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研究生:王進良
研究生(外文):Wang, Jinn-Liang
論文名稱:電力設施磁場遮蔽之研究
論文名稱(外文):A Study on Magnetic-Field Shielding for Electric Power Facilities
指導教授:楊成發楊成發引用關係
指導教授(外文):C.-F Yang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:122
中文關鍵詞:磁場遮蔽電力設施
外文關鍵詞:magnetic shieldingElectric Power Facilities
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本論文探討電力設施之磁場遮蔽,其中乃應用FLUX3D有限元素法程式分析金屬板對於電力三相電抗器之磁場遮蔽,以降低磁場耦合干擾。另外,亦探討某商業大樓變電室產生的電力頻率磁場之改善,而由現場量測得知,60Hz磁場主要來源為變電室內低壓電纜線各相電流所產生,其改善方法為將電纜線集中排列,且電纜線相序做適當的排列,使三相電流所產生的磁場可以互相抵消。不過,變電室內尚有其他次要的磁場來源,於是再以鋁板遮蔽來進一步降低其影響,其中乃應用FLUX3D程式模擬設計之。此外,本文亦探討饋線自動化通訊系統之電磁干擾問題,量測饋線自動化設施周圍環境之低頻磁場分佈,建立實驗架構來測試饋線自動化通訊相關設備之電磁干擾及耐受性,並且應用EMTP電磁暫態程式模擬饋線自動化電力線對通訊電纜之縱向磁場耦合電壓。

This thesis is to study Magnetic-field Shielding for Electric Power Facilities. For this study, FLUX3D has been applied to evaluate the magnetic-field shielding properties of metal plates for reducing magnetic-field coupling interferences due to three-phase power inductances. Also, measurements and mitigations of surrounding power frequency magnetic fields produced by a substation in a commercial building have been performed. The major sources of the 60Hz magnetic fields come from the currents of the low-voltage cables in substation. To mitigate the magnetic fields, the power cables are bundled together with suitable phase arrangements, so that the magnetic fields from the three-phase currents may cancel each other. However, there are still some minor magnetic sources in the substation, and to further reduce their effects, aluminum plates are used to shield the magnetic fields, where FLUX3D has been applied to simulate and design the shielding structures. Besides, the effects of the electromagnetic interferences for the communication system of the automatic feeders are also studied. Low-frequency magnetic fields around the equipments of the communication system are measured. Then, an experimental setup is established to test the electromagnetic interference and susceptibility for the communication system. Also, the Electromagnetic Transients Program (EMTP) has been applied to determine the longitudinally magnetic-field induced voltages from power lines to communication cables for the communication system of the automatic feeders.

摘要…………………………………………………………...…………..i
圖表目錄……………………………………………………………….. vi
第一章 緒論…………..……………………………………………..1
1.1 研究背景……………………………………………………1
1.2 研究內容……………………………………………………1
1.3 章節概述……………………………………………………2
第二章 模擬軟體介紹………………………………………………3
2.1 EMTP程式介紹…………………………………………….3
2.1.1 EMTP輸入檔基本架構…………………………………….4
2.1.2 EMTP之輸入流程………………………………………….6
2.1.3 波紋鋼管鎧裝電纜之EMTP模型………………………….6
2.2 FLUX3D程式介紹…………………………………………8
第三章 電抗器之電力頻率磁場模擬分析與改善………………..15
3.1 前言………………………………………………………..15
3.2 模擬架構之建立…………………………………………..15
3.3 模擬結果分析……………………………………………..16
第四章 某商業大樓高壓變電室電力頻率磁場量測……………..24
4.1 某商業大樓高壓變電室系統架構簡介…………………..24
4.1.1 高壓變電站供電系統架構………………………………..24
4.1.2 建築物空間配置簡介……………………………………..28
4.2 商業大樓電力頻率磁場及電纜電流量測………………..30
4.2.1 第一次測量結果…………………………………………..30
4.2.2 第二次測量結果…………………………………………..38
4.3 高壓變電室的電流模型…………………………………..40
第五章 某商業大樓變電站電力頻率磁場改善…………………..46
5.1 電力頻率磁場的改善對策………………………………..46
5.1.1 電纜線重新擺設…………………………………………..47
5.1.2 使用金屬材料遮蔽………………………………………..54
5.2 大樓變電站電力頻率磁場實際改善結果………………..68
5.2.1 改善方法…………………………………………………..68
5.2.2 鋁板遮蔽變電室時之測量結果…………………………..74
5.2.3 變電室內電纜重新整理及鋁板遮蔽後之測量結果……..76
5.3 新增改善工程後量測結果………………………………..79
第六章 饋線自動化通訊系統低頻磁場耦合效應………………..87
6.1 饋線自動化控制系統架構簡介…………………………..87
6.1.1 通訊系統架構……………………………………………..87
6.2 變電所低頻磁場背景量測……………………………….93
6.2.1 量測方法與步驟…………………………………………..93
6.2.2 社后變電所低頻磁場背景量測………………………….94
6.3 小型通訊測試系統建立…………………………………103
6.4 低頻磁場耦合之模擬……………………………………106
6.5 通訊電纜對低頻磁場之遮蔽特性………………………110
6.6 江翠變電所配電饋線自動化系統電纜耦合效應………111
6.6.1 感應電壓規範……………………………………………112
6.6.2 常態感應電壓……………………………………………113
6.6.3 異常感應電壓……………………………………………114
6.6.3.1 單相直接接地故障………………………………………115
6.6.3.2 兩相短路故障……………………………………………116
6.6.3.3 兩相短路接地故障………………………………………117
第七章 結論………………………………………………………118
7.1 總結………………………………………………………118
7.2 具體成果…………………………………………………119
7.3 未來研究方向……………………………………………120

[1] 李景煌,「車輛供電系統電磁相容之研究」,國立台灣科技大學碩士論文,民國八十九年七月十二日。
[2] 「饋線自動化通訊系統之電磁干擾評估與防制策略研究」期中報告,計畫主持人:楊成發,國立台灣科技大學電機系;台灣電力股份有限公司,中華民國九十一年三月
[3] 「副線電纜置於電纜管道之特性分析與改善研究」,台電電力綜合研究所研究報告,計畫主持人:楊成發,國立台灣科技大學電機系;楊金石,台電電力綜合研究所,民國八十四年。
[4] 「多回線地下電纜的排列方式及接地方式研究」,台電電力綜合研究所研究報告,計畫主持人:楊成發,國立台灣科技大學電機系;楊金石,台電電力綜合研究所,民國八十六年。
[5] ERPA,1996,EMTP96 Rulebook,Vol. I,II,III.
[6] Electromagnetic sofeware solution,Flux3d Version 3.20 User’s Guide. CEDRAT Corporation,2000
[7] 「台灣銀行總行西大樓高壓變電站電力頻率磁場改善研究計畫評估案」,台灣銀行總行總務室,中華民國九十年十月二十五日
[8] 張泰榮,「商業大樓變電站周圍電力頻率磁場之分析與改善」,國立台灣科技大學,九十年六月
[9] 王金墩,楊金石,郭宗益,李富雄,「電業與家用設備電磁場強度量測與分析」,一九九九台灣電磁相容研討會論文集,pp.203-207,October 1999。
[10] 蔡英賢,台北南區處第一期配電饋線自動化控制系統工程設備功能介紹,「台電工程月刊」,第565期,民國八十四年九月。
[11] 蔡英賢,台北南區處饋線自動化工程線路裝置之運轉介紹,「台電工程月刊」,第574期,民國八十五年六月。
[12] 蔡英賢,台北南區營業處饋線調度控制系統之通信系統規劃簡介,「台電工程月刊」,第584期,民國八十六年四月。
[13] IEEE Std 664-1994: Standard Procedures for Measurement of Power frequency Electric and Magnetic Fields from AC Power Lines.
[14] EMDEX II Specifications, Appendix B, “Hardware Specifications”.
[15] C.-F. Yang, and J.-S. Yang, and J.-T. Hwang, T.-H. Lee,“Measurement and Simulations of Cable Shield against Magnetic Field Induction” IEEE Trans. On Power delivery,Vol.14,No.3,pp.1102-1109,July 1999.
[16] 楊成發、李廷祥,「PE與波管鎧裝副線電纜之特性分析及改善」,台電電力綜合研究所研究報告,民國八十二年。

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