Finish

Vanhempien sähköjärjestelmien sähkönlaatuongelmien vianhaku

24.Syy.2021 | Sähkönlaatu

Lääkinnällisen laitteen toimintahäiriö on klassinen esimerkki systemaattisen lähestymistavan tärkeydestä sähkönlaatuongelmien vianhaussa. Tämän tarinan kertoo Mike, joka toimii itsenäisenä urakoitsijana useissa korkean teknologian tuotantolaitoksissa.

Syöttöjännitteen mittaaminen

Syöttöjännitteen mittaaminen

 

Ongelma

Mikella oli tapaaminen työnjohtajan kanssa, ja tämä oli turhautunut sähköjärjestelmäänsä. Työnjohtajan mukaan mikään sähkölaite ei tuntunut toimivan kunnolla, eikä kukaan tuntunut saavan syytä selville tai osaavan korjata ongelmaa. Työnjohtaja kertoi Mikelle, että kolme sähkömiestä oli ottanut lopputilin ja hän oli nyt pahassa pulassa.

Mike esitti lisäkysymyksiä saadakseen tarkan käsityksen ongelmasta, mutta vastauksista ei selvinnyt mitään hyödyllistä. Hän noudattaa mielellään aina periaatetta ”jos jokin epäilyttää, aloita ongelmakohteesta”, joten nytkin hän pyysi päästä siihen osaan rakennusta, jossa ongelmat olivat pahimmat.

Visuaaliset merkit

Kulmassa seisoi suuri lääketieteellinen kone, joka suoritti tärkeää testitoimenpidettä. Koneessa oli suuri näyttöruutu, näppäimistö ja ohjauspaneeli sekä useita kaapeleita ja letkuja, jotka johtivat toisiin laitteisiin. Käyttäjän ohjauspaneelissa luki, että testitoimenpide oli ”käynnissä”.

Koneen vieressä oli työpiste valmiina piirilevyn korjaamista varten. Työpisteessä oli juotoskolvi, valaistu suurennuslasi ja tuuletin. Työpisteen jatkojohto oli kytketty samaan pistorasiaan kuin suuri lääketieteellinen kone. Mike tarkkaili työpisteen äärellä työskentelevää henkilöä, joka kurotti ja käynnisti tuulettimen. Samalla hetkellä lääketieteellisen koneen käyttäjän näyttöruutu meni hetkellisesti tyhjäksi ja palautui sitten normaaliksi, mutta siinä luki ”Ohjelma nollattu” suurilla kirjaimilla.

Mittaus ja arviointi

Mike mittasi jännitteen pistorasiasta, johon kumpikin laitteisto oli kytkettynä. Hänen teollisuuskäyttöön tarkoitettu Fluke 87 V -yleismittarinsa mittasi 115 V:n jännitteen. Työnjohtaja toisti mittaukset omalla digitaalisella Fluke 27 II -yleismittarillaan, joka näytti lukemaa 118 V. Mistä ero johtuu? 

Mitattaessa kanttiaaltoa (tai jotain muuta säröytynyttä aaltomuotoa) 87 V -mittarin True-RMS-mittaukset antavat oikeita mutta matalampia lukemia kuin keskiarvoon perustuvat laitteet, kuten Fluke 27 II. Mike kytki teollisuuskäyttöön tarkoitetun Fluke 120B-sarjan ScopeMeterinsä ja katsoi jännitteen aaltomuodon. Näytöllä näkyi, että aaltomuodon huippu oli pahasti leikkautunut, joten se näytti enemmän kanttiaallolta kuin siniaallolta. Mitattu huippuarvo oli vain 135 V eikä odotettu 162 V. 

Lääketieteellisen koneen syöttöjännitteen aaltomuoto (simuloitu)

Lääketieteellisen koneen syöttöjännitteen aaltomuoto (simuloitu)

 

Mike piirsi yksinkertaistetun kaavion järjestelmästä. Kaavio osoitti, että mitatulle alueelle jännitettä syöttävä muuntaja oli vastapäisessä kulmassa rakennusta eli noin 150 metrin päässä. Useimmat muuntajan kuormista eivät olleet lineaarisia, ja ne ottivat korkeita huippuvirtoja jännitteen ollessa huippuarvoissa. Huippuvirrat ja pitkän syöttöjohtimen korkea impedanssi yhdessä aiheuttavat merkittävää jännitteen leikkautumista juuri kyseisellä ongelma-alueella.

Osittainen kaavio korkean teknologian tuotantolaitoksesta

Osittainen kaavio korkean teknologian tuotantolaitoksesta

 

Teoria ja analyysi

Koska lääketieteellisen koneen sisäiset piirit toimivat pienellä DC-jännitteellä, sisäisellä virtalähteellä oli diodi-kondensaattori tulopiiri, joka edellytti tiettyä vähimmäishuippujännitettä asianmukaisen toiminnan varmistamiseen. Lääketieteellisen koneen nimikyltissä luki, että kone syöttöjännite tulee olla 100–135 rms AC. Koneen suunnitellut ja nimikyltin valmistanut yritys oletti, että syöttöjännite olisi siniaaltoa, joten vähimmäishuippu olisi 141 V (100 x 1,41). Koska syöttöjännitteen mitattu huippuarvo oli vain 135 V, kone kävi huippujännitteellä, joka oli jo 6 V absoluuttista vähimmäisvaatimusta pienempi. Kun tuuletin käynnistettiin, tuulettimen moottorin ottama käynnistysvirta pienensi jännitettä entisestään niin, että koneen syöttöjännite oli vaatimusten ulkopuolella. Tämä aiheutti koneen resetoinnin.

Ratkaisu

Jännitehuipun leikkautuminen on yleinen ongelma korkean teknologian laitoksissa. Monia vielä käytössä olevia rakennuksia ei ole suunniteltu selviämään monenlaisista tietokoneista ja epälineaarisista kuormista, jotka ovat tyypillisiä nykyaikana.

Tässä tapauksessa tarvitaan laajoja uudelleenjohdotuksia, jotka pienentävät jännitepudotusta muuntajan ja kuorman välillä. Toinen vaihtoehto olisi siirtää herkimmät kuormat lähemmäs muuntajaa.