由於目前智慧電網的發展日趨普遍，越來越重視電力的維護及管理，而系統故障時期電流可達電纜線額定電流數百倍，需要結合通訊科技回報電纜線狀態，以達到即時監控之目的，以便於人員立即處理故障事故，然而大多數監測裝置，過往都是以電池當作供應電源，有著容量限制以及後續維護之問題，因此本文利用電流取電技術結合電流量測技術穩定地監視電纜狀態，達到保護電力系統的功效。

因傳統之故障指示器大多是採有線通訊傳輸並且有著精準度不高之缺陷，為了節省佈線成本及擴充安裝地點，針對以上問題本文改採用無線通訊技術，並利用比流器進行量測，研製出電流收集及自給智慧供電的故障指示器，整合比流器電流感測元件、電流取電晶片以及射頻無線通訊晶片等各單元。

本文所提及之智慧故障指示器於智慧電網之應用，當電力網路出現故障，導致饋線上的電流異常時，故障指示器能偵測異常狀態，藉由射頻無線通訊晶片對主控端傳遞故障警示，以協助維護人員作即時故障定位，進一步提昇用電品質之目的。

Because that the smart grid’s development is becoming common, more and more scientists pay attention to the maintenance and management of electricity. The system fault current could reach hundreds of times the rated current and we can return the cable state with communication technology to achieve the monitoring of power line and clean the fault, this thesis proposes a collection of smart grid distribution current and fault location system to execute the timely protection of the power line system. However, most of the monitoring device use a battery as a power supply with capacity and maintenance constraints in the past. Therefore, this thesis uses stably the power harvesting current technology combined with current measuring technology, to stably monitor the state of cable in real-time and to protect the power system.

The traditional fault indicators mostly use wired transmission and are not accurate. To save money and expand the site of installation, this paper uses wireless communication technology and current transformer measuring scheme. This thesis develops a current and autonomous power supply device by integration of a current power harvesting chip, a current transformer and a Radio-Frequency (RF) communication module.
When the power line fault occurs, the abnormal line current can be detected by the application of fault indicator in smart grids. Then, the RF communication module would indicate the fault to the control station, to assist the maintenance person timely to indicate the fault and improve the power quality.

論文審定書 .......................................................................................................................i
誌謝 ..................................................................................................................................ii
摘要 .................................................................................................................................iii
Abstract............................................................................................................................iv
目錄 .................................................................................................................................. v
圖次 .................................................................................................................................ix
表次 ................................................................................................................................. xi
第一章 緒論 .......................................................................................................... 1
1.1 研究背景與動機 ...................................................................................... 1
1.2 研究方法與步驟 ...................................................................................... 2
1.3 論文章節概要 .......................................................................................... 3
第二章 電流感測元件 .......................................................................................... 5
2.1 前言 .......................................................................................................... 5
2.2 比流器發展現況 ...................................................................................... 5
2.2.1 比流器分類 ............................................................................................. 6
2.2.2 比流器原理 ............................................................................................. 7
2.3 比流器的應用及探討 .............................................................................. 8
2.3.1 比流器電路特性分析 ............................................................................. 8
2.3.2 比流器的拓樸結構 ............................................................................... 10
2.3.3 影響比流器準確之因素 ....................................................................... 12
2.3.4 比流器標準規範 ................................................................................... 13
2.3.5 故障電流磁場分析 ............................................................................... 20
第三章 自給式電源供應技術 ............................................................................ 26
3.1 前言 ........................................................................................................ 26
3.2 電流取電技術 ........................................................................................ 26
3.2.1 橋式整流原理 ....................................................................................... 26
3.2.2 電流取電原理 ....................................................................................... 29
3.2.3 電流取電應用 ....................................................................................... 40
3.3 充電儲能裝置 ........................................................................................ 42
3.3.1 鋰電池元件 ........................................................................................... 42
3.3.2 超級電容 ............................................................................................... 48
第四章 電流量測及電流取電故障指示器 ........................................................ 53
4.1 前言 ........................................................................................................ 53
4.2 電流感測單元 ........................................................................................ 54
4.2.1 比流器取樣電路 ................................................................................... 54
4.2.2 信號取樣運算 ....................................................................................... 56
4.3 電流取電單元 ........................................................................................ 58
4.3.1 電流取電電路 ....................................................................................... 59
4.3.2 充放電控制電路 ................................................................................... 60
4.4 微功率 RF 運算及通訊單元 ................................................................. 63
4.4.1 RF 通訊系統 ...................................................................................... 64
4.5 硬體架構整合 ........................................................................................ 65
第五章 智慧型故障指示器之測試與應用 ........................................................ 68
5.1 故障指示器運作流程 ............................................................................ 68
5.2 故障指示器性能驗證 ............................................................................ 70
5.2.1 電流感測單元測試 ........................................................................ 70
5.2.2 微功率 RF 運算及通訊單元測試 ................................................. 72
5.3 故障指示器之應用 ................................................................................ 75
5.3.1 架空型故障指示器 ............................................................................... 75
5.3.2 故障定位系統 ....................................................................................... 76
第六章 結論與未來研究方向 ...................................................................................... 78
6.1 結論 ........................................................................................................ 78
6.2 未來研究方向 ........................................................................................ 78
參考文獻 ................................................................................................................ 80

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