臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要討論大型馬達啟動時，會於數秒內產生5至8倍啟動電流，使半導體廠配電系統匯流排產生較大電壓降（voltage sag），較敏感的設備可能停機或產出瑕玼品。過去業界慣用的方法為以間接啟動減少電壓降，如電容器啟動、自耦變壓器啟動、Y-Δ啟動、VVVF啟動。本論文則提出先以ETAP軟體分析半導體廠配電系統，再規劃各電力元件參數，以直接啟動方式啟動大型馬達，電壓降將被限制在合理範圍，半導體廠各設備將不受大馬達啟動的電壓降影響。業主將受益於投資電力設備減少，配電系統可靠度上升，期初建廠成本及未來維修成本將顯著下降。

This thesis mainly investigates that start-up of large motor will produce 5 to 8 times rated current in seconds when it starts. Great voltage sag on the distribution power system bus may occur and cause sensitive equipment damaged and shut down, which makes the semiconductor plants produced defectives items. In the past, indirect reduced voltage startup methods are commonly used in the industry, such as autotransformer start, wye-delta start and VVVF start. The purpose of this thesis is to build a specific DOL method by ETAP simulation software that can start large motors directly for the semiconductor plants. The method firstly analyzes the distribution system for semiconductor plants, and then plan for the parameters for each power components accordingly. The results have showed that the voltage sag on the bus will be limited within reasonable range through this specific DOL method and reduced the impact for semiconductor plants. Semiconductor plants will be benefited from the reduction of investment in power equipment, improved reliability for distribution power system, the decrease for the construction and maintenance cost.

目錄

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章　緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文架構 5
第二章　大馬達啟動對供電系統之影響 6
2.1 標么系統 6
2.2 半導體設備對電壓驟降的忍受曲線 6
2.3 變壓器介紹 9
2.3.1 變壓器原理 9
2.3.2 變壓器模型 10
2.3.3 變壓器設計 11
2.3.4 變壓器溫度與容量曲線 15
2.3.5 變壓器的阻抗與售價 16
第三章　大型馬達啟動模擬、分析及改善 19
3.1 研究方法流程 20
3.2 系統分析計算 21
3.2.1 配電系統佈置 21
3.2.2 標么系統計算 22
3.2.3 等效電路模擬 22
3.2.4 匯流排電壓計算 24
3.3 ETAP軟體驗證 25
3.3.1 ETAP軟體介紹 25
3.3.2 電力系統軟體優缺點比較 26
3.3.3 模擬系統之建立 30
第四章　結果與討論 40
4.1 變壓器容量與大馬達啟動分析結果 40
4.1.1 N-1系統正常供電分析結果 40
4.1.2 N-1系統單邊失效供電分析結果 46
4.1.3 N-1系統單邊失效且兩台馬達同時啟動分析結果 50
4.2 變壓器阻抗與大馬達啟動分析結果 52
4.2.1 N-1系統正常供電分析結果 53
4.2.2 N-1系統單邊失效供電分析結果 54
4.2.3 N-1系統單邊失效且兩台馬達同時啟動分析結果 56
4.3 大馬達啟動結果討論 57
4.3.1 未改善前系統壓降結果及討論 57
4.3.2 變壓器風扇均啟動後系統壓降結果及討論 57
4.3.3 配電變壓器容量加倍後系統壓降結果及討論 58
4.3.4 配電變壓器阻抗減少後系統壓降結果及討論 59
第五章　結論與未來展望 60
5.1 結論 60
5.2 未來展望 61
參考文獻 62

圖目錄
圖 2 1 SEMI F47-0706 標準 8
圖 2 2鐵心與繞組 9
圖 2 3變壓器模型 10
圖 2 4變壓器簡化模型 11
圖 2 5內鐵式變壓器 12
圖 2 6外鐵式變壓器 12
圖 2 7積鐵心變壓器 13
圖 2 8捲鐵心變壓器 13
圖 2 9變壓器短時間超載能力限制曲線 16
圖 2 10變壓器油溫與單位負載關係曲線 16
圖 3 1研究流程 20
圖 3 2工廠電力系統單線圖 21
圖 3 3配電系統簡化單線圖 23
圖 3 4 N-1失效配電系統簡化單線圖 23
圖 3 5模擬系統建立流程 30
圖 3 6 ETAP軟體介面及工具箱 31
圖 3 7 ETAP建立單線圖 31
圖 3 8電網參數設定 32
圖 3 9主變壓器參數設定 33
圖 3 10負載1參數設定 33
圖 3 11配電變壓器DT1參數設定 34
圖 3 12大型馬達參數設定 35
圖 3 13大型馬達模型參數輸入 35
圖 3 14配電變壓器參數設定 36
圖 3 15負載2參數設定 37
圖 3 16補償電容器參數設定 37
圖 3 17線路阻抗參數設定 38
圖 3 18單線圖完成輸入參數示意圖 38
圖 3 19電力潮流分析模式 39
圖 3 20馬達啟動分析模式 39
圖 4 1 N-1系統電力潮流結果 41
圖 4 2馬達Mtr1轉差率 41
圖 4 3馬達啟動電流 42
圖 4 4 N-1系統電壓降 42
圖 4 5風扇啟動N-1系統電力潮流結果 43
圖 4 6風扇啟動N-1系統電壓降 44
圖 4 7 T2=30 MVA電力潮流結果 45
圖 4 8 T2=30 MVA系統電壓降 45
圖 4 9 N-1系統單邊失效電力潮流結果 46
圖 4 10 N-1系統單邊失效電壓降 47
圖 4 11風扇啟動N-1系統單邊失效電力潮流結果 48
圖 4 12風扇啟動N-1系統單邊失效電壓降 48
圖 4 13 N-1失效單台馬達啟動30MVA電力潮流結果 49
圖 4 14 N-1失效單台馬達啟動30MVA電壓降 50
圖 4 15 N-1失效兩台馬達同時啟動電壓降 51
圖 4 16 N-1失效風扇運轉兩台馬達同時啟動電壓降 51
圖 4 17 N-1失效變壓器30MVA兩台馬達同時啟動電壓降 52
圖 4 18 N-1系統T2阻抗=4.5%電力潮流結果 53
圖 4 19 N-1系統T2=4.5%電壓降結果 54
圖 4 20 N-1系統單邊失效T2阻抗=4.5%電力潮流 55
圖 4 21 N-1系統單邊失效T2阻抗=4.5%電壓降 55
圖 4 22兩台馬達同時啟動T2阻抗=4.5%電壓降 56
圖 4 23配電變壓器阻抗變化與13.8kV匯流排電壓關係 59

表目錄
表 2 1必要的電壓降容許範圍 8
表 2 2建議的電壓降容許範圍 8
表 2 3變壓器冷卻能力與容量關係 15
表 2 4變壓器標準阻抗 17
表 2 5變壓器阻抗與售價關係 18
表 3 1電力分析軟體比較表 29
表 4 1未改善前系統電壓降 57
表 4 2風扇啟動時系統電壓降 57
表 4 3 T2容量為30MVA時系統電壓降 58
表 4 4 T2阻抗為4.5%時系統電壓降 59

[1] 史欽泰，“塑造經濟奇蹟的跨界合作-台灣半導體研發與產業發展”，科學月刊，第481期，2010年，取自：http://scimonth.blogspot.tw/2010/01/20101481.html
[2] 王明朗，“投資者與股票族必讀-認識台灣半導體產業”，台灣綜合展望，NO.7，第73~93頁，2003年。
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[13] Overview of SEMI F47-0706, from: http://dom.semi.org/web/wstandards.nsf/19A2E6E9C088D3958825733100743B15/$file/4OverviewofSEMIF47-0706.pdf
[14] SEMI F47-0706，擎宏電子，取自：http://www.idrc.com.tw/
[15] 屋內線路裝置規則，民國102年12月16日。
[16] Stephen J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, McGraw-Hill Co., Fourth Edition, 2005.
[17] ANSI/IEEE C57.92-1981 IEEE Guide 4 Loading Mineral-Oil-Immersed Power Transformers up to and including 100 MVA with 55∘or 65∘Average Winding Rise.
[18] 阮齊宏，變電工程原理，台灣電力公司訓練所。
[19] IEEE Standard C37.2-2008 ANSI/IEEE Standard Device Number.
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