절연유 절연 강도 테스트: 측정 불확실성 평가 및 실험실 역량 구축 가이드
평가 중 발견된 부적합: “측정할 수는 있지만 결과가 얼마나 신뢰할 수 있는지 말할 수는 없습니다.”
전력 테스트 연구소에 대한 CNAS 인증 평가 중에 평가 팀은 완전한 데이터와 명확한 결론이 포함된 절연유 파괴 전압 테스트 보고서를 검토했습니다. 그러나 평가자가 “이 36kV 결과에 대해 측정 불확도는 무엇이며, 어떤 규칙에 따라 적합성을 판단합니까?”라고 물었을 때 현장 직원은 대답할 수 없었습니다. 보고서는 단일 측정값과 “통과” 결론만 제시했으며 불확도 평가도 한계에 가까운 적합성 판단 규칙도 없었습니다. 그 결과 해당 연구실은 부적합 판정을 받았고 관련 프로젝트는 외부 기관에 대한 보고서 발행이 중단됐다.
이것은 고립된 사례가 아닙니다. 많은 오일 내전압 실험실에서는 "작업자가 기기를 작동하고 판독값을 생성할 수 있는지 여부"에 중점을 두지만 근본적인 계량 문제를 간과합니다. 모든 측정에는 오류가 있으며 측정 결과는 단지 측정량의 추정치일 뿐입니다. 불확실성이 명시된 경우에만 결과가 완전하고, 비교 가능하며, 적합성 평가에 사용될 수 있습니다.
오일 내전압 실험실에서 측정 불확실성을 평가해야 하는 이유
- 인증 기준의 필수 요구 사항: CNAS-CL01(ISO/IEC 17025와 동일)은 실험실이 필요할 때 측정 불확도를 평가하고 이를 보고서에 명시하도록 요구합니다. 테스트 방법, 고객 요구 사항 또는 결과가 적합성 판단에 영향을 미치는 경우 불확실성을 반영해야 합니다.
- 한계에 가까운 판단의 객관적인 필요: 측정된 항복 전압이 표준 한계(예: 사용 중인 220kV 장치의 한계 35kV, 측정값 35.8kV)에 접근할 때 숫자만으로 "통과"를 판단하는 것은 잘못된 판단으로 이어질 수 있습니다. 불확실성을 고려해야 한다.
- 국제 데이터 인정 및 분쟁 중재의 기초: 숙련도 테스트, 실험실 간 비교, 고객과 공급업체 간의 데이터 분쟁은 궁극적으로 공정한 결론에 도달하기 위해 불확실성 및 En 값과 같은 통계 도구에 의존합니다.
- 실험실 자체 품질 개선의 기초: 개별 불확도 구성 요소를 식별함으로써 결과에 영향을 미치는 주요 링크를 찾아 목표 방식으로 개선할 수 있습니다.
측정 원리 및 불확실성의 원인(5M1E)
절연 오일 절연 강도 테스트에서는 오일 샘플이 분해될 때까지 표준 오일 컵에 있는 두 개의 구형 전극 사이에 균일한 속도로 상승하는 교류 전압을 가하고 파손 순간의 전압을 기록합니다. 여러 개의 연속 측정값(기본적으로 6개)의 평균이 계산됩니다. 5M1E 프레임워크(사람, 기계, 재료, 방법, 환경, 측정)를 사용하면 불확실성의 원인을 체계적으로 식별할 수 있습니다.
기기: 80kV 단일 컵 푸시 버튼 절연유 유전 강도 시험기, 통합 벤치탑 구조
| 매개변수 | 기술 사양 | 불확실성/계측에 대한 중요성 |
|---|---|---|
| 출력 전압 | 0~80kV | 측정 범위 및 범위를 결정합니다. |
| 전압 표시 오류 | ±(판독값의 2% + 2자리) | 유형 B 불확실성의 주요 원인; 교정 인증서에 따라 관리됩니다. |
| 전압 분해능 | 액정 디지털 디스플레이 | 결의로 인한 불확실성; 표시 오류로 인한 이중 계산 방지 |
| 전압 상승률 | 10단계로 0.5~5.0kV/s, 오차 0.2kV/s | 비율 편차는 분석 값에 영향을 미칩니다. 일반적으로 사소한 구성 요소 |
| 전극 / 갭 | 구형 전극, 표준 2.5mm, 표준 눈금 포함 | 갭 편차는 결과에 직접적인 영향을 미칩니다. 추적 가능하게 교정되어야 합니다. |
| 전원 왜곡 | <1% | 정현파 파형을 보장합니다. 파형 편차는 사소한 구성 요소입니다. |
| 테스트 횟수 | 기본 6개, 1~10 선택 가능 | Type A 평가의 신뢰성에 영향을 미칩니다. |
| 정적 휴식/간격/교반 | 900초 / 300초 / 15초, 조절 가능 | 표준화된 운영으로 분산 감소 |
| 고장 캡처 | 밀리초 수준 캡처, HV 터미널에서 직접 A/D 샘플링 | 일시적인 캡처 오류 감소 |
| 환경 조건 | 0~40℃, 습도 ≤85% | 환경성분 평가근거 |
| 의사소통 | RS232 업로드 | 원시 데이터의 추적성을 보장합니다. |
| 치수/무게 | 430*350*370mm, 36kg | 고정용/현장용 |
측정 불확도 평가를 위한 표준 절차
실제 사례: 완전한 불확실성 계산
사용 중인 220kV 변압기의 오일 샘플의 경우 GB/T 507-2002당 6개의 연속 항복 값은 42.1, 41.5, 43.0, 42.6, 41.9, 42.4(kV)였습니다. 평가는 다음과 같습니다.
| 단계 | 계산 과정 | 결과 |
|---|---|---|
| 최선의 추정치 | 6개 판독값의 산술 평균 | 42.25kV |
| 실험 표준 편차 | 베셀 공식 | 0.53kV |
| 유형 A 표준 불확도 uA | s/√6 | 0.22kV |
| 유형 B: 전압 표시 오류의 반폭 a | 2% * 42.25 + 2자리(0.2kV로 간주) | 1.05kV |
| B형 표준 불확도 uB | a/√3(직사각형 분포) | 0.60kV |
| 결합표준불확도 uc | √(uA² + uB²) | 0.64kV |
| 확장된 불확실성 U | k = 2(약 95%), U = 2uc | 1.3kV |
| 보고된 결과: 항복 전압 = 42.3kV, 확장 불확실성 U = 1.3kV(k = 2). 참고: 전압 상승률, 전극 간격 및 파형과 같은 구성 요소는 이러한 조건에서 미미한 영향을 미치거나 교정을 통해 제어됩니다. 분해능 구성요소는 이미 표시 오류 및 반복성에 포함되어 있으므로 다시 계산되지 않습니다. 실제 평가는 기기의 유효한 교정 인증서, 실험실의 반복성 데이터 및 방법 검증 결과를 기반으로 해야 합니다. | ||
불확실성을 고려한 적합성 평가를 위한 "3 영역 규칙"
항복 전압은 "더 클수록 더 많은 규정을 준수하는" 하한 표시기입니다. 표준 한계를 L로 설정합니다. 확장 불확도 U를 고려하면 세 가지 경우가 구별됩니다.
| 존 | 판정조건 | 행동 |
|---|---|---|
| 패스존 | 측정값 - U ≥ L | 합격으로 판단 |
| 실패 영역 | 측정값 + U ≤ L | 실패로 판단 |
| 불확정 구역(가드밴드) | 간격 [측정값 – U, 측정값 + U]이 L을 교차합니다. | 재테스트를 위한 측정 횟수 증가/측정 수준 개선/계약에 따른 처리 절대적인 판단을 하지 마세요 |
이 예에서는 L = 35 kV: 42.3 − 1.3 = 41.0 ≥ 35이므로 합격으로 판단됩니다.
측정값이 35.8kV인 경우: 35.8 − 1.3 = 34.5 < 35이며 이는 불확정 영역에 속합니다. 즉시 합격보다는 재시험이 필요합니다.
측정값이 33.0kV인 경우 : 33.0 + 1.3 = 34.3 ≤ 35이므로 불합격으로 판정한다.
숙련도 테스트(PT) 및 실험실 간 비교
숙련도 테스트 Z-점수
숙련도 테스트 계획에 참여할 때 Z-점수는 Z = (실험실 결과 - 할당된 값) / 숙련도 평가 표준 편차로 계산됩니다. |Z| ≤ 2는 만족스러운 결과입니다. 2 < |Z| < 3은 의심스럽습니다. |Z| ≥ 3은 만족스럽지 못하며(이상값), 이에 대한 시정 조치를 취해야 합니다.
비교 En 값
다른 연구실이나 참고 연구실과 비교할 때 En = (자체 결과 − 참고 값) / √(U²own + U²reference): |En| ≤ 1이면 만족스러운 것으로 판단됩니다. 그렇지 않으면 비교가 일관되지 않으므로 원인을 조사해야 합니다.
품질 관리 차트 및 중간 점검
품질 관리 차트: 주기적 측정을 위해 안정적인 품질 관리 오일 샘플을 사용하여 X(평균)-MR(이동 범위) 관리 차트를 설정하고, 중심선과 상한/하한 제어 한계 및 경고 한계를 설정하여 결과가 지속적으로 통제되고 있는지 모니터링합니다. 지속적인 변화, 추세 또는 한계를 벗어난 발생은 조기 경고를 유발합니다.
중간 점검: 두 가지 공식 교정 사이에 보유 샘플 재테스트, 참조 자료 확인, 장비 비교 등의 방법을 통해 장비 신뢰성을 유지합니다.
교정/검증 간격: 전압 측정 시스템과 전극 간격(표준 눈금)은 일반적으로 1년에 한 번씩 정기적으로 추적 가능하게 교정되어야 합니다. 자주 사용하거나 비정상적인 조건에서는 간격을 줄여야 합니다.
6가지 일반적인 계측 및 품질 관리 문제와 솔루션
| 일반적인 난이도 | 증상/위험 | 해결책 |
|---|---|---|
| 신뢰할 수 없는 유형 A 구성 요소 | 고장 분산이 크고 판독값이 6개만 있으며 표준 편차 추정이 불안정합니다. | 정적 휴식 및 교반을 표준화하고, 측정 횟수를 늘리고, 합동 표준 편차를 사용합니다. |
| B형 구성요소가 생략되거나 이중으로 계산됨 | 분해능, 표시 오류 및 반복성이 반복적으로 계산됨 | 각 구성 요소를 분류하기 위해 특성요인도를 그립니다. 이미 포함된 구성요소는 다시 평가되지 않습니다. |
| 한계에 가까운 적합성 분쟁 | "온라인" 결과는 단순히 합격/불합격으로 판단됩니다. | 3구역 규칙을 채택하세요. 불확정 구역에서 재테스트 또는 판단 협상 |
| 다양한 표준의 결과 혼합 | GB 507과 IEC 60156은 방법 매개변수가 다릅니다. | 보고서에 사용된 방법을 명시하고, 별도로 평가하고, 한 표준의 규칙을 다른 표준에 적용하지 마십시오. |
| 숙련도 테스트의 이상치 | |Z| ≥ 3 또는 |En| > 1 | 5M1E에 따라 조사(종종 샘플링/전극/보정 문제)하고 수정한 후 확인합니다. |
| 샘플링 불확실성이 무시됨 | 샘플링 대표성이 좋지 않습니다. 결과는 장비의 실제 상태를 반영할 수 없습니다. | 샘플링 SOP(깨끗하고 건조한 용기, 헹굼, 습기 및 먼지로부터 보호, 대표적인 샘플링 지점)를 수립하고 샘플링 구성 요소를 평가 및 제어합니다. |
응용 시나리오
- 제3자 테스트 연구소: CNAS 인증 적용, 유지 관리 및 범위 확장을 통해 불확실성 및 숙련도 테스트 요구 사항을 충족합니다.
- 전력시험연구소 / 전력연구소 : 석유화학시험, 비교조직, 기술중재.
- 발전/공급 기업의 중앙 테스트 연구소: 내부 품질 관리 및 모니터링 네트워크 데이터의 게이트키핑.
- 계측 및 교정 조직: 오일 내전압 테스터 표시 시스템 교정 및 불확실성 전달.
- 석유 제조업체의 품질 관리 실험실: 공장 검사 데이터의 신뢰성을 입증합니다.
- 대규모 산업 사용자의 실험실: 야금, 석유화학, 철도 운송 부문의 사내 실험실 품질 시스템 운영.