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研究生: 萬人碩
Ren-Shuo Wan
論文名稱: 無鐵芯式霍爾比流器之備用機制研製
Development of Redundancy Function of Coreless Hall Effect Current Transformer
指導教授: 陳南鳴
Nanming Chen
口試委員: 辜志承
Jyh-Cherng Gu
楊金石
Jin-Shyr Yang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 71
中文關鍵詞: 無鐵芯式霍爾比流器電流量測比流器霍爾感測器多感測模組備用機制
外文關鍵詞: coreless Hall effect current transformer, current measurement, current transformer, Hall sensor, multiple sensing modules, redundancy function
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傳統比流器在應用上有著交流飽和、直流飽和及殘磁等問題,而這些問題完全起源於比流器本身鐵芯的磁滯特性。在電力系統發生故障時,故障電流含有過大的直流偏移電流成份使得比流器的鐵芯發生飽和現象,因而造成二次側電流失真,使電流偵測產生誤差及電驛誤動作,將大大影響電力系統的安全性跟可靠性。此外,傳統比流器亦有體積大、重量重之缺點,侷限了電力保護系統的發展與應用。
基於傳統比流器的問題,已有研究利用霍爾感測器設計出無鐵芯式霍爾比流器,因其不需使用鐵芯,不會有鐵芯飽和的問題,且體積也較小,然而霍爾感測器屬於IC電子零件,其壽命長度可能不如傳統比流器,因此為延長無鐵芯式霍爾比流器的使用壽命,本研究為其設計一個由多組霍爾感測器所構成的多感測模組備用機制,藉此來延長使用壽命,增加其可靠度及均化誤差,模擬及實測的結果皆證明能達到此效果。本研究亦針對IEC 60044-8電子式比流器規範進行電流準確等級試驗,實測結果證明本研究所設計之具有備用機制的無鐵芯式霍爾比流器在計測用電流誤差準確等級可達Class 0.5。


In the application of traditional current transformers (CTs), there are problems of AC saturation, DC saturation and residual magnetism. These problems are caused by the magnetic hysteresis characteristic of CT iron cores. When a fault occurs in a power system, the excessive fault current containing direct current offset will not only cause saturation phenomenon of the CT iron cores, but also cause current distortion in the secondary windings which results in inaccurate responses to current measurements and protective relays. This will greatly affect the safety and the reliability of the power system. Moreover, traditional CTs also have some drawbacks such as large volume and heavy weight. Therefore, the development and application of the power protective system is limited.
Due to the problems of traditional CTs, some researches apply Hall sensors to design a coreless Hall effect current transformer (HCT). The saturation phenomenon of iron cores will not occur in the HCT because it does not need iron cores. As a result, its volume is also smaller than the traditional CTs. However, Hall sensors are electronic components. Their life span may not be so long as the traditional CTs. In order to extend the life span of the HCT, this research designs a multiple sensing modules redundancy function composed of multiple Hall sensor groups for the HCT. This redundancy function is also able to increase the reliability and equalize the error of the HCT. According to IEC standard 60044-8, the HCT with redundancy function designed by this research can achieve the current error accuracy class 0.5 for measuring CTs.

摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 VIII 第一章 緒論 VIII 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 章節概述 2 第二章 傳統比流器與電子式電流互感器 4 2.1 前言 4 2.2 傳統比流器飽和問題 4 2.3 電子式電流互感器的分類和原理 6 2.3.1 Faraday原理之電子式電流互感器 7 2.3.2 Rogowski線圈之電子式電流互感器 9 2.3.3 低功率電流互感器 10 2.3.4 傳統式霍爾電流互感器 11 2.4 電子式電流互感器之特性與比較 13 2.5 比流器標準規範 15 2.5.1 傳統比流器標準規範 16 2.5.2 電子式電流互感器標準規範 18 2.5.3 IEC 61869新互感器標準 20 第三章 無鐵芯式霍爾比流器與備用機制 22 3.1 前言 22 3.2 無鐵芯式霍爾比流器 23 3.2.1 無鐵芯式霍爾比流器之原理 23 3.2.2 無鐵芯式霍爾比流器之架構 24 3.2.3 霍爾感測器規格說明 25 3.2.4 霍爾感測器雜訊量測 28 3.3 備用機制之感測模組組數評估 31 3.4 多感測模組單相模擬結果 35 3.5 多感測模組三相模擬結果 37 3.5.1 三相電流平衡模擬結果 37 3.5.2 三相電流不平衡模擬結果 40 第四章 無鐵芯式霍爾比流器備用機制設計 43 4.1 前言 43 4.2 備用機制硬體電路設計 43 4.3 備用機制監控系統設計 46 第五章 測試結果與討論 52 5.1 前言 52 5.2 電流量測系統架構 52 5.3 備用機制功能測試 54 5.3.1 單相電流量測測試 54 5.3.2 三相電流量測測試 60 第六章 結論與未來展望 65 6.1 結論 65 6.2 未來展望 66 參考文獻 68

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無法下載圖示 全文公開日期 2018/07/05 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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