設備出問題卻查不到原因?
透過監控電力品質找到線索
雷擊造成電壓驟降的過程示意
▎電力品質監控:保障設備穩定與防範事故的關鍵
設備運轉異常或損壞,可能並非設備自身故障,而是根源於電力品質不佳。其原因除了電源系統設計不當之外,尤其在台灣常發生的地震、颱風,或是雷擊等天災,皆易引發供應的電力品質不穩、跳電或停電。
電力品質不良對受變電與電子控制設備的影響,舉例而言:
- 「諧波」可能增加功率損耗、使電壓波形畸變並導致保護裝置誤動作,嚴重時更會導致馬達和變壓器異常過熱、噪音增大、引發電感燒毀。
- 「脈衝雜訊」與「電壓驟降」則易使電腦控制系統故障、重啟,縮短設備壽命。
因此,導入測量儀器進行長時間電力品質監控至關重要。不論是裝設新設備時的異常原因釐清與責任歸屬,或是既有設備的日常維護,透過數據記錄供電異狀,能有效防範諧波事故,是確保設備安全與生產連續性的關鍵策略。
什麼時候該進行電力品質監測?
要確認發生異常狀況的原因是不是在於電力,可以透過「長時間對電力品質的監控」,來觀察電力供應是否有出現問題,進而分析對設備造成影響的程度。
這樣的電力品質監控,具體而言可用於以下三種情況:

■故障排除
找出設備故障的原因,進行調查與對策
- 可在現場對設備的故障或異常動作的原因進行調查
- 確認設備導入前後的電源品質狀態

■確認責任劃分
發生故障時的責任劃分
- 確認事件發生於供電端或是受電使用端,快速掌握問題所在

■預防維護&電源檢查
降低因供電品質惡化而對生產、設備等資產成本造成影響
- 透過長期監控電力品質,可發現故障的預兆,防範於未然
- 確認負載追加前的系統容量
透過測量儀器監控電力品質,簡單捕捉「事件」
以HIOKI的PQA(型號:PQ3198, PQ3100)為例,可測量到以下電力異常事件:
▎瞬態電壓

雷擊、電路保護器或繼電器的接點故障或關閉等引發的電壓變化。 因急遽的電壓變化導致電壓峰值較高。 在發生源的附近,特別容易會因高電壓引發設備的電源損壞、重設。
▎電壓驟升(電壓上升)

當雷擊和大負載的電力線開關、或是大容量電容器組開關、一線接地故障、大容量負載分離等情況發生時,會發生瞬間的電壓上升。將分散式電源(例如太陽能發電等)連接到電網有時會導致電壓升高。因電源電壓的上升,有時會導致設備電源的損壞、重設。
▎電壓驟降(電壓下降)

導致電壓驟降的原因,大多數是因為雷擊等自然現象所導致。電力系統接地故障或是短路故障發生後,檢測出故障並切斷時,或是馬達啟動時等負載產生突波電流時,會造成短時間的電壓下降。電源電壓的驟降,會引起設備停止運轉或重設、放電燈的熄燈、電動機速度的變化或停止,有時還會引發同步電機和發電機的同步偏差。
▎停電

主要是電力公司的供電事故(雷擊等造成的供電中斷)和電源短路等所引發的斷路器跳閘等狀況,導致瞬間或者短期/長期的停止供電,而使得設備停止運轉或重設。 近年來逐漸普及的UPS(不斷電電源裝置),也正是為了確保在突然發生停電時,維持設備運作的對策之一。
▎頻率波動

有效功率的供給平衡變化、大容量發電機的中斷或電網故障導致電網分離等情況下所發生的頻率波動。同步電機的轉速改變時,可能會引起產品不良的問題。
▎突波電流

當電氣設備通電時,會產生的瞬間大電流。容易導致電源開關接點及繼電器熔焊、保險絲熔斷、斷路器跳脫、對整流電路產生不良影響、電源電壓的不穩定化,以及導致共用電源的設備停止運轉或重設。
▎諧波

當設備電源中使用半導體控制元件時,所出現的電壓、電流波形畸變的現象。諧波成分越多,可能導致馬達和變壓器異常過熱、噪音增大、甚至是和進相電容相連的電感燒毀等重大事故。
▎高次諧波(Supraharmonics)

當半導體控制元件用於設備電源時,因電壓、電流波形失真所導致的數kHz以上的雜訊成分。這些雜訊成分可能包含各種頻率成分,容易導致電源故障、重設、以及電視、收音機等設備發出異常噪音。
▎不平衡

因電力線等連接到各相負載的增減、不平衡的設備運作而造成的電壓、電流波形畸變、電壓驟降、反相電壓所導致的現象。由於電壓不平衡、反相電壓和諧波的產生,引發馬達旋轉不規則、雜訊、轉矩降低、3E斷路器跳脫、變壓器過載過熱以及電容平滑整流器的損耗增加等情形。
HIOKI有哪些可以測量功率、電力品質的產品?

1.透過測量設備和系統的耗電量,以掌握目前電力使用狀況、及持續監控電力使用狀況為目的的勾式功率計(電力計)
操作簡單,可長時間記錄,用於節能、省電規劃相當方便。分為以下兩款:
▎可對應非接觸式測量機型:PW3365
適用情況:
・因碳盤查、節省電費等原因而欲進行節能、省電規劃。
・將儀器置於配電盤等狹小空間,長時間進行耗電記錄。
功能特色:
・世界首創非接觸式電壓測量,降低觸電、短路風險。
・可連接電腦,比較改善前&改善後的功率變化,再進行省電方式的修正。
・數據最長保存期間為1年*
*在使用HIOKI選件品的SD卡、1分鐘間隔記錄、無諧波保存的情況下。測量時需透過電池組或AC電源持續供電。
▎標準機型:PW3360
適用情況:
・因碳盤查、節省電費等原因而欲進行節能、省電規劃。
・將儀器置於配電盤等狹小空間,長時間進行耗電記錄。
功能特色:
・可連接電腦,比較改善前&改善後的功率變化,再進行省電方式的修正。
・數據最長保存期間為1年*
*在使用HIOKI選件品的SD卡、1分鐘間隔記錄、無諧波保存的情況下。測量時需透過電池組或AC電源持續供電。

2.用於長時間監控電力品質以利故障排除、預測性維護的電力品質分析儀(PQA)
根據所符合的國際規格及搭載的功能,分為以下兩款:
▎旗艦機種 PQ3198
適用情況:
・針對設備故障的原因進行電源狀態的調查、診斷、制定對策。可使用於需要同時測量兩個不同系統的情況下。
・確認是否符合各種標準並解決爭議等,需要相當精準的測量數據時使用。為求測量精確,針對測量儀器的時間精度、有效值的運算方法和TIMEPLOT的數據整合方法等有詳細規定。
功能特色:
・符合IEC 61000-4-30 Ed. 3 Class A國際規格,適合追求測量「準確性」的場景。
・雙系統測量功能是為了正確且安全測量雙系統的專用功能。可針對電力品質的故障原因,使用測量暫態用的高速採樣效率和高次諧波測量功能。
・標配統計資料分析的專用軟體PQ One,有助於理解和分析電源狀態。
▎標準機種 PQ3100
適用情況:
・為了掌握系統的負載容量和電力質量,需要調查電力系統的情況下使用,有助於預防維護。
・掌握電流趨勢和消耗電量、長時間監控、分析電力品質、故障排除等。
功能特色:
・快速設置功能(QUICK SET)有助於設定電力調查,使電力品質調查更加容易。
・標配統計資料分析的專用軟體PQ One,有助於理解和分析電源狀態。
實際運用案例(以不斷電電源裝置UPS測量為例)
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