R&S Scope Rider RTH 電力品質量測：諧波、電壓變動與 EN 50160 標準分析
- Sonya Chan
- 10月5日
- 讀畢需時 4 分鐘
一個理想的供電系統，應提供一個頻率恆定、幅度不變的正弦電壓波形，然而在實際應用中，供電品質會因系統負載的變化以及暫態與中斷等現象的發生，而偏離這種理想狀態，當電網的電力品質良好時，連接至其上的負載便能穩定且高效地運行；反之，不佳的電力品質則可能導致連接至供電網路的機械、電控系統或電腦發生故障。
電力品質量測的目的，便是從諧波污染、虛功與負載不平衡等層面，對實際供電狀況與理想狀態的接近程度進行特性分析。
這當中需要對供電系統進行多項量測，包含頻率、中斷、閃爍、諧波與間諧波電壓、電壓變動（如電壓驟降、暫時過電壓或快速變動）以及電壓不平衡等項目，EN 50160 標準針對這些量測，定義了公用配電系統的供電電壓特性，該標準也包含了具體的合規限制（如下表所示）。
EN 50160 合規限制 | ||
供電電壓特性 | 統計評估區間 | 合規限制 |
電源頻率 | 每週 95% 的時間 | 50 Hz ± 1 % |
每週 100% 的時間 | 50 Hz + 4 % 至 –6 % | |
供電電壓變動 | 每週 95% 的時間 | Vc ± 10 % |
供電電壓驟降 | 1 年 | 未給定（提供每年 1000 次驟降的參考值） |
短時間中斷 | 1 年 | 未給定（提供每年數百次短時間中斷的參考值） |
長時間中斷 | 1 年 | 未給定（提供每年 50 次長時間中斷的參考值） |
暫時過電壓 | 1 年 | 未給定 |
供電電壓不平衡 | 每週 95% 的時間 | < 2 % |
諧波電壓 | 每週 95% 的時間 | THD < 8 % |
市電訊號電壓 | 每日 99% 的時間 | 100 Hz 時為 9 %，100 kHz 時為 1 % |
如何量測電力品質
R&S®Scope Rider RTH 手持式數位示波器在一台堅固耐用、由電池供電的裝置中，整合了八種測試儀器，使其成為此應用的完美解決方案，其四個隔離輸入通道具備 CAT IV 600 V 安全等級，讓使用者無需使用昂貴的高壓差動探棒，即可在三相系統上進行量測，同時確保最高的安全性，長期記錄以及歷史模式功能，則可用於監控並擷取緩慢變化的訊號或偶發事件，完全符合 EN 50160 標準的要求，電容式觸控螢幕讓設定調整更為簡便，而專用按鍵則提供了重要功能的快速存取，對於在高風險區域進行量測的場景，其整合的 WLAN 介面更能透過平板電腦甚至智慧型手機進行遠端操作。
諧波與功率因數
透過選配的 R&S®RTH-K34 諧波分析選項，使用者可以輕鬆量測高達第 64 階的諧波，並測定總諧波失真（THDr 與 THDf）。
當按下 AUTOSET 自動設定鍵時，示波器會在 10 Hz 至 1 kHz 的範圍內自動偵測基本頻率，這項功能使其也能夠量測如飛機等特殊應用場合的電氣網路，儀器不僅能顯示每個諧波成份的瞬時幅度、相位與頻率值，還能記錄開始量測以來的最大值，量測結果可與 EN 50160 標準或使用者自訂的限制進行比較。
要識別不必要諧波的來源，需要量測個別負載的功率因數，示波器的自動量測功能包含了有效功率與虛功，以及對功率因數的直接量測。
電壓中斷、突波或變動
電壓中斷與突波可以透過寬度觸發功能輕鬆偵測，該功能會將量測到的脈衝寬度與定義的時間限制進行比較，以偵測出比給定時間間隔更短或更長的脈衝。
結合 R&S®RTH-K15 歷史與分段記憶體選項，使用者能夠在長時間內擷取並收集非預期的事件，並於事後進行分析，透過為每次擷取自動儲存的時間戳記，使用者可以輕鬆地將電網故障與電氣配電網路中的其他事件進行關聯，進而找出問題的根源。
對於電壓變動，則可使用記錄器模式進行高效監控，此模式可依據任何一組（最多四個）示波器自動量測項目，自動記錄長達 23 天的結果，无论是每小時、每日或每週的電壓、頻率或任何其他相關量測的變動，都能輕易地被發掘。
總結
驗證電力品質與排除電氣設施中的問題，需要執行多項截然不同的量測，R&S®RTH 手持式數位示波器在一台堅固、由電池供電的裝置中提供了八種測試儀器，是此應用領域中一個靈活而強大的解決方案，其內建功能包括自動功率因數與電壓量測，以及用於特性分析間歇性與長期電壓變動的記錄功能，電壓驟降可以透過擴充的觸發功能（如脈衝寬度）結合 R&S®RTH-K15 歷史選項來記錄，R&S®RTH-K34 軟體選項則可用於自動化的諧波分析。
對於電壓變動，可使用記錄器模式進行高效監控，此模式可依據任何一組（最多四個）示波器自動量測項目，自動記錄長達 23 天的結果，无论是每小時、每日或每週的電壓、頻率或任何其他相關量測的變動，都能輕易地被發掘。
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R&S® Scope Rider RTH 手持式示波器是專為現場電力品質檢測與故障排除所設計的終極工具，其核心優勢在於將實驗室等級的效能整合至一個堅固便攜的機身中，完全隔離的四個輸入通道具備 CAT IV 600 V 的安全等級，能夠在三相四線的工業電網環境中，直接對市電進行安全量測，無需額外的差動探棒；面對 EN 50160 標準要求的長時間監控，其數據記錄器功能可連續記錄長達數週的電壓與頻率變動，而 R&S®RTH-K34 諧波分析選項則能迅速找出諧波污染源，協助工程師快速診斷並解決電力品質問題。
