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电力开关柜电子设备可靠性方案

2016-05-03

电力开关柜电子设备故障率比较高,究其原因,主要有3点:

1、  沿海地区或工厂区域,空气存在盐雾或腐蚀性气体,控制器长时间运行,腐蚀性气体吸附到PCB单板上,导致单板铜箔发生原电池反应,铜箔腐蚀断路,导致设备故障。

2、  设备加工质量,如虚焊等。

3、  设备内部器件失效,导致设备故障。(与应用环境有关,如高温、高压、雷击等)

针对第一点,我们可以采用在PCB单板上刷三防漆,避免铜箔腐蚀。

针对第二点,主要从加工工艺入手,提高直通率,直通率低的话,一定会有一定比例的加工问题产品流入市场。

下面主要分析器件失效问题。器件失效,一方面原因是器件本身质量问题,另外一方面很大程度是设计使用的问题。

器件本身质量问题,只能通过选择器件厂家来解决,如选择欧美或日系大牌厂家,或业内高端厂家。

设计使用问题主要是对器件的认知不足:

1、  器件必须要降额使用,降额使用可以大大降低器件的失效率,比如电解电容耐压,一般要求80%降额使用,可以达到电信级可靠度。

2、  降额使用必须按照设备最严苛的极端使用环境来考核,如户外端子箱温度按65度,共模差模防雷6kv等。

3、  对有寿命的器件,要计算使用寿命,如电解电容和风扇,使用环境的温度高低直接影响器件的寿命。

电解电容寿命计算公式如下,针对端子箱这种应用场景,一般应该做到40度/5年,这样实际端子箱年平均温度为25度,其实际电容寿命估计可以到10年以上。在具体开发设计中,要仔细测量电解电容纹波电流,这样才能准确计算电容寿命。

 


 

风扇寿命计算如下,风扇计算同理也按40度/5年来考核,这样等效也可以到10年左右。

4、  要深入了解产品的使用环境,如端子箱的电压范围,一般国家规定电网电压最高是+10%,一般厂家设计产品会按15%设计,留5%余量,但实际应用中,有时电压会达到20%,特别是小水电供电的区域,故在电力系统中,设备应该按20%余量考虑。

这个电压主要对设备内部的变压器铁损和电解电容耐压造成影响。设备出厂前要做高温高压老化试验,试验时间最少24小时,且根据老化后的故障率来调整老化时间,或增加或减少老化时间。

 

 

结论:端子箱可靠性设计,主要是:

三防漆+加工直通率+寿命计算+器件降额+品牌厂家器件+老化试验

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