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系統識別號 U0026-1408201222242900
論文名稱(中文) 接地網受雷擊感應過電壓之分析研究
論文名稱(英文) Analysis of Lightning Inducing Over-Voltage on Grounding Network
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 電機工程學系專班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering (on the job class)
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生(中文) 林明鋒
研究生(英文) Ming-Feng Lin
學號 N27981180
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 74頁
口試委員 指導教授-陳建富
口試委員-黃慶連
口試委員-張宏展
口試委員-華志強
口試委員-鄭朝彬
中文關鍵字 地電位湧升  地表電位  有限元素法 
英文關鍵字 Ground Potential Rise  Surface Potential  Finite Element Method 
學科別分類
中文摘要 本文為分析當接地網注入不同雷擊脈衝電流波形下電磁暫態響應。並以有限元素模擬軟體COMSOL(FEMLAB)模擬分析,以探討二層不同係數之土壤層在遭受雷擊下地電位湧昇、地表電位變化情形下。模擬分析結果,碎石表層電阻係數為3000 (Ω-m) 之土壤作設計下,人員所能忍受之接觸電壓及步間電壓在雷電流波暫態時間150μs下是安全的,另外考慮斷路器清除故障的時間在0.1s下要滿足在地網外1m接觸電壓及步間電壓為安全範圍內,表層土壤經計算需達29113(Ω-m)以上,才可達到人員接觸電壓容忍值安全範圍要求。因此本研究在變電站之地網內鋪設高電阻係數24000(Ω-m)之新材料E-stone以1.2/50μs雷電流波(20kA)注入接地系統之地網,時間在15.6μs以後新材料E-stone接觸電壓才可達到安全範圍內。暫態時間15.6μs以前E-Stone之24000(Ω-m)電阻係數依然有安全疑慮,必須加強各種防護措施以維護人員之安全。
英文摘要 To do the analysis of the electromagnetic transient response as injecting the different lightning pulse current waveform into grounding grid in this thesis. To do the simulation analysis of using the finite element software of COMSOL (FEMLAB). The thesis researches the different coefficients in the soil layer of the two floors as being struck by lightning under the circumstances of the earth potential rise and the surface potential changes. The simulation analysis results get the design of the gravel surface resistivity of 3000 (Ω-m) in the soil, and safe standard of personnel can bear the touch voltage and step voltage under lightning current wave transient time of 150 μs. Another, considering the time of the circuit breaker and maintenance is under 0.1 sec in the touch voltage and step voltage of 1 m ground network. The surface soil resistivity is calculated the minimum limiting value of 29113 (Ω-m) under achieving the tolerance value of the personnel touch voltage in safe range requirements. Hence, the land within the network of the substation E-stone laying of the high resistivity 24000 (Ω-m) of new materials injected into the grounding system ground network to 1.2/50 μs lightning current wave (20 kA), time after 15.6 μs new material E-stone touch voltage can be achieved within the safe range. Transient time 15.6 μs previous E-stone, of 24000 (Ω-m) resistivity. Due to security concerned on the touch voltage, a variety of protective measures must be strength enough for safety concerns of personnel.
論文目次 摘要I
英文摘要II
誌謝IV
表目錄VIII
圖目錄X
第一章 緒論1
1.1 研究動機及目的1
1.2 論文章節概要3

第二章 接地系統之雷擊波模式 5
2.1 雷擊的成因及特性5
2.2 雷擊分類6
2.3 雷擊波形及定義7
2.4 雷擊型態9
2.5 土壤電阻係數14

第三章 接地網電磁分析及模擬方法17
3.1 分析理論概述與比較17
3.2 有限元素法簡介19
3.3 COMSOL 有限元素分析軟體20
3.4 統御方程式之推導23
3.4.1 電磁理論23
3.4.2 統御方程式25

第四章 模型建立與結果分析28
4.1 前言 28
4.2 接地網模型建立與結果分析28
4.2.1 接地網模型建置28
4.2.2 模擬案例探討32
4.2.3 模擬案例1結果分析探討34
4.2.4 模擬案例2結果分析探討48
4.2.5 模擬案例3結果分析探討61
4.2.6 模擬案例4雷擊暫態及穩態結果分析探討66

第五章 結論及未來研究方向69
5.1 結論69
5.2 未來研究方向70
參考資料71
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