Investigació de proves de millora de la fiabilitat intel·ligent del mesuració intel·ligent única

 

 

Com a infraestructura del sistema de recollida d’informació de la xarxa intel·ligent, els comptadors intel·ligents monofàsics tenen les característiques de proporcionar serveis puntuals i eficaços als residents. Si la fiabilitat dels comptadors intel·ligents és deficient, no només afectarà greument el funcionament de la xarxa intel·ligent, provocant grans costos de substitució del mesurador, sinó que també pot causar conflictes d’electricitat fàcilment. Per tant, és crucial avaluar i millorar la fiabilitat dels comptadors intel·ligents monofàsics per a tot el sistema de xarxa intel·ligent. Per estudiar la fiabilitat dels comptadors intel·ligents monofàsics, es va triar el mètode Accelerated Life Testing (ALT), que és un mètode eficaç, eficaç i àmpliament utilitzat per a la investigació de la vida i la investigació de fiabilitat de productes d’alta tecnologia. Tanmateix, abans de provar -ho, hem de determinar el rang de seguretat de la prova de vida accelerada (ALT) i el mode de fallada més probable del mesurador intel·ligent sota estrès sintètic.

 

El mesurador intel·ligent monofàsic és un producte d’alta tecnologia amb les característiques de l’alta fiabilitat i la llarga vida útil. És inconvenient i requereix temps per realitzar una prova d’avaluació de fiabilitat en condicions de treball normals. En canvi, la prova de millora de la fiabilitat, com a prova d’estimulació de l’estrès ambiental, ha estat àmpliament estudiat pels estudiosos a casa i a l’estranger des de finals del segle XX. Un gran nombre de resultats experimentals demostren que RET pot exposar ràpidament el mode de fallada del producte, determinar eficaçment el límit de treball i el límit de danys del producte i, a continuació, proporcionar un rang de seguretat per a la prova de vida posteriorment accelerada segons el límit de treball. Avui en dia, infinitat d’exemples de RET s’han ampliat amb èxit als camps de comunicacions, energia, mèdica, electrònica, instrumentació, etc., millorant la fiabilitat dels productes, escurçant el cicle de disseny i producció i aconseguint beneficis econòmics importants. Tot i això, no hi ha cap sistema complet per a l’anàlisi integral de la fiabilitat dels comptadors intel·ligents. Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd explora el mètode Ret dels comptadors intel·ligents monofàsics, amb l’objectiu d’explorar el mode de fallada i el límit del producte sota l’acció de l’estrès integral. Aquest és un intent beneficiós de RET per a comptadors intel·ligents monofàsics, que proporciona una base científica per a la investigació posterior i la millora de la fiabilitat dels productes de comptadors intel·ligents a la indústria.

 

La prova de millora de la fiabilitat (RET) és un test d’estrès ambiental basat en la teoria de la física del fracàs i prenent el mode de fallada del producte com a objecte de recerca. La prova detecta ràpidament defectes potencials augmentant gradualment la tensió ambiental única o combinada que és molt més desfavorable que la condició de tensió normal, reduint així el temps de prova i augmentant l'eficiència. El seu propòsit principal és determinar els enllaços i els modes de fallada febles sota l’estrès combinat i explorar el límit de funcionament i el límit de fallada del producte.

 

Figura 1 Diagrama estructural d’un mesurador intel·ligent monofàsic

 

A partir dels resultats de l’anàlisi de dades històriques i el mode de fallada i l’anàlisi d’efectes (FMEA), vam trobar que la funció d’aquest mesurador intel·ligent monofàsic es veu fàcilment afectada per l’estrès de la temperatura en l’entorn de treball natural. La temperatura inadequada pot causar diverses fallades, com ara errors de mesura, fallada de llum indicador, anormalitat de visualització i interrupció de la comunicació.

 

L’estudi va trobar que la unitat de mesurament, la pantalla LCD i el mòdul de comunicació 485 són els principals enllaços febles. La temperatura baixa afecta principalment la pantalla LCD, mentre que la temperatura alta té un impacte més gran en el conjunt, especialment els components electrònics, que poden causar canvis físics i danys acumulats.

 

En resum, la temperatura alta s’identifica com un factor d’estrès clau que afecta la fiabilitat del mesurador. A partir d’aquestes troballes, hem seleccionat un mesurador d’energia intel·ligent monofàsic per a la prova de millora de la fiabilitat d’alta temperatura (RET) per estudiar encara més l’impacte de la temperatura sobre el rendiment del mesurador i proporcionar una base científica per millorar la seva fiabilitat.

 

2,2 Ret a alta temperatura del mesurador intel·ligent monofàsic

 

La RET del mesurador intel·ligent monofàsic està experimentant una prova de temperatura de pas, que aplica contínuament la tensió de pas a temperatura a l'instrument de prova. La prova no s’aturarà fins que el nivell d’estrès arribi al límit de dany o al límit màxim de l’instrument de prova. Durant la prova, els paràmetres de rendiment clau del mesurador intel·ligent es controlen en temps real i es registra el seu mode de fallada. A continuació, mitjançant l’anàlisi de les dades de prova, es determina el límit de treball i el límit de dany a alta temperatura.

 

Categoria de paràmetres	Nom del paràmetre	Valor del paràmetre	Descripció
Característiques elèctriques	Tensió de referència	220V	Tensió de treball estàndard
	Especificació actual	5(60)A	Corrent bàsic 5a, màxim 60A
	Nivell de precisió	Nivell 1	Apte per a la mesura de potència activa
	Rang de freqüències	(50 ± 2,5) Hz	Aplicable a la xarxa de potència estàndard
	Consum d’energia tranquil·la	<1.5W,10VA	Disseny de baix consum d'energia
Adaptabilitat ambiental	Temperatura de funcionament	-25 grau ~ 60 graus -40 grau de grau ~ grau de 70 graus	Interval de temperatures d'especificació
	Humitat relativa	<95%	Temperatura de funcionament extrema
Fiabilitat	Mttf	Més gran o igual a 10 anys	Temps mitjà entre fracassos

 

2.2.1 Visió general del pas de temperatura alta Ret

 

This study only considers the influence of high temperature, and adopts the following scheme: except for the temperature parameters, other parameters are set according to the technical parameter values ​​​​shown in Table 1. The normal temperature range of the smart meter is -25 degree ~+60 degree , and the working limit range is -40 degree ~+70 degree , so 70 degree is selected as the Temperatura inicial S1.

 

Tenint en compte que el límit de treball recomanat del xip dins del mesurador sol estar entre 80 graus ~ 85 graus, el pas de temperatura es fixa uniformement en 5 graus i la velocitat de canvi de temperatura es controla per sota de 2,5 graus \/min. Per tal d’observar completament la influència de la temperatura al mesurador, cada nivell de temperatura es manté durant 30 minuts.

 

La figura 3 mostra el procés de la prova de RET de temperatura alta. Durant la prova, la temperatura augmenta contínuament fins que totes les peces de prova fracassen a un nivell de temperatura determinat (T +1, i més gran o igual a 1). A continuació, la temperatura es redueix al nivell anterior (TI). Si totes les peces de prova poden funcionar normalment al nivell Ti, Ti +1 es determina com la temperatura del límit de treball. Després de determinar el límit de treball, continueu provant per explorar el límit de danys. El mètode és realitzar proves més detallades en el rang de temperatures a prop del límit de treball. Per exemple, si la peça de prova no pot reprendre el funcionament normal després de romandre a la temperatura TJ durant 30 minuts, es pot identificar TJ com a temperatura límit de dany. Si la peça de prova pot reprendre el funcionament normal, continueu augmentant la prova de temperatura fins que s’arribi al límit màxim de temperatura de l’equip de prova.

 

 

Aquest mètode pot determinar amb precisió el límit de treball i el límit de danys dels comptadors intel·ligents, proporcionant dades clau per avaluar la seva fiabilitat de la temperatura alta.

 

2.2.2 Elements de prova

 

A partir de l’instrument de prova i la capacitat de la cambra de prova, es van seleccionar 16 comptadors intel·ligents monofàsics com a mostres per a la prova. Aquesta RET inclou tres passos: primer, es realitza una prova global d’avaluació del rendiment abans de garantir que totes les peces de prova estiguin qualificades. En segon lloc, els elements de control en línia que s’utilitzen durant RET s’utilitzen per explorar les tendències canviants dels enllaços febles dels comptadors intel·ligents d’una sola fase. Finalment, després de RET, es realitza una prova integral d’avaluació del rendiment a temperatura ambient i les dades de la prova es registren en temps real. Els elements de prova de cada pas es mostren a la figura 4.

3. Anàlisi de resultats de les proves

(1) Canvi d'error de mesura: 23 graus: 0. 151% (valor d'error màxim, referència), 7 0 grau: 0,701% (valor màxim d'error, augment significatiu), 95 graus: 1,150% (valor màxim d'error, augment continu), 120 graus: sense senyal (fallada completa).

(2) Rendiment de visualització LCD: 90 graus: lleugerament enfosquit, 95 graus: els caràcters no es poden mostrar, 100 graus: pantalla negra.
(3) 485 Comunicació: 85 graus: primer fracàs, 110 graus: la majoria de fallades, 120 graus: fallada completa.
(4) Punts de temperatura crítics: 95 graus: Temperatura del límit de funcionament (fallada a gran escala de LCD), 120 graus: Temperatura de fallada funcional integral, 150 graus: temperatura de límit de dany estimat.
(5) Procés de fallada: 70 graus ~ 85 graus: les mostres individuals van començar a fallar, 95 graus: el nombre de fracassos va augmentar significativament, 120 graus: totes les mostres van fallar completament.
(6) Capacitat de recuperació: Quan la temperatura baixa fins als 90 graus, es restableixen la majoria de les funcions; Quan la temperatura baixa a temperatura ambient, la majoria de mostres tornen a la normalitat.

 

Segons la teoria de la fiabilitat del sistema, el mesurador intel·ligent monofàsic es pot considerar com un sistema en sèrie compost per diversos mòduls d’unitats. Qualsevol fallada de la unitat pot fer que tot el sistema falli. Basat en el "efecte de la banyera", la unitat que falla primer durant la prova de millora de la fiabilitat (RET) és la part més feble del sistema. Els resultats experimentals mostren que la unitat de visualització LCD és el component més susceptible a la temperatura en el mesurador intel·ligent monofàsic.

 

A partir del fenomen que la pantalla de cristall líquid LCD desapareix a 95 graus i tots els comptadors provats es poden identificar com a fallades a aquesta temperatura, podem estimar 95 graus com a límit de temperatura de funcionament del mesurador intel·ligent monofàsic. Tot i que la funció de control en línia falla completament a 120c, la majoria de les peces de prova s’han recuperat quan la temperatura baixa fins als 90 graus. Aquesta RET es va acabar a 150 graus (el límit superior de la cambra de prova de calor humida alta i baixa de temperatura). Després de caure a la temperatura ambient, la majoria dels comptadors van passar la prova de rendiment integral i van reprendre el funcionament normal. Es pot deduir que la temperatura límit de dany del mesurador intel·ligent hauria de ser superior a 150 graus.

 

Els resultats mostren que el límit de treball de la mostra de prova és de 25K superior al límit de disseny i hi ha un gran marge entre el límit de dany i el límit de treball. Això demostra que el mesurador intel·ligent monofàsic utilitzat en aquesta RET té una alta fiabilitat i pot mantenir un funcionament estable en entorns durs.

 

4 Conclusió

 

A partir del principi RET i de les característiques dels comptadors intel·ligents monofàsics, es va dissenyar i realitzar una prova de millora de fiabilitat a alta temperatura. La prova va verificar els resultats de l’anàlisi de dades històriques i la FMEA, i va creure que els enllaços febles del mesurador eren la unitat de mesura, la unitat de visualització LCD i la unitat de comunicació 485, entre la qual la pantalla LCD era la més feble; El mode de fallada a alta temperatura es va mesurar l'error fora de la tolerància, la fallada de la pantalla LCD i la fallada de la comunicació de 485; El límit de treball a alta temperatura es va determinar que era de 95 graus i el límit de danys era superior a 150 graus. La implementació amb èxit d’aquest RET no només va verificar la viabilitat del pla de prova, sinó que també va proporcionar una base per a la selecció de paràmetres i la determinació del rang de seguretat de la posterior prova de vida accelerada. Al mateix temps, va establir les bases per a més investigacions sobre proves de millora de la fiabilitat dels comptadors intel·ligents