【高壓制櫃設計】 - 高壓掣櫃之設備（二）- HV Protection Device 高壓保護裝置

在低壓系統中，客戶須於總開關設有自動斷路裝置，在相間故障及接地故障時提供保護。在高壓系統中也是一樣，高壓制櫃進線的有關保護器件的型號及設定，須與電力公司的供電保護設備互相配合。 客戶須提交建議的總開關保護系統的「時間－電流」曲線特性，以證明該設計在相間故障及接地故障時可與電力公司的系統互相配合。

客戶高壓總開關的保護 Customer HV Main Switch Protection (以港燈HEC供電系統為例)

11-kV HV System:

• 相間故障 Phase fault: 18.4 kA (350 MVA) 
• 接地故障 Earth fault: 2.0 kA

22-kV HV System:

• 相間故障 Phase fault: 25 kA (952 MVA) 
• 接地故障 Earth fault: 2.5 kA

為了與電力公司的線路保護繼電器配合，客戶的進線總開關的相間故障及接地故障保護繼電器的操作時間，不能超過電力公司可接受的最大「時間－電流」曲線特性。電力公司一般會在設計階段提供這一曲線，或者直接建議客戶端進線開關的保護relay的P.T. (Plug Setting)和T.M.S. (Time Multiplier Setting)。

電流互感器須有足夠的輸出以防止出現C.T. Saturation（飽和）*的情況。因此，客戶須提交文件或數據，證明建議使用的電流互感器有足夠的輸出以符合相間及接地故障保護的要求。

*C.T. Saturation C.T. 的飽和狀態

C.T. 是通過磁芯來進行電磁感應效應的，而C.T. 的能承受的磁通量是有一定界限的。當初級電流超過一定界限，以至於C.T. 的磁芯無法處理更多的磁通量時，CT被稱為處於飽和狀態。在飽和狀態下，當初級電流發生變化時，沒有磁通變化（因為磁芯已經承載了最大的磁通）。由於沒有磁通量的變化，也就沒有次級電流的流動。換句話說，在飽和狀態下，所有的比率電流都被用作磁化電流，沒有任何電流流入連接到CT的負載。

港燈HEC客戶11kV總開關保護設備的可接受的過流故障保護的最大I-t特性曲線

港燈HEC客戶11kV總開關保護設備的可接受的接地故障保護的最大I-t特性曲線

保護系統及繼電器的輔助電源

若客戶的保護系統或繼電器需要依靠輔助電源運作，該電源必須在客戶的高壓系統發生故障時仍可維持可靠無間斷供電，以確保保護系統及繼電器正常操作。

保護繼電器設定的機制和標準 :

• 進線總開關處不應超過電力公司的OCEF保護時間限制
• O/C，E/F保護的區別設定應是合理的，不應導致未發生故障的電路跳脫。
• O/C，E/F保護應在未達到下遊電纜能承受的短路電流前使電路跳脫。（不同品牌的高壓電纜有不同的Short Circuit Current Rating）(如下圖)
• 區別時間應考慮Relay電流時間特性曲線、C.T.的誤差、Relay的誤差、Relay的overshoot、circuit breaker的故障清除時間，安全餘量等。
• 確定過流保護的區別和繼電器設置 Determination of O/C Discrimination and protection relay setting
• 確定接地保護的區別和繼電器設置 Determination of O/C Discrimination and protection relay setting

 

某品牌高壓電纜之Short Circuit Current Rating in 1 sec

區別保護曲線的時間差餘量計算

【低壓制櫃設計】低壓制櫃的測試（T&C of LV Switchboard 2 of 2）- 出廠驗收測試（FAT）和現場驗收測試（SAT）（Part 7）

在前一篇，我們介紹了低壓制櫃的FAT和SAT測試中Function Test 功能測試（TP5），以及ATS的Test （TP9）。見鏈接：

【低壓制櫃設計】低壓制櫃的測試（T&C of LV Switchboard 2 of 2）- 出廠驗收測試（FAT）和現場驗收測試（SAT）（Part 6）

今天，我們介紹一下FAT中的Temperature Rise Limits Test（TP10）溫升極限測試。

Temperature Rise Limits Test 溫升極限試驗是用以測試和確定在額定負載下掣櫃和组件的溫升是否超出標準的極限。一般只在FAT中進行。

在測試中，為確保測試的結果不會受到測試場地的環境因素影響，應在測試階段會使用兩支溫度計在掣櫃的一半高度和相距掣櫃1米外的位置量度室内溫度（ambient air temperature）。

進行溫升極限試驗時，掣櫃的總開關、總匯流排、每一個線路和配電匯流排都應接上其額定容量值的负载。所有電路的额定電流總和，如高於總開關或總匯流排的额定载流量；必須将各個電路组成不同的組合，務求總開關、總匯流排和每個電路都能在滿载下進行測試。當然這是最理想的情況，但常常因為時間的限制，降低測試的次數，而可以免去一些支路匯流排的測試，只對總/主匯流排進行溫升測試。

測試項目：Temperature Rise Limits Test 溫升極限測試

測試目的：

                  To check the temperature rise limit when the circuits are loaded 

測試儀器：  

                  (i) 10 kVA single phase variable transformer

                  (ii) 10 kVA single phase current transformer

                  (iii) 5A secondary current transformer

                  (iv) Thermocouples

                  (v) Temperature loggers

測試步驟：

(1) Arrangement of Test Panel

Check that the arrangement of the L.V Switchboard under test is correct and record all necessary information on the approved test form.

(2) Test Connections

Test connections are fitted to each loaded circuits and short circuited at their remote end from the switchboard with the dimension of test conductors.

Test current for the test is provided via 3 current transformers (1 per phase). These current transformers are connected to three individually variable voltage supplies, one per phase, for the provision of adjustment of the injected current independently. The typical connection method is shown in the figure of this section.

(3) Current Measurement

All outgoing circuits are equipped with one CT for each phase. Each of these CT's is then connected to an ammeter for current measurement. This arrangement facilitates regular monitoring of the intake current and distribution of the current to each test circuit.

(4) Temperature Measurement

Temperatures are measured using thermocouples and temperature loggers.

Thermocouples are adhered to the busbar surface by flame retardant tape at points of particular interest, where high temperatures are likely to be experienced. Details of the positions of thermo-couples are marked on the L.V Switchboard layout drawing.

Ambient temperature is measured from the average of two thermo-couples adhered to both sides of the switchboard at least 1 metre apart from each other and approximately 1.2 metres above the ground.

The locations of the thermocouples are shown on the temperature-rise test drawing. （Test points的數量及位置在測試需要經過業主/工程師審批，一般沿著主bar會儘量在不同節點設置Test points）

(5) Duration of Test

Current is applied until temperature rise approaches the steady state, i.e. rising at not more than 1°C per hour, as stipulated by clause 10.10.2.3.1 of BS EN 61439-1:2011. During this period, slight mains voltage variations and increasing impedance of the test piece necessitate an occasional adjustment to the applied voltage. Temperatures are measured at hourly intervals throughout the test.（Temperature loggers會自動記錄並保存溫度數據）

(6) Test Result

The temperatures measured in each hour are recorded on the client-approved test form. The temperature rise shall not exceed the values as stipulated in Table 6 of BS EN 61439-1:2011.

測試報告：（Test report is initialled by FED-SUPREMETECH LIMITED）

【電氣設計】電纜大小、電壓降、電能質量計算【進階版 - 施工階段】（Cable Sizing, Voltage Drop and Power Loss Calculation）【Advanced - For Construction】

當工程已經進入到施工階段，我們會根據顧問公司當初設計時提供的電纜大小進行覆核計算。這時，我們常常會遇到有些cable sizing無論如何都解決不了CCC，voltage drop，copper loss等問題。在這時，我們有哪些特別的解決辦法呢？今天，我們就來探討一下。

有關Cable Sizing的基本計算和知識可參考這篇連接：

【電氣設計】電纜大小、電壓降、電能質量計算（Cable Sizing, Voltage Drop and Power Loss Calculation）

1. 發電機至末端電纜的copper loss的計算不需要符合BEC的要求。

注意：這裏不僅包括消防（Cat 1）發電機也包括非消防（Cat 2）發電機（常常會忽略非消防發電機，如下圖BEC解釋）：

2. 若CCC滿足不了protective device的要求，注意檢查兩點：

    1）檢查電纜數量是否正確，total CCC有無根據電纜數量放大。

    2）檢查電纜的grouping factor是否可以放大。根據CoP，一般情況下grouping factor設置為0.72，但如果電纜橋架只有一條電纜，或者電纜排列較疏，間隔超過一個dia，那麼可以放大，最高至1。

如果檢查之後仍要放大電纜，再去看看保護開關是否預留過大，可否縮小。

3. 當voltage drop和copper loss同時出現Fail狀態時

檢查一下線路的loading是否合理。在施工階段，應該可以基本得到該線纜的實際loading，而不應再使用設計時的預留負荷（預留負荷常常過大）

4. 計算發電機電纜時的負荷不同於正常負荷

在第三點的基礎上，在計算發電機電纜時，線路負載的大小一般不應與正常負載大小相等。因為發電機啟動時的負載一般比正常情況要小。

5. 適當調整預留給末端設備的最後1%

對於Voltage Drop，CoP要求有變壓器supply terminal到末端用電設備的大小不超過4%。在計算時常常計算至末端設備前一端的MCB/MCCB/LMCP為3%，為末端設備預留1%。但如果能證明到末端設備的電壓降小於1%，如供貨商提供的數據或者提供實際計算出來的數值，那麼前部分的3%則可增加至3 ～4 %之間，只要總電壓降不超過4%即可。

6. 覆核電纜長度。

有時為了方便同一間房的電纜常常假設成為統一的一個長度，在施工階段則需要根據實際情況進行覆核。一般會比設計時短一些，這裡需要留意。

以上的六個方法提供了解決電纜計算的六種思路，如果能靈活應用，應該可以解決大部分的電纜計算問題，希望對大家有所幫助。