為居家用電安全把關的新門神
 
2018/06/07
 
涂煥昌 | 《科學發展》特約文字編輯
 
 

去年11月22號深夜,新北市中和一幢老舊公寓頂樓的木造違建發生重大火警,造成9死2傷的悲劇。在台灣的都會地區,類似的公安事件幾乎每年深冬都會發生。分析災害發生的原因,除卻「違建」、「消防安全」之外,幾乎都與「電線走火」離不開關係。

 

「電線走火」大都源自電線的「短路現象」,想要避免這個情況,除了使用電器時不要過度負載外,另一個較難以防患的隱憂,就是埋藏在牆面背後的電路管線,特別是中古成屋。那些深埋在地板下或裝潢背後的老舊電線,其表面的塑膠套經年累月下來很可能因蟲蛀、鼠咬,甚至老化龜裂,而形成電線外露的危險情況,「電線短路,促成走火」的危機隨時可能發生。

 

景文科技大學電子工程系的章學賢教授表示,對於一般使用牆壁插座的家用電器,市面上已有監控單一插座用電的產品。但有些住家的插座數量動輒十多個以上,若要逐一安裝監控設備,必會大量增加設備成本及維修的費用,實在是不切實際。他認為比較務實的做法是以「整體線路」為範圍,做全面性的監控,而非針對單一「使用端點」。對此,章教授研發出一套「非侵入式」的電力監控模式,能在總電源線進入住戶之處就進行全面性的安全監控。

 

章教授的構想是:先在居家的電力供給入口處(即住戶的總電箱位置,而非電力公司的分電盤)加裝電壓與電流的感測裝置,再與監控分析系統連線。如此經由量測電壓與電流的「波型」,便可透過信號處理、分析、特徵萃取與辨識等技術,掌握戶內各條線路的負載情形,以及各個線路發生短路、故障的可能性。

 

章教授進一步說明,不同情況的短路,其電壓電流的「波型」也會呈現不同的「特徵信號」。當電路「短路」時,可針對這些細微且獨特的信號變化,再結合「小波轉換」及Parseval定理發展出的「特徵萃取演算法」,就能清楚地分析出線路發生故障的「位置」與「種類」。

 

章教授這套分析方法能以經濟、務實的做法,對全戶的線路系統做即時的監控。他強調,這套電力分析方法只是居家用電安全防護的「上游」,更重要的是,在發現電力異常訊號之後,要能有立即與妥善的處置。

 

其實「電線短路」的當下,造成的傷害都不大,然而因為這些「星星小火」被忽略了,才導致後續重大火災的發生。因此他也建議,一旦監控系統發現電力訊號異常,接下來的「反應」可以朝向人工智慧及配電自動化處理的方向繼續研發,讓居家電力防護能自動、即時、全面化,以有效防止這類重大災害的發生。

 

章教授這套電力異常信號分析方法,尚有許多發展的空間。他進一步分享,雖然這方法是針對一般家庭用電的「低負載量」型態,但只要稍加調整,就可應用在工廠及商業大樓的「中高負載量」型態,甚至是「超高負載量」的能源電力輸配電網路骨幹方面。這套「非侵入式」、「低建置成本」的全方位電力監控方法,可說是未來守護電力安全的新幫手。

 
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