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Tech
Notes
技術專文

用的是基於溫度傳感器或者熱電偶
表 4、各種溫度感應技術之比較分析表
量測技術，將溫度傳感器或熱電偶
置於線路中易發生故障的地方，如
溫度量 點式溫度 基於熱效應的電力 線式溫度傳感技術 光纖傳感器
電纜終端和中間接頭，或電纜有局 測技術 感應技術 電纜即時監測技術 技術
部熱源處，來監測這些部位的溫
度。這種方法投資少，操作簡單， 特點 投資少， 受物體反射率、環 破壞性警報、報警溫 電絕緣性能
並且只能獲得線路的局部溫度。 操 作 簡 境和霧氣的影響較 度固定、故障信號不 好、抗電磁
單，並且 大 全。且不能測出電纜 干擾能力
只能獲得 的實際溫度值；設備 強、高靈敏
線路的局 易損壞；不能進行及 度、容易實
熱像儀的電力電纜即時監測技術 部溫度 早故障偵測，不能在 現對被量測
線顯示量測值，無溫 信號的遠距
目前的研究主要是利用紅外線技 度趨勢分析 離監控
術，如紅外熱像儀。對電纜表面
溫度進行測量，對線芯溫度進行
計算，實現對電纜線芯溫度非接觸
式、實際可見的在線診斷。這種方 [4]
光纖測溫與測距原理 的資訊和位置，且空間解析度並不
法雖然能夠彌補電纜局部測溫的不
會隨測量距離變化而降低，光束源
足，需考慮影響紅外線技術如物體 光纖溫度量測基本原理是利用一根
使用壽命長。OFDR連續波運行，
反射率或現場環境的遮蔽等因素。 光纖作為溫度訊號傳導介質，向光
散射回的信號將通過一個複雜調製
纖中發射一個光脈衝後，光纖中每
頻率的函數計算得出熱點資訊，如
一個單獨的點都將後向散射一小部
線式溫度傳感技術 圖6所示。
分光，這些後向散射光包含有斯
主要是在測溫現場依據需要敷設一
托克斯光(Stokes)和反斯托克斯光
根或多根由特殊溫度導電性能材料
(Anti-Stokes)，其中斯托克斯光與
製成的溫度感應電纜，將溫感電纜
溫度無關，而反斯托克斯光的強度
沿電力電纜平行安放，或將其綁在
隨溫度變化而變化其強度，溫度T 系統結構與
電纜外護套上以測得一定區段內空
為下的公式(1)：
間溫度。當電纜溫度超過固定溫度 工作原理
值時，感測電纜被短路，發出警報
...(1)
信號。缺點是破壞性警報、報警溫
度固定、故障信號不全，且不能測
其中h為普朗克常數；K為拉茲曼常 從文獻探討中提到的故障偵測方法
出電纜的實際溫度值；由於電纜數
數；IS為斯托克斯光強度；ISA為 較適用於高壓電力系統，如電橋
量多，系統安裝及維護工作不夠方
反斯托克斯光強度；f 0 為伴隨光頻 法、脈衝法等，並不試用於本文所
便，設備易損壞；無法進行即早故
率；∆f為拉曼光頻率增量。 探討的低壓系統，因為高壓線路
障偵測，亦不能在線顯示量測值， 佈線數量僅需一到二組線路，相對
利用入射光和後向散射光之間的時
無溫度趨勢分析。 於低壓系統來說線路簡單且單純，
間差∆ti和光纖內的光傳播速度ck，
在低壓配電系統電纜架與電纜線配
可計算不同散射點距離入射端的距
光纖傳感器技術 置複雜且數量多。而溫度對於低壓
離Xi，因而可求得光纖沿路幾乎連
光纖傳感器是近年發展起來的一種 電纜線或是電力主幹線匯流排(Bus
續的溫度分布。Xi可由下公式(2)求
基於光導纖維的新型傳感器。光纖 Way)，能夠提前找出異常的有效
得：
傳感器作為敏感信息的載體，用光 偵測點並準確的定位，此預警系統
纖作為傳達敏感信息的媒介。因此 ............................................(2) 需要具備七大功能：即時溫度數據
具有光學量測的特點：電絕緣性能 採集、即時溫度數據顯示、過溫警
好、抗電磁干擾能力強、高靈敏 利用光纖為混合石英玻璃製成，周 報、升溫速率警報、歷史數據顯
度、容易實現對被量測信號的遠距 邊產生熱能會引發固體內的晶格振 示、特性曲線顯示、SCADA遠端監
離監控。光纖傳感器的原理是把測 盪，當光束落於這個區域時，會發 控診斷與維護，對運轉維護上有莫
量的狀態轉變為可測的光信號的裝 生光散射的現象，一般稱為拉曼散 大幫助。因此推論，分布式光纖偵
置。它利用入射光和後相散射光之 射(Raman Scattering)。而光纖傳 溫系統（Distribution Temperature
間的時間差和光纖的光傳播速度， 感器主要是利用光頻域反射(OFDR) Sensing, DTS）很適合作為低壓配
可以計算不同散射點的位置距離入 技術，以及拉曼散射(Raman 電系統溫度偵測與預警，如 圖7、8、
射端的距離，所以可以得到光纖沿 Scattering)的溫度效應來實現的， 9所示。目前台積電內部尚未有實
路連續的溫度分布。 表4整理各種 即是向光纖打出連續頻率不同的雷 績可供驗證，僅以他廠實績作為本
溫度感應技術之比較分析。 射，通過發射光的頻率判斷發熱點 次驗證與展示結果。

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