電力工程 111 年輸配電學概要考古題

臺灣夏季多雷雨，為了防止電力系統的輸電線路與變電設備遭受雷害， 需裝設避雷系統來保護設備與建築物安全，請回答與說明下列的問題： 避雷針（lightning rod）及避雷器（lightning arrester）保護的對象及安 裝的位置。（10 分） 構成避雷系統的三大主要電氣零組件為何（缺一不可）？請繪出這三 大零組件安裝的實際位置圖。（15 分）

電力公司A 透過傳輸線Z 將電力輸送到公司B，兩家公司的連接方式如 下圖。 Z V11 公司A 公司B V22 Z = 1 85p.u. 12 = 1 - 2 = 10 計算在下列條件下，由公司A 傳送給公司B 的複功率（S12）及公司B 自公司A 接收到的複功率（-S21）。（每小題10 分，共20 分） |V1| = |V2| = 1 p.u.。 |V1| = 1.1 p.u.，|V2| = 0.9 p.u.。

圖一所示負載是由電阻值為R 的電阻及容抗值為X 的電容並聯組成，單 相電源透過阻抗為(8.4+j11.2)的線路供電給負載。負載端的電壓有效 值為12000V，且此負載吸收30 kVA 的電力，功率因數為0.8 超前。 試計算下列各值： 負載R 及X 的值。（15 分） 電源電壓V。（10 分） 圖一

有一220 kV、60 Hz 的電力系統，系統中某條150 公里長的無損耗輸電 線路（忽略所有串聯與並聯電阻），經計算得出每相每公里串聯電感為 0.622 mH/km，並聯電容為0.01175 μF/km；請求出： 每公里的串聯阻抗及並聯導納。（5 分） 針對本條輸電線路，分別繪出⑴短程、⑵中程、⑶長程輸電線路模型， 並在輸電線路模型中，標示出串聯阻抗及並聯導納的計算公式。（20 分）

一電力系統單線圖如下所示： Z = j 0.5 S12 -S21 V2 V1= 1 0° SD2= 1 + j 0 j QG2 SD1= 1 + j 0 若QG2 = 0，計算以相量表示的V2。（20 分） S12 -S21

一部60 MVA、69.3 kV、Y 接三相交流發電機，同步電抗為15 /相， 忽略電樞電阻。 發電機在額定電壓及功率因數0.8 落後下，輸出額定功率給無限匯流 排，試求各相之激磁電壓幅值及功率角。（15 分） 若各相激磁電壓幅值為36 kV，發電機在不失步的情形下，可以輸出 的最大三相功率為多少？（10 分）

有一用電戶，經三相三線22.8 kV、60 Hz 配電線路供電，線路阻抗為 0.03+j0.15 Ω，以電力公司的供電電源端輸出電壓為基準，測得電源端送 出的電流為250∠+30° A；請求出： 負載受電端的負載電壓及負載消耗的三相電功率。（10 分） 負載端的電壓調整率。（5 分） 本用戶和一般工廠的電壓調整率及負載端電壓的大小，有何不同特 徵？請劃出相量圖說明原因。（10 分）

一三相導線配置如下圖所示，導體直徑為1.108 英吋。 （每小題10 分，共30 分） a b c a' b' c' 12' 15' 15' 12' 15' 15' 12' 12' 1.108" 計算該導線的幾何平均距離（GMD）（以英呎表示）。 計算該導體的幾何平均半徑（GMR）（以英呎表示）。 計算導線在頻率60 Hz 下，每英哩電抗（/mile）。

某單相60 Hz 之二線式架空線路，其實心圓柱型銅導體直徑為1.5 cm， 導體水平排列，間距為0.5 m。忽略大地效應不計，試計算下列各值： 線對線的電容值，單位為F/m。（9 分） 至中性線的電容值，單位為F/m。（8 分） 至中性線的導納值，單位為S/m。（8 分） V

配電線路中常因為用電戶增加，導致線路壓降嚴重，使得用戶端的電表 端責任分界點的供電電壓VS 低於用電設備的額定電壓VR，對於用電設 備的運轉造成不正常的影響，請回答下列的問題： 電壓異常對於下表中用電設備的影響（增加或減少）。（10 分） VS >（110%）VR VS <（90%）VR 感應電動機滿載轉矩 感應電動機滿載電流 電熱設備的發熱量 電熱設備的壽命 如果要將負載端的電壓提升至正常的電壓範圍，則可採行那些策略？ 試舉出3 種方法，並說明其可以改善線路電壓降的理由。（15 分）

說明集膚效應對高壓直流（HVDC）與高壓交流（HVAC）系統導線阻抗 的影響。（10 分）

如圖二所示，三相電源供電給三相平衡接負載，當c 相開路時，a 相的 電流為100A，試計算線電流Ia、Ib 及Ic 的對稱成分。（注意，本題並 無中性線連接，即表示零序電流將不會出現。）（25 分） 圖二 a b c Ia Ib Ic Z Z Z

一三相60 Hz，220 kV 傳輸線，長度為40 km。導線的電阻為0.15 /km， 電感為1.3262 mH/km。計算導線的電壓調整率及傳輸效率，當接收端的 負載參數為：（每小題10 分，共20 分） 381 MVA，功率因數0.8 落後，220 kV。 381 MVA，功率因數0.8 領先，220 kV。