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研究生： 梁進添
Chin-Tien Liang
論文名稱： 含自給式電源之無鐵芯霍爾比流器研製
Development of a Coreless Hall Effect Current Transformer with Self-Contained Power Supply
指導教授： 陳南鳴
NANMING CHEN
口試委員: 陳慕平
none
楊金石
none
彭盛裕
none
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： 2012
畢業學年度： 100
語文別： 中文
論文頁數： 81
中文關鍵詞： 自給式電源 、無鐵芯霍爾比流器 、電流量測 、比流器
外文關鍵詞： self-contained power supply, coreless Hall effect current transformer, current measurement, current transformer
相關次數： 點閱：285  下載：5 
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    • 在電力系統發生故障時，過大且含有直流偏移電流成分的故障電流，會使比流器的鐵芯發生飽和現象，造成二次側電流失真而導致電流量測誤差及保護系統的誤動作。基於此問題，本研究利用霍爾感測器設計出無鐵芯式霍爾比流器，且設計其機構及電路配置，以取代傳統比流器及其他類型比流器，並根據IEC standard 60044-8電子式比流器規範進行電流準確度等級試驗，其計測用準確等級可達Class 0.5，保護用準確等級可達5P22。
    無鐵芯霍爾比流器需要額外電源驅動，又考慮到特殊環境量測地點無電源供應器，故本研究利用纜線電流周遭磁場來感應供電，設計一組自給式電源供電，並整合備用電池電源及電池保護電路，使其成一完整供電系統。另外，設計一保護裝置，使其在電力系統發生短路故障的同時，可以發揮作用而保護自給式電源的後端電路。
    在實驗量測過程中，發現造成量測儀器設備不準確的一些因素，本研究針對這些因素提出一分析說明。本研究量測電流範圍設定為額定電流600A及故障電流15kA。

    When a fault occurs in a power system, the excessive fault current containing direct current offset will not only cause saturation phenomenon of the current transformer(CT) iron cores, but also cause current distortion in the secondary windings which results in inaccurate responses to current measurements and the protective system. Therefore, this research applies Hall sensors to design a coreless Hall effect current transformer(HCT) with mechanical design and electrical circuits to replace traditional CTs and other types of CTs. Moreover, according to IEC standard 60044-8, the proposed method can achieve the accuracy not only to Class 0.5 for measuring CTs, but also to Class 5P22 for protective CTs.
    HCTs must be driven by a power supply particularity when it is operated at locations without power supply. Thus, a self-contained power supply to implement a complete power supply system is designed including a backup power supply and a protection circuit of battery powered by the current induced from the magnetic field. Furthermore, a protection mechanism is also designed to protect the circuits while a fault current occurs in the power system.
    In the process of experiment, the research also analyzes factors causing inaccurate measurements of instrument. The range of measurement current is rated at 600A and the fault current will reach 15kA.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖索引 VII 表索引 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 1 1.3 章節概述 2 第二章 傳統比流器與無鐵芯霍爾比流器之介紹 4 2.1 前言 4 2.2 傳統比流器飽和問題與對策 4 2.3 無鐵芯霍爾比流器之原理 8 2.4 無鐵芯霍爾比流器之架構 10 2.5 霍爾感測器規格說明 11 2.6 比流器標準規範 13 2.6.1 傳統比流器標準規範 13 2.6.2 電子式比流器標準規範 16 第三章 無鐵芯霍爾比流器機構與電源設計 19 3.1 前言 19 3.2 機構之電路裝置設計 19 3.2.1 開口型機構電路配置 19 3.2.2 開口型機構霍爾感測器配置型式一 20 3.2.3 開口型機構霍爾感測器配置型式二 21 3.2.4 閉口型機構設計 22 3.3 電池種類之介紹 22 3.3.1 鉛酸電池 23 3.3.2 鎳鎘電池 24 3.3.3 鎳氫電池 24 3.3.4 鋰離子電池 25 3.3.5 二次電池之比較 26 3.3.6 電池選擇說明 28 3.4 電源設計 30 3.4.1 自給式電源供電 30 3.4.2 整合電池供電 35 3.4.3 後端電路保護裝置 37 第四章 系統架構 39 4.1 量測系統架構 39 4.2 電路硬體架構 40 4.2.1 穩壓電路 40 4.2.2 電池保護電路 44 4.3 系統軟體架構 49 第五章 儀器設備之問題分析 53 5.1 前言 53 5.2 傳統比流器問題分析 53 5.3 線性比流器問題分析 55 5.4 資料擷取卡問題分析 58 5.5 問題分析總結 59 第六章 測試結果與討論 61 6.1 前言 61 6.2 額定電流600A準確度測試 61 6.3 兩相電流平衡相間干擾 64 6.4 兩相電流不平衡相間干擾 68 6.5 三相接地短路故障電流測試 69 第七章 結論與未來展望 76 7.1 結論 76 7.2 未來展望 76 參考文獻 78 作者簡介 81

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