스마트 그리드의 핵심 구성 요소로서 단일 상 스마트 미터의 신뢰성은 관심을 끌었습니다. Reallin은 단일 상 스마트 미터에 신뢰성 향상 테스트 (RET) 방법을 사용했습니다. 과거 데이터 분석 및 실패 모드 및 효과 분석 (FMEA)을 통해 단일 상 스마트 미터의 신뢰성에 영향을 미치는 주요 민감한 응력과 약한 링크가 확인되었습니다. 신뢰성 이론을 기반으로 State Grid의 단일 상 스마트 미터의 기술적 특성과 결합하여 고온 신뢰성 향상 테스트 체계가 설계 및 구현되었습니다. 테스트 결과는이 방법이 민감한 작업 조건에서 실패 모드를 효과적으로 노출시키고 작업 한도 및 손상 한계를 결정할 수 있음을 보여줍니다. 이 연구는 후속 가속 수명 테스트의 안전 범위에 대한 신뢰할 수있는 기초를 제공하고 스마트 미터의 신뢰성 연구를위한 기초가됩니다.
키워드 :단상 스마트 미터; 신뢰성 향상 테스트; 고온 단계 응력 테스트
콘텐츠
1. 단상 스마트 미터는 무엇입니까?
2. Reliability 향상 테스트
2.1 단일 위상 스마트 미터 ret
2.2 단일 위상 스마트 미터 고온 ret
2.2.1 고온 단계 RET 개요
2.2.2 테스트 항목
3. 검정 결과 분석
4 결론
1. 단상 스마트 미터 란 무엇입니까?
2. 신뢰성 향상 테스트
사양 한계는 우리가 생성하는 미터가 제공하는 한계 유형입니다. 제품은이 한도 내에서 작동 할 것으로 예상됩니다. 설계 한계는 제품이 제대로 작동 할 수있는 한계입니다. 설계 한계와 사양 한계의 차이를 설계 마진이라고합니다. 운영 한계는 정상 작동과 고장 사이의 분할 라인이며,이 아래에서 제품이 실패하지 않으며 제품 품질 및 기능에 대한 고객의 기본 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. 가속화 된 생명 테스트는 일반적 으로이 한계 내에서 수행됩니다. 파괴 한계는 제품이 돌이킬 수없는 실패없이 작동 할 수있는 범위를 나타냅니다. 신뢰성 향상 테스트는 일반적으로 제품의 파괴 한계를 결정하는 데 사용됩니다.
RET는 일반적으로 스텝 스트레스 테스트 방법을 채택합니다. 응력 유형은 진동, 온도, 습도, 소금 스프레이 등과 같은 환경 스트레스 일 수 있거나 전압, 전원 공급 장치 등과 같은 작업 응력이 될 수 있습니다. 실험 중에 응력 수준은 낮게 적용되며 각 응력 수준은 일정 기간 동안 유지되어야합니다. 모든 시편이 실패 할 때까지 테스트가 중지되지 않습니다.
2.1Single-wase smart meter ret
단상 스마트 미터의 약점과 민감한 응력
Smart Meter는 전기 에너지 측정, 정보 저장, 처리 교환, 네트워크 통신, 실시간 모니터링 및 자동 제어와 같은 기능을 갖춘 전기 에너지 미터입니다. 이 테스트에 사용 된 단일 위상 스마트 미터는 샘플링 및 계량 장치, 마이크로 컨트롤러 장치 (MCU), LCD 디스플레이 장치, 통신 장치, 전원 공급 장치 및 기타 장치 모듈로 구성됩니다. 단일 위상 스마트 미터의 구조적 회로도는 그림 2에 나와 있습니다. 사용 된 단일 위상 스마트 미터는 샘플링 및 계량 장치, MCU (Microcontroller 장치), LCD 디스플레이 장치, 통신 장치, 전원 공급 장치 및 기타 장치 모듈로 구성됩니다. 단일 위상 스마트 미터의 구조적 회로도는 그림 1에 나와 있습니다.
과거 데이터 분석 및 실패 모드 및 효과 분석 (FMEA)의 결과를 기반으로,이 단일 상 스마트 미터의 기능은 자연 작업 환경에서 온도 응력에 의해 쉽게 영향을 받는다는 것을 발견했습니다. 부적합한 온도는 측정 오류, 표시등 파괴, 표시 이상 및 통신 중단과 같은 다양한 고장을 유발할 수 있습니다.
이 연구는 계량 장치, LCD 디스플레이 및 485 통신 모듈이 주요 약한 링크임을 발견했습니다. 저온은 주로 LCD 디스플레이에 영향을 미치는 반면, 고온은 전체, 특히 전자 구성 요소에 더 큰 영향을 미치므로 물리적 변화와 누적 손상을 유발할 수 있습니다.
요약하면, 고온은 미터의 신뢰성에 영향을 미치는 주요 응력 계수로 식별됩니다. 이러한 결과를 바탕으로, 우리는 고온 신뢰성 향상 테스트 (RET)를위한 단일 상 스마트 에너지 미터를 선택하여 온도가 미터의 성능에 미치는 영향을 추가로 연구하고 신뢰성을 향상시키기위한 과학적 기초를 제공했습니다.
2.2 단상 스마트 미터의 고온 RET
단일 위상 스마트 미터의 RET는 단계 온도 테스트를 받고 있으며, 이는 테스트 기기에 고온 단계 응력을 지속적으로 적용합니다. 응력 수준이 손상 한계 또는 테스트 기기의 최대 한계에 도달 할 때까지 테스트가 중지되지 않습니다. 테스트 중에 스마트 미터의 주요 성능 매개 변수는 실시간으로 모니터링되며 고장 모드가 기록됩니다. 그런 다음 테스트 데이터의 분석을 통해 고온에서의 작업 한계와 손상 한계가 결정됩니다.
| 매개 변수 범주 | 매개 변수 이름 | 매개 변수 값 | 설명 |
| 전기 특성 | 기준 전압 | 220V | 표준 작동 전압 |
| 현재 사양 | 5(60)A | 기본 전류 5A, 최대 60A | |
| 정확도 수준 | 레벨 1 | 활성 전력 측정에 적합합니다 | |
| 주파수 범위 | (50 ± 2.5) Hz | 표준 전력망에 적용 가능합니다 | |
| 정지 전력 소비 | <1.5W,10VA | 저전력 소비 설계 | |
| 환경 적응성 | 작동 온도 | -25 학위 ~ 60도 -40 학위 ~ 70 학위 |
사양 온도 범위 |
| 상대 습도 | <95% | 극한의 작동 온도 | |
| 신뢰할 수 있음 | MTTF | 10 년보다 크거나 동일합니다 | 실패 사이의 평균 시간 |
2.2.1 고온 스텝 ret
이 연구는 고온의 영향 만 고려하고 다음 체계를 채택합니다. 온도 매개 변수를 제외하고, 다른 매개 변수는 표 1에 표시된 기술 매개 변수 값에 따라 설정됩니다. 스마트 미터의 정상 온도 범위는 -25 학위 ~ +60 학위이며, 작동 한계 범위는 -40} 학위 {4}}}}}}}}}}}}}}}} S1.
미터 내부의 칩의 권장 작업 한계는 일반적으로 80도 ~ 85도 사이이며 온도 단계는 균일하게 5 도로 설정되며 온도 변화 속도는 2.5도 \/분 미만으로 제어됩니다. 미터에 대한 온도의 영향을 완전히 관찰하기 위해, 각 온도 수준은 30 분 동안 유지됩니다.
그림 3은 스텝 고온 RET 테스트 과정을 보여줍니다. 시험 중에, 모든 시험 조각이 특정 온도 수준에서 실패 할 때까지 온도는 지속적으로 증가합니다 (t +1, 1보다 크거나 같음). 그런 다음 온도가 이전 레벨 (TI)으로 감소됩니다. 모든 테스트 조각이 레벨 TI에서 정상적으로 작동 할 수있는 경우, ti +1은 작동 한계 온도로 결정됩니다. 작업 한도를 결정한 후에는 테스트를 계속하여 손상 한도를 탐색하십시오. 이 방법은 작업 한계 근처의 온도 범위에서보다 자세한 테스트를 수행하는 것입니다. 예를 들어, 테스트 조각이 온도 TJ에서 30 분 동안 머무른 후 정상 작동을 재개 할 수없는 경우 TJ는 손상 제한 온도로 식별 할 수 있습니다. 테스트 조각이 정상 작동을 재개 할 수 있다면 테스트 장비의 최대 온도 한계에 도달 할 때까지 온도 테스트를 계속 늘리십시오.
이 방법은 스마트 미터의 작업 한계와 손상 한계를 정확하게 결정하여 고온 신뢰성을 평가하기위한 주요 데이터를 제공 할 수 있습니다.
2.2.2 테스트 항목
테스트 기기 및 테스트 챔버 용량을 기반으로, 16 개의 단일 상 스마트 미터가 테스트 샘플로 선택되었습니다. 이 RET에는 세 가지 단계가 포함됩니다. 첫째, 모든 테스트 조각이 자격이되도록 RET 전에 전체 성능 평가 테스트가 수행됩니다. 둘째, RET 중에 사용 된 온라인 모니터링 항목은 단일 상 스마트 미터의 약한 링크의 변화하는 추세를 탐색하는 데 사용됩니다. 마지막으로, RET 이후, 포괄적 인 성능 평가 테스트는 실온에서 수행되며 테스트 데이터는 실시간으로 기록됩니다. 각 단계의 테스트 항목은 그림 4에 나와 있습니다.
3. 테스트 결과 분석
그림 5. 다른 온도 단계에서 측정 오류 통계
| 온도 (도) | 오류 범위 (%) | 평균 오류 (%) | LCD 디스플레이 | 485 커뮤니케이션 | 전반적인 상태 |
| 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 | \ | \ | ● | ● | ● |
| 참고 : 정상; △ 경미한 영향; ▲ 중대한 영향; ■ 심각한 영향; ● 완전한 실패 | |||||
표 2 RET 온도와 미터 성능의 관계
(1) 측정 오차 변경 : 23도 : 0. 151% (최대 오차 값, 벤치 마크), 7 0 학위 : 0.701% (최대 오차 값, 유의미한 증가), 95도 : 1.150% (최대 오차 값, 연속 증가), 120도 (신호 없음).
(2) LCD 디스플레이 성능 : 90도 : 약간 희미한, 95도 : 문자를 표시 할 수 없습니다. 100도 : 검은 색 화면.
(3) 485 커뮤니케이션 : 85 학위 : 첫 번째 실패, 110도 : 대부분의 실패, 120도 : 완전한 실패.
(4) 임계 온도 포인트 : 95도 : 작동 한도 온도 (LCD 대규모 고장), 120도 : 포괄적 인 기능 실패 온도, 150도 : 예상 손상 한도 온도.
(5) 실패 프로세스 : 70도 ~ 85도 : 개별 샘플이 실패하기 시작했고, 95도 : 실패 횟수가 크게 증가하고 120도 : 모든 샘플이 완전히 실패했습니다.
(6) 회복 능력 : 온도가 90 도로 떨어지면 대부분의 기능이 복원됩니다. 온도가 실온으로 떨어지면 대부분의 샘플은 정상으로 돌아갑니다.
시스템 신뢰성 이론에 따르면, 단일 위상 스마트 미터는 여러 단위 모듈로 구성된 시리즈 시스템으로 간주 될 수 있습니다. 단위 고장으로 인해 전체 시스템이 실패 할 수 있습니다. "욕조 효과"를 기반으로, RET (Reliability Enhancement Test)에서 먼저 실패하는 장치는 시스템의 가장 약한 부분입니다. 실험 결과는 LCD 디스플레이 장치가 단일 상 스마트 미터에서 온도에 가장 취약한 구성 요소임을 보여줍니다.
LCD 액정 디스플레이가 95도에서 사라지고 테스트 된 모든 미터 가이 온도에서 실패한 것으로 식별 될 수 있다는 현상에 기초하여, 단일 상 스마트 미터의 작동 온도 한계로 95도를 추정 할 수 있습니다. 온라인 모니터링 기능은 120C에서 완전히 실패하지만 온도가 90도 떨어질 때 대부분의 테스트 조각이 회복되었습니다. 이 RET는 150도 (고온 및 저온 교대 열 테스트 챔버의 상한)에서 종료되었습니다. 실온으로 떨어지면 대부분의 미터는 포괄적 인 성능 테스트를 통과하고 정상 작동을 재개했습니다. 스마트 미터의 손상 한도 온도는 150도보다 높아야한다고 추론 할 수 있습니다.
결과는 테스트 샘플의 작업 한계가 설계 한계보다 25K 높으며 손상 한도와 작업 한계 사이에 큰 마진이 있음을 보여줍니다. 이것은이 RET에 사용 된 단일 위상 스마트 미터가 높은 신뢰성을 가지고 있으며 가혹한 환경에서 안정적인 작동을 유지할 수 있음을 보여줍니다.
4 결론
RET 원칙과 단일 상 스마트 미터의 특성에 따라 고온 신뢰성 향상 테스트가 설계 및 수행되었습니다. 이 테스트는 과거 데이터 분석 및 FMEA의 결과를 검증했으며 미터의 약한 링크는 미터링 장치, LCD 디스플레이 장치 및 485 통신 단위라고 믿었습니다. 고온에서의 고장 모드는 공차, LCD 디스플레이 고장 및 485 통신 고장에서 오차를 측정했습니다. 고온 작업 한계는 95 도인 것으로 결정되었으며 손상 한도는 150도보다 높았습니다. 이 RET의 성공적인 구현은 시험 계획의 타당성을 확인할뿐만 아니라 후속 가속 수명 시험의 매개 변수 선택 및 안전 범위 결정의 기초를 제공했습니다. 동시에, 그것은 스마트 미터의 신뢰성 향상 테스트에 대한 추가 연구를위한 토대를 마련했습니다.