چرا خازن در بلوک تغذیه کنتورهای برق خراب میشود؟
ابر چالش ناترازی برق در کشور روز به روز با اعمال خاموشی های مکرر هر روز بیشتر به چشم می آید اگر روند رشد نیاز در برابر ظرفیت تولید به همین ترتیب پیش برود در ۱۰ سال آینده حدود ۳۷ هزار مگاوات ناترازی تولید خواهیم داشت یعنی ۳۳ درصد از نیاز مصرف؛ درواقع یک سوم برق مورد نیاز کشور قابل تامین نخواهدبود.
تابستان گرم ۱۴۰۴ در پیش است و سلامت و دقت کنتورهای برق برای شرکت های توزیع برق و مشترکین از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برپایه مشاهدات صورت گرفته در روال تعمیر و بازیافت کنتورهای برق، خرابی بلوک تغذیه ی کنتورها یکی از رایجترین مشکلات پیش روی شرکت های توزیع نیروی برق در سال های اخیر بوده است. براساس اطلاعات جمع آوری شده در فرایند تعمیر کنتور بیش از ۷۰ درصد کنتورهایی که به انبار اسقاط شرکت های توزیع منتقل می شوند با مشکل خرابی بلوک تغذیه مواجه هستند و این آمار به صورت سالانه رو به افزایش است. نشانه های مرسوم خرابی بلوک تغذیه در یک کنتور تکفاز دیجیتال افزایش خطای اندازه گیری کنتور، خاموش شدن نمایشگر و پورت نوری، ترکیدن خازن در داخل برد کنتور و . . . می باشد. لازم به یادآوری است که میانگین سن کنتورهای دیجیتال برق در کشور اندکی کمتر از ۱۰ سال است و این در حالی است که از اواسط دهه ۸۰ نصب کنتور دیجیتال تکفاز در کشور آغاز شده است و این یعنی از عمر برخی از کنتورهای موجود در شبکه توزیع کشور نزدیک دو دهه میگذرد! در این مقاله برخی عوامل آسیب زننده به خازن که اصلی ترین دلیل خرابی بلوک تغذیه است را مورد بررسی قرار میدهیم و راه های پیش گیری از خرابی یا افزایش طول عمر خازن و به تبع آن کنتور را مورد بررسی قرار میدهیم.
افزایش دما و گرمای بیش از حد – Heat Stress
حساسیت خازن الکترولیتی به تغییرات دما یکی از دلایل کاهش عمر این قطعه در مناطق گرمسیر می باشد. طراحان هم به همین دلیل در بلوک تغذیه از خازن های MKT بجای خازن الکترولیت استفاده میکنند. گرمای محیطی تاثیر کمتری بر روی خازن MKT دارد اما باز هم نمی از تاثیر گرما روی خازن چشم پوشی کرد.
میانگین دمای هوا در روزهای گرم سال (از ۱۴۰۱ تا ۱۴۰۳) در شهر اهواز حدود ۴۵ تا ۵۰ درجه سانتی گراد و در یزد حدود ۴۰ تا ۴۷ درجه سانتی گراد بوده است. این میانگین بدون در نظر گرفتن گرمای حاصل از تابش مستقیم نور خورشید به بدنه کنتور می باشد و با در نظر گرفتن شرایط خرابی خازن و قطعات حساس الکترونیکی خیلی زودتر از عمر واقعی و مورد انتظار اصلا موضوع عجیبی به نظر نمیرسد.
یک طراح با تجربه در زمان طراحی برد کنتور با رعایت فاصله مناسب میان قطعاتی مانند ترانزیستورها، دیودها و رگولاتورها که در زمان عبور جریان از خود گرما ساطع میکنند و قطعاتی مانند آی سی ها، خازن ها، ماژول های ارتباطی و . . . که بر اثر گرما عملکردشان مختل میشود عملکرد کنتور خود را در محیط گرم بهبود میدهد.
در دوره بهره برداری از کنتور هم با نصب سایبان یا نقاب برای کنتور یا نصب کنتور در داخل تابلو های مناسب میتوان جلوی تابش مستقیم خورشید به بدنه کنتور و افزایش دمای برد کنتور را گرفت. نصب کنتور در محیط های مسقف و توجه به گردش مناسب هوا در داخل تابلو یا محل نصب کنتور، تاثیر قابل توجهی در افزایش طول عمر کنتور خواهد داشت.
در کشور ژاپن برای کنتورهای برق نقاب کوچکی طراحی شده است که از تابش مستقیم نورخورشید به کنتور جلوگیری مینماید، این نقاب علاوه بر تاثیر مثبت در روال قرائت توسط مامور جلوی تابش مستقیم نور خورشید به بدنه کنتور را میگیرد.
ولتاژ بالای برق شبکه – Overvoltage
فرسودگی تجهیزات شبکه توزیع برق به خصوص ترانسفورماتورها، اتصالات فرسوده در پست های توزیع، نا متوازن بود بار در شبکه توزیع به خصوص در ساعات پیک بار، خاموشی های مکرر این سالهای مشترکین در سراسر کشور، علاوه بر آسیب به خازن های بلوک تغدیه باعث آسیب دیدن قطعات حساسی مانند آی سی ها و سنسورهای داخل کنتور میشود. نصب وریستور، دیود TVS، درنظر گرفتن رنج کافی برای تحمل ولتاژ در زمان طراحی کنتور (مثلا ۱۵۰ تا ۳۰۰ ولت)، پایش مستمر ولتاژ انتهای خط توسط شرکت های توزیع برق میتواند اثر مخرب Overvoltage را بر روی کنتور کاهش دهد.
نوسانات شدید جریان – High Ripple Current
هرچند تاثیر این مورد روی منابع تغذیه سوئیچینگ بیشتر از منابع تغذیه خازنی است اما باز هم قابل چشم پوشی نیست. استفاده از خازن باکیفیت در خط تولید یکی از بهترین راهکارهای افزایش طول عمر کنتور در برابر این مشکل خواهد بود.
پایان عمر مفید – Aging and Wear Out
بدون در تظر گرفتن مواردی که تا کنون ذکر شده یا خواهد شد میانگین عمر یک خازن الکترولیت با کیفیت حتی در شرایط نرمال ۵ تا ۱۰ سال خازن تانتالیوم ۱۰ تا ۱۵ سال و خازن MKT حدود ۱۵ تا ۲۵ سال است که ترکیب عمر مفید در شرایط نرمال با سایر دلایل معمولا طول عمر خازن های اشاره شده را در شبکه توزیع برق ایران به خصوص در استان های گرمسیر به کمتر از نصف مقادیر ذکر شده میرساند. از نشانه های پیری یا پایان عمر یک خازن تغییر ظرفیت، افزایش جریان نشتی و کاهش تحمل ولتاژ پالس ها، اتصال کوتاه ناگهانی (به خصوص در خازن های تانتالیوم) خواهد بود.
کیفیت پائین خازن نصب شده در کنتور – Manufacturing Defects
استفاده از خازنهای تقلبی یا با کیفیت پایین (خازنهای چینی بینام و نشان به راحتی در بازارهای داخلی و سایت علی بابا در دسترس است) که زودتر از موعد خراب میشوند یکی دیگر از دلایل خرابی خازن های تغذیه است. برندهای بزرگ محصولات الکترونیکی مانند Samsung، Apple، Sony، LG، Dell و … ترکیبی از تست کامل (Full Inspection) و نمونهبرداری (Sampling Test) برای کنترل کیفیت قطعات حساس مانند خازنها پیش از مونتاژ روی برد را در دستور کار خود قرار میدهند. در ایران هم برخی برندهای معتبر از این روش ها برای اطمینان از کیفیت مواد اولیه بهره می برند.
برند های Nichicon ، Rubycon ، Panasonic که هر سه محصول کشور ژاپن هستند برندهای شناخته شده در تولید خازن الکترولیت هستند و برندهای WIMA محصول کشور آلمان، Kemet آمریکا و Vishay به عنوان یک برند آمریکایی آلمانی برند های منتخب در تولید خازن MKT هستند. یک بررسی ساده نشان میدهد برخی تولید کنندگان کنتور در کشور وسواس زیادی در انتخاب قطعات با کیفیت در محصول خود دارند و یکی از دلایل افزایش طول عمر کنتورهای این تولید کنندگان نسبت به رقبای داخلی و خارجی همین موضوع می باشد.
شرایط محیطی نامناسب – Humidity, Dust, Vibration
رطوبت، لرزش و گرد و غبار از دیگر دلایل کاهش عمر مفید خازن کنتور می باشد. رطوبت بالا باعث اکسید شدن پایههای خازن و کاهش عملکرد آن شود، این مشکل به وفور در کنتورهای نصب شده در مناطق مرطوب مانند استان مازندران دیده می شود. گرد و غبار هم با ایجاد یک لایه پوششی روی قطعات الکترونیکی باعث گرم شدن بیشتر آنها میشود. اسپری نمودن عایق پلاستیک که به Conformal Coating معروف است باعث محافظت برد در برابر رطوبت میشود و جلوی اکسید شدن و خوردگی مس را میگیرد. این پوشش مقاومت برد کنتور را در برابر آلودگی و گرد و غبار را افزایش داده و با بهبود میزان عایق بندی باعث کاهش جرقه یا نشتی جریان میشود. افزایش مقاومت برد و قطعات الکترونیکی را در برابر اسپری های تمیزکننده، روغن ها و حلال ها صنعتی از دیگر مزایای Conformal Coating می باشد. نهایتاً این عایق با کاهش استرس مکانیکی و آسیب هایی که بر اثر لرزش یا حمل و نقل کنتور به آن وارد میشود در حفاظت از کنتور به خصوص در زمان حمل و نقل از درب کارخانه تا محل نصب میگردد. انتخاب کنتور با IP مناسب، ا در نهایت نصب کنتور در تابلوی استاندارد تاثیر بسزای در کاهش اثراث مخرب شرایط محیطی بر روی کنتور ها دارد.
افزایش طول عمر خازنهای برد کنتور به معنای افزایش طول عمر و دقت کنتور است به همین دلیل پیشنهاد میکنیم
- در زمان دریافت کنتور نمونه برای مناقصه به برند قطعات حساس به خصوص خازن های تغذیه دقت کنید، وجود وریستور و دیود TVS از نکات مثبت طراحی کنتور می باشد. دقت به این موارد در تعیین امتیاز فنی کنتورهای مختلف نتیجه مطلوب تری در خرید برای شرکت های توزیع برق به همراه خواهد داشت.
- انتخاب کنتور با IP مناسب، Conformal Coating و نصب کنتور در تابلوی استاندارد و جلو گیری از تابش مستقیم نور خورشید، کاهش اثر رطوبت و گرد و غبار بر روی کنتور تاثیر قابل توجهی در افزایش طول عمر کنتور خواهد داشت.
- بررسی فرایند تولید و کنترل کیفیت تولیدکنندگان، به خصوص وجود روال تست کامل (Full-Inspection) و نمونهبرداری (Sampling Test) در فرایند پیش تولید
همگی مواردی است که عمر کنتور و دقت آن را افزایش میدهد و در صورت عدم رعایت این موارد باید آماده خرابی و کاهش دقت اندازه گیری کنتور برق باشیم.
