의료 기기 오작동의 사례는 전력 품질 문제를 해결하기 위한 체계적인 접근 방식이 중요하다는 것을 보여주는 전형적인 예입니다. 이 이야기는 몇몇 첨단 제조 공장에서 일하는 독립 계약자인 Mike의 이야기입니다.
문제
Mike는 전기 시스템에 실망한 건물 관리자와 현장 회의를 했습니다. 관리자에 따르면, 그의 건물에 있는 어떤 전기도 제대로 작동하는 것 같지도 않고, 아무도 그 이유를 알아내지 못하고 해결책을 제시하지 못했습니다. 관리자는 Mike에게 회사의 전기 기술자 세 명이 회사를 그만두고 지금 진짜 문제가 생겼다고 얘기했습니다.
Mike는 질문을 통해 문제를 좀 더 자세히 파악했습니다. 하지만 피드백은 도움이 되지 않았습니다. 그는 항상 "의심스러울 때는 피해 부하에서 시작"이라는 원칙을 따르기를 좋아하기 때문에 문제가 가장 심했던 건물 구역으로 가달라고 했습니다.
시각적 신호
한쪽 구석에는 중요한 검사 절차를 수행하고 있는 큰 의료 장비가 서 있었습니다. 이 장비에는 대형 디스플레이 스크린, 키보드, 여러 케이블과 호스가 있는 제어 패널이 장착되어 있어 다른 장비들도 연결할 수 있습니다. 운전자 디스플레이 화면에는 시험 절차가 "진행 중"으로 표시되었습니다.
장비 옆에는 회로 기판 수리를 위한 작업대가 있었습니다. 작업대에는 납땜 인두, 조명 돋보기와 팬이 있었습니다. 작업대 전원은 대형 의료 장비와 동일한 콘센트에 꽂혀 있었습니다. Mike는 작업대에서 손을 뻗어 팬을 켠 사람을 관찰했습니다. 그 순간, 의료 장비의 운영자 디스플레이 화면이 잠시 꺼졌다가 다시 켜지면서 "프로그램 재설정"이라는 단어가 큰 글자로 표시되었습니다.
측정 및 평가
Mike는 두 부하를 공급하는 소켓에서 전압을 측정했습니다. Fluke 87 V 산업용 멀티미터는 115V를 측정했습니다. 건물 관리자는 Fluke 27 II 견고한 디지털 멀티미터를 사용하여 측정을 반복했고, 118V가 표시되었습니다. 이런 차이가 나는 이유는 무엇입니까?
Fluke 87V는 True-rms 측정치를 제공하고 올바르지만, 사각파 또는 사각파처럼 보이는 파형에서 Fluke 27 II와 같은 평균치 방식의 기기보다 판독값이 낮습니다. Mike는 Fluke 120B 산업용 ScopeMeter를 연결하고 전압 파형을 표시했습니다. 디스플레이에는 상단의 파형이 심하게 잘려서 사인파보다 구형파처럼 보였습니다. 피크 값은 예상되는 162V가 아닌 135V만 측정했습니다.
Mike는 시스템의 한 줄 다이어그램을 그렸습니다. 한 줄로 보면 테스트 구역을 공급하는 변압기가 건물 반대편 모퉁이에 있었고 약 500피트 떨어져 있었습니다. 해당 변압기에 있는 대부분의 부하는 선형적이지 않았으며 피크 전압에서 높은 피크 전류를 소모하고 있었습니다. 높은 피크 전류와 긴 배선의 높은 임피던스가 결합되어 테스트 구역이 있던 바로 그 회로 끝에서 심각한 전압 클리핑을 생성했습니다.
이론 및 분석
의료 장비의 내부 회로가 저전압 DC에서 작동하기 때문에 내부 전원 공급 장치에는 올바른 작동을 위해 특정 최소 피크 전압이 필요한 다이오드/콘덴서 입력 회로가 있습니다. 의료 장비의 명판에는 100 ~ 135V rms AC 사이의 공급 전압이 필요한 것으로 표시되어 있었습니다. 장비를 설계하고 명판을 지정한 엔지니어들은 공급 전압이 사인파라고 가정했으므로 최소 피크는 141V 피크(100 x 1.41)가 될 것입니다. 피크 입력 전압의 측정된 값이 135V에 불과했기 때문에 장비는 이미 필요한 절대 최소값보다 6V가 낮은 피크 전압에서 작동하고 있었습니다. 팬이 켜졌을 때 팬 모터에 의해 소모되는 서지 전류가 전압을 장비의 전원 공급이 조절되지 않는 지점까지 더 감소시켰습니다. 이로 인해 장비가 리셋되었습니다.
해결책
전압 피크 클리핑(플랫 토핑)의 문제는 하이테크 건물에서 흔히 발생합니다. 현재 사용 중인 건물 중 다수는 오늘날 흔히 볼 수 있는 다양한 컴퓨터와 비선형 부하를 처리할 수 있도록 설계되지 않았습니다.
이 경우 변압기와 부하 사이의 전압 강하를 줄이기 위해 광범위한 재배선이 필요합니다. 다른 방법은 가장 민감한 부하를 변압기에 더 가깝게 이동하는 것입니다.