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Diagnosticar problemas de qualidade de energia em sistemas elétricos mais antigos

24 de Setembro de 2021 | Qualidade de energia

O caso de uma avaria num equipamento médico é um exemplo clássico da importância de uma abordagem sistemática à deteção e resolução de problemas de qualidade de energia. A história é de Mike, um profissional independente que trabalha com várias instalações de fabrico de alta tecnologia.

Medir tensão de alimentação

Medir tensão de alimentação

 

O problema

Mike teve uma reunião no local com um gestor das instalações que se sentia frustrado com o sistema elétrico. De acordo com o gestor, parecia que nenhum componente elétrico nas suas instalações funcionava adequadamente e ninguém conseguia determinar o porquê ou arranjar uma solução. O gestor contou a Mike que três dos seus eletricistas se tinham demitido e que estava agora com um grave problema.

Mike fez perguntas para ter uma imagem mais detalhada do problema, embora o feedback não tivesse sido útil. Uma vez que gosta de seguir sempre o princípio “Na dúvida, começamos pela vítima, a carga”, Mike pediu para ir à área do edifício onde os problemas eram piores.

Pistas visuais

Num canto encontrava-se um enorme equipamento médico que estava a realizar um procedimento de teste crítico. O equipamento tinha um ecrã grande, teclado e painel de controlo com vários cabos e tubos que conduziam a outras partes do equipamento. O ecrã do operador mostrava que o procedimento de teste estava “Em curso”.

Ao lado do equipamento encontrava-se uma área de trabalho para reparação de placas de circuito. A área de trabalho tinha um ferro de soldar, lentes de ampliação iluminadas e uma ventoinha. A tomada múltipla da área de trabalho estava ligada no mesmo recetáculo que o enorme equipamento médico. Mike observou que a pessoa que se encontrava na área de trabalho se inclinou e ligou a ventoinha. Nesse momento, o ecrã do operador no equipamento médico ficou momentaneamente desligado e quando se ligou novamente apresentava “Repor programa” em grandes letras.

Medição e avaliação

Mike mediu a tensão no recetáculo que alimentava ambos os equipamentos. O seu multímetro digital Fluke 87 V media 115 V. O gestor das instalações repetiu a medição com o seu multímetro digital robusto Fluke 27 II , que apresentava 118 V. Porquê a diferença? 

O Fluke 87 V fornece medições True-RMS corretas, mas leituras mais baixas do que os instrumentos médios de resposta, tais como o Fluke 27 II, em ondas quadradas e formas de onda que parecem ondas quadradas. Mike ligou o seu ScopeMeter industrial Fluke 120B e apresentou a forma de onda da tensão. O display mostrava que a forma de onda estava gravemente cortada no topo, o que a tornava mais parecida com uma onda quadrada do que com uma onda sinusoidal. O valor no pico media apenas 135 V, em vez dos esperados 162 V. 

Forma de onda da tensão de alimentação do equipamento médico (simulação)

Forma de onda da tensão de alimentação do equipamento médico (simulação)

 

Mike fez um diagrama de linha única do sistema. A linha única mostrava que o transformador que abastecia a área de teste estava no canto oposto do edifício, a mais de 150 metros de distância. A maior parte das cargas nesse transformador não eram lineares e geravam correntes de pico elevadas no pico da tensão. A combinação de correntes de pico elevadas com a elevada impedância do longo percurso combinavam-se para produzir um grave corte de tensão no fim do circuito, mesmo onde se encontrava a área de teste.

Diagrama de linha única parcial da instalação de fabrico de alta tecnologia

Diagrama de linha única parcial da instalação de fabrico de alta tecnologia

 

Teoria e análise

Uma vez que os circuitos internos do equipamento médico funcionavam em baixa tensão DC, a fonte de alimentação interna teria um circuito de entrada de díodo/condensador que necessitava de uma determinada tensão mínima no pico para um funcionamento adequado. A placa de identificação no equipamento médico mostrava que a máquina necessitava de uma tensão de alimentação entre 100 e 135 V rms AC. Os engenheiros que criaram a máquina e especificaram na placa de identificação partiram do princípio de que a tensão de alimentação seria uma onda sinusoidal, por isso, o pico mínimo seria 141 V (100 x 1.41). Uma vez que o valor medido do pico da tensão de entrada era de apenas 135 V, o equipamento funcionava com um pico de tensão que já era 6 V abaixo do mínimo absoluto necessário. Quando a ventoinha era ligada, o pico de corrente gerado pelo motor da ventoinha diminuía ainda mais a tensão até um ponto em que a fonte de alimentação da máquina ficava desregulada. Era isto que estava a causar a reinicialização do equipamento.

Solução

O problema do corte no pico de tensão (parte superior plana) é comum em instalações de alta tecnologia. Muitos dos edifícios agora em funcionamento não foram construídos para suportar o vasto conjunto de computadores e cargas não lineares que são tão habituais hoje em dia.

Neste caso, seria necessário fazer novas ligações de forma abrangente para reduzir a queda de tensão entre o transformador e a carga. Uma alternativa seria mover as cargas mais sensíveis para um local mais perto do transformador.