تحلیل علل رایج خطاها در عملکرد سنگین‌سنج‌های هوشمند برق
با توجه به پیشرفت مداوم شبکه‌های هوشمند، دستگاه‌های اندازه‌گیری برق هوشمند به طور گسترده‌تری استفاده می‌شوند و در کار عملیاتی اندازه‌گیری انرژی، خرابی‌های مختلف در این دستگاه‌ها به طور مکرر مشاهده می‌شود. این مقاله علل خرابی دستگاه‌های هوشمند را تحلیل می‌کند و راه‌حل‌های متناسب را پیشنهاد می‌دهد، با استفاده از چند مورد خرابی عملی به عنوان نمونه.
۱. صفحه سیاه
صفحه سیاه به معنای داشتن دستگاه قدرت‌دار بدون نمایش است که این نوع خرابی بیشترین مورد خرابی در دستگاه‌های هوشمند در عمل است. با برداشتن و آزمایش دستگاه‌های خراب شده، مشخص شده که خازن در موقعیت C2 روی زیرپلاک DCDC خراب شده یا تراشه تنظیم‌کننده ولتاژ روی برد تغذیه منفجر شده یا سیم متعادل UN جدا شده است. علل این خرابی صفحه سیاه به شرح زیر تحلیل شده‌اند: ولتاژ فوری بالا در مدار (مانند ضربه‌های برق یا نوسانات شبکه) یا هارمونیک‌های مرتبه بالا که توسط محیط‌های عملیاتی پیچیده ایجاد می‌شوند می‌توانند خازن‌ها را خراب کرده و تراشه‌های تنظیم‌کننده ولتاژ را منفجر کنند؛ عملیات نامناسب بدون پیروی از فرآیند ساخت می‌تواند منجر به جوش‌کاری ضعیف یا جدا شدن سیم متعادل شود.
۲. نمایش اشتباه
نمایش اشتباه به پدیده‌ای اشاره دارد که در آن صفحه LCD دستگاه اندازه‌گیری برق هوشمند خطوط ناقص نمایش می‌دهد. علل ممکن شامل جوش‌کاری ضعیف در پین‌های LCD یا نصب دستگاه در محیط خارجی و مواجه با تابش خورشید طولانی مدت با دمای بالا می‌باشد. به عنوان مثال، دستگاه اندازه‌گیری برق هوشمند سه‌فاز یک شرکت انرژی کل مصرفی را ۷۰۲,۶۱۰.۸۸ کیلووات ساعت، انرژی دوره‌های پیک ۷۰۰,۴۵۱.۹۶ کیلووات ساعت، انرژی دوره‌های پیک-زمان ۷۰۰,۹۸۷.۴۲ کیلووات ساعت، انرژی دوره‌های ثابت ۷۰۰,۵۵۱.۵۹ کیلووات ساعت و انرژی دوره‌های کم‌هزینه ۷۰۰,۶۱۹.۹۱ کیلووات ساعت نمایش می‌دهد. تحت شرایط عادی، انرژی کل مصرفی باید مساوی با مجموع انرژی‌های دوره‌های پیک، پیک-زمان، ثابت و کم‌هزینه باشد. اما این معادله برای این دستگاه برقرار نبود. هشت رقم آخر کد مربوط به صفحه LCD ۷۵۵۱۷۶۸۴ بود، در حالی که آنها در صفحه نام ۰۵۵۱۷۶۸۴ بودند.
این نشان‌دهنده این است که صفحه LCD خطوط ناقص داشته و رقم "۰" به اشتباه به عنوان "۷" نمایش داده شده است، که تأییدی بر خرابی نمایش اشتباه است. وقتی دستگاه با استفاده از دستگاه خواندن دستی در محل خوانده شد، انرژی کل مصرفی به عنوان ۰۰۲,۶۱۰.۸۸ کیلووات ساعت، انرژی دوره‌های پیک ۰۰۰,۴۵۱.۹۶ کیلووات ساعت، انرژی دوره‌های پیک-زمان ۰۰۰,۹۸۷.۴۲ کیلووات ساعت، انرژی دوره‌های ثابت ۰۰۰,۵۵۱.۵۹ کیلووات ساعت و انرژی دوره‌های کم‌هزینه ۰۰۰,۶۱۹.۹۱ کیلووات ساعت ثبت شد. مجموع خوانده‌های دوره‌ای با کل مطابقت داشت، که تأییدی دیگر بر تشخیص خرابی نمایش اشتباه است. علت اصلی این خرابی تعیین شد که مواجه با تابش خورشید طولانی مدت با دمای بالا به دلیل نصب دستگاه در محیط خارجی بود.
۳. عدم توانایی خواندن داده‌های انرژی
این خرابی معمولاً به ظاهر شدن نماد "←" (که نشان‌دهنده جریان معکوس برق است) در گوشه چپ پایین صفحه LCD اشاره دارد، با خواندن انرژی کل مصرفی به صفر و نمایش انرژی مصرفی معکوس غیر صفر. بررسی نشان داد که علت اصلی اتصال اشتباه دستگاه بود و مصرف واقعی انرژی برابر با خواندن انرژی مصرفی معکوس بود. پس از اصلاح اشتباه اتصال، دستگاه به حالت عادی بازگشت.
۴. ولتاژ کم باتری
دستگاه‌های اندازه‌گیری برق هوشمند تک‌فاز و سه‌فاز با باتری‌های داخلی ساعت‌شناسی تجهیز شده‌اند که تراشه ساعت‌شناسی را تغذیه می‌کنند. دستگاه‌های سه‌فاز همچنین باتری‌ای برای خواندن دستگاه در حالت قطع برق دارند که در پشت درب برنامه‌نویسی روی صفحه دستگاه قرار دارد. هنگامی که خرابی ولتاژ کم باتری رخ می‌دهد، چراغ هشدار دستگاه به طور مداوم روشن می‌شود و نماد کم‌قدرت در صفحه LCD ظاهر می‌شود. رسیدگی در محل شامل برداشتن مهر از درب صفحه، باز کردن درب، بیرون آوردن باتری و اندازه‌گیری ولتاژ بین قطب‌های مثبت و منفی آن با استفاده از ولت‌سنج مستقیم جریان است. اگر ولتاژ به محدوده مشخص می‌رسد، باتری باید دوباره نصب و تنظیم شود تا تماس خوبی داشته باشد؛ اگر ولتاژ کمتر از مقدار مشخص باشد، باتری باید تعویض شود.
۵. ثبت سریع (ثبت بیش از حد)
دستگاه اندازه‌گیری برق هوشمند تک‌فاز یک کاربر نمایش مصرف انرژی را به طور ناگهانی افزایش داد. آزمایش در محل با استفاده از دستگاه کالیبراسیون نشان داد که دستگاه در محدوده خطای قابل قبول قرار داشت. آزمایش در آزمایشگاه پس از برداشتن نیز تأیید کرد که دستگاه به استاندارد می‌رسید، اما خواندن قبل از کالیبراسیون ۴,۵۰۵.۲۱ کیلووات ساعت و خواندن بعد از کالیبراسیون ۴,۵۱۲.۳۲ کیلووات ساعت بود—که نشان می‌دهد ۷.۱۱۱ کیلووات ساعت در طول آزمایش ثبت شده است، در حالی که یک آزمایش معمولی دستگاه تک‌فاز فقط حدود ۱ کیلووات ساعت مصرف می‌کند. این تأییدی بر خرابی "ثبت سریع" است.
تحلیل نشان داد که ولتاژ تغذیه CPU به طور قابل توجهی بیشتر از طراحی شده ۵V بود، که باعث عملیات خواندن/نوشتن نامناسب در اتوبوس I2C شد. بررسی بیشتر مدار تغذیه نشان داد که خازن C2 خراب شده است. علل ممکن خرابی خازن شامل ولتاژهای فوری بالا از نوسانات شبکه یا ضربه‌های برق و هارمونیک‌های مرتبه بالا از محیط‌های الکتریکی پیچیده است.
۶. تحلیل جامع
دستگاه‌های اندازه‌گیری برق هوشمند دستگاه‌های چند منظوره‌ای هستند که فراتر از اندازه‌گیری پایه انرژی، شامل ذخیره‌سازی و پردازش اطلاعات، نظارت به طور مداوم، کنترل خودکار و تعامل داده‌ها می‌باشند. آنها نیازهای اندازه‌گیری انرژی، مدیریت بازاریابی و خدمات مشتری را برآورده می‌کنند. با این حال، وظیفه اصلی آنها همچنان اندازه‌گیری دقیق انرژی است که باید هم دقیق و هم پایدار باشد. بنابراین، علاوه بر استفاده کامل از سیستم‌های جمع‌آوری انرژی برای نظارت بر وضعیت عملیاتی و حوادث ناهماهنگ دستگاه‌های هوشمند، لازم است تا علل اساسی خرابی دستگاه‌ها تحلیل شود و تدابیر بهبود فعالیت نماید.
بر اساس تحلیل موارد خرابی عملیاتی، علل اصلی خرابی دستگاه‌ها به شرح زیر خلاصه شده‌اند:
(۱) تأثیرات محیطی، از جمله تداخل الکترومغناطیسی، هارمونیک‌ها، ولتاژ بالا، ضربه‌های برق، تخلیه الکتریکی ایستا، دمای بیش از حد و رطوبت، میدان‌های الکترومغناطیسی با فرکانس بالا و پالس‌های ترانزیانت الکتریکی سریع (EFT).
(۲) کیفیت ضعیف قطعات، از جمله باتری‌ها، CPUها، صفحه‌های LCD، رله‌ها، واریستورها، خازن‌ها، تراشه‌های اندازه‌گیری، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ، تراشه‌های ساعت‌شناسی، بلورها، دیودهای آپتیکوپلر ۴۸۵ و ماژول‌های ارتباطی حامل.
(۳) خرابی‌های نرم‌افزاری، از جمله سقوط سیستم، تغییر ناگهانی در نمایش انرژی و خطاهای ساعت‌شناسی.
(۴) مشکلات کیفیت ساخت، از جمله تکنیک‌های جوش‌کاری ضعیف توسط سازندگان دستگاه (که منجر به جوش‌کاری سرد یا سست می‌شود) و اتصال اشتباه در نصب توسط شرکت‌های تأمین برق.
برای مقابله با این علل خرابی، می‌توان از تدابیر زیر استفاده کرد:
(۱) تقویت انتخاب قطعات تا اطمینان حاصل شود که دستگاه‌های هوشمند حتی در شرایط محیطی بسیار سخت نیز به طور قابل اعتماد عمل می‌کنند.
(۲) افزایش آزمون‌های نرم‌افزاری برای بهبود قابلیت‌های پیشگیری از خطا و مقاومت در برابر تداخل.
(۳) بهبود نظارت کیفیت ساخت، با نظارت و ارزیابی مؤثر کیفیت مونتاژ داخلی و عملیات نصب در محل.
