Dutch

Problemen met de netvoedingskwaliteit diagnosticeren in oudere elektrische systemen

24 Sep 2021 | Netvoedingskwaliteit

Het geval van storingen aan het medische apparaat is een klassiek voorbeeld van het belang van een systematische aanpak voor het oplossen van problemen met de netvoedingskwaliteit. Dit is het verhaal van Mike, een zelfstandig aannemer die met een aantal hoogtechnologische fabrieken samenwerkt.

Voedingsspanning meten

Voedingsspanning meten

 

Het probleem

Mike had een ontmoeting op locatie met een gebouwenbeheerder die gefrustreerd was met zijn elektrische systeem. Volgens de beheerder, werkte niets dat elektrisch was zoals het hoorde in het gebouw en niemand had kunnen vaststellen hoe dit kon of kon een oplossing aandragen. De beheerder vertelde Mike verder dat drie van zijn elektriciens gestopt waren en dat hij nu echt in de problemen zat.

Mike stelde vragen om een gedetailleerder beeld te krijgen van het probleem, maar de feedback leverde niet veel nuttigs op. Mike hield ervan om altijd het motto ''Bij twijfel, kijk naar waar de slachtoffers vallen'' te volgen en vroeg daarom om naar het gedeelte van het gebouw te gaan waar de problemen het ernstigste waren.

Visuele hints

In een hoek stond een grote medische machine die een kritieke testprocedure uitvoerde. De machine was uitgerust met een groot scherm, keyboard en bedieningspaneel met een aantal kabels en slangen die naar andere stukken apparatuur leidden. Op het bedieningsscherm werd weergegeven dat de testprocedure ''In uitvoering'' was.

Naast een machine stond een werkbank die was opgesteld voor het repareren van printplaten. Op de werkbank stond een soldeerbout, een verlicht vergrootglas en een ventilator. De stekkerdoos van de werkbank was in dezelfde contactdoos gestoken als de grote medische machine. Mike observeerde de persoon bij de werkbank die zijn hand uitstak en de ventilator aanzette. Op dat moment werd het bedieningsscherm op de medische machine even leeg en ging toen weer aan met de woorden ''Programma resetten'' weergegeven in grote letters.

Meten en evalueren

Mike mat de spanning bij de contactdoos die beide belastingen van voeding voorzag. Zijn Fluke 87 V industriële multimeter mat 115 V. De gebouwenbeheerder herhaalde de meting met zijn Fluke 27 II Rugged digitale multimeter, die 118 V weergaf. Waarom dit verschil? 

De Fluke 87 V levert True-RMS-metingen die correcte, maar lagere meetwaarden geven dan instrumenten van gemiddelde waarde, zoals de Fluke 27 II, op blokgolven of golfvormen die op blokgolven lijken. Mike sloot zijn Fluke 120B industriële ScopeMeter aan en liet de spanningsgolfvorm zien. Het scherm toonde aan dat de golfvorm aan de bovenkant ernstig was afgekapt, waardoor het meer op een blokgolf dan op een sinusgolf leek. De piekwaarde mat slechts 135 V, in plaats van de verwachtte 162 V. 

Spanningsgolfvorm die de medische machine van voeding voorziet (gesimuleerd)

Spanningsgolfvorm die de medische machine van voeding voorziet (gesimuleerd)

 

Mike tekende een one-line diagram van het systeem. De one-line liet zien dat de transformator die het testgebied van voeding voorzag aan de andere kant van het gebouw was, ongeveer 150 meter verder. De meeste belastingen op die transformator waren niet lineair en bereikten hoge piekstromen op de spanningspiek. De combinatie van hoge piekstromen en hoge impedantie van de lange afstand zorgden samen voor ernstige spanningsafkappingen aan het einde van het circuit, precies op de locatie van het testgebied.

Gedeeltelijke one-line diagram van de hoogtechnologische fabriek

Gedeeltelijke one-line diagram van de hoogtechnologische fabriek

 

Theorie en analyse

Omdat de interne circuits van de medische machine werkten op een lage gelijkstroomspanning, zou de interne voeding een ingangscircuit van een diode/condensator hebben dat een minimale piekspanning vereist voor goed functioneren. Op het naamplaatje van de medische machine stond dat de machine een voedingsspanning tussen 100 en 135 V rms wisselspanning nodig had. De ingenieurs die de machine hebben ontworpen en het typeplaatje hebben gespecificeerd, gingen ervan uit dat de voedingsspanning een sinusgolf zou zijn, dus de minimale piek zou 141 V piek (100 x 1.41) zijn. Aangezien de gemeten waarde van de piekspanning slechts 135 V was, liep de machine op een piekspanning die al 6 V onder het absoluut vereiste minimum lag. Toen de ventilator werd ingeschakeld, verminderde de piekstroom die door de ventilatormotor werd aangewakkerd de spanning tot een punt waarbij de voeding van de machine niet meer normaal was. Hierdoor ging de machine zich resetten.

Oplossing

Het probleem van spanningspiekafkapping (flat topping) komt vaak voor in hoogtechnologische gebouwen. Veel van de gebouwen die nu in gebruik zijn, zijn er niet op ontworpen om de enorme hoeveelheid computers en niet-lineaire belastingen aan te kunnen die vandaag de dag zo normaal zijn.

In dit geval zou het nodig zijn om alles opnieuw grondig te bedraden zodat de spanningsval tussen de transformator en de belasting te verminderen. Een alternatief zou zijn om de meest gevoelige belastingen dichter bij de transformator te plaatsen.