電力系統諧波管理與電容器設備的最佳實踐 #
諧波對電力用電容器設備的挑戰與對策 #
在現代電力系統中，諧波（Harmonic）對電容器設備的影響日益顯著。針對諧波問題，常見的對策包括：
- 選擇電壓畸變較小的電源系統。
- 採用耐諧波電流能力更高的電容器串聯電抗器。
- 安裝或調整串聯電抗器的電抗值，以降低諧波電流流入。
- 檢測諧波過電流，若超過限度則將電容器開路。
其中，第1項在實務上較難實現，第2項會增加成本且不經濟，第4項雖可避免絕緣破壞與燒損，但頻繁開路會使電容器無法發揮其功能。因此，第3項——透過調整串聯電抗器電抗值以減少諧波電流流入——在實務上最為廣泛採用。
什麼是諧波？ #
諧波指的是波形頻率為基本波形頻率整數倍的波形。基本波與諧波的合成波稱為失真波（Distorted wave）。
諧波的來源 #
諧波主要來自於非線性負載，例如電力電子設備、變頻器、電弧爐等。
諧波對電容器及電抗器的影響 #
- 現象：過載（Overload）、過熱（Overheat）、噪音（Noise）、振動（Vibration）。
- 故障模式：絕緣劣化（Insulation damage），導致壽命縮短。
串聯電抗器電抗值的選擇原則 #
當電容器安裝於含諧波的回路時，建議加裝串聯電抗器以抑制諧波電流：
- 一般建議加裝6%串聯電抗器。
- 若第五諧波較高，建議加裝8%。
- 電弧爐等第三諧波大的場合，建議加裝13%或15%。
- 非固定投入回路，建議加裝6%。
主要諧波對應的電抗值選用原則 #
| 諧波次數 | 電抗值選用原則 |
|---|---|
| 第3諧波 | 一般採用13%，若本次諧波量大時可採用15% |
| 第5諧波 | 1. 一般裝設6%，但不能有4次諧波存在，且第3諧波電流可能被放大。 2. 可裝設8%，有助於降低諧波電流至加裝6%時的1/2倍，也有可能第3諧波電流被放大。 3. 亦可裝設13%，有助於降低諧波電流至加裝6%時的1/5倍。 |
| 第7諧波 | 一般採用6% |
| 第9諧波 | 一般採用6% |
台電「電力系統諧波管制暫行標準」 #
依據台電（以IEEE std. 519-1992為藍本）規範，用戶注入其責任分界點之諧波電流（3.3～22.8kV系統）限制如下：
| Isc/IL | 各次諧波個別值(奇次) | 總合諧波THD% |
|---|---|---|
| <11 | 11≦n<17 | |
| <20 | 4.0 | 2.0 |
| 20～50 | 7.0 | 3.5 |
| 50～100 | 10.0 | 4.5 |
| 100～1000 | 12.0 | 5.5 |
| >1000 | 15.0 | 7.0 |
- 偶次諧波為上述限制值之25%。
- 自備發電設備用戶，一律採用Isc/IL小於20之限制值。
- Isc：用戶責任分界點短路電流。
- IL(r.m.s)：對既設用戶取12個月最大負載電流平均值，對新設或增設用戶取主變額定電流值。
- 34.5～161kV系統為上述限制值之50%。
（資料來源：電機技師59期, pp.40）