تحلیل علل رایج خطاها در عملکرد شمارنده‌های هوشمند برق
با پیشرفت مداوم شبکه‌های هوشمند، دستگاه‌های شمارنده برق هوشمند به طور گسترده‌تری کاربرد پیدا کرده‌اند و انواع مختلفی از خطاها در شمارنده‌های هوشمند در کار اندازه‌گیری انرژی به طور مکرر مشاهده می‌شوند. این مقاله علل خرابی شمارنده‌های هوشمند را تحلیل کرده و راه‌حل‌های متناسب را با استفاده از چند مورد عملی از خطاهای عملیاتی ارائه می‌دهد.
۱. صفحه سیاه
صفحه سیاه به معنای یک شمارنده تغذیه شده بدون نمایش است که پرتکرارترین خطا در شمارنده‌های هوشمند در عمل است. در بررسی و آزمایش شمارنده‌های خراب مشخص شده که خازن در موقعیت C2 روی زیرپلاک DCDC خراب شده، یا تراشه تنظیم‌کننده ولتاژ روی برد تغذیه منفجر شده یا سیم N (نیوترال) جدا شده است. علل این خطا صفحه سیاه به شرح زیر تحلیل شده‌اند: ولتاژ فوری بالا در مدار (مانند ضربه‌های برق یا نوسانات شبکه) یا هارمونیک‌های مرتبه بالا تولید شده توسط محیط‌های پیچیده عملیاتی می‌توانند خازن‌ها را خراب کرده و تراشه‌های تنظیم‌کننده ولتاژ را منفجر کنند؛ عملیات ناصحت که مطابق با فرآیند ساخت نیست می‌تواند منجر به جوش‌کاری ضعیف یا جدا شدن سیم نیوترال شود.
۲. نمایش خراب
نمایش خراب به پدیده‌ای اشاره دارد که در آن صفحه LCD شمارنده برق هوشمند خطوط ناقص نمایش می‌دهد. علل ممکن شامل جوش‌کاری ضعیف در پین‌های LCD یا نصب شمارنده در بیرون و مواجهه با تابش خورشید در دمای بالا برای مدت طولانی است. به عنوان مثال، شمارنده سه‌فازی یک شرکت انرژی جمعی به سمت جلو را ۷۰۲,۶۱۰.۸۸ کیلووات ساعت، انرژی دوره پیک را ۷۰۰,۴۵۱.۹۶ کیلووات ساعت، انرژی دوره پیک-زمان را ۷۰۰,۹۸۷.۴۲ کیلووات ساعت، انرژی دوره ثابت را ۷۰۰,۵۵۱.۵۹ کیلووات ساعت و انرژی دوره غیرپیک را ۷۰۰,۶۱۹.۹۱ کیلووات ساعت نمایش می‌داد. در شرایط عادی، انرژی جمعی به سمت جلو باید مساوی با مجموع انرژی‌های دوره‌های پیک، پیک-زمان، ثابت و غیرپیک باشد. اما این معادله برای این شمارنده برقرار نبود. هشت رقم آخر کد مارکی که در صفحه LCD نمایش داده شده بود ۷۵۵۱۷۶۸۴ بود، در حالی که آنچه روی صفحه نام نمایش داده شده بود ۰۵۵۱۷۶۸۴ بود.
این نشان می‌دهد که صفحه LCD خطوط ناقص داشته و رقم "۰" به اشتباه به عنوان "۷" نمایش داده شده است، که خرابی نمایش را تأیید می‌کند. هنگامی که شمارنده با استفاده از خواننده دستی در محل خوانده شد، انرژی جمعی به سمت جلو ۰۰۲,۶۱۰.۸۸ کیلووات ساعت، انرژی دوره پیک ۰۰۰,۴۵۱.۹۶ کیلووات ساعت، انرژی دوره پیک-زمان ۰۰۰,۹۸۷.۴۲ کیلووات ساعت، انرژی دوره ثابت ۰۰۰,۵۵۱.۵۹ کیلووات ساعت و انرژی دوره غیرپیک ۰۰۰,۶۱۹.۹۱ کیلووات ساعت ثبت شد. مجموع خواندن‌های دوره‌ای با مجموع کل مطابقت داشت که تشخیص خرابی نمایش را تأیید می‌کرد. علت اصلی این خطا تعیین شد که نصب شمارنده در بیرون و مواجهه با تابش خورشید در دمای بالا برای مدت طولانی بود.
۳. عدم توانایی خواندن داده‌های انرژی
این خطا معمولاً به نمایش نماد "←" (که نشان‌دهنده جریان برق معکوس است) در گوشه پایین سمت چپ صفحه LCD اشاره دارد، در حالی که انرژی جمعی به سمت جلو صفر و انرژی به سمت عقب غیرصفر نمایش داده می‌شود. بررسی نشان داد که علت اصلی اتصال اشتباه شمارنده بود و مصرف واقعی انرژی با مقدار انرژی به سمت عقب مطابقت داشت. پس از اصلاح اشتباه اتصال، شمارنده به حالت عادی بازگشت.
۴. کم‌ولتاژی باتری
شمارنده‌های برق هوشمند یک‌فازی و سه‌فازی با باتری‌های داخلی ساعت‌شناسی تجهیز شده‌اند که تراشه ساعت‌شناسی را تغذیه می‌کنند. شمارنده‌های سه‌فازی همچنین دارای باتری برای خواندن شمارنده در حالت قطع برق هستند که در پشت دریچه برنامه‌ریزی روی صفحه شمارنده قرار دارد. هنگامی که خطا کم‌ولتاژی باتری رخ می‌دهد، چراغ هشدار شمارنده به طور مداوم روشن می‌شود و نماد کم‌توانی در صفحه LCD ظاهر می‌شود. رسیدگی در محل شامل برداشتن مهر از دریچه صفحه، باز کردن دریچه، خارج کردن باتری و اندازه‌گیری ولتاژ بین قطب‌های مثبت و منفی آن با استفاده از ولتمتر مستقیم است. اگر ولتاژ مطابق با مشخصات باشد، باتری باید دوباره نصب و قرار داده شود تا تماس خوبی داشته باشد؛ اگر ولتاژ کمتر از مقدار اسمی باشد، باتری باید تعویض شود.
۵. ثبت سریع (ثبت بیش از حد)
شمارنده برق یک‌فازی یک کاربر نمایش انرژی را به طور ناگهانی افزایش داد. آزمایش در محل با استفاده از دستگاه کالیبراسیون نشان داد که شمارنده در محدوده خطای قابل قبول بود. آزمایش در آزمایشگاه پس از خارج کردن شمارنده نیز تأیید کرد که شمارنده استاندارد بود، 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 بود، در حالی که یک آزمایش معمولی شمارنده یک‌فازی فقط حدود ۱ کیلووات ساعت مصرف می‌کند. این تأیید خطا "ثبت سریع" را می‌کند.
تحلیل نشان داد که ولتاژ تغذیه CPU به طور قابل توجهی بیشتر از طراحی شده ۵ ولت بود، که باعث عملیات خواندن/نوشتن نامتعارف در اتوبوس I2C می‌شد. بررسی بیشتر مدار تغذیه نشان داد که خازن C2 خراب شده بود. علل ممکن خرابی خازن شامل ولتاژ فوری بالا از نوسانات شبکه یا ضربه‌های برق و هارمونیک‌های مرتبه بالا از محیط‌های الکتریکی پیچیده است.
۶. تحلیل جامع
شمارنده‌های برق هوشمند دستگاه‌های چندکاره‌ای هستند که فراتر از اندازه‌گیری اساسی انرژی، شامل ذخیره‌سازی و پردازش اطلاعات، نظارت زنده، کنترل خودکار و تعامل داده‌ها می‌شوند. آنها نیازهای اندازه‌گیری انرژی، مدیریت بازاریابی و خدمات مشتری را برآورده می‌کنند. با این حال، عملکرد اصلی آنها همچنان اندازه‌گیری دقیق و پایدار انرژی است. بنابراین، علاوه بر استفاده کامل از سیستم‌های جمع‌آوری انرژی برای نظارت بر وضعیت عملیاتی و حوادث غیرعادی شمارنده‌های هوشمند، تحلیل علل اساسی خرابی شمارنده‌ها و اجرای فعال اقدامات بهبود ضروری است.
بر اساس تحلیل موارد خرابی عملیاتی، علل اصلی خرابی شمارنده‌ها به شرح زیر خلاصه شده‌اند:
(۱) تأثیرات محیطی، از جمله تداخل الکترومغناطیسی، هارمونیک‌ها، ولتاژ بالا، ضربه‌های برق، تخلیه الکتریکی، دما و رطوبت زیاد، میدان‌های الکترومغناطیسی با فرکانس بالا و پالس‌های ترانزیانت الکتریکی سریع (EFT).
(۲) کیفیت ضعیف مولفه‌ها، از جمله باتری‌ها، CPUها، صفحات LCD، رله‌ها، واریستورها، خازن‌ها، تراشه‌های اندازه‌گیری، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ، تراشه‌های ساعت‌شناسی، بلورها، دیودهای اپتیکوپلر ۴۸۵ و ماژول‌های ارتباطی حامل.
(۳) خطاها در نرم‌افزار، از جمله خرابی سیستم، تغییر ناگهانی در نمایش انرژی و خطا در ساعت‌شناسی.
(۴) مشکلات در کارآمدی، از جمله روش‌های جوش‌کاری ضعیف توسط سازندگان شمارنده (که منجر به جوش‌کاری سرد یا آزاد می‌شود) و اتصال اشتباه در زمان نصب توسط شرکت‌های تأمین برق.
برای مقابله با این علل خرابی، اقدامات زیر می‌توانند انجام شوند:
(۱) تقویت انتخاب مولفه‌ها تا اطمینان حاصل شود که شمارنده‌های هوشمند حتی در شرایط محیطی بحرانی هم عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند.
(۲) افزایش تست‌های نرم‌افزاری برای بهبود قابلیت‌های پیشگیری از خطا و مقاومت در برابر تداخلات.
(۳) بهبود نظارت کیفیت کارآمدی، با نظارت موثر و ارزیابی کیفیت مونتاژ داخلی و روش‌های نصب محلی.
