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moea_joint_essay 106年 [電機] 電力系統與電機機械、電磁學

第 二 題

📖 題組:
如【圖 2】單線圖所示,一部三相同步發電機額定電壓 23.8 kV、額定容量 100 MVA、功率因數 0.8 落後,經Tr1升壓變壓器、輸電線路及Tr2降壓變壓器連接至匯流排以供應一部三相同步電動機,假設發電機正以超出額定電壓的 15 %運轉,若發生一直接三相短路故障於發電機端 P 點處,試求:(計算到小數點後第 3 位,以下四捨五入)(15 分,每小題 5 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (二)

若不考慮故障前電流,則次暫態發電機及電動機電流各為多少?
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不考慮負載電流時,故障電流直接依據阻抗反比由發電機和電動機側分擔。利用分流定理分配總故障電流。

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不考慮故障前電流時,故障電流由兩側提供: 發電機側提供的電流 $I''_{fG} = I''f \times \frac{0.605}{0.15 + 0.605} = -j9.583 \times \frac{0.605}{0.755} = -j7.679 , \text{pu}$ 電動機側提供的電流 $I''{fM} = I''_f \times \frac{0.15}{0.15 + 0.605} = -j9.583 \times \frac{0.15}{0.755} = -j1.904 , \text{pu}$

小題 (一)

次暫態故障電流為多少?
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先建立標么等效電路。取 100 MVA 為基準容量,23.8 kV 為發電機側基準電壓。求出各元件阻抗。計算戴維寧等效阻抗,然後利用故障前電壓 V_f 求出總故障電流。P 點為發電機端點。

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  1. 系統基準值設定:$S_{base} = 100 , \text{MVA}$,發電機側 $V_{base,G} = 23.8 , \text{kV}$。 輸電線側 $V_{base,L} = 154 , \text{kV}$,電動機側 $V_{base,M} = 23.8 , \text{kV}$。
  2. 將各元件阻抗轉換為標么值:

小題 (三)

若考慮故障前電流,則次暫態發電機及電動機電流各為多少?
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考慮故障前電流時,發電機正在供電給電動機。先求出負載電流,然後利用重疊定理,將故障電流貢獻與負載電流相加(注意方向)。

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假設發電機輸出額定功率,負載電流 $I_L = \frac{1 \angle -\cos^{-1}(0.8)}{1.15} = \frac{0.8 - j0.6}{1.15} = 0.696 - j0.522 , \text{pu}$(以 $V_f$ 角度為基準 $0^\circ$) 考慮負載電流方向,發電機送出 $I_L$,電動機吸收 $I_L$。 重疊定理:

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