電線電纜絕緣電阻測(cè)量不確定度評(píng)定研究

李志偉

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東廣州510000）

電線電纜絕緣電阻測(cè)量不確定度評(píng)定研究

李志偉

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東廣州510000）

測(cè)量是電線電纜生產(chǎn)和使用中不可或缺的一項(xiàng)基本工作，它在人們的日常生活中是很常見一種工作形式，在各個(gè)領(lǐng)域中都充當(dāng)著重要的角色。測(cè)量的目的是確定被測(cè)量的值或獲取測(cè)量結(jié)果。對(duì)于電線電纜產(chǎn)品而言，絕緣電阻的不確定度是關(guān)于測(cè)量結(jié)果精確度的一種定量性的表征。為了提高測(cè)定絕緣電阻的準(zhǔn)確性，對(duì)電線電纜產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定試驗(yàn)，并計(jì)算了電纜70℃絕緣電阻的合成不確定度及擴(kuò)展不確定度。

電線電纜；絕緣電阻；擴(kuò)展不確定度；測(cè)量原理

對(duì)于電線電纜產(chǎn)品而言，絕緣電阻的不確定度是關(guān)于測(cè)量結(jié)果精確度的一種定量表征。當(dāng)報(bào)告測(cè)量結(jié)果時(shí)，必須對(duì)其質(zhì)量給出定量的說明，以確定測(cè)量結(jié)果的可信程度。測(cè)量不確定度就是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征。絕緣電阻是衡量電線電纜產(chǎn)品電氣絕緣特性的重要指標(biāo)之一。因此，開展絕緣電阻測(cè)量不確定度的研究是很有現(xiàn)實(shí)價(jià)值和應(yīng)用意義的。

1 測(cè)量原理

所謂“絕緣電阻”，是指在一定的條件下2個(gè)導(dǎo)體之間的絕緣材料之間所存在的電阻，GB/T 3048.5—2007中將絕緣電阻定義為在規(guī)定條件下，處于2個(gè)導(dǎo)體之間的絕緣材料的電阻。本文不確定度評(píng)定基于該標(biāo)準(zhǔn)中的電壓電流法（又稱高阻計(jì)法）進(jìn)行闡述。

2 建立數(shù)學(xué)模型

絕緣電阻測(cè)試系統(tǒng)由絕緣電阻測(cè)試裝置、恒溫水浴裝置和長(zhǎng)度測(cè)量裝置3個(gè)部分組成，絕緣電阻測(cè)試裝置是測(cè)試的核心部件。

根據(jù)GB/T 3048.5—2007，每千米電纜的絕緣電阻計(jì)算公式為：

式（1）中：R為每千米電纜的絕緣電阻，MΩ·km；Rx為試樣的絕緣電阻值，MΩ；L為試樣有效長(zhǎng)度，m。

由式（1）可以看出，絕緣電阻測(cè)試結(jié)果與測(cè)試裝置精度和試樣長(zhǎng)度有關(guān)。

絕緣電阻測(cè)試的影響因素還有浸水溫度，但由于不同研究者對(duì)于這個(gè)因素的分析存在很大差別。考慮到在測(cè)量過程中，測(cè)量時(shí)間極短，測(cè)量時(shí)的溫度變化很小，本文未將浸水溫度獨(dú)立考慮。

通過以上分析，確定不確定度來源主要為測(cè)量結(jié)果的分散性、測(cè)量?jī)x器固有誤差、試樣長(zhǎng)度測(cè)量誤差。

3 試驗(yàn)條件與操作過程

依據(jù)GB/T 3048.5—2007和GB/T 5023.2—2008的試驗(yàn)方法，用絕緣電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量絕緣電阻。

3.1 測(cè)量試樣

一般用途單芯硬導(dǎo)體無護(hù)套電纜，規(guī)格型號(hào)為60227IEC01（BV）450/750V2.5 mm2。截取約5.5 m的試樣進(jìn)行測(cè)試，在距試樣兩個(gè)端頭長(zhǎng)度250 mm的位置用記號(hào)筆做好標(biāo)記。

3.2 試驗(yàn)條件

整個(gè)試驗(yàn)過程中環(huán)境溫度為23±1℃，相對(duì)濕度為50%，測(cè)試時(shí)，水浴溫度為70±2℃，試驗(yàn)電壓為250 V，充電時(shí)間1 min，取1 min時(shí)的讀數(shù)。

3.3 試驗(yàn)過程

水浴加熱到70℃并穩(wěn)定后，將試樣浸入水浴中，試樣的兩個(gè)端頭露出水面的長(zhǎng)度為250 mm，其他部分全部浸入水浴中。在水浴中恒溫保持2 h后，立即測(cè)量試樣的絕緣電阻值。重復(fù)測(cè)試時(shí)試樣短路放電的時(shí)間不小于試樣充電時(shí)間的4倍，共獲得10個(gè)測(cè)試值，測(cè)試值保留4位有效數(shù)字。最終試驗(yàn)結(jié)果保留3位有效數(shù)字。

4 測(cè)量不確定度評(píng)定

4.1 測(cè)量重復(fù)性誤差引入的不確定度分量

10次測(cè)量值Ri分別為12.06 MΩ、12.61 MΩ、13.12 MΩ、 13.77 MΩ、14.31 MΩ、14.80 MΩ、15.45 MΩ、15.97 MΩ、16.30 MΩ、16.72 MΩ。平均值=14.51 MΩ。測(cè)量重復(fù)性誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

試樣長(zhǎng)5.050 m，則電纜絕緣電阻R=0.073 3 MΩ·km。絕緣電阻測(cè)量值的靈敏度系數(shù)為0.005 050 km。測(cè)量重復(fù)性誤差引入的不確定度分量為8.13×10-3MΩ·km。

4.2 固有誤差引入的不確定度分量

絕緣電阻測(cè)試儀計(jì)量證書中，在10 MΩ級(jí)別的量程范圍中，擴(kuò)展不確定度為0.84%（k=2），儀器測(cè)量帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uR=0.042 MΩ。絕緣電阻測(cè)試儀固有誤差的靈敏度系數(shù)為0.005 050 km。絕緣電阻測(cè)試儀固有誤差引入的不確定度分量為2.1×10-4MΩ·km。

4.3 長(zhǎng)度測(cè)量誤差引入的不確定度分量

根據(jù)GB/T 3048.5—2007，試樣長(zhǎng)度的允許誤差為±1%， L=5.050 m，設(shè)其為均勻分布，試樣有效長(zhǎng)度測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為2.92×10-5km，且長(zhǎng)度的靈敏度系數(shù)為14.51 MΩ，試樣有效長(zhǎng)度測(cè)量誤差引入的不確定度分量為4.23×10-4MΩ·km。

4.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

各個(gè)測(cè)量過程中的不確定度貢獻(xiàn)量如表1所示。

4.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u=8.13×10-3MΩ·km。

4.6 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：

表1 不確定度分量表

4.7 測(cè)量不確定度結(jié)果

試樣每千米70℃絕緣電阻測(cè)量結(jié)果為：R=（0.073 3± 0.016）MΩ·km。

5 討論

絕緣電阻測(cè)量值不是一個(gè)恒定不變的數(shù)值，它易受外界諸多因素的影響，比如材料本身存在雜質(zhì)、材料在存儲(chǔ)運(yùn)輸過程中受潮進(jìn)水、絕緣偏心等。在某機(jī)構(gòu)2015年組織的電線電纜產(chǎn)品——絕緣電阻試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃中，結(jié)果滿意率僅84%，由此可見，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方法，細(xì)化操作規(guī)程，統(tǒng)一操作細(xì)節(jié)，排除或減小各種因素的影響。

GB/T 3048.5—2007中規(guī)定允許重復(fù)測(cè)量，即重復(fù)試驗(yàn)時(shí)，在加電壓之前應(yīng)使試樣短路放電，放電時(shí)間應(yīng)不少于試樣充電時(shí)間的4倍；如果因試樣有殘余電荷而造成測(cè)量結(jié)果有明顯差別時(shí)，必須先進(jìn)行充分放電。對(duì)于這類試樣，無論是第一次測(cè)試或重復(fù)測(cè)試，均需充分放電。但在實(shí)際中，由于極化電場(chǎng)不能有效消除，絕緣介質(zhì)吸收極化程度仍會(huì)發(fā)生變化。

6 結(jié)束語

綜上所述，通過本文對(duì)絕緣電阻測(cè)定的不確定度評(píng)定，得知由于受到測(cè)量環(huán)境，測(cè)量設(shè)備以及測(cè)試方法等等方面因素的影響，因此，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度也存在很大的差異性，由此我們可以進(jìn)一步確定絕緣電阻測(cè)定的不確定度以及其主要來源，然后根據(jù)相應(yīng)的測(cè)量指標(biāo)和模型對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行分析和總結(jié)，從而指導(dǎo)日后的測(cè)量工作。

［1］李天.高壓電力電纜在線局部放電檢測(cè)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2016.

［2］杜冰冰.電力電纜的溫度場(chǎng)和載流量研究［D］.鄭州：鄭州大學(xué)，2016.

〔編輯：張思楠〕

TM246

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.089

2095-6835（2017）15-0089-02