2012/12/05
經濟部能源局
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▓撰文、圖片提供：劉又齊
高苑科技大學電機系助理教授劉又齊指導學生林宸宥、黃榮萱及洪利昇以「電動車絕緣故障偵測裝置」作品，參加「2012義大利國際發明展暨發明競賽」，榮獲銀牌獎。該作品乃是機電學院院長張學斌主持的國科會「複合驅動智慧型輕量化可攜式電動自行車研發」計畫的衍生成果之一。
成立「前瞻電動車輛技術研發中心」
有鑑於油價高漲及二氧化碳問題日益受到全球關切，且可能於未來發生能源短缺危機，世界各國莫不積極尋找環保的替代能源。由於電動車具有低污染、能源效率高、噪音及振動低的特點，故未來電動車輛將取代傳統燃油車輛。目前電動車輛已列為國家重點科技發展項目，政府透過各種獎勵與補助措施，產學界亦積極投入關鍵零組件之研製，希望能創造一個低污染、高效能與高附加價值的產業。
高苑科技大學位於高雄科學園區正對面，並緊鄰岡山本州工業區、台南科技工業區，園區各項軟硬體基礎建設已陸續完工。在政府全力招商下，生產電動載具或零組件之廠商已陸續進駐並量產。校方為配合國家電動車輛重點科技發展項目，已由機電學院整合相關師資與研發設備等資源，在教育部、國科會與學校經費支援下，於民國98年成立「前瞻電動車輛技術研發中心」，以輕量化電動載具研發、電動車輛維修人才培育為出發點，提升對電動車技術研發能力與維修人才培育工作，期待能發揮產學互補互利的綜效。
傳統絕緣故障檢測方法
傳統直流系統絕緣故障檢測電路如圖1所示。為了提高洩漏電流檢測敏感度，因此於系統正負母線對地接入電阻R，使漏電形成迴路。R電阻值大小不應選擇過小，太小的電阻值將會嚴重降低直流系統的絕緣性能；惟R電阻值亦不可選擇過大，否則將會使迴路的洩漏電流低於檢測器之最小電流檢測範圍，而無法順利檢測出接地故障。由於傳統絕緣故障檢測方法，必須在正負匯流排上插入接地電阻，因此將犧牲系統原有的絕緣性能，而成為低阻抗接地系統。
新型絕緣故障檢測方法 電動車絕緣故障偵測裝置
此作品是一種新的絕緣故障偵測電路，係為克服現有非接地型供電系統發生接地故障時，無法提供高感度的漏電流檢測告警，以及無法判斷接地故障之迴路的缺點。直流系統絕緣故障偵測電路如圖2所示，該電路是由電容接地與限流模組及漏電流偵測模組兩部分所組合而成。電容接地與限流模組安裝於主匯流排上，此模組包含：接地電容C1與C2、二極體、限流電阻R1及R2。漏電流偵測模組安裝於每個支路上，此模組包含：電流偵測器、電壓準位調整器、濾波器、電壓補償器及告警裝置，如圖3所示。
將電容C1及C2串聯，並於串接端接地（底盤），而另兩端分別連接二極體D11及D21，再將二極體連接至直流系統正負端以形成充電迴路。藉由二極體D11及D21，使電容C1及C2進行充電儲存電能。若正負端發生對地絕緣劣化時，漏電流可經由地網與電容器之接地，形成漏電流迴流之通路。
所以當故障發生時，由於此電路提供漏電流迴流之通路，故漏電流感測器將會感測通過正電端及負電端之電流值差異變化，而發出告警訊息或控制斷電元件截止對該迴路的供電，達到高感度檢測目的，以協助工作人員即時得知該迴路已發生對地絕緣劣化的異常，提供在線式即時漏電流告警的功能。
功能特色
此研發作品主要功能特色包括：一、在線式直流供電絕緣故障偵測；二、可偵測多分支迴路系統；三、高感度檢測：具1mA, 50kΩ的絕緣故障偵測；四、自動中斷漏電流路徑；五、即時檢測絕緣故障以降低導電的危險；六、電容器可當作電壓暫態補償器用；七、不會降低系統原有的絕緣性能；八、無需對系統注入交流訊號源。
該技術應用範圍則包括：電動車、綠色能源、儲能系統、電廠、塑化廠、煉鋼廠等控制系統的直流電源。
結語
推動學術與產業結合、貼近產業需求，與產業無縫接軌，並培養學生具備良好就業能力，是高苑科大的願景之一。因此，鼓勵學生參與專題競賽是驅策學生突破自己很好的動力，且藉由參與他校學生或國際發明專家之間的競賽，並觀摩優秀的得獎作品可激發學生的創意潛能，提升學生的學習意願，並累積設計經驗。除了參賽學生有所收穫外，亦可激勵未參賽的同儕，學生之間彼此能相互學習、切磋、比較，形成良性競爭，進而提升全體學生專業知識實力及求學動力。（作者為高苑科技大學電機系助理教授）
除了「電動車絕緣故障偵測裝置」作品外，作者近2年內帶領學生參加發明競賽，研發作品主要以節能電動車為主，包括：電動車電池效能之提升、快速充電器、電池電量估測器、太陽能輔助電力、智慧型電源系統、鋰電池與鉛酸電池並聯系統、電聯車電腐蝕降低的方法、智慧型排班系統、直流供電絕緣故障偵測電路等，並獲得2012 IIIC國際創新發明大會1銀1銅、2011阿基米德國際發明展銀牌、2011波蘭華沙國際發明展銀牌、2010國際傑出發明家學術國光獎章等多項大獎肯定。
關鍵字：電動車,絕緣故障,洩漏電流,電流感測器