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研究生: 吳承翰
Chen-Han Wu
論文名稱: 地下電纜之開關暫態分析與改善
Analysis and Suppression of Switching Transient in Underground Cable Systems
指導教授: 張宏展
Hong-Chan Chang
口試委員: 蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
郭政謙
Cheng-Chien Kuo
陳財榮
Tsair-Rong Chen
陳鴻誠
Hung-Cheng Chen
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: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 電磁暫態軟體開關暫態現象地下電纜
外文關鍵詞: EMTP, Switching Transient, Underground Cable
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近年來隨都市化的發展,架空輸電線因有礙市容、易受天災影響,且在建築林立之地區占據許多空間,輸電線遂逐漸地下化。地下電纜與架空線比較起來,由於電纜對地電容的差異,導致地下電纜在投切時所產生的開關暫態較劇烈,較易對線路上的設備造成影響,甚至超過設備的耐受程度而導致故障。
本論文以台灣一實際地下電纜系統為研究標的,建立不同的案例進行模擬與分析。首先,利用ATPDRaw電磁暫態分析軟體建立起完整的地下電纜系統模型,根據實際取得的系統參數輸入模擬程式中,力求模型之完整性與結果之正確性。接著,依不同的操作案例及系統狀態執行模擬,包含斷路器投入時間點及線路上有無裝設比壓器等,觀察模擬之結果進行分析。最後,討論三種降低開關暫態現象的方法,包含選擇最佳之斷路器投入角度、於三相均裝設線路比壓器以及裝設斷路器合匣電阻,並經由模擬加以驗證。期減少開關過電壓之衝擊,避免電纜及相關設備遭到破壞,亦可延長其使用壽命。


Following the development of urbanization in recent years, underground cables have gradually replaced overhead power cables. This is primarily because overhead cables obstruct cityscapes, are easily affected by natural disasters, and occupy substantial space in areas with numerous buildings. However, when compared to overhead cables, the capacitance to ground for underground cables produces comparatively more severe transients when switching. These intense transients tend to influence the cable equipment beyond it’s tolerance level, causing failure.
Based on an existing underground cable system located in Taiwan, numerous case samples were developed in this study for performing simulations and analyses. Electromagnetic transient analysis software (ATPDRaw) was used to establish a model of a comprehensive underground power cable system. Actual system parameters were then entered into the simulation program to determine the completeness of the model and the correctness of the outcomes. Subsequently, simulations were conducted based on different operation cases and system conditions, including the engagement time of the circuit breaker and whether line potential transformers were installed in the cable. The simulation results were then observed and analyzed. Finally, this study discuss three methods for reducing switching transients, including choosing the best switching angle, installing line potential transformers in all three phases and installing closing resistor. These methods endeavor to reduce the impact of overvoltage caused by switching, preventing damage to underground cables and other relevant equipment, thereby prolonging the cable lifespan.

中文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的與方法 1 1.3 章節概要 4 第二章 地下電纜系統與開關突波簡介 6 2.1 前言 6 2.2 氣體絕緣開關 6 2.2.1 氣體絕緣開關結構 6 2.2.2 開關投切操作流程 8 2.3 交連聚乙烯電纜 8 2.3.1 電纜特性 9 2.3.2 電纜結構 9 2.3.3 電纜接續方式 12 2.4 開關操作現象 14 2.4.1 斷路器投入之暫態現象 14 2.4.2 斷路器開啟之現象 16 2.4.3 開關暫態改善方法 19 2.5 EMTP/ATP模擬軟體介紹 20 2.5.1 EMTP/ATP介紹 20 2.5.2 EMTP/ATP應用範疇 21 第三章 地下電纜系統模型建置 23 3.1 電源模型 23 3.2 電源等效阻抗 23 3.3 氣體絕緣開關 24 3.4 電纜模型 26 3.4.1 電纜 27 3.4.2 遮蔽銅線接地方式 29 3.5 完整地下電纜系統架構 30 第四章 案例模擬與分析 33 4.1 前言 33 4.2 案例分析 34 4.2.1 紅、白線系統電源之影響 34 4.2.2 不同角度之斷路器投入 35 4.2.3 線路比壓器的放電效應 44 4.2.4 接地開關動作之暫態 49 4.3 暫態改善方案 56 4.3.1 選擇斷路器投入角度 56 4.3.2 裝設三相線路比壓器 57 4.3.3 合匣電阻的裝置 59 4.4 討論與分析 62 第五章 結論 66 5.1 結論 66 5.2 未來展望 67 參考文獻 69

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