三相交流電源的應用：量測100階諧波

 

關鍵字：諧波(Harmonics)、間諧波(inter-harmonics)、英國能源網路聯盟(UK ENA)

 

 

 

 

 

英國能源網路聯盟(UK ENA)於2020年出版的工程推薦Engineering Recommendation G5 Issue 5簡稱ER G5/5諧波電壓失真以及諧波源和/或諧振設備與英國輸電系統和配電網路的連接，要求測量諧波至100階。IEC 60034-1旋轉類電機額定及效能標準亦要求量測諧波至100階。

 

 

ENA ER G5/4		ENA ER G5/5
電壓範圍	電壓總諧波失真率 (THDV %)	電壓範圍	電壓總諧波失真率 (THDV %)
至 400V	5%	<400V	5%
6.6kV、11k 及 20kV	4%	400V<V<25kV	4.5%
22kV 至 400kV	3%	25kV<V<66kV	3.7%
		大於 66kV	3%
總諧波失真公式		總諧波失真公式

表一: 英國新舊規範的差異
{表一的電壓範圍指的是PCC的電壓，PCC=Point of Common Coupling (台電譯為責任分界點)}

 

諧波產生的原因與危害

諧波產生的原因：

 

電壓諧波：非線性負載的諧波電流造成電壓波形失真(如圖一例)；傳導性電磁干擾(Conduction EMI)；修正虛功的電容器(或電容器組)與電感性負載的諧振。

電流諧波：非線性負載。 

 

諧波主要的危害：線損、設備過載及諧振

 

 

圖一：非線性負載的諧波電流造成電壓波形失真

 

 

現代交流電源除提供測試功能外，量測能力亦大幅提升

 

 

諧波來自每個單一負載，眾多地單一負載匯聚到電網後對整體電力系統的影響甚鉅，所以每個電氣用品在設計及出廠前若都能嚴格遵循規範並盡可能降低對電力系統的影響則是正本清源之道，所以需使用交流電源測試相關電源品質(驟降、驟升、瞬斷、長期電壓變動等)耐受度外，新一代的交流電源亦提供豐富的量測能力，可以在測試產品的同時又可以得到量測數據，以ASR-6000為例可提供的量測參數如表二。

 

 

量測項目	輸出模式
	AC+DC-INT AC+DC-EXT AC-EXT AC+DC ADD AC-ADD AC-VCA	AC-INT	DC-INT	AC+DC Sync AC-Sync
Vrms / Vavg / Vmax / Vmin / VLL rms / VLL avg / VLL max / VLL min	✔	✔	✔	✔
Irms / Iavg / Imax / Imin	✔	✔	✔	✔
VpkH / IpkH	✔	✔	✔	✔
P	✔	✔	✔	✔
S/Q	✔	✔	X	✔
PF / CF	✔	✔	X	✔
Freq	X	X	X	✔
THDv / THDi	X	✔	X	X

表二：ASR-6000輸出模式與量測項目對應表

 

 

 

量測參數說明
電壓有效值 Vrms 電壓平均值 Vavg 最大峰值輸出電壓 V max 最小峰值輸出電壓 V min 線對線電壓有效值 VLL rms 線對線電壓平均值 VLL avg 線對線最大峰值輸出電壓 VLL max 線對線最大峰值輸出電壓 VLL min 電流有效值 Irms 電流平均值 Iavg 最大峰值輸出電流 Imax 最小峰值輸出電流 Imin	最大峰值保持電壓 VpkH 最大峰值保持電流 IpkH 實功 P Active (W) 虛功 Q Reactive (VAR) 視在功率 S Apparent (VA) 功率因數 PF 波峰因數 CF 頻率Freq 電壓總諧波失真 THDv 電流總諧波失真 THDi，諧波計算至100階，計算公式包含IEC及CSA兩種，預設為IEC。

  

 

電壓總諧波失真的另外一層意義

 

文中提到非線性負載的電流會導致電壓波形失真而造成電壓諧波，當電壓總諧波失真太大時，也可能意味著交流電源的容量不足，此時則需要選用更大容量的交流電源。

 

 

 

圖三：ASR-6000系列重要特點

 

 

 

註解：

 

1：UK ENA：ENERGY NETWORKS ASSOCIATION，英國能源網路聯盟

 

參考文獻：

 

1：Engineering Recommendation G5 Issue 5 2020 https://www.energynetworks.org/

2：Fluke 福祿克公司 現代電能質量測量技術 何學農 著

 

 

 

 

 

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