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研究生: 柯利路
Li-Lu Ko
論文名稱: 直流電弧閃絡研究
A Study of DC Arc Flash
指導教授: 陳坤隆
Kun-Long Chen
口試委員: 楊金石
張建國
楊明達
陳坤隆
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 產學創新學院 - 能源永續科技研究所
Energy & Sustainability Tech
論文出版年: 2023
畢業學年度: 112
語文別: 中文
論文頁數: 76
中文關鍵詞: 直流電弧太陽光電系統不斷電系統電弧故障偵測
外文關鍵詞: DC arc flash,, solar power System, uninterruptible power system (UPS), arc fault detection
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  • 太陽光電系統及用於輔助供電的不斷電系統的蓄電池,都是高功
    率的直流設備。隨著再生能源系統的增加,其發生的直流電弧故障所
    帶來的危害事故也逐漸增多。因直流電弧不過零點之特性,直流電弧
    故障發生時會持續燃燒。故當直流電弧故障產生時,其危險性較交流
    電弧故障危險。相較於交流電弧,直流電弧的分析及規範並不像 IEEE
    1584 有一套完整的標準及分析流程,這使得直流電弧故障的防範與
    處理顯得更加複雜。
    本研究目的為分析各種直流電弧計算方法,並透過 etap 軟體及
    數值分析軟體(Matlab),來模擬這些直流電弧分析方法對於直流電弧
    故障發生在太陽光電系統及不斷電系統時的評估效能。此外,本研究
    針對目前市售電弧偵測器包括電弧故障斷路器(AFCI)、電弧故障檢測
    器(AFD)、及電弧故障檢測裝置(AFDD)進行評估,並建置一直流電弧
    檢測平台,用來測試 AFD 應用於直流電弧故障之檢測能力。


    Solar systems and batteries used in uninterruptible power systems(UPSs) for auxiliary power supply are all high-power DC equipment. With the increase of renewable energy systems, the harmful accidents caused by DC arc faults are also gradually increasing. Due to the characteristic that the DC arc does not cross the zero level, combustion will continue after a DC arc fault occurs. Due to the characteristic that the DC current does not cross the zero level, combustion will continue after a DC arc fault occurs.
    Therefore, when a DC arc fault occurs, it is more dangerous than an AC arc fault. Compared with AC arcs, the analysis and specifications of DC arcs do not have a complete set of standards and analysis procedures like IEEE 1584, which makes the prevention and treatment of DC arc faults more complicated.
    The purpose of this study is to analyze various DC arc calculation
    methods, and to use etap software and numerical analysis software (Matlab) to evaluate the effectiveness of these DC arc analysis methods when DC arc faults occur in solar systems and UPSs. In addition, this study evaluates commercial arc detectors including arc fault circuit interrupters (AFCIs), arc fault detectors (AFDs), and arc fault detection devices (AFDDs).
    Finally, a DC arc detection platform is built to test the detection capabilities of AFDs applied to DC arc faults.

    摘要 I Abstract III 目錄 VII 圖目錄 XI 表目錄 XIII 第一章 緒論 1 1.1研究背景與動機 1 1.2文獻探討 2 1.3研究方法 3 1.4論文架構 4 第二章 直流電弧閃絡分析 7 2.1前言 7 2.2電弧形成之原因 7 2.3交直流電弧差異 8 2.4直流電弧故障種類 8 2.4.1串聯電弧故障 8 2.4.2並聯電弧故障 8 2.5直流電弧分析方法 9 2.5.1 Ayrton Equation 9 2.5.2 Steimentz Equation 10 2.5.3 Nottingham Equation 11 2.5.4 Van and Warrington Equation 11 2.5.5 Stokes and Oppelender Equation 12 2.5.6 Paukert Equation 13 2.5.7最大功率法Maximum Power Method 15 2.5.8 Maximum Power for PV Method 16 2.5.9集線箱法 16 2.5.9.1第一級集線箱 17 2.5.9.2第一級直流開關 19 2.5.9.3第一級集線箱與第一級直流開關 20 2.5.9.4第二級級線箱 21 2.6直流電弧閃絡能量公式 22 2.6.1理論上的電弧能量 22 2.6.2直流電弧能量事件估算 23 2.6.2.1電弧閃絡於開放空間計算方法 24 2.6.2.2電弧閃絡於密閉空間計算方法 24 2.7本章小結 25 第三章 太陽光電系統之直流電弧分析 27 3.1前言 27 3.2太陽光電系統廠區之交流區域分析 28 3.2.1範例系統單線圖 29 3.2.2相關參數之設定 32 3.2.3交流區域閃絡分析 35 3.3太陽光電系統廠區直流區域分析 37 3.3.1相關參數之設定 37 3.3.2直流廠區電弧閃絡分析 38 3.4本章小結 43 第四章 不斷電系統與之直流電弧分析 45 4.1前言 45 4.2不斷電系統直流電弧分析 45 4.2.1範例系統單線圖 46 4.2.2相關參數設定 48 4.2.3不斷電系統直流區域分析 50 4.3本章小結 56 第五章 直流電弧檢測裝置應用於直流電弧檢測能力之分析 59 5.1前言 59 5.2電弧檢測技術 59 5.2.1 AFCI 59 5.2.2 AFD 61 5.2.3 AFDD 61 5.3直流電弧檢測裝置實驗系統建置 62 5.3.1實驗設備 64 5.3.2實驗系統繼電器跳脫之原理 67 5.4實驗結果與分析 68 5.5本章小結 69 第六章 結論與未來研究方向 71 6.1結論 71 6.2未來研究方向 72 參考文獻 74

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