Akıllı Elektrik Sayaçlarında Yaygın İşletimsel Hata Nedenlerinin Analizi

Akıllı elektrik ağlarının sürekli gelişimiyle birlikte, akıllı elektrik sayaçları giderek daha yaygın olarak uygulanmaktadır ve enerji ölçüm çalışmalarında çeşitli türde operasyonel arızalar sıklıkla karşılaşılmaktadır. Bu makale, akıllı sayaç arızalarının nedenlerini analiz eder ve buna karşılık gelen çözümleri önerir, birkaç gerçek operasyonel arıza vakası örneği kullanarak.

1. Siyah Ekran
Siyah ekran, güç kaynağı olan ancak hiçbir gösterim olmayan sayaç anlamına gelir ve saha koşullarında çalışan akıllı sayaçlarda en sık görülen arızadır. Bu tür arızalı sayaçların çıkarılması ve test edilmesi sonucunda, DCDC alt kartındaki C2 pozisyonundaki kondansatörün zarar görmüş olması, güç kaynak kartındaki gerilim düzenleyici çipin patlamış olması veya UN nötr kablının kopmuş olması tespit edilmiştir. Bu siyah ekran arızasının nedenleri şu şekilde analiz edilmiştir: devrede ani aşırı gerilim (örneğin yıldırım darbesi veya elektrik ağı dalgalanmaları) veya karmaşık çalışma ortamlarında üretilen yüksek mertebeden harmonikler, kondansatörleri zararlı hale getirebilir ve gerilim düzenleyici çipleri patlatabilir; üretim sürecine uygun olmayan işlemler, faydansız lehimleme veya nötr kablosunun kopmasını sonuçlandırmaktadır.

2. Karışık Görüntü
Karışık görüntü, akıllı elektrik sayacının LCD ekranında eksik çizgilerin görülmesi durumunu ifade eder. Olası nedenler arasında, LCD pinlerindeki faydansız lehimleme veya sayaç açık havada kurulmuş ve uzun süreli yüksek sıcaklık güneş ışığına maruz kalmış olması sayılabilir. Örneğin, bir şirketin üç fazlı akıllı sayacı, toplam ileri aktif enerjiyi 702,610.88 kWh, zirve dönem enerjisini 700,451.96 kWh, zirve zaman enerjisini 700,987.42 kWh, düz tarife enerjisini 700,551.59 kWh ve düşük yoğunluklu enerjisini 700,619.91 kWh olarak göstermiştir. Normal koşullarda, toplam ileri aktif enerji, zirve, zirve zaman, düz tarife ve düşük yoğunluklu enerjilerin toplamına eşit olmalıdır. Ancak, bu sayaç için bu denklik sağlanmamıştır. LCD üzerinde gösterilen barkodun son sekiz rakamı 75517684 idi, ancak plakadaki rakamlar 05517684 idi.

Bu, LCD ekranında eksik çizgilerin olduğunu göstermektedir—rakam "0" yanlış bir şekilde "7" olarak gösterilmiş, bu da karışık görüntü arızasını doğrulamaktadır. Sayaç, taşınabilir bir sayaç okuyucu ile sahada okunduğunda, toplam ileri aktif enerji 002,610.88 kWh, zirve enerji 000,451.96 kWh, zirve zaman enerji 000,987.42 kWh, düz tarife enerji 000,551.59 kWh ve düşük yoğunluklu enerji 000,619.91 kWh olarak kaydedilmiştir. Bireysel dönem okumalarının toplamı toplam ile eşleşmiştir, bu da karışık görüntü teşhisiyi daha da doğrulamıştır. Bu arızanın asıl nedeni, sahanın açık havada kurulması sonucu uzun süreli yüksek sıcaklık güneş ışığına maruz kalması olarak belirlenmiştir.

3. Enerji Verisini Okuyamama
Bu arıza genellikle, LCD ekranın sol alt köşesinde "←" sembolünün (ters enerji akımını gösteren) görünmesi, toplam ileri aktif enerjinin sıfır olarak okunması ve ters aktif enerjinin sıfır olmayan bir değer göstermesi şeklinde ortaya çıkar. Araştırma, bu arızanın ana nedeninin yanlış sayaç bağlantısı olduğunu ortaya koymuştur ve gerçek enerji tüketimi, ters aktif enerji okumasına eşittir. Bağlantı hatasının düzeltilmesiyle sayaç normal işlemeye dönmüştür.

4. Pil Düşük Gerilimi
Tek fazlı ve üç fazlı akıllı elektrik sayaçları, iç saat çipini besleyen dahili pil ile donatılmıştır. Üç fazlı sayaçlar ayrıca, panel kapısının arkasında bulunan güç kesme sırasında sayaç okuma işlemini sağlayan bir pil de içerir. Bir pil düşük gerilim arızası olduğunda, sayacın alarm ışığı sürekli yanar ve LCD üzerinde düşük güç sembolü görünür. Sahada müdahale, panel kapısından mühürü kaldırıp, kapıyı açıp, pil çıkartıp, DC voltmetre ile pozitif ve negatif terminal arasındaki gerilimi ölçerek yapılır. Eğer gerilim belirtmelere uyuyorsa, pil yeniden takılıp doğru konuma yerleştirilmeli; eğer gerilim belirtilen değerin altında ise, pil değiştirilmelidir.

5. Hızlı Kayıt (Aşırı Kayıt)
Bir kullanıcının tek fazlı akıllı sayacı, enerji okumasında ani bir artış göstermiştir. Sahada kalibrasyon cihazı ile yapılan test, sayacın kabul edilebilir hata sınırları içinde olduğunu göstermiştir. Laboratuvar testi, söküldükten sonra da standartlara uyduğunu doğrulamıştır, ancak kalibrasyondan önceki okuma 4,505.21 kWh ve kalibrasyondan sonraki okuma 4,512.32 kWh olmuştur—bu, test sırasında 7.111 kWh kaydedildiğini gösterirken, tipik bir tek fazlı sayaç testi genellikle yaklaşık 1 kWh tüketir. Bu, "hızlı kayıt" arızasını doğrulamıştır.
Analiz, CPU besleme geriliminin tasarlanandan çok daha yüksek olduğunu (5V yerine) göstermiştir, bu da I2C veri hattı üzerinde anormal okuma/yazma işlemleri nedeniyle oluşmuştur. Güç sağlayıcı devresinin daha detaylı incelemesi, zarar görmüş bir C2 kondansatörü tespit etmiştir. Kondansatör zararının nedenleri, elektrik ağı dalgalanmaları veya yıldırım darbelerinden kaynaklanan ani yüksek gerilimler ve karmaşık elektrik ortamlarından kaynaklanan yüksek mertebeden harmonikler olabilir.

6. kapsamlı Analiz
Akıllı elektrik sayaçları, temel enerji ölçümünden öte, bilgi depolama ve işleme, gerçek zamanlı izleme, otomatik kontrol ve veri etkileşimi gibi çok sayıda fonksiyona sahip çok işlevli cihazlardır. Enerji ölçümü, pazarlama yönetimi ve müşteri hizmetleri ihtiyaçlarını karşılamaktadırlar. Ancak, ana fonksiyonları hala hassas ve kararlı enerji ölçümüdür. Bu nedenle, akıllı sayaçların işletim durumu ve anormal olaylarını izlemek için enerji alımı sistemlerini tam olarak kullanmanın yanı sıra, sayaç arızalarının kök nedenlerini analiz etmek ve iyileştirme önlemlerini aktif olarak uygulamak önemlidir.

Operasyonel arıza vakalarının analizi temelinde, sayaç arızalarının başlıca nedenleri şu şekilde özetlenebilir:

(1) Çevresel etkiler, elektromanyetik interferans, harmonikler, yüksek gerilim, yıldırım darbeleri, elektrostatik yük, aşırı sıcaklık ve nem, yüksek frekansta elektromanyetik alanlar ve hızlı geçişli (EFT) darbeleri içerir.

(2) Farklı kaliteli bileşenler, piller, CPU'lar, LCD ekranlar, röleler, varistörler, kondansatörler, ölçüm çipleri, gerilim düzenleyiciler, saat çipleri, kristaller, 485 optokoppler ve taşıyıcı iletişim modülleri içerir.

(3) Yazılım arızaları, sistem çökme, enerji gösteriminin ani değişiklikleri ve saat hataları içerir.

(4) İşçilik sorunları, sayaç üreticileri tarafından kötü kalitede lehimleme (soğuk veya gevşek lehim bağlantıları) ve elektrik dağıtım şirketleri tarafından yanlış kurulumu içerir.

Bu arıza nedenlerine yönelik aşağıdaki önlemler alınabilir:

(1) Bileşen seçimini güçlendirerek, akıllı sayaçların aşırı çevre koşullarında bile güvenilir çalışabilmesini sağlamak.

(2) Yazılım testlerini geliştirmek, yazılımın hata önleme ve interferans karşı koruma yeteneklerini artırmak.