XXII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica SENDI 2016 - 07 a 10 de novembro
Curitiba - PR - Brasil
Alexandre Albarello Costa
Eduardo Kazumi
Yamakawa
Lin Ting Yen
Instituto de Tecnologia
para o Desenvolvimento
Instituto de
Tecnologia para o
Desenvolvimento
Instituto de
Tecnologia para o
Desenvolvimento
alexandre.costa@lactec.org.br eduardo@lactec.org.br lin.yen@lactec.org.br
Felipe Jose Lachovicz
Marcio Biehl Hamerschmidt
Tiago Augusto Silva
Santana
Instituto de Tecnologia
para o Desenvolvimento
Copel Distribuição S.A.
Companhia
Paranaense de Energia
felipe.lachovicz@lactec.org.br marcio.hamerschmidt@copel.com tiago.santana@copel.com
DESENVOLVIMENTO DE UM ENSAIO DE VIDA ACELERADO SIMPLIFICADO PARA MEDIDORES ELETRÔNICOS DE ENERGIA - PRIMEIROS RESULTADOS
Palavras-chave
Confiabilidade Distribuição Weibull Ensaio de vida acelerado
Medidores eletrônicos de energia
Resumo
Medidores eletrônicos de energia elétrica são uma evolução com relação aos antigos eletromecânicos, porém problemas relacionados a duração destes equipamentos já são conhecidos pelas distribuidoras. Com ponto de partida na norma ABNT 16078:2012, o presente trabalho objetiva o desenvolvimento de um ensaio de vida acelerado simplificado e representativo do ciclo de vida de um medidor em campo, de forma a poder ser utilizado pela concessionária Copel em seus processos de aquisição de novos medidores. Um laboratório com cinco câmaras climáticas foi montado para o projeto, além da aquisição de softwares de análise e
considerados. O segundo lote de 150 medidores trifásicos encontra-se em ensaio com os parâmetros de teste já adaptados de forma a reduzir sua duração. O projeto está em andamento, com conclusão prevista para setembro de 2017.
1. Introdução
Um problema grave das distribuidoras de energia hoje é a falha de equipamentos de forma prematura, sendo que aqui o objeto de estudo é o medidor eletrônico de energia. Atualmente a vida útil regulatória para este item é 13 anos, contudo, altos índices de falha denunciam que esta durabilidade não será atingida, o que representa um grande prejuízo para as concessionárias distribuidoras. A título de informação, os melhores medidores eletromecânicos produzidos até o início dos anos 2000 tinham uma vida útil média próxima de 50 anos, para um tempo de retorno do investimento de 20 anos, portanto além de se pagarem, geravam receita para a distribuidora por longo tempo. Os últimos lotes de medidores eletromecânicos produzidos até 2003 já tiveram sua qualidade bastante reduzida, refletindo num tempo de vida útil de aproximadamente 17 anos, fato este devido a provável utilização de componentes de má qualidade pelos fabricantes para encerramento das linhas de produção. Os medidores eletrônicos, desde os primeiros modelos e lotes adquiridos pela Copel têm apresentado uma vida útil curta com relação a regulamentação de 13 anos mínimos, portanto, o que parecia uma grande vantagem em termos de custo, por um preço de venda menor que metade do preço de um eletromecânico, tornou-se um problema sistemático para a distribuidora (SANTANA, 2012, p. 38-58).
É desejável que ocorra um desenvolvimento industrial que possibilite atingir o período de vida útil prevista pelo regulador, porém, a crescente disputa de preços faz com que fabricantes optem por soluções mais simples e menos confiáveis. Portanto faz-se necessário estabelecer um padrão mínimo de qualidade e uma forma de verificação da real expectativa de vida destes equipamentos. Atualmente a norma ABNT 16078:2012 relaciona um conjunto de ensaios de envelhecimento acelerado em medidores eletrônicos de energia. Contudo, a plena aplicabilidade desta norma requer longos períodos de ensaio em 150 exemplares de um mesmo modelo de medidor. A estrutura imobilizada durante estes ensaios representa valores significativos e isto tem contribuído para inviabilizar sua aplicação. O projeto de pesquisa e desenvolvimento PD 2866 aqui descrito propõe o estudo de uma simplificação dos procedimentos de ensaio, visando especialmente a redução do tempo necessário e consequentemente a redução dos custos envolvidos. Visando também a credibilidade desta simplificação, estão sendo utilizados modelos já em uso pela distribuidora, ou seja, somente medidores eletrônicos monofásicos e polifásicos, com display digital, portando medidores eletrônicos com display ciclométrico não estão sendo considerados.
O medidor eletrônico de energia possui basicamente quatro blocos funcionais: fonte de alimentação, circuitos de condicionamento de tensão e corrente, circuito de medição microprocessado e interfaces com o usuário (display e portas de comunicação). As arquiteturas de cada bloco funcional variam entre fabricantes e entre modelos pelos mais diversos motivos, portanto não é objetivo principal deste trabalho o mapeamento e análise do hardware específico dos medidores falhos, mas elaborar o teste de vida acelerado considerando os medidores como “caixas pretas”, ou seja, tornar o teste desenvolvido independente de qualquer arquitetura de hardware, modelo ou fabricante. Devido a isto, a abordagem até o momento tem sido predominantemente estatística, sendo utilizados para análise dos resultados parciais as técnicas baseadas em aproximações das curvas de vida dos medidores por funções densidade de probabilidade (PDF) Weibull ou outras pertinentes. A título de enriquecimento do projeto e geração de material adicional para a tese de doutorado a ser entregue juntamente com o presente estudo, análises dos medidores falhos em seus principais modos de falha tem sido executadas visando melhor compreensão dos seus mecanismos de ocorrência e causas raiz, acrescentando ao desenvolvimento um “feedback” de informações baseadas também em física da falha.
para cadastro dos medidores retornados com defeito e suas respectivas informações, cujo objetivo é iniciar um acompanhamento de longo prazo do ciclo de vida dos medidores eletrônicos instalados pela distribuidora e, consequentemente, confrontar os dados de vida dos medidores em campo com as expectativas de vida levantadas através do teste de vida acelerado desenvolvido. Este projeto ocorre basicamente em duas etapas. A primeira, em fase de conclusão, consiste em um conjunto de ensaios baseados na norma existente e a segunda no desenvolvimento de metodologia simplificada. Além da norma ABNT, normas IEC e bibliografias relacionadas foram adquiridas. Para execução dos testes foram compradas cinco câmaras climáticas conforme a figura 1. Todas possuem faixa de controle de temperatura de -40 °C a 150 °C, flutuação de ±0,5 °C, e faixa de controle de umidade relativa do ar de 20% a 98% e flutuação de ±3% no pior caso. Uma das câmaras tem um dispositivo de controle adicional para extra baixa umidade, controlando a mesma a partir de 5%.
Figura 1 – Laboratório de câmaras climáticas dos Institutos LACTEC.
2. Desenvolvimento
2.1. Medições iniciais
2.1.1 Temperatura e umidade relativa nominais
Os medidores eletrônicos, por se tratarem de equipamentos estáticos e expostos a variações ambientais frequentes ao longo de sua vida útil, tem suas condições de operação ambientais determinadas por faixas e não por valor nominal. Os modelos de extrapolação de vida por estresse acelerado necessitam de um valor de referência para o cálculo da previsão de vida, portanto é necessário estabelecer uma temperatura e uma umidade nominal do medidor, para tanto foram realizadas medições de temperatura no interior de uma caixa plástica de medição exposta diretamente ao sol, com face norte, nas instalações do LACTEC e Copel em Curitiba. A figura 2 mostra a distribuição de temperaturas medidas no período de 08/01/2015 a 21/05/2015.
Figura 2 – Distribuição das medições em caixa plástica de medição
Com base nesta distribuição, e considerando que Curitiba é uma região tradicionalmente mais fria do que o restante do estado do Paraná, foi determinado que a temperatura nominal de trabalho de um medidor é 25 °C. Um período maior de medição não foi possível devido a indisponibilidade de equipamento. A umidade relativa do ar também foi medida no ambiente e constatou-se que ela varia inversamente proporcional a temperatura, assim foi determinado um valor de umidade relativa nominal de 60%, correspondendo a uma média temporal da umidade relativa ambiente.
2.1.2 Variação da temperatura interna com a carga
Os medidores eletrônicos frequentemente utilizam como sensor de corrente resistores shunt série com a carga ou transformadores de corrente, de forma a amostrar a corrente passante para o consumidor. Quanto maior o valor da corrente de carga, maior tende a ser o aquecimento do barramento e dos elementos sensores, assim, foi realizada uma medição com variação da corrente de carga e temperatura de ensaio, de forma a avaliar qual a corrente de carga relevante para utilização durante a execução dos testes acelerados. Para tanto, foram utilizados oito patamares de corrente, em tensão nominal de 127V, 50% de umidade relativa, medindo-se a temperatura interna do medidor em 8 patamares de temperaturas, resultando em 64 combinações de teste. Foram utilizados um medidor monofásico e um medidor trifásico nestas condições. Um termopar tipo T foi inserido no meio das amostras, de forma a permanecer no ar, sem contato com partes plásticas, metálicas ou eletrônicas.
O resultado das medições é mostrado nos gráficos da figura 3. No medidor monofásico houve uma elevação média 0,06 °C/A, o que pode ser considerado irrelevante. No medidor trifásico, a elevação de temperatura interna com a corrente de carga praticamente não ocorreu, confirmando os resultados encontrados em outra pesquisa chinesa (YANG, 2014, p. 218-219), porém, quando a tensão da carga foi mudada de 127V para 220V, houve um salto de 5,5 °C adicionais para aproximadamente 15 °C adicionais, o que nos leva a concluir que a elevação da temperatura interna do medidor com a corrente permanece desprezível, ficando predominantemente dependente da tensão aplicada. Isto se deve ao tipo de tecnologia aplicada na fonte de alimentação do medidor, pois circuitos reguladores de tensão dissipam potência proporcionalmente a tensão aplicada. Pela conclusão de que a corrente de carga não altera significativamente a temperatura interna do medidor durante os testes, estabeleceu-se uma corrente de carga de aproximadamente 1,3 A, o que corresponde a uma carga resistiva de 100 Ohms em 127 V. O objetivo desta corrente durante os ensaios sob stress acelerado é manter os circuitos do medidor funcionando e mudando de estado para contabilizar a energia utilizada.
Figura 3 – Elevação da temperatura interna com corrente de carga monofásica
De forma a verificar quanto aproximadamente de umidade penetra dentro de um medidor durante o teste acelerado, foi medida a umidade relativa dentro de medidores monofásicos e trifásicos em condições de stress térmico e alta umidade. Foi utilizado um transmissor de umidade do modelo NOVUS-RHT-100, com o elemento sensor inserido no meio do medidor, suspenso no ar. Foram utilizadas temperaturas de 65, 75 e 85 °C, e umidade relativa de 98%, o máximo alcançável pelas câmaras do LACTEC. O resultado do teste mostrou que, em média, a umidade interna permanece cerca de 16,5 % abaixo da umidade da câmara durante o período de medição.
2.1.4 Mapeamento dos componentes críticos termicamente
Para melhor compreender os limites de operação dos medidores, de forma a determinar os limites climáticos que podem ser utilizados nos ensaios, uma amostra foi desmontada e se levantou os limites operacionais dos principais componentes utilizados no modelo do medidor utilizado neste primeiro lote. A tabela 1 resume os dados pesquisados. Tabela 1 – Mapeamento das características dos principais componentes utilizados.
Conforme mostrado, a menor temperatura máxima entre os principais componentes é 85 °C, portanto o nível de stress térmico utilizado nos ensaios, a princípio, não deverá exceder este valor de forma a evitar que modos de falha indesejados surjam e mascarem os resultados obtidos. Temperaturas superiores a este limite necessitam de uma investigação mais aprimorada. Nenhum dos componentes pesquisados possui restrição quanto aos limites de umidade relativa, portanto, a máxima umidade relativa do ar a ser utilizada nos testes fica restrita a máxima umidade alcançável e controlável pelas câmaras climáticas do LACTEC, ou seja, 98%.
2.2. Teste de vida acelerado
2.2.1 Condições de estresse acelerado
Foi estabelecido que o primeiro lote de medidores a ser testado em condições de stress acelerado seria de medidores monofásicos pela sua simplicidade com relação aos polifásicos. Na norma ABNT 16078:2012, recomenda-se a utilização de 150 amostras divididas igualmente em cinco condições de stress, ou seja, 30 medidores por câmara climática. O objetivo do teste deste primeiro lote é basicamente conhecer o comportamento dos medidores em condições de stress acelerado. Foram utilizadas as 150 amostras do mesmo fabricante e modelo do medidor por questões de disponibilidade de amostras.
A norma estabelece três níveis de stress térmico e de umidade relativa do ar, sendo eles máximo, médio e mínimo. As combinações entre eles resultam em nove condições de teste, mas eliminando condições mínimo-mínimo e médio-mínimo que são as que resultariam menor envelhecimento das amostras, resultam cinco condições de teste conforme a tabela 2.
Os valores de temperatura são os mesmos recomendados na norma ABNT 16078:2012, os valores de umidade foram escolhidos a partir da máxima umidade controlável das câmaras, ficando um pouco acima dos valores de norma, o que não deve ter outra consequência a não ser acelerar mais o teste, já que não há limitação de umidade para os medidores em questão.
Os medidores sob ensaio são todos monofásicos, classe B. Suas características elétricas são 120 V, 15 A (100 A pico), 60 Hz, 1 elemento, 2 fios, com constante de 1 Wh/impulso. Uma carga resistiva de 100 Ohms, foi utilizada durante o teste resultando numa corrente de carga de aproximadamente 1,28 A. Os 30 medidores de cada câmara foram ligados em série. Antes do início do teste de vida acelerado todos os medidores tiveram seus erros de medição iniciais checados com um padrão de energia no laboratório de metrologia no LACTEC e foi realizada uma vistoria geral em cada amostra, para detecção de possíveis defeitos prévios. Todas as amostras foram consideradas aptas para início do teste.
2.2.2 Procedimento de teste
O teste do primeiro lote teve início em 21/09/2015. Os medidores foram dispostos de frente para a janela de inspeção das câmaras climáticas, de forma a possibilitar uma inspeção visual diária do funcionamento dos displays e LEDs. Mesmo com a detecção visual de falhas em displays e LEDs, a mesma somente é confirmada se após o resfriamento à temperatura ambiente o problema persistir, conforme recomendado em norma. Por restrições devido a agenda do laboratório de metrologia do LACTEC para verificação do erro das amostras, chegou-se a um período médio de verificação de 467 horas entre paradas.
Os modos de falha relacionados na norma brasileira foram aqui considerados como sendo: medidor queimar (MQ); medidor parar de medir ou medir incorretamente (FC – medidor fora de classe); medidor parar de mostrar o registro (FD – falha de display); LEDs com problemas (NP – LED não pisca/não funciona); falhas intermitentes ou outras falhas (FI). Foram deixados de fora problemas relacionados a interrupção de comandos externos e comunicação com o medidor pela característica do modelo e por estarem sendo considerados problemas que possam afetar a leitura do consumo de energia por leituristas ou técnicos de campo da concessionária. Problemas mecânicos relacionados a oxidação dos blocos de terminais ou deformações na caixa plástica dos medidores também foram desconsiderados devido ao foco deste estudo ser o envelhecimento da eletrônica dos medidores.
2.2.3 Dados coletados do teste de vida acelerado
Foram realizadas inspeções diárias nos displays e LEDs dos medidores sob ensaio, e foram realizadas ao todo 10 paradas totais das câmaras para verificação dos erros de medição dos 150 medidores, totalizando 4667 horas de ensaio com 88% de falhas ao final. As amostras detectadas falhas foram retiradas somente durante as paradas das câmaras e enviadas para análise do time de eletrônica. A tabela 3 mostra os dados totalizados por verificação.
O teste foi finalizado neste ponto porque dos 18 medidores restantes, 17 estavam na condição de 65 °C, 98% UR, que é a condição de menor stress entre as cinco. O objetivo inicial era levar todos os medidores a falha, porém, se extrapolarmos linearmente a taxa de falhas observada, conforme mostrado na figura 4, o teste provavelmente passaria de 5500 horas ocasionando impactos no cronograma do projeto.
Figura 4 – Progressão das falhas ao longo do teste de vida acelerado.
É possível notar também na porcentagem de falhas parciais por parada, a semelhança com a conhecida curva da banheira, que representa o ciclo de vida de um produto (MEEKER, 1998, p. 34-35). Esta curva apresenta 30% de falhas prematuras no teste, tendo novamente incremento na taxa de falhas a partir de 3000 horas de ensaio, o que representaria o início da fase de desgaste (wear out). O decremento na taxa de falhas a partir de 4187 horas deve-se ao término das amostras nas condições mais severas, permanecendo somente amostras nas condições de 65 °C, 98% e 75 °C, 98%, condições estas que se mostraram bem menos desgastantes que as restantes influenciando pouco no teste, conforme mostra o gráfico de contorno da figura 5, que relaciona o parâmetro de forma (beta) com a vida característica (eta) representada em cada condição de stress. Vale aqui ressaltar que não existe um critério oficial para determinação do que é ou não aceitável como falhas prematuras, cabendo a fabricantes e concessionárias um consenso a respeito.
Visando uma melhor compreensão dos dados coletados ao longo do teste acelerado, as falhas foram distribuídas por tempo de teste e tipo de falha, conforme mostrado na figura 6. Nestes gráficos é possível notar que a curva da banheira dos medidores, neste caso, é composta predominantemente por FC e FD. Os medidores queimados, bem como os problemas relacionados aos LEDs e outras falhas intermitentes aparecem somente no início do teste, o que gera suspeita de outros motivos para ocorrência que não o envelhecimento.
Figura 5 – Impacto sobre a vida característica das amostras em cada condição de estressamento.
Figura 6 – Distribuição das falhas ocorridas ao longo do teste de vida acelerado.
A taxa de falhas por FC foi descrescente ao longo do teste, algo inesperado pois para os principais modos de falha esperava-se taxa crescente com o tempo. A análise destas amostras não elucidou a causa da ocorrência predominantemente no início do teste, porém, suspeita-se que tenham correlação com as causas que levaram os medidores a queima pelas elevadas quantidades de ambos os modos de falha coincidirem nas condições de 75°C-98%, 85°C-90% e 85°C-98%, conforme mostrado na Tabela 4. Uma investigação mais apurada a respeito encontra-se em andamento através de análises do hardware e cruzamento de informações com outros testes em outros modelos.
A taxa de falhas por FD foi crescente ao longo do tempo, conforme era esperado. Ocorreram alguns problemas de descolamento da película dos displays, mas como não foi detectada a ocorrência em campo deste mesmo defeito, ele foi desconsiderado por não interferir na leitura dos registros. O descolamento somente não ocorreu na condição de 65°C-98%, podendo estar relacionado a temperatura máxima suportável pelo componente, o que contradiz a própria faixa de operação do medidor estabelecida pelo fabricante.
2.2.4 Análise dos dados coletados
Em cada parada os dados parciais foram analisados pelo software Reliasoft ALTA 9.0 Standard, e um teste de aderência foi realizado previamente para checagem da distribuição que melhor representa os dados de vida coletados. Em todas as etapas o teste de aderência recomendou a distribuição Weibull de dois parâmetros.
A distribuição Weibull possui basicamente um parâmetro beta de forma, e um parâmetro eta de vida característica, relacionado ao espraiamento da função (NELSON, 2004, p. 63-65). O modelo de envelhecimento utilizado com a distribuição Weibull é o Temperatura-Umidade, que é uma variação da relação generalizada de Eyring (RELIAWIKI, 2016, p. 1). Este modelo de envelhecimento considera a energia de ativação Ea relacionada aos modos de falha dos medidores. A energia de ativação, medida em elétron-volts (eV), por definição é a quantidade de energia necessária para desencadear uma reação. No caso dos testes de vida acelerados representa quanta energia é necessária para levar um medidor ao mesmo modo de falha que ocorreria em campo em condições normais de operação.
O levantamento dos parâmetros da distribuição Weibull pelo software ALTA foi realizado com suspensões a direita, por somente haver certeza de os tempos até a falha das amostras em sucesso ser maior que o tempo da última verificação
(MEEKER, 1998, p. 34-35). Suspensões a esquerda não foram considerados devido aos intervalos de inspeção terem ficado em média longos demais para este tipo de análise, aumentando muito a incerteza nos resultados. Considerando que conforme a quantidade de falhas tende a falha total das amostras sob teste, ao final foi feita uma comparação considerando análises com e sem suspensões. Os resultados obtidos são mostrados na tabela 5.
Tabela 5 – Evolução dos dados obtidos para o modelo de aceleração.
É possível observar através dos dados da tabela a convergência nos valores de Ea e beta. A energia de ativação por volta de 0,8 eV corresponde a energia de ativação geral para semicondutores citada na literatura, que é aproximadamente 0,85 eV. O valor de beta pouco maior que 1 representa uma distribuição com taxa de falhas levemente crescente, o que pode também ser observado na figura 4.
Os valores de eta no entanto divergem, chegando a valores de vida característica de centenas de anos, o que é irreal. Para testar a convergência deste parâmetro, foi realizada uma análise extrema considerando todos os medidores falhos,
resultados errôneos dos testes. Na sequência, somente as falhas ocorridas foram consideradas excluindo-se as suspensões, chegando a um eta de 1,5 anos e confirmando a sensibilidade as suspensões restantes. Conforme mostrado na figura 8, a condição menos estressante parece estar elevando o valor de vida característica de forma errônea, além de que esta grande variação nos resultados de eta pode ser indicativa de alguma anomalia ocorrida durante os testes. Portanto, analisando os gráficos da figura 6, e considerando a elevada taxa de falhas prematuras observadas, nota-se haver relação com eventos iniciais do teste.
Considerando agora que a queima de medidores ocorreu nas primeiras 1200 horas de teste, e se encontram dentro deste período os 30% de falhas encontradas na primeira checagem e outro pico inesperado na ocorrência de FC na terceira checagem, resolveu-se suspender as falhas ocorridas neste período e observar o resultado sem a influência das mesmas. A análise refeita resultou em uma convergência da vida característica dos medidores em eta = 22,9 anos, o que ainda é um valor superestimado para medidores eletrônicos. Além disso os valores de Ea e beta se modificaram para 0,516 eV e 6,46 respectivamente.
Detectada a influência das falhas prematuras nos resultados, seguiu-se expandindo o período de suspensão para 2000 horas, o que resultou em eta = 6,8 anos, Ea = 0,385 eV e beta = 9,25. Esta simplificação adicional mostrou que a condição de 85 °C, 98% ficou completamente suprimida na análise pois todos as amostras nesta condição falharam antes de 2000 horas, ou seja, as falhas ocorridas foram todas consideradas como “retiradas antecipadamente” do teste. A partir disso, suspendeu-se completamente a condição de 85 °C, 98%, suspendendo também todas as falhas anteriores a 1200 horas de ensaio como prematuras de forma a eliminar a influência destes dados. Agora os parâmetros da curva Weibull convergiram para beta = 4,91, Ea = 0,506 e eta = 17 anos. Estes valores denotam uma distribuição Weibull com taxa de falhas crescente no tempo na região de desgaste (wear out) devido ao elevado beta e consequente baixa taxa de falhas prematuras, o que pode ser observado no gráfico da figura 7, que mostra a probabilidade de falha das amostras ao longo do tempo.
Se compararmos este resultado aos de uma análise com todos os medidores falhos ao final do teste, ou seja, sem suspensões e desconsiderando os itens anteriormente descritos como responsáveis por distorcer os resultados, chegamos a um valor de beta = 3,25, Ea = 0,46 e eta = 16 anos, próximo do valor analisado com a suspensão das amostras corrigida. Nota-se assim que, após as devidas correções, a análise final com suspensões e sem tendem a valores próximos, o que era esperado apesar dos valores ainda elevados de vida característica dos medidores. A figura 8 traz um comparativo das duas distribuições, confirmando assim a validade dos resultados.
Figura 8 – Comparativo das distribuições com e sem suspensões.
3. Conclusões
As proximidades nos valores recalculados de Ea e beta, aliados as diferenças de eta levam a conclusões interessantes e mais indagações a serem investigadas, conforme descrito nos itens abaixo:
1- O modelo de medidor em questão parece ter baixa robustez devido ao baixo valor de Ea e a elevada taxa de falhas prematuras. Um baixo Ea indica que pouca energia necessita ser aplicada ao medidor para leva-o a falha e por consequência, o mesmo não deve suportar condições mais estressantes, conforme ocorrido com a falha total das amostras na condição de maior stress em aproximadamente 43% do tempo do teste. Esta conclusão é de especial interesse na simplificação e redução dos tempos de teste e será melhor avaliada nos próximos lotes de amostras.
2- Apesar de estar no limite da faixa especificada para o medidor, a condição de 85 °C, 98% UR não foi suportada pelo mesmo. A razão mais provável disso é que esta combinação de stress possa estar ocasionando modos de falha adicionais e danificando o medidor ao invés de envelhecê-lo proporcionalmente ao que ocorreria em campo.
3- A vida característica real deste modelo de medidor pode ter ficado mascarada pela possível ocorrência de modos de falha diversos que não representam o envelhecimento do mesmo, e pela menor condição de estressamento que
próximas do ideal, porém, ao ser exposto a condições próximas dos seus limites operacionais ambientais, sua vida útil tende a cair drasticamente. Pode-se concluir disto que a sua vida característica real é provavelmente bem menor do que o valor obtido de 17 anos, considerando-se que as oscilações de temperatura e umidade em campo são diárias e podem chegar a valores extremos.
4- O próprio procedimento de ensaio estabelecido pode estar adicionando mecanismos de falha não representativos a operação em campo. A norma ABNT 16078:2012 estabelece algumas condições de teste, mas não especifica os procedimentos relativos a execução dos ensaios propriamente ditos. As condições em que devem ocorrer as variações de temperatura e umidade, tanto no aquecimento quanto no resfriamento das câmaras não são definidos e podem ocasionar choques térmicos e condensações de água nos componentes das amostras. Os períodos de checagem das amostras também não são definidos, sendo somente estabelecido que a norma se refere a ensaios com níveis de stress constantes, ou seja, o mínimo período de verificação das amostras sem considerar o stressamento variável no tempo não está claro. Considera-se aqui que os períodos de amostragem utilizados foram também demasiadamente longos, gerando incertezas quanto aos medidores fora de classe.
5- As queimas de amostras se concentraram somente no período inicial do teste e não se distribuíram em todas as condições, além do mais, nas condições em que ocorreram não parece haver correlação direta entre a frequência das queimas e os níveis de temperatura ou umidade estabelecidos. Este período de ocorrência coincide com relatos de eventos de flutuação de tensão perceptíveis nas instalações de iluminação, portanto pode haver relação entre a queima destes medidores e problemas de qualidade de energia. Esta hipótese está em investigação, pois o medidor é normalmente o primeiro equipamento na entrada de uma instalação e deveria ter grande imudade a estes eventos.
Um segundo lote de 150 medidores trifásicos já se encontra em teste acelerado, com os níveis de stress modificados, e com outros cuidados para eliminação de fontes de incertezas nos resultados, como a instalação de um estabilizador de tensão trifásico na alimentação dos circuitos dos medidores, procedimentos de aquecimento e resfriamento das câmaras em rampa, reduzindo assim o risco de condensação de umidade nos medidores sob ensaio. Foi estabelecido também um período de verificação dos medidores de 7 dias através de um padrão de calibração trifásico portátil, dessa maneira, além de reduzir os intervalos de verificação para um valor fixo, evita-se desmontar o setup de ensaio e dessa forma inserir outras fontes de incertezas.
4. Referências bibliográficas
SANTANA, TIAGO A. Engenharia da confiabilidade aplicada à medição de energia elétrica, UTFPR 2012.
NELSON, WAYNE B. Accelerated Testing – Statistical Models, Test Plans and Data Analysis, Ed. Wiley Inter Science, 2004, p 63-65.
RELIAWIKI. Generalized Eyring Relationship. Acesso em 01/05/2016, disponível em:
http://www.reliawiki.com/index.php/Generalized_Eyring_Relationship
MEEKER, WILLIAN Q., ESCOBAR, LUIS A. Statistical Methods for Reliability Data, Ed. Wiley Inter Science, 1998. YANG, Z et al. Smart Electricity meter reliability prediction based on accelerated degradation testing and modeling, 2014
