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2 電力系統的干擾現象

2 電力系統的干擾現象. 本章的目的是介紹干擾現象的定義、分類、發生原因及可能的影響。在實際的電力系統中，有時會出現單一的干擾現象，有時則是許多干擾同時出現，因此對各種干擾現象的深入瞭解有助於我們研判干擾的種類、發生的真正原因與改善之道。. 2.1 干擾現象的分類 表 2.1 國際電工協會對電磁擾動的分類. IEEE-1159 對電力系統干擾現象之定義與分類. IEEE-1159 對電力系統干擾現象之定義與分類. 2.2 電壓驟降.

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2 電力系統的干擾現象

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  1. 2 電力系統的干擾現象 本章的目的是介紹干擾現象的定義、分類、發生原因及可能的影響。在實際的電力系統中，有時會出現單一的干擾現象，有時則是許多干擾同時出現，因此對各種干擾現象的深入瞭解有助於我們研判干擾的種類、發生的真正原因與改善之道。 雲科電機 電力品質實驗室

  2. 2.1 干擾現象的分類表2.1 國際電工協會對電磁擾動的分類 雲科電機 電力品質實驗室

  3. IEEE-1159對電力系統干擾現象之定義與分類 雲科電機 電力品質實驗室

  4. IEEE-1159對電力系統干擾現象之定義與分類 雲科電機 電力品質實驗室

  5. 2.2 電壓驟降 • 電壓驟降 (Voltage dips 或 sags) 可說是電力系統最常見的干擾。在電力線路上的某一點如果電壓突然降到其額定值的10%到90%之間，並持續0.5週波到數秒鐘，則我們把這種干擾現象稱為「電壓驟降」或「電壓瞬降」。 雲科電機 電力品質實驗室

  6. 2.2 電壓驟降 雲科電機 電力品質實驗室

  7. 2.3 電力中斷 • 短暫的電力中斷 (Interruption) 可視為電壓驟降至10%以下，電力中斷的原因可能是線路故障引起電力熔絲燒毀或是斷路器開啟，我們通常僅以持續時間來說明電力中斷的嚴重性，因為電壓的大小都小於正常值的10%。 雲科電機 電力品質實驗室

  8. 2.3 電力中斷 雲科電機 電力品質實驗室

  9. 2.4 持續之電力中斷 • 電壓下降至零且持續時間超過1分鐘的干擾現象可視為持續之電力中斷(Sustained interruptions)。電力中斷超過1分鐘以上的故障表示利用開關復閉無法排除的永久性故障，必須靠人力介入排除才能恢復供電。 雲科電機 電力品質實驗室

  10. 2.5 電壓驟升 • 電壓驟升(Swell)是電源頻率下的電壓有效值上升，其持續時間從0.5週波到1分鐘，其大小通常為1.1到1.8標么。我們仍以「殘餘電壓」來描述電壓驟升的大小，對電壓驟升而言，殘餘電壓永遠大於1個標么。 雲科電機 電力品質實驗室

  11. 2.5 電壓驟升 雲科電機 電力品質實驗室

  12. 2.6 過電壓及欠電壓 • 過電壓(Overvoltage)與欠電壓(Undervoltage, 亦稱「低電壓」或「電壓不足」)同屬於長時間的電壓變動，如果電源頻率下的電壓超出正常範圍的時間超過1分鐘，就可視為過電壓或欠電壓。過電壓與欠電壓通常都不是故障所引起，而是由負載與虛功補償的操作所引起。 雲科電機 電力品質實驗室

  13. 2.6 過電壓及欠電壓 • 過電壓可能由切離大型負載或投入過多的電容器所引起，不良的電壓調整控制最容易導致過電壓，變壓器分接頭不當的設定也是可能的原因之一。 • 欠電壓的原因則與過電壓相反，投入大型負載、無效功率不足、電壓調整設備不良等，都會造成欠電壓。另外，當線路過載時也會有欠電壓的情形。 雲科電機 電力品質實驗室

  14. 2.7 暫態 • 電壓或電流的暫態(Transients)在不同的情況下有不同的定義。 • 廣義的來說，暫態可依電壓或電流的波形分為脈衝式暫態(Impulsive transient)與振盪式暫態(Oscillatory transient)兩類。 雲科電機 電力品質實驗室

  15. 2.7.1 脈衝式暫態 • 脈衝式暫態有時又稱為「尖波」(Spike)，脈衝式暫態發生的原因大多是雷擊波，輸配電線路直接或間接遭到雷電侵襲時發生，由於雷電是單極性電荷，所以脈衝式暫態皆為單極性(正電或負電)。 雲科電機 電力品質實驗室

  16. 脈衝式暫態 雲科電機 電力品質實驗室

  17. 2.7.2 振盪式暫態 • 振盪式暫態有時稱為突波(Surge)，是開關操作與共振電路形成電壓與電流的振盪現象，振盪式暫態的特點包括其主頻率(Predominant frequency)、持續時間及振幅。 • 振盪式暫態可分為高頻、中頻與低頻振盪三類如表2.2所示，頻率範圍的界定與電力系統對應的振盪現象有關。 雲科電機 電力品質實驗室

  18. 振盪式暫態 雲科電機 電力品質實驗室

  19. 振盪式暫態 • 頻率高於500 kHz且持續時間以毫秒計算(即數個主振盪頻率週波)的振盪式暫態歸類為「高頻振盪式暫態」。 • 頻率界於5 kHz到500 kHz之間且持續時間為數十毫秒的暫態，歸類為「中頻暫態」。未充電的電容器投入系統時，和原來已經充電的電容器以及線路的電感所產生的共振暫態，就屬於此類。電纜電路的開關突波暫態，其頻率也在這個範圍內。另外，電力系統的脈衝響應也可能產生中頻暫態。 雲科電機 電力品質實驗室

  20. 振盪式暫態 • 低於5 kHz且持續時間從0.3 ms到50 ms的振盪式暫態屬於低頻暫態，這類振盪現象常發生在二次輸電線路或配電線路，發生的原因很多，但是主要是電容器投入系統所發生的暫態。 • 主頻率低於300 Hz的振盪式暫態有時會出現在配電線路，這類的暫態一般與鐵磁共振(Ferro-resonance)及變壓器的激磁有關，串聯電容所引起的暫態也落在這個頻率範圍之中。 雲科電機 電力品質實驗室

  21. 2.8 電壓不平衡 • 電壓不平衡(Voltage unbalance)是指三相電壓的大小不相等或者任兩電壓之間的相位差不是120度，或是兩種情形同時發生。 • 不平衡的負載，尤其是大型的單相負載如電氣鐵路等，是造成電壓不平衡的主要原因。另外如未換位的輸電線及V-V接線的變壓器等，會造成三相電路阻抗的非對稱，間接的也會造成三相電壓的不平衡。 雲科電機 電力品質實驗室

  22. 電壓不平衡 雲科電機 電力品質實驗室

  23. 2.9 直流成分 • 在交流系統中存在的直流電壓或電流就稱為直流成分(DC offset)，直流成分可能是地磁干擾(Geomagnetic disturbance)或是使用半波整流的整流器所導致，使用電力電子元件的變流器，如果觸發控制的誤差使得正、負半波並非完全對稱，也會產生直流成分。 • 在交流網路中的直流電流具有使變壓器鐵心飽和、增加絕緣材料額外的電氣應力等不良的效應。 雲科電機 電力品質實驗室

  24. 2.10 諧波 • 電壓或電流呈非正弦波形時，通常是含有諧波成分(Harmonics)，諧波是指頻率為基本波頻率整數倍的正弦電壓或電流波，就台灣的電力系統而言，基本波是60 Hz的正弦波。諧波與基本波組合在一起，就呈現出波形的畸變。 雲科電機 電力品質實驗室

  25. 諧波 • 諧波干擾的來源主要來自電力系統元件的非線性(如飽和的變壓器鐵心等)，以及許多汲取非正弦電流的非線性負載(如螢光燈、電力電子整流器、電弧爐等)，這些元件可視為將諧波電流注入電力系統的電流源，當諧波電流流經線路阻抗時便產生諧波電壓降，於是電壓波形畸變就發生了。 雲科電機 電力品質實驗室

  26. 諧波 雲科電機 電力品質實驗室

  27. 2.11 間級諧波與次級諧波 • 如果諧波的頻率不是電源基本波頻率的整數倍，就稱為間級諧波(Interharmonics)，間級諧波的主要來源是變頻器(Cyclo-converter)、感應電動機負載及電弧元件。 雲科電機 電力品質實驗室

  28. 間級諧波與次級諧波 • 歐洲早期的電氣鐵路使用Hz及25Hz的電源，因此需要使用變頻裝置，此為間級諧波的重要來源之一。 • 使用變頻器的產業如水泥、礦冶、軋鋼等，需要低頻且大容量的電源作為驅動軋延機台之用，變頻器的主要功能是把50或60 Hz的電源變為低頻電源輸出，由於輸出的頻率低於電力系統的頻率，經由變頻器的調變就會把低於基頻的諧波注入電力系統，這些頻率低於基頻的諧波一般稱為次級諧波(Subharmonics)，次級諧波的諧波就會成為間級諧波。 雲科電機 電力品質實驗室

  29. 間級諧波與次級諧波 雲科電機 電力品質實驗室

  30. 2.12 電壓凹痕 • 電壓凹痕(Notching)是電力電子設備操作時電流由一相換向(Commutation)至另一相時所發生的週期性電壓擾動。 • 電壓凹痕是一種介於暫態與諧波之間的特殊干擾。電壓凹痕是一種週期性的穩態電壓波形畸變，因此具有諧波頻譜的特性；但從另一方面來看，電壓凹痕所含的高頻成分已經適用於暫態分析的頻率範圍。 雲科電機 電力品質實驗室

  31. 電壓凹痕 • 電壓凹痕另一個嚴重的問題是可能產生額外的電壓零交越點(Zero-crossings)。由於很多控制電路使用電壓的零交越點作為電源的同步訊號，因此零交越點的干擾可能使許多電子控制器產生誤動作。圖2.8的波形就是零交越點受到干擾的例子。 雲科電機 電力品質實驗室

  32. 電壓凹痕 雲科電機 電力品質實驗室

  33. 2.13 電壓波動與電壓閃鑠 • 電壓的大小呈週期性或隨機變化，但是變動的範圍並未超出0.95到1.05標么，這樣的干擾稱為電壓波動(Voltage fluctuations)。負載電流，尤其是電流的無效分量(Reactive component)，如果劇烈變動，則會產生對應的電壓波動。 雲科電機 電力品質實驗室

  34. 電壓波動與電壓閃鑠 • 由負載電流連續且快速變化所產生的電壓波動，有時也稱為電壓閃爍(Voltage flicker)，電壓閃爍是容易引起誤解的名詞，「閃爍」源自於電壓波動對燈具發光強度的影響。正確的因果關係是，變動的負載產生電壓波動，電壓波動造成人類眼睛感受到燈光閃爍(Light flicker)。 • 「電壓閃爍」一詞除了指燈光受電壓波動的影響，也可能泛指電壓波動對所有敏感性設備的影響，與燈光不一定有關。 雲科電機 電力品質實驗室

  35. 電壓波動與電壓閃鑠 雲科電機 電力品質實驗室

  36. 電壓閃爍的調變情形 雲科電機 電力品質實驗室

  37. 2.14 電源頻率變動 • 通常只有輸電系統故障時，例如整個城市的負載突然切離系統或一個大型發電廠忽然被切斷，頻率變動才會超出正常操作的範圍。 • 頻率大幅變動的情形一般發生在單一發電機供電的獨立系統，發電機的限速器(Governor)一般無法對負載變動即時反應，因而發生頻率變動的情形。 雲科電機 電力品質實驗室

  38. 小結 • 電力系統的干擾現象即為電力品質之問題，從干擾現象發生時間的長短，可以分為暫態、短時間電壓變動、長時間電壓變動及穩態之干擾。 • 干擾現象的分類有助於判別干擾的來源及可能的影響，也有助於瞭解干擾的機制。 • 本章所介紹的干擾現象都是常見且重要的電力品質課題，其它如電磁場干擾、雜訊等問題，也可能造成電力品質的危害，也是值得重視的問題。 雲科電機 電力品質實驗室

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