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.
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.
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.
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.