臺灣博碩士論文加值系統

高科技時代使得電力需求的普及度相對提高，為了避免外在環境因素影響（如颱風、地震、豪雨等）增加供電可靠度，從民國85年起台灣電力公司開始建置配電線路地下化，原本高架的配電線路取而代之的是一條條高壓電力電纜，並透過電纜接頭串聯不同的配電設備（如變壓器、開關箱、電力開關等）形成地下配電系統，逐年興建的地下管線已構成綿密供電網路。由於近年來電磁場對人體健康有無影響爭議不休，加上國人普遍對電磁場的憂慮大於對電磁波的顧忌，因而驅使本文探討與人類咫尺相鄰電力電纜的電磁效應，以一窺電磁場量的深奧變化與造成不良影響的程度。
本文應用有限元素法及電磁學的理論基礎，結合電力電纜設計原理與有限元素分析軟體COMSOL Multiphysics（FEMLAB），建立一套基本的電磁場量分析模組型態。主要目的在探討電力電纜於靜電場、靜磁場、時變電磁場與電磁波的場量分佈，同時運用不同相序（R、S、T）排列方式與頻率大小，以求得電力電纜在管線空間中電場、磁場的交互作用及所衍生的電磁能量高低，藉此評估對周遭環境影響的程度和防範對策。並透過可變參係數與多重物理量耦合功能，降低實體試驗大量花費的時間及龐大製作成本，所得結果不但能提供不同角度的電磁場研究方法，亦能提供電力電纜多元化設計的參考方向。

Due to the progressive development in this hi-tech era, the increasing demands of electricity are relatively stronger than ever before. In order to provide electricity with better stability and reliability from the influence of external environmental causes such as typhoons, earthquakes, and heavy rainfalls, the Taiwan Power Company, Ltd. has initiated the action to move the electrical power transmission lines underground from the year of 1996. The power transmission lines hung on huge steel towers are replaced by the high voltage power lines, which are linked together through cable joints with various power distribution equipments (such as transformers, switch boxes, power switches, and so on), to evolve into a underground power distribution grid. After years of efforts, the underground transmission lines have gradually developed into an aggregated electric power network. In the recent years, the possible health effects of electromagnetic fields (EMFs) have raised a lot of disputations. Furthermore, the public usually has more concerns on EMFs rather than the electromagnetic waves. Accordingly, this research was motivated to investigate the EMF effects of electric power cables residing among our living environment, and to appreciate the complicated EMF phenomena as well as the degree of adverse influence.
Based upon the finite element method and theory of electromagnetic wave, in conjunction with the design principles of power transmission cables and the finite element analysis software COMSOL Multiphysics (FEMLAB), this study constructs a set of basic electromagnetic analysis modules. The aim of these basic modules is to model various electromagnetic field distributions of power transmission cables in the electrostatic field, the magnetostatic field, and the time-varying electromagnetic field. Meanwhile, different transmission configurations (e.g., R-phase, S-phase, and T-phase) and various frequencies can be applied to find the interaction between electrical and magnetic fields for the power cable in the space of pipeline, as well as the level of induced electromagnetic energy, in order to evaluate the degree of effectiveness in the surrounding environment and possible protection strategies. By the variable parameters and multiphysics coupling functionalities, the time to conduct real physical test and the cost to make samples could be greatly reduced. The simulation results not only can provide a different viewpoint toward EMF research but also broaden the scopes on power cable design.

第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 國內、外文獻回顧 1
1.2.1 電力電纜文獻回顧 1
1.2.2 電磁場文獻回顧 2
1.2.3 有限元素法文獻回顧 3
1.3 研究方法與流程 4
第二章 電力電纜 6
2.1 電力電纜種類 6
2.2 交連PE電纜構造 8
2.3 電力電纜電氣特性 12
2.3.1 安培容量 12
2.3.2 電壓梯度與電壓應力 13
2.3.3 局部放電 15
2.3.4 電纜絕緣劣化 16
2.4 電力電纜終端處理 17
2.4.1 電纜接頭 17
2.4.2 設計原理 20
2.5 電纜故障實例 22
第三章 程式原理 24
3.1 有限元素法基本概念 24
3.2 FEMLAB軟體簡介 25
3.2.1 應用FEMLAB研究領域 25
3.2.2 前處理程序 26
3.2.3 後處理程序 28
3.3 靜電場 29
3.4 靜磁場 32
3.5 電磁場 37
3.5.1 時間諧和場 37
3.5.2 理想三相電源 39
3.6 電磁輻射 42
第四章 結果與討論 47
4.1 前言 47
4.2 靜電場效應分析 49
4.3 靜磁場效應分析 54
4.4 電磁場效應分析 60
4.4.1 管線中電磁場 61
4.4.2 侷限空間電磁場 66
4.5 電磁波效應分析 77
第五章 結論 87
5.1 總結 87
5.2 未來展望 88
參考文獻 89
附錄A 有限元素分析軟體FEMLAB界面簡介 93

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