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地特四等申論題 107年 [電力工程] 輸配電學概要

第 一 題

📖 題組:
三、如下圖所示之單相三線配電系統,兩個單相電壓源 VAN、VNB經由三條 1 Ω 之配電線路供電給兩個單相負載 Zan、Zbn。已知圖中 VAN = VNB = 240∠0° V,Zan = 24 − j2 Ω,Zbn = 15 + j4 Ω。試求: (一)線路電流相量 IAa、IBb、INn。(10 分) (二)兩個單相負載個別吸收的實功及虛功,以及兩個單相負載吸收之實功、虛功總和。(5 分) (三)三條配電線路之個別功率損失與配電線路之功率損失總和。(5 分) (四)兩個單相電壓源個別輸出的實功及虛功,以及兩個單相電壓源輸出之實功、虛功總和。(5 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

線路電流相量 IAa、IBb、INn。(10 分)

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本題為典型的單相三線式配電系統計算。建議使用網目分析法(Mesh Analysis)或節點電壓法(Nodal Analysis)建立聯立方程式。因電路具備兩個明顯迴路,設定網目電流後,列出克希荷夫電壓定律(KVL)方程式即可求解出各線路電流。

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【解題關鍵】利用網目分析法(Mesh Analysis)建立 KVL 迴路方程式,求解各網目電流後再推導出線路電流。 【解答】 計算:

小題 (二)

兩個單相負載個別吸收的實功及虛功,以及兩個單相負載吸收之實功、虛功總和。(5 分)

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本題測驗單相三線系統的功率計算。看到此題,應先利用前一子題(或重新列網孔方程式)求得的負載電流,搭配複數功率公式 S = |I|²Z 分別求出兩負載的實功與虛功。注意計算過程中使用「電流大小的平方」可避免相角運算導致的四捨五入誤差,最後將兩者實功與虛功分別相加即可得總和。

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【解題關鍵】利用各負載電流大小的平方,代入視在功率公式 $S = |I|^2 Z = P + jQ$ 分別求出實功與虛功後加總。 【解答】 計算:

小題 (三)

三條配電線路之個別功率損失與配電線路之功率損失總和。(5 分)

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本題測驗線路功率損失的計算。解題關鍵在於利用前一小題求得的各條配電線路電流相量,因為線路電阻皆為實數,直接代入 $P = |I|^2 R$ 公式,計算出個別線路的實功損失,最後將三者相加即可得到總和。

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【解題關鍵】配電線路之功率損失公式為 $P_{loss} = |\mathbf{I}|^2 R$,將各線路電流之大小平方乘上線路電阻即可求得。 【解答】 計算:

小題 (四)

兩個單相電壓源個別輸出的實功及虛功,以及兩個單相電壓源輸出之實功、虛功總和。(5 分)

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本題重點在於計算電壓源的輸出功率。首先需引用前面算出的線路電流(IAa 與 IBb),並特別注意「下方電壓源 VNB 的正端是 N」,因此從正端流出的電流應為 -IBb。最後代入複數功率公式 S = VI* 即可分離出實功與虛功。

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【解題關鍵】計算個別電源的複數功率 S = VI*,關鍵在於正確判斷流出各電壓源「正端」的電流相量。 【解答】 計算:

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