Analýza běžných příčin provozních vad v chytrých elektrických čítačkách

S neustálým rozvojem chytrých sítí se čím dál více používají chytré elektrické čítače, a v průběhu měření energie se často setkáváme s různými typy provozních poruch těchto čítačů. Tento článek analyzuje příčiny selhání chytrých čítačů a navrhuje odpovídající řešení, používaje několik skutečných případů provozních poruch jako příklady.

1. Černý obrazovka
Černá obrazovka znamená, že čítač je napájen, ale nic nezobrazuje. Je to nejčastější porucha u chytrých čítačů v terénu. Po odstranění a testování těchto vadných čítačů bylo zjištěno, že kondenzátor na pozici C2 na podsložce DCDC je poškozen, stabilizační čip na napájecí desce je vyhozen, nebo se odpojil neutrální vodič UN. Příčiny této poruchy černé obrazovky jsou následující: okamžité přetlakové napětí na obvodu (např. blesk nebo fluktuace elektřinové sítě) nebo vyšší harmonické generované složitými provozními podmínkami mohou poškodit kondenzátory a vyhození stabilizačních čipů; nepravý postup při manipulaci může vést k špatné spojení nebo odpojení neutrálního vodiče.

2. Zmatečné zobrazení
Zmatečné zobrazení znamená, že LCD obrazovka chytrého elektrického čítače zobrazuje chybějící čáry. Možné příčiny zahrnují špatné spojení na kontaktech LCD nebo instalaci čítače venku a dlouhotrvající expozice na vysoké teploty slunečního záření. Například, třífázový chytrý čítač společnosti zobrazoval celkovou aktivní spotřebu dopředně jako 702,610.88 kWh, vrcholovou dobu jako 700,451.96 kWh, polorovinnou dobu jako 700,987.42 kWh, plochou sazbu jako 700,551.59 kWh a minimální dobu jako 700,619.91 kWh. V normálních podmínkách by celková aktivní spotřeba dopředně měla být rovna součtu vrcholové, polorovinné, ploché a minimální spotřeby. Nicméně, pro tento čítač toto rovnání neplatilo. Poslední osm číslic čárového kódu zobrazeného na LCD bylo 75517684, zatímco na nálepce bylo 05517684.

To naznačuje, že LCD obrazovka měla chybějící čáry – kde číslice "0" byla špatně zobrazena jako "7", což potvrzuje zmatečné zobrazení. Když byl čítač na místě čten pomocí ručního čtečky, celková aktivní spotřeba dopředně byla zaznamenána jako 002,610.88 kWh, vrcholová spotřeba jako 000,451.96 kWh, polorovinná spotřeba jako 000,987.42 kWh, plochá sazba jako 000,551.59 kWh a minimální spotřeba jako 000,619.91 kWh. Součet jednotlivých částí odpovídal celku, což dále potvrdilo diagnózu zmatečného zobrazení. Hlavní příčinou této poruchy byla dlouhotrvající expozice na vysoké teploty slunečního záření kvůli instalaci čítače venku.

3. Neschopnost číst data o spotřebě
Tato porucha obvykle znamená, že se na levém dolním rohu LCD obrazovky objevuje symbol "←" (značící reverzní proud), s celkovou aktivní spotřebou dopředně nulovou a reverzní aktivní spotřebou nenulovou. Bylo zjištěno, že hlavní příčinou bylo špatné zapojení čítače, a skutečná spotřeba byla rovna hodnotě reverzní aktivní spotřeby. Po opravě chybného zapojení čítač začal fungovat normálně.

4. Podnapětí baterie
Jednofázové a třífázové chytré elektrické čítače jsou vybaveny vnitřními bateriemi pro hodinový čip. Třífázové čítače mají také baterii pro čtení dat při vypnutí, která se nachází za programovací dveřmi na panelu čítače. Když dojde k poruše podnapětí baterie, upozornění na čítači zůstává trvale svítit a na LCD se objeví symbol nízkého napětí. Na místě se odebere pečeť z dveří panelu, otevřou se dveře, vyndá se baterie a měří se napětí mezi jejími kladnou a zápornou polohou pomocí DC voltmetru. Pokud napětí splňuje specifikace, baterie se opětovně nainstaluje a umístí tak, aby zajistila dobrý kontakt; pokud je napětí nižší než nominální hodnota, baterie musí být vyměněna.

5. Rychlé zaznamenávání (Přezaznamenávání)
Uživatelova jednofázová chytrá čítačka ukázala náhlý nárůst čtení energie. Místní test kalibračním přístrojem ukázal, že čítač je v přijatelných mezích chyby. Laboratorní test po odstranění také potvrdil, že čítač splňuje standardy, ale předkalibrační čtení bylo 4,505.21 kWh a po-kalibrační čtení 4,512.32 kWh – což naznačuje, že během testu bylo zaznamenáno 7.111 kWh, zatímco typický test jednofázového čítače spotřebuje pouze asi 1 kWh. To potvrdilo poruchu "rychlého zaznamenávání."
Analýza ukázala, že napájecí napětí CPU bylo výrazně vyšší než navržené 5V, což způsobilo anomální operace čtení/zápisu na sběrnici I2C. Další kontrola napájecího obvodu identifikovala poškozený kondenzátor C2. Možné příčiny poškození kondenzátoru zahrnují okamžité vysoké napětí z fluktuací sítě nebo blesků a vyšší harmonické ze složitých elektrických prostředí.

6. Komplexní analýza
Chytré elektrické čítače jsou multifunkční zařízení, která přesahují základní měření energie a zahrnují uložení a zpracování informací, reálné časové sledování, automatickou kontrolu a interakci s daty. Splňují potřeby měření energie, marketingové správy a zákaznické služby. Nicméně jejich hlavní funkcí zůstává přesné měření energie, které musí být jak přesné, tak stabilní. Proto je vedle plného využití systémů pro získávání energie k monitorování stavu a neobvyklých událostí chytrých čítačů nezbytné analyzovat hlavní příčiny selhání čítačů a aktivně provádět opatření k vylepšení.

Na základě analýzy případů provozních poruch lze hlavní příčiny selhání čítačů shrnout následovně:

(1) Vlivy prostředí, včetně elektromagnetické interference, harmonických, vysokého napětí, blesků, elektrostatického výboje, nadměrné teploty a vlhkosti, vysokofrekvenčních elektromagnetických polí a rychlých elektromagnetických transien (EFT).

(2) Špatná kvalita komponent, včetně baterií, CPU, LCD obrazovek, relé, varistorů, kondenzátorů, měřicích čipů, regulátorů napětí, hodinových čipů, krystalů, 485 optokuplerových diod a modulů pro nosnou komunikaci.

(3) Softwarové poruchy, včetně havárie systému, náhlých změn v zobrazení energie a chyb v hodinách.

(4) Problémy s výrobou, včetně nedostatečných technik svařování výrobce čítačů (vedoucí k chladným nebo volným spojením) a špatného zapojení při instalaci distribučními společnostmi.

Pro řešení těchto příčin selhání lze provést následující opatření:

(1) Zlepšit výběr komponent, aby byly chytré čítače spolehlivé i v extrémních podmínkách prostředí.

(2) Zlepšit testování softwaru, abychom zvýšili schopnost prevence chyb a odolnosti proti interferencím.

(3) Zlepšit dohled nad kvalitou výroby, efektivně sledovat a hodnotit jak vnitřní kvalitu montáže, tak praxe instalace na místě.