TWI794926B - 接地故障偵測裝置及其接地故障偵測方法 - Google Patents

接地故障偵測裝置及其接地故障偵測方法 Download PDF

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Abstract

一種接地故障偵測裝置用以偵測三相不斷電裝置的接地故障，且三相不斷電裝置包括依序耦接的第一濾波電路、交流/直流轉換電路、直流總線、直流/交流轉換電路及第二濾波電路。接地故障偵測裝置包括偵測電路，且偵測電路包括第一偵測端與第二偵測端。第一偵測端耦接第一濾波電路與第二濾波電路，且第二偵測端耦接三相不斷電裝置的設備接地點。設備接地點透過接地電阻耦接至三相電源的中性線端，且三相電源耦接第一濾波電路。偵測電路用以根據第一偵測端與第二偵測端之間的偵測電壓指示三相不斷電裝置是否發生接地故障及接地故障所發生的位置。

Description

接地故障偵測裝置及其接地故障偵測方法
本發明係有關一種接地故障偵測裝置及其接地故障偵測方法，尤指一種應用於三相不斷電裝置的接地故障偵測裝置及其接地故障偵測方法。
不斷電裝置(Uninterruptible Power System；UPS)通常被配置為耦接在供電電源與負載設備之間，主要用途係當供電電源發生異常而無法正常供電時，不斷電裝置仍能代替供電電源暫時性地對負載設備持續提供不間斷的備援電力，以保護負載設備、避免其發生損害。一種既有的不斷電裝置應用情境為，當供電電源可正常供電時，不斷電裝置將供電電源的電力進行轉換，以對負載設備供電；而在供電電源發生異常時，不斷電裝置將內建或外接的儲能裝置(如鉛酸電池或鋰電池等)所儲存的電能進行轉換，以對負載設備備援供電。近年來，不斷電裝置的應用越來越廣泛，針對不斷電裝置的安全保護措施亦日益獲得重視。其中，由於接地故障會嚴重影響使用者的人身安全，因此接地故障的即時檢測及接地故障位置的指示也成為不斷電裝置倍受重視的的功能之一。
一般而言，三相不斷電裝置操作時可能發生的接地故障類型包含：直流總線接地故障、儲能裝置接地故障、任一相輸出接地故障等。為了避免發生接地故障時產生極大的接地電流，三相不斷電裝置通常會在三相電源輸入端的中性線端與裝置本身的設備接地點之間加上高阻抗的措施，例如加上一具有高阻值(例如2k ohm)的接地電阻。上述的高阻抗接地措施雖然能有效將發生接地故障時的接地電流抑制到極小，但反而造成接地故障的檢測及故障排除上的困難，可能進一步導致人員意外觸電等事故。
傳統的三相不斷電裝置接地故障偵測方式通常會在裝置內部的直流總線額外加裝硬體偵測電路，例如在直流總線的正極端與負極端之間使用兩顆電阻串聯分壓而得到虛擬中點，並透過監測該虛擬中點對地的電壓差判斷有無發生接地故障。由於直流總線電壓常時跨在偵測電路的電阻兩端，會持續消耗功率並產生熱能，除了降低裝置整體的電能轉換效率，電路也需要極大的空間散熱。此外，該虛擬中點與地電位於正常工作時就會有高達1/2的總線電壓，如此高的共模電壓可能容易觸發誤偵測，也會增加回授訊號處理的難度。
此外，當三相不斷電裝置內部的電路某個點位絕緣不佳時，會導致該點位與設備外殼體有漏電流路徑產生，導致接地故障的發生。當得知接地故障發生時，也必須進一步地得知三相不斷電裝置竟是何處發生了接地故障，以利接地故障地順利排除。
所以，如何設計出一種接地故障偵測裝置及其接地故障偵測方法，盡量減少額外的硬體偵測電路、降低整體成本並可彈性的應用於既有的裝置，降低傳統接地故障偵測電路運作時所產生的額外功耗、熱量與高頻共模電壓等 不良影響，還可進一步輕易地根據所偵測到的特定電壓值來判斷接地故障具體的發生位置，乃為本案創作人所欲行研究的一大課題。
為了克服上述習知技術的問題，本發明提供一種接地故障偵測裝置，係用以偵測三相不斷電裝置的接地故障。三相不斷電裝置包括交流/直流轉換電路，及通過直流總線耦接交直流轉換電路的直流/交流轉換電路。接地故障偵測裝置包括偵測電路，且偵測電路包括第一偵測端與第二偵測端。第一偵測端耦接至交流/直流轉換電路與第一交流側之間的第一濾波電路，第一偵測端還耦接至直流/交流轉換電路與第二交流側之間的第二濾波電路，且第二偵測端耦接三相不斷電裝置的設備接地點；設備接地點透過接地電阻耦接至三相電源的中性線端，且三相電源耦接第一交流側。其中，偵測電路用以根據第一偵測端與第二偵測端之間的偵測電壓指示三相不斷電裝置是否發生接地故障及接地故障所發生的位置。
為了克服上述習知技術的問題，本發明提供一種三相不斷電裝置的接地故障偵測方法，係用以偵測三相不斷電裝置的接地故障。三相不斷電裝置包括依序耦接的第一濾波電路、交流/直流轉換電路、直流總線、直流/交流轉換電路及第二濾波電路；第一濾波電路耦接第二濾波電路的接點為第一偵測端，且三相不斷電裝置的設備接地點為第二偵測端；設備接地點還透過接地電阻耦接至三相電源的中性線端，且三相電源耦接第一濾波電路；接地故障偵測方法包括下列步驟：偵測第一偵測端與第二偵測端之間的偵測電壓，以獲得三相不斷電裝 置的接地狀況。根據偵測電壓的特定電壓值而判斷三相不斷電裝置發生接地故障。根據特定電壓值判斷發生接地故障的位置。
本發明之主要目的及功效在於，相較於傳統於直流總線外加硬體偵測電路的接地故障偵測方法，本發明僅需偵測現有電路中第一濾波電路與第二濾波電路的共接點與設備接地點之間的偵測電壓，且根據所偵測到的特定電壓值來判斷是否發生接地故障及接地故障具體的發生位置，不需額外增加硬體偵測電路；除了大幅降低偵測電路設計的難度外，還能達到節省成本、避免額外的功耗與散熱的需求，以及減少高頻高共模電壓的影響、降低誤偵測發生的機會之功效。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
100:接地故障偵測裝置
100-1、100-1’:偵測電路
A:第一偵測端
B:第二偵測端
200、200’:三相不斷電裝置
200-1:第一交流側
200-2:第二交流側
1:第一濾波電路
12:第一濾波電感組
L1:第一濾波電感
14:第一濾波電容組
C1:第一濾波電容
N1:第一共接點
2:交流/直流轉換電路
3:直流總線
3+:正端
3-:負端
P:中點端
Cbus:總線電容
C1:第一電容
C2:第二電容
4:直流/交流轉換電路
5:第二濾波電路
52:第二濾波電感組
L2:第二濾波電感
54:第二濾波電容組
C2:第二濾波電容
N2:第二共接點
6:直流/直流轉換電路
7:整合式轉換電路
SWg:開關組
SW:開關
A~C:第一端點至第三端點
300:儲能裝置
300-:負極
300+:正極
GND:設備接地點
Rg:接地電阻
(R1、S1、T1):第一三相電源
N:中性線
(R2、S2、T2):第二三相電源
400:負載
Vbus:總線電壓
Vb:儲能電壓
ZSV:注入的零序電壓
Vab:偵測電壓
(S100)~(S300):步驟
t1:時間
圖1A為本發明的接地故障偵測裝置應用於第一實施例的三相不斷電裝置的電路示意圖；圖1B為本發明的接地故障偵測裝置應用於第二實施例的三相不斷電裝置的電路示意圖；圖2為依據本發明的三相不斷電裝置於接地狀況正常時的等效電路分析圖；圖3為本發明的三相不斷電裝置的接地故障偵測方法流程圖； 圖4A為依據本發明的三相不斷電裝置於直流總線的負端發生接地故障時的等效電路分析圖；圖4B為依據本發明的三相不斷電裝置於直流總線的負端發生接地故障時，本發明的接地故障偵測裝置的偵測電壓波形圖；圖4C為依據本發明的三相不斷電裝置於直流總線的正端發生接地故障時的等效電路分析圖；圖4D為依據本發明的三相不斷電裝置於直流總線的正端發生接地故障時，本發明的接地故障偵測裝置的偵測電壓波形圖；圖5A為依據本發明的三相不斷電裝置於儲能裝置的負極發生接地故障時的等效電路分析圖；圖5B為依據本發明的三相不斷電裝置於儲能裝置的負極發生接地故障時，本發明的接地故障偵測裝置的偵測電壓波形圖；圖5C為依據本發明的三相不斷電裝置於儲能裝置的正極發生接地故障時的等效電路分析圖；圖5D為依據本發明的三相不斷電裝置於儲能裝置的正極發生接地故障時本發明的接地故障偵測裝置的偵測電壓波形圖；圖6A為依據本發明的三相不斷電裝置於直流/交流轉換電路的交流側某一相發生接地故障時的等效電路分析圖；及圖6B為依據本發明的三相不斷電裝置於直流/交流轉換電路的交流側某一相發生接地故障時，本發明的接地故障偵測裝置的偵測電壓波形圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參閱圖1A為本發明的接地故障偵測裝置應用於第一實施例的三相不斷電裝置的電路示意圖。接地故障偵測裝置100用以偵測三相不斷電裝置200的接地故障，且三相不斷電裝置包括第一濾波電路1、交流/直流轉換電路2、直流總線3、直流/交流轉換電路4、第二濾波電路5及直流/直流轉換電路6。第一濾波電路1的一側為第一交流側200-1，且第一交流側200-1耦接第一三相電源(R1、S1、T1)。其中，第一三相電源(R1、S1、T1)可以為市電或任何能提供三相電力的電源設備。第一濾波電路1以LC濾波為例，可以包括第一濾波電感組12與第一濾波電容組14，且第一濾波電感組12內的第一濾波電感L1分別對應第一三相電源的各個相位(R1、S1、T1)，數量為三。第一濾波電感L1的一端對應地耦接第一三相電源(R1、S1、T1)的其中一相，且另一端耦接交流/直流轉換電路2。第一濾波電容組14內的第一濾波電容C1亦分別對應第一三相電源的各個相位(R1、S1、T1)，數量為三(通常可為Y電容，且容值以2uF較佳)，第一濾波電容C1的一端分別對應地耦接第一濾波電感L1，且另一端耦接在第一共接點N1。
交流/直流轉換電路2可以為功率因數校正電路，且交流/直流轉換電路2的一端耦接第一濾波電路1，另一端耦接直流總線3。直流/交流轉換電路4的一端耦接直流總線3，且另一端耦接第二濾波電路5。第二濾波電路5的一側為第二交流側200-2，且第二交流側200-2耦接至負載400。相似於第一濾波電路1，第二濾波電路5也以LC濾波為例，可以包括第二濾波電感組52與第二濾波電容組54，且第二濾波電路5內的第二濾波電感L2分別對應第二三相電源的各相交流輸出(R2,S2,T2)，數量為三(通常可為Y電容，且容值以2uF較佳)。 第二濾波電感L2的一端對應地耦接第二交流側200-2的其中一相輸出(R2、S2、T2)，且另一端耦接直流/交流轉換電路4。第二濾波電容組54內的第二濾波電容C2亦分別對應第二三相電源的各相交流輸出(R2,S2,T2)，數量為三，第二濾波電容C2的一端分別對應地耦接第二濾波電感L2，且另一端耦接在第二共接點N2。
直流/直流轉換電路6的一端耦接直流總線3的正端3+與負端3-，且另一端耦接儲能裝置300的正極300+與負極300-。儲能裝置300可以為任何用來儲存電能的裝置，例如但不限於鉛酸電池、鋰電池或超級電容等。在第一三相電源(R1、S1、T1)有電，且正常對負載400供電的場合，交流/直流轉換電路2將第一三相電源(R1、S1、T1)的交流電壓轉換為直流總線3的總線電壓Vbus，且將總線電壓Vbus的電能儲存於直流總線3的總線電容Cbus中。直流/交流轉換電路4接收總線電壓Vbus，且將總線電壓Vbus轉換為第二三相電源(R2、S2、T2)的各相電壓，以對後端耦接的裝置(負載400)供電。直流/直流轉換電路6接收總線電壓Vbus，且將總線電壓Vbus轉換為儲能電壓Vb，以對儲能裝置300充電。在第一三相電源(R1、S1、T1)發生異常無法供電，改由儲能裝置300對負載400備援供電的場合，直流/直流轉換電路6接收儲能裝置300的儲能電壓Vb，且將儲能電壓Vb轉換為總線電壓Vbus。直流/交流轉換電路4接收總線電壓Vbus，且將總線電壓Vbus轉換為第二三相電源(R2、S2、T2)的各相電壓，以對後端耦接的裝置(負載400)供電。
值得一提，交流/直流轉換電路2、直流/交流轉換電路4及直流/直流轉換電路6內部用於功率轉換的功率開關的切換可以通過控制器(圖未式)分別進行控制，其可以通過現有的控制方式來對電源進行相應的轉換。由於本發 明係針對三相不斷電裝置200的接地故障進行接地故障偵測，控制器對各轉換電路的控制方式並非為主要特點，在此不再詳加描述。
接地故障偵測裝置100包括偵測電路100-1，且偵測電路100-1包括第一偵測端A與第二偵測端B。第一偵測端A耦接至第一濾波電路1與第二濾波電路5，且第二偵測端B耦接至三相不斷電裝置200的設備接地點GND。具體而言，三相不斷電裝置200包括接地電阻Rg，接地電阻Rg的一端耦接第一三相電源(R1、S1、T1)的中性線N，且接地電阻Rg的另一端耦接設備接地點GND。偵測電路100-1的第一偵測端A耦接於第一共接點N1與第二共接點N2。其中，接地電阻Rg的阻值可選用K歐姆等級，且較佳的範圍為5K歐姆~1K歐姆。設備接地點GND可以為例如但不限於三相不斷電裝置200的設備外殼體等。
三相不斷電裝置200的設備外殼體通常必需與內部的電路絕緣並接地，以避免使用者觸碰外殼體時觸電。然而，當內部的電路某個點位絕緣不佳時，會導致該點位與設備外殼體有漏電流路徑產生，導致接地故障的發生。另外一方面，當得知接地故障發生時，也必須進一步地得知三相不斷電裝置200究竟是何處發生了接地故障，以利接地故障地順利排除。因此本發明之主要目的及功效在於，利用偵測電路100-1耦接在第一共接點N1、第二共接點N2及設備接地點GND之間，且根據所偵測到的特定電壓值來判斷是否發生接地故障，以及接地故障具體的發生位置。
進一步而言，本發明偵測電路100-1係用以偵測第一偵測端A與第二偵測端B之間具有特定電壓值的偵測電壓Vab，而偵測電壓Vab的電壓值會隨著三相不斷電裝置200的接地狀況而變化。此偵測電壓Vab用以指示三相不斷電裝置200是否發生接地故障，且經過數學分析，偵測電壓Vab的特定電 壓值可對應指示發生接地故障的位置。因此，偵測電路100-1可以利用任何可以偵測電壓的手段都可據以實施，例如但不限於利用電阻的跨壓、直接接到放大器或控制器I/O端的方式來偵測。如此，即可通過所偵測到的特定電壓值來判斷接地故障具體的發生位置。偵測電路100-1以電阻的跨壓為例，偵測電路100-1可以包括偵測電阻Rs與控制單元102，利用流過偵測電阻Rs上的漏電流來使第一偵測端A與第二偵測端B產生偵測電壓Vab。然後，再利用控制單元102來判讀，其用以根據偵測電壓Vab判斷三相不斷電裝置200是否發生接地故障及接地故障所發生的位置。於本發明之一實施例中，控制單元102可以為外部的判讀設備(例如但不限於，電腦、波形顯示器等)。此外，因應三相不斷電裝置200的功率大小，其漏電流可能有大有小。因此可以額外加裝解析度調整電路(圖未示)來調整偵測電路100-1的解析度。例如但不限於，可以使用開關與電阻並聯偵測電阻，且根據漏電流的大小來控制開關的導通/關斷，以使電阻與偵測電阻並聯或不並聯。藉此，可以使得偵測電路100-1相容於各種不同功率的三相不斷電裝置200。
請參閱圖1B為本發明的接地故障偵測裝置應用於第二實施例的三相不斷電裝置的電路示意圖，復配合參閱圖1A。圖1B之三相不斷電裝置200’與圖1A之三相不斷電裝置200差異在於，三相不斷電裝置更包括第一電容C1、第二電容C2及開關組SWg。
第一電容C1的一端耦接直流總線3的正端3+，且另一端為中點端P。第二電容C2的一端耦接直流總線3的負端3-，且另一端耦接中點端P。開關組SWg包括複數開關SW，且其數量相應於三相不斷電裝置200的相數。具體地，開關組SWg耦接於第一濾波電路1與第一交流側200-1之間，且開關 組SWg內的開關SW數量為三，以分別對應地耦接第一三相電源(R1、S1、T1)的其中一相。開關SW可以為繼電器，且包括第一端點A、第二端點B及第三端點C。第一端點A耦接第一交流側200-1，第二端點B耦接第一濾波電路1，且第三端點C耦接儲能裝置300的正極300+，而儲能裝置300的負極300-則是耦接至中點端P。三相不斷電裝置200’的控制器(圖未示)通過控制整合式轉換電路7與開關組SWg來控制第一三相電源(R1、S1、T1)、總線電壓Vbus及儲能電壓Vb的轉換。整合式轉換電路7主要係根據所接收的是直流電壓(儲能電壓Vb)或交流電壓(三相電源R1、S1、T1)，以進行相應的直流轉直流或交流轉直流的功率轉換。
具體地，在第一三相電源(R1、S1、T1)正常供電時，控制器(圖未示)控制各開關SW的第一端點A耦接第二端點B，使第一三相電源(R1、S1、T1)的交流電壓可以通過整合式轉換電路7轉換為直流總線3的總線電壓Vbus。在第一三相電源(R1、S1、T1)發生異常而無法供電時，控制器(圖未式)控制各開關SW的第三端點C耦接第二端點B，使整合式轉換電路7將儲能電壓Vb轉換為總線電壓Vbus，以提供備援供電的效果。如此，可通過整合式轉換電路7達成直流/交流電源之間的轉換，使得三相不斷電裝置200’無需增加一級直流/直流轉換電路6，進而達成節省電路成本級電路體積之功效。此外，控制器(圖未示)可以通過現有的控制方式來控制整合式轉換電路7進行電力的轉換，由於控制器的控制方式並非為本發明之主要特點，在此不再詳加描述。
圖1B之三相不斷電裝置200’與圖1A之三相不斷電裝置200之另外一點差異在於，偵測電路100-1’可以僅包括偵測電阻Rs而不包括控制單元102。控制單元102可以包含在三相不斷電裝置200’內部的控制器(圖未示)中， 且控制器(圖未示)可通過偵測電壓Vab判斷三相不斷電裝置200’是否發生接地故障及接地故障所發生的位置，因此可立即地對三相不斷電裝置200’啟動接地故障的保護機制。值得一提，於本發明之一實施例中，圖1A與1B的偵測電路(100-1、100-1’)可以根據實際需求而選擇合適的架構(例如但不限於，圖1A的三相不斷電裝置200可使用圖1B的偵測電路100-1’)。
請參閱圖2為依據本發明的三相不斷電裝置於接地狀況正常時的等效電路分析圖，復配合參閱圖1A~1B。圖1A與1B的三相不斷電裝置(200、200’)於無發生接地故障、正常運作時，其內部電路可以等效為如圖2所示的等效電路。第一偵測端A通過等效的交流/直流轉換電路2與接地電阻Rg連接到設備接地點GND。另外，第一偵測端A還通過等效的直流/交流轉換電路4、直流總線3連接至儲能裝置300。其中，在接地狀況正常時的狀況下，儲能裝置300理應不會耦接設備接地點GND(即尚未發生接地故障)，故儲能裝置300至設備接地點GND的路徑為以虛線表示。因此，三相不斷電裝置於接地狀況正常時的等效電路如圖2所示為設備接地點GND、第二偵測端B、交流/直流轉換電路2、直流/交流轉換電路4、直流總線3至儲能裝置300串接而成的等效電路。值得一提，於一實施中，直流/交流轉換電路4至直流總線3之間還可以包括直流/交流轉換電路4於各交流相位所注入的零序電壓ZSV。直流/交流轉換電路4於各交流相位所注入的零序電壓ZSV通常可以用來降低直流總線3的總線電壓Vbus以提升電能轉換效率，或者可以用來減少直流/交流轉換電路4內部功率開關的切換次數以提升電能轉換效率，或可用來降低交流電流的諧波，因此，直流/交流轉換電路4可依據提升效率或改善電力品質的需求選擇性地於各交流相位注入或不注入零序電壓ZSV。於另一實施中，直流/交流轉換電路4不於各相位注 入零序電壓ZSV，則此時圖2中等效電路的零序電壓ZSV區塊將直接短路而不復存在。附帶一提，本說明書中接地故障的等效電路分析與電壓波形均是以直流/交流轉換電路4有注入零序電壓ZSV的情況為範例來說明，然而實際情況並不以此為限，未注入零序電壓ZSV的情況亦可適用於本發明所揭露的接地故障偵測裝置與偵測方法。此外，在有注入零序電壓ZSV的情況下，偵測電壓Vab將會因此載上零序電壓ZSV的交流分量(如圖4B所示)，此時應去除偵測電壓Vab中的零序電壓ZSV交流成分，採用偵測電壓Vab的直流分量來判斷是否發生接地故障及接地故障發生位置。而在未注入零序電壓ZSV的情況下，偵測電壓Vab本身的電壓值實際上亦等於其直流分量的電壓值。
請參閱圖3為本發明三相不斷電裝置的接地故障偵測方法流程圖，復配合參閱圖1~2。接地故障偵測方法係用以偵測如圖1A與1B所示的三相不斷電裝置(200、200’)的接地故障，且接地故障偵測方法包括，偵測第一偵測端與第二偵測端之間的偵測電壓，以獲得三相不斷電裝置的接地狀況(S100)。較佳的實施方式為，將接地故障偵測裝置100的第一偵測端A耦接至第一濾波電路1與第二濾波電路5，且將第二偵測端B耦接至設備接地點GND，以利用接地故障偵測裝置100的偵測電路100-1偵測第一偵測端A與第二偵測端B之間的偵測電壓Vab。其中，設備接地點GND耦接接地電阻Rg的一端，接地電阻Rg的另一端耦接第一三相電源(R1、S1、T1)的中性線N，且第一三相電源(R1、S1、T1)耦接第一交流側200-1。然後，根據偵測電壓的特定電壓值而判斷三相不斷電裝置發生接地故障(S200)。較佳的實施方式為，當接地故障偵測裝置100的偵測電壓Vab的直流分量的電壓值為0V(或趨近於0V)時，代表三相不斷電裝置(200、200’)未發生接地故障，且當接地故障偵測裝置100的偵測電壓Vab的直流分量 的電壓值改變為特定電壓值時，即判斷三相不斷電裝置(200、200’)發生接地故障。最後，根據該特定電壓值判斷發生該接地故障的一位置(S300)。
請參閱圖4A為依據本發明的三相不斷電裝置於直流總線的負端發生接地故障時的等效電路分析圖、圖4B為依據本發明的三相不斷電裝置於直流總線的負端發生接地故障時，本發明的接地故障偵測裝置的偵測電壓波形圖，復配合參閱圖1~3。以圖1的三相不斷電裝置200為例，配合圖3的偵測方法。在圖4B的時間t1時刻，直流總線3發生接地故障。因此如圖4A所示，直流總線3與設備接地點GND產生了實體的接地路徑。由於接地等效路徑的改變，使得偵測電壓Vab改變為關聯於直流總線3的總線電壓Vbus(即特定電壓值)，因此此特定電壓值可用以指示直流總線3發生接地故障。具體而言，在圖4B的時間t1時刻，若直流總線3的負端3-發生接地故障，則三相不斷電裝置200的等效電路改變為圖4A。此時，偵測電壓Vab的直流分量的特定電壓值由0V改變為大約為總線電壓Vbus的正值的一半(+0.5Vbus)，因此可用以指示發生接地故障的位置為直流總線3的負端3-。值得一提，前述的特定電壓值實際上可能因為電路中各種電子元件的寄生參數差異及量測上的誤差而產生一定範圍的變動，因此實際上所量測到的特定電壓值範圍約為總線電壓Vbus正值一半的±15%。意即，總線電壓Vbus正值一半的一特定範圍，此特定範圍可根據使用者的實際需求而設定(例如但不限於，+10%與-20%所構成的範圍)，並不限定需介於±15%。後面的幾個實施例皆為如此，故不再贅述。
請參閱圖4C為依據本發明的三相不斷電裝置於直流總線的正端發生接地故障時的等效電路分析圖、圖4D為依據本發明的三相不斷電裝置於直流總線的正端發生總線接地故障時，本發明的接地故障偵測裝置的偵測電壓波 形圖，復配合參閱圖1~4B。相對的，在圖4D的時間t1時刻，直流總線3的正端3+發生接地故障，使得三相不斷電裝置200的等效電路改變為圖4C。此時，偵測電壓Vab的直流分量的特定電壓值由0V改變為大約為總線電壓Vbus的負值的一半(-0.5Vbus)，因此可用以指示發生接地故障的位置為直流總線3的正端3+。值得一提，於本發明之一實施例中，圖4A~4D之接地故障偵測方式皆適用於圖1A與圖1B的三相不斷電裝置(200、200’)。
請參閱圖5A為依據本發明的三相不斷電裝置於儲能裝置的負極發生接地故障時的等效電路分析圖、圖5B為依據本發明的三相不斷電裝置於儲能裝置的負極發生接地故障時，本發明的接地故障偵測裝置的偵測電壓波形圖，復配合參閱圖1~4D。以圖1的三相不斷電裝置200為例，配合圖3的偵測方法。在圖5B的時間t1時刻，儲能裝置300發生接地故障。因此如圖5A所示，儲能裝置300與設備接地點GND產生了實體的接地路徑。由於接地等效路徑的改變，使得偵測電壓Vab改變為關聯於儲能裝置300的儲能電壓Vb(即特定電壓值)，因此此特定電壓值可用以指示儲能裝置300發生接地故障。具體而言，在圖5B的時間t1時刻，儲能裝置300的負極300-發生電池接地故障，使得三相不斷電裝置200的等效電路改變為圖5A。此時，偵測電壓Vab的直流分量的特定電壓值由0V改變為大約為儲能電壓Vb的正值的一半(+0.5Vb)，因此可用以指示發生接地故障的位置為儲能裝置300的負極300-。
請參閱圖5C為依據本發明的三相不斷電裝置於儲能裝置的正極發生接地故障時的等效電路分析圖、圖5D為依據本發明的三相不斷電裝置於儲能裝置的正極發生接地故障時，本發明的接地故障偵測裝置的偵測電壓波形圖，復配合參閱圖1~5B。相對的，在圖5D的時間t1時刻，儲能裝置300的正極300+ 發生接地故障，使得三相不斷電裝置200的等效電路改變為圖5C。此時，偵測電壓Vab的直流分量的特定電壓值由0V改變為大約為儲能電壓Vb的負值的一半(-0.5Vb)，因此可用以指示發生接地故障的位置為儲能裝置300的正極300+。值得一提，於本發明之一實施例中，圖5A~5D之接地故障偵測方式僅適用於圖1A的三相不斷電裝置200。
請參閱圖6A為依據本發明的三相不斷電裝置於直流/交流轉換電路的交流側某一個相位發生接地故障時的等效電路分析圖、圖6B為依據本發明的三相不斷電裝置於直流/交流轉換電路的交流側某一相發生接地故障時，本發明的接地故障偵測裝置的偵測電壓波形圖，復配合參閱圖1~5D。以圖1的三相不斷電裝置200為例，配合圖3的偵測方法。在圖6B的時間t1時刻，直流/交流轉換電路4交流側的某一相發生接地故障(以R相發生接地故障為例)。因此如圖6A所示，直流/交流轉換電路4的R相與設備接地點GND產生了實體的接地路徑。由於接地等效路徑的改變，使得偵測電壓Vab改變為關聯於直流/交流轉換電路4所輸出的R相電壓(R2；即特定電壓值)，因此此特定電壓值可用以指示R相發生接地故障。此時，三相不斷電裝置200的等效電路改變為圖6A，使得偵測電壓Vab會由直流分量的特定電壓值0V改變為與R相電壓R2相反的交流電壓(即-R2)，因此可以指示發生接地故障的位置為直流/交流轉換電路4交流側的R相。值得一提，於本發明之一實施例中，另外二相序(即S相與T相)發生接地故障時亦是如此，在此不再加以贅述。值得一提，於本發明之一實施例中，圖6A~6B之接地故障偵測方式皆適用於圖1A與圖1B的三相不斷電裝置(200、200’)。
復參閱圖4A~6B，為求能夠清楚的示意各種接地故障位置所對應的偵測電壓Vab的特定電壓值，因此將圖4A~6B的特定電壓值整合為如下表表示：
Figure 110129718-A0305-02-0018-1
備註：表1為有注入零序電壓ZSV的情況；若是未注入零序電壓ZSV的情況，則ZSV=0。若僅用偵測電壓Vab的直流分量來判斷，則不必考慮是否有注入零序電壓ZSV。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
(S100)~(S300):步驟

Claims (12)

  1. 一種接地故障偵測裝置，係用以偵測一三相不斷電裝置的接地故障，該三相不斷電裝置包括一交流/直流轉換電路，及通過一直流總線耦接該交直流轉換電路的一直流/交流轉換電路，該接地故障偵測裝置包括：一偵測電路，該偵測電路包括一第一偵測端與一第二偵測端；該第一偵測端耦接該交流/直流轉換電路與一第一交流側之間的一第一濾波電路，該第一偵測端除了耦接該第一濾波電路外，還更耦接該直流/交流轉換電路與一第二交流側之間的一第二濾波電路，且該第二偵測端耦接該三相不斷電裝置的一設備接地點；該設備接地點透過一接地電阻耦接一三相電源的一中性線端，且該三相電源耦接該第一交流側；其中，該偵測電路用以根據該第一偵測端與該第二偵測端之間的一偵測電壓指示該三相不斷電裝置是否發生一接地故障及該接地故障所發生的一位置。
  2. 如請求項1所述之接地故障偵測裝置，其中該偵測電路係根據該偵測電壓的一直流分量的一特定電壓值判斷該三相不斷電裝置是否發生該接地故障。
  3. 如請求項1所述之接地故障偵測裝置，其中該第一濾波電路包括：一第一電感組，一端通過該第一交流側耦接該三相電源，且另一端耦接該交流/直流轉換電路；及一第一電容組，一端耦接該第一電感組，且另一端耦接至該第一偵測端；該第二濾波電路包括： 一第二電感組，一端耦接該直流/交流轉換電路，且另一端通過該第二交流側耦接該負載；及一第二電容組，一端耦接該第二電感組，且另一端耦接至該第一偵測端。
  4. 如請求項1所述之接地故障偵測裝置，其中該三相不斷電裝置更包括：一直流/直流轉換電路，耦接該直流總線的一正端與一負端以及一儲能裝置的一正極與一負極。
  5. 如請求項1所述之接地故障偵測裝置，其中該三相不斷電裝置更包括：一第一電容，一端耦接該直流總線的一正端，且另一端為一中點端；一第二電容，一端耦接該直流總線的一負端，且另一端耦接該中點端；及一開關組，包括一第一端點、一第二端點及一第三端點，該第一端點通過該第一交流側耦接該三相電源，該第二端點耦接該第一濾波電路，且該第三端點耦接一儲能裝置的一正極，該儲能裝置的一負極耦接該中點端；其中，該交流/直流轉換電路用以於該第一端點耦該接第二端點時將該三相電源的一三相電壓轉換為該直流總線的一總線電壓，且用以於該第二端點耦接該第三端點時將該儲能裝置的一儲能電壓轉換為該總線電壓。
  6. 如請求項4所述之接地故障偵測裝置，其中該偵測電路包括：一偵測電阻，一端耦接該第一偵測端，且另一端耦接該第二偵測端；及一控制單元，耦接該偵測電阻，且用以根據該偵測電阻所提供之該偵測電壓判斷該三相不斷電裝置是否發生該接地故障及該接地故障所發生的該位置。
  7. 一種三相不斷電裝置的接地故障偵測方法，係用以偵測一三相不斷電裝置的接地故障，該三相不斷電裝置包括依序耦接的一第一濾波電路、一交流/直流轉換電路、一直流總線、一直流/交流轉換電路及一第二濾波電路；該第一濾波電路耦接該第二濾波電路的共接點為一第一偵測端，且該三相不斷電裝置的一設備接地點耦接一第二偵測端；該設備接地點還更透過一接地電阻耦接一三相電源的一中性線端，且該三相電源耦接該第一濾波電路；該接地故障偵測方法包括下列步驟：偵測該第一偵測端與該第二偵測端之間的一偵測電壓；根據該偵測電壓的一特定電壓值判斷該三相不斷電裝置發生一接地故障；及根據該特定電壓值判斷發生該接地故障的一位置。
  8. 如請求項7所述之接地故障偵測方法，更包括：該偵測電壓關聯於該直流總線的一總線電壓，且該特定電壓值用以指示該直流總線發生該接地故障。
  9. 如請求項8所述之接地故障偵測方法，更包括：當偵測到該偵測電壓的一直流分量的該特定電壓值大約為該總線電壓的正值的一半時，判斷該位置為該直流總線的一負端；及當偵測到該特定電壓值大約為該總線電壓的負值的一半時，判斷該位置為該直流總線的一正端。
  10. 如請求項7所述之接地故障偵測方法，更包括：該偵測電壓關聯於該直流/交流轉換電路的一交流側的其中一相電壓，且該特定電壓值用以指示該相電壓所對應的相序發生該接地故障。
  11. 如請求項7所述之接地故障偵測方法，其中該三相不斷電裝置更包括耦接一儲能裝置與該直流總線的一直流/直流轉換電路，該故障偵測方法更包括：該偵測電壓關聯於該儲能裝置的一儲能電壓，且該特定電壓值用以指示該儲能裝置發生該接地故障。
  12. 如請求項11所述之接地故障偵測方法，更包括：當偵測到該偵測電壓的一直流分量的該特定電壓值大約為該儲能電壓的正值的一半時，判斷該位置為該儲能裝置的一負極；及當偵測到該特定電壓值大約為該儲能電壓的負值的一半時，判斷該位置為該儲能裝置的一正極。
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