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為您掌握每個關鍵時刻

以半導體為首的高科技產業,在其連續性製程中採用甚多對電力品質極敏感的微電腦自動控制設備,以及電力電子控制式的廠務設備,加上其每度電力的產值高居各行業之冠,任何可能導致製程中斷的電力品質不良與供電不穩,都將令其蒙受極大損失。因此,高科技產業族群莫不高度關注電力事件的技術防治對策。

自1970年代後期,政府吸取美國加州矽谷經驗,於新竹創建科學園區,帶動國內高科技產業發展,包含半導體、光電、資通訊、製藥與生技。三十多年來,相繼成立的南科、中科、內科等,已形成堅實的產業聚落並成為帶動國內經濟成長的主要動力。高科技廠商也以效率高、品質優、交期快等優勢成為國際供應鏈上不可或缺的一環。對高科技廠商而言,穩定充足且高品質的電力供應是其面對國際競爭時,極重要的基本營運條件。

電力品質與電力事件

「電力品質」對電力供應商而言,是指供電系統提供給用戶端不受干擾的標準電源的能力;對用戶而言,是指負載運轉時不會干擾或降低供電電源效率的能力;對用電設備則可能造成立即性的故障,或累積一段時日後才損壞,不能使用。由此可知,要提升電力品質,需得從供電端、用戶端和設備本身,三方著手。

造成電力品質不良的可能因素頗多,例如難以預期的雷擊、鹽霧害、鳥獸害、風害等自然事件或外物碰觸。曾經在竹科便發生過,某公司週年慶用的彩帶纏住高壓線路導致短路跳電,造成上億元的損失。事後,台電與園區將架空線路改為地下電纜,以減少此類短路事件的發生機率。此外,人為因素、設備劣化和電路問題等都可能造成電力品質不良。

電力品質問題反應出來的現象有:一、開關切換或雷擊造成的暫態(transient)。二、電壓驟降(voltage sag)或驟升。三、不平衡負載及故障引起的三相不平衡。四、電力諧波。五、電壓閃爍。六、電磁干擾。七、接地與雜散電流等。其中,又以電壓驟降為最典型的電力事件。據ABB自動化與驅動控制事業部電能轉換單元負責人吳文銓表示,電壓驟降造成的損失不若大規模停電來得嚴重,但發生的次數頻繁,多數廠商每個月至少會遇到兩至三次的壓降事件。每次復機所耗費的時間,短則幾分鐘,長則數小時,對產線的影響不容小覷。

ABB工程技術服務團隊,為高科技廠房強化供電系統可靠度,守護每個關鍵時刻。

辨別電壓驟降與斷電

當發生接地故障、設備絕緣失效、外物碰觸、自然事件等狀況所引發的電力事件時,在保護電驛檢出故障及斷路器動作清除故障前的短暫時間內,故障點鄰近用戶所發生的電壓降低現象,稱為「電壓驟降」。一般來說,電壓驟降指電壓有效值下降至標稱值的10%至90%之間,持續時間在半個週波到數秒。而電壓有效值下降至標稱值的10%以下,稱為「瞬間斷電」。兩者皆會造成設備當機,但斷電時,負載與供電系統完全切離;電壓驟降時,負載仍與供電源相連,而且電壓驟降發生的機率遠大於斷電,是以電壓驟降為提升電力品質首要因應的技術問題。

ABB自動化與驅動控制事業部電能轉換單元業務副理許雅妤說明:「電壓閃爍、三相不平衡是供電波型改變,透過電力調節即可回復高品質供電。電壓驟降則需考慮降幅、持續時間與相位移。當降幅超過標稱值60%以下或達到斷電標準,就需要立即採取電力保護措施。」

吳文銓進一步補充:「電力事件的起因與種類眾多,並非加裝電力調節設備或不斷電系統後,都可百分之百解決電力品質問題。遇到如九二一大地震般的災難型事件時,電力保護設備的成效亦是有限。」據台電分享,要有效解決電力品質問題,需要三方齊心合作。電力公司致力於減少電力事件發生機率,用戶端可增設電力保護設備以提高對壓降事件的因應能力,機台設備商則需滿足SEMI F47(Semiconductor Equipment and Materials International, SEMI)對電壓驟降的耐受要求。

技術對策

針對電壓驟降等電力品質問題,用戶端的技術對策略分為二。首先,在機台設備採購上,選用符合SEMI F47標準的產品。SEMI F47意即設備對電壓驟降的耐受時間需達到以下能力:當電壓在50%標稱值時為0.05到0.2秒;在70%標稱值時為0.2到0.5秒;在80%標稱值時為0.5到1.0秒。換言之,符合SEMI F47標準的製程設備,在遭逢F47型電壓驟降事件時,能繼續運作,不中斷生產程序。

其次是從用戶本身的系統進行預防與改善。一般而言,用戶端可加裝不斷電系統(Uninterruptible Power Supply ,UPS)、動態電壓調節器(Active Voltage Conditioner ,AVC)、靜態轉供開關(Static Transfer Switch, STS)等設備,來提升對電壓驟降或驟升的耐受能力。許雅妤解釋,概略來看,電壓降幅在40%以內且持續時間在一秒以下的壓降事件,可藉由成本較低的動態電壓調節器來進行補償,以回復穩定供電;而一秒以上的瞬間斷電,則需透過不斷電系統來暫時供應電力。

許雅妤分享,ABB的動態電壓調節器PCS100 AVC具備98%以上的高效率表現,可快速精準地修正波形,體積更只有一般不斷電系統的三分之一。PCS100 AVC兼具極省電、佔地面積小、無電池維護成本、動態響應快等特點。種種優勢獲南部某封測大廠見證,以今年2月的台南地震為例,當時電壓擾動的情況驟增,但PCS100 AVC卻成功守護該廠產線,使其運轉無虞。

位於南科的某面板製造商表示,由於南部電網供電的不確定性較高,因此選擇內含儲能元件的PCS100 UPS-I做為電力保護措施之一。PCS100 UPS-I是工業級的大功率UPS,能在1.8毫秒內完成電壓補償,且具備208V電壓規格產品以滿足高科技產業的特殊需求。許雅妤說明,ABB的模組化設計可讓用戶端進行冗餘配置時節省建置成本。「以100kVA的應用來說,以往會配置兩台100kVA的UPS,做為備援。但模組化的PCS100 UPS,每個儲電單元可獨立運行,因此僅需要一台100kVA的UPS,再加上兩個10kVA的小功率UPS模組即可。」另外,可熱插拔維護、全模組不用旁路、較少的自發性熱能、平均修復時間(Mean Time to Repair, MTTR)30分鐘等都是其特色。

掌握關鍵時刻,守護高科技廠房

許雅妤分享用戶端回饋,廠商一般都會自主進行廠內電力事件分析,以了解供電系統發生電力事件的頻率與可能原因,進而研擬防範對策。「作為電力調節與電力保護產品供應商,ABB建議用戶端可從當地供電情況與電力事件的歷史紀錄出發,全面評估新增設備的佔用空間、包含空調等的總用電量、維修保養成本、售後技術支援服務,以及考慮儲能元件衰減後的中長期產品效能與可靠度等面向,以做為增添電力保護設備的綜合性考量。」

ABB電力保護產品於全球高科技產業的累積裝機量已超過800MVA,在鄰近的日、韓、中國以及台灣都有豐厚實績,舉凡晶圓廠、封測廠、面板廠、資料中心等,都有ABB為高科技廠房守護每個關鍵時刻。

PCS 100 UPS-I 是工業級的大功率UPS,能在1.8毫秒內完成電壓補償,且具備208V電壓規格產品,以滿足高科技產業的特殊需求。
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