Lecture 07 Fault current (I) Meiling CHEN 2005

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 。 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。 Meiling CHEN 2005

台電 Meiling CHEN 2005

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 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 Meiling CHEN 2005

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 Meiling CHEN 2005

如[圖4-3]之直流串聯電路，當開關S關上時，其電流值依 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 Meiling CHEN 2005

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 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 交流穩態 直流暫態 Meiling CHEN 2005

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] Meiling CHEN 2005

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 Meiling CHEN 2005

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 Meiling CHEN 2005

t 固定時,R/L 即X/R  , K  (低壓系統) X/R固定, t  K  因此: 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: Meiling CHEN 2005

Meiling CHEN 2005

啟斷容量(Interruption capacity): 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 動作時間 2週 3週 5週 8週以上 K值 1.4 1.2 1.1 1.0 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 Meiling CHEN 2005

example Fault point 上例之標么阻抗圖: Fault point ~ ~ ~ Meiling CHEN 2005

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 Meiling CHEN 2005

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 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 Meiling CHEN 2005

example ~ ~ ~ ~ Meiling CHEN 2005

瞬時容量:故障發生時瞬時最大電流;高壓側故障K選1.6 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 Meiling CHEN 2005

在F2故障時 啟斷容量: 低壓側K值選1.25 Meiling CHEN 2005

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 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 ~ Meiling CHEN 2005

Fault point ~ 考慮CT及BUS阻抗下 Meiling CHEN 2005

計算低壓端短路故障時不宜忽略CT及BUS之阻抗 Fault point ~ 計算低壓端短路故障時不宜忽略CT及BUS之阻抗 Meiling CHEN 2005

一般600v以下之低壓系統X/R<6電阻不宜忽略 example 6 lines Meiling CHEN 2005

~ ~ ~ 以X/R6近似推導出R=0.25/6=0.0417 F1故障時之故障電流 相較於F2 Meiling CHEN 2005

Fault point ~ 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 ~ Meiling CHEN 2005

 台電 ~ Meiling CHEN 2005

變壓器阻抗 是以220為基準當110v短路時只有一半被短路 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: Meiling CHEN 2005

example Meiling CHEN 2005

example 查表得k=1.055 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 Meiling CHEN 2005