Klasickým příkladem důležitosti systematického přístupu k řešení problémů s kvalitou elektrické energie je případ porouchaného zdravotnického testovacího přístroje. Tento příběh pochází od Mikea, nezávislého technika, který pracuje s několika závody používajícími moderní elektronická zařízení.
Problém
Mike měl schůzku se správcem budovy, který zažíval frustrace s elektrickým systémem. Podle správce se zdálo, že nic elektrického v budově nefunguje správně, a nikdo nebyl schopen určit proč, ani nabídnout řešení. Správce pokračoval a řekl Mikeovi, že tři z jeho elektrikářů skončili a že má nyní skutečné potíže.
Mike kladl otázky, aby získal podrobnější přehled o problému, ačkoli odpovědi neposkytly nic užitečného. Protože se vždy rád řídil zásadou: „Pokud máš pochyby, začni u postiženého zařízení,“ požádal Mike, aby šli do té části budovy, kde byly problémy nejhorší.
Vizuální podněty
V jednom rohu stál velký zdravotnický přístroj, který prováděl kritické testy. Přístroj byl vybaven velkým displejem, klávesnicí a ovládacím panelem s několika kabely a hadicemi vedoucími k dalšímu vybavení. Displej ukazoval, že „Probíhá“ test.
Vedle přístroje byl pracovní stůl pro opravy desek plošných spojů. Pracovní stůl byl vybavený páječkou, zvětšovacím sklem s osvětlením a ventilátorem. Napájecí lišta pracovního stolu byla zapojena do stejné zásuvky jako ten velký testovací přístroj. Mike pozoroval osobu u pracovního stolu, která zapnula ventilátor. V tu chvíli displej na testovacím přístroji na okamžik ztmavl a poté se znovu zapnul se slovy „Resetování programu“.
Měření a hodnocení
Mike změřil napětí zásuvky napájející oba obvody. Jeho průmyslový multimetr Fluke 87 V naměřil 115 V. Správce budovy opakoval měření se svým odolným digitálním multimetrem Fluke 27 II, který zobrazil 118 V. Proč ten rozdíl?
Model Fluke 87 V poskytuje měření True RMS, které na obdélníkových a podobných vlnových průbězích zajistí správné, ale nižší hodnoty než přístroje, které měří prostou efektivní hodnotu, jako je model Fluke 27 II. Mike připojil svůj průmyslový osciloskop Fluke ScopeMeter 120B a změřil vlnový průběh napětí. Displej ukázal, že průběh byl v horní části výrazně ořezán, takže vypadal spíše jako obdélník než jako sinusoida. Amplituda byla pouhých 135 V oproti očekávaným 162 V.
Mike nakreslil jednopólové schéma zapojení. Jednopólové schéma ukázalo, že transformátor napájející obvod testovacího přístroje byl v opačném rohu budovy – vzdáleném téměř 150 metrů. Většina zátěží na tomto transformátoru byla nelineární a odebírala vysoké proudy. Kombinace vysokého zatížení a vysoké impedance vedení vedla k významnému zkreslení napětí na konci rozvodu, přímo tam, kde byl napájen testovací přístroj.
Teorie a analýza
Vzhledem k tomu, že vnitřní obvody testovacího přístroje fungovaly na nízké stejnosměrné napětí, jeho vnitřní napájecí zdroj zahrnoval usměrňovač, který pro správnou funkci vyžadoval napětí s určitou minimální amplitudou. Typový štítek na testovacím přístroji uváděl, že potřebuje střídavé napájecí napětí mezi 100 a 135 Vef. Konstruktéři, kteří přístroj navrhli a stanovili typový štítek, předpokládali, že napájecí napětí bude mít sinusový průběh s amplitudou minimálně 141 V (100 × 1,41). Naměřená amplituda napětí byla pouze 135 V, tedy 6 V pod požadovaným minimem. Když byl zapnut ventilátor, rázový proud odebíraný motorem ventilátoru dále snížil napětí do bodu, kdy napájení přístroje kleslo pod regulovanou hodnotu. To způsobilo resetování přístroje.
Řešení
Problém ořezání amplitudy (plochý vrchol) je v budovách s elektronikou běžný. Mnoho starších budov nebylo původně navrženo tak, aby zvládly obrovský počet počítačů a nelineárních zátěží typických pro dnešní dobu.
V tomto případě by bylo nutná rozsáhlá rekonstrukce rozvodů, aby se snížil pokles napětí mezi transformátorem a zátěží. Alternativou by bylo přemístění nejcitlivějších zátěží blíže k transformátoru.