การวินิจฉัยปัญหาคุณภาพของไฟฟ้าในระบบไฟฟ้ารุ่นเก่า

กรณีของเครื่องจักรทางการแพทย์ที่ทำงานผิดปกติเป็นตัวอย่างดั้งเดิมของความสำคัญในการดำเนินการแก้ไขปัญหาด้านคุณภาพของไฟฟ้าอย่างเป็นระบบ เรื่องนี้มาจาก Mike ซึ่งเป็นผู้รับเหมาอิสระ เขาทำงานร่วมกับโรงงานผลิตที่มีเทคโนโลยีสูงหลายแห่ง

 

ปัญหา

Mike มีการประชุมบนไซต์กับผู้จัดการฝ่ายอาคารซึ่งรู้สึกผิดหวังกับระบบไฟฟ้าของเขา ตามความเห็นของผู้จัดการ ไม่มีระบบไฟฟ้าในอาคารใดที่ดูเหมือนจะทำงานได้อย่างถูกต้อง และไม่มีใครสามารถระบุสาเหตุหรือเสนอทางออกใดได้เลย ผู้จัดการยังได้บอก Mike อีกว่าช่างไฟฟ้าสามคนของเขาลาออกไปแล้ว และตอนนี้เขากำลังประสบปัญหาอย่างแท้จริง

Mike ถามคำถามเพื่อให้เห็นภาพรวมของปัญหาอย่างละเอียดมากขึ้น แม้ว่าความคิดเห็นนั้นจะไม่ได้ให้ข้อมูลใดๆ ที่เป็นประโยชน์ก็ตาม เนื่องจากเขามักจะปฏิบัติตามหลักการ “เมื่อมีข้อสงสัย ให้เริ่มต้นที่จุดที่เสียหายที่สุด” Mike จึงขอให้พาเขาไปยังบริเวณอาคารที่มีปัญหามากที่สุด

ข้อมูลภาพ

ที่มุมหนึ่งมีเครื่องจักรทางการแพทย์ขนาดใหญ่ที่กำลังดำเนินการขั้นตอนการทดสอบที่สำคัญ เครื่องจักรมีหน้าจอแสดงผล แป้นพิมพ์ และแผงควบคุมขนาดใหญ่ พร้อมสายและท่ออีกมากมายที่นำไปสู่ชิ้นส่วนอื่นๆ ของอุปกรณ์ หน้าจอแสดงผลการปฏิบัติงานแสดงว่าขั้นตอนการทดสอบคือ “อยู่ระหว่างดำเนินการ”

ถัดจากเครื่องจักรคือโต๊ะปฏิบัติงานที่จัดขึ้นสำหรับการซ่อมแผงวงจร โต๊ะปฏิบัติงานมีหัวแร้ง เลนส์ขยายที่มีไฟส่องสว่าง และพัดลม ปลั๊กไฟของโต๊ะปฏิบัติงานเสียบเข้ากับเต้ารับเดียวกันกับเครื่องจักรทางการแพทย์ขนาดใหญ่ Mike สังเกตเห็นบุคคลที่โต๊ะปฏิบัติงานซึ่งเอื้อมแขนไปเปิดพัดลม ในขณะนั้น หน้าจอแสดงผลการปฏิบัติงานบนเครื่องจักรทางการแพทย์ว่างเปล่าชั่วขณะหนึ่ง แล้วกลับมาแสดงอีกครั้งโดยมีคำว่า “รีเซ็ตโปรแกรม” ปรากฏเป็นตัวอักษรขนาดใหญ่

การวัดผลและประเมินผล

Mike ได้วัดแรงดันไฟฟ้าที่เต้ารับซึ่งใช้งานกับทั้งสองโหลด มัลติมิเตอร์อุตสาหกรรม Fluke 87 V ของเขาวัดแรงดันไฟฟ้าได้ 115 V ผู้จัดการอาคารทำการวัดซ้ำด้วยดิจิตอลมัลติมิเตอร์ Fluke 27 II รุ่นทนทานซึ่งแสดงค่าแรงดันไฟฟ้าได้ 118 V เหตุใดจึงมีความแตกต่าง 

Fluke 87 V ให้การวัดแบบ True -rms ซึ่งจะให้การอ่านค่าที่ถูกต้องแต่ต่ำกว่าอุปกรณ์ตอบรับแบบ Average-responding เช่น Fluke 27 II บนคลื่นจัตุรัสหรือรูปแบบคลื่นที่มีลักษณะเหมือนกับคลื่นจัตุรัส Mike ได้เชื่อมต่อ Fluke 120B Industrial ScopeMeter ของเขาและแสดงรูปแบบคลื่นแรงดันไฟฟ้า การแสดงผลแสดงให้เห็นว่ารูปแบบคลื่นถูกตัดอย่างรุนแรงที่ด้านบน ทำให้เหมือนกับคลื่นจัตุรัสมากกว่าคลื่นไซน์ ค่าสูงสุดที่วัดได้เพียง 135 V เท่านั้น แทนที่จะเป็น 162 V ดังที่คาดไว้ 

 

Mike วาดแผนภาพเส้นเดียวของระบบ แผนภาพแสดงให้เห็นว่าหม้อแปลงที่ใช้ในพื้นที่ทดสอบอยู่ที่มุมตรงข้ามของอาคาร ซึ่งอยู่ห่างออกไปเกือบ 500 ฟุต โหลดส่วนใหญ่บนหม้อแปลงไม่ใช่แบบเส้นตรงและดึงกระแสสูงสุดที่จุดสูงสุดของแรงดันไฟฟ้า การรวมกันของกระแสสูงสุดสูงและอิมพีแดนซ์สูงของการทำงานระยะไกลสร้างการตัดแรงดันไฟฟ้าที่รุนแรงที่ปลายวงจรในตำแหน่งที่พื้นที่ทดสอบอยู่

 

ทฤษฎีและการวิเคราะห์

เนื่องจากวงจรภายในของเครื่องจักรทางการแพทย์ทำงานด้วยกระแสไฟ DC แรงดันต่ำ แหล่งจ่ายไฟภายในจะมีวงจรอินพุตไดโอด/ตัวเก็บประจุที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าสูงสุดขั้นต่ำเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง ป้ายชื่อบนเครื่องจักรทางการแพทย์แสดงให้เห็นว่าเครื่องจักรจำเป็นต้องมีแรงดันแหล่งจ่ายไฟ AC ระหว่าง 100 และ 135 V rms วิศวกรที่ออกแบบเครื่องจักรและระบุป้ายเชื่อว่าแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายจะเป็นแบบคลื่นไซน์ ดังนั้นค่าสูงสุดต่ำสุดจะเท่ากับ 141 V สูงสุด (100 x 1.41) เนื่องจากค่าที่วัดได้ของแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงสุดคือ 135 V เครื่องจึงทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ต่ำกว่าค่าต่ำสุดที่ต้องการอยู่แล้วเป็นปริมาณ 6 V เมื่อเปิดพัดลม กระแสไฟกระชากที่ดึงโดยมอเตอร์พัดลมจะลดแรงดันไฟฟ้าลงไปอีกจนถึงจุดที่กระแสไฟฟ้าของเครื่องจักรไม่เพียงพอที่แหล่งจ่ายไฟทำงานได้ นี่คือสาเหตุที่ทำให้เครื่องจักรรีเซ็ต

การแก้ไข

ปัญหาของการตัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุด (Flat Topping) มักพบได้ในอาคารที่ใช้เทคโนโลยีสูง อาคารหลายแห่งที่ใช้งานอยู่ในขณะนี้ไม่ได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับคอมพิวเตอร์จำนวนมากและการโหลดที่ไม่ใช่แบบเส้นตรงซึ่งพบได้ทั่วไปในปัจจุบัน

ในกรณีนี้ จำเป็นต้องเดินสายไฟเพิ่มเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าตกระหว่างหม้อแปลงและโหลด อีกทางเลือกหนึ่งคือการเคลื่อนย้ายโหลดที่มีความไวมากที่สุดให้เข้าใกล้หม้อแปลงมากขึ้น