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电压一电流法测定电线电缆绝缘电阻的不确定度评定

作者: 来源: 发布时间:2018/2/11 16:12:47  点击数:554
中图分类号:g307文献标识码:a文章编号:1004-4329(2004)03-0056-03
绝缘电阻是表征电线电缆绝缘特性的重要参数,准确测定电线电缆的绝缘电阻对于验证其绝缘性能是否具备可靠性,防止电缆击穿事故的发生有着实际意义.而测量不确定度则是对测量结果质量的定量表征.本文根据jjfl059—1999技术规范要求,对电线电缆绝缘电阻测量结果的不确定度予以评定.
1测量原理
在规定的温度下,对单位长度的电线电缆绝缘施加一定的直流电压(一般为80~500 v),在绝缘内部或表面将产生一定的电流.根据电流形成原因的不同,可以将其分成如下几种:
(1)对绝缘的几何电容进行充电的电流,即位移电流.
(2)由于绝缘介质的吸收产生的电流,即吸收电流.
(3)由于绝缘内部或表面的带电粒子(一般是离子和电子)移动产生的传导电流,即泄漏电流.
从电流-时间特性来看,位移电流和吸收电流随时间变化而衰减,泄漏电流一般不随时间变化而改变.绝缘电阻与外施电压和位移电流、吸收电流及泄漏电流所形成的全电流之间服从欧姆定律.
根据《电线电缆电性能试验方法绝缘电阻试验电压一电流法》(gb/t3048.6—1994)的规定,外施电压除以以1 min时间为定值的电流,即为单位长度电线电缆的绝缘电阻.
2数学模型
按照gb/t3048.6—1994和gb5023—1997的规定,特定温度下每km电线电缆的绝缘电阻可以表示成如下形式:
r=[rx+δr(t)]×l
式中:r——每千米电缆绝缘电阻,mω·km;rx——有效长度试样的绝缘电阻值,mω;δr(t)——测量绝缘电阻时,由于受温度的影响产生的有效长度试样绝缘电阻的修正值,mω;l——试样有效测量长度,km.
3测量不确定度的来源
绝缘电阻检测结果的不确定度来源包括:①对绝缘重复性旋加电压时,即使在每次施加电压前均对试样充分放电,绝缘介质吸收极化程度仍会发生变化,由此引入的不确定度ua;②由绝缘电阻测试仪固有的系统性误差引入不确定度ur1③由绝缘电阻测试仪量化误差引入不确定度ur2④试样长度测量误差引入的不确定度ul;⑤测量环境温度时温度准确度误差引入的不确定度ut1⑥测量环境温度时,由温度的波动性引入的不确定度ut2。
4方差与传播系数

其中:
令δr(t0)=0,则δr(t1)=r(t1)一r(t0),δr(t2)=r(t2)一r(t0)
δr(t)是温度与绝缘电阻的函数,且只能表示成数值方程的形式,因此c3也只能通过实验的方法确定,即在短时间内由同一操作人员使用同一设备测量试样在不同温度的绝缘电阻值并表示成数值方程,通过对数值方程求导,求出绝缘电阻对测量温度的变化率.
例:在测量70℃绝缘电阻时,可在同一电缆上截取3个有效长度相同的试样分别测量其在t0=70℃,t1=73℃,t2=76℃时的绝缘电阻值r(t0)、r(t1)、r(t2),根据数值分析中插值型求导公式,估算传播系数有:
c3=∂δr(t)/∂t≈1/2δt[一3δr(t0)+4δr(t1)一δr(t2)]其中δt=t1一t0=t2一t1;
令δr(t0)=0,则δr(t1)=r(t1)一r(t0),δr(t2)=r(t2)一r(t0)
5标准不确定度的a类评定
以2.5 mm²的一般用途单芯硬导体无护套电缆(227iec01(bv))的70℃绝缘电阻测量为例,取有效长度为5 m的试样,测量其70℃时的绝缘电阻r1为9.21 mω,则每千米绝缘电阻r=0·046 mω·km,为评估其a类不确定度,从同一电缆另取两组有效长度为5 m的试样,测量其70℃绝缘电阻r2、r3,有r2=9.10mω,r3=9.17 mω.利用贝赛尔公式,计算r1、r2、r3的标准差作为试样70℃绝缘电阻测量结果的a类不确定度分量,有ua=σ=0.056 mω.
为估算测量温度对绝缘电阻的传播系数,截取2组有效长度为5 m的试样测量73℃和76℃时绝缘电阻r4、r5,有r4=7.79 mω,r5=6.59 mω,利用r1、r4、r5组成数值方程,估算测量温度对绝缘电阻的传播系数,c3=—0.51 mω/℃。
6标准不确定度的b类评定
6.1由绝缘电阻测试仪固有的系统误差引人的不确定度分量评定
测量使用的绝缘电阻测试仪经检定合格.测量时使用了x 106ω档位,根据设备说明书,在使用该档位进行测量时,仪器的最大允许误差(mpe)为±(读数×1%+2字),按均匀分布考虑,取k=3,则

6.2由绝缘电阻测试仪读数量化误差引入的不确定度分量评定
测试样绝缘电阻时绝缘电阻测试仪在该档位下分辨力为0.0lmω,由此带来的标准不确定度=0.29×0.01=2.9×10-3mω,相互独立,
6.3由试样长度测量误差引入的不确定度分量的评定
根据经验知,在测量试样长度时,误差在1%范围内,按正态分布考虑,取k=3,则
ul=0.005×1%/√3=1.67×10-5km.
6.4测量环境温度时,由测量准确度和环境的温度波动性引入的不确定度的评定
测量电线电缆70℃绝缘电阻在恒温水浴中进行,使用的恒温水浴经检定合格,由恒温水浴的检定证书知,该水浴的温度准确度为士1℃,温度波动度为±2℃,均按均匀分布考虑。则相互独立,
7标准不确定度一览表
标准不确定度分量ui不确定度来源标准不确定度值ci=∂f/∂xi|ci|ui
ua重复性误差0.056mω0.005km2.8∙10-4mω∙km
urx绝缘电阻测试仪系统误差ur1电阻测试仪ur2量化误差6.48∙10-2mω0.005km3.24∙10-4mω∙km
ul试样有效长度测量误差1.67∙10-5km9.21mω1.54∙10-4mω∙km
ut温度准确度误差ut1
温度波动度误差ut2
1.29℃—0.51mω/℃∙0.005km3.29∙10-4mω∙km

8合成不确定度uc及扩展不确定度u

取包含因子k=2,则扩展不确定度为u=2×uc=8×10-3mω∙km(只进不舍)最终报告可写成:每km电线电缆70℃绝缘电阻r=(0.046±0.008)mω·km,k=2.
9分析
(1)在估算不确定度分量传播系数的过程中,本文使用的插值型求导公式显然比目前常用的简单取数值方程差商的估算精度高.使用插值型求导公式建立数值微分方程也便于解决不确定度评定过程中所出现的高阶分量的传播系数估算问题.合理选择插值的步长,是提高估算精度的关键,步长过大或过小,会导致截断误差或舍入误差的增长.同时,步长过小还会导致不确定度分量本身对估算精度产生显著影响.实践表明,在评定中步长一般取不确定度分量的2~3倍为宜.
(2)在电器和电气测量领域,受样品固有特性限制,一般不可能对样品进行多次测量.在评定这类产品测量结果的a类不确定度时,可以在尽可能保证样品一致性的前提下,选取不同的样品进行多次测量,然后将多次测量结果的实验标准差作为其中任一次测量结果的a类不确定度分量.
(3)jjfl059—1999提出,对测量结果的a类不确定度进行评定时,如果测量次数较少,可以采用极差法.在jjfl059—1999中给出了当测量次数在2~9时的极差系数.但是,当测量次数大于2时,对于同样的测量次数,采用贝赛尔法评定a类不确定度的自由度仍大于采用极差法.因此,在评定a类不确定度时,应尽可能采用贝赛尔法.
参考文献
[1]李慎安,施昌彦,刘风,等.《测量不确定度评定与表示》(jjfl059-1999)[s].北京.中国计量出版社.1999.
[2]机械工业部上海电缆研究所.《额定电压450/750v及以下聚氯乙烯绝缘电缆》(gb5023—1997)[s].北京.中国标准出版社.1997.
[3]机械工业部上海电缆研究所.《电线电缆电性能试验方法绝缘电阻试验电压一电流法》(gb/t3048.6—1994)[s].北京.中国标准出版社.1994.
[4]中国实验室国家认可委.《电器领域不确定度评估指南(试用)》(cnal/ag09:2003)

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