摘要 - rdnet.taipei.gov.twrdnet.taipei.gov.tw/xDCM/DOFiles/pdf/00/00/01/71/76/1000517-pdf... · I 摘要本研究探討翡翠水庫大壩區雷擊防護問題並提出改善對策，目前

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摘要本研究探討翡翠水庫大壩區雷擊防護問題並提出改善對策，目前

已依約完成各項研究，並獲致預期成果。本報告為期末報告，針對各

項研究工作之成果提出報告，主要內容包括：

1. 大壩區現場勘查及資料蒐集整理與研析完成現場環境及設施之勘查、防雷現況、各系統防雷相關資

料及國外水庫防雷現況案例之資料蒐集研討分析。

2. 大壩區現有防雷設施之缺失檢討診斷經現場勘查現有防雷設施之缺失，加以診斷檢討後逐項列出

其應改善之內容。

3. 大壩區供電系統及弱電系統之雷擊模型建立建立大壩區供電系統及弱電系統之電磁暫態分析模型(ATP 模

型)，其中供電系統涵蓋 69kV、13.8kV、11.4kV、480V、220V 及110V 各電壓等級系統之線路、設備及接地系統，弱電系統考慮電源線與信號線等相關參數。

4. 大壩區供電系統及弱電系統雷擊特性分析評估以 ATP 模型分析雷擊時，在供電系統及接地系統產生的雷擊

突波電壓、地電位昇(GPR)及地電位差(GPD)，以及轉移至弱電系統的突波電壓並評估其大小程度。

5. 大壩區供電系統及弱電系統雷害機制探討暨事故案例描述探討雷害的原理、條件、途徑及發展過程，並藉此分析事故

原因。更進一步結合前項雷擊特性結果，探討過去雷害事故案例，

以診斷其事故原因。

6. 台電輸電線路及鐵塔之雷擊分析及其對大壩區雷擊之影響評估分析輸電線路及鐵塔遭雷擊之特性，對大壩區的引雷效應及

避雷效應，綜合評估其正負面影響。

7. 大壩區雷擊防護改善對策及可行改善措施提出各種改善對策及可行措施，涵蓋大壩本體及相關建築

物、供電系統及弱電系統等之改善對策及措施共計 59 項，其中包含對運轉維護上應配合改善之措施。

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8. 結論及建議事項以上這些研究成果皆依原計畫時程完成，將在本報告中各章

節內詳述，這些成果可供大壩區雷擊防護改善之參考，尤其所提

的防範措施及建議事項具體可行，建請持續實施以使大壩區雷擊

防護更臻完善。

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Abstract In this study, the problems associated with the lightning protection in

the dam area of Taipei Feitsui Reservoir are surveyed. The strategies for mitigating lightning damages are also proposed. This report is the final report for submitting the results of the works specified by the contract which contain:

1. To investigate the field situations in the dam area and to collect and analyze the data required for lightning damage investigations. Furthermore, the lightning protection cases of reservoirs outside the contary are described too.

2. To discuss and diagnose the defects of existent lightning protection measures in the dam area. Each defect will be listed and described in detail.

3. To construct the models of lightning analysis for power distribution system and weak systems in the dam area based on the alternative transient program (ATP). All the parameters of lines, equipments and grounding system of power distribution system with various voltage levels of 69kV, 13.8kV, 11.4kV, 480V, 220V and 110V, and the power lines and signal lines of weak systems are considered in the models, respectively.

4. To analyze and assess lightning characteristics of power distribution system and weak systems in the dam area based on ATP model. The lightning surge voltages, ground potential rise (GPR), ground potential difference (GPD) on the distribution system and grounding system, and the transferred voltage on weak system are analyzed.

5. To study the lightning damage mechanism on the power distribution system and weak systems in the dam area. The principle, condition, tranmission path and process of developments of lightning damage are charactered. In addition, the damage cases due to lightning in the past will be diagonsed based on the analysis results of lightning characteristics above.

6. To analyze lightning characteristics of transmission lines and towers of Taiwan Power Company (TPC) in the the dam area. Their effects of incuring lightning striking and lightning protection are discussed. From which, the summary about positive and negative effects of transmission lines and towers on lightning protection will be made.

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7. To propose the mitigation strategies and the respective measures adopted for building or structures, power distribution system and weak systems to preventing lightning damages. There are totally 59 improved measures proposed from this study including operation and maintenance measures suitable for lightning protections.

8. Conclusions and suggestions. These works are all accomplished along the project schedule and

will be described in detail in the following chapters. The study results from these works are good references for lightning protections, espectially, the proposed measures and suggestions are all feasible. Their implementations continuously will contribute to reach firmly protections from lightning damages.

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目錄摘要............................................................................................................. I Abstract .....................................................................................................III 圖目錄.....................................................................................................VII 表目錄.................................................................................................. XVII 第一章緒論...............................................................................................1

1.1 研究動機及目的...........................................................................1 1.2 研究內容及工作項目概述 ..........................................................1 1.3 研究成果簡介...............................................................................3

第二章資料蒐集暨整理與研析 ..............................................................5 2.1 國外水庫大壩防雷案例介紹 ......................................................5 2.2 供電系統資料.............................................................................14 2.3 大壩監測系統資料.....................................................................17 2.4 攝影機系統資料.........................................................................21 2.5 強震儀系統資料.........................................................................32 2.6 建築物避雷系統資料.................................................................33 2.7 接地系統資料.............................................................................38

2.7.1 翡翠電廠接地系統...........................................................38 2.7.2 大壩接地系統...................................................................40 2.7.3 大壩操作大樓接地系統...................................................42

2.8 路燈電源傳輸系統資料 ............................................................43 2.9 0730 雷擊事件設備損壞資料 ....................................................43

第三章現場勘查暨防雷相關之缺失檢討 ............................................45 3.1 現場勘查概述.............................................................................45 3.2 防雷相關之缺失檢討.................................................................47

3.2.1 操作大樓避雷相關缺失...................................................47 3.2.2 大壩避雷相關缺失...........................................................55 3.2.3 碼頭避雷相關缺失...........................................................63 3.2.4 發電廠避雷相關缺失.......................................................63 3.2.5 河道邊坡避雷相關缺失...................................................67

3.3 操作大樓避雷針系統檢討 ........................................................70 3.3.1 避雷針之缺失檢討...........................................................70 3.3.2 下引導體及接地缺失檢討...............................................72

第四章模型之建立及雷擊特性分析評估 ............................................74 4.1 ATPDraw 電磁暫態分析程式之簡介.........................................74 4.2 供電系統模型之建構.................................................................74

4.2.1 發電機電源系統模型與參數設定 ..................................74

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4.2.2 69kV 電源系統模型與參數設定......................................76 4.2.3 變壓器模型與參數設定...................................................77 4.2.4 13.8kV 電纜模型與參數設定...........................................86 4.2.5 480V 電纜模型與參數設定..............................................87 4.2.6 69kV 輸電鐵塔模型與參數設定......................................89 4.2.7 下游負載模型與參數設定...............................................90 4.2.8 避雷器模型與參數設定...................................................91 4.2.9 各突波電源模型與參數設定...........................................95 4.2.10 翡翠電廠系統模型之完整建立.....................................95

4.3 供電系統雷擊特性模擬分析 ....................................................97 4.4 弱電系統模型之建立及分析 ..................................................108

4.4.1 訊號電源由現場設備提供之模型建立及分析 ............108 4.4.2 訊號電源由操作大樓設備提供之模型建立及分析 ....112

第五章雷害機制探討及事故案例分析 ..............................................116 5.1 供電系統雷害機制之探討 ......................................................116 5.2 弱電系統雷害機制探討 ..........................................................119 5.3 雷害事故案例探討...................................................................122

第六章台電輸電線及鐵塔對大壩區之雷擊影響評估 ......................128 6.1 輸電線路及鐵塔模型之建構 ..................................................128

6.1.1 雷擊電流模型.................................................................128 6.1.2 台電 69kV 架空輸電線路模型......................................128 6.1.3 遠方避雷器模型.............................................................132

6.2 考慮輸電線路之雷擊突波模擬及分析 ..................................133 6.3 影響評估及檢討.......................................................................154

第七章大壩區雷擊防護改善對策及措施之表列 ..............................156 7.1 操作大樓雷擊防護改善對策及措施 ......................................156 7.2 大壩本體雷擊防護改善對策及措施 ......................................160 7.3 翡翠電廠雷擊防護改善對策及措施 ......................................163 7.4 周邊設施雷擊防護改善對策及措施 ......................................164

第八章結論建議及未來展望 ..............................................................173 8.1 結論...........................................................................................173 8.2 建議事項...................................................................................174 8.3 未來展望...................................................................................175

附錄一期初報告會議紀錄及委員意見執行情形 ..............................176 附錄二期中報告會議紀錄及委員意見執行情形 ..............................179 附錄三期末報告會議紀錄及委員意見執行情形 ..............................184 參考文獻.................................................................................................188

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圖目錄圖 2-1 大壩內所安裝的感測器位置示意圖 ............................................8 圖 2-2 傳統式 ADAS 和新型 ADAS 對雷擊敏感性之比較 ................13 圖 2-3 翡翠發電廠單線簡圖 ..................................................................15 圖 2-4 操作大樓 480V 匯流排及分路開關盤 .......................................16 圖 2-5 操作大樓 480V 單相分路開關及 220V/110V 分路開關盤 ......16 圖 2-6 220V 變壓器及其分路開關盤 .....................................................17 圖 2-7 副運轉中心 UPS 電源供電系統架構圖.....................................18 圖 2-8 翡翠大壩安全監測資訊系統架構圖 ..........................................18 圖 2-9 大壩監測儀器之構造圖 ..............................................................20 圖 2-10 大壩監測儀器的連接方式 ........................................................20 圖 2-11 翡翠水庫管理局光纖系統 ........................................................20 圖 2-12 設置於大壩廊道的正擺線儀外觀照片 ....................................21 圖 2-13 大壩變位監測擺線儀輸出入接點編號及其所接之電源線與訊

號線標示 ....................................................................................21 圖 2-14 翡翠水庫的攝影機安裝位置圖 ................................................22 圖 2-15 壩頂崗哨及 1 號攝影機相關設備配置及接線圖....................23 圖 2-16 2 號及 3 號攝影機相關設備配置及接線圖 ..............................24 圖 2-17 4 號及 5 號攝影機相關設備配置圖 ..........................................25 圖 2-18 GR1 廊門內配電箱接線圖 ........................................................27 圖 2-19 大壩強震儀系統感震器位置及接線圖 ....................................32 圖 2-20 壩座強震儀系統感震器位置及接線圖 ....................................32 圖 2-21 壩座強震儀訊號纜線配線示意圖 ............................................33 圖 2-22 操作大樓於大壩區現場相對位置概況圖 ................................34 圖 2-23 安裝於操作大樓之避雷針及其支撐架(單位：mm)...............35 圖 2-24 操作大樓屋頂避雷針系統安裝示意圖 ....................................36 圖 2-25 操作大樓樓頂既設避雷系統平面佈置圖 ................................37 圖 2-26 以圓錐體保護區法計算避雷針的保護範圍 ............................37 圖 2-27 大壩及電廠接地網示意圖 ........................................................38 圖 2-28 大壩壩頂及平台周邊路燈設置圖 ............................................43 圖 3-1 安裝於操作大樓的避雷針保護範圍不足 ..................................48 圖 3-2 避雷針接地引線沿牆壁佈設再穿入牆壁，不利導雷..............48 圖 3-3 於操作大樓樓頂之不鏽鋼線槽未搭接且未與冷氣機風扇及室

外機外殼搭接 .............................................................................48 圖 3-4 水塔浮球開關盒應有金屬護罩，以免被直接雷擊且防雨水淋濕

短路 ..............................................................................................49 圖 3-5 電源開關盤、水位計盤(含充電機盤體)未見接地線 ...............49

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圖 3-6 操作大樓屋頂之天線及攝影機是否涵蓋在避雷針保護範圍需再檢討 .........................................................................................49

圖 3-7 接地電極引出位置位於岩盤上其施工不易 ..............................50 圖 3-8 接地網之引出線位置懸空且未設接地箱無法量測接地電阻..50 圖 3-9 於操作大樓一樓之 480V-277V 無刷式同步發電機其 ATS 為 3

極式 ..............................................................................................51 圖 3-10 於操作大樓一樓之水閘門控制開關盤僅有一盤有裝避雷器51 圖 3-11 480V-208V 之變壓器上方放置雜物，且外殼未接地 .............51 圖 3-12 主變壓器盤體未接地且中性點接地線應改用白色或黑色絕緣

皮 ................................................................................................52 圖 3-13 操作大樓電力變電室主變壓器銘牌，其一次側與二次側繞組

接法和一般屋內配線變壓器接法相反，低壓側系統無法做接

地故障保護 ................................................................................53 圖 3-14 UPS 之突波抑制器接地線太長，且各處彎曲，無法有效保護

.....................................................................................................53 圖 3-15 大壩變位監測系統之正面顯示面板外觀照片 ........................54 圖 3-16 大壩變位監測系統盤體後方電纜共接但未絕緣處理............54 圖 3-17 於操作大樓之警衛室外所設置的變壓器為 220V-190V/

110V，Δ/Y 接 ..........................................................................55 圖 3-18 操作大樓前之警衛室內所設置的兩接地匯流排需搭接並再搭

接至箱體 ....................................................................................55 圖 3-19 於水工機械現場之馬達外殼已設有搭接線及現場的電話機應

拆除 ............................................................................................56 圖 3-20 開關箱間及路燈與其鄰近金屬結構物皆應以搭接線搭接....57 圖 3-21 故障路燈應儘快修復，以避免於雷擊時引入雷突波............57 圖 3-22 於大壩上的攝影機金屬支架及其旁邊的開關箱應搭接........57 圖 3-23 於大壩地面上的手孔之集線槽常積水，應改為直立式........58 圖 3-24 於大壩廊道之各種電纜引入之管道口未填塞及搭接............59 圖 3-25 擺線儀內的插座電源線應改為電纜線及開關箱內的裸露導線

之端子應絕緣處理....................................................................60 圖 3-26 於大壩廊道內的終端箱箱體與鄰近金屬物件未搭接............60 圖 3-27 於大壩廊道內終端箱應做好線路引出口供線路進出............60 圖 3-28 於大壩廊道內之祼銅接地線應與金屬托架搭接 ....................61 圖 3-29 於河道放水口處之模塑式變壓器檯架未接地及開關箱接地線

應直接接至箱體........................................................................61 圖 3-30 於集水坑地區的各箱體應改以防水型及生鏽的固定端子應重

新處理 ........................................................................................61 圖 3-31 集水井排水泵控制箱內之接地銅排與外殼是否有搭接需再確

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認 ................................................................................................62 圖 3-32 電氣式伸縮儀之感應避雷器金屬帶應避免彎曲纏繞............62 圖 3-33 金屬導線管佈設僅以導線引入箱體，導線管本身卻未與箱體

連接 ............................................................................................62 圖 3-34 隧道入口處之開關箱箱體已接地但外部金屬圍籬亦需接地63 圖 3-35 碼頭攝影機現場開關箱內的線路佈設雜亂 ............................64 圖 3-36 警衛室內所設置的兩個接地銅排皆未與箱體搭接................64 圖 3-37 從警衛室接出的接地線沿圍牆佈設且各處彎曲 ....................64 圖 3-38 吊門機電器設備現場控制開關箱接地線應檢查是否有接好65 圖 3-39 發電廠屋外開關場之主變壓器其避雷器接地銅排及端子已鏽

蝕，應除鏽處理及端子處理....................................................65 圖 3-40 發電廠屋外開關場以二回線饋電至 69kV 高壓鐵塔，其上方

皆沒裝設避雷架空地線網，有遭受雷擊之風險 ...................66 圖 3-41 (a)直流開關箱未與金屬管搭接 (b)箱體內各管線與開關之佈

設情形，金屬框架亦未與箱體搭接 .......................................66 圖 3-42 (a)調速機操作顯示面板及 (b)其內部接線佈設情形，SOE 記

錄表曾紀錄油槽壓力太低而跳機，研判與 DC 電源發生線路接地有關 ....................................................................................67

圖 3-43 地震觀測站箱體內部已不再使用的電源線需移除................68 圖 3-44 SC3 強震儀記錄器箱體內的電源白扁線應改為電纜線 .........68 圖 3-45 接地線需重新佈設且應使用綠色絕緣皮 ................................68 圖 3-46 強震儀記錄器箱體內的接地線纏繞佈設且已剪斷的電纜頭需

絕緣處理 ....................................................................................69 圖 3-47 強震儀記錄器箱體內應另外引接電源供 UPS 用電 ..............69 圖 3-48 攝影機引線的線頭及線尾應和金屬管搭接，不能穿過金屬管

以避免感應電流........................................................................69 圖 3-49 操作大樓避雷針安裝相對位置側面圖 ....................................70 圖 3-50 操作大樓避雷針系統改善示意圖 ............................................72 圖 4-1 翡翠電廠發電機(13.8kV)電源和系統等效阻抗 ATP 模型 ......75 圖 4-2 翡翠電廠發電機電源模型設定參數 ..........................................75 圖 4-3 翡翠電廠發電機電源系統等效阻抗模型設定參數..................75 圖 4-4 69kV 電源端和系統等效阻抗 ATP 模型 ....................................76 圖 4-5 69kV 電源模型設定參數 .............................................................76 圖 4-6 69kV 電源系統等效阻抗模型設定參數 .....................................77 圖 4-7 翡翠電廠主變壓器(M.Tr)之 ATP 模型 ......................................77 圖 4-8 翡翠電廠主變壓器(M.Tr)之參數設定 .......................................78 圖 4-9 翡翠電廠主變壓器(M.Tr)雜散電容參數設定 ...........................78 圖 4-10 翡翠電廠主變壓器(M.Tr)中性點接地電抗參數設定 .............78

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圖 4-11 翡翠電廠#1STr 變壓器 ATP 模型 ............................................79 圖 4-12 翡翠電廠#1STr 變壓器之參數設定 .........................................79 圖 4-13 翡翠電廠#1STr 雜散電容參數設定 .........................................79 圖 4-14 翡翠電廠#2STr 變壓器之 ATP 模型 ........................................80 圖 4-15 翡翠電廠#2STr 變壓器之參數設定 .........................................80 圖 4-16 翡翠電廠#2STr 雜散電容之參數設定 .....................................81 圖 4-17 翡翠電廠配電昇壓變壓器(DAM.Tr)之 ATP 模型 ..................81 圖 4-18 翡翠電廠配電昇壓變壓器(DAM.Tr)之參數設定 ...................81 圖 4-19 翡翠電廠配電昇壓變壓器(DAM.Tr)雜散電容之參數設定 ...82 圖 4-20 操作大樓供電主變壓器(Tr1)之 ATP 模型 ..............................82 圖 4-21 操作大樓供電主變壓器(Tr1)之參數設定................................82 圖 4-22 操作大樓供電主變壓器(Tr1)之雜散電容參數設定 ...............83 圖 4-23 操作大樓內 Tr2 變壓器之 ATP 模型 .......................................83 圖 4-24 操作大樓內 Tr2 變壓器之參數設定 ........................................83 圖 4-25 操作大樓內 Tr2 變壓器之雜散電容參數設定 ........................84 圖 4-26 操作大樓內低壓單相變壓器(Tr3-1、Tr3-2 及 Tr3-3)之 ATP 模

型 ................................................................................................84 圖 4-27 操作大樓內低壓單相變壓器(Tr3-1、Tr3-2 及 Tr3-3)之參數設

定 ................................................................................................85 圖 4-28 操作大樓內低壓單相變壓器(Tr3-1、Tr3-2 及 Tr3-3)之二次側

負載之阻抗參數設定 ................................................................85 圖 4-29 翡翠電廠發電機 GN T1 變壓器之 ATP 模型..........................85 圖 4-30 GN T1 變壓器之參數設定 .........................................................86 圖 4-31 翡翠電廠 13.8kV 電纜之參數設定 ..........................................86 圖 4-32 翡翠電廠 13.8kV 電纜相導體與遮蔽層參數之設定 ...............87 圖 4-33 翡翠電廠 13.8kV 電纜之佈設位置 ..........................................87 圖 4-34 480V 電纜之參數設定 ...............................................................88 圖 4-35 480V 電纜相導體與表皮參數之設定 .......................................88 圖 4-36 480V 電纜之佈設位置 ...............................................................88 圖 4-37 69kV 架空線路模型選擇設定 ...................................................89 圖 4-38 69kV 架空線路相導體及架空地線參數之設定表 ...................89 圖 4-39 69kV 輸電線路之架設位置 .......................................................90 圖 4-40 連接 480V 匯流排之負載 ATP 模型 ........................................90 圖 4-41 操作大樓內部供電負載 ATP 模型...........................................91 圖 4-42 翡翠電廠主變壓器中性點避雷器之特性曲線 ........................92 圖 4-43 翡翠電廠 69kV 母線避雷器之特性曲線 .................................92 圖 4-44 翡翠電廠發電機之避雷器特性曲線 ........................................92 圖 4-45 翡翠電廠 1 號廠內變壓器(#1STr)之避雷器特性曲線 ...........93

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圖 4-46 操作大樓供電主變壓器(Tr1)之避雷器特性曲線 ...................93 圖 4-47 翡翠電廠主變壓器之避雷器 ATP 模型...................................93 圖 4-48 翡翠電廠 69kV 母線之避雷器 ATP 模型 ................................94 圖 4-49 翡翠電廠發電機之避雷器 ATP 模型.......................................94 圖 4-50 翡翠電廠 1 號廠內變壓器(#1STr)之避雷器 ATP 模型 ..........94 圖 4-51 操作大樓主變壓器(Tr1)之避雷器 ATP 模型 ..........................94 圖 4-52 250kV 突波電壓源之 ATP 模型及其參數設定........................95 圖 4-53 27.3kA 突波電流源之 ATP 模型及其參數設定.......................95 圖 4-54 7.7kA 突波電流源之 ATP 模型及其參數設定.........................96 圖 4-55 應用 ATPDraw 建構供電系統之 ATP 模型圖.........................96 圖 4-56 翡翠電廠發電機中性點突波電流波形(操作大樓接地電阻為

10Ω及大壩接地電阻為 1 時) .................................................98 圖 4-57 翡翠電廠地網之突波 GPR 波形(操作大樓接地電阻為 10Ω及

大壩接地電阻為 1Ω時)............................................................99 圖 4-58 操作大樓地網之突波 GPR 波形(操作大樓接地電阻為 10Ω及

大壩接地電阻為 1Ω時)............................................................99 圖 4-59 大壩地網之突波 GPR 波形(操作大樓接地電阻為 10Ω及大壩

接地電阻為 1Ω時)....................................................................99 圖 4-60 翡翠電廠地網與操作大樓地網之突波 GPD 波形(操作大樓接

地電阻為 10Ω及大壩接地電阻為 1Ω時) ............................100 圖 4-61 翡翠電廠地網與大壩地網之突波 GPD 波形(操作大樓接地電

阻為 10Ω及大壩接地電阻為 1Ω時) ....................................100 圖 4-62 操作大樓地網與大壩地網之 GPD 波形(操作大樓接地電阻為

10Ω及大壩接地電阻為 1Ω時) .............................................100 圖 4-63 Tr3-1 變壓器 110V 側之線間突波電壓波形(操作大樓接地電阻

為 10Ω及大壩接地電阻為 1Ω時)..........................................101 圖 4-64 Tr3-2 變壓器 110V 側之線間突波電壓波形(操作大樓接地電阻

為 10Ω及大壩接地電阻為 1Ω時)..........................................101 圖 4-65 Tr3-3 變壓器 110V 側之線間突波電壓波形(操作大樓接地電阻

為 10Ω及大壩接地電阻為 1Ω時)..........................................101 圖 4-66 翡翠電廠發電機中性點突波電流波形(操作大樓接地電阻為

10kΩ及大壩接地電阻為 0.5Ω時) .......................................102 圖 4-67 翡翠電廠地網之突波GPR波形(操作大樓接地電阻為 10kΩ及

大壩接地電阻為 1Ω時) ..........................................................102 圖 4-68 操作大樓地網之突波GPR波形(操作大樓接地電阻為 10kΩ及

大壩接地電阻為 1Ω時) ..........................................................102 圖 4-69 大壩地網之突波GPR波形(操作大樓接地電阻為 10kΩ及大壩

接地電阻為 1Ω時) ..................................................................103

XII

圖 4-70 翡翠電廠地網與操作大樓地網之突波 GPD 波形(操作大樓接地電阻為 10kΩ及大壩接地電阻為 1Ω時) ..........................103

圖 4-71 翡翠電廠地網與大壩地網之突波 GPD 波形(操作大樓接地電阻為 10kΩ及大壩接地電阻為 1Ω時) ..................................103

圖 4-72 操作大樓地網與大壩地網之突波 GPD 波形(操作大樓接地電阻為 10kΩ及大壩接地電阻為 1Ω時) ..................................104

圖 4-73 Tr3-1 變壓器 110V 側之線間突波電壓波形(操作大樓接地電阻為 10kΩ及大壩接地電阻為 1Ω時)........................................104



圖 4-76 考慮訊號電源由現場設備提供之弱電系統 ATP 模型.........109 圖 4-77 訊號電源由現場設備提供之弱電系統訊號線之線間電壓(操

作大樓接地電阻為 10Ω及大壩接地電阻為 1Ω時) ...........109 圖 4-78 訊號電源由現場設備提供之弱電系統正訊號線與地線之線間

電壓(操作大樓接地電阻為 10Ω 及大壩接地電阻為 1Ω 時)..................................................................................................110

圖 4-79 訊號電源由現場設備提供之弱電系統負訊號線與地線之線間電壓(操作大樓接地電阻為 10Ω 及大壩接地電阻為 1Ω 時)..................................................................................................110

圖 4-80 訊號電源由現場設備提供之弱電系統訊號線之線間電壓(操作大樓接地電阻為 10kΩ及大壩接地電阻為 1Ω時) .........110

圖 4-81 訊號電源由現場設備提供之弱電系統正訊號線與地線之線間電壓(操作大樓接地電阻為 10kΩ 及大壩接地電阻為 1Ω 時)..................................................................................................111

圖 4-82 訊號電源由現場設備提供之弱電系統負訊號線與地線之線間電壓(操作大樓接地電阻為 10kΩ 及大壩接地電阻為 1Ω 時)..................................................................................................111

圖 4-83 訊號電源由操作大樓設備提供之弱電系統 ATP 模型.........112 圖 4-84 訊號電源由操作大樓設備提供之弱電系統訊號線之線間電壓

(操作大樓接地電阻為 10Ω及大壩接地電阻為 1Ω時).......112 圖 4-85 訊號電源由操作大樓設備提供之弱電系統正訊號線與地線之

線間電壓(操作大樓接地電阻為 10Ω及大壩接地電阻為 1Ω時)..................................................................................................113

圖 4-86 訊號電源由操作大樓設備提供之弱電系統負訊號線與地線之線間電壓(操作大樓接地電阻為 10Ω及大壩接地電阻為 1Ω時)..................................................................................................113

圖 4-87 訊號電源由操作大樓設備提供之弱電系統訊號線之線間電壓

XIII

(操作大樓接地電阻為 10kΩ及大壩接地電阻為 1Ω時).....113 圖 4-88 訊號電源由操作大樓設備提供之弱電系統正訊號線與地線之

線間電壓(操作大樓接地電阻為 10kΩ 及大壩接地電阻為 1Ω時).............................................................................................114

圖 4-89 訊號電源由操作大樓設備提供之弱電系統負訊號線與地線之線間電壓(操作大樓接地電阻為 10kΩ 及大壩接地電阻為 1Ω時).............................................................................................114

圖 5-1 供電系統雷擊位置示意圖 ........................................................117 圖 5-2 避雷器接地方式 (a)獨立接地 (b)共同接地...........................117 圖 5-3 接地系統轉移雷突波示意圖 ....................................................118 圖 5-4 操作大樓與電廠地網互連示意圖 ............................................119 圖 5-5 弱電系統架構 ............................................................................120 圖 5-6 UPS 電源線引入雷突波示意圖.................................................121 圖 5-7 訊號介面卡面因接地線轉移 GPR 造成的傷害示意圖 ..........121 圖 5-8 訊號線引入突波示意圖 ............................................................122 圖 5-9 大壩區供電系統及接地系統互連示意圖及可能雷擊點位置123 圖 5-10 利用惠斯登電橋原理之監測儀器示意圖 ..............................125 圖 6-1 雷突波電流模型及其參數 ........................................................129 圖 6-2 輸電線 ATP 模型中之 LCC 模組標示示意圖 .........................129 圖 6-3 LCC 模組之基本設定 ................................................................131 圖 6-4 LCC 模組之輸電線路導體相關參數設定 ................................131 圖 6-5 ATP 模型中輸電線導體之佈設位置圖 .....................................131 圖 6-6 避雷器 ATP 模型示意圖 ...........................................................132 圖 6-7 MOV 模組之基本設定...............................................................132 圖 6-8 MOV 模組之參數設定及其特性曲線圖...................................132 圖 6-9 考慮架空輸電線路之大壩區雷擊模擬 ATP 模型...................133 圖 6-10 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上之翡翠電廠水力

發電機中性點電流(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................134

圖 6-11 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上之操作大樓GPR(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .....................................................................134

圖 6-12 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上翡翠電廠GPR(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .....................................................................134

圖 6-13 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上操作大樓與大壩間之 GPD(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) ..............................................................135

XIV

圖 6-14 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上弱電電源線間電壓波形(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) ..................................................................135

圖 6-15 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上之翡翠電廠水力發電機中性點電流(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................135

圖 6-16 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上之操作大樓GPR(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .........................................................................136

圖 6-17 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上之翡翠電廠GPR(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .........................................................................136

圖 6-18 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上之操作大樓與大壩間之 GPD(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) ..............................................................136

圖 6-19 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上之弱電電源線間電壓波形(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) ..................................................................137

圖 6-20 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的相導體上之翡翠電廠水力發電機中性點電流(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................137

圖 6-21 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的相導體上之操作大樓GPR(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .....................................................................137

圖 6-22 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的相導體上之翡翠電廠GPR(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .....................................................................138

圖 6-23 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的相導體上之操作大樓與大壩間之 GPD(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................138

圖 6-24 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的相導體上之弱電電源線間電壓波形(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) ..............................................................138

圖 6-25 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的相導體上之翡翠電廠水力發電機中性點電流(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................139

圖 6-26 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的相導體上之操作大樓GPR(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接

XV

地電阻為 1Ω) .........................................................................139 圖 6-27 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的相導體上之翡翠電廠

GPR(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .........................................................................139

圖 6-28 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的相導體上之操作大樓與大壩間之 GPD(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) ..............................................................140

圖 6-29 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的相導體上之弱電電源側線間電壓波形(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) ..............................................................140

圖 6-30 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之翡翠電廠水力發電機中性點電流(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) ............................................140

圖 6-31 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之操作大樓GPR(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω)......................................................................141

圖 6-32 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之翡翠電廠GPR(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω)......................................................................141

圖 6-33 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之操作大樓與大壩間之 GPD(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................141

圖 6-34 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之弱電電源側線間電壓波形(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................142

圖 6-35 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之翡翠電廠水力發電機中性點電流(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................142

圖 6-36 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之操作大樓GPR(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω)..........................................................................142

圖 6-37 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之翡翠電廠GPR(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω)..........................................................................143

圖 6-38 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之操作大樓與大壩間之 GPD(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................143

圖 6-39 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之弱電電源側

XVI

線間電壓波形 (考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................143

圖 6-40 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的架空地線上之翡翠電廠水力發電機中性點電流(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) ............................................144

圖 6-41 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的架空地線上之操作大樓GPR(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω)......................................................................144

圖 6-42 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的架空地線上之翡翠電廠GPR(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω)......................................................................144

圖 6-43 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的架空地線上之操作大樓與大壩間之 GPD(不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................145

圖 6-44 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的架空地線上之弱電電源線間電壓波形 (不考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................145

圖 6-45 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的架空地線上之翡翠電廠水力發電機中性點電流(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................145

圖 6-46 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的架空地線上之操作大樓GPR(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω)..........................................................................146

圖 6-47 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的架空地線上之翡翠電廠GPR(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω)..........................................................................146

圖 6-48 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的架空地線上之操作大樓與大壩間之 GPD(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) .................................................146

圖 6-49 考慮雷擊點在電廠遠方輸電線路的架空地線上之弱電電源線間電壓波形(考慮遠方避雷器，操作大樓接地電阻為 10kΩ，大壩接地電阻為 1Ω) ..............................................................147

圖 6-50 操作大樓在輸電線遭 35kA 雷擊時之 GPR 條狀分析圖 .....151 圖 6-51 大壩在輸電線遭 35kA 雷擊時之 GPR 條狀分析圖 .............152 圖 6-52 翡翠電廠在輸電線遭 35kA 雷擊時之 GPR 條狀分析圖 .....152 圖 6-53 操作大樓在輸電線遭 50kA 雷擊時之 GPR 條狀分析圖 .....153 圖 6-54 大壩在輸電線遭 50kA 雷擊時之 GPR 條狀分析圖 .............153 圖 6-55 翡翠電廠在輸電線遭 50kA 雷擊時之 GPR 條狀分析圖 .....154

XVII

表目錄

表 2-1 文獻[3]建議之各等級所使用之突波保護設備描述 ...................7 表 2-2 大壩監測儀器之相關電氣參數 ..................................................19 表 2-3 攝影機電源用之 PROTEC 型避雷器相關規格 ........................27 表 2-4 攝影機電源用之 TMA 型避雷器相關規格 ...............................30 表 2-5 攝影機電源用之 AZR 型避雷器相關規格 ................................30 表 2-6 攝影機訊號線用之 TAISurge 型避雷器相關規格 ....................30 表 2-7 攝影機訊號同軸電纜用之避雷規格 ..........................................31 表 2-8 攝影機訊號用避雷器規格 ..........................................................31 表 2-9 電廠接地設備及其引線表 ..........................................................39 表 2-10 69kV 開關場接地設備及其引線 ...............................................40 表 2-11 大壩接地設備及其引線表 ........................................................41 表 2-12 大壩操作大樓接地設備及其引線表 ........................................42 表 2-13 雷擊事件設備損壞一覽表 ........................................................44 表 3-1 現場勘查地點、範圍及主要內容 ..............................................45 表 4-1 翡翠電廠及操作大樓各種避雷器設置位置及額定電壓..........91 表 4-2 雷擊時供電系統重要位置突波波形及編號 ..............................97 表 4-3 各地網 GPR 及相互間 GPD 最大值(大壩接地電阻為 0.5Ω 時)

....................................................................................................106 表 4-4 各地網 GPR 及相互間 GPD 最大值(大壩接地電阻為 1Ω 時)

....................................................................................................106 表 4-5 翡翠電廠水力發電機中性點之電流最大值 ............................106 表 4-6 各變壓器繞組間電容變化(+-50%)時電廠發電機之中性點電流

最大值........................................................................................107 表 4-7 各變壓器繞組間電容變化(+-50%)時各位置 GPR 及相互間

GPD...........................................................................................107 表 4-8 各變壓器繞組間電容變化(+-50%)時 Tr3-1、Tr3-2 及 Tr3-3 變

壓器 110V 側之線間電壓最大值 .............................................107 表 4-9 操作大樓主變壓器繞組正常接線與反接時低壓線間電壓最大

值(V)..........................................................................................108 表 4-10 操作大樓主變壓器繞組正常接線與反接時 480V 低壓線路對

地與機殼電壓之比較值..........................................................108 表 4-11 訊號電源由現場設備提供之弱電系統訊號線間與正、負訊號

線與地線間之電壓最大值......................................................111 表 4-12 訊號電源由操作大樓設備提供之弱電系統訊號線間與正、負

訊號線與地線間之電壓最大值..............................................114 表 5-1 雷擊時出現於弱電系統之交流電源線及訊號電源之突波電壓

XVIII

...................................................................................................124 表 6-1 台電輸電線與架空地線之規格參數 ........................................130 表 6-2 台電 69kV 輸電鐵塔及相關導體配置參數值 .........................130 表 6-3 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上之各項分析數據

(不考慮遠方避雷器時) ............................................................147 表 6-4 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的相導體上之各項分析數據

(考慮遠方避雷器時) ................................................................148 表 6-5 考慮雷擊點在遠方輸電線路的相導體上之各項分析數據(不考

慮遠方避雷器時)......................................................................148 表 6-6 考慮雷擊點在遠方輸電線路的相導體上之各項分析數據(考慮

遠方避雷器時)..........................................................................149 表 6-7 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之各項分析數

據(不考慮遠方避雷器時) ........................................................149 表 6-8 考慮雷擊點在電廠附近輸電線路的架空地線上之各項分析數

據(考慮遠方避雷器時) ............................................................150 表 6-9 考慮雷擊點在遠方輸電線路的架空地線上之各項分析數據(不

考慮遠方避雷器時)..................................................................150 表 6-10 考慮雷擊點在遠方輸電線路的架空地線上之各項分析數據

(考慮遠方避雷器時) ..............................................................151 表 7-1 操作大樓避雷針系統的問題點及改善對策與措施................156 表 7-2 操作大樓供電系統的問題點及改善對策與措施....................157 表 7-3 操作大樓接地系統的問題點及改善對策與措施....................158 表 7-4 操作大樓弱電系統的問題點及改善對策與措施....................159 表 7-5 操作大樓雜項設備的問題點及改善對策與措施....................159 表 7-6 大壩本體處之避雷導體、開關箱、配電箱及控制箱體的問題點

及改善對策與措施 ....................................................................160 表 7-7 大壩本體弱電系統的問題點及改善對策與措施....................162 表 7-8 大壩本體雜項設備的問題點及改善對策與措施....................163 表 7-9 翡翠電廠供電系統的問題點及改善對策與措施....................164 表 7-10 翡翠電廠接地系統的問題點及改善對策與措施 ..................164 表 7-11 翡翠電廠雜項設備的問題點及改善對策與措施 ..................164 表 7-12 碼頭及隧道周邊設施問題點及改善對策與措施 ..................165 表 7-13 河道邊坡周邊設施的問題點及改善對策與措施 ..................165 表 7-14 第一優先順序之改善位置及改善措施 ..................................166 表 7-15 第二優先順序之改善位置及改善措施 ..................................170 表 7-16 第三優先順序之改善位置及改善措施 ..................................172

1

第一章緒論

1.1 研究動機及目的

翡翠水庫為供應大台北地區民眾飲用水之重要水庫，由於位處大

台北都會區，涉及下游民眾生命安全之重要性，對於大壩壩體與其兩

岸邊坡安全尤需謹慎，而維護大壩安全之監測儀器及運轉操作之水工

機械設施等功能正常，乃是達成「安全翡翠」先決條件。然而翡翠水

庫大壩位處新店山區，其每平方公里每年的雷擊高達 9.36 次[1]，如此高落雷密度使得翡翠水庫歷年來其大壩區雷擊損壞事故頻傳，如

96 年 7 月 30 日下午 2 時 16 分 43 秒壩區發生雷擊，造成大壩多組監測儀器、2 組強震儀記錄器以及 1 組感測器受損故障，修復及改善等金額高達 179 萬餘元，並引起翡翠電廠機組因保護系統動作而瞬間跳機，廠內溫度記錄器附屬之繼電器故障等事故。

由於雷擊造成大壩各種系統與設備故障率極高，嚴重影響水庫的

運轉與監控，甚至可能衍生其它事故造成安全上的疑慮，累積的損失

亦極為可觀，雖然每次雷擊事故後，水庫管理局皆能應變得宜，迅速

排除故障恢復運轉，但目前主要的對策仍是被動的更換損壞的設備，

加裝避雷器或突波吸收器保護，未能針對整體的系統與設備深入探

討，尋求更完善的解決對策，以防範於未然。為此，提出本計畫之研

究，針對整體大壩區的各種系統與設備進行全面診斷，找出其防雷弱

點，並研究提出改善對策及可行的方案，以大幅強化大壩防雷能力，

減少雷害事故之發生，並提升各種系統設備安全性與可靠性，以確保

水庫之安全。

1.2 研究內容及工作項目概述

本研究主要是針對翡翠水庫大壩區各種系統與設備之防雷弱點

加以診斷，並研究其改善對策，其範圍涵蓋大壩本體及其周邊相關系

統與設備，研究內容包括： (1) 現有防雷設施之缺失檢討與改善對策研究

針對大壩本體、操作大樓及周邊相關設施，現有的防雷設施之缺

失加以檢討並提出改善對策，包括避雷系統之保護範圍分析、避雷

針、下引導體(Down Conductor)及接地電極之性能檢討與改善對策研究。

2

(2) 供電系統與設備之雷擊防護研究各電壓等級之屋內外供電線路及設備之防雷弱點診斷及改善對

策之研究，包括避雷裝置、接地系統及運轉維護。

(3) 弱電系統及設備之雷擊防護研究弱電系統包括大壩監測、強震儀及攝影機等系統，其線路與設備

遭受雷擊之機制探討，以及防雷缺失改善對策研究。

(4) 探討台電架空輸電線路及鐵塔對大壩區雷擊之影響大壩區有不少台電架空輸電線通過，電廠有特高壓(69kV)線路進

入，而附近亦有輸電鐵塔等設施，這些設施對壩區的防雷影響將加以

探討，包括正負面的影響內容及其程度評估，若有負面的影響則研究

改善對策提出建議。

為進行上述各項研究，擬定執行的工作項目包括： (1) 大壩區現場勘查及資料蒐集整理與研析

針對赴翡翠水庫大壩區勘查現場環境及現有整體的防雷措施，包

括相關建築物及結構體之避雷系統、供電系統及各弱電系統(儀控及監測等系統)之雷突波防護措施現況，並蒐集現場各項資料包括建築物及相關結構體避雷系統資料、接地系統資料、過去雷害事故及修復

資料(如 96 年 7 月 30 日雷擊事故資料)、供電系統及各弱電系統資料、運轉維護資料、台電鐵塔及輸電線資料，這些資料須加以整理研討分

析，以釐清其與雷擊的相關性。現場勘查須請管理局相關單位協助安

排支援，並提供所需資料。

(2) 大壩區現有防雷設施缺失檢討診斷針對現場勘查所發掘的各項防雷設施缺失，逐項進行檢討其問題

點所在，並檢討各問題點可能造成的後果及其衍生的災害，以釐清其

嚴重性，供擬定改善計畫的優先順序。

(3) 大壩區供電系統暨弱電系統模型之建立以電磁暫態分析程式(Electromagnetic Transient Program, EMTP)

之改良程式(Alternative Transient Program, ATP)[2]建構大壩區供電系統及弱電系統之雷擊特性分析模型，輸入各項參數於線路與電纜模組

(Line and Cable Constants, LCC)，分別針對所需分析的雷突波特性建構 ATP 模型以便模擬分析雷突波特性。

3

(4) 大壩區供電系統及弱電系統雷擊特性分析評估及雷害機制探討應用所建構之 ATP 模型，模擬分析不同雷擊強度下，出現於供

電系統及弱電系統重要位置之雷突波電壓變化特性，以供探討雷突波

對系統及設備(元件)之破壞機制，釐清傷害原因。

(5) 台電架空輸電線路及鐵塔對大壩區雷擊之影響評估主要將針對引入大壩區翡翠電廠之台電 69kV 輸電線路及鐵塔遭

受雷擊時的突波特性加以分析，並探討其對大壩區的引雷效應與避雷

效應(遮蔽效果)，將加以評估，若有不利的影響將提出改善建議。

(6) 大壩區雷擊防護改善對策及措施之探討 a. 大壩本體及相關建築物及結構體的避雷系統改善對策及措施。 b. 供電系統雷擊突波防護之改善對策及措施。 c. 弱電系統之改善對策及措施。 d. 配合強化雷擊防護，運轉維護上應有的改善措施。 e. 各種改善措施的優先順序。

(7) 提出結論及建議事項，暨成果報告及說明會，包括提出期中及期末報告，並辦理成果說明會。以上工作項目皆已依約完成，將在本報告中(期末報告)詳述，並

舉辦成果說明會。

1.3 研究成果簡介

本研究已完成各項工作，其成果將在本報告各章節內詳述。首先

將於第二章中針對所蒐集的資料加以整理研析，其中與雷擊事故及保

護最有相關之資料將加以介紹包括供電系統、大壩監測系統、攝影機

系統、強震儀系統及其事故損壞儀器設備之資料，這些資料是後續探

討事故原因之主要參考資料。此外，依委員建議再蒐集國外(美國及澳洲)水庫防雷資料，並加以整理介紹以供參考。第三章將描述歷次現場勘查的內容及所發掘的相關缺失及問題點，大壩區現場涵蓋非常

廣泛，本研究已針對雷擊相關之場所逐一勘查，包括操作大樓、大壩

本體外部及內部廊道，邊坡周遭之場所如警衛室、崗哨亭、碼頭建築

物、發電廠及其開關場，在這些場所中之各種系統的線路與設備，其

雷擊防護相關缺失皆已提出並做成相關改善建議，這些建議有些應可

立即執行改善措施，有些再經研究團隊進一步檢討評估後，已一併提

出可行改善措施。

4

經現場勘查發現供電系統暨弱電系統之線路與設備有密切關

係，基本上弱電系統之電源係由供電系統供電，管線配置及接地系統

等皆密不可分，在雷擊防護上須一併處理，才能確保其效果，雖然歷

次雷擊事故後都有一些改善措施，但這些改善措施仍有值得檢討再改

進之處，本報告除提出其缺失及相關改善建議外，更進一步建立其電

磁暫態分析模型(ATP 模型)，進行雷擊特性之模擬分析，以檢視重要位置之雷突波電壓大小，並評估其影響。模型之建立及雷擊特性分析

將於本報告第四章中詳述，其中將考慮由供電線路引入的雷擊突波及

雷擊電流注入接地系統引起之地電位昇(Ground Potential Rise, GPR)及不同接地系統間之地電位差(Ground Potential Difference, GPD)，GPR 及 GPD 所引起的雷突波在供電系統及弱電系統電源處所出現之雷突波電壓及電流，這些突波電壓與電流大小將於第五章被進一步評

估其影響程度，若其足以傷害設備或元件時，其傷害機制與雷突波電

位差出現於設備或元件的方式及位置有密切關係，這些都與設備之安

裝、電源供應及信號介面、接地系統及保護元件特性有關將在本報告

第五章加以說明。由於翡翠水庫是由台電公司以兩回路 69kV 架空線路供電，此架

空線路亦是翡翠電廠對台電系統的輸電線，輸電鐵塔大多架設於高聳

的山頭上，使得鐵塔及線路暴露於高落雷區，遭受雷擊的機會很大，

難免將雷突波引入電廠造成二次災害。不過，輸電鐵塔及架空地線有

攔截雷擊的功能，可形成的保護區(Protection Zone)對相導體(Phase Conductors)有遮蔽效果，對其保護區內之建築物也有保護效果。本研究對此首先建構包含 69kV 輸電線路之 ATP 模型，並分析電廠附近鐵塔遭受雷擊時，可能出現於電廠、大壩及操作大樓之雷突波，並評估

可能造成的二次災害。然後針對大壩區內輸電線路及鐵塔，評估其保

護區是否可涵蓋大壩區的建築物或結構體，最後綜合評估其正負面影

響，這些將於第六章中描述。綜合前述雷擊特性分析及評估、現場勘查發現之缺失檢討、雷害

事故案例之原因診斷及國外水庫防雷措施等，本研究提出改善對策及

其可行措施，這些措施有些可立即改善，建議立即進行，其他則再依

其重要性訂出其優先順序，以供參考持續改善，使雷擊防護更臻完

善，此將於第七章逐項表列，最後再於第八章做成結論並提出建議事

項。

5

第二章資料蒐集暨整理與研析本章首先介紹國外水庫大壩之防雷實例，並說明其相關防雷措

施，再依序介紹翡翠水庫之供電系統與弱電系統資料，這些資料經整

理分析後將其中與雷擊防護研究最有關者加以介紹如下各節，包括各

系統之電源系統架構、電源線與訊號線路、終端元件、介面設備、接

地方式及現有雷擊保護措施，而 96 年 7 月 30 日雷擊事故受損的儀器設備亦加以表列說明，這些資料已加以整理分析，亦做為後續雷擊特

性分析之重要參考。

2.1 國外水庫大壩防雷案例介紹

本研究蒐集了有關國外水庫大壩感測器及資料擷取記錄器的防

雷案例，它們是澳洲及美國的水庫，以下分別依序介紹文獻中所提之

實際案例及其相關防雷措施[3-5]。由於水庫大壩的監控設備大都為微處理式的弱電設備，對於所應

採取的防雷措施及如何在所需的成本及防雷效益上取得平衡一直都

是防雷設備的選擇依據。由近年來的研究顯示，應用澳洲防雷標準

(NZS/AS 1768-1991)[6]，並配合六點方案(Six-Point Plan)，對於設備及其相關結構物的整體防雷效果皆有很大的助益，但此研究並未探討

其所能保護的程度，一旦無法提供足夠的保護，可能使得設備屢遭雷

擊危害，此除了增加所需的設備維修成本外，另由於大壩監視設備因

裝(埋)設於壩體內或地底下，甚至於水庫蓄水池內，幾乎無法更換，且這些設備還要能夠忍受其所設置環境的多變或潮溼，難以功能類似

之產品取代。於此，文獻[3]以澳洲的新維多利亞大壩(New Victoria Dam)之防雷系統為例，提出能達到良好的防雷效果，又能兼具低成本之方法。

文獻[3]提到澳洲都會區平均每年遭受雷擊次數約為 20-40 次，其中又以東方及北方沿海地區每年的落雷次數最高，然而為方便供應都

會區的用水，水庫、大壩及其水利等設施皆設置於都會區附近，此舉

亦使得大壩內的一些設備暴露於雷擊中。除了水庫內之人員及設備要

避免遭受直接雷擊危害外，當雷擊突波於大壩內之傳輸線傳導時，於

其流過處亦會產生環流(Circumstances)，此會造成通訊及電子設備的故障，而人員亦有可能遭受傷害之風險。

文獻[3]根據澳洲防雷標準(NZS/AS 1768-1991)[6]並配合六點方

6

案(Six-Point Plan)，提出在考慮設備成本下，對於大壩設備及其結構物能有完善的防雷方法。上述中六點方案如下所列： Point 1 在適合的位置裝設具特定功能的避雷針來導引雷突波。

Point 2 藉由特定功能的接地導體，在不發生沿面電弧(Side Flashing)下能安全的導引雷突波電流至接地系統。

Point 3 以最小的地電位升(Ground Potential Rise, GPR)來消除流入大地的雷突波能量。

Point 4 藉由一低阻抗及等電位接地系統來消除對地迴路(Earth Loops)及地電位差(Earth Differentials)。

Point 5 設備之輸入電源線應避免遭受突波及暫態電壓之危害。

Point 6 設備之輸入電話線及訊號線亦應避免遭受突波及暫態電壓之危害。

根據澳洲防雷標準(NZS/AS 1768-1991)[6]，於壩體建設初期應同

時設置低阻抗接地線(Point 3)，此接地線能提供大壩內所有設備一低阻抗及等電位之搭接點(Point 4)，以消除突波電流對地之迴路避免竄入其他設備，且必須與設備的接地線完全分開並和所有的電源線隔

離，經量測其電阻應小於 1Ω。有關大壩內的感測器需評估其所需裝設的突波保護等級，例如是

否要採用成本較高的等級 3(單價超過 100 澳幣)的資料線路、訊號線路及突波防護裝置，或是只需安裝成本較低的氣體式避雷器(Gas Arrestors)，有關各等級之突波保護設備如表 2-1 所列。由先前的經驗指出，於處理廠及水庫蓄水池的設備防雷程序，使用成本較低的氣體

式避雷器無法可靠地提供感測器足夠的長期保護，這是由於在雷擊發

生後，避雷器可能呈現短路以導通雷電流、無法提供適當保護而熔絲

或電源供應器燒毀或避雷器可能完全燒毀而呈現開路，故當雷擊再次

發生時即無法保護感測器，故 New Victoria Dam 是選用等級 3 之突波保護裝置。

7

表 2-1 文獻[3]建議之各等級所使用之突波保護設備描述等級突波保護設備描述

1 使用氣體式避雷器，為基本的導流保護設備，適用於單純的環境

(Stable Environments)，具有導通大量突波能量之能力且反應速度亦相當快速(微秒)，但比某些固態裝置慢。

2

此等級之突波保護為基納二極體(Zener Diodes)與氣體式避雷器做串聯結合，適用於較不重要的設備上，具有導通大量突波能量

之能力且反應速度很快，但仍會有些突波通過，此兩者設備之結

合應用有低成本且保護效能佳等優點。

3

此等級之突波保護為將濾波器、基納二極體、金屬氧化物變阻器

(Metal Oxide Varistor, MOV)及氣體式避雷器做串聯結合，適用於重要的設備上及複雜的環境(Difficult Environments)中，具有導通大量突波能量之能力且反應速度很快，幾乎可完全阻隔及抑制發

生於機組上之暫態電壓。

4 此等級之突波保護為將前 3等級的突波保護設備再加上具有濾波功能之設備，結合成為第 4 等級之突波保護設備，其具有箝制(Clamping)及濾波效果，可提供重要設備相當完善的保護。

等級 3之突波保護裝置適用於除了熱電耦(Thermocouples)及熱敏

電阻(Resistance Temperature Devices, RTDs)以外之所有電子設備，然而目前New Victoria Dam於大壩壩體內約有 160組熱電耦及熱敏電阻並裝有等級 3 之突波保護裝置，此舉被視為不符合成本效益且備受爭論，這是因為這兩種感測器能夠承受很大的突波範圍且成本低、更換

容易，故不需額外的保護設備。以下以實際案例說明New Victoria Dam對於直接雷擊之防護措施。

於某次的雷擊事故中，雷擊點是距大壩 20km 處的電纜，由於溫度感測器皆沒裝設突波保護設備使得資料記錄器與其接地之間的路

徑成為雷擊感應突波的最低阻抗路徑，這使得裝有溫度感測器的資料

記錄器皆被燒毀，而溫度感測器仍維持正常運作。為了避免再次發生

類似事故，必須把溫度感測器如熱電耦及熱敏電阻從資料記錄器拆除

(熱電耦是微電壓裝置，而熱敏電阻則受電路電阻之變化影響)或另以其它成本較低的方法解決此問題，最後所決定之解決方案為每三個感

測器用蕭特基二極體(Shottky Diodes)連結，再接到共同的設備地線，由於蕭特基二極體能快速動作、價格便宜(每個感測器約花費 3 元澳幣)及低電力損耗，故此方法兼具低成本又能確保資料記錄器不再受

8

雷擊損壞。另一篇文獻[4]在描述美國某水庫(文獻中未寫出水庫名稱)目前

大壩感測器之防雷措施，文章亦以實際案例說明。文中有說到雷擊所

造成的危害是顯而易見的，以大壩來說，感測器與電纜最容易受到雷

擊的危害，這是因為當雷擊發生時，感測器和電纜最容易被發現有異

常情況，如導體對地有洩漏電流、過量的雜訊干擾及儀表設備讀數產

生誤差等，故可從這些異常情況去推論其雷擊損害的情形。本文歸納

一些對於系統及其感測器的雷擊接地保護設計，以此來改善及延長感

測器的壽命和系統穩定度，並探討雷擊、接地故障與電纜及感測器之

間的相互影響。一般大壩感測器的安裝密度很高，如圖 2-1 所示之示意圖，圖中

顯示感測器的電纜線縱向及橫向佈設皆很複雜，文獻[4]指出在如此高密度的感測器安裝下，若雷擊防護不夠或方法錯誤，在雷擊發生時很

容易對大壩內之感測器產生危害，且造成重大成本損失。很明顯的橫

向電纜的佈設會增加其受危害的風險，例如一長為 1km 的電纜在其250m 範圍內發生雷擊，可能遭受高達 10kV 的雷突波衝擊，因此若把電纜佈設在一般的溝渠內或未安裝其它的突波防護裝置，其將容易

遭受雷擊而損壞。以下是文獻[4]所實際處理的雷擊實事案例：

感測器訊號與電源電纜

感測器

圖 2-1 大壩內所安裝的感測器位置示意圖

雷害事故案例 1 描述：

此案例是發生在一大型的大壩內，此大壩內的感測器被佈設在

300m×600m 的範圍內，所有電纜皆和中央監控處(Central Monitoring Location)有連接，且沒有設置任何的接地系統，當此區發生第一個雷擊事故後造成將近 50 個感測器損壞。

許多感測器在其電路與外殼間裝有保護設備來抑制電壓，此保護

9

設備有另外做接地的處理，而主要的雷擊保護設備是裝設於電纜端，

同時抑制電纜端對地的電壓，因為上述兩個不同的接地位置(感測器外殼接地點與電纜端之接地點)可能相隔 1km 以上，使得在雷擊發生期間會有一個很大的電位差，此電位差所造成的大電流足以超過保護

裝置所能容忍的限制值而使其無法提供適當的保護，大多數的感測器

亦因此而被燒毀。在此雷擊事故後，燒毀的感測器皆有更換新品，而電纜因未有明

顯的損害故未更換，然而在後續的雷擊事故中，於感測器所連接的電

纜護套(Cable Jacket)處有被擊穿的小孔(Pinhole Punctures)，此小孔會滲入雨水而使感測器故障或其讀數錯誤，故若僅是更換感測器而忽略

電纜所受到的衝擊，此無法達到有效的突波保護，所以亦必須注意電

纜之損壞情形，對於有遭受損壞之電纜應將其移除並予以更換才能提

供感測器之完善突波保護。從案例 1 可知：

● 雷擊與接地故障所產生的問題與電纜的長度有關。

● 與感測器並聯的過壓保護設備其所能忍受的過壓很容易因雷擊而

燒毀。

● 接地故障對感測器的讀數會產生不良的影響。

雷擊事故案例 2 描述：

此案例中感測器是安裝於 200m×15m 的範圍內，其使用分散式的資料記錄系統，這些感測器皆沒有設置任何的接地保護且亦未與電源

線(Power Mains)隔離。於某次的雷擊事故中，雷突波於電力線所產生的暫態高壓導致 UPS 機組、電腦設備、資料記錄擷取系統組件及約20%的感測器燒毀。

資料記錄擷取系統受到的損害通常是在雷暴(Electrical Storm)發生後，但卻沒有任何的報告指出其受到的損壞是由雷擊所造成的，故

研判電源線所產生的的共模暫態電壓 (Common Mode Voltage Transient)最有可能是造成 UPS、電腦介面以及許多的感測器損壞的原因。

由此案例可知，電源線的接地系統深度相較於感測器過淺且不適

當，而不平衡的電源線造成感測器的接地位置與電源線的接地位置產

生一超過 50V 的電位差，所以此案例中安裝於大壩最深的感測器，其所受到的損害較為嚴重，同時此電位差亦造成電腦串列阜與系統介

10

面經常發生故障，解決方法是裝設一連接至圍堰(Coffer Dam)的大型接地導體，並將資料記錄擷取系統與電源線間做隔離處理，當此保護

措施執行後，即無發生任何的雷擊危害事故。從案例 2 可知： ● 電源線的接地系統必須與電腦設備、資料記錄擷取系統以及感測

器的接地保護系統間做絕緣處理。

● 電腦串列阜需以電腦的接地做為參考電位，且需與資料記錄擷取

系統間做隔離處理。

● 接地保護系統的設置深度至少要與最深的感測器一樣。

● 保護接地系統結合隔離措施，才可有效的防止感測器與電纜受損。

針對上述的案例中，文獻[4]可歸納出下列有關雷擊損害及接地故障對於設備保護之相關措施：

1. 對於儀器設備區外重要場所應設置引雷系統(Diversion System)，此引雷系統至少包含 2 組避雷器，其目的在於攔截雷擊並且能導引其電流，使其遠離保護接地系統。此引雷系統距離感測器、電纜、

資料記錄擷取系統或接地保護系統至少要超過 100m 以上，但不能超過 1km，而每個避雷器所連接的導體必需以直線佈設，且要能將雷突波引導至離設備較遠處，這些導體的設置深度至少要與安

裝位置最深的感測器相同，且其總電阻必須小於 1Ω。

2. 為感測器及電纜設置保護接地系統是一可採行的極重要措施，此接地系統須與上述之引雷系統分開，其目的在於防止沿電纜路徑

所產生的電場(電壓梯度)，此系統以一條非絕緣的裸銅接地導體與所有電纜平行佈設，此接地導體必須從感測器的鄰近開始至感測

器所連接的終端箱或資料記錄擷取系統，導體總電阻需小於

0.1Ω，設置深度至少比感測器多 1.8m，與感測器及電纜的距離至少為 10cm，但不能超過 3.6m，若沒有設置此導體，雷擊發生時所產生的電流於沿著電纜之佈設路徑會產生一很大的電位差。

3. 感測器內部導體(包含電纜遮蔽層)對外殼之絕緣電阻，在廠測試時以加壓 500V 測試其值應大於 50MΩ。當電纜連接到感測器，但尚未連接至資料記錄擷取系統前，每個導體(含電纜遮蔽層)都必需通過絕緣測試，於 500V 之測試電壓下從遮蔽層或任何導體至大地電阻值必須要大於 10MΩ。

11

4. 雷擊保護裝置，例如氣體放電管(Gas Discharge Tubes)，在系統有裝設合適的接地系統下，可用來保護感測器及其與資料記錄擷取

模組間之連接電纜，但若未裝設接地系統，此雷擊保護裝置反而

會增加感測器與其電纜遭受更嚴重之危害。通常資料記錄擷取模

組容易更換，故使得其雷害的後果不像感測器或電纜那麼嚴重。

5. 除非與資料匯流排平行之接地導體及其保護接地系統之電阻值小於 0.1Ω，否則在每個資料記錄擷取設備處之資料匯流排電纜(Data Bus Cables)應有隔離措施，此隔離措施於資料匯流排與感測器接點之間至少要能承受額定電壓 500V 以上。

6. 隔離 UPS 或隔離變壓器(Isolation Transformer)對其輸入電壓線的共模電壓額定值必須有 2.5kVAC 以上，共模互斥比(Common Mode Rejection)建議在 120dB 以上，且其突波保護至少必須滿足ANSI/IEEE C62.41 之 A 類別與 B 類別的標準。輸入電源的接地應與輸出電源的接地隔離，而輸出電源之接地及設備外殼接地應使

用線徑 AWG#8 以上的導體連接至保護接地系統，而電源供應器、資料擷取記錄設備、電腦設備及所有相關的周邊設備應儘可能連

接至單一 UPS 或隔離變壓器。

7. 若電腦或資料記錄擷取系統和電話線有相互連結，應加裝數據機保護器(Modem Protector)。

8. 高度建議以光隔離器(Optical Isolator)用於電腦串列阜(RS-232)，以進一步隔離電腦串列阜與資料記錄擷取系統，此光隔離器的最小

額定電壓必須大於 500V。

9. 於每次雷擊後，應檢查系統內之感測器及電纜，若有故障應予以移除，另對於未通過絕緣測試的感測器或電纜(500V 測試電壓下，其電阻值低於 1MΩ 者)，亦應予以從系統移除，以維持系統內正常運作之感測器的讀數正確。

10. 資料記錄擷取系統之設計與製造應考慮有最小之串音(Crosstalk)干擾，使未故障之感測器能盡量不受兩感測器輸入端點間之接地

故障電壓或電流之干擾。

11. 假如資料記錄擷取器與所有感測器連接的電源線或信號線遮蔽層的隔離措施(絕緣)無法耐 500V 以上之電壓，則建議再裝二次電壓

12

抑制裝置(Secondary Voltage Limining Device)，此二次電壓抑制裝置必須有至少耐尖峰功率 5kW之 10μs上昇時間×1,000μs衰減時間的指數脈波。

另一篇文獻[5]提出消除雷擊對大壩儀表系統之傷害方法，文中說

到目前有關室外感測器及資料記錄擷取系統的雷擊保護議題依然是

處於模糊的階段，因此無論對於設計者或使用者，這其中可討論的空

間極大，有些設計者傾向於更換因雷擊而受損的感測器，因為他們認

為此方法比起設置一能長時間承受雷擊的感測器所需的成本較低，但

這些想法並未受到實際上的測試或評估。美國電力研究協會(Electric Power Research Institute, EPRI)的報

告證實，就美國而言，因雷擊每年所帶來的損失，大約是 40 億至 50億。故有人相繼提出安裝於建築物之電機電子設備的雷擊保護標準，

如 IEC 61021-1[7]及 IEC 61312-1[8]提供對於電子設備保護的準則，其中提到當設備裝設於一有外殼保護的結構體內，且其所設置的區域

有強大電磁干擾 (包括雷擊 )，可依以下雷擊保護等級 (Lightning Protection Zones, LPZs)作分類，其定義如下：

● LPZ 0A：為設備可能受直接雷擊的區域，設備可能承受全部雷電流之衝擊。

● LPZ 0B：為設備不受直接雷擊的區域，但可能有未經衰減的電磁場發生。

● LPZ 1：為設備不受直接雷擊的區域，且區域內所有導電部分所通過的雷電流比 LPZ 0B區更小，電磁場也可能因遮蔽措施而衰減。

● LPZ 2：此區比起前者受到雷電流及電磁干擾的影響更小，如有設備需要極佳的保護環境，需設置於此區內。

文獻[5]提到目前有種新型的自動資料擷取系統(Automatic Data Acquisition System, ADAS)，此系統主要是由終端元件 (Remote Terminal Units, RTUs)及感測器的 I/O 介面所組成，文章中對此系統有詳細描述，以下即不再詳述。此系統因可分散式設置於室外，因此

RTU 和感測器的 I/O 介面可以電纜傳輸(線路最長可達 1.2km)或使用無線傳輸的方式(距離最大可至 2km)，亦可兩種方法同時使用，如此可達到大範圍之探測區域。其中以電纜作為連接或傳輸的設備間之距

13

離愈近愈好，這是因為當發生雷擊時才不會因為電位差過大而產生損

壞，同時在所有的 I/O 介面亦需裝設一個暫態保護設備，於 RTU 及感測器的 I/O 介面亦需有完全隔離措施，其目的是為防止因雷擊而使得感測器或記錄器產生讀數誤差或甚至損毀。而為增加此產品之應用

範圍，其設計成可使用於所有的雷擊保護等級(LPZ)內，且比傳統式的 ADAS 更加便宜、易於安裝及能夠長時間運轉等優點，更可與現今所有儀表設備介面相容，有著極大的設計彈性及商業競爭性。針對

此產品設置於室外的系統設備，給予以下 3 點有關雷擊保護的建議：

1. 所有的終端元件、輸入及輸出(I/O)元件、無線傳輸的模組及傳輸的天線等皆需做適當的接地保護。

2. 當發生雷擊事故時，所有的元件及設備皆需處於等電位的情況，也就是其雷擊保護等級(LPZ)要相等。

3. 水平連接的線路愈短愈好，其原理如同第 2 點(當雷擊發生於地表時，大部分的突波能量會均散於地表上，約有低於 15%的能量會穿透，因此垂直深入地表的線路較不會因雷擊而產生損壞)。

有關傳統式 ADAS 和新型 ADAS 用於防雷之效能比較如圖 2-2

所示，傳統式 ADAS 需以較長的纜線作為連接，如發生雷擊時，其所產生的暫態高壓會嚴重影響其設備，反觀新型的 ADAS，可利用無線傳輸搭配小於 1.2km 的電纜線作為連接，大幅降低因雷擊而造成的損壞程度，故可減少設備維修所需之成本，並於維護設備時也更加簡

易。

資料記錄器

轉接盒

轉接盒

感測器

ADAS設備元件

傳輸線RTU

I/O元件

I/O元件

I/O元件

I/O元件

I/O元件

I/O元件

I/O元件

感測器

ADAS設備元件

傳輸至主要記錄設備

傳統式的ADAS 新型的ADAS

等電位線等電位線

雷擊

雷擊

圖 2-2 傳統式 ADAS 和新型 ADAS 對雷擊敏感性之比較

綜合上述，國外水庫大壩感測器的防雷對策可歸納如下： (1) 於大壩外部設置雷電流消散系統(雷擊攔截系統)，將雷擊電流導引

14

至遠離大壩壩體。

(2) 於大壩內部(如廊道內)沿各種電源線、信號線設置避雷保護接地系統，此系統設置導體與各電源線及信號線並行佈設，提供竄入壩

內的雷電流疏導路徑，減少流入電源線及信號線，同時亦使電位

差(電場強度)大幅降低。

(3) 使用隔離變壓器供電給感測器系統，隔離變壓器的絕緣電阻及耐壓都必須足夠。

(4) 電源線或訊號線與感測器連接介面及內部導體(含不接地的電源遮蔽層)都必須與機殼有足夠的絕緣強度，包括耐壓強度及絕緣電阻值，若絕緣強度不足應裝設電壓抑制裝置(突波電壓抑制元件)，絕緣電阻值及電壓抑制裝置，均應定期維護檢測，以確認其可正

常運作。

(5) 選用適當規格的突波電壓抑制元件做為介面電路的電路保護。

(6) 採用光纖做為信號傳輸，並確認其介面接頭等有足夠絕緣強度，並應維護檢測介面接頭的絕緣狀態。另亦可採用無線傳輸之感測

器系統。

2.2 供電系統資料

如圖 2-3所示為翡翠水庫發電廠的單線圖[9]，其可分為台電 69kV二次輸電系統、發電廠側、大壩側及其之間的供電系統，並以開關

S1 及 S2 的動作決定是由廠內發電機或台電供電系統供電。在廠內發電機沒出力的情況下，由台電以二回路 69kV 線路進入電廠開關場，開關 S2 接通，變壓器降壓至 480V 後再接 480V 匯流排，除供廠內用電外，並再昇壓至 11.4kV 由高壓電纜送電至下游大壩側操作大樓再降壓至 480V 供大樓內及其下游負載之用電，由 480V 配電箱引接之負載回路如圖 2-4 所示。某 480V 單相三線式變壓器及其下游回路如圖 2-5 所示，圖中 480V 再降壓為 110V 或 220V 後供操作大樓內的照明、插座、地震儀等弱電設備用電。

15

69kV Bus

Rector

480V Bus

S1(L/R/R) S2(L/R/R)

77.7MVA13.8kV200rpm

M.Tr90MVA

69kV-13.8kV#1STr

800kVA13.8kV-480V

粗坑線七張線

DAM.Tr400kVA

480V-11.4kV

Tr1400kVA

11.4kV-480V

GN T1 45kVA13.8kV-230V

480V配電箱

廠用電來(480V AC)

廠內用電To MCC

M632

M

MM(L/R)632

M

630

MM(L/R)631

632E

632E(L/R/R)

632LE(L)

(L/R/R)630BE(L)

M

M(L/R)751

630

750(L/R)

750BE(L/R)

M

750TE(L/R)

MOF

M

151S(L/R)

Bus PTM 69BE

PT

151SE

151E2

PT

M151 PT

PT

G

EC T1500kVA

13.8kV-300V

151E1

41SCR

EC-S2EC-S3

41S1 EC Tr65kVA

480V-85VEC4-V2

EC4-V1

EC4-K31

EC4-K21

M622

M

MM(L/R)622

M

620

MM(L/R)621

622E

622E(L/R/R)

620LE(L)

(L/R/R)620BE(L)

620

#2S Tr.800kVA

69kV-480V

M

M(L/R)691

690(L/R)

690BE(L/R)

M

690TE(L)

MOF

PT

M S4(L/R/R)

PT

110

111E

111 LBS柴油機300kW

2台480V

大壩側

NFB NFB

DS-4

DS-3

S3(L/R/R

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摘要 - rdnet.taipei.gov.twrdnet.taipei.gov.tw/xDCM/DOFiles/pdf/00/00/01/71/76/1000517-pdf... · I 摘要 本研究探討翡翠水庫大壩區雷擊防護問題並提出改善對策，目前

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