Insulating Oil Dielectric Strength Testing: Measurement Uncertainty Evaluation and Laboratory Capability Building Guide
A Nonconformity Found During an Assessment: "Possiamo misurare, ma non possiamo dire quanto sia affidabile il risultato".
Durante una valutazione di accreditamento CNAS di un laboratorio di test di potenza, il team di valutazione ha rivisto i rapporti di test di tensione di rottura dell'olio isolante.che erano completi di dati e chiare conclusioni.Tuttavia, quando gli assessori hanno chiesto, "Per questo risultato di 36 kV, qual è l'incertezza di misurazione, e da quale regola è giudicata la conformità?",il personale sul posto non ha potuto rispondere ̇ il rapporto ha dato solo un singolo valore misurato e una conclusione "passata"., con né un'analisi dell'incertezza né una regola di giudizio di conformità vicino al limite.il laboratorio ha ricevuto una non conformità e il progetto correlato è stato sospeso dall'emissione di rapporti a terzi..
Questo non è un caso isolato. Molti laboratori di resistenza all'olio si concentrano su "se l'operatore può operare lo strumento e produrre letture", ma trascurano il problema metrologico fondamentale:Ogni misurazione porta un errore.Solo quando l'incertezza è dichiarata, un risultato è completo, comparabile e utilizzabile per la valutazione della conformità.
Perché i laboratori di resistenza all' olio devono valutare l' incertezza di misura
- Requisito obbligatorio di criteri di accreditamento: CNAS-CL01 (equivalente a ISO/IEC 17025) richiede ai laboratori di valutare l'incertezza di misurazione quando necessario e di dichiararla nei rapporti;quando il metodo di prova, i requisiti del cliente, o il risultato influisce sul giudizio di conformità, l'incertezza deve essere riflessa.
- Objective need for judgment near limits: when the measured breakdown voltage approaches the standard limit (e.g., a limit of 35 kV for a 220 kV device in service, with a measured value of 35.8 kV), quando la tensione di rottura misurata si avvicina al limite standard (e.g., a limit of 35 kV for a 220 kV device in service, with a measured value of 35.8 kV),Giudicare il "passato" dal numero da solo può portare a un errore di giudizio.L'incertezza deve essere presa in considerazione.
- Basis for international data recognition and dispute arbitration: proficiency testing, interlaboratory comparisons,e dati dispute between client and supplier ultimately rely on statistical tools such as uncertainty and the En value per raggiungere conclusioni imparziali.
- Basis for the laboratory's own quality improvement: by identifying the individual uncertainty components, the main links affecting the result can be found and improved in a targeted manner. Base per il laboratorio stesso miglioramento della qualità: identificando le singole componenti di incertezza, i principali collegamenti che influenzano il risultato possono essere trovati e migliorati in modo mirato.
Principio di misura e fonti di incertezza (5M1E)
In isolating oil dielectric strength testing, un'alternating voltage rising at a uniform rate è applicata tra due elettrodi sferici in una standard oil cup fino a quando il campione di olio non si rompe.e la tensione all'istante di rottura viene registrataUsando il framework 5M1E (Man, Machine, Material, Method, Environment, Measurement), si ottiene una media di circa un milione di metri quadrati.le fonti di incertezza possono essere sistematicamente identificate:
Strumento: 80 kV single-cup push-button insulating oil dielectric strength tester, integrated benchtop structure
| Parametro | Specifica tecnica | Significance for uncertainty / metrology |
|---|---|---|
| Voltaggio di uscita | 0 ~ 80 kV | Determina il range di misurazione e il raggio |
| Errore di indicazione di tensione. | ± ((2% della lettura + 2 cifre) | Principal source of Type B uncertainty; governed by the calibration certificate |
| Risoluzione della tensione | Display digitale a cristalli liquidi | Uncertainty introduced by resolution; avoid double-counting with indication error (Incertezza introdotta dalla risoluzione; evita il doppio conteggio con errore di indicazione) |
| Voltage rise rate | 0.5~5.0 kV/s in ten steps, error 0.2 kV/s | Rate deviation affects the breakdown value; usually a minor component. |
| Elettrodo / gap | Elettrodi sferici, standard 2.5 mm, con una scala standard | Gap deviation directly affects the result; must be traceably calibrated (la deviazione del gap influenza direttamente il risultato); deve essere tracciabilmente calibrata |
| Distorsione dell'alimentazione. | < 1% | Assicura una forma d'onda sinusoidale; la deviazione d'onda è un componente minore |
| Numero di prove | 6 per impostazione predefinita, da 1 a 10 selezionabile | Affects the reliability of the Type A evaluation (Affetta la affidabilità dell' valutazione di tipo A) |
| Rest statico / intervallo / stirring | 900 s / 300 s / 15 s, regolabile | L'operazione standardizzata riduce la dispersione. |
| Rottura di cattura. | Cattura a livello di millisecondi, campionamento A/D diretto al terminale HV. | Riduce l' errore di cattura transitoria |
| Condizioni ambientali | 0-40°C, umidità ≤85% | Basis for evaluating the environmental component (Basi per valutare il componente ambientale) |
| Comunicazione | Riproduzione RS232 | Assicura la tracciabilità dei dati grezzi |
| Dimensioni / peso | 430 per 350 per 370 mm, 36 kg. | Per uso fisso / on-site |
Standard Procedure for Evaluating Measurement Uncertainty (Procedura standard per valutare l'incertezza delle misurazioni)
Esempio lavorato: A Complete Uncertainty Calculation
Per un campione di olio da un trasformatore a 220 kV in servizio, sei valori di rottura consecutivi per GB/T 507-2002 sono stati: 42.1- 41 anni.5- 43 anni.0- 42 anni.6- 41 anni.9La valutazione è la seguente:
| Passo | Processo di calcolo | Risultato |
|---|---|---|
| Il miglior stimato. | Il significato aritmetico dei sei letturi. | 4225 kV. |
| Devianza standard sperimentale s | Formula di Bessel. | 0.53 kV. |
| Tipo A standard uncertainty uA | S/√6 | 0.22 kV. |
| Tipo B: half-width a di errore di indicazione di tensione | 2% * 42.25 + 2 cifre (preso come 0.2 kV) | 1.05 kV. |
| Incertezza standard B | a/√3 (distribuzione rettangolare) | 0.60 kV. |
| Combined standard uncertainty uc | √ uA2 + uB2 | 0.64 kV. |
| Espanded uncertainty U | k = 2 (circa il 95%), U = 2uc | 1.3 kV |
| Reported result: breakdown voltage = 42.3 kV, expanded uncertainty U = 1.3 kV (k = 2).e forma d'onda hanno un effetto minore sotto queste condizioni o sono controllati attraverso calibrazione; the resolution component is already contained in the indication error and repeatability and is not counted again. Il componente di risoluzione è già contenuto nell'errore di indicazione e ripetibilità e non viene contato di nuovo.L'effettiva valutazione dovrebbe essere basata sul certificato di calibrazione valido dello strumento., i dati di ripetibilità del laboratorio, e i risultati di convalida dei metodi. | ||
La regola delle tre zone per la valutazione della conformità considerando l'incertezza.
Considering the expanded uncertainty U, three cases are distinguished:
| Zona | Condizione di giudizio. | Azione |
|---|---|---|
| Pass zone. | Valore misurato − U ≥ L | Giudica come passaggio. |
| Zona fallita. | Valore misurato + U ≤ L | Giudica come fallito. |
| Zona indeterminata (guard band) | Interval [measured value − U, measured value + U] incrocia L | Increase the number of measurements to re-test / improve the measurement level / handle per agreement; non fare un giudizio assoluto |
In this example L = 35 kV: 42.3 − 1.3 = 41.0 ≥ 35, so it is judged as pass.
If the measured value is 35.8 kV: 35.8 − 1.3 = 34.5 < 35, che cade nella zona indeterminata; re-testing is required rather than an immediate pass.
Se il valore misurato è 33.0 kV: 33.0 + 1.3 = 34.3 ≤ 35, quindi viene giudicato come fallito.
Proficiency Testing (PT) e Interlaboratory Comparison
Proficiency testing Z-score
When participating in a proficiency testing scheme, the Z-score is calculated as Z = (laboratory result − assigned value) / standard deviation for proficiency assessment:Z ≠ 2 è un risultato soddisfacente.Z ≥ 3 è insoddisfacente (outlier), per il quale deve essere intrapresa un'azione correttiva.
Comparison En Value
When comparing with another laboratory or a reference laboratory, En = (own result − reference value) / √(U2own + U2reference):Altrimenti il confronto è inconsistente e la causa deve essere indagata..
Quality control charts and intermediate checks (Tabelle di controllo qualità e controlli intermedi)
Quality control chart: use a stable quality-control oil sample for periodic measurements to establish an X (mean) ∆MR (moving range) control chart.setting the center line plus upper/lower control limits and warning limits (impostazione della linea centrale più limiti di controllo superiore/inferiore e limiti di avvertimento), to monitor whether results remain continuously under control; a persistent shift, trend, or out-of-limit occurrence triggers an early warning.
Intermediate checks: between two formal calibrations, maintain instrument credibility through methods such as re-testing retained samples, checking with reference materials, and equipment comparison. Tra due calibrazioni formali, maintain instrument credibility through methods such as re-testing retained samples, checking with reference materials, and equipment comparison.
Calibrazione/verificazione intervallo: il sistema di misurazione della tensione e l'elettrodo gap (scala standard) dovrebbero essere tracciabilmente calibrati su una base regolare, di solito una volta all'anno;l'intervallo dovrebbe essere abbreviato per uso frequente o condizioni anormali..
Sei tipiche difficoltà e soluzioni di metrologia e controllo qualità
| Difficoltà tipica. | Sintomo / rischio | Soluzione |
|---|---|---|
| Unreliable Type A component. | Dispersione di rottura è grande, solo 6 letture, stima di deviazione standard instabile. | Standardizzare il riposo e l'agitazione statici, aumentare il numero di misurazioni e utilizzare una deviazione standard aggregata. |
| Componente di tipo B omesso o doppiamente contato. | Risoluzione, errore di indicazione e ripetibilità contati ripetutamente. | Draw a cause-and-effect diagram to sort out each component; components already contained are not evaluated again. Draw a cause-and-effect diagram to sort out each component; componenti già contenuti non vengono valutati di nuovo |
| Conformity disputes near the limit (dispute di conformità vicino al limite) | Un risultato "on-the-line" è semplicemente giudicato "pass/fail". | Adottate la regola delle tre zone; ri-testate o negoziate il giudizio nella zona indeterminata. |
| Mixing results from different standards (Risultati di miscelazione da diversi standard) | GB 507 e IEC 60156 differ in method parameters | State the method used in the report, evaluate separately, and do not apply one standard's rules across to another (indica il metodo usato nel report, valuta separatamente, e non applica le regole di uno standard su un altro) |
| Outlier in proficiency testing | - No, no, no, no. | Investigate per 5M1E (often sampling/electrode/calibration issues), correct, then verify |
| Sampling uncertainty ignorato | Poor sampling representativeness; the result cannot reflect the equipment's true condition. Il risultato non può riflettere la vera condizione dell'attrezzatura. | Establish a sampling SOP (clean, dry containers; rinsing; protection from moisture and dust; representative sampling points), evaluate and control the sampling component (Stabilire un SOP di campionamento (contenitori puliti, asciutti; risciacquo; protezione da umidità e polvere; punti di campionamento rappresentativi), valutare e controllare il componente di campionamento) |
Scenari di applicazione
- Laboratori di test di terze parti: CNAS accreditation application, maintenance, and scope expansion, meeting the requirements for uncertainty and proficiency testing.
- Power test research institutes / electric power research institutes: oil chemistry testing, organization of comparisons, and technical arbitration (Istituti di ricerca sul test del potere elettrico: test della chimica dell'olio, organizzazione dei confronti e arbitrato tecnico).
- Central test laboratories of power generation/supply enterprises: internal quality control and gatekeeping of monitoring-network data (Laboratori di test centrali delle imprese di generazione e fornitura di energia elettrica: controllo qualità interno e gatekeeping dei dati di monitoraggio della rete).
- Metrology and calibration organizations: calibration of oil-withstand-voltage tester indication systems and uncertainty transfer (Organizzazioni di metrologia e calibrazione: calibrazione dei sistemi di indicazione dei tester di resistenza all'olio e trasferimento di incertezza).
- Laboratori di controllo qualità di produttori di petrolio: prova della credibilità dei dati di ispezione di fabbrica.
- Laboratori di grandi utenti industriali: operation of the quality system of in-house laboratories in metallurgy, petrochemicals, and rail transit.