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2019/6/3 上午 10:45 

高壓系統的保護設備是由斷路器，比流器和保護電驛所組成。

比流器將大電流（一次側電流）轉換成小電流（二次側電流），然後輸入至保護電驛。如果二次側電流超過起始動作電流，並經過一段時間後，保護電驛就會向斷路器發出跳脫信號，以啟斷電流。

動作電流與動作時間的關係所繪製的曲線稱為跳脫曲線（TCC，Time Current Curve），從曲線特性可知動作電流與動作時間是成反比關係，稱為反時性，也就是電流越大，跳脫的時間越短。

單電源高壓兩分路

已知系統條件：

台電進線採架空線路，契約容量為5000 KW，高壓電源3∮3W 11.4 KV

高壓變壓器：

TR-1：額定容量2500 KVA，一次強迫風冷倍數：1，∆-Y中性點接地，突入電流倍數：6，阻抗Z：6%，二次側電壓S：380 - 220

TR-2：額定容量2000 KVA，一次強迫風冷倍數：1，∆-Y中性點接地，突入電流倍數：6，阻抗Z：6%，二次側電壓S：220

保護電驛：三菱MELPRO-D系列數位保護電驛

 

保護要素 51P / 50P（過電流限時 + 過電流瞬時），過電流保護

51N / 50N（接地過電流限時 + 接地過電流瞬時），接地故障保護

 

反限時特性

支援多個不同標準和類型等14種反限時曲線

 

同一分支的所有保護設備之間需要保有時間上的協調，以組成有〝選擇性〞的保護系統。例如TR1發生故障時，HVCB-1須先行跳脫，HVCB-M不動作，TR2（相鄰的其他分支）的供電應不受影響，因此必須將HVCB-1（下游分路斷路器）的保護電驛的動作時間設定比HVCB-M（上游主斷路器）的保護電驛的動作時間要快一點並保持0.1至0.3秒的時間裕度，也就是在HVCB-M的保護電驛動動之前，HVCB-1已先行清除故障。

 

試完成下列事項：

1. 繪製台電電力熔絲曲線
2. 繪製變壓器破壞曲線和激磁電流點
3. 變壓器過電流及接地短路保護
   1. 比流器規格，包括電壓等級、一次二次匝比和精度
   2. 保護電驛相關設定，包括過電流保護50P/51P CO與接地過電流保護50N/51N LCO，並繪製時間-電流曲線

台電責任分界點保護

台電使用熔絲鏈做為責任分界點之保護設備，可依線路類型和契約容量得知熔絲鏈容量，如下表所示：

線路類型	契約容量	熔絲鏈容量
架空線路	100 KW ∼ 150 KW 151 KW ∼ 250 KW 251 KW ∼ 600 KW 601 KW ∼ 1000 KW 1001 KW 以上	15 T 25T 40 T 65 T DS
地下配電線路（11.4 KV）	100 KW ∼ 600 KW 601 KW ∼ 1000 KW 1001 KW ∼ 2000 KW 2001 KW 以上	NX 40 A PF 65 E PF 125 E LBS 600 A
地下配電線路（22.8 KV）	100 KW ∼ 1200 KW 1201 KW ∼ 2000 KW 2001 KW ∼ 4000 KW 4001 KW 以上	NX 40 A PF 65 E PF 125 E LBS 600 A
自動化開關（11.4 KV）	2000 KW ∼ 4000 KW 4000 KW 以上	200A CB 600A CB
自動化開關（22.8 KV）	4000 KW ∼ 6000 KW 6000 KW 以上	200A CB 600A CB

 

已知台電高壓引進電源，供電方式3∮3W，系統電壓 11.4 KV，架空線路，契約容量5000KW，故選用DS熔絲鏈，時間-電流曲線如下所示：

 

延時（Sec）	0.35	1	3	7	10
電流（A）	3000	1600	1000	800	700

 

變壓器之破壞曲線及激磁電流點

計算額定電流

一次側額定電流 = (一次強迫風冷容量倍數 × 強迫風冷容量)  ÷ (√3 × 系統電壓) = 1 × 2500 ÷ (√3 × 11.4) = 126.6 A

激磁電流點

INRUSH電流 = 突入電流倍數 × 額定電流 = 6 × 126.6 = 759.6 A，時間 = 0.1（S）。

破壞曲線

當 Δ - Δ 時，ANSI電流 = 倍數 × 額定電流 × 0.866（A）；Δ - Y 時，ANSI電流 = 倍數 × 額定電流 × 0.577，其他結線方式，ANSI電流 = 倍數 × 額定電流（A）。

時間 = 2（S），ANSI電流 = 25 × 126.6 × 0.577 = 1828.2（A）

時間 = 3（S），ANSI電流 = 20 × 126.6 × 0.577 = 1461（A） … 依此類推

變壓器過電流及接地短路保護

HVCB-M 主斷路器（後衛保護）

比流器CT選用匝比

CT一次側電流須大於等於1.2 ~ 1.5倍額定電流，即依1.2 ~ 1.5倍的變壓器額定電流來選擇CT的一次電流

 

已知系統電壓為11.4 KV，變壓器容量為4500 KVA（TR-1之2500 + TR-2之2000），則一次側額定電流 = 4500 / （√3 * 11.4）= 227.9 A

 

1.2倍的一次側額定電流= 227.9 A * 1.2 = 273.48 A，1.5倍 = 227.9 A * 1.5 = 341.85 A

 

若CT一次側接頭為單比時，則一次側電流可選擇300或者400；若CT一次側接頭為雙比時，則一次側電流可選擇300（11.4 KV）- 150（22.8 KV），320（11.4 KV）- 160（22.8 KV）或者400（11.4 KV）- 200（22.8 KV）

 

CT二次側電流通常為5 A或者1 A

 

此處依1.5倍選擇比流匝比為400 / 5，電壓等級須大於系統電壓，選擇12 KV，精度為5P20

 

過電流保護50P/51P CO

反時限之採用標準及曲線類型為IEC 極反時（EI），曲線方程式如下所示：

t =（80 /（（I/Is）² -1））/ 10 * TMS

 

反時限起始動作電流標置（I>）：

通常CO標置為額定電流的1.25 ~ 1.5倍（即負載百分比 L %，倍數越低，靈敏度越高），也就是超過此動作電流設定時，便被視為過載電流，51P電驛將起始動作。

 

使用下列計算公式，換算成電流倍數或CT二次側電流，也就是I >大於等於此值，稱為標置基準TC：

1. 反時限起始動作電流標置依電流倍數設定，例如Schneider Sepam系列 I > = 0.1~2.4 In (Step：0.01)
   TC = （變壓器額定容量KVA * L%）/ （√3 * 一次側電壓 * CT一次側電流）
    
2. 反時限起始動作電流標置依電流值設定，例如TOYO TDOG系列 I > = 0.2~25A (Step：0.1 A)
   TC = （變壓器額定容量KVA * L%）/ （√3 * 一次側電壓 * CT匝比）

設定L% = 150%，表示1.5倍的額定電流為過載電流。因為三菱MELPRO-D系列數位保護電驛係依電流值設定，故TC採公式2計算之。

 

變壓器一次側額定電流為 4500 / 1.732 / 11.4 = 227.9 A，標置基準計算TC = 227.9 A  * 1.5 / （400/5） = 227.9 A / 80 = 4.2735 A

 

此處I> 設定需大於等於標置基準TC = 4.2735 A，故可選擇4.3 A，其中I > 設定範圍：0.5 ~ 100 A，Step：0.1，反時限起始動作電流設定Is = 4.3 * 80 = 344 A

 

反時限之時間標置（TMS）：

TMS時間標置用於設定電驛動作時間，並與上下游保護曲線之間保持動作時間上的協調。

 

電驛動作時間與曲線標準與類型有關，此處採用IEC 極反時（EI），電驛動作時間與動作電流的關係，可表示為下列的曲線方程式：

 

t =（80 /（（I/Is）² -1））/ 10 * TMS

 

其中TMS為時間倍數（Time Setting Multiplier），電驛動作時間=（80 /（（I/Is）² -1））/ 10，實際電驛動作時間 t = 電驛動作時間 * TMS

如上圖所示，紅線為電驛動作時間-電流曲線（TMS = 1），當電流為1000 A時，保護電驛的動作時間為0.45秒，我們可以將TMS設為9，使其動作時間延後至4秒，如上方粉紅線所示（TMS = 9），或者將TMS設為0.25，使其動作時間提前至約0.1秒，如下方橘線所示（TMS = 0.25）。

 

請調整TMS時間標置設定實際電驛動作時間，並與上下游保護曲線之間保持至少0.3秒的時間裕度，此處設定為0.72。

 

瞬跳動作電流標置（I>>）：

 

50P瞬時電驛的標置原則為瞬跳動作電流IIT須小於最小故障電流，且必須在0.1秒（6週期）清除故障。

 

實際電驛動作時間

t =（80 /（（I/Is）² - 1））/ 10 * TMS= （80 /（（IIT/344）² - 1））/ 10 * 0.72 = 0.1秒

故 IIT = 2608，I>> = 2608 / 80 = 32.6 A

 

TR-1變壓器一次側故障電流= 2500 / （0.06 * √3 * 11.4）= 2110 A，TR-2變壓器一次側故障電流= 2000 /（0.06 * √3 * 11.4） = 1688.16 A，取最小故障電流= 2110 + 1688.16 = 3798.16A 大於瞬跳動作電流IIT = 2608 A ... OK！

 

接地過電流保護50N/51N LCO

反時限之採用標準及曲線類型為IEC 極反時（EI），曲線方程式如下所示：

t =（80 /（（I/Is）² -1））/ 10 * TMS

反時限起始動作電流標置（Ie>）：

通常LCO標置為額定電流的0.25倍（即負載百分比 L %，倍數越低，靈敏度越高），也就是超過此動作電流設定時，便被視為過載電流，51N電驛將起始動作。

標置基準計算TC，三菱MELPRO-D系列數位保護電驛係依電流值設定，故

TC = （變壓器額定容量KVA * L%）/ （√3 * 一次側電壓 * CT匝比）

= （4500 * 0.25）/（√3 * 11.4 * （400/5））=  1125 /（√3 * 11.4 * 80）= 0.712 A

其中LCO之L%為25%。

此處Ie> 設定需大於等於標置基準TC = 0.712 A，，故Ie> = 0.712，故可選擇0.8 A，其中I e> 設定範圍：0.1 ~ 100 A，Step：0.1，反時限起始動作電流設定Is = 0.8 * 80 = 64 A

反時限之時間標置（TMS）：

瞬跳動作電流標置（Ie>>）：

保護協調標置一覽表

引用 列印

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