Voltage Sag Prevention

工廠電壓驟降怎麼預防?先找出會跳的設備,再依成本由低到高做防護

電壓驟降多半來自廠外,工廠無法阻止它發生。預防的重點是讓設備「撐過去」:先找出哪些設備會跳機,從成本最低的設定調整開始,再視需要加裝電壓驟降補償器或 UPS,並建立監測留下每一次壓降的紀錄。

重點摘要:工廠電壓驟降怎麼預防?

預防工廠電壓驟降,要從「設備端」著手,因為雷擊、線路故障、鄰近用戶設備故障等原因無法避免。建議依序做五件事:一、盤點哪些設備會因壓降跳機;二、調整欠壓繼電器、變頻器等設備的保護設定;三、強化控制元件的耐受力;四、只在會 reset 的控制迴路加裝電壓驟降補償器,停電也要撐的負載才用 UPS;五、新購設備要求符合 SEMI F47,並用監測紀錄每次壓降。

為什麼電壓驟降「防不了」,只能讓設備撐過去?

電壓驟降是電壓短時間掉到額定值的 10–90% 後又恢復,台灣園區常見的只有約 0.1 秒。它的來源多半在廠外:雷擊與強風、鳥類碰觸、工程挖損、鄰近用戶設備故障、變電所設備故障。依台電說明,南科 2020 年就發生 13 次電壓驟降(工商時報,2021/4/16)。

工廠管不到電網,能管的只有自己的設備。所以「預防電壓驟降」的真正意思是:電壓掉下去的那 0.1 秒,你的設備不要跟著停。電壓驟降的定義、原因與實際事件,可以參考 電壓驟降是什麼。

第一步:先找出「哪些設備」會因壓降跳機

不必一開始就保護整座廠。壓降發生時,通常只有少數幾種設備跳機,而且往往是同一型號一起跳。從這些設備開始,花的錢最少、效果最明顯。

沒有電力品質量測也沒關係,可以從這些地方把時間對起來:設備警報紀錄、停機報表、維修工單、廠務電力監控系統、既有 UPS 的輸入電壓異常紀錄。燈光閃了一下、同時有機台跳機,幾乎就是電壓驟降。

工廠預防電壓驟降的 5 種方法(依成本由低到高)

  1. 調整設備的保護設定

    很多跳機不是設備「撐不住」,而是保護設定「反應太快」。欠壓繼電器一偵測到電壓不足就立刻跳脫,變頻器直流母線電壓一低就停機。和設備商確認後,替欠壓繼電器加上適當的延遲時間、開啟變頻器的瞬停再啟動功能,常常就能撐過 0.1 秒的壓降。

    成本最低適合:欠壓繼電器、變頻器驅動的馬達限制:須設備商確認,不是每台設備都能調
  2. 強化控制元件的耐受力

    電磁接觸器在電壓不足時會釋放、控制電源的保持時間很短,這兩者是機台 reset 的常見源頭。可以替接觸器加裝線圈保持裝置,或改用輸入電壓範圍較寬的控制電源。各種元件的改善方式,請見〈舊設備沒通過 SEMI F47,怎麼改善?〉。

    成本低適合:接觸器、控制電源限制:牽涉機台內部配線,要先確認保固
  3. 在控制迴路加裝電壓驟降補償器

    電壓驟降補償器(又稱壓降保護器,常見名稱有 VSP、DySC 等)平時不插手,偵測到壓降時在 1 毫秒左右切換,用儲能元件補上電壓數秒。關鍵是只接會 reset 的控制迴路,泵浦、加熱器、馬達靠慣性撐過,容量因此可以很小:一台 100 kVA 的機台,通常只需要幾 kVA(容量怎麼計算)。

    成本中適合:PLC、IPC、Robot、控制電源、EMO 迴路限制:補償時間以秒計,擋不了長時間停電
  4. 加裝線上式 UPS(Online UPS)

    線上式 UPS 以雙轉換持續供電,壓降和停電都擋得住,是保護範圍最完整的做法。代價是 24 小時運轉會持續損耗約 3–6% 電力,鉛酸電池 3–5 年需要更換,體積也大。適合停電時也必須撐住的負載,例如伺服器、關鍵製程資料系統。

    成本高適合:停電也不能斷的負載限制:持續耗電、電池維護、占空間
  5. 新購設備要求符合 SEMI F47

    SEMI F47 要求半導體設備在電壓剩 50% 持續 0.2 秒、70% 持續 0.5 秒、80% 持續 1 秒內不可停機。新購設備時寫進規格,是從源頭提高耐受力的做法。但要注意:F47 只管主設備,電壓掉到 50% 以下、三相不平衡或連續發生時,符合 F47 的機台仍可能停機(測試流程請見〈SEMI F47 是什麼〉)。

    新購時納入適合:半導體製程、量測、自動測試設備限制:既有設備無法追溯;周邊元件不一定涵蓋

電壓驟降補償器、UPS、調整設定,怎麼比較?

工廠電壓驟降預防方法比較(DEYly 帝亞智能整理)
方法擋得住壓降擋得住停電平時耗電維護適合對象
調整保護設定部分(視設備耐受度)否無無欠壓繼電器、變頻器
強化控制元件部分否無低接觸器、控制電源
電壓驟降補償器是,約 1 ms 切換、補償數秒否(超過補償時間)極低(平時走旁路)超級電容型免換電池控制迴路
線上式 UPS是,0 ms是(數分鐘到數十分鐘)約 3–6%電池 3–5 年更換停電也不能斷的負載
SEMI F47 設備在規範範圍內否無無新購半導體設備

各種保護設備的完整技術比較,請見〈電壓驟降保護設備怎麼選〉。電壓驟降補償器的數據以超級電容型壓降保護器為例;不同產品的切換時間與補償時間不同,選購時請以規格書為準。

該選哪一種?用這張對照表判斷

  • 停電時也必須持續運轉→線上式 UPS 或發電機
  • 只怕瞬間壓降,而且保護設定可以調→先調整設定,成本最低
  • 只怕瞬間壓降,機台很大但只有控制系統會 reset→控制迴路加裝電壓驟降補償器
  • 關鍵負載已全數接在容量足夠的 Online UPS→不需要再加補償器
  • 正在採購新設備→規格寫入 SEMI F47

最後一步:建立監測,每一次壓降都留下紀錄

預防不是一次做完。每次壓降發生在幾點、哪一相、掉多深、持續多久,都要留下紀錄,才知道防護有沒有效、下一台該保護誰。可以在主配電盤加裝電力品質分析儀;若已導入電壓驟降補償器,許多機型本身就會記錄每次壓降的時間與波形。有了紀錄,也能向台電所屬區營業處查詢當時的供電事件。

常見問題

電壓驟降造成停機,除了 UPS 還有什麼解法?

除了 UPS,還有四種做法,而且多數成本更低:一、調整欠壓繼電器與變頻器的保護設定;二、強化接觸器、控制電源等控制元件;三、只在會 reset 的控制迴路加裝電壓驟降補償器(壓降保護器),平時走旁路幾乎不耗電、免換電池;四、新購設備要求符合 SEMI F47。UPS 最適合的是停電時也不能斷的負載。

欠壓繼電器為什麼會讓機台在電壓驟降時跳機?

因為欠壓繼電器的任務就是在電壓不足時切斷電路,如果沒有設定延遲,0.1 秒的壓降也會讓它立刻動作,機台因此停機。和設備商確認後替它加上適當的延遲時間,是成本最低的預防方式;但延遲不能無限拉長,否則會失去原本的保護作用。

電壓驟降補償器和 UPS 差在哪?

電壓驟降補償器專門擋數秒內的瞬間壓降,平時走旁路幾乎不耗電;UPS 能擋壓降也能擋停電,但線上式 UPS 24 小時雙轉換會持續損耗約 3–6% 電力,電池 3–5 年要換。只怕壓降、不怕停電的控制迴路,用補償器比較划算。

家裡或辦公室需要預防電壓驟降嗎?

一般家庭通常不需要,壓降頂多讓燈閃一下。辦公室的伺服器、網路設備怕資料中斷,一般用 UPS 就足夠。真正需要系統性預防的是工廠產線,因為一次跳機要花數小時復機,還可能造成在製品報廢。

預防電壓驟降要從哪一台設備開始?

從過去一年最常因「電閃一下」跳機的那台開始。先比對設備警報紀錄、停機報表與 UPS 事件紀錄,找出反覆跳機的機型,再挑一台先做防護、實際觀察效果,確認有效再擴大。

Measure first

你的廠,哪幾台最怕壓降?

預約壓降風險評估,從跳機紀錄與現場量測找出真正需要保護的設備,再決定怎麼做。