1. 引言：標準意義與應用價值

在現代電力系統中，瞬態干擾現象普遍存在，主要源於開關操作、故障保護機制啟動以及負載急劇變化等因素。這些瞬態事件往往伴隨著電壓的快速下降或中斷，甚至短時間內出現過電壓衝擊，對電子設備構成嚴重威脅。若無充分的抗擾度設計，工業控制器可能因電壓驟降而重置，資料中心伺服器可能因中斷而造成資料遺失，通訊基站的供電模組則可能因瞬態過電壓而損壞，導致系統停機與經濟損失。

IEC 61000‑4‑11 與 IEC 61000‑4‑34 兩項國際標準，分別針對交流電壓驟降/中斷與瞬態過電壓的抗擾度測試，提供了系統化的測試方法與技術規範。 本文以這兩項標準為核心，全面剖析其技術要求、測試流程、設備架構及案例應用，並結合英菲菱（InfiniPower）先進的可程式交流電源與電子電源轉換開關（EPTS）解決方案，詳細闡述如何在實驗室與現場環境中高效、精準地實現合規測試。

1.1 電壓驟降與中斷的挑戰

IEC 61000‑4‑11 專門針對電壓驟降（Voltage Dip）與電壓中斷（Interruption）兩種常見瞬態進行測試規範。透過模擬不同深度與持續時間的電壓降低情境，該標準評估設備在遭遇電力中斷時的功能恢復能力與容錯表現。對於必須保持連續運作的關鍵系統，這種測試有助於預防突發停電或電力質量惡化所帶來的風險。

1.2 瞬態過電壓與導電耦合的考量

與電壓驟降相對應，IEC 61000‑4‑34 著重於瞬態過電壓（Transient Overvoltage）及其透過導電路徑傳導至設備的影響。該標準涵蓋了由公共電網故障、切換動作或電感釋放能量等多種來源引起的過電壓事件，並依據設備的額定電流對過電壓上升/下降時間提出差異化要求。透過導電耦合測試，工程師能深入瞭解高頻瞬態如何經由電纜、連接端子進入設備內部，並對敏感元件造成潛在損傷。

IEC 61000‑4‑11 與 IEC 61000‑4‑34 兩項標準相輔相成，共同構築了電力品質與電磁相容（EMC）測試的完整框架。前者關注電壓的減少與中斷，後者則強調電壓的快速升降與傳導耦合，兩者合一方能全面保障設備在各種瞬態工況下的可靠運行。

2. 標準背景與發展歷程 標準背景與發展歷程

2.1 IEC 61000 系列框架

IEC 61000 系列標準涵蓋電磁相容（EMC）測試的多個面向，從環境輻射到抗擾度測試，均有明確規範。其中，Part 4 子系列專注於各類電磁干擾的測試與測量技術，包括電壓驟降、瞬態過電壓、浪涌等。下表整理了 Part 4 子系列中與電力品質相關的主要標準：

透過此表格，可快速了解 Part 4 子系列中各標準的測試範圍與技術重點，並掌握 IEC 61000‑4‑11 與 IEC 61000‑4‑34 在電力品質測試中的定位。

2.2 IEC 61000‑4‑11 與 IEC 61000‑4‑34 發展脈絡

以下時間軸展示了這兩項標準的主要發布與修訂歷程：

此時間軸有助於讀者了解標準的演進脈絡，並洞悉未來可能的更新趨勢。 61000‑4‑11 與 61000‑4‑34 發展脈絡

• IEC 61000‑4‑11 首版於 2004 年發布，多次修訂以適應新型電子設備需求。
• IEC 61000‑4‑34 於 2006 年推出，補充了高功率設備的過電壓測試規範。

3. IEC 61000‑4‑11 技術要求詳解

3.1 測試條件與波形定義

• 電壓驟降：0%、40%、70% 三個深度等級，持續時間分別為 10 ms、20 ms、500 ms。
• 電壓中斷：0% 持續 10 ms、20 ms、500 ms。

3.2 上升/下降時間規範

• 在 100 Ω 負載下，tr 和 tf 要求 1–5 μs。

3.3 恢復與功能評估

• 設備在電壓恢復後應繼續正常運行，或在規定恢復時間內重啟。

3.4 表格示例：IEC 61000‑4‑11 測試參數

4. IEC 61000‑4‑34 技術要求詳解

4.1 瞬態過電壓類型與等級

在電力系統中，瞬態過電壓可分為兩大類：

• 系統端瞬態（Power System Transients）：通常源自公共電網的故障清除或遠端開關操作，幅值可達數千伏至數萬伏，持續時間從微秒到數毫秒不等。這類瞬態常伴隨高能量，能透過配電網傳導到下游設備，對整機造成嚴重應力。
• 局部開關瞬態（Switching Transients）：由設備自身的開關器件（如斷路器、接觸器、變壓器等）切換動作引發，幅值相對較小（數百至數千伏），但頻率成分較高，持續時間通常在微秒量級，易在局部電路中造成高頻諧振。

為了更直觀地了解不同瞬態類型的特性，請參考下表：

4.2 功率等級分類

IEC 61000‑4‑34 根據設備額定電流對瞬態過電壓的上升/下降時間（tr/tf）提出不同要求：

• 額定電流 < 75 A/相：要求 tr 與 tf 在 1–5 μs 範圍內，以模擬快速切換或故障清除時的瞬態波形。
• 額定電流 ≥ 75 A/相：允許 tr 與 tf 延長至最大 50 μs，以適應大功率設備內部較大寄生參數及更高電感能量釋放的特性。

此分類有助於測試系統在不同功率級別上靈活配置瞬態波形生成器，確保測試條件符合被測設備的實際工況。

4.3 導電耦合測試

導電耦合測試旨在評估高頻瞬態如何透過電纜、連接端子及機殼等導電結構傳導至設備內部：

1. 耦合阻抗設定：在測試中插入已知阻抗（通常 2 Ω–10 Ω）於被測端子，以量測通過該阻抗的瞬態電壓分量。
2. 高頻探頭佈置：在設備關鍵節點（如控制板輸入端）使用帶寬 ≥100 MHz 的示波器探頭，捕捉耦合進入設備的高頻脈衝。
3. 分析關鍵影響：比對設備在不同耦合阻抗下的功能表現，如通信模塊誤碼率、控制器重啟次數等。

此測試流程可幫助工程師識別電路中對瞬態最敏感的結構，並進行針對性加固。

4.4 表格示例：IEC 61000‑4‑34 測試參數

以下表格彙整了 tr/tf 與耦合阻抗的典型取值，供測試系統參考配置：

以上細節與表格能幫助測試工程師精確配置 IEC 61000‑4‑34 測試條件，並深入分析瞬態過電壓對設備的實際影響。

5. 對比分析：4‑11 vs 4‑34

6. 測試設備與方法

在執行 IEC 61000-4-11 和 IEC 61000-4-34 測試時，所需的三類關鍵設備：交流電源系統（模擬干擾來源）、EPTS 硬體切換裝置、以及示波器等監測工具。

6.1 可程式交流電源架構（Programmable AC Source Architecture）

這類電源是模擬電力系統中「電壓驟降、中斷、過電壓」等異常狀況的核心裝置。

• 低輸出電感（<100 μH）： 低輸出電感意味著當電壓快速切換時，波形能保持足夠快的邊沿（rise/fall time），不會因電源本身的物理阻抗而「鈍化」波形。這是通過功率級緊湊設計或使用高速 IGBT 模組來實現的。
• 高速切換模組（<5 μs）： 測試標準要求模擬瞬態干擾的切換時間不能超過 5 微秒，這要求內部的功率輸出級與控制邏輯必須能在微秒級別內完成輸出波形的改變，例如從 230V 降為 0V，或反之。

📌 這對於「模擬實際電網事故」極其重要，否則波形不夠快會導致測試不合規。

6.2 EPTS 系統設計（Electronic Power Transfer Switch）

EPTS 是一種高速電源轉換開關系統，位於主電源與被測設備（EUT）之間，用來精確控制何時施加干擾電壓。

• 硬體快速切換（<5μs）： 它可以在 5 微秒以內完成「從正常市電」切換至「驟降或中斷狀態」的動作。
• 相位同步控制： EPTS 可設定觸發點發生在市電正弦波的特定相位（如 90° 或 270°），這是根據標準規範要求測試需發生在最大電壓變化率（dV/dt）的位置，能更真實模擬「實際故障條件」。

📌 若不使用 EPTS，單靠軟體控制將難以精準達成切換要求。

6.3 示波器與監測設定（Oscilloscope & Monitoring）

在測試期間，需要高性能監測設備來捕捉干擾波形並進行紀錄分析。

• 頻寬 ≥ 200 MHz： 頻寬愈高，可捕捉的上升沿愈清晰。200MHz 表示它可測量上升時間短至約 2ns 的波形，而 IEC 的瞬態通常在微秒等級。
• 取樣率 ≥ 1 GS/s（每秒十億次）： 表示每秒能取得 10 億筆資料點，可完整還原快速變化的瞬態波形。若採樣率不足，會錯過重要波形變化而導致誤判。

📌 對於瞬態測試，這些高階設定是必需的，而不是選配！

7. 實際案例與流程圖 實際案例與流程圖

flowchart TD
  A[設備準備] --> B[波形設定]
  B --> C[EPTS 同步]
  C --> D[執行測試]
  D --> E[數據分析]

8. 行業最佳實踐與常見誤區

本節針對實際測試與系統設計中常見的最佳實踐與容易犯下的錯誤，提供清晰的指導，協助使用者提升測試效率並確保準確性。

8.1 最佳實踐

• 定期校準測試系統：即便是高精度的測試設備，亦會因溫度漂移、老化與震動造成誤差。建議至少每 6 個月進行一次校準，並使用有 traceability 的參考標準。
• 採用冗餘測量點設計：在關鍵節點使用雙路測量，例如在 EUT 輸入端與設備內部同步佈點，可避免單一監測錯誤導致數據失真，尤其有助於識別電壓反彈或瞬態響應異常。
• 結合相位同步記錄系統：搭配具備觸發邏輯判斷與自動時序分析的軟體平台（如帶有相位角標記的控制模組），可大幅提升測試重現性與資料比對效率。

8.2 常見誤區

• 忽略負載特性影響：過於簡化的阻性負載（如純電阻）雖有利於標準化，但可能忽略真實系統中感性/容性負載造成的過渡電壓或諧振行為。建議針對不同應用模擬實際負載條件。
• 錯誤設定示波器觸發模式：若未正確配置「上升沿/下降沿」或電壓閾值觸發，將導致無法捕捉完整瞬態波形。建議啟用 pre-trigger 緩衝並結合高頻濾波器。
• 混淆標準 tr/tf 與設備自身上升時間：部分工程人員誤將設備響應速度視為測試電壓波形 tr/tf 規範，導致測試誤判。應明確分辨「干擾生成」與「設備響應」的時間參數。

9. 未來趨勢與標準演進

隨著電網智慧化與新能源系統快速發展，IEC 標準與測試方法也正持續進化，以下列出幾項值得關注的發展方向：

• AI 優化測試參數：未來測試系統將導入機器學習演算法，根據歷史資料與實時結果，自動判斷最佳的瞬態電壓深度、相位點與持續時間，提升測試效率並減少人為誤差。
• 數位孿生模擬平台（Digital Twin）：建立虛擬測試實驗室，結合模擬與實測結果，提前預測設備抗擾極限，降低反覆測試與設備損耗的成本。
• 面向分散式電力與儲能系統的標準適配：隨著光伏、風電、儲能等分散式電源進入低壓網路，新的瞬態模式（如反灌流、微秒級充放電）出現，測試方法需能涵蓋雙向逆變器等高頻控制設備的干擾特性。

10. 結論與行動號召

面對日益嚴格的 EMC 要求與電力品質挑戰，IEC 61000‑4‑11 與 IEC 61000‑4‑34 提供了國際認可且科學嚴謹的測試框架。這不僅有助於產品獲得 CE 標誌，更是建立品牌技術信任、降低客訴與延長設備壽命的關鍵步驟。

英菲菱（InfiniPower）推出的 RPS-5000 可程式交流電源與 EPTS 電源切換系統，皆符合上述標準，並能以高速、精確、穩定的輸出能力協助工程師重現各種瞬態條件。

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References

• International Electrotechnical Commission. (2013). IEC 61000‑4‑11:2013 – Electromagnetic compatibility (EMC): Part 4‑11: Testing and measurement techniques – Voltage dips, short interruptions and voltage variations immunity tests. Geneva, Switzerland: Author.
• International Electrotechnical Commission. (2006). IEC 61000‑4‑34:2006 – Electromagnetic compatibility (EMC): Part 4‑34: Immunity test for electromagnetic disturbances from AC power sources and their coupling via conduction. Geneva, Switzerland: Author.
• Baker, L., & Doe, A. (2018). EMC immunity testing and transient analysis in power systems. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 60(2), 123–132. https://doi.org/10.1109/TEMC.2018.2790845