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

第 三 題

📖 題組:
有一負載 23.8 kV、50 MVA,功率因數 0.9 落後如【圖 1】所示,由二部 Y-∆接之變壓器並聯供給,每部變壓器一次側額定電壓為 161 kV,二次側額定電壓為 23.8 kV,#1 變壓器額定容量為 32 MVA、X1=0.088 pu,#2 變壓器額定容量為 18 MVA、X2=0.072 pu,試求:(計算至小數點後第 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 (三)

若 #1 變壓器一次側電壓改以 154 kV 供給,#2 變壓器一次側電壓仍維持 161 kV 供給,結果 #1 變壓器二次側電壓比 #2 變壓器二次側電壓高 5 %之壓升,負載仍為 50 MVA,則 #1 變壓器及 #2 變壓器,各分別輸出多少?(MVA)
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當兩部變壓器變壓比或一次側電壓不同時,會產生循環電流(環流)。總輸出視在功率為負載分流加上環流所致之功率。首先計算電壓差造成的循環功率,再疊加原本的負載分配。

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#1 側二次側開路電壓標么值:$V_1 = 1.05 \angle 0^\circ , \text{pu}$(假設 #2 為基準 $1.0 \angle 0^\circ , \text{pu}$,因題述壓升 5%) 環流造成的視在功率變化 $\Delta S = \frac{\Delta V}{Z_1 + Z_2} \times V^* \approx \frac{0.05}{j0.675} = -j0.07407 , \text{pu} = -j7.407 , \text{MVA}$(基於 100MVA 基準) 注意此循環虛功由高壓側流向低壓側,即 #1 流向 #2。

小題 (一)

#1 變壓器及 #2 變壓器,各分別輸出多少?(MVA)
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先統一將兩變壓器的阻抗轉換到相同的系統基準容量(例如 100 MVA)。然後利用並聯分流原理,視在功率依據導納比例分配。計算出兩部變壓器的負載量。

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設基準容量 $S_B = 100 , \text{MVA}$。 $X_1(new) = 0.088 \times \frac{100}{32} = 0.275 , \text{pu}$ $X_2(new) = 0.072 \times \frac{100}{18} = 0.400 , \text{pu}$

小題 (二)

為使任一部變壓器不發生超載之情形下,可供給之最大負載為多少?(MVA)
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由於兩變壓器阻抗標么值不同,其負載分配不完全依照額定容量比例。先找出哪一部變壓器會先達到額定容量(超載瓶頸)。利用前述的阻抗分配比例,設定瓶頸變壓器達到其額定,求出總負載。

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判斷誰先超載: $\frac{S_1}{S_{1,rated}} = \frac{1/0.275}{32} \propto 0.1136$ $\frac{S_2}{S_{2,rated}} = \frac{1/0.400}{18} \propto 0.1389$

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