Lecture 05

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陂暨
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1 ecture 07 Fault current ( Meiling CHEN 005

2 故障電流的來源 :. 發電機所產生之故障電流由發電機供電之線路, 發生短路故障時, 因其激磁及速度仍正常, 其感應的電壓就產生短路電流, 電流之大小受發電機及線路的阻抗限制. 同步電動機所產生之故障電流故障時, 因產生異常的故障電流而使系統產生相當大的壓降, 此時同步電動機自系統中所接收的電能不足以驅動其負載同時, 同步機之內部感應電壓反使電流流向故障點 3. 感應電動機所產生之故障電流感應電動機所供給的故障電流, 乃因故障發生後之慣性作用使之暫成發電機作用而產生的 4. 電容器所產生之故障電流在發生事故時, 電力電容器會向系統放電, 通常為時間極為短暫之高頻電流, 故電力電容器在故障電流方面的效應通常不計 Meiling CHEN 005

3 台電 G M SM Meiling CHEN 005 3

4 故障發生時線路之阻抗 : ( 電纜的阻抗 (erie impedance ( 變壓器之交聯電抗 (leakage reactance (3 電源短路電抗 (4 故障點阻抗 (5 電動機的電抗. 次暫態電抗 (ubtranient reactance 短路發生後前一週之電抗值. 暫態電抗 (tranient reactance 短路發生後約 0.5 秒之電抗值 3. 同步電抗 (ynchronou reactance 計算穩態短路電流之電抗值故障發生型態 :. 三相短路. 二相短路 3. 二相短路且接地 4. 單相接地故障電流小於三相短路 Meiling CHEN 005 4

5 配電系統發生短路故障時, 除了電力公司的發電機 ( 電源會供給短路電流外, 工廠裡的同步電動機, 電力電容器及感應電動機等, 亦為短路電流的主要來源計算短路電流時, 一般皆簡單地將旋轉電機之電抗分為 : Xd -- 次暫態電抗, 為發生短路時第一週波的電抗值 Xd -- 暫態電抗, 為發生短路 0.5 秒至秒的電抗值 Xd -- 同步電抗, 為計算穩態短路電流的電抗值 Meiling CHEN 005 5

Meiling CHEN 005 6 如 [ 圖 4-3] 之直流串聯電路, 當開關 S 關上時, 其電流值依 E

6 Meiling CHEN 如 [ 圖 4-3] 之直流串聯電路, 當開關 S 關上時, 其電流值依 E E E / ( / ( ( E [( - i(0] ( E dt di i e ( E i(t t 非對稱短路電流 :

7 對稱及非對稱短路電流下圖之交流電路, 相當於配電系統發生短路故障時的情形, 當開關 S 關上時可解得故障電流 i V Z di i Vin(ωt α dt [in(ωt αθ in(αθ e 交流穩態 [in(ωt αθ 直流暫態 in(αθ e t t ] ] Meiling CHEN 005 7

8 最大非對稱短路電流之有效值為對稱電流有效值 ( 之 3 倍 [ 圖 4-5] 為典型的短路電流約 6cycle 消失 [ 圖 4-5] Meiling CHEN 005 8

9 V t i ( t [in( ωt α θ in( α θ e ] z 交流穩態 V i ( t [in( ωt α θ ] z 直流暫態約 6 週會消失 i( t V [ in( α θ e z t ] y 最壞情況是 ay ( α θ 90 in( α θ 0 K ay y 非對稱電流部分是情況用 K 值修正計算對稱電流部分 Meiling CHEN 005 9

10 考慮單相情況 i( t i( t i( t let ( α θ 90 max V z [in( ωt α θ in( α θ e [in( ωt 90 max coωt o max in( 90 e t o o e t ] t ] AC 令 AC MS 則 DC MS i(t 最大的有效值為 DC ( 3 K 3 ay max y 3 直流加交流非對稱電流最大值交流對稱電流最大值 Meiling CHEN 005 0

11 Meiling CHEN 005 考慮三相情況 ] 0 in( 0 [in( ( ] in( [in( ( 0 in( 0 [in( ( max max max t o o c t b t o o a e t t i e t t i e t t i θ α θ α ω θ α θ α ω θ α θ α ω 每相之最大非對稱電流並不相同故一般非對稱電流以平均值估計 K 值亦與短路時間 t 及 X/ 有關因為因此 : ( t 固定時,/ 即 X/, K ( 低壓系統 ( X/ 固定, t K t e t e

12 Meiling CHEN 005

13 How to find K? 啟斷容量 (nterruption capacity:. 600V 以上電路, 依斷路器之動作時間, 按下列標準選定 K 值動作時間週 3 週 5 週 8 週以上 K 值但匯流排之短路容量在 5OOMVA 以上者, 上列 K 值應加 V 以下低壓斷路器, 以三相平均值為額定的斷路器,K.5 瞬間電流容量 (ntantaneou current capacity: 計算瞬間電流容量時,K 值之選用原則如下 :. 600V 以上高壓系統, 一般情形,K V 以下,600V 以上, 且無局部自備發電機之系統,K V 以下之開關設備, 其瞬間電流容量, 與啟斷容量相同 4. 配電系統有較長的電纜時, 依實際 X/ 值, 按 [ 圖 4-6] 計算 0.5 週波時的 K 值應配合設備之裝置地點以選用暫態次暫態電抗及 K 值 Meiling CHEN 005 3

14 example 50MVA 上例之標么阻抗圖 :.4KV 750KVA x 5.5% / 480V Fault point Sb 750 KVA, Vb 480v 3φ,750Hp,480V M x 5% X tr Fault point ( X // X tr X m 750 X pu 50 X m 0. 5pu ~ pu ~ pu ~ pu Meiling CHEN 005 4

15 大豐變電所 0MVA 6kV/.8KV 和美工業區預估終期供電量,400,000KW, 由台電公司於區內規劃與興建超高壓變電所 (345KV/6KV 一座及配電變電所 (6KV/.8KV 數座, 沿區內道路預埋 6KV/.8KV 或.4KV 輸配電線管路 Meiling CHEN 005 5

16 交流穩態分析對稱電流 ( X X // X tr m y( pu 9. 4 pu 750k y y( pu b A ay k y A 500A 因為故障點在低壓端 (480v 低壓側 (X/<6 較小所以電流消失較快 K 值一般選擇較小值.5 Meiling CHEN 005 6

17 example 500MVA 69KV 5000KVA x 7% / 3.45 KV 3.45KV 500KVA x 5.75% / 480V F 500Hp M x 5% S V V V b b b b3 5MVA 69kv 3.45kv 480v F SM M 000Hp x 5%, x Hp x 0% 5% 5 X m pu X pu 500 ~ pu X tr 0.07 X tr F F pu ~ X X SM SM ~ 5 5 pu pu 0.65pu 5 X m. pu 0 ~ pu Meiling CHEN 005 7

18 瞬時容量 : 故障發生時瞬時最大電流 ; 高壓側故障 K 選.6 ~ pu X th 在 F 故障時 X X tr // X m // X M //( X tr X m X th pu ( y ay b 597A k A y 啟斷容量 : 故障發生 6 週後, 感應機不再提供電流 ; 同步機改用較大之暫態電抗.k 值選 X th ( X X tr // X m pu y ay b 755A k A y Meiling CHEN 005 8

19 在 F 故障時啟斷容量 : 低壓側 K 值選.5 X th { X tr [( X X tr // X m // X M ]}// X m 0. 9 pu y ay b 0.9 k y 3653A A Meiling CHEN 005 9

20 example 4000 / 5 x CT Ω / 5 x CT Ω F 50MVA.4KV 500KVA x 5.7% / 380v x B ~ 0V xbu Ω Ω m M M M 500hp 380v x 5% 用此例來看計算低壓端短路故障時忽略 CT 及 BUS 之阻抗是否恰當 Fault point x xtr xb xct xbu xct ~ pu x M Meiling CHEN 005 0

21 Meiling CHEN 005 v V kv V KVA S b b b pu x pu k k x pu k k x pu k k x pu k x pu M k x m CT B bu tr ( ( ( Fault point ~ pu x CT x M ka ka ka k pu pu ay y 考慮 CT 及 BUS 阻抗下

22 忽略 CT 及 BUS 阻抗下 Fault point ~ pu x M y ay pu k 66.8kA pu kA 83.5kA % 7 7.6% 計算低壓端短路故障時不宜忽略 CT 及 BUS 之阻抗 Meiling CHEN 005

23 Meiling CHEN example 4.9%. 480 /.4 j x KVA v KV 50MVA M M F 5% 400 x hp 5% 500 x hp F / (0.8 6;70 50 km j m mm Ω mm 00m 6; 50 Ω b b b b b Z A k v V kv V KVA S pu j j z pu j j z pu j M K x l l ( ( line 一般 600v 以下之低壓系統 X/<6 電阻不宜忽略

24 ~ pu pu ~ ~ X Z tr F Z l Z M F pu z z M M (0.047 (0.047 j j Z l j0.5pu j0.65pu Z M 以 X/ 6 近似推導出 0.5/ F 故障時之故障電流 Z th y ay X Z y //( Z Z //( Z 6.6KA. 6.6KA Z ( tr l M l M k 0.8 相較於 F 9.5KA j Meiling CHEN 005 4

25 單相短路故障電流計算不論是接地或短陸均屬非對稱故障, 及故障電流會因各相序不同而不相同為簡化計算起見以各相均相等來考慮單相系統短路時, 則需考慮導線的阻抗以二倍計算計算短路電流時, 電源的阻抗為三相系統時的兩倍, 其餘計算方式則相同 X tr Fault point X X line ~ pu Meiling CHEN 005 5

26 x x x 台電 X ~ pu Meiling CHEN 005 6

27 單相 3 線制 0v 0v X tr 變壓器阻抗是以 0 為基準當 0v 短路時只有一半被短路 X tr Z Z 0 pu 0 pu Z Z Z 0real 0bae 0 pu Z (0 S 0real b Z (0 Sb (0 S 0 pu b 因為變壓器構造的關係 : X 0pu 0pu.44.X 0pu 0pu Meiling CHEN 005 7

Meiling CHEN 005 8 example A k pu Z Z Z z pu M k z b ay tr tr

28 Meiling CHEN example A k pu Z Z Z z pu M k z b ay tr tr % 00kVA 00MVA

X X Z tr tr ay X 50k 0.0005 pu 00M.44 0.0 0.07 pu. 0.03 Z k 0.037 0.

29 example 單相 50KVA 的變壓器, 阻抗為 (. j3.0%, 二次側為單相三線 0/0V, 電源側三相短路容量為 00MVA, 其二次側 0V 的相線與中性點短路故障, 試求非對稱短路電流 X X Z tr tr ay X 50k pu 00M pu Z k Z tr pu 0.07 b.5.5 j( k 0 查表得 k pu 4000A Meiling CHEN 005 9

<4D6963726F736F667420576F7264202D20B7E7C1A6B7A2B5E7B3A1B5E7C6F8C9E8B1B8BCB0CFB5CDB3BCBCCAF5B9E6B7B62E646F63>

<4D6963726F736F667420576F7264202D20B7E7C1A6B7A2B5E7B3A1B5E7C6F8C9E8B1B8BCB0CFB5CDB3BCBCCAF5B9E6B7B62E646F63> 一接入电力系统风力发电场电气设备及系统技术规范接入系统方案设计应从全网出发, 合理布局, 消除薄弱环节, 加强受端主干网络, 增强抗事故干扰能力, 简化网络结构, 降低损耗, 并满足以下基本要求 : 网络结构应该满足风力发电场