2018年2月25日星期日

高壓電力系統 High Voltage System


高壓電力系統
                                                                                            
        現今世界各地的發電系統一般來說都不會建設於工商業區,更不可能與民居為鄰。因此在傳輸時必須考慮成本效益的問題,高壓電力系統在長距離的傳輸時比較低壓電力系統有著低建設成本及低損耗的優點,然而低壓電力系統又比高壓電力系統有著較為安全及對從業員的技術要求較低的種種優點;因此電力由發電廠生產出來以後,在傳輸時便會不斷地經過變壓器的升壓和降壓,而三相供電系統當然亦比單相供電系統有更高效益,因此需要解決三相電路中的變壓問題。三相交流變壓器的接法有兩種:一種是用三台單相變壓器組成的三相變壓器組(3 Phase transformer);另外一種是採用三相共有整體鐵芯的三相變壓器。
雖然英國工程師協會訂定高於1000V 交流電電壓便是高壓,但是同樣是高壓,對於不同電壓層級(11kV、33kV、66kV、132kV、275kV 與400kV,甚至中國大陸或外國才會使用的800kV)的電壓對絕緣要求和產品設計,都會出現明顯分別,這樣一來對於行業間有著明顯的不足之處,以致各地廠商會自行在不同的電壓分隔出不同的電壓組別;因此廠商間的對電壓的分級可能會有差距,參考明稱與電壓值如下:


高壓直流電換流變壓器
高壓直流電換流變壓器(HVDC Classic converter transformers)較為特殊。分為系統1 及2(System 1 & 2),它應用了不間斷電源供應器(UPS)的12 相整流技術及IGBT 逆流器在超高壓之上,電路示意圖。系統1 繞組方面由於配合12 相整流,因此亦與其他變壓器不一樣;220kV 的低壓端是以星形接駁並把中心點接地,高壓端則有兩個繞組分別以星形及角形接駁,用以提供反相及相角偏移電源,在升壓及整流過程提升為最高的800kV 直流電壓,再經架空電纜傳輸至系統2。系統2 方面由IGBT 逆流器把超高壓直流電震盪轉為交流電後,再傳回星形及角形接駁的兩個初級繞組,經星形接駁並把中心點接地的次級繞組降壓至220kV,因此系統1 及2 兩組高壓直流電換流變壓器盡管外觀相同,但功能上是完全不同的。目前掌握這個技術並實際應用於輸電系統中的就只有ABB、阿爾施通及西門子等企業。

高壓直流輸電優點:
1. 高壓直流輸電具有明顯的經濟性。輸送相同功率時,直流輸電線路所用線材僅為交流輸電的1/2~2/3;
2. 在電纜輸電線路中,高壓直流輸電線路不產生電容性電流,而交流輸電線路存在電容性電流,也會引起損耗,由於直流傳輸系統為純電阻電路,長距離傳輸時損耗比交流傳輸系統減少30~40%;
3. 採用直流輸電時,線路兩端交流系統不需同步運行,而交流輸電必須同步運行;
4. 高壓直流輸電控制方便、速度快,發生故障的損失比交流輸電的小;
5. 在高壓直流輸電工程中,各極是獨立調節和工作的,彼此沒有影響。

高壓直流輸電缺點︰
1. 直流換流站比交流變電站的設備多、結構復雜、造價高、損耗大、運行費用高 (相對交流系統而言;
2. 諧波較大;
3. 直流輸電工程在單極大地回路方式下運行時,入地電流會對附近的地下金屬體造成一定腐蝕,竄入交流變壓器的直流電流會使變壓器噪音增加;
4. 若要實現多端輸電,技術比較復雜。

整體而言在超高壓系統中,直流仍然具有優勢。



http://www.abb.com/




注氣式絕緣系統 (GIS - Gas Insulation System)

在66kV以上的高壓電力系統中,在香港近乎全數轉為注氣式絕緣系統,它的成本比較油浸式高很多,而有著極穩定的安全系數,是最大優點。除非是出現氣體洩漏,否則故障也不會產生火花。





高壓電力用斷路器 (High Voltage Switchgear)

最小以兩個或以上的真空斷路器組成66kV或以下的高壓掣櫃來使用,在香港的高壓系統中,由於真空斷路器的製造技術已經非常成熟,以致使用絕緣油的設備會慢慢被完全取代。




環路開關 (RMU Ring Main Unit)

設計上可以兩入一出的供電方式或與其他地區的環路開關連接組成高壓的環形電路,模式跟低壓的13安培環形插座電路相類似。















高壓電力用熔絲 (High Voltage Fuse)




高壓電力用避雷器 (Surge arrestor)

避雷器與絕緣器最明顯不同的是 - 一端接帶電導體,而另一端接地,起作用時會把過高的電壓帶去接地系統。



絕緣子 (Bushing)

用來固定帶電部份的絕緣器,多以陶瓷或聚脂製成。





高壓電纜 ( High Voltage Cable)

高壓電纜與低壓電纜最大不同之處是在於絕緣層的厚度。







架空高壓電纜 (Over Head Line)

架空高壓電纜 與高壓電纜最大不同之處是在它多數是光身導體,而外層以鋁合金製成來導電,內層則以鋼纜製成來提高拉力。







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2018年2月20日星期二

電業工程人員測試工具 Electrical testing instrument

電業工程人員測試工具


電源測試螺絲批 (Mains Voltage Indicator)

        這種試電筆最大問題是經人體把電流帶落地燈旦才會亮起來,在正常情況下使用時,由於燃亮燈旦的電流較小,所以不會感覺到觸電,它的工作電壓約50-250V,在香港也有不少地方的系統用電高於市電電壓,如380/660V等,這時使用試電筆來測試電壓便會引致觸電,原因是試電筆及人體電阻不變下,電壓增加後以致電流亦會增加,而且燈旦本身壽命亦有限,所以在安全角度看,這不會是測試電壓的首選工具。



非接觸式電壓感應式測試器 (NCV - No Conection Voltage Detector)


        這類非接觸式電壓測試用具的好處是不用接觸導體已經能夠得知是否帶電,但亦受附近的帶電導體影響,如被金屬物阻隔也無法感應到電壓,更不能檢查直流電。






萬用錶 (Multi-meter)

        萬用錶為最實際和直接的測試儀錶部分更附有溫度探針及三極管測試工能。



        所有儀錶用的熔絲也是短時熔絲 (快燒) 價格較高,但這個也是必須的,如果省下這個熔絲成本的話,下次燒毀的會是儀錶本身。

鉗錶 (Clamp Meter)

        能量度大電流量的儀錶, 視孚本身設計及鉗的大小。





叉式鉗錶 (Clamp Meter)

        叉式鉗錶在使用上較為方便,特別是在較窄的環境時更好用,不過也得注意的是量度導體必須進入叉底位置才會準確,而其他導體進入叉頭範圍也可能影響準確性。





絕緣測試錶 (Insulator Tester)


        絕緣測試錶, 較常用測試電壓為 500V D.C. 及 100V D.C.,而 250V D.C. 則便用在110V電力系統中





















微電阻測試錶 (Micro-ohmmeter)

        主要用作測試導體與導體之間的電阻阻值,最小的單位為微歐姆



線路搜尋器 (Circuit Tracer)

        可以放在電源位置搜尋電纜,也可以放在負載端尋找電源





低壓耐壓測試器 (Pressure Tester for Low Voltage system)

        低壓耐壓測試器提供由 0-5kV的測試電壓,它與絕緣測試錶最大分別不是提供絕緣電阻值,而是提供一個毫安培 (mA) 錶用以量度設備上的對地漏電電流


高壓耐壓測試器 (Pressure Tester for High Voltage system)

        基本形號的高壓耐壓測試器會提供由 0-40kV的測試電壓,一般在11kV系統會使用22.5kV來測試一分鐘,要是132kV系統,更會用上275或305kV作為測試電壓





絕緣油測試器 (Oil Tester)


        新形號會是全自動,用以測定絕緣油品質



       

初級注流測試器 (Primary Injection Set)


        初級注流器在一般維護工作時較少用上,設備較重, 在測試線路注入數百至數千安培 (按需要及儀器上限) 多數只會在交付或一些特別情況下才用來測試。


次級注流測試器 (Secondary Injection Set)

        次級注流測試器在注入數安培至一百安培來測試,主要用來測試錶頭及繼電器等。



                                          
高壓試電棒 (Phasing Stick)

        左圖必須連接萬用錶一起使用, 只有一尺長,28kV AC 或 40kV DC適用,右圖是較為傳統的高壓試電棒,其長度多於一米,且中間位置有電壓錶供檢示。









放電棒 (Dis-charger Rod)

        放電棒只是在切斷電源後,並已確定沒有電壓才用來接觸導體及把殘餘電流帶走的工具,錯誤使用在帶電導體上,火球便會飛撲而來。







多功能電力分析儀 (Power Analyzer)

        較為專業的測試儀錶,可以記錄系統用電特性,瞬間失壓 (Volt Drop, Volt Dip),功率,功率因數等......






相序錶 (Phase meter)

用以確定相序是否正確的儀錶。



直流放電機 (Dis-charger machine)

用以確定電池容量的儀器。





電池內阻測試儀 (Battery Impedance Tester)

用以確定電池老化情況的儀錶。



酸鹼度測試管 (G.I. Test set)

不論酸性或鹼性充電池也需定期測試其酸鹼度,避免酸鹼度過強而腐蝕充電池因結構及影響壽命。







牆壁素描器 (Wall scanner)

用以檢查牆壁內的塑膠喉管(高級型號),鋼筋及電線位置的儀錶 。







紅外線測溫器 (Thermo Scanner)

用以檢查目標物溫度的儀錶。





紅外線成像儀 (Thermograph)

用以檢查目標物溫度的儀錶,並轉化為圖像來顯示。




溫濕度記錄儀 (USB Temperature / Humidity Data Logger)

可以記錄環境溫度及濕度的工具。





勒克斯錶 (Lux Meter)

用來測量照明系統,多在交付時使用。




插座測試器 (Test Plug for socket outlet)

簡單易用及快捷的測試工具,直接插入插座內。



廠商驗收測試 (FAT Factory Acceptance Test)



工地驗收測試  (SAT Site Acceptance Test)



測試及交付 (T&C Testing and Commissioning)







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電力系統常用組件 Electrical System Component


        這類古董空氣斷路器或電磁接觸器, 值得注意的是,它的滅弧器,是用石棉來製造的,正常情況沒有甚麼問題,只有打破了便會產生石棉塵,且屬於一級致癌物,吸入後會引發肺癌。


        在以前的設計中,錶頭是以圓形金屬外殼為主,在七八十年代起已經開始轉用塑膠方形外殼,當中以90x96mm較為常用,只因為大小適中,而指針方面以90度顯示的廉價以至較常用,另一款則是270度。


電壓錶 (Voltmeter)

        一般低壓錶頭會直接把110 / 220或380伏特 (V) 電壓直接接入錶頭內,因此又稱為直氣錶,而高壓系統使用時會透過電壓互感器來降壓至110伏特 (V),再以錶頭上的比例讀數來讀取電壓值,電壓錶上的黑色圓形塑膠之用途是把指針置零位的。



電流錶 (Ammeter)

電流錶方面也會有直氣錶,一般在20或30安培以內,錶內以分流法接駁,錶頭讀數直接顯示運行電流值,較大電流的顯示方式,必定使用電流互感器來顯示比例電流值,電流錶上黑色圓形塑膠也是同樣用途把指針置零位的。



        這款三針錶頭,每支指針也各有不同用途, 第一支指針是顯示即時運行電流,第二支指針是顯示瞬時最大電流,例如曾經有23安培流過,錶頭便會一直停留在那裡,直到有人重置,第三支指針是顯示較長時間的最大運行電流,要用時間及電流去推動指針,因此使用初期或重置後不會即時上升顯示讀數,而這款錶頭較大的黑色圓形塑膠是用來重置瞬時指針及最大運行電流指針的。
 由於這類機械式錶頭,較難製造出線性讀數,所有有部分在 0-10安培範圍內刻度比例跟 10-30安培範圍不一樣,甚至沒有刻度,而下圖 30-60安培也是個不準確範圍。


功率因數錶 (P.F. - Power Factor Meter)


        用以顯示功率因數的錶頭,也是由有三種標準尺寸以選擇安裝 除了90度及270度以外,也有360度錶頭供選擇。



功率計 (M - Power Meter)

        功率錶有多種款式, 有安裝在掣櫃面,也有安裝在掣櫃內,有的只顯示實時,有的可以記錄,機械式的缺點是在安裝主錶及多個分錶時,其誤差可達10% 當然功率錶也會有電子式,而優點是較為準確,而電子式的缺點是壽命相對較短。


















多功能電錶 (PA - Power Anazlyer Meter)





多功能電力分析儀 Power Analyzer


次數計 (Counter)


        用以記錄總開關等的使用次數來製定維修方案。



運行時數計 (Hour Run Meter)

        用以記錄電氣設備等的使用時數來製定維修方案。


電壓轉換器 (Voltage Transducer)






電流轉換器 (Current Transducer)







反時限最小時間繼電器 IDMT (Inverse Definite Minimum Time) Relay


過流(過載)故障繼電器 (O/L - Over Current/Load Relay)


        一套三個的過流(過載)故障繼電器,分別監察L1,L2及L3的運行電流,必須配合電流互感器(C.T. - Current Transformer)一起使用。



接地故障繼電器 (E/F - Earth Fault Relay)


        一個專用監察對地故障的接地故障繼電器,必須配合電流互感器(C.T. - Current Transformer)一起使用。


漏電繼電器 (Earth Leakage Relay)

        對地漏電監察的靈敏度與RCBO相等,高級型號更可以顯示即時的漏電電流,必須配合零序電流互感器(ZCT - Zero Current Transformer)一起使用。





如何測試接地故障繼電器




限制性接地故障繼電器 (Restricted Earth Fault Relay)

        這個名稱基本上是取決於該接地故障繼電器的用途。

        使用限制性接地故障保護方案來識別電力系統有限部分故障中的故障。主要用於檢測變壓器星形端的故障。




        限制性接地故障繼電器將透過接地線電流互感器測得接地線電流與其餘各個三相電流互感器次級電路合流後的中性線電流進行比較。如果中性點與接地線點電流的值相同,表明故障不在我們的關注區域內,並且它不會運行,並且允許正常的接地故障繼電器採取行動。如果兩個中性點電流不匹配,則表示有關部分出現故障,REF繼電器將開始運作。


電動機保護繼電器 (MPR - Motor Protection Relay)

        電動機保護繼電器是針對電動機的特性而設計的繼電器,它的保護包括了頻繁起動,過長時間起動,電動機過載保護及電動機過熱保護等......



溫度控制器 (Termperature Cotoller)

        由於各個廠商可能有不同的要求,MPR未必可以完全滿足所有電動機及冷氣設備生產廠商,因此在電動機上會再加入溫度控制器來加強保護,一般來說會在前後軸承 (Bearing - 俗稱啤令),電動機外殼及線圈等加入溫度探針來監察。




匯流排保護繼電器 ( Bus Protection Relay)







監察繼電器 (Supervision Relay)

        監察繼電器的用途是用以監察各個保護器件連接至斷路器之間的線路是否正常工作狀態,避免因為跳脫線路因鬆脫或損毀而失去跳脫作用。





Solker Relay

  Solker R

  Solker RF






過壓繼電器 (Over Voltage Relay) 及 失壓繼電器 (Under Voltage Relay)






功率因數修正錶

用以監察功率因數,並投入電容組來提升功率因數,如電壓線及電流亙感器的接線出現接駁錯誤,會引致無法正常運作,可以控制4位(STEP)至12位電容組不等。



電容器

用以修正功率因數為最重要用途。




諧波濾波器 (Harmonic filter)





指示燈 (Indication Lamp)
  直氣指示燈 (Direct Lamp)

        以220V電壓的燈泡安裝在燈座內,會因燈泡烏絲燒斷時,可能引致因短路而把熔絲燒毀,而且會因開關總掣時的震動而震斷烏絲。




  火牛指示燈 (Transformer Lamp)

        內置小形變壓器,以220/6.3V來降降,因此燈泡也是用6.3V電壓的燈泡安裝在燈座內,燈座成本較高 不會因燈泡烏絲燒斷時,引致因短路而把熔絲燒毀,但也會因開關總掣時的震動而震斷烏絲。





 二極管指示燈 (LED Lamp)

        成本較低也較為節省電力的新款指示燈,不過會因為進行絕緣測試而縮短其壽命,因此進行絕緣測試時應該把LED指示燈分離,也會因為燒毀時引致熔絲燒毀,因此在設計是不應把指示燈與失壓繼電器共用一組熔絲。




電感指示燈 (Inductance Lamp)

       一般只會在高壓掣櫃中使用。


隔離搫 (Isolator)














高斷流熔絲 (HRC Fuse)

    BS 88 









熔絲座 (Fuse Holder)


















熔斷開關 (S/F - Switch Fuse) 

        在中文名稱上S/F跟F/S,兩種也是熔斷開關,俗稱同樣叫為 灰士掣,雖然同樣是把BS 88熔絲安裝上去,不過兩者結構上完全不同,因此售價也是兩回事。

        Switch Fuse結構上刀(開關接點)與熔絲,電源線接駁在刀其中一面,而接至負載的電線則接駁在熔絲座的上端,因此熔絲是長期與線路接連在一起, 正常來說更換熔絲不會危險,但是不小心觸及接線躉時,線路中出現回頭氣仍然可能引致觸電。


        Switch Fuse由16A 至 160A 也有供應 (高壓系統除外)。




熔斷開關 (F/S - Fuse Switch)

        Fuse Switch在關上時,其熔絲與底座完全分離,不會與電源線及負載線有接觸,相對較安裝,且機械結構也較強。

        Fuse Switch由63A至3200A也會有供應,也可以透過更換較小額定值的熔絲保護線路。

熔斷開關之 F/S - Fuse switch 跟 S/F - Switch Fuse之分別


微型斷路器 (MCB)

        由 6A至 100A也有供應,屬於較常用且便宜的保護器件。



塑殼斷路器 (MCCB)

        由 16A至3200A也有供應,與MCB最大分別在於斷流容量。




餘差電流保護器

        唯一用作保護人體的保護器件,對漏電電流極敏感。

  RCD






  RCCB






  RCBO






  ELCB 






AFDD 

 外觀上跟普通的MCB分別不大

電弧檢測裝置 Arc fault detection device (AFDD) with integrated MCB


空氣斷路器 (ACB - Air Circuit Breaker)

        低壓系統中常用於總開關及支總開關的保護器件。



空氣斷路器

浸油式斷路器 (OCB - Oil Circuit Breaker)

        在香港的11-66kV系統中差不多絕跡的高壓設備,它有不少缺點,而優點是相對便宜。





真空斷路器 (VCB - Vuccm Circuit Breaker)

        已經相當成熟的高壓設備,一般會在11-66kV系統中使用。



真空斷路器 Vacuum Circuit Breaker

墮性氣體斷路器 (GCB - Gas Insulation Circuit Breaker)

        除了在70年代曾經出現在11kV系統中,現在大多數在 66kV以上的系統使用。





四極自動轉換掣 (Auto C/O - Auto-change Over Contactor)

        較舊的機械式四極自動轉換掣 優點是較便宜,以兩個電磁接觸器組成,並需加入保護器件,時間掣及控制線路。





四極自動轉換掣 (ATS - Auto-Transfer Switch)

        新式機械四極自動轉換掣 相對較貴,但已經內置控制線路,只需加入保護器件。






塑殼斷路器式四極自動轉換掣 (Motorize MCCB ATS - Auto-Transfer Switch)

        由兩個MCCB,控制線路及電動機組成的四極自動轉換掣,價格昂貴,優黠是不切再加設保護器件及節省空間。




空氣斷路器四極自動轉換掣 (ACB ATS - Auto-Transfer Switch)

        由兩個ACB,控制線路,電動機,跳脫及閉合線圈組成的四極自動轉換掣,以鋼索連動 一隻800A 4P ACB也高達數萬元,因此一套這樣的四極自動轉換掣價格非常高昂,優黠是電流載流量大,在良好保養維護下相對較穩健耐用。




四極手動轉換掣 (MTS - Manual Transfer Switch)

        只是手動的四極轉換掣,用於不太重要的設備上,優黠是價格便宜。






發電機 (Generator / Genset)

       

後備電源 - 柴油發電機 Generator / Genset


不間斷電源供應器 (UPS - Uninterruptible Power Supply)






畜電池

一般來說會有 1.2V,2V,6V,12V按需求訂購及組裝,設計使用年期可達 5年或 10年,部份廠商更提供 3年內免費更換保養。


















防雷保護 (SA - Surge Arrestor)

用作保護用電設備的組件,避免因為雷電擊中架空電纜時,損壞電力系統。





變壓器 (Tx. - Transformer)

用以把電壓上升或下降的設備,常用的有浸油式變壓器,乾式變壓器及墮性氣體式變壓器。


乾式變壓器 Dry Type Transformer


注氣式變壓器 (SF6 Gas type insulation Transformer)l


電壓亙感器 (VT - Voltage Transformer)

供高壓系統用的設備,是高壓電力與儀錶之間的橋樑,基本結構與變壓器相同。

  


電流亙感器 (CT - Current Transformer)


        把系統電流轉換為較小數值,按比例經電流錶顯示出來。













合流電流亙感器 (SCT - Summation Current Transformer)

        合流電流互感器(Summation current transformer,SCT)主要用於把兩個以上同比例或不同比例的電流互感器,合流並輸出為總比例,目前最多可以把9 組電流互感器合而為一。

        例如:兩個400/5 及一個200/5 的電流互感器,合流後它的總比例為1000/5 或因應需要而變更為1000/1,同時提供保護及測量形號,4 位實物如下圖,在香港必須向代理訂購,貨期一般為最少三個月。






30V 充電機 - 低壓電力系統 ( 30V Battery charge for Low Voltage system)

        主要作用是供繼電器及跳脫線路使用。








110V 充機 - 高壓電力系統 ( 110V Battery charge for High Voltage system)

        主要作用是供指示燈,繼電器及跳脫線路使用。







水銀掣(浮波掣)的原理

         由於水銀(汞)是液態導電金屬,因此在流動的同時接觸到兩個接點,便會成為兩個接點的導電橋樑並通過電流,而流動往另一方向時,便停止導電作用。





接地系統


        透過接地線,把漏電電流有效帶回供電的變壓器。



接地系統(一) Earthing System(1) (踏入50萬瀏覽量第二文)

避雷系統

避雷系統,透過避雷針來誘雷,然後有效地把雷電帶到泥土中消散。





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