1、Meiling CHEN 20051Lecture 06故障電流(Fault current )(1)故障電流來源(2)故障型式(3)故障電流計算Meiling CHEN 20052故障電流的來源故障電流的來源 : 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 。1. 1.發電機所產生之故障電流發電機所產生之故障電流2. 2.同步電動機所產生之故障電流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
2、流向故障點。3. 3.感應電動機所產生之故障電流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. 4.電容器所產生之故障電流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 20053發電機發電機同步電動機同步電動機感應電動機感應電動機電容器電容器電力系統電力系統故障點故障點故障電流的來源故障電流的來源 :時間太短時間太短忽略不計忽略不計Meiling CHEN 20054故障發生時線路之阻抗故障發生時線路之阻抗 :(1)
3、 電纜的阻抗(series impedance) (2) 變壓器之交聯電抗(leakage reactance)(3) 電源短路電抗(4) 故障點阻抗(5) 電動機的電抗短路發生後前一週之電抗值短路發生後前一週之電抗值短路發生後約短路發生後約0.5秒之電抗值秒之電抗值穩態短路電流之電抗值穩態短路電流之電抗值電動機的電抗Meiling CHEN 20055故障發生型態故障發生型態:討論議題Q: 哪一類型最嚴重?Meiling CHEN 20056如圖4-3之直流串聯電路，當開關S關上時，其電流值依sRELRsREsLRsLEsI/)(/)()(sEi(0)-LsI(s)RI(s)EdtdiLRi
4、)e(1REi(t)tLR非對稱短路電流非對稱短路電流: :Meiling CHEN 20057)Vsin(t2dtdiLRi可解得故障電流e)sin()sin(tZV2itLRe)sin()Isin(t2tLR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對稱及非對稱短路電流直流暫態直流暫態交流穩態交流穩態Meiling CHEN 20058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。3圖4-5約6cycles 消失Meiling CHEN 20059直流暫態約直流暫態約6 6週會消失週會消失交流穩態交流穩態sy
5、ItzVti)sin(2)(Meiling CHEN 200510asytLRIetzVti)sin()sin(2)(交流穩態交流穩態直流暫態約直流暫態約6 6週會消失週會消失syItzVti)sin(2)()sin(2)(tLRezVti最壞情況是1)sin(90)(0syasyIIK 計算對稱電流部分非對稱電流部分是情況用K值修正Meiling CHEN 200511tLRtLRootLReItItietItietzVtimaxmaxmaxcos)()90sin()90sin()()sin()sin(2)(olet90)(ACDC令 AC RMS =I 則 DC RMS=I2i(t)最大的
6、有效值為III3)2(2233maxIIIIKsyasy直流加交流非對稱電流最大值交流對稱電流最大值考慮單相情況Meiling CHEN 200512考慮三相情況)120sin()120sin()()sin()sin()()120sin()120sin()(maxmaxmaxtLRooctLRbtLRooaetItietItietIti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 有關因為因此: (1) t 固定時,R/L 即X/R , K (低壓系統)(2) X/R固定, t K tLRetLReMeiling CHEN 200513Meiling
7、 CHEN 200514計算線路標么阻抗決定所需阻抗計算對稱故障電流計算非對稱故障電流啟斷容量: K=1.25(低壓)K=11.4 (高壓依啟斷時間)瞬時容量: K=1.6(高壓)K=1.25(低壓瞬時容量=啟斷容量)計算故障電流真實值故障電流計算步驟Meiling CHEN 200515How to find K?啟斷容量(Interruption capacity):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
8、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1.41.21.11.0 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。 Meiling CHEN 200516M%25480,750,3 xVHp%5 . 5750480/4 .11xKVAVKVMV
9、A250上例之標么阻抗圖:vVKVASbb480,750puXs003. 01000250750055. 0trXpuXm25. 0exampleFault pointFault pointpu1pu1pu1mtrsXXX/)(Meiling CHEN 200517交流穩態分析 對稱電流 puIpusy24.19052. 01)(052. 0/)(mtrsXXXAkIIIbpusysy18040348075024.19)(AAkIIsyasy225001804025. 1因為故障點在低壓端(480v)低壓側(X/R6)較小所以電流消失較快K值一般選擇較小值1.25Meiling CHEN 20
10、0518M%251500 xHp%7500045. 3/69xKVAKVKVMVA1500SM%25%,152000 xxHpIM%201000 xHp%75. 51500480/45. 3xKVAVKV1F2Fexample07. 01trXpuXm833. 025. 05 . 151pu1pu1pu1pu12F1F19. 00575. 05 . 152trXpuXs0033. 015005vVkvVkvVMVASbbbb48045. 3695321puXm12 . 0152puXpuXSMSM625. 025. 0375. 015. 02525Meiling CHEN 200519瞬時容量
11、:故障發生時瞬時最大電流;高壓側故障K選1.6pu1puXXXXXXXthmtrIMsmtrs0547. 0)/(/)(121thXAkIIAIIsyasybsy243426 . 115297152970547. 012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1puXXXXsmtrsth0656. 0/)(1AkIIAIIsyasybsy12755112755127550656. 012在F1故障時Meiling CHEN 200520在F2故障時puXXXXXXXmIMsmtrstrth19. 0/)(112AkIIAIIsyasybsy3956625.
12、 1316533165319. 012啟斷容量: 低壓側K值選1.25Meiling CHEN 200521exampleM%7 . 52500220380/4 .11xKVAVvKVMVA150MM1F00007. 05/1000CTx00007. 05/4000CTxmbusx310092. 000008. 0Bx%253802500 xvhp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 pointpu1sxtrxBxCTxbusxCTxMxMeiling CHEN 200522vVkvVKVASbbb3804 .11100021puxpukkxpukkxpukk
13、xpukxpuMkxmCTBbustrs1 . 02500100025. 000048. 0)38. 0(100000007. 0000554. 0)38. 0(100000008. 000509. 0)38. 0(1000810092. 0022. 025001000057. 00067. 015010002223Fault pointpu1CTxMx03558. 0kAkAIkAkpupuIasysy718 .5625. 18 .563803100002672. 01考慮CT及BUS阻抗下Meiling CHEN 200523Fault pointpu1Mx02946. 0忽略CT及BUS
14、阻抗下kAkAIkAkpupuIasysy5 .838 .6625. 18 .663803100002946. 01%6 .17%10071715 .83計算低壓端短路故障時不宜忽略CT及BUS之阻抗Meiling CHEN 200524example%9 . 42 . 11000480/4 .11jxKVAvKVMVA2502M1M1F%25400 xhp%25500 xhp2F)/0887. 0128. 0(70; 61502kmjmmmmmm100; 615022304. 08 .120234808 .1202348010004804 .111000221bbbbbZAkIvVkvVKV
15、ASpujjzpujjzpujMKxlls0134. 00194. 048. 012100070)0887. 0128. 0(0192. 002778. 048. 0121000100)0887. 0128. 0(004. 0250100022216 lines一般600v以下之低壓系統X/R6電阻不宜忽略Meiling CHEN 200525pu1pu1pu12F1FsXpujjzpujjzMM625. 01042. 04001000)25. 00417. 0(5 . 00833. 05001000)25. 00417. 0(21以X/R6近似推導出R=0.25/6=0.0417F1故障時之
16、故障電流trZ1lZ2lZ1MZ2MZKAKAIkIKAIjZZZZZXZsyasysyMlMltrsth15.2926.2611. 126.268 .12020458. 0104581. 004771. 000995. 0)/()/()(2211相較於F2Meiling CHEN 200526單相短路故障電流計算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。 trXFault pointpu1sX2line
17、X2Meiling CHEN 200527sxsxsxpu1sX2台電Meiling CHEN 200528單相3線制trXv220v110變壓器阻抗 是以220為基準當110v短路時只有一半被短路trXpupubbpubrealbaserealpuZZSSZSZZZZ22011022220212220211101101102)110()220()110(因為變壓器構造的關係: pupupupuXXRR2201102201102 . 144. 1Meiling CHEN 200529exampleAIkIpuZZZzpuMkzbasytrstrs2840922010000002. 0125.
18、102. 0102. 0018. 0002. 02018. 0001. 0100100%8 . 1100kVAMVA100Meiling CHEN 200530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。exampleAkIkIpujZZZpuXpuRpuMkXbasytrstrtrs14000110500405. 0125. 102. 010405. 0)001. 0036. 0(0172. 02036. 003. 02 . 10172. 0012. 044. 10005. 010050151. 20172. 0037. 0RX查表得k=1.055
