空載諧波量測
No-load Current Harmonic Spectrum Measurement
適用設備：變壓器 / 油浸式 / 乾式電力變壓器
空載諧波量測（No-load Current Harmonic Spectrum）為**業界慣例**之變壓器型式試驗驗證項目（非 IEC 60076-1 強制 routine / type test）。與 §11.5 NLE 共用接線：LV 受電、HV 開路、100% rated voltage、諧波分析儀掛 LV 受電側 CT，FFT 量測 1st~50th 諧波頻譜。對應 IEC 60076-1 §4.2(c) 服務條件（供電 THD ≤ 5%、even harmonic ≤ 1%）+ §11.5 試驗供電波形要求；IEEE 519-2022 §3.1 諧波定義 + Table 1 PCC voltage limit 作 system-level 對照。Acceptance 為廠商保證值（業界 working example：3rd ≤ 20-35% / 5th ≤ 10-15% / THD ≤ 30-50% of I_0）。Even harmonic ≤ 1% 為強訊號（≤ 1% 正常、> 1% 指示鐵芯非對稱劣化或 DC bias）。
安全資訊 — 高風險
試驗於變壓器額定電壓下進行（與 §11.5 空載損耗量測並行或續接）；HV 側端子帶電壓可達 ≥ rated voltage。空載狀態下磁化電流之諧波含量量測，量測本身不增加額外風險，但延長試驗時間（諧波分析需穩態量測）會延長帶電作業時間。
- 絕緣手套
- 安全眼鏡
- 絕緣鞋
- 聽力保護裝置（諧波豐富時磁致伸縮噪音明顯）
- 變壓器已完成 §11.5 空載損耗量測（鐵芯已退磁、波形已驗證 U'/U ≤ 3%）
- 試驗電源之供電電壓 THD ≤ 5%（IEC 60076-1 §4.2(c)），否則電源諧波會混入量測值
- 諧波分析儀已校正、頻寬涵蓋至少 50 次諧波（依 IEEE 519-2022 §3.1 定義）
- 電流互感器（CT）於量測頻段（DC 至 2.5 kHz @ 50 Hz / 3 kHz @ 60 Hz）內維持比值線性
- 試驗電源 THD > 5%（無法區分電源諧波與變壓器自身諧波）
- 鐵芯未退磁（pre-magnetization 致 DC bias、諧波分佈失真）
- CT 在高頻飽和或非線性
本檢測為**業界慣例**項目（廠商常做之鐵芯設計品質驗證 / FAT 報告 4.2.1
試驗接線圖
檢測四階段
型式試驗 (Type Test)
適用為**業界慣例**之型式試驗項目（非 IEC 60076-1 §11.1.3 列項）。廠商於首具設計做 spectrum 量測作為設計驗證 + 客戶保證值評估依據。FAT 4.2.1
**本檢測無 IEC 強制程序文件，以下為業界通用做法（非 IEC 條款逐字）**： **準備（與 TEST-TR-NLE-001 共用）** 1. 變壓器置於 §11.5 量測布置：LV 受電、HV 開路、可閉口三角閉合。 2. 確認試驗電源 THD ≤ 5%（§11.5 + §4.2(c)）；理想 ≤ 2% 以降低電源諧波對量測之干擾。 3. 鐵芯已退磁（前序試驗為 d.c. 電阻 / 衝擊試驗時）。 **諧波分析儀掛入** 4. 於 LV 受電側電流量測迴路加掛諧波分析儀（或 power quality analyzer，需具備 FFT 功能 + ≥ 50 次諧波頻寬）。 5. 量測 CT 副邊電流訊號，CT 比值精度於量測頻段（DC ~ 50 × f_n）內須維持線性。 6. 同步量測 LV 端電壓訊號作參考相位。 **量測程序** 7. 施加 100% rated voltage，等待穩態（約 2~5 min，諧波分量需更長時間穩定）。 8. 諧波分析儀執行 FFT 分析，量測時間建議 ≥ 1 s（涵蓋 50 個基波週期 @ 50 Hz）以提高頻譜解析度。 9. 記錄 1st、3rd、5th、7th、9th、11th、13th、… 至 50th 諧波之 r.m.s. 值 I_h 與相位 φ_h。 10. 三相變壓器：三相分別量測，報告各相 + 三相平均。 **計算 derived quantities** 11. Individual harmonic %（依 IEC 60076-1 §4.2(c) 定義概念）：%h = I_h / I_1 × 100% 12. Total harmonic distortion（依 IEEE 519-2022 §3.1 概念）：THD = √(Σ I_h² for h≥2) / I_1 × 100% 13. Even harmonic %：依 IEC 60076-1 §4.2(c) 限值 1% 對照（不可大於 1%，否則指示鐵芯非對稱劣化） **特殊量測（選用）** 14. 110% rated voltage 諧波量測：鐵芯接近飽和時諧波劇增；3rd / 5th 主導 15. DC bias 注入下諧波量測（如 GIC 模擬）：奇偶諧波同時出現 **報告書記錄** 16. 量測條件（電壓、頻率、CT 規格）+ 三相個別頻譜 + 三相平均 + THD + 與廠商保證值對照
- **本檢測非 IEC 60076-1 強制項目** — IEC §11.5 僅要求量測 no-load current r.m.s. 值，諧波頻譜為業界擴充
- 變壓器空載諧波本質：鐵芯磁化非線性 + B-H 曲線飽和 → 奇次諧波主導（3rd / 5th / 7th 居前）
- Even harmonic（2nd / 4th / 6th）正常情況下 ≤ 1%，過高指示「DC bias 注入」「鐵芯非對稱劣化」「不平衡三相磁路」
- 試驗電源自身 THD 必須 ≤ 5%（理想 ≤ 2%），否則量測為「電源諧波 + 變壓器諧波」之和、無法分離
- 110% 點諧波量測比 100% 點更敏感（鐵芯接近飽和）
- DC bias 試驗（IEC 60076-1 §B.4 GIC 注入）會使奇偶諧波同時出現
- IEEE 519-2022 主要規範 PCC 處 voltage 諧波（system level），不直接適用於變壓器單機 no-load test
- 諧波量測與 §11.5 NLE 共用接線，常於同一試驗 session 完成
執行頻率：業界慣例之型式試驗（首具）+ 出廠 FAT 報告自願項目
來源：IEC 60076-1 (2011), Clause 4.2
出廠試驗 (Routine Test)
不適用IEC 60076-1 §11.1.2 未列空載諧波量測為 routine test。廠商若於 FAT 報告 routine 段列出，係廠商自願擴充項目。
竣工試驗 (Commissioning)
不適用竣工階段不重新執行單機諧波量測。系統 PCC 處諧波依 IEEE 519-2022 規範由 system owner 監測。
維護試驗 (Maintenance)
適用維護階段可作為長期鐵芯狀態追蹤指標。Baseline（FAT 值）→ 5 年定期量測，諧波組成顯著變化（特別是偶次諧波出現或 3rd / 5th 飆升 > 20%）可指示鐵芯壓緊鬆動 / 矽鋼片劣化 / DC bias 污染。屬於業界 PdM 慣例，非 IEC 強制。
試驗設備
- 諧波分析儀 / Power Quality Analyzer — FFT 功能，頻寬涵蓋 ≥ 50 次諧波（≥ 2.5 kHz @ 50 Hz / 3 kHz @ 60 Hz），精度 0.5 級以上；如 Class A per IEC 61000-4-30
- 寬頻 CT — 在 DC ~ 50 × f_n 量測頻段內維持比值線性；典型量測級 0.5S 級或更佳，無 saturation 於量測電流範圍
- 可變壓 AC 試驗電源 — 與 TEST-TR-NLE-001 共用；電源 THD 須 ≤ 5%（理想 ≤ 2%）
- 鐵芯退磁裝置 — 與 TEST-TR-NLE-001 共用
- 數位資料記錄器 — 同步記錄電壓、電流、諧波頻譜；時間解析度 ≥ 1 ms（涵蓋 50th 諧波之正確採樣）
- 試驗電源 THD 預先驗證設備 — 試驗前單獨量測電源自身 THD，確認 ≤ 5%
相關名詞
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