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普考申論題 114年 [電力工程] 輸配電學概要

第 三 題

📖 題組:
關於短中程輸電線路電路模型,受電端220 kV三相,頻率60 Hz,每相電阻是0.15 Ω/km、每相電感是1.1 mH/km且每相並聯電容為0.01μF/km,請回答下列問題:
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (三)

繪出中程輸電線之長度為160 km的輸電線路的單相電路模型π模型。(10 分)

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首先確認長度 160 km 屬於中程輸電線,依題目要求採用單相標稱 π(Pi)模型。計算時需將每公里的線路參數乘上總長度,求得總串聯阻抗 Z 與總並聯導納 Y,並將 Y 平分為一半(Y/2)分別配置於送電端與受電端。

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【解題關鍵】使用中程輸電線路標稱 π(Pi)模型,計算總串聯阻抗 $Z = R + jX_L$ 與總並聯導納 $Y = j\omega C$,並將導納平分($Y/2$)配置於線路兩端。 【解答】 計算:

小題 (一)

㈠此輸電線路之每線電感抗(單位:Ω)與線對中性點電容導納(單位:S)約為何?(10 分)

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面對計算輸電線參數的問題,首先確認線路配置(正三角形代表等效幾何距離 GMD 即為線間距離)。接著,計算電感需利用導線的「幾何平均半徑 (GMR)」,而計算電容則須使用導線的「實際半徑 (r)」。最後代入角頻率(ω = 2πf)與線路總長度,即可求得總電感抗與總電容導納。

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【解題關鍵】計算輸電線電感需使用幾何平均半徑(GMR),計算電容則使用導線實際半徑(r),再分別代入 $X_L = \omega L l$ 與 $Y_C = j \omega C l$ 求解。 【解答】 已知條件整理:

小題 (二)

㈡若以 π 型等效線路模型計算,則送電端供應之複功率為何?(15 分)

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本題測驗中距離輸電線路之 $\pi$ 型等效模型分析。解題時應先求出受電端之相電壓 $V_R$ 與負載電流 $I_R$,接著依序利用節點電流定律 (KCL) 與迴路電壓定律 (KVL),由受電端往送電端推導:先算受電端並聯電容電流,加上負載電流得線路電流;再求送電端電壓、送電端並聯電容電流,最終算出送電端總電流 $I_S$,代入 $S_S = 3 V_S I_S^*$ 即可求得送電端複功率。

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【解題關鍵】利用中長程輸電線路之 $\pi$ 型等效電路模型,配合克希荷夫定律(KCL、KVL)或傳輸矩陣(ABCD 參數)由受電端反推送電端電壓與電流,進而計算三相複功率。 【解答】 計算:

📝 中程輸電線路 π 模型
💡 利用集中參數將中程線路之阻抗與導納依 π 型架構配置電路模型。
  • 依距離區分模型:短程(<80km)、中程(80-250km)、長程(>250km)。
  • 串聯參數計算:總阻抗 Z = (r + jωl) × 距離,需注意單位轉換(mH 轉 H)。
  • 並聯參數配置:標稱 π 模型將總導納 Y = jωc × 距離平分於線路兩端(各 Y/2)。
  • 計算角頻率:ω = 2πf,台灣電力系統頻率 f 通常為 60 Hz(ω ≈ 377)。
🧠 記憶技巧:「中程派(π)兩頭蓋」:中間一條串聯 Z,頭尾各分一半 Y。
⚠️ 常見陷阱:計算並聯支路時,常忘記將總導納 Y 除以 2;或誤將導納單位 S 與阻抗 Ω 混淆。
短程輸電線路模型 標稱 T 模型 長程線路分佈參數模型 ABCD 參數矩陣

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