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电力线通讯(PLC)系统工程系列专刊(二):电力系统与住户电力网路


電線通訊(PLC)系統工程系專刊 (二) ─ 電系統與住戶電網

台電綜合研究所 蒲冠志博士 工研院資通所 俊專案經

電線通訊(Power Line Communication, PLC)顧名思義就是 用既有電線,將據或資訊以位訊號處方法進傳輸。一般 ,電線通訊系統的應用可分為種,一種為光纖網接到變電 所然後透過中壓電線PL

C與低壓電線PLC接到用戶。另一種則 光纖網接到桿上變壓器,然後直接以低壓電線PLC接到用 戶。然無何種PLC方式,其背後骨幹網(Backbone)均為光纖網 。 因為與既有電網有著相當密的關係,所以本文將針對整個 電系統進介紹,其中包含從發電系統、輸電系統到配電系統。另 外,由於目前電線通訊備應用在用戶內網最為普遍,然各種同 用戶因所處建築物型態的同,期電網配置也將同,所以本文 也將針對用戶電網進詳細介紹。

整體電系統介紹
電系統為各組成元件互相結成之網,其主要構成包括: (1) 發電系統,(2)輸配電系統與(3)用戶(負載)。其中發電系統為 各種發電設備相關之統稱,目前發電方式包括水、火、核能與其 ─ 1 ─

他發電方式(如太陽能、風、生質能、地熱、潮汐與燃電池等)。 以下將針對上述發電系統、輸配電系統與用戶(負載)三部分逐一 明。

圖:電系統構成 【發電系統】 發電機為發電系統最主要組成元件之一,它是一種能轉換裝 置,將各種非電能型式的能轉換成電能,再透過變電設備與輸配電 傳輸系統將電能傳送到各用戶。發電機依動能輸入同,目前較主要 可區分為,石化燃(煤、石油或天然氣)火發電,核能發電與水 發電。 石化燃火發電主要用煤、石油或天然氣等石化燃加以燃 燒產生蒸汽,再用蒸汽驅動渦機帶動發電機而產生電能。核能發 電主要用可控制的核分產生能加熱核能蒸汽產生器而帶動發 ─ 2 ─

電機,主要可分為沸水式反應器(Boiling-Water Reactor, BWR)與壓 水式反應器(Pressurized-Water Reactor, PWR)。水發電主要用 水位差的位能轉換成動能驅動水機而帶動發電機產生電能。基本 上水發電分為傳統水發電及抽蓄發電種,傳統水依儲水能 又細分為(1)川式發電:無攔河壩或用時壩方式將河川之水引 入電廠發電,其發電與上游河川有關,有多少的水發多少 電,(2)調整池式發電:建有較小型蓄水壩,依蓄水之多寡,作 調節性的發電運用,(3)水庫式發電:建有大型蓄水壩,於豐水期 蓄水,配合下游用水需要,將儲水發電後提供下游使用。另外抽蓄發 電係設有上、下池,用電尖峰時段取水發電,發電後用水儲於下池, 峰用電時段再用多餘電將下池的水回抽到上池,以備用電尖峰時 段取水發電。 除上述幾種發電方式外,由於能源危機浮現,所以運用其他能 源發電方式也漸漸為人們所注意,如太陽能、風、生質能、地熱、 潮汐與燃電池等,就目前台灣電系統而言,幾種主要發電方式分 佈如圖:

─ 3 ─

圖:發電機組分佈 【輸電系統】 電系統是由發電系統、輸電系統與配電系統結合而成,輸電系 統為電廠與用戶間的橋樑,是電系統的動脈,由綿亙全的輸電網 與變電所所組成。 輸電系統的任務,除保持電傳輸網的暢通外,亦致於系統 設備完善的調、運轉與維護,以維持電品質、低電損失,同 時也需因應系統的變化、國家經濟建設發展、民眾權的保障及環保 景觀等考,作變電與線設備的擴充、改善與變。

─ 4 ─

圖:輸電系統結構圖

以台灣電系統為,輸電系統依電壓等級可分為345 KV、161 KV與69 KV三種 一般發電廠發電後會透過發電機變壓器將電壓提升 。 到345 KV,然後經過輸電線作長距的電能輸送將電送到超高壓 變電所 (345/161 KV) 。接著經由超高壓變電所變壓器將電壓為161 KV,然後將電送到一次變電所(161/69 KV),通常一次變電所已 經較接近負載中心,最後將電傳輸到二次變電所(69/11.4/22.8 KV,另外一種變電所為161/11.4/22.8 KV,稱為配電變電所),此時 電已經被引入負載中心(市區),到此階段,電壓等級於69 KV以 上稱為輸電系統。 【配電系統】

─ 5 ─

輸電系統將電傳送到二次變電所或配電變電所,此時電壓已經 到11.4/22.8 kV,從此以下到用戶間稱為配電系統。 電公司為提供用戶穩定與高品質的電,訂定「配電系統 規劃準則」,使配電系統規劃人員,就中、長期觀點,整體規劃配電 系統供電能,以增進系統供電可靠並確保系統轉供操作活,其 通則為:配電系統規劃,應配合地區之市計畫或開發計畫研討長期 負載需求,以對該地區之變電所需求、配電電壓、配電方式、系統型 態及管線系統等進整體性之規劃,配電系統依地區特性、用電需求 及負載型態等因素規劃適用之配電系統型態,明如下。 (一) 架空配電系統採放射絡型配電為原則
其它饋線

N.O.

S

S

N.O.

A變電所
N.O.

其它饋線 其它饋線
N.O.

三相動開關 (常閉) 三相動開關 (常開)
N.O. S S

B變電所

圖:放射絡型系統 (二) 地下配電系統

─ 6 ─

地下配電線採一次常開環型(如圖)配電為原則,儘由 同電源之配電線形成環,並在幹線或分歧線末端裝設 三相開關,作為常開點,分別饋供負載,但受地形環境限制, 分歧線得視負載性質以放射型饋供。此外,配合地區特性及用電 可靠需求,得檢討用下配電系統型態。
主幹線開關站 D 主幹環 S PF125E PF125E 3C500XP2 分歧線開關站 亭 置 式 變 壓 器 亭置式四幹線開關 或地下式幹線開關

A變電所

PF125E 50A~100A 高壓用戶

3C#1XP2 四高壓分歧插頭

3C#1XP2

亭置式二開關

N.O.

NX40A 30A以下高壓用戶
N.O.

31A~49A 高壓用戶 PF65E

N.O.

PF125E B變電所 D S 主幹線開關站

100A~375A 高壓用戶 3C500XP2

PF125E

亭置式四幹線開關 或地下式幹線開關

圖:一次常開環型系統 1. 一次選擇系統 配電線幹線或分歧線上裝設自動負載換開關 (ATS),以同電源(一經常、一備用)饋供負載。 適用於地下配電重要地區或用戶。

─ 7 ─

變 電 所 A

饋 線 饋 線

變 電 所 B

高壓用戶

高壓用戶

低壓用戶

低壓用戶

:表示ATS

圖:一次選擇系統 2. 二次選擇系統 二次選擇系統係用組變壓器二次側各引出一電源 (一為經常、一為備用),經過一組選擇開關饋供負載。適 用於對供電可靠需求高之特殊用戶。

─ 8 ─

變 電 所

饋線A

饋線B

台電線

ATS

用戶自備

低壓用戶

圖:二次選擇系統 3. 重點網系統 原則由用戶自備網變壓器,同時由或以上 電源饋供網變壓器,變壓器二次側併供電。適用於供 電品質需求特高之用戶(如超高層建築物)。

─ 9 ─

饋線A

變 電 所

饋線B

饋線C

重點網變壓器 網保護設備

低壓用戶

圖:重點網系統 4. 常閉環系統 系統型態與一次常開環似,惟本系統幹線上開關 均為常閉,由二饋線並運轉,供電可靠高。

─ 10 ─

F D/S
H68 H51 H52 H67

N.O

E D/S
J56 J55 J57

J54

H58

A D/S
H57 H55 H56

H53

B D/S
N.O H54 J52 J51 J53

J58

J67

J68

C D/S
N.O N.O

D D/S
D/S內主匯排 22KV主開關站 常開點

圖:常閉環系統

住戶電網
前述介紹整體電系統,包含從發電、輸電到配電。一般而言 電系統所指僅止於此,最後用戶部份均以負載統稱。然電線通訊 一般適用於配電系統與用戶端,尤其用戶端的應用最為廣泛,以下將 詳細介紹用戶電網。 基本上用戶依用途區分,大致可分為工業區、商業區、住區與 住商混合區。由於電線通訊建置方式與電網配置有關,所以在 本文討住戶電網時另外加上建物型態區分,大致上可區分為 1、商業大,2、社區住,3、公寓式住。 【商業大】 一般而言商業大均設置有配電室(通常設於地下室),電公 司經由配電系統將22.8 KV電壓引入配電室,經由電公司配電變壓 器將電壓轉換成22.8/380(L-L)/220(L-N)接電表後供給給用戶。 ─ 11 ─

各用戶依據負載多寡分別於各層或幾個層共用一個自備變壓 器將電壓轉換成110/220 V等級(380/110/220 V),然後將110/220 V 送到各辦公室總配電盤總開關(斷器),最後透過分開關(斷 器)分別將電送到各用電插座或各用電負載。
NFB

插座 照明 其他 插座 照明 其他 插座 照明 其他

380 V

NFB

NFB NFB NFB

110/220 V 380 V
NFB

NFB NFB NFB

110/220 V

5F 4F
台電系統 22.8 kV 380 V

380 V
NFB NFB NFB

110/220 V 3F

M M M
2F 1F

圖:商業大配電系統 【社區住】 一般社區住設置有配電室(通常設於地下室),電公司經由 配電系統將22.8 KV(或11.4 KV)電壓引入配電室,經由電公司配 電變壓器將電壓轉換成22.8/110/220 V (1φ3W,L-L:220,L-N:110) 接電表後供給給用戶(電表通常至於梯間),另外會有另一组變 壓器電壓轉換成22.8/220 V(3φ)提供給公共用電之動負載。依據 負載多寡電公司將會設置足變壓器組提供用戶使用 (一個變壓 器將能提供20~60用戶等,依變壓器容而定)。當電源經過電纜 ─ 12 ─

線傳送到各用戶後或先經由一個總配電盤總開關(斷器),然後透 過分開關(斷器)分別將電送到各用電插座或各用電負載(通 常插座與照明會使用同斷器,廚房也會獨一個斷器,另外空 調系統也將是獨一個斷器)。
各層屋內
NFB NFB NFB NFB NFB NFB NFB NFB NFB NFB NFB NFB

插座 照明 其他 插座 照明 其他 插座 照明 其他

110/220 V

110/220 V 公共用電 220/380 V

5F 4F M

110/220 V 3F

台電系統 22.8 kV

110/220 V

M
社區配電室

2F 1F

M

圖:社區住配電系統 【公寓式住】 一般而言公寓式住比較少設置有配電室,電公司通常經由配 電系統將 22.8 KV (或 11.4 KV) 電壓引入到住附近電線桿或邊, 然後設置趕上變壓器或邊變壓器,透過這些變壓器經將電壓轉換成 22.8/110/220 V(1φ3W,L-L:220,L-N:110)接電表後供給給 用戶(電表通常至於一梯間)。依據負載多寡電公司將會設 置足變壓器組提供用戶使用(一個變壓器將能提供 20~60 用戶 等,依變壓器容而定)。當電源經過電纜線傳送到各用戶後或先經 ─ 13 ─

由一個總配電盤總開關(斷器),然後透過分開關(斷器)分 別將電送到各用電插座或各用電負載 (通常插座與照明會使用同 斷器,廚房也會獨一個斷器,另外空調系統也將是獨一個斷 器)。
C棟公寓 B棟公寓

A棟公寓

各層屋內
NFB

NFB NFB NFB

插座 照明 其他 插座 照明 其他 插座 照明 其他

台電系統 11.4/22.8 kV

110/220 V

5F 4F

M M

NFB

3F
NFB

NFB

NFB NFB

2F
NFB

NFB NFB NFB NFB

桿上變壓器/ 配電室變壓器

M

1F

NFB

圖:公寓住配電系統

─ 14 ─


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