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半導體廠打雷時機台常跳機,有什麼設備可以避免?先分清楚是突波還是電壓驟降

打雷時機台跳機,多半不是雷直接打進廠裡,而是雷擊輸電線路造成電網電壓驟降。避雷器和突波保護器防的是過電壓,擋不了電壓驟降。本文說明打雷時到底發生了什麼、怎麼判斷是哪一種問題,以及各自該用什麼設備。

夜間雷雨,閃電落在遠方的輸電鐵塔,前景是亮著燈的半導體園區
雷打在廠外的輸電線路,不必打中工廠,整片園區都會受影響(示意圖)

重點摘要:打雷時機台跳機,有什麼設備可以避免?

半導體廠打雷時機台跳機,最常見的原因是電壓驟降:雷擊輸電線路引起短路故障,附近整片電網的電壓瞬間被拉低約 0.1 秒,機台的控制系統跟著 reset。避雷器、突波保護器(SPD)只能擋過電壓突波,擋不了電壓驟降。要避免這類跳機,應在會 reset 的控制迴路加裝電壓驟降補償器(壓降保護器)或線上式 UPS,並調整欠壓繼電器等保護設定;突波保護器則用來防止設備被突波打壞,兩者要搭配。

打雷時,工廠的電發生了什麼事?

雷擊對工廠用電的影響有兩種,性質完全不同:

  • 雷直接或間接打進廠內線路→突波:電壓瞬間暴衝,可能燒毀設備
  • 雷打在廠外的輸電線路→電壓驟降:線路短路,附近電網電壓被拉低約 0.1 秒
雷雨夜的變電所,閃電擊中遠處的高壓輸電線
雷擊打在電網上:線路短路、保護設備隔離故障,這約 0.1 秒內附近用戶的電壓都被拉低(示意圖)

第二種比第一種常見得多。雷擊不需要打中你的廠,只要打中同一區供電網路上的線路,引起短路故障,保護設備在極短時間內把故障隔離,這段期間附近所有用戶都會經歷一次電壓驟降。台電也把雷擊列為電壓驟降的主要原因之一(台電常見問答〈什麼是電壓驟降?〉)。

突波和電壓驟降,差在哪?

左右對照:左邊是被突波燒焦冒煙的電路板,右邊是控制螢幕變黑、警示燈亮起但沒有損壞的半導體機台
左:突波把元件燒壞;右:電壓驟降讓機台停下來、螢幕變黑,重新開機通常就好(示意圖)
雷擊造成的兩種電力問題(DEYly 帝亞智能整理)
比較項目突波(Surge)電壓驟降(Sag)
電壓變化瞬間暴衝,高於正常值瞬間掉到正常值的 10–90%
持續時間極短,微秒等級台灣園區常見約 0.1 秒
常見後果元件、電路板燒毀機台跳機、控制系統 reset,重開通常就好
影響範圍通常是雷擊點附近同一供電網路上的整片區域
對應設備避雷器、突波保護器(SPD)電壓驟降補償器、線上式 UPS

怎麼判斷你的跳機是哪一種?

無塵室走道兩側成排機台的警示燈同時亮起黃燈,一名穿無塵衣的技術員站在走道上
同一時間一整排機台一起亮燈停下,是電壓驟降的典型現場(示意圖)
  1. 設備有沒有壞?

    有元件或電路板燒毀,偏向突波;機台跳機但重新開機就正常,偏向電壓驟降。

  2. 燈有沒有閃一下?

    跳機的同一時間燈光閃爍或變暗,代表整個廠區的電壓掉了一下,是電壓驟降的典型現象。

  3. 是不是同一型號一起跳?

    同一次打雷,只有特定機型跳機,代表那個機型的控制元件對壓降特別敏感。

  4. 其他紀錄的時間對不對得上?

    比對設備警報、UPS 輸入異常紀錄、廠務電力監控,以及氣象單位的雷擊資料。時間對得上,就能確認是雷擊引起的壓降。

有什麼設備可以避免打雷跳機?

工廠電氣室:打開的配電盤內有斷路器與突波保護模組,旁邊是白色的電壓驟降補償器機櫃與黑色的線上式 UPS 機櫃
配電盤裡的突波保護器防燒毀;旁邊的補償器與 UPS 機櫃,負責讓機台在壓降時不停機(示意圖)
避免打雷跳機的設備與做法
設備或做法解決什麼問題適合保護注意事項
電壓驟降補償器(壓降保護器)電壓驟降PLC、IPC、Robot、控制電源、EMO 迴路只接控制迴路,容量小;補償時間以秒計
線上式 UPS電壓驟降與停電停電也不能斷的負載持續損耗約 3–6% 電力,電池 3–5 年更換
調整保護設定電壓驟降欠壓繼電器、變頻器成本最低,須與設備商確認
避雷器、突波保護器(SPD)突波配電盤、敏感電子設備防設備燒毀,但擋不了壓降跳機

最常見的誤解是「已經裝了避雷器,為什麼打雷還是會跳」。兩者防的是不同問題:突波保護器保護設備不被打壞,電壓驟降補償器讓設備不停機,雷雨多的地區通常兩者都需要。電壓驟降補償器的選型請見〈容量怎麼計算〉,完整的預防方法請見〈工廠電壓驟降怎麼預防〉。

雷雨季來臨前,廠務可以先做的 4 件事

戴安全帽的廠務工程師在雷雨天,用手持電力品質分析儀量測配電盤,螢幕顯示一段電壓驟降波形
雷雨季前先把監測架好,每次壓降的深度與時間都有紀錄(示意圖)
  1. 整理去年雷雨季的跳機紀錄

    哪幾天、哪幾台、每次復機花多久,先有一份清單。

  2. 確認最常跳的機型與元件

    從警報類型找出是控制電源、接觸器還是變頻器先掉電。

  3. 先處理最常跳的那一台

    調整設定或在控制迴路加裝補償器,雷雨季就是最好的驗證期。

  4. 架好監測

    電力品質分析儀或補償器本身的事件紀錄,會留下每次壓降的時間、深度與波形,之後才能證明改善有效。

常見問題

已經裝了避雷器和突波保護器,為什麼打雷時機台還是會跳機?

因為避雷器和突波保護器擋的是過電壓突波,而打雷時機台跳機多半是電壓驟降:雷擊廠外的輸電線路造成短路,電網電壓被拉低約 0.1 秒。要避免這類跳機,需要電壓驟降補償器或線上式 UPS。

雷沒有打到工廠,為什麼機台也會跳?

因為雷擊只要打中同一區供電網路上的輸電線路,引起短路故障,附近所有用戶都會經歷一次電壓驟降。工廠不必被直接打中,也會受影響。

打雷跳機要怎麼證明是電壓驟降?

比對跳機時間與燈光閃爍、UPS 輸入異常紀錄、廠務電力監控以及氣象單位的雷擊資料。時間對得上、設備重開就正常、沒有元件燒毀,就是電壓驟降的典型特徵。也可以向台電所屬區營業處詢問當時是否有供電事故。

半導體廠打雷時機台常跳機,最有效的設備是什麼?

在會 reset 的控制迴路加裝電壓驟降補償器,是針對這個問題最直接的做法:平時走旁路幾乎不耗電,壓降時約 1 毫秒切換、補償數秒。需要連停電也撐住的負載,才用線上式 UPS。

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。