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普考申論題 111年 [電力工程] 電工機械概要

第 一 題

📖 題組:
一部三相變壓器組、供應 300 kVA 之負載容量,線電壓額定值為 34.5/13.8 kV。若此三相系統供電的變壓器組,由兩個單相變壓器之開 Y-開 Δ 連接所組成。 (一)試繪製以兩個單相變壓器組合之開 Y-開 Δ 連接的三相變壓器接線圖。(10 分) (二)試求每一單相變壓器之高壓側與低壓側的相電壓額定值及各單相變壓器所需的最低 kVA 容量值。(15 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

試繪製以兩個單相變壓器組合之開 Y-開 Δ 連接的三相變壓器接線圖。(10 分)

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  1. 辨識結構:題目要求的是「開 Y-開 Δ」(Open Y - Open Delta),這意味著高壓側是 Y 接但缺一相(中性點需引出),低壓側是 Δ 接但缺一相(V-V接)。
  2. 繪圖重點:先畫出兩個單相變壓器的繞組(一次側與二次側)。一次側(高壓)兩繞組的一端接中性點 (N),另一端分別接 A、B 相。二次側(低壓)則呈現串聯但缺一相的 V 型結構,分別引出 a、b、c 三線。
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【考點分析】 本題考查特殊變壓器接法「開 Y-開 Δ」(Open Y-Open Δ) 的接線能力,常用於臨時性三相供電或單相混合三相系統。 【理論/法規依據】

小題 (二)

試求每一單相變壓器之高壓側與低壓側的相電壓額定值及各單相變壓器所需的最低 kVA 容量值。(15 分)

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  1. 找出額定電壓關係:題目給定線電壓為 34.5 kV / 13.8 kV。高壓側是 Y 接,低壓側是 Δ 接。注意「開 Y」其實是利用相電壓供電,「開 Δ」則是利用線電壓供電。
  2. 相電壓計算:一次側(高壓)相電壓為線電壓除以 $\sqrt{3}$。二次側(低壓)為 Δ 接,相電壓等於線電壓。
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【考點分析】 本題考查三相變壓器組在非對稱接法(開 Y-開 Δ)下的電壓與容量換算關係。 【理論/法規依據】

小題 (三)

請說明變壓器效率的計算方式。(5 分)

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看到變壓器效率題,應直覺想到效率定義:輸出功率 / (輸出功率 + 鐵損 + 銅損)。作答時除了寫出基本定義外,務必列出考量「負載率 (n)」與「功率因數 (cosθ)」的完整數學表示式,並逐一說明各參數意義以獲取完整分數。

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【破題】變壓器效率定義為實功輸出與實功輸入的比值,由於輸入功率等於輸出功率加上變壓器內部損耗,故計算上常以輸出與損耗來表示。 【論述】 一、基本定義

小題 (四)

當這個變壓器在額定電壓下功率因數為 0.8 落後的負載時,試求滿載的銅損。(10 分)

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本題的核心在於測驗兩個觀念:第一,由變壓器效率公式反推損失;第二,變壓器的滿載銅損僅受視在功率(即負載電流)影響,與功率因數無關。解題時先以未標示功率因數預設為 1.0 的情況求出滿載銅損,並說明功因改變不影響此銅損值。

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【解題關鍵】變壓器的滿載銅損僅取決於負載電流大小(即額定視在功率),與負載的功率因數無關;未特別指定時,滿載效率之基準預設為 PF = 1.0。 【解答】 計算:

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