Lecture 07
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Lecture 07. Fault current (I). 故障電流的來源 :. 1. 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 。. 2. 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

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Lecture 07

Lecture 07

Fault current (I)

Meiling CHEN 2005


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故障電流的來源:

1.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

2.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。

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台電

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故障發生時線路之阻抗:

  • 電纜的阻抗(series impedance)

  • 變壓器之交聯電抗(leakage reactance)

  • 電源短路電抗

  • 故障點阻抗

  • 電動機的電抗

    • 1.次暫態電抗(sub-transient reactance)短路發生後前一週之電抗值

    • 2.暫態電抗(transient reactance)短路發生後約0.5秒之電抗值

    • 3.同步電抗(synchronous 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

  • 二相短路且接地

  • 單相接地

故障電流小於三相短路

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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2秒的電抗值

Xd --同步電抗,為計算穩態短路電流的電抗值

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非對稱短路電流:

如[圖4-3]之直流串聯電路,當開關S關上時,其電流值依

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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

可解得故障電流

交流穩態

直流暫態

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最大非對稱短路電流之有效值為對稱電流有效值(I)之 倍。

[圖4-5]為典型的短路電流。

約6cycles 消失

[圖4-5]

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交流穩態

最壞情況是

直流暫態約6週會消失

非對稱電流部分是情況用K值修正

計算對稱電流部分

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考慮單相情況

AC

DC

令 AC RMS =I 則 DC RMS=

i(t)最大的有效值為

直流加交流非對稱電流最大值

交流對稱電流最大值

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考慮三相情況

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/R 有關因為

  • t 固定時,R/L 即X/R  , K  (低壓系統)

  • X/R固定, t  K 

因此:

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動作時間

2週

3週

5週

8週以上

K值

1.4

1.2

1.1

1.0

How to find K?

啟斷容量(Interruption capacity):

1. 600V以上電路, 依斷路器之動作時間,按下列標準選定K值

但匯流排之短路容量在5OOMVA以上者,上列K值應加0.1。

2. 600V以下低壓斷路器,以三相平均值為額定的斷路器,K=1.25。

瞬間電流容量(Instantaneous current capacity):

計算瞬間電流容量時,K值之選用原則如下:

1. 600V以上高壓系統,一般情形,K=1.6

2. 5000V以下,600V以上,且無局部自備發電機之系統,K=1.5

3. 600V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/R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

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example

Fault point

上例之標么阻抗圖:

Fault point

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大豐變電所

120MVA 161kV/22.8KV

和美工業區預估終期供電量1,400,000KW,由台電公司於區內規劃與興建超高壓變電所(345KV/161KV)一座及配電變電所(161KV/22.8KV)數座,沿區內道路預埋161KV/22.8KV或11.4KV輸配電線管路

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交流穩態分析 對稱電流

因為故障點在低壓端(480v)低壓側(X/R<6)較小所以電流消失較快

K值一般選擇較小值1.25

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example

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在F1故障時

瞬時容量:故障發生時瞬時最大電流;高壓側故障K選1.6

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1

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在F2故障時

啟斷容量: 低壓側K值選1.25

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example

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

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Fault point

考慮CT及BUS阻抗下

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忽略CT及BUS阻抗下

Fault point

計算低壓端短路故障時不宜忽略CT及BUS之阻抗

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一般600v以下之低壓系統X/R<6電阻不宜忽略

example

6 lines

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以X/R6近似推導出R=0.25/6=0.0417

F1故障時之故障電流

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相較於F2


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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。

Fault point

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台電

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單相3線制

變壓器阻抗 是以220為基準當110v短路時只有一半被短路

因為變壓器構造的關係:

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example

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example

單相50KVA的變壓器,阻抗為(1.2+ j3.0)%,二次側為單相三線110/220V,電

源側三相短路容量為100MVA,其二次側110V的相線與中性點短路故障,試

求非對稱短路電流。

查表得k=1.055

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