Pesquisa de teste de aprimoramento de medidor inteligente monofásico-Conhecimento

Como um componente-chave da grade inteligente, a confiabilidade dos medidores inteligentes monofásicos recebeu atenção crescente. O Reallin usou o método de teste de aprimoramento de confiabilidade (RET) para medidores inteligentes monofásicos. Através da análise histórica de dados e do modo de falha e da análise de efeitos (FMEA), foram identificadas as principais tensões sensíveis e links fracos que afetam a confiabilidade dos medidores inteligentes monofásicos. Com base na teoria da confiabilidade e combinada com as características técnicas dos medidores inteligentes monofásicos da Grid State, um esquema de teste de aprimoramento de confiabilidade de alta temperatura foi projetado e implementado. Os resultados do teste mostram que esse método pode expor efetivamente o modo de falha em condições de trabalho sensíveis e determinar o limite de trabalho e o limite de danos. Este estudo fornece uma base confiável para a faixa de segurança de testes de vida acelerada subsequente e estabelece uma base para a pesquisa de confiabilidade de medidores inteligentes.

Palavras -chave:medidor inteligente monofásico; Teste de aprimoramento de confiabilidade; Teste de tensão de etapa de alta temperatura

Contente

1. O que é um medidor inteligente monofásico
2. Teste de aprimoramento de confiabilidade
2.1 Ret de medidor inteligente monofásico
2.2 Medidor inteligente de fase monofásica RET RET
2.2.1 Visão geral do RET da etapa de alta temperatura
2.2.2 itens de teste
3. Análise de resultado do teste
4 Conclusão

1. O que é um medidor inteligente monofásico?

Como a infraestrutura do sistema de coleta de informações inteligentes da Grid, os medidores inteligentes monofásicos têm as características de fornecer serviços oportunos e eficazes aos residentes. Se a confiabilidade dos medidores inteligentes for ruim, isso não apenas afetará seriamente a operação da grade inteligente, causando enormes custos de substituição do medidor, mas também pode causar facilmente disputas de eletricidade. Portanto, é crucial avaliar e melhorar a confiabilidade de medidores inteligentes monofásicos para todo o sistema de grade inteligente. Para estudar a confiabilidade dos medidores inteligentes monofásicos, escolhemos o método acelerado de teste de vida (ALT), que é um método eficaz, eficiente e amplamente utilizado para avaliação da vida e pesquisa de confiabilidade de produtos de alta tecnologia. No entanto, antes do teste, devemos determinar a faixa de segurança do teste de vida acelerado (ALT) e o modo de falha mais provável do medidor inteligente sob estresse sintético.

O medidor inteligente monofásico é um produto de alta tecnologia com as características de alta confiabilidade e vida útil longa. É inconveniente e demorado realizar o teste de avaliação de confiabilidade em condições normais de trabalho. Por outro lado, o teste de aprimoramento de confiabilidade, como teste de estimulação de estresse ambiental, tem sido amplamente estudado por estudiosos em casa e no exterior desde o final do século XX. Um grande número de resultados experimentais mostra que o RET pode expor rapidamente o modo de falha do produto, determinar efetivamente o limite de trabalho e o limite de danos do produto e, em seguida, fornecer uma faixa de segurança para o teste de vida acelerado posterior de acordo com o limite de trabalho. Atualmente, inúmeros exemplos de RET foram expandidos com sucesso para as áreas de comunicação, energia, medicina, eletrônica, instrumentação etc., melhorando a confiabilidade dos produtos, reduzindo o ciclo de design e produção e alcançar benefícios econômicos significativos. No entanto, não existe um sistema completo para uma análise abrangente da confiabilidade dos medidores inteligentes. A Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd explora o método RET de medidores inteligentes monofásicos, com o objetivo de explorar o modo de falha e o limite do produto sob a ação do estresse abrangente. Esta é uma tentativa benéfica do RET para medidores inteligentes monofásicos, que fornece uma base científica para pesquisas posteriores e melhoria da confiabilidade dos produtos de medidores inteligentes no setor.

2. Teste de aprimoramento de confiabilidade

O teste de aprimoramento de confiabilidade (RET) é um teste de estresse ambiental com base na teoria da física de falhas e na tomada do modo de falha do produto como objeto de pesquisa. O teste detecta rapidamente defeitos potenciais aumentando gradualmente o estresse ambiental único ou combinado que é muito mais desfavorável que a condição de tensão normal, reduzindo assim o tempo de teste e aumentando a eficiência. Seu principal objetivo é determinar os links fracos e os modos de falha sob o estresse combinado e explorar o limite operacional e o limite de falha do produto.

O limite de especificação é o tipo de limite fornecido pelo medidor que produzimos. Espera -se que o produto funcione dentro desse limite. O limite de design é o limite dentro do qual o produto pode funcionar corretamente. A diferença entre o limite de design e o limite de especificação é chamada de margem de projeto. O limite operacional é a linha divisória entre operação normal e falha, sob a qual o produto não falhará e pode atender aos requisitos básicos dos clientes para obter qualidade e função do produto. O teste de vida acelerado geralmente é realizado dentro desse limite. O limite de destruição refere -se ao intervalo em que o produto pode funcionar sem falha irreversível. O teste de aprimoramento de confiabilidade é geralmente usado para determinar o limite de destruição do produto.

O RET geralmente adota o método de teste de estresse de etapa. O tipo de estresse pode ser estresse ambiental, como vibração, temperatura, umidade, spray de sal, etc. ou estresse de trabalho, como tensão, fonte de alimentação etc. Durante o experimento, o nível de tensão é aplicado de baixo a alto e cada nível de tensão deve ser mantido por um período de tempo. O teste não será interrompido até que todas as amostras falhem.

2.1 Smart Meter Ret de fase-single
Pontos fracos e estresse sensível do medidor inteligente monofásico

O Smart Meter é um medidor de energia elétrica com funções como medição de energia elétrica, armazenamento de informações, troca de processamento, comunicação de rede, monitoramento em tempo real e controle automático. O medidor inteligente monofásico usado neste teste consiste em uma unidade de amostragem e medição, uma unidade de microcontrolador (MCU), uma unidade de exibição LCD, uma unidade de comunicação, uma unidade de fonte de alimentação e outros módulos de unidade. O diagrama esquemático estrutural do medidor inteligente monofásico é mostrado na Figura 2. O medidor inteligente monofásico usado consiste em uma unidade de amostragem e medição, uma unidade de microcontrolador (MCU), uma unidade de exibição LCD, uma unidade de comunicação, uma unidade de fonte de alimentação e outros modelos de unidade. O diagrama esquemático estrutural do medidor inteligente monofásico é mostrado na Figura 1.

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Figura 1 Diagrama estrutural de um medidor inteligente monofásico

Com base nos resultados da análise de dados históricos e do modo de falha e análise de efeitos (FMEA), descobrimos que a função desse medidor inteligente monofásico é facilmente afetada pelo estresse de temperatura no ambiente de trabalho natural. A temperatura inadequada pode causar uma variedade de falhas, como erros de medição, falha da luz indicadora, anormalidade de exibição e interrupção da comunicação.

O estudo constatou que a unidade de medição, a tela LCD e o módulo de comunicação 485 são os principais elos fracos. A baixa temperatura afeta principalmente a tela do LCD, enquanto a alta temperatura tem um impacto maior no geral, especialmente os componentes eletrônicos, o que pode causar alterações físicas e danos cumulativos.

Em resumo, a alta temperatura é identificada como um fator de tensão -chave que afeta a confiabilidade do medidor. Com base nesses achados, selecionamos um medidor de energia inteligente monofásica para o teste de aprimoramento de confiabilidade de alta temperatura (RET) para estudar ainda mais o impacto da temperatura no desempenho do medidor e fornecemos uma base científica para melhorar sua confiabilidade.

2.2 RET de alta temperatura do medidor inteligente monofásico

O RET no medidor inteligente monofásico está passando por um teste de temperatura de etapa, que aplica continuamente a tensão de etapa de alta temperatura ao instrumento de teste. O teste não parará até que o nível de tensão atinja o limite de danos ou o limite máximo do instrumento de teste. Durante o teste, os principais parâmetros de desempenho do medidor inteligente são monitorados em tempo real e seu modo de falha é registrado. Então, através da análise dos dados do teste, são determinados seu limite de trabalho e o limite de danos em alta temperatura.

Categoria de parâmetro	Nome do parâmetro	Valor do parâmetro	Descrição
Características elétricas	Tensão de referência	220V	Tensão de trabalho padrão
	Especificação atual	5(60)A	Atual 5A básico, máximo 60a
	Nível de precisão	Nível 1	Adequado para medição de energia ativa
	Faixa de frequência	(50 ± 2,5) Hz	Aplicável à rede elétrica padrão
	Consumo de energia quiescente	<1.5W,10VA	Projeto de baixo consumo de energia
Adaptabilidade ambiental	Temperatura operacional	-25 grau ~ 60 graus -40 grau ~ 70 grau	Faixa de temperatura da especificação
Adaptabilidade ambiental	Umidade relativa	<95%	Temperatura operacional extrema
Confiabilidade	Mttf	Maior ou igual a 10 anos	Tempo médio entre falhas

2.2.1 Visão geral da etapa de alta temperatura RET

Este estudo deita apenas a influência da alta temperatura e adota o seguinte esquema: exceto pelos parâmetros de temperatura, outros parâmetros são definidos de acordo com os valores de parâmetros técnicos mostrados na Tabela 1. A faixa de temperatura normal do medidor inteligente é {{}}} grau ~ +60} grau e o limite de trabalho é {}}}} ~ ~ ~ S1.

Considerando que o limite de trabalho recomendado do chip dentro do medidor é geralmente entre 80 graus a 85 graus, a etapa de temperatura é uniformemente definida como 5 graus e a taxa de mudança de temperatura é controlada abaixo de 2,5 graus \/min. Para observar completamente a influência da temperatura no medidor, cada nível de temperatura é mantido por 30 minutos.

A Figura 3 mostra o processo do teste RET de alta temperatura. Durante o teste, a temperatura é aumentada continuamente até que todas as peças de teste falhem em um certo nível de temperatura (t +1, eu maior ou igual a 1). Então a temperatura é reduzida ao nível anterior (Ti). Se todas as peças de teste puderem funcionar normalmente no nível Ti, Ti +1 é determinado como a temperatura limite de trabalho. Depois de determinar o limite de trabalho, continue testando para explorar o limite de danos. O método é realizar testes mais detalhados na faixa de temperatura próxima ao limite de trabalho. Por exemplo, se a peça de teste não puder retomar a operação normal depois de permanecer na temperatura TJ por 30 minutos, o TJ poderá ser identificado como a temperatura do limite de danos. Se a peça de teste puder retomar a operação normal, continue aumentando o teste de temperatura até que o limite máximo de temperatura do equipamento de teste seja atingido.

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Esse método pode determinar com precisão o limite de trabalho e o limite de danos dos medidores inteligentes, fornecendo dados importantes para avaliar sua confiabilidade de alta temperatura.

2.2.2 itens de teste

Com base no instrumento de teste e na capacidade da câmara de teste, 16 medidores inteligentes monofásicos foram selecionados como amostras para teste. Este RET inclui três etapas: primeiro, um teste geral de avaliação de desempenho é realizado antes do RET para garantir que todas as peças sejam qualificadas. Segundo, os itens de monitoramento on-line usados durante o RET são usados para explorar as tendências em mudança dos links fracos dos medidores inteligentes monofásicos. Finalmente, após o RET, um teste abrangente de avaliação de desempenho é realizado à temperatura ambiente e os dados do teste são registrados em tempo real. Os itens de teste de cada etapa são mostrados na Figura 4.

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Figura 4 itens de teste

3. Análise dos resultados dos testes

Os dados mostram que o erro da amostra aumenta linearmente com o aumento da temperatura e a tendência média de erro está positivamente correlacionada com a mudança de temperatura. O aumento da temperatura leva a um aumento no número de falhas dos espécimes com erros excessivos. Quando a temperatura excede 120 graus, todos os instrumentos não podem medir porque o sinal de pulso da medição de erro é perdido.

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Figura 5. Estatísticas dos erros de medição em diferentes estágios de temperatura

Temperatura (grau)	Intervalo de erros (%)	Erro médio (%)	Display LCD	485 Comunicação	Status geral
23	0.00~0.15	0.04	⭕	⭕	⭕
70	0.30~0.70	0.45	⭕	⭕	⭕
75	0.30~0.80	0.60	⭕	⭕	⭕
80	0.40~1.00	0.70	⭕	⭕	⭕
85	0.50~1.05	0.70	⭕	△	△
90	0.55~1.10	0.75	△	△	▲
95	0.60~1.15	0.80	■	△	■
100	0.65~1.20	0.85	●	△	■
110	0.70~1.25	0.90	●	■	■
120	\	\	●	●	●
130	\	\	●	●	●
150	\	\	●	●	●
Nota: ⭕ Normal; △ Minor Impacto; ▲ Impacto significativo; ■ Impacto grave; ● Falha completa

Tabela 2 Relação entre a temperatura RET e o desempenho do medidor

(1) Alteração do erro de medição: 23 grau: 0. 151% (valor máximo de erro, benchmark), 7 0 grau: 0,701% (valor máximo de erro, aumento significativo), 95 graus: 1,150% (valor máximo de erro, aumento contínuo), 120 graus: sem sinal (falha completa).

(2) Desempenho da tela LCD: 90 graus: ligeiramente diminuído, 95 graus: os caracteres não podem ser exibidos, 100 graus: tela preta.
(3) 485 Comunicação: 85 grau: Primeira falha, 110 graus: a maioria das falhas, 120 graus: falha completa.
(4) Pontos críticos de temperatura: 95 graus: temperatura limite de operação (falha em larga escala LCD), 120 graus: temperatura abrangente de falha funcional, 150 graus: temperatura limite de dano estimado.
(5) Processo de falha: 70 graus ~ 85 graus: amostras individuais começaram a falhar, 95 graus: o número de falhas aumentou significativamente, 120 graus: todas as amostras falharam completamente.
(6) Capacidade de recuperação: quando a temperatura cai para 90 graus, a maioria das funções é restaurada; Quando a temperatura cai para a temperatura ambiente, a maioria das amostras retorna ao normal.

De acordo com a teoria da confiabilidade do sistema, o medidor inteligente monofásico pode ser considerado como um sistema em série composto por vários módulos de unidade. Qualquer falha na unidade pode fazer com que todo o sistema falhe. Com base no "efeito da banheira", a unidade que falha primeiro durante o teste de aprimoramento de confiabilidade (RET) é a parte mais fraca do sistema. Os resultados experimentais mostram que a unidade de exibição LCD é o componente mais suscetível à temperatura no medidor inteligente monofásico.

Com base no fenômeno que a tela de cristal líquido LCD desaparece em 95 graus e todos os medidores testados podem ser identificados como falhados nessa temperatura, podemos estimar 95 graus como o limite de temperatura operacional do medidor inteligente monofásico. Embora a função de monitoramento on -line falhe completamente em 120 ° C, a maioria dos peças se recuperou quando a temperatura cai para 90 graus. Este RET foi terminado em 150 graus (o limite superior da câmara de teste de calor úmida alternada de alta e baixa temperatura). Depois de cair para a temperatura ambiente, a maioria dos medidores passou no teste abrangente de desempenho e retomou a operação normal. Pode -se inferir que a temperatura limite de dano do medidor inteligente deve ser superior a 150 graus.

Os resultados mostram que o limite de trabalho da amostra de teste é 25k maior que o limite de projeto e há uma grande margem entre o limite de danos e o limite de trabalho. Isso mostra que o medidor inteligente monofásico usado neste RET possui alta confiabilidade e pode manter uma operação estável em ambientes agressivos.

4 Conclusão

Com base no princípio do RET e nas características dos medidores inteligentes monofásicos, um teste de aprimoramento de confiabilidade de alta temperatura foi projetado e conduzido. O teste verificou os resultados da análise de dados históricos e do FMEA e acreditava que os vínculos fracos do medidor eram a unidade de medição, a unidade de exibição LCD e a unidade de comunicação 485, entre as quais a tela LCD foi a mais fraca; O modo de falha sob alta temperatura foi medido erro fora da tolerância, falha na exibição do LCD e falha na comunicação 485; O limite de trabalho de alta temperatura foi determinado em 95 graus e o limite de danos foi superior a 150 graus. A implementação bem -sucedida deste RET não apenas verificou a viabilidade do plano de teste, mas também forneceu uma base para a seleção de parâmetros e a determinação da faixa de segurança do teste de vida acelerado subsequente. Ao mesmo tempo, estabeleceu as bases para mais pesquisas sobre testes de aprimoramento de confiabilidade de medidores inteligentes

Pesquisa de teste de aprimoramento de medidor inteligente monofásico