Fallet med en felaktig medicinsk apparat är ett klassiskt exempel på hur viktigt det är med ett systematiskt tillvägagångssätt vid felsökning av elkvalitetsproblem. Den här berättelsen kommer från Mike, en underleverantör som arbetar på flera högteknologiska tillverkningsanläggningar.
Problemet
Mike hade ett möte på plats med en byggnadschef som var missnöjd med det elektriska systemet. Enligt byggnadschefen verkade inget elektriskt i byggnaden fungera ordentligt och ingen hade kunnat fastställa varför och erbjuda en lösning. Han berättade för Mike att tre av elektrikerna hade sagt upp sig och att han nu hade ett allvarligt problem.
Mike ställde frågor för att få en närmare uppfattning av problemet, men svaren innehöll inget av värde. Eftersom han alltid följde principen: om du är osäker, börja alltid med offerlasten, bad Mike om att gå till området i byggnaden där problemen var värst.
Synliga tecken
I ett hörn stod en stor medicinsk maskin som utförde en viktig testprocedur. Maskinen hade en stor bildskärm, tangentbord och kontrollpanel med flera kablar och slangar som ledde till annan utrustning. Operatörens bildskärm visade att testproceduren pågick.
Intill maskinen fanns en arbetsbänk för reparation av kretskort. Den hade en lödkolv, ett belyst förstoringsglas och en fläkt. Arbetsbänkens grenuttag var anslutet till samma nätuttag som den stora medicinska maskinen. Mike lade märke till personen vid arbetsbänken som lutade sig framåt och slog på fläkten. Då släcktes helt plötsligt operatörens bildskärm på den stora medicinska maskinen och kom tillbaka och visade ”Program återställt” i stora bokstäver på skärmen.
Mätning och utvärdering
Mike mätte spänningen på uttaget där båda lasterna var anslutna. Hans Fluke 87 V industriell multimeter mätte 115 V. Byggnadschefen upprepade mätningen med sin Fluke 27 II robust digital multimeter, som visade 118 V. Varför en skillnad?
Fluke 87 V ger mätvärden i sann RMS, men lägre avläsningar på instrument med genomsnittsvärden, såsom Fluke 27 II, på fyrkantvågor eller på vågformer som liknar fyrkantvågor. Mike anslöt en Fluke 120B industriell ScopeMeter och visade spänningsvågformen. Skärmen visade att vågformen var mycket klippt och liknade mer en fyrkantvåg än en sinusvåg. Det uppmätta toppvärdet var endast 135 V, i stället för förväntade 162 V.
Mike ritade upp en ritning över systemet. Linjen visade att transformatorn som försörjde testområdet låg i byggnadens motsatta ände, nästan 150 meter bort. Transformatorns laster var oftast olinjära och drog toppströmmar vid spänningstopparna. Kombinationen toppström och den långa kabelns höga impedans skapade allvarlig spänningsklippning vid kretsens slut, precis där testområdet låg.
Teori och analys
Eftersom den medicinska maskinens interna kretsar arbetade med låg likspänning, borde den interna strömförsörjningen ha en ingångskrets med diod/kondensator som kräver en viss lägsta toppspänning för korrekt drift. Den medicinska maskinens märkskylt visade att maskinen kräver en spänning mellan 100 och 135 V RMS AC. Ingenjörerna som konstruerade maskinen antog att spänningen är en sinusvåg, så att lägsta toppvärde måste vara 141 V (100 x 1,41). Eftersom det uppmätta värdet på ingående toppspänning endast var 135 V, kördes maskinen på en toppspänning som redan låg 6 V under det absoluta minimivärdet. När fläkten slogs på sänkte fläktmotorns strömrusning spänningen ytterligare till en punkt då maskinens strömförsörjning slutade att fungera. Det här orsakade att maskinen återställdes.
Lösning
Problem med klippning av toppspänning (platt topp) är vanligt i högteknologiska byggnader. Många byggnader som nu används utformades inte för att hantera en mängd olika datorer och icke-linjära laster som är vanliga i dag.
I det här fallet var det nödvändigt att dra om ledningarna för att minska spänningsfallet mellan transformatorn och lasten. Ett alternativ kan vara att flytta de känsligaste lasterna närmare transformatorn.