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按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,雲科電機 電力品質實驗室,*,2,電力系統的干擾現象,本章的目的是介紹干擾現象的定義、分類、發生原因及可能的影響。在實際的電力系統中，有時會出現單一的干擾現象，有時則是許多干擾同時出現，因此對各種干擾現象的深入瞭解有助於我們研判干擾的種類、發生的真正原因與改善之道。,1,雲科電機 電力品質實驗室,2.1,干擾現象的分類,表,2.1,國際電工協會對電磁擾動的分類,2,雲科電機 電力品質實驗室,IEEE-1159,對電力系統干擾現象之定義與分類,3,雲科電機 電力品質實驗室,IEEE-1159,對電力系統干擾現象之定義與分類,4,雲科電機 電力品質實驗室,2.2,電壓驟降,電壓驟降,(Voltage dips,或,sags),可說是電力系統最常見的干擾。在電力線路上的某一點如果電壓突然降到其額定值的,10%,到,90%,之間，並持續,0.5,週波到數秒鐘，則我們把這種干擾現象稱為電壓驟降或電壓瞬降。,5,雲科電機 電力品質實驗室,2.2,電壓驟降,6,雲科電機 電力品質實驗室,2.3,電力中斷,短暫的電力中斷,(Interruption),可視為電壓驟降至,10%,以下，電力中斷的原因可能是線路故障引起電力熔絲燒毀或是斷路器開啟，我們通常僅以持續時間來說明電力中斷的嚴重性，因為電壓的大小都小於正常值的,10%,。,7,雲科電機 電力品質實驗室,2.3,電力中斷,8,雲科電機 電力品質實驗室,2.4,持續之電力中斷,電壓下降至零且持續時間超過,1,分鐘的干擾現象可視為持續之電力中斷,(Sustained interruptions),。電力中斷超過,1,分鐘以上的故障表示利用開關復閉無法排除的永久性故障，必須靠人力介入排除才能恢復供電。,9,雲科電機 電力品質實驗室,2.5,電壓驟升,電壓驟升,(Swell),是電源頻率下的電壓有效值上升，其持續時間從,0.5,週波到,1,分鐘，其大小通常為,1.1,到,1.8,標么。我們仍以殘餘電壓來描述電壓驟升的大小，對電壓驟升而言，殘餘電壓永遠大於,1,個標么。,10,雲科電機 電力品質實驗室,2.5,電壓驟升,11,雲科電機 電力品質實驗室,2.6,過電壓及欠電壓,過電壓,(Overvoltage),與欠電壓,(,Undervoltage,亦稱低電壓或電壓不足,),同屬於長時間的電壓變動，如果電源頻率下的電壓超出正常範圍的時間超過,1,分鐘，就可視為過電壓或欠電壓。過電壓與欠電壓通常都不是故障所引起，而是由負載與虛功補償的操作所引起。,12,雲科電機 電力品質實驗室,2.6,過電壓及欠電壓,過電壓可能由切離大型負載或投入過多的電容器所引起，不良的電壓調整控制最容易導致過電壓，變壓器分接頭不當的設定也是可能的原因之一。,欠電壓的原因則與過電壓相反，投入大型負載、無效功率不足、電壓調整設備不良等，都會造成欠電壓。另外，當線路過載時也會有欠電壓的情形。,13,雲科電機 電力品質實驗室,2.7,暫態,電壓或電流的暫態,(Transients),在不同的情況下有不同的定義。,廣義的來說，暫態可依電壓或電流的波形分為脈衝式暫態,(Impulsive transient),與振盪式暫態,(Oscillatory transient),兩類。,14,雲科電機 電力品質實驗室,2.7.1,脈衝式暫態,脈衝式暫態有時又稱為尖波,(Spike),，脈衝式暫態發生的原因大多是雷擊波，輸配電線路直接或間接遭到雷電侵襲時發生，由於雷電是單極性電荷，所以脈衝式暫態皆為單極性,(,正電或負電,),。,15,雲科電機 電力品質實驗室,脈衝式暫態,16,雲科電機 電力品質實驗室,2.7.2,振盪式暫態,振盪式暫態有時稱為突波,(Surge),，是開關操作與共振電路形成電壓與電流的振盪現象，振盪式暫態的特點包括其主頻率,(Predominant frequency),、持續時間及振幅。,振盪式暫態可分為高頻、中頻與低頻振盪三類如表,2.2,所示，頻率範圍的界定與電力系統對應的振盪現象有關。,17,雲科電機 電力品質實驗室,振盪式暫態,18,雲科電機 電力品質實驗室,振盪式暫態,頻率高於,500 kHz,且持續時間以毫秒計算,(,即數個主振盪頻率週波,),的振盪式暫態歸類為高頻振盪式暫態。,頻率界於,5 kHz,到,500 kHz,之間且持續時間為數十毫秒的暫態，歸類為中頻暫態。未充電的電容器投入系統時，和原來已經充電的電容器以及線路的電感所產生的共振暫態，就屬於此類。電纜電路的開關突波暫態，其頻率也在這個範圍內。另外，電力系統的脈衝響應也可能產生中頻暫態。,19,雲科電機 電力品質實驗室,振盪式暫態,低於,5 kHz,且持續時間從,0.3 ms,到,50 ms,的振盪式暫態屬於低頻暫態，這類振盪現象常發生在二次輸電線路或配電線路，發生的原因很多，但是主要是電容器投入系統所發生的暫態。,主頻率低於,300 Hz,的振盪式暫態有時會出現在配電線路，這類的暫態一般與鐵磁共振,(Ferro-resonance),及變壓器的激磁有關，串聯電容所引起的暫態也落在這個頻率範圍之中。,20,雲科電機 電力品質實驗室,2.8,電壓不平衡,電壓不平衡,(Voltage unbalance),是指三相電壓的大小不相等或者任兩電壓之間的相位差不是,120,度，或是兩種情形同時發生。,不平衡的負載，尤其是大型的單相負載如電氣鐵路等，是造成電壓不平衡的主要原因。另外如未換位的輸電線及,V-V,接線的變壓器等，會造成三相電路阻抗的非對稱，間接的也會造成三相電壓的不平衡。,21,雲科電機 電力品質實驗室,電壓不平衡,22,雲科電機 電力品質實驗室,2.10,諧波,電壓或電流呈非正弦波形時，通常是含有諧波成分,(Harmonics),，諧波是指頻率為基本波頻率整數倍的正弦電壓或電流波，就台灣的電力系統而言，基本波是,60 Hz,的正弦波。諧波與基本波組合在一起，就呈現出波形的畸變。,23,雲科電機 電力品質實驗室,諧波,諧波干擾的來源主要來自電力系統元件的非線性,(,如飽和的變壓器鐵心等,),，以及許多汲取非正弦電流的非線性負載,(,如螢光燈、電力電子整流器、電弧爐等,),，這些元件可視為將諧波電流注入電力系統的電流源，當諧波電流流經線路阻抗時便產生諧波電壓降，於是電壓波形畸變就發生了。,24,雲科電機 電力品質實驗室,諧波,25,雲科電機 電力品質實驗室,2.11,間級諧波與次級諧波,如果諧波的頻率不是電源基本波頻率的整數倍，就稱為間級諧波,(,Interharmonics,),，間級諧波的主要來源是變頻器,(,Cyclo,-converter),、感應電動機負載及電弧元件。,26,雲科電機 電力品質實驗室,間級諧波與次級諧波,歐洲早期的電氣鐵路使用,Hz,及,25Hz,的電源，因此需要使用變頻裝置，此為間級諧波的重要來源之一。,使用變頻器的產業如水泥、礦冶、軋鋼等，需要低頻且大容量的電源作為驅動軋延機台之用，變頻器的主要功能是把,50,或,60 Hz,的電源變為低頻電源輸出，由於輸出的頻率低於電力系統的頻率，經由變頻器的調變就會把低於基頻的諧波注入電力系統，這些頻率低於基頻的諧波一般稱為次級諧波,(,Subharmonics,),，次級諧波的諧波就會成為間級諧波。,27,雲科電機 電力品質實驗室,間級諧波與次級諧波,28,雲科電機 電力品質實驗室,2.12,電壓凹痕,電壓凹痕,(Notching),是電力電子設備操作時電流由一相換向,(Commutation),至另一相時所發生的週期性電壓擾動。,電壓凹痕是一種介於暫態與諧波之間的特殊干擾。電壓凹痕是一種週期性的穩態電壓波形畸變，因此具有諧波頻譜的特性；但從另一方面來看，電壓凹痕所含的高頻成分已經適用於暫態分析的頻率範圍。,29,雲科電機 電力品質實驗室,電壓凹痕,電壓凹痕另一個嚴重的問題是可能產生額外的電壓零交越點,(Zero-crossings),。由於很多控制電路使用電壓的零交越點作為電源的同步訊號，因此零交越點的干擾可能使許多電子控制器產生誤動作。圖,2.8,的波形就是零交越點受到干擾的例子。,30,雲科電機 電力品質實驗室,電壓凹痕,31,雲科電機 電力品質實驗室,2.13,電壓波動與電壓閃鑠,電壓的大小呈週期性或隨機變化，但是變動的範圍並未超出,0.95,到,1.05,標么，這樣的干擾稱為電壓波動,(Voltage fluctuations),。負載電流，尤其是電流的無效分量,(Reactive component),，如果劇烈變動，則會產生對應的電壓波動。,32,雲科電機 電力品質實驗室,電壓波動與電壓閃鑠,由負載電流連續且快速變化所產生的電壓波動，有時也稱為電壓閃爍,(Voltage flicker),，電壓閃爍是容易引起誤解的名詞，閃爍源自於電壓波動對燈具發光強度的影響。正確的因果關係是，變動的負載產生電壓波動，電壓波動造成人類眼睛感受到燈光閃爍,(Light flicker),。,電壓閃爍一詞除了指燈光受電壓波動的影響，也可能泛指電壓波動對所有敏感性設備的影響，與燈光不一定有關。,33,雲科電機 電力品質實驗室,電壓波動與電壓閃鑠,34,雲科電機 電力品質實驗室,2.14,電源頻率變動,通常只有輸電系統故障時，例如整個城市的負載突然切離系統或一個大型發電廠忽然被切斷，頻率變動才會超出正常操作的範圍。,頻率大幅變動的情形一般發生在單一發電機供電的獨立系統，發電機的限速器,(Governor),一般無法對負載變動即時反應，因而發生頻率變動的情形。,35,雲科電機 電力品質實驗室,小結,電力系統的干擾現象即為電力品質之問題，從干擾現象發生時間的長短，可以分為暫態、短時間電壓變動、長時間電壓變動及穩態之干擾。,干擾現象的分類有助於判別干擾的來源及可能的影響，也有助於瞭解干擾的機制。,本章所介紹的干擾現象都是常見且重要的電力品質課題，其它如電磁場干擾、雜訊等問題，也可能造成電力品質的危害，也是值得重視的問題。,36,雲科電機 電力品質實驗室,
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