷卻區間一公里情況下，50%輸電負載可達到常時電纜絕緣體溫度90℃安全要求，若輸電負荷高於50%，則須加強熱傳效果。罩殼式較傳統工法存在熱源就近處理、安全溫度掌握容易等優點，相信為往後地下化高壓輸電之重點。

Overhead power cable has been changing to underground tunnel transmission in recent years. The trend of underground cable is also happening in Taiwan. Heat dissipation can be carried by natural convection heat convection but limited to low power load conditions. Forced convection air cooling has a limit in operating tunnel length and also efficiency problems. Temperatures of the加全寫EHV cables and the underground tunnel environmental are important to the efficiency, safety and reliability of the power supply.
This research is for the cable and tunnel cooling for a 345kV EHV cable system. Unlike the convection construction method that cables are laid in the tunnel in open, aluminum enclosures that contain three cables and two cooling pipes are used. 345kV high voltage transmission can have heat dissipation rate up to 110W/m.wire, therefore cooling the cable is much more challenging than the lower voltage cables. This study successfully built a computer model to analyze the cooling for four levels of cable heat dissipation rate (100%, 75%, 50%, 25%). Three types of cooling pipe materials (Copper, HDPE, SS304), cooling pipe locations and different cable laying were analyzed. Comparison between the open cables and enclosed cables was studied. The variation of temperature with time was analyzed for the heat transfer ratio through chilled water, air in the aluminum enclosure and through the airflow in the tunnel. Results of analysis are given for chilled water temperature at 7 ℃ and flow rate of 900LPM per aluminum enclosure casing per kilometer tunnel length. The results show that the cable cladding can reach the safe operating temperature of 90 ℃ for 50% heat load. Heat transfer has to be enhanced for heat load of more than 50%. The enclosed cable method has the advantage of better and reliable heat transfer in comparison to the convectional open cables. The results in this study show the potential of this method of cooling high voltage underground power cables.

摘　要 I
ABSTRACT II
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 9
1.3研究方法 9
第二章 文獻回顧 12
2.1 高壓電纜之熱損失 12
2.2 洞道內各類熱量排除方法之模擬分析 14
2.3 工程實例分析 22
2.4 特殊超導冷卻 28
第三章 模擬分析 30
3.1前言 30
3.2模擬項目及步驟 30
3.2.1 模擬步驟 30
3.2.2 分析與討論 31
3.3 統御方程式 32
3.4數值方法 34
3.4.1對流–擴散方程式的差分形式 34
3.4.2壓力–速度耦合關係的處理 37
3.5 熱傳理論 41
3.6幾何模型 46
3.7模擬初始條件、邊界條件設定 49
3.8 網格獨立 52
3.9 分段計算說明 52
3.10輻射熱傳 54
第四章 速度定性分析 55
4.1前言 55
4.2討論 55
4.3小結 56
第五章 不同輸電散熱負載熱傳模擬分析 57
5.1 前言 57
5.2 100% 輸電散熱負載 58
5.3 75%輸電散熱負載 60
5.4 50% 輸電散熱負載 62
5.5 25% 輸電散熱負載 64
5.6小結 65
第六章 不同冷卻管材熱傳模擬分析 67
6.1 前言 67
6.2 銅管冷卻管材 68
6.3 SS304 冷卻管材 71
6.4 HDPE 冷卻管材 73
6.5 小結 76
第七章 不同冷卻管位置熱傳模擬分析 77
7.1前言 77
7.2 改善冷卻管材配置位置比較 79
7.3小結 81
第八章 不同工法模擬分析 82
8.1 前言 82
8.2 數據比較 83
8.3 小結 86
第九章 結論與展望 87
9.1 結論 87
9.2 未來展望 88
參考文獻 89

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