摘要

The Essentials for Maintenance of Power Underground Cable Manhole Inspection

電力地下人孔電纜巡查作業要領

關鍵詞/ 地下人孔、電纜線、巡查、透地雷達
Keywords / Underground manhole,Cable4,Inspection6,Ground Penetrating Radar(GPR)

地下電纜是指與常見的架空線相比,常埋於地下的電纜,故稱為地下電纜。電纜是由一根或多根相互絕緣的導體外包絕緣層和保護層製成,用於將電力或訊息從一處傳遞到另一處的導線。進入現代社會後,由於城市用地緊張,交通壓力大,市容建設等原因,普遍採用地下電纜輸電方式。相對於架空線,地下電纜具有占地小、輸電可靠、美觀等優點,但也並非沒有風險,一段長的地下電纜若在沒有適當支撐下懸垂,又或剛好有堆土下瀉在外露的地下電纜上,便會產生機械壓力,這些壓力會傳至最近的電纜接口,極有可能造成電纜故障,正因如此電力地下人孔電纜巡查之重要性自然不言而喻。

Underground cables refer to cables that are often buried underground compared with common overhead lines, so they are called underground cables. A cable is made of one or more mutually insulated conductors with an insulating layer and a protective layer, which are used to transmit electricity or information from one place to another. After entering the modern society, due to the shortage of urban land, heavy traffic pressure, and urban appearance construction, underground cable transmission methods are generally used.

Compared with overhead lines, underground cables have the advantages of small footprint, reliable power transmission, and beautiful appearance. But it is not without risk. If a long underground cable hangs without proper support or if there is a pile of soil falling on the exposed underground cable, mechanical pressure will be generated. These pressures will be transmitted to the nearest cable interface. It is possible to cause cable failures. Because of this, the importance of power underground manhole cable inspections is naturally self-evident.

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1. 前言

廠內電力異常事故,其中一類為地下電纜接地故障導致電力中斷,且修復必須花費較久時間。因地下人孔巡檢作業屬於侷限空間作業,在點檢上較困難,也容易讓人忽略,再加上台灣地處亞熱帶地區,適合白蟻繁殖,它們喜歡溫暖環境,剛好台電的人孔蓋下的電纜固定架符合這些條件,因此很愛在這邊築巢滋生,由於白蟻啃咬的分泌物會腐蝕電線外皮,當外皮絕緣被擊穿,就會引起接地短路事件造成停電,因此白蟻防治也是地下人孔電纜防護很重要的日常維護。

本篇探討主軸為廠區的電力地下人孔電纜介紹和如何施作地下人孔電纜點檢及白蟻防治。透過地下人孔電纜點檢、透地雷達檢測和噴灑白蟻用藥等方式,確保地下電纜未被外力破壞,使廠區供電穩定。

2. 文獻探討

2.1 地下電纜線構造

電力電纜依其絕緣介質種類分為:充油式(Oil filled, OF)、交連聚乙烯(XLPE)、乙丙烯橡膠(EPR)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等電力電纜。

廠內使用之電力電纜是交連聚乙烯又稱XLPE電纜,為熱固塑膠(Thermal Setting Plastics),其絕緣材料是將熱可塑性的PE經高壓高溫下加硫反應使其分子鍵強化,而具有耐高溫且不變形之特性,到目前為止XLPE是所有材料中能耐溫度最高者,構造如 圖1所示,其容許溫度根據運轉時間有所不同將其分成三種[1]

  1. 常時間90℃。
  2. 短時間(緊急運轉)105℃。
  3. 故障瞬時203℃。

XLPE電力電纜(圖1)依其構造由內而外為:導體、內部半導電層、XLPE絕緣體、外部半導電層、止水層、遮蔽銅線(帶)、繃紮帶、遮水層、外被覆層。其中,69kV以上XLPE電力電纜為防止運轉環境惡劣,造成水氣由被覆層滲入,安全考量設計有止水層與遮水層予以阻絕。

圖1、XLPE電力電纜圖[1]

2.1.1 地下電纜線採用XLPE之優缺點分析

① XLPE電纜之優點[2]

  • 器材種類少,施工較易。
  • 不需補油計算,線路縱斷圖除有明顯斜坡須考慮止滑設計外,可簡化。
  • 不需補油設施,降低變電所空間,也可避免民眾對油槽之疑慮。
  • 耗材污染度低。
  • 導體容許最高溫度可達90℃較充油電纜85℃高,故送電容量大。
  • 無充油電纜所列上述劣點。
  • 附屬器材種類簡單,不如充油電纜多。
  • 介電損失(Dielectric Loss;ε及tan δ)較充油電纜小,故電纜所產生之溫昇小於充油電纜,可減少線路損失。

② XLPE電纜之缺點[2]

  • 電纜被挖掘受傷無預警。
  • 電纜如有外傷其絕緣層易受水樹(Water Tree)之影響而劣化。如161kV需加止水層及遮水層二層保護絕緣層。

2.2 透地雷達(Ground Penetrating Radar, GPR)

透地雷達的探測方法(圖2)與反射震測法頗為相似,主要是藉著發射雷達波(Radar Wave)訊號,雷達波因地層之介電常數差異而產生反射波,再經由地表高靈敏度天線接收,分析反射波來回所需要的時間、波型、振幅等資料(包括 : 振幅衰減補償、濾波、速度分析、解迴旋、移位等),可測繪出反射層的性質與位置。所發射的雷達波屬於一種高頻電磁波,頻率介於1MHz~2000MHz,記錄時間以nano-sec(ns)為單位。當所使用雷達波的頻率越高,波長越短,解析度相對提高,但探測深度則較小;反之,當使用的雷達波頻率越低,波長越長,則探測深度加深,但解析度較低。

因電磁波源能量不大且在地下衰減快速,相較於利用震波為波源之反射震測,透地雷達可探測之深度很淺,一般僅為數公尺或數十公尺,但因使用高頻率電磁波,解析度大幅提升,可彌補震測之不足。透地雷達探測技術在淺層地質、環境污染、地下考古、地下管線、建築物結構等探查上,皆有很好的效果。[3]

圖2、透地雷達法探測示意圖

決定雷達波探測的最重要兩個因子是物質的介電常數K 與雷達波的衰減常數α。介電常數為:

其中,ε=絕對介電係數;ε0=自由空間的介電係數。

電磁波在介質中傳送的速率為 :

當電磁波自介質A向介質B入射,遇介質A與介質B之介面時,其反射係數r(Reflection coefficient)為:

其中,A1=代表入射波之振幅;A2=代表反射波之振幅;ε1、ε2分別代表上下層之介電常數反射訊號的傳遞時間與地層界面的深度大小成正比,與地層中電。

當兩物質間的介電常數差值越大時,所顯示的反射信號越明顯。

電磁波的探測深度除了天線頻率是一個重要的因子之外,介質的衰減常數亦決定了探測深度,衰減係數為:

其中,α=衰減係數;k=介電常數;σ=物質的導電率,因此導電率越大的物質,電磁波衰減愈大(圖3),探測深度則愈淺。[4]

圖3、雷達波能量衰減

2.2.1 透地雷達探測系統之構成

此次運用透地雷達進行既有管線位置之探測,所使用之探測系統為瑞典MALA GeoScience公司製造的EasyLocator型透地雷達管線探測儀。於此探測案中,所需探測深度約為0至5公尺,探測現地之地質表面主要為瀝青鋪面,因此選用450MHz之天線進行探測。本次探測所使用之系統架構如 圖4 所示。

此設備之特色為將主機、發射天線、接收天線、測距器與載具推車等單元做整合,提高探測時精度並加快探測之速度,本透地雷達探測系統架構如 圖5所示。

圖4、探測所使用之系統架構

圖5、透地雷達探測系統架構

2.2.2 透地雷達之探測深度原理

當電磁波在介質傳播中遇到不同的絕緣特性或導體時,便會造成反射波。收訊天線則收集地下目標物表面或不同地層等等反射回來之電磁波轉變為訊號。透地雷達的收訊系統對於地下物體表面反射回來之電磁波視為延遲脈衝。系統收到延遲脈衝所需時間與電磁波在介質中傳播速度及地下物體的距離或深度成固定比例。當計算出收到延遲脈衝所需時間及電磁波在介質中傳播速度後,即可得知地下物體(如圓柱狀地下管道)與透地雷達的距離。隨著雷達移動與地下物體逐漸接近,達最近點之後再遠離,會在監控畫面上形成一曲線如 圖6所示,透地雷達波形特徵判識曲線圖可參考 表1[5]

圖6、透地雷達剖面產生原理[5]

表1、透地雷達波形特徵判識參考表
常見反射型態 波形特徵 波形參考
地下管線 倒V或繞射特徵
地層掏空或下陷 速度不連續、波幅形狀
RC鋼筋結構 等間距繞射波幅
混凝土鋪面裂隙 強反射波幅形狀
金屬結構側向反應 類似地層傾斜波幅形狀
路旁汽車干擾 不連續合併分岔
電磁波干擾 不明強弱雜訊波幅形狀
地層疏鬆與掏空 不連續強反射合併繞射, 發生邊界有傾斜反射特徵

2.2.3 透地雷達之電磁波理論

當電磁波為電震盪(electrical oscillation)時,部分能量是以輻射的方式傳播於空間所形成之電波和磁波之總稱,就稱之為電磁波(如圖7)。

圖7、電磁波 : 理想介質平面波磁場電場與電場示意圖

當低頻率之電震盪中,因磁電互變緩慢且無電能轉變為熱能之故,導致能量可全部轉回原來之電路中,而無電磁波之產生;而在高頻率之電震盪中,因磁電互變甚快之故,無法使得全部能量轉回原來之電路中,於是電能與磁能分別在電磁和磁場之週期變化下,傳佈於空間而分別形成電波和磁波。電磁波之傳播速度與光速相同,約3×108m/sec。其反射與折射皆符合光學原理,因此可知光亦是電磁波的一種。

電磁波理論之基礎,起源於西元1873年之馬克斯威爾(Maxwell)方程式,方程式中主要要求磁通密度(Magnetic flux density)、電位(Electric displacement)、電場強度(Electric field intensity)及磁場強(Magnetic field intensity)四者之間相互關係。

2.2.4 透地雷達之優點

針對透地雷達儀器本身的特性,有以下之優點:

  1. 資料取得迅速 : 透地雷達在現地進行檢測時非常的快速,其施測速度主要是受到待測區內設定的取樣間距所影響。
  2. 紀錄方便 : 透地雷達在現地進行檢測時非常的快速,其施測速度主要是受到待測區內設定的取樣間距所影響。一般非大範圍的管線及孔洞調查中,是可於數小時內即能完成工作。
  3. 非破壞性 : 透地雷達法為非破壞檢測方法之一,最大特色就是施測時完全不會破壞現地,因此適用於各項檢測作業。
  4. 位置精確 : 透地雷達在施測方向上之位置可以相當精確的表示,但是在深度位置上需要利用共同中點反射法或多角度反射折射法等回波測速法進行評估,以作為時間及深度之轉換。
  5. 解析度高 : 目前透地雷達所發展出的天線種類,雖然僅能探測較淺之深度,但其對地下結構之高解析能力是其它地球物理探勘方法所不能及的。

2.3 局限空間作業

局限空間係指「密閉空間」或「部分開放」而自然通風不充分之場所,此種空間作業普遍存在於各行業中,尤以製造業、營造業最多。又因其易造成缺氧狀態或累積有害、可燃性氣體,發生災害的機率偏高,災害類型包括:缺氧、中毒、感電、塌陷、被夾、被捲及火災、爆炸、機械與其他物理性危害。

2.3.1 局限空間作業定義

局限空間作業:局限空間,指非供勞工在其內部從事經常性作業,勞工進出方法受限制,且無法以自然通風來維持充分、清淨空氣之空間。(依勞工安全衛生設施規則第19-1條)

2.3.2 局限空間作業法規規定[6]

雇主使勞工從事缺氧危險作業時,應置備測定空氣中氧氣濃度之必要測定儀器,並採取隨時可確認空氣中氧氣濃度、硫化氫等其他有害氣體濃度之措施。(依缺氧症預防規則第四條)

雇主使勞工從事缺氧危險作業時,應予適當換氣,以保持該作業場所空氣中氧氣濃度在百分之十八以上。雇主依規定實施換氣時,不得使用純氧。(依缺氧症預防規則第五條)

雇主使勞工於局限空間從事作業前,應先確認該局限空間內有無可能引起勞工缺氧、中毒、感電、塌陷、被夾、被捲及火災、爆炸等危害,如有危害之虞者,應訂定危害防止計畫,並使現場作業主管、監視人員、作業勞工及相關承攬人依循辦理。(勞工安全衛生設施規則第二十九條之一)

雇主使勞工於缺氧危險場所或其鄰接場所作業時,應將下列注意事項公告於作業場所入口顯而易見之處所,使作業勞工周知。(缺氧症預防規則第十八條)

雇主使勞工於有危害勞工之虞之局限空間從事作業時,其進入許可應由雇主、工作場所負責人或現場作業主管簽署後,始得使勞工進入作業。對勞工之進出,應予確認、點名登記,並作成紀錄保存一年。(勞工安全衛生設施規則)

進入任何局限空間作業內部,均須事先簽准「工作安全許可證」。其他;請依勞工安全衛生設施規則第二十九條之二~之六、第二十九條、第二十九條之七、第二百八十一條;缺氧症預防規則第十六條、第二十條~第三十一條)等條文規定執行。

2.4 白蟻防治[8]

近年來科學園區地下電纜遭白蟻啃蝕事件頻傳,造成接地短路之停電事故,嚴重影響供電系統穩定性及安全性,故如何抑制及防範地下電纜線路遭白蟻危害是很重要的日常維護重點。

2.4.1 白蟻的生態習性

白蟻已枯死的植物細胞壁物質為食,諸如木材、落葉、枯根、雜草,甚至於木質纖維製程之紙類、布料、橡膠等都可能成為白蟻的美食。在化學成分上,主要為富含有機質之木質纖維物質。纖維質之消化端賴工蟻消化道內的共生原生動物,分泌酵素分解成白蟻可以同化吸收之養分。工蟻消化過之養分再分享給無原生動物協助消化之其它白蟻(蟻后、雄蟻、兵蟻)。某些種白蟻會在其蟻道內栽植真菌以作為食物。白蟻亦可借助氮固定菌,以合成蛋白質。為了取得濕氣,白蟻窩常深入地下,可達6公尺之深,工蟻銜著泥土,以其唾液和成蟻道,再藉著陽光曝曬,堅硬如水泥般。蟻窩內側為四通八達,構造複雜的網狀蟻室;蟻室有通風、排水設計。育幼蟻室則利用儲存之有機物發酵蟻產生熱能以孵卵。

2.4.2 白蟻與環境

  • 溫度 : 在地球上任何角落,只要冬天地氣候溫和,白蟻多可經年的活動。而再寒帶有取暖設備的建築物裡,住家白蟻一樣的可以經年活動。只有野外的白蟻,在寒冬是不活動的。但這些被限制活動的白蟻它們也有一種本能,設法調節蟻室裡的溫度,以適合它們的生存。因此,它們鑽蛀的蟻穴,有部分位於地上,有部分位於地下。在嚴寒或酷暑的氣候裡,白蟻常鑽入地表之下數公尺之深,因在地層之下,溫度比較穩定。
  • 濕氣 : 地棲性白蟻需要固定提供足夠地潮氣,這些潮氣有些是源自於它們自身代謝作用所散發出來的水蒸氣,有些則來自於土地裡地潮氣,擴散滲透到泥土隧道或管道內。

2.4.3 白蟻入侵途徑

  • 土棲型 : 由建築物周遭土層即有白蟻活動,經由水泥縫,管道、電線、延伸至居家取食啃咬破壞,其蟻道路徑可達百尺遠。
  • 分飛型 : 每年梅雨季節五月到七月於大氣壓力下,進行外出群飛,進行擇偶交尾配對,經由建築物周遭隙縫入侵屋內築巢而居,形成新族群王國。

2.4.4 白蟻防治

白蟻之防治可分為2種防治方法,分別為物理防治和化學防治。

① 物理防治

  • 加熱 : 待處理之建物覆之帳篷,吹入熱空氣,並使牆內外兩側加熱。加熱之溫度45℃~50℃持續35~60分鐘,然後撤除帳篷。
  • 冷凍處理 : 僅可用於波離室,不適於大區域處理。其方法是使用液態氮以幫浦將之灌入處理區,使其溫度降至零下6.67℃,將白蟻凍斃,最後將氮氣排除。
  • 電擊 : 電子鎗之一極置於白蟻蛀蝕木頭之一側,而另一接地電擊置於木頭之另外一側,使用0.5A以下之低電流,9萬以上之高電壓放電,可將木頭內之白蟻擊斃。
  • 微波處理 : 在白蟻為患牆壁上挖一洞,微波產生器埋入洞內,兩個電極距離一英尺,然後打開微波之電源開關,微波產生高溫,將木頭內的白蟻致死,如此一個個連續處理下去。
  • 機械式阻絕法 : 在建物之地基或牆壁以砂、雜石堆、金屬網或金屬薄片作物理或機械的阻隔,以防地下白蟻侵入損壞建物。根據加拿大住都局之研究(2002),粗糙的砂粒為白蟻有效的物理阻絕材料;其粒徑在1.4~2.8mm之間,至少要有50%以上,且1.4mm以下之細砂不得多於25%。

② 化學防治

  • 危害區域覆蓋、密閉燻蒸處理 : 首先要移除燻蒸範圍內會吸附燻蒸劑之物質,然後將化學燻蒸劑灌入密閉之封套內,進行燻蒸一段時間。為了促進燻蒸劑分布滲透入蟻巢,可於密閉之封套內,加設電風扇,以增進燻蒸均勻流布。燻蒸完成後排除廢氣,收拾封套。
  • 毒餌誘殺法 : 一般多使用緩效性之藥劑餵飼工蟻,並將藥劑攜回白蟻族群,餵飼蟻后極其它白蟻,終導致全窩巢白蟻集體中毒而覆亡。Jones(2003)報告稱將誘餌置於白蟻出沒潮濕地點,誘引白蟻取食要比嫌疑地點提早38天誘捕道白蟻,且數目約為2倍;纖維成份之誘餌誘引效果則較佳。Rojas(2001)以南方黃松添加幾丁質抑制劑diflubenzuron製成毒餌誘殺台灣家白蟻,9周後完成控制。
  • 誘捕-敷藥-釋放(Trap-Treat-Release, TTR) : TTR是在白蟻巢先誘捕得數之工蟻,然後在其體表敷以藥劑,再釋回蟻窩,利用白蟻互相潔身修飾之習性,殺死其它白蟻。此法有別於毒餌誘殺,毒餌是利用藥劑加入誘餌餵飼工蟻,當這隻工蟻回巢後,再將含有藥劑之食物分享其它白蟻而消滅蟻群,TTR所攜帶之藥劑量要比毒餌高出許多。根據實驗室之研究,在一個培養皿內,一隻經藥劑處理過的工蟻,釋回後至少可以殺死1000隻之白蟻。田間試驗,則可殺死50~100之同巢之白蟻。此法要比傳統藥劑阻絕噴灑對環境友善,其藥劑用量僅為阻絕噴灑之1/500。

3. 研究方法

3.1 地下人孔點檢項目和要求標準

地下電纜之巡視、點檢主要是執行外觀點檢,在電纜部份彎曲狀態、彎曲半徑等,而在接續匣方面則為防蝕層、接續匣移動、接地以及交錯狀態之點檢,詳細點檢項目如 表2所示。

表2、地下人孔點檢項目表
檢點項目 要求標準
電纜 電纜外表清潔有無受傷
固定座無鬆脫
OFFSET彎曲半徑為15D以上
引出管路 無鏽蝕或鬆脫
管路無滲水或滲油
防水圈位置正常
管塞無遺失或脫落
人孔內 無異常發熱異音
人孔內壁無滲水
爬梯無鬆動
附屬鐵配件、支架、支持礙子 無鏽蝕或鬆脫
蟲蟻留蛀痕跡
電纜沿線道路 無下陷及開挖、釘樁等施工
人孔孔蓋(含內蓋) 無破損、鬆動、銹蝕、凹凸
相位識別帶及線路名牌 無脫落
洞道內 內壁有無滲水、有無積水

3.2 透地雷達之施測方法

透地雷達探測工法係藉由高頻電磁波天線罩(頻率從15MHz至3GHz)向地下或結構體內發射出電磁波束,此電磁波經地層或結構體之傳遞,當遇到不同電性介質之交界面處發生反射而傳回為表面之電磁波天線罩接收,由發射與接收之電磁波信號走時差、波型、振幅等特徵與介質之電磁波速度得以換算目標體之深度,同時由接收之電磁波信號強弱亦得以概估目標體之材質,其現地施測原理如 圖8[4]

以操作的角度來看,我們以直線移動雷達天線組(直接放在路面),用所謂「掃描」方式獲得所需要的資料。在掃描過程中,測距輪每隔一固定距離(通常設定在兩公分)即可收集一系列的反射電磁波,再呈現於畫面上。實務上,一個地下目標(例如一條管道) 呈現在畫面上的是一條弧形曲線(剖面圖)。

但是欲判斷畫面上的弧形曲線是否為目標物,仍需考慮下面條件:

  • 密度(例如出現頻率)
  • 線性(例如走向是否合理)
  • 分佈(例如所在層是否合理)

因此,基本上越多相互平行的掃描越能提供判讀所需資料。

圖8、透地雷達施測原理示意圖

3.3 透地雷達之現地資料收集與施測規劃

運用透地雷達探測管線位置,於現地施測前須先概略了解待測目標之位置大小、深度等特性,以規劃測區、測線與施測方式,並了解周圍環境可能之干擾源如金屬體與電源線等,於評估各環境影響因素後,即可進場進行現地探測。透地雷達探測之流程如下步驟所述。其探測流程如 圖9所示。

  1. 檢視現地狀況與工作環境,概略了解待測目標之特性。
  2. 安排測線位置與長度,並且進行放樣與標示。
  3. 儀器校正及測試,並且選擇適當之量測天線頻率。
  4. 依測試結果,設定各量測參數。
  5. 以適當之速度移動天線進行量測。
  6. 每量測一段距離後,即儲存量測資料,並進行初步之分析判讀,作成現地記錄。
  7. 移動天線至另一預定位置,重覆5~7之步驟,直到測完全部測線為止。
  8. 以探測所得之透地雷達電磁波及圖像資料進行分析,輔以所收集之待測物地之資料進行管線及基礎位置之判釋。

圖9、透地雷達探測流程

3.4 透地雷達資料分析

依據現地施測而得之透地雷達資料進行分析,於資料分析分為 : ①資料處理;②資料解釋兩階段。各階段分析步驟如下所述。

  1. 資料處理 : 資料處理的目的在加強反射訊號,減少雜訊,並且將雷達波剖面(距離-時間剖面)轉換成對應之地層剖面(距離-深度剖面),提供更清晰合理之資料。資料處理方法包括訊號放大(Gain)、疊加(stacking)、濾波(filtering)、移位(Migration)等處理手法。採用已發展完備的德國Reflex資料分析軟體,因此可以將資料快速、正確的處理。
  2. 資料解釋 : 透地雷達資料解釋是專業性工作,解釋者必需具備豐富的透地雷達工程調查經驗,並且瞭解雷達波在不同介質與待測物的傳遞特性,其解釋結果方可確信。

3.5 電纜異常及劣化診斷技術

透過現行地下人孔點檢、白蟻防治與透地雷達等手段確實能有效降低風險,相對提升供電穩定性,但若僅是針對外力破壞進行點檢,事實上仍有不足之處,當設備經長期運轉使用之後,必有看不見的弱點,而此弱點很可能將成為日後事故主因,為了防範事故於未然,就有必要對於設備進行診斷。

經研究歸納絕緣材料出現之劣化之原因通常可略分為熱破壞,電破壞,應力破壞及環境破壞等情形,其劣化模式彙整如 圖10

由於地下電纜所在之環境相對潮濕,便可能在電場與水氣的共同作用下於絕緣層產生水樹,而伴隨水樹生長,進而造成電纜絕緣劣化,使得絕緣層遭受擊穿而導致電力事故發生,為以科學手段以掌握電纜劣化狀態,本文蒐集國內外常見之電纜異常診斷技術,以下將針對各種常見之電纜診斷技術之檢測方式簡介,並彙整如 表3所示。

  1. 損失電流法:將流在電纜絕緣體中之充電電流之損失電流第3次諧波成分作為劣化訊號使用之診斷方法,其依據第3次諧波成分之振幅和相位作為劣化判定。
  2. 殘留電荷法:以直流電壓加壓,放電之後再施加交流電壓並量測所放出之電荷,透過依照被檢出殘留電荷之交流帶電電壓,執行劣化程度的判斷。
  3. 紅外線熱影像法:紅外線是一種波長介於0.75m~1000m的熱輻射,目前檢測電氣異常現象最方便及最常用的方法,其原理是利用當設備產生缺陷與故障時,缺陷部位的溫升將發生明顯的變化,造成異常熱分佈現象。
  4. 局部放電檢測:在電纜接續部位之診斷技術中,局部放電檢測應用之案例亦不勝枚舉,局部放電的類型可分為內部放電、尖端放電、表面放電,當絕緣體發生局部放電時,可能會產生脈衝訊號、電磁場、音波等現象,使用儀器量測其局部放電情形,分析產生之訊號判斷該電氣設備絕緣良莠狀況。

圖10、絕緣材料劣化模式[7]

表3、常見之XLPE電纜劣化診斷方法
診斷方法 檢測方式概述
損失電流法 應用充電電流中損失電流之第3諧波成分,檢出水樹劣化狀態
殘留電荷法 使用直流電壓加壓放電後再由交流電壓加壓,量測殘留電荷交流電壓執行劣化判斷
紅外線熱影像法 利用設備產生缺陷與故障時,異常部位之溫升將發生明顯的變化,造成異常熱分佈現象
局部放電檢測 局部放電主要發生在絕緣体中之空隙、空洞、雜質、電介質裡及電極尖端邊緣,透過儀器量測其局部放電情形並判別電纜劣化狀態

3.6 局限空間作業危害分析與防護措施(表4)

表4、中華民國108年度死亡職災類型
可能造成之危害 危害原因分析 應有之防護措施 安全點檢
缺氧

①氧氣濃度少於18%或高於23%

②送風方式為主(抽風為輔)

①自然或強制機械通風、送風等措施至少15分鐘以上(或更長時間、甚至多天),再量測 內部(如槽內或坑內)之氧氣濃度、可燃性氣體濃、有害氣體濃度等各項濃度值達到法規安全範圍內,且作業中必須持續通風不可中斷;測定儀器經校正並確實經測定後列入紀錄備查,必要時全程監測。

②使用(或準備)各種安全防護具,如空氣呼吸器、輸氣管面罩等或緊急救助器具、三腳架、雙掛鉤背負式安全帶等。

③檢查各管路、閥等關閉或盲封、盲斷等方式隔離。

④許可管制(如許可證核准、人員管制並紀錄)措施。

⑤設置人孔監視人員、缺氧、有機溶劑等作業主管、急救人員。

⑥緊急呼叫器或緊急應變器材、救生索等。

⑦受過教育訓練。

①氧氣濃度18~23%

②各檢點用表供參考如附

③人體缺氧反應如 圖11

火災或爆炸

①可燃性氣體或蒸汽在爆炸範圍

②人員攜帶煙、火種。

③使用非防爆通風送氣裝置。

①使用防爆電氣(器)設備。

②照明電源使24V之安全電源。

③使用高敏感度高速型的漏電斷路器。

④使用無火花工具。

⑤確實斷電、掛牌上鎖的措施。

⑥如上述缺氧危害之各項措施。

爆炸範圍(參考 表5)
中毒 (如硫化氫、一氧化碳、 與化學藥品接觸)

①未通風或不足

②化學品輸送管線未盲封、隔離

①測定有害氣體之危害。

②如上述缺氧危害之各項措施。

硫化氫濃度10ppm以下 一氧化碳濃度35ppm以下
感電 潮濕及金屬槽體之良導體作業場所,使用 之照明及電動工具有漏電、感電之虞。

①斷電、掛牌及上鎖等措施。

②照明電源使24V之安全電源。

③電動工具電源之分電盤或插座須附有高敏感度高速型的漏電斷路器。

④電源線須使用雙層絕緣包覆的電源線。

⑤使用交流電焊機應設自動電擊防止裝置及漏電斷路器。

 
墜落

①高低位差

②無護欄

①由上方進入須有供勞工安全使用之上下設施(如上下直梯等)。

②人員須穿戴安全帶並使用防墜器,作業時須有監視人員。

③作業人員未正確使用個人防護具。

 
捲夾 機械捲入點因未斷電或無護罩等,造成人 員之捲夾。 主電源及控制電源須確實斷電、掛牌及上鎖等措施,且作業人員與管制人員共同斷電, 上鎖之鑰匙由作業人員保管。  
滑倒

①濕滑場所滑滑、跌倒、碰撞。

②積水現象。

濕滑作業場所人員應穿防滑係數較高的鞋子,以防止滑倒,作業人員確實戴好安全帽。  
高溫或冷凍或反應、 發酵等接觸 熱交換場所或冷凍、發酵等因高溫與 蒸汽或冷凍、發酵等之排擠空氣作用常 為缺氧的空間。 人員進烘缸等高溫作業場所應確實量測或檢查內部溫度,要降至大氣自然溫度左右, 冷卻方可進入作業,作業過程中必須持續通風不可中斷,作業時須有監視人員。  

圖11、缺氧與人體反應圖[6]

表5、常見可燃性氣體或蒸氣爆炸範圍(爆炸濃度%體積)[6]
物質名稱 下限 上限 物質名稱 下限 上限
甲烷 5.0 15.0 1.2 8.0
乙烷 3.0 12.4 甲苯 1.2 7.1
丙烷 2.1 9.5 二甲苯 1.0 7.6
丁烷 1.8 8.4 甲醇 5.5 37.0
戊烷 1.4 7.8 乙醇 3.3 19.0
己烷 1.2 7.4 正丙醇 2.0 14.0
庚烷 1.0 6.7 異丙醇 2.0 12.0
天然氣 4.8 13.5 正丁醇 1.4 12.0
汽油 1.3 7.6 異丁醇 1.7 11.0
煤油 0.6 6.0 1.7 48.0
乙炔 2.5 81.0 丙酮 2.1 13.0
乙烯 2.7 36.0 丁酮 1.8 11.5
丙烯 2.4 10.3 4.0 75.0
丁二烯 2.0 11.5 一氧化碳 12.5 74.0

3.7 白蟻用藥專用藥劑

地下電纜白蟻防治用藥採用全壘達懸浮劑(Homerun SC240)(圖12),有效成份:益達胺(Imidacloprid)-22.5%w/w(質量百分濃度),環保署用藥許可證字號 : 環署衛製字第1821號,採用此藥劑優點為 :

  1. 具胃毒及接觸毒:不論白蟻是吃到或是接觸到都能致死。
  2. 無忌避性:不會因藥劑的忌避而使白蟻不敢取食或改道而行。
  3. 具緩效性:白蟻不論是吃到或是接觸到益達胺都不會即刻死亡,而會把沾有藥劑的食物帶回蟻巢中,讓整個族群食用、分享。
  4. 具有滅巢功能:因益達胺(Imidacloprid)具有胃毒、接觸毒以及具緩效性與無忌避性,可以使整個白蟻族群在不知不覺中,因吃食工蟻所帶回來食物或是接觸到食物及蟻體而造成整個蟻巢族群的滅亡。

圖12、白蟻防治專用藥[9]

4. 結果分析

使用透地雷達檢測地面是否沉陷,並提出檢測報告建立圖資比對,如 圖13是為tsmc 南科廠區地下電纜透地雷達測量發現其地下電纜出現北高南低和東高西低的現象。

圖13、地下電纜透地雷達測量結果

圖14、地下電纜探測區域平面圖

tsmc中科廠為例,使用透地雷達建立地下管路圖資,根據透地雷達探測結果所得到地下圖面斷路圖,當年度跟前年度進行圖資比對可及早發現地下管路是否有傾斜或者下陷。

根據透地雷達掃描結果所得到之斷面圖(圖15~圖17)在搭配地下電纜探測區域平面圖(圖14)可得知其平面區域所在位置進行比對,可得知地下管路是否有傾斜或下陷,確保用電品質安全。

圖15、透地雷達斷面圖(位置:5153~5102)

圖16、透地雷達斷面圖(位置:5103~5108)

圖17、透地雷達斷面圖(位置:5109~5114)

5. 結論

本文提出針對地下電纜線路點檢的項目、方法,實施之週期,建議依地區環境狀況斟酌調整,透過地下人孔點檢、電纜白蟻防治、管路內視鏡檢查、電纜路徑透地雷達檢測等方式,確保地下電纜無受外力破壞之風險,並彙整常見之電纜異常及劣化診斷技術,評估導入非破壞診斷方式以期提升廠區供電之穩定性。

彙整常見電纜異常劣化診斷技術,其中最容易導入之檢測方式為紅外線熱影像法,不過此方式受限於紅外線的穿透能力較弱,無法完全穿透絕緣材料和設備外殼,故無法直接檢測內部缺陷,因此一般只用於外部接點及設備表面之熱缺陷檢測,例如電纜終端匣及接續匣運轉時之溫升狀況,但對於部份放電的檢測效果並不理想,也無法使用於線上長期偵測。而損失電流法以及殘留電荷法雖可有效檢測內部缺陷但需要於停電檢修時架設量測儀器與加壓設備,對於供電要求穩定極高之半導體廠,進行檢測之事前必須提出縝密且完善地停電計畫才能進行,執行難度相較紅外線熱影像法高,且同樣無法適用於線上長期偵測。

倘若未來能夠再精進地下電纜維護管理模式,以管理電力設備之標準來監控管理電力電纜,必能大幅提升線路運轉之安全與穩定性,而實現地下電纜維護管理智慧化之終極目標,監測電纜狀態與周遭環境之手段是不可或缺的一環。線上量測可即時瞭解電纜之運轉狀態,並結合監控系統管理達成智慧化管理模式,但狀態監測技術的關鍵在於被測資訊的收集和抗干擾,且量測裝置必須保證不影響電纜線路安全正常運轉,同時還要保證人身安全,在硬體上仍須評估其適切性與妥善性,因此若要由現行之維護方式走向智慧化、自動化的管理模式尚有許多挑戰待克服,不過透過狀態監控逐漸取代預防點檢措施仍是必然之發展趨勢。

參考文獻

  1. 財政部高雄國稅局,電線電纜業原物料耗用通常水準,2021。
  2. 蕭勝任,地下電纜洞道巡查重點與維護管理,土木水利第四十二卷第一期,February 2015。
  3. 地球物理實習課程:透地雷達測勘。網址:https://tec.earth.sinica.edu.tw/geoclass/classfile/5GPR.pdf
  4. 工研院,管線埋深探測技術簡介,2017。
  5. 台灣檢測,透地雷達,網址:https://www.twsurvey.com/product/17
  6. TOSHMS中區促進會,局限空間作業災害預防案例手冊,2012。
  7. 李長興、邱敏彥、黃智賢、吳明學、顏世雄,應用局部放電量測技術於絕緣材料之絕緣劣化趨勢研究,中華民國第27屆電力工程研討會,2006/12/22-23。
  8. 台北市病媒防治商業同業公會,病媒介紹:白蟻的生態習性。網址: http://tp-pco.org.tw/link4-1_view.asp?fid=3
  9. 全壘達懸浮劑,薇薾登股份公司。網址:https://www.aerolead.com.tw/product/%E5%85%A8%E5%A3%98%E9%81%94%E6%87%B8%E6%B5%AE%E5%8A%91#characteristic

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