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研究生: 陳炎燦
Chen, Yen-Tsan
論文名稱: 以有限元素法作變電所接地網系統之電位模擬分析
Simulation Analysis of Electrical Potential in Substation Grounding Grids Based on Finite Element Method
指導教授: 陳建富
Chen, Jiann-Fuh
楊宏澤
Yang, Hong-Tzer
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系碩士在職專班
Department of Electrical Engineering (on the job class)
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 電壓湧升步間電壓接觸電壓有限元素法
外文關鍵詞: ground potential rise, step voltage, touch voltage, finite element method
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  • 本研究工作之目的是以有限元素法及電磁理論為基礎,應用模擬軟體COMSOL v3.5以建置變電所接地網之模型。並以該模型之AC/DC模組,模擬分析變電所接地網系統發生接地故障時,探討變電所基地內及其圍籬附近地表電位分佈之變化與影響,以提供更安全之變電所接地網之規劃與設計。模擬分析結果顯示,針對基地內之地表電位分佈是否符合安全標準規範,本模型所計算之接地電阻值與IEEE std 80-2000之接地電阻之計算結果,其差異值均在6.5%以內。另外,針對變電所鄰近圍籬接觸電壓之安全性分析,其結果顯示,若採高電阻係數之碎石層,可改善人員感電之危險。例如,本文模擬採用新材料E-stone,可提高地面人員的電壓容忍值,以避免感電之虞。

    The objective of this work is to build a software simulation model to facilitate the design of substation grounding grids. The proposed model is based on finite element method, related electromagnetic theory, and simulation software COMSOL v3.5. Taking advantage of AC/DC modules, the model can calculate the surface potential distribution of a substation grounding grid, inside and around the security fence. Numerical simulation results show that the differences of earth resistance values, inside the substation, between proposed model and IEEE std 80-2000 are within 6.5%. In addition, for safety analysis of touch voltage around the station security fence, numerical results show that personnel’s risk of electric shock could be improved, if high resistant gravel layer is adopted. For example, our simulation shows that using new material such as E-Stone could potentially increase the voltage tolerance level of ground personnel.

    摘 要 I ABSTRACT II 誌 謝 III 目 錄 1 第一章 緒論 9 1.1 研究動機及目的 9 1.2 論文章節概要 10 第二章 變電所接地安全問題概述 12 2.1變電所接地的理由與概述 12 2.2接地安全考慮的基本要素 12 2.3土壤電阻係數之決定 22 2.4接地網接地電阻值的計算 24 2.5最大地網電流的決定 24 2.6 IEEEstd80_2000接地系統設計準則 28 第三章 接地網電磁分析與模擬方法 32 3.1接地網電磁特性分析理論概述 32 3.2有限元素法基本概述 34 3.3有限元素法之分析處理過程 35 3.4 COMSOL有限元素分析模擬軟體使用簡介 36 3.5 接地系統統御方程式之推導 39 3.6 邊界條件參數之設定 41 第四章 接地網模擬案例之結果與分析 43 4.1 前言 43 4.2 變電所接地網之模型建置及其模擬結果與分析 43 4.2.1 變電所接地網之模型建置 43 4.2.2 接地電阻之模擬結果檢討: 46 4.2.3 網目電壓與步間電壓模擬結果檢討: 49 4.2.4 接地網內地表之最大接觸電壓,最大步間電壓計算與模擬結果檢討 53 4.2.5 案例模擬結果檢討 56 4.3 變電所設置金屬圍籬時之接觸電壓檢討 56 4.3.1 設置金屬圍籬之模型經COMSOL模擬後地表電位變化情形 56 4.3.2 改善感電區域人員感電之方法 64 第五章 結論與未來展望 72 5.1 結論 72 5.2 未來研究方向 73 參考資料 74

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