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介绍操作简便的电力及谐波分析仪

介绍操作简便的电力及谐波分析仪
示例：泰仕电子 PROVA 6830 型


摘要
首先说明大家所关心的「电力品质」里有一项是「谐波」，虽大家容易看得到电压波形里的谐波，但其实是谐波电流潮流造成电压的畸变，因此谐波电流的量测、记录是很重要的。因此在文中对那点适宜量测谐波电流与谐波电压的量测做说明。
其次说明「电力及谐波分析仪 PROVA 6830 型」的主要规范与性能，并且亦提供外观照片。
*后就台湾现有的电力系统，举接线线路图例说明实际接线做应用时的参考。

一、前言
凡关心高科技工业的读者都会关心电力品质。而检讨电力品质如何的项目里一定包括，且是*重要的一项就是谐波，各相的电压值、电流值、不平衡状态、骤变状况。
谐波电流会造成许多电容性设备，例如进相电容器、电力电缆、为改善谐波用滤波器等由于共振而烧毁。但这些都是电力系统所必备的重要设备，可以说「既是烧毁亦必须马上补装」的重要设备。所以负责设计、装设、维护等工作的技师、工程师等都非常关心「谐波的动态」。为掌握谐波的动态，当然就需要量测、分析谐波。但因为过去的我国电机界都是依靠进口仪器，亦就是依赖国外技术，价格又是昂贵，不易普遍，使得技师、工程师们的分析工作困难不少。
泰仕电子工业公司鉴于台湾电机界的此困难必须设法克服，乃着手开发价廉物美，且任何人的非常容易使用的「电力及谐波分析仪 PROVA 6830 型」，并亦经不少工程顾问公司试用，结果亦获得好评。兹藉本刊报告性能、接线、应用等供参考。

二、谐波电压与谐波电流

（一）、测量谐波电流的重要性
一般提到谐波的时候大家都会注意到谐波电压，原因很简单，因为*容易观察电力品质的手段是以示波器的观察。而以示波器看到的波形就是电压波形，很少人能看到电流波形。所以很多人会误认为造成许多障碍的凶手是谐波电压。但其实造成电压波形畸变的元凶是谐波电流。因此如你关心谐波障碍，以及应付电力公司所要求的管制标准，则必须了解电力系统内的电流波形里含有多少谐波量，或％值？但事实上量测电流是不容易的，原因是大家都知道测量电流需要在回路里串联侦测组件，本分析仪的附件就有此功能。

（二）、测量谐波电压的重要性
因为负载电流值，包括 60 Hz 基本频率以及各次谐波成分的电流会一直在变动，且加负载之前必须注意的是「电压是否正常？」，因此习惯上大家检讨电力品质的好坏，包括「有没有谐波？」都是以电压波形为准。

（三）、谐波电压与谐波电流间的关系
如图 2 内的实线箭头所示，负载是由电力公司电源供电，所以 60 Hz 负载电流来自电力系统，而负载电流会一路造成电压降，如果是一般负载，则越靠近馈线末端，电压亦就越下降 ( 如果是电容性负载电流，则电压越上升 ) ，当然电流波形是 60 Hz 正弦波，则电压波形仍然可以维持 60 Hz 正弦波。
谐波电流出自非线性负载，则某些 SCR 等非线性负载从电力公司系统取 60 Hz 正弦波电流，而送出高次谐波电流给电力系统。如图 1 内的虚线箭头所示，亦会在电力系统内造成谐波电流的电压降。
例如图中点的电压是纯的电力系统电压减由于 60 Hz 负载电流所造成的电压降。而点的电压亦是。点的电压是电力系统电压减由于 60 Hz 负载电流以及谐波电流所造成的电压降，因此波形是畸变的非 60 Hz 正弦波波形。点的电压是 60 Hz 电压加由于谐波电流的畸变电压波形。

（四）、量测点
由图 1 可知需要量测谐波电流与谐波电压波形的各点如图 2 所示。当然根据分析的目的不同，量测点亦应有所差别。本图只是举例供参考。

三、 6830 型谐波分析仪的性能

[一] 、主要规范






4. 其它

1)	每周期取样 1024 次
2)	带有背光的大型点矩阵 LCD 显示。 LCD 显示更新速度为 1 次／ sec. 。
3 )	附件： 4 条测试棒与 4 个鳄鱼夹、携带用背包 × 1 、说明书 × 1 、电池 1.5 V × 8 。
4 )	记忆容量 512 k bite 。

（二）、外观

外观照片如照片 1 。



四、应用例

（一）、三相四线式电力系统的相位与电力参数分析

如图 4 的例，可绘出相位，同时记录电压值与相角、电流值与相角、电压平均值、电压不平衡比 (VUR) 、电压不平衡％比 ( d0 、 d2 ) 等。



（二）、可同时显示电压与电流波形

（三）、可在一个画面同时显示波形与谐波的分析

如图 5 可分析至 50 次谐波。





（四）、可记录电压骤变点

如表 3 的记录例。可以记录至 28 次电压骤变点，且使用者可以自己设定上下限的百分比％值。



五、应用接线例

（一）、接线

1) 三相三线式中性点接地系统

接线如图 6 (a) ，图中电压、电流讯号取自 PT 、 CT 。



2) 三相三线式，不用 PT 、 CT 时

如果电压不高，电流不大时可以不使用 PT 、 CT ，则接线可以如图 6 (b) 。


3 ) 三相四线式中性点接地系统

接线如图 6 (c) ，图中电压、电流讯号取自 PT 、 CT 。



4) 三相四线式，不用 PT 、 CT 时

如果电压不高，电流不大时可以不使用 PT 、 CT ，则接线可以如图 6 (d) 。



5 ) 单相两线式系统

接线例如图 6 (e) 。


6 ) 单相三线式系统

接线例如图 6 (f) 。


（二）、应用设定例

1 ) 谐波的量测与分析用在滤波器的规划

此量测的主要目标之一是有助于如何设计一套适当电抗器及电容器的组合，以组合*有效的能吸收所期望的谐波的滤波器，以改善电力品质，且又不会形成共振电路，放大电流引起额外意想不到的谐波损坏，所以必须靠长期的监视，及不断的改善，才能有效改善谐波障碍问题。
参考图 5 的测试例，从分析仪所得数据可得知例如 3 次谐波电流是 59.8 ％， 154.5 A ，－ 89 ∘ ，以及其它例如 5 、 7 、 11 、 13 等次谐波电流值，应用这些数据可以得知多大电感与电容配合则可以吸收多少各次谐波电流。
其次再利用功率因子的测量，得知可以吸收多少改善功率因子用的基频波无效功率成分的电流，再配合绘出向量图检讨，则可以使电力品质的分析更周全。如图7 。

2 ) 用于检讨流入电力系统的谐波电流

量测流入电力系统的各次谐波电流值，检讨会不会超过电力公司所制定限制值时应用如图 8 的电路测试之。


六、结言

以往测量谐波因为国外进口的测量谐波电表造价昂贵，不容易普及量测以及做长时间的监测，以致大家都无法真正面对谐波所造成的电源品质的异常，或对电容器故障，或保护电驿的异常跳脱做有效的改善。
如今，本公司推出国产 PROVA 6800 ，采直读式波形及记录谐波图表，很容易就可以掌握电力系统内的谐波趋势，让每个电力用户皆有能力测量，用以改善电力品质，使得用电户本身就能采取适当改善措施，享用品质*好的电力电源。
在中国地区使用时，当地配电系统是 220 V 三相四线式中性点没有接地，测试接线上应留意中性线有带电位，但不高。如果应用经 PT 取电压讯号时与台湾的接线相同。惟必须考虑台湾的基频是 60 Hz 为准，但该地以及越南等东南亚地区是以 50 Hz 为准来计算谐波的次数的。