スマートグリッドの重要なコンポーネントとして、単相スマートメーターの信頼性は注目を集めています。 Reallinは、単相スマートメーターに信頼性エンハンスメントテスト（RET）メソッドを使用しました。履歴データ分析と故障モードおよび効果分析（FMEA）を通じて、単相スマートメーターの信頼性に影響を与える主な感受性ストレスと弱いリンクが特定されました。信頼性理論に基づいて、状態グリッドの単相スマートメーターの技術的特性と組み合わされて、高温信頼性強化テストスキームが設計および実装されました。テスト結果は、この方法が敏感な労働条件の下で故障モードを効果的に公開し、作業制限と損傷の制限を決定できることを示しています。この研究は、その後の加速されたライフテストの安全範囲の信頼できる基盤を提供し、スマートメーターの信頼性研究の基礎を築きます。
キーワード：単相スマートメーター。信頼性強化テスト。高温ステップストレステスト
コンテンツ
1.単相スマートメーターは何ですか
2.信頼性強化テスト
2.1単相スマートメーターret
2.2単相スマートメーター高温RET
2.2.1高温ステップRET概要
2.2.2テスト項目
3.テスト結果分析
4結論
1.単相スマートメーターとは何ですか？
2。信頼性強化テスト
仕様制限は、生成されるメーターによって提供される制限のタイプです。この製品は、この制限内で機能することが期待されます。設計制限は、製品が適切に機能する制限です。設計制限と仕様制限の差は、設計マージンと呼ばれます。動作制限は、通常の動作と障害の間の分割線であり、その下では製品が失敗しないため、製品の品質と機能に関する顧客の基本的な要件を満たすことができます。通常、加速ライフテストはこの制限内で実行されます。破壊制限とは、不可逆的な障害なしに製品が機能する範囲を指します。通常、信頼性向上テストは、製品の破壊制限を決定するために使用されます。
RETは通常、ステップストレステストの方法を採用します。ストレスの種類は、振動、温度、湿度、塩スプレーなどの環境ストレス、または電圧、電源などの作業ストレスなど、実験中に、ストレスレベルが低から高まで適用され、各応力レベルは一定期間維持されなければなりません。すべての標本が失敗するまで、テストは停止しません。
2.1シングルフェーズスマートメーターret
単相スマートメーターの弱点と敏感な応力
スマートメーターは、電気エネルギー測定、情報ストレージ、処理交換、ネットワーク通信、リアルタイム監視、自動制御などの機能を備えた電気エネルギーメーターです。このテストで使用される単相スマートメーターは、サンプリングおよびメーターユニット、マイクロコントローラーユニット（MCU）、LCDディスプレイユニット、通信ユニット、電源ユニット、その他のユニットモジュールで構成されています。単相スマートメーターの構造概略図を図2に示します。使用される単相スマートメーターは、サンプリングおよびメーターユニット、マイクロコントローラーユニット（MCU）、LCDディスプレイユニット、通信ユニット、電源ユニット、およびその他のユニットモジュールで構成されています。単相スマートメーターの構造概略図を図1に示します。
履歴データ分析と故障モードおよび効果分析（FMEA）の結果に基づいて、この単相スマートメーターの機能は、自然の作業環境での温度応力によって容易に影響を受けることがわかりました。不適切な温度は、測定エラー、インジケータ光の故障、表示異常、通信中断など、さまざまな障害を引き起こす可能性があります。
この調査では、計量ユニット、LCDディスプレイ、および485通信モジュールが主な弱いリンクであることがわかりました。低温は主にLCDディスプレイに影響しますが、高温は全体、特に電子部品全体に大きな影響を及ぼし、物理的な変化や累積的な損傷を引き起こす可能性があります。
要約すると、高温はメーターの信頼性に影響を与える重要な応力因子として識別されます。これらの調査結果に基づいて、高温の信頼性向上テスト（RET）の単相スマートエネルギーメーターを選択して、メーターの性能に対する温度の影響をさらに研究し、信頼性を向上させるための科学的根拠を提供しました。
2.2単相スマートメーターの高温RET
単相スマートメーターのRETはステップ温度テストを受けています。これは、テスト機器に高温ステップストレスを継続的に適用します。テストは、ストレスレベルがテスト機器の損傷制限または最大制限に達するまで停止しません。テスト中、スマートメーターの主要なパフォーマンスパラメーターはリアルタイムで監視され、その障害モードが記録されます。次に、テストデータの分析を通じて、高温での作業制限と損傷制限が決定されます。
| パラメーターカテゴリ | パラメーター名 | パラメーター値 | 説明 |
| 電気特性 | 参照電圧 | 220V | 標準作業電圧 |
| 現在の仕様 | 5(60)A | 基本電流5a、最大60a | |
| 精度レベル | レベル1 | アクティブな電力測定に適しています | |
| 周波数範囲 | （50±2.5）Hz | 標準電源グリッドに適用できます | |
| 静止消費電力 | <1.5W,10VA | 低消費電力設計 | |
| 環境適応性 | 動作温度 | -25度〜60度 -40学位〜70度 |
仕様温度範囲 |
| 相対湿度 | <95% | 極端な動作温度 | |
| 信頼性 | mttf | 10年以上 | 失敗間の平均時間 |
2.2.1高温の概要ステップret
この研究では、高温の影響のみを考慮し、次のスキームを採用します。温度パラメーターを除き、他のパラメーターは表1に示す技術的パラメーター値に従って設定されます。スマートメーターの通常の温度範囲は-25程度+60程度であり、作業制限範囲は{3}}程度{3}}程度です{3}}程度は{3}}程度です。 S1。
メーター内のチップの推奨される作業制限が通常80度〜85度の間であることを考慮すると、温度ステップは均一に5度に設定され、温度変化率は2.5度 \/分以下で制御されます。メーターに対する温度の影響を完全に観察するために、各温度レベルは30分間維持されます。
図3は、ステップ高温RETテストのプロセスを示しています。テスト中、すべてのテストピースが特定の温度レベル（t +1で故障するまで、温度が連続的に上昇します。その後、温度は前のレベル（TI）に低下します。すべてのテストピースがレベルTiで正常に機能する場合、Ti +1は作業制限温度として決定されます。作業制限を決定した後、テストを続行して、損傷制限を調査します。この方法は、作業制限に近い温度範囲でより詳細なテストを実施することです。たとえば、温度TJに30分間滞在した後、テストピースが通常の動作を再開できない場合、TJは損傷制限温度として識別できます。テストピースが通常の動作を再開できる場合は、テスト機器の最大温度制限に達するまで温度テストを増加させ続けます。
この方法は、スマートメーターの作業制限と損傷制限を正確に決定し、高温の信頼性を評価するための重要なデータを提供できます。
2.2.2テスト項目
テスト機器とテストチャンバーの容量に基づいて、16個の単相スマートメーターがテスト用のサンプルとして選択されました。このRETには3つのステップが含まれています。まず、すべてのテストピースが適格であることを確認するために、RETの前に全体的なパフォーマンス評価テストが実施されます。第二に、RET中に使用されるオンライン監視項目は、単相スマートメーターの弱いリンクの変化する傾向を調査するために使用されます。最後に、RETの後、包括的なパフォーマンス評価テストが室温で実施され、テストデータがリアルタイムで記録されます。各ステップのテスト項目を図4に示します。
3.テスト結果分析
図5。異なる温度段階での測定誤差の統計
| 温度（度） | エラー範囲（％） | 平均エラー（％） | LCDディスプレイ | 485通信 | 全体的なステータス |
| 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 | \ | \ | ● | ● | ● |
| 注：⭕normal; ●完全な障害 | |||||
表2 RET温度とメーターのパフォーマンスの関係
（1）測定誤差の変更：23度：0。151％（最大誤差値、ベンチマーク）、7 0度：0.701％（最大誤差値、大幅な増加）、95度：1.150％（最大誤差値、連続増加）、120度：NO信号（完全な障害）。
（2）LCDディスプレイパフォーマンス：90度：わずかに薄暗く、95度：キャラクターを表示できません、100度：ブラックスクリーン。
（3）485通信：85度：最初の障害、110度：ほとんどの障害、120度：完全な障害。
（4）臨界温度ポイント：95度：動作制限温度（LCD大規模障害）、120度：包括的な機能障害温度、150度：推定損傷制限温度。
（5）障害プロセス：70度〜85度：個々のサンプルが故障し始め、95度：障害の数が大幅に増加し、120度：すべてのサンプルが完全に故障しました。
（6）回復能力：温度が90度に低下すると、ほとんどの機能が復元されます。温度が室温に低下すると、ほとんどのサンプルは正常に戻ります。
システムの信頼性理論によれば、単相スマートメーターは、複数のユニットモジュールで構成されるシリーズシステムと見なすことができます。ユニットの障害があれば、システム全体が失敗する可能性があります。 「バスタブ効果」に基づいて、信頼性エンハンスメントテスト（RET）中に最初に失敗するユニットは、システムの最も弱い部分です。実験結果は、LCDディスプレイユニットが単相スマートメーターの温度に最も影響を受けやすいコンポーネントであることを示しています。
LCD液晶ディスプレイが95度で消えるという現象に基づいて、この温度で失敗したと識別できるすべてのテストメーターは、単相スマートメーターの動作温度制限として95度を推定できます。オンライン監視機能は120Cで完全に失敗しますが、温度が90度に低下すると、テストピースのほとんどは回復しました。このRETは150度（高温および低温交互の湿った熱試験チャンバーの上限）で終了しました。室温に低下した後、ほとんどのメーターは包括的なパフォーマンステストに合格し、通常の動作を再開しました。スマートメーターの損傷制限温度は150度を超える必要があると推測できます。
結果は、テストサンプルの作業制限が設計制限よりも25k高く、損傷制限と作業制限の間に大きなマージンがあることを示しています。これは、このRETで使用される単相スマートメーターが高い信頼性を持ち、過酷な環境で安定した動作を維持できることを示しています。
4結論
RET原理と単相スマートメーターの特性に基づいて、高温信頼性向上テストが設計および実施されました。このテストでは、履歴データ分析とFMEAの結果が検証され、メーターの弱いリンクはメーターユニット、LCDディスプレイユニット、485通信ユニットであり、その中でLCDディスプレイが最も弱いと考えていました。高温下の故障モードは、耐性、LCDディスプレイ障害、および485の通信障害から測定されました。高温作業制限は95度であると判断され、損傷制限は150度を超えていました。このRETの実装の成功により、テスト計画の実現可能性が検証されただけでなく、その後の加速ライフテストのパラメーター選択と安全範囲の決定の基礎も提供しました。同時に、それはスマートメーターの信頼性向上テストに関するさらなる研究の基盤を築きました