電力工程 108 年輸配電學概要考古題

圖一所示為某三相平衡負載，每相的阻抗為Zψ= 12+j9 Ω，由三相三線式 220 V 配電線路供電，假設以Vab ∠ = 220 0° V 做參考，並使用2 個交流 瓦特表測量負載用電，請： 繪出兩個瓦特表的電壓及電流的相量圖。（5 分） 線電流IaA、IbB、IcC。（10 分） 瓦特表W1、W2 分別量測到的電功率讀值。（5 分） 三相負載所消耗的總功率及功率因數。（5 分） 圖一

有一個電力用戶由電力公司三相三線式22.8 kV 供電給工廠主變壓器TM （22.8 kV/3.3 kV，Δ/Y 接線），主變壓器二次側分別連結廠內降壓變壓 器TA（3300 V/220 V，Δ/Δ接線）及TB（3300 V/220/380 V，Δ/Y 接線）， 其連接的低壓負載如表所示，請回答下列問題：（假設忽略變壓器及線 路的電力損失） 繪出本電力用戶的配電系統單線示意圖，並標示各主要設備及負載。 （10 分） 計算TA 與TB 變壓器的總平均負載、最大負載；及所需的、最接近的 市售變壓器容量。（5 分） 如果全廠的最高需量為800 kW，則全廠的離散因數（參差因數）為多 少？（5 分） 假設本廠的月平均負載因數為0.65，則本用戶的7 月及8 月的總用電 量為多少度電？（5 分） 變壓器 負載類別 設備容量 （kW） 平均負載 （kW） 最高負載 （kW） TA 電熱 100 60 80 照明 20 16 20 馬達動力 400 260 360 TB 空調 200 140 180 照明 36 20 32 馬達動力 350 200 300

三相輸電線路被設計在161 kV 下輸送139.43 MVA 的額定電力，輸送距 離為63 km，在輸送額定電力情況下，總輸電線路損失為線路額定電力 MVA 的3.416%。假設線路導線材料的電阻係數為2.84×10-8 Ω-m，試決 定： 輸電線路所需的導線直徑。（15 分） 以圓密爾（cmil）表示的導線尺寸。（10 分） 註：本題忽略因線路漏電流及電暈所造成的電力損失。

某工業用戶的廠內主要用電設備可簡化為圖二所示的三相交流配電線 路示意圖，假設在12 kV 的匯流排上發生三相直接短路事故，試求（不 限各種分析計算方法）： 三相短路故障的總電流。（15 分） 正常運轉條件下，三相等效電動機10 MVA 的穩態負載電流。（5 分） 等效電動機10 MVA 迴路的保護設備（斷路器）應選擇多大的瞬間啟 斷容量？（5 分） bB I 圖二

下圖所示的雙端口（two port）電路圖係2 組輸電線路分別以π 型及T 型表示後再並聯的等效電路，左邊留待接電壓電源，右邊留待接負載阻 抗，圖中數值均為交流60 Hz 正弦波電源驅動下的導納值，試求： 該電路的綜合導納矩陣YBus。（10 分） 該電路的綜合傳輸參數（transmission parameters）A，B，C，D。 （10 分） 如果右邊接上單相11.4 kV，10 MVA，功率因數0.75 落後的負載，請 用A，B，C，D 參數列出左邊電源端的電壓及電流計算公式。（5 分）

一發電機的額定為50 MVA、30 kV、Y 接、中性點直接接地，正、負與 零相序電抗分別為25%、15%與5%。試問： 發電機的中性點必須安裝多大的電抗，才能將直接單線對地故障的故 障電流，限制在直接三相短路故障的故障電流水準。（12 分） 發電機的中性點必須安裝多大的電抗，才能將直接雙線對地故障的故 障電流，限制在直接三相短路故障的故障電流水準。（13 分）

圖三所示為配電系統中典型的RL 電感性負載示意圖，通常設計施工常 會在RL 負載端並聯電容器組來改善功率因數，有關電容器組的工程實 務問題，請回答下列問題： 規劃用來改善功率因數的並聯電容器組，可否改為串接在負載與電源 間，形成RL（負載設備）C（電容器組）串聯型態？為什麼？（10 分） 如果選擇加裝的電容器組容量太大，造成改善後的系統功率因數由落 後變成為超前，負載端電壓會有什麼情況發生？請由電機工程理論繪 製相量圖說明。（10 分） 高壓電容器組由開關切離配電系統後，需等待一段時間後才可以進行 人工維護作業，為什麼？（5 分） 圖三 2000 MVA 69 kV X=3.967 ohms 15 MVA 69/ 12 kV X=0.075 p.u. 12 kV 10 MVA Xdˮ=0.2 p.u. F

有一具工廠的主變壓器1500 kVA，其鐵損為30 kW，滿載銅損為90 kW， 某日的負載狀態為滿載16 小時、3/4 負載4 小時、1/2 負載4 小時，假設 負載功率因數為1.0，試求： 此變壓器的全日效率。（10 分） 請繪出變壓器的等效電路。（5 分） 請繪出三相感應電動機的等效電路，並說明其與變壓器等效電路間的 差異。（10 分）

一單相三線式線路如下圖所示，電源電壓VS =110 V，設備A 為電阻性負 載，消耗功率為3.025 kW，設備B 為電阻性負載，消耗功率為12.1 kW， 線路的阻抗可忽略不計（即r = rn = 0）。若發生中性線斷線時，試求： 端電壓VA 及VB。（15 分） 說明此情況下對設備的影響。（10 分） r V 110 = S V 設備B 設備A V 110 = S V rn r 斷線 A V B V 12.1 kW 3.025 kW

請簡要比較說明負載啟斷開關（load break switch, LBS）與隔離開關（或 稱分段開關，disconnecting switch, SW）的構造差異與使用上的限制。 （10 分） 發電機的電壓調整率的定義，及電壓調整率大小與發電機特性間的關 係。（10 分） 優良的讀書閱讀及寫字的基本要求照度是500 Lux，照度的定義及計 算公式是什麼？（5 分）

請回答下列問題： 說明臺灣目前的核能發電政策規劃。（10 分） 三相短路故障電流可能比單相接地故障的電流來得小，原因何在？ （5 分） 用戶低壓端的漏電斷路器的動作原理與用途。（10 分）

試述保護電驛必須具備之條件。（10 分） 在下述情形下，應分別選用何種電驛進行保護？⑴過載。⑵欠載。⑶ 過壓。⑷欠壓。⑸功率逆送。（15 分）