تست مقاومت دی الکتریک روغن عایق: ارزیابی عدم قطعیت اندازه گیری و راهنمای ایجاد قابلیت آزمایشگاهی
عدم انطباق یافت شده در طول یک ارزیابی: "ما می توانیم اندازه گیری کنیم، اما نمی توانیم بگوییم که نتیجه چقدر قابل اعتماد است"
در طی یک ارزیابی اعتبار CNAS از یک آزمایشگاه تست قدرت، تیم ارزیابی گزارش‌های آزمایش ولتاژ شکست روغن عایق را که با داده‌ها و نتیجه‌گیری واضح کامل بود، بررسی کردند. با این حال، وقتی ارزیاب‌ها پرسیدند: «برای این نتیجه 36 کیلوولت، عدم قطعیت اندازه‌گیری چیست، و بر اساس چه قاعده‌ای انطباق قضاوت می‌شود؟»، کارکنان محل نمی‌توانستند پاسخ دهند - گزارش فقط یک مقدار اندازه‌گیری‌شده و یک نتیجه‌گیری «گذر» ارائه کرد، بدون ارزیابی عدم قطعیت و نه یک قانون قضاوت انطباق نزدیک به حد مجاز. در نتیجه، عدم انطباق آزمایشگاه صادر شد و پروژه مربوطه از صدور گزارش به طرف های خارجی به حالت تعلیق درآمد.
این یک مورد مجزا نیست. بسیاری از آزمایشگاه‌های ولتاژ مقاوم در برابر روغن بر این موضوع تمرکز می‌کنند که آیا اپراتور می‌تواند دستگاه را کار کند و خوانش‌ها را تولید کند، با این حال مسئله اساسی اندازه‌شناسی را نادیده می‌گیرند: هر اندازه‌گیری دارای خطا است، و نتیجه اندازه‌گیری تنها تخمینی از اندازه‌گیری است. تنها زمانی که عدم قطعیت بیان شود، نتیجه برای ارزیابی انطباق کامل، قابل مقایسه و قابل استفاده است.
چرا آزمایشگاه های ولتاژ مقاومتی روغن باید عدم قطعیت اندازه گیری را ارزیابی کنند
- الزام اجباری معیارهای اعتبارسنجی: CNAS-CL01 (معادل ISO/IEC 17025) آزمایشگاه ها را ملزم می کند که عدم قطعیت اندازه گیری را در صورت لزوم ارزیابی کنند و آن را در گزارش ها بیان کنند. زمانی که روش تست، الزامات مشتری یا نتیجه بر قضاوت انطباق تأثیر می گذارد، عدم قطعیت باید منعکس شود.
- نیاز عینی به قضاوت نزدیک به حدود: هنگامی که ولتاژ شکست اندازه گیری شده به حد استاندارد نزدیک می شود (مثلاً حد 35 کیلو ولت برای دستگاه 220 کیلو ولت در حال خدمت، با مقدار اندازه گیری شده 35.8 کیلو ولت)، قضاوت "گذر" تنها بر اساس عدد ممکن است منجر به قضاوت نادرست شود. عدم قطعیت باید در نظر گرفته شود.
- مبنای تشخیص داده‌های بین‌المللی و داوری اختلاف: تست مهارت، مقایسه‌های بین آزمایشگاهی، و اختلافات داده‌ای بین مشتری و تامین‌کننده در نهایت بر ابزارهای آماری مانند عدم قطعیت و ارزش En برای رسیدن به نتایج بی‌طرف تکیه می‌کنند.
- مبنای بهبود کیفیت خود آزمایشگاه: با شناسایی اجزای عدم قطعیت فردی، می توان پیوندهای اصلی مؤثر بر نتیجه را پیدا کرد و به روشی هدفمند بهبود داد.
اصل اندازه گیری و منابع عدم قطعیت (5M1E)
در آزمایش استحکام دی الکتریک روغن عایق، یک ولتاژ متناوب که با سرعت یکنواخت افزایش می یابد بین دو الکترود کروی در یک فنجان روغن استاندارد اعمال می شود تا زمانی که نمونه روغن شکسته شود و ولتاژ در لحظه شکست ثبت شود. چندین اندازه گیری متوالی (به طور پیش فرض 6 اندازه گیری) میانگین می شود. با استفاده از چارچوب 5M1E (انسان، ماشین، مواد، روش، محیط، اندازه‌گیری)، منابع عدم قطعیت را می‌توان به طور سیستماتیک شناسایی کرد:
ابزار: تست قدرت دی الکتریک روغن عایق با دکمه تک فنجانی 80 کیلوولت، ساختار نیمکت یکپارچه
| پارامتر | مشخصات فنی | اهمیت برای عدم قطعیت / اندازه‌شناسی |
|---|---|---|
| ولتاژ خروجی | 0 تا 80 کیلو ولت | محدوده اندازه گیری و دامنه را تعیین می کند |
| خطای نشانگر ولتاژ | ± (2٪ از خواندن + 2 رقم) | منبع اصلی عدم قطعیت نوع B. توسط گواهی کالیبراسیون اداره می شود |
| وضوح ولتاژ | نمایشگر دیجیتال کریستال مایع | عدم قطعیت ایجاد شده توسط قطعنامه؛ از شمارش مضاعف با خطای نشانه اجتناب کنید |
| نرخ افزایش ولتاژ | 0.5 ~ 5.0 kV/s در ده مرحله، خطا 0.2 kV/s | انحراف نرخ بر مقدار شکست تأثیر می گذارد. معمولا یک جزء جزئی |
| الکترود / شکاف | الکترودهای کروی، استاندارد 2.5 میلی متر، با مقیاس استاندارد | انحراف شکاف مستقیماً بر نتیجه تأثیر می گذارد. باید به طور قابل ردیابی کالیبره شود |
| اعوجاج منبع تغذیه | <1% | شکل موج سینوسی را تضمین می کند. انحراف شکل موج یک جزء جزئی است |
| تعداد تست ها | 6 به طور پیش فرض، 1 تا 10 قابل انتخاب است | بر قابلیت اطمینان ارزیابی نوع A تأثیر می گذارد |
| استراحت استاتیک / فاصله / هم زدن | 900 ثانیه / 300 ثانیه / 15 ثانیه، قابل تنظیم | عملکرد استاندارد پراکندگی را کاهش می دهد |
| ضبط خرابی | ضبط در سطح میلی ثانیه، نمونه برداری مستقیم A/D در ترمینال HV | خطای ضبط گذرا را کاهش می دهد |
| شرایط محیطی | 0~40℃، رطوبت ≤85% | مبنای ارزیابی مؤلفه محیطی |
| ارتباط | آپلود RS232 | ردیابی داده های خام را تضمین می کند |
| ابعاد / وزن | 430*350*370 میلی متر، 36 کیلوگرم | برای استفاده ثابت / در محل |
روش استاندارد برای ارزیابی عدم قطعیت اندازه گیری
مثال کار شده: یک محاسبه عدم قطعیت کامل
برای یک نمونه روغن از یک ترانسفورماتور 220 کیلوولت در خدمت، شش مقدار شکست متوالی در هر GB/T 507-2002 عبارت بودند از: 42.1، 41.5، 43.0، 42.6، 41.9، 42.4 (kV). ارزیابی به شرح زیر است:
| مرحله | فرآیند محاسبه | نتیجه |
|---|---|---|
| بهترین برآورد | میانگین حسابی 6 قرائت | 42.25 کیلو ولت |
| انحراف معیار تجربی s | فرمول بسل | 0.53 کیلو ولت |
| عدم قطعیت استاندارد نوع A uA | s/√6 | 0.22 کیلو ولت |
| نوع B: نصف عرض a خطای نشانگر ولتاژ | 2٪ * 42.25 + 2 رقم (به عنوان 0.2 کیلو ولت گرفته شده است) | 1.05 کیلو ولت |
| عدم قطعیت استاندارد نوع B uB | a/√3 (توزیع مستطیلی) | 0.60 کیلو ولت |
| عدم قطعیت استاندارد ترکیبی uc | √(uA² + uB²) | 0.64 کیلو ولت |
| عدم قطعیت گسترش یافته U | k = 2 (حدود 95%)، U = 2uc | 1.3 کیلو ولت |
| نتیجه گزارش شده: ولتاژ شکست = 42.3 کیلو ولت، عدم قطعیت منبسط شده U = 1.3 کیلو ولت (k = 2). توجه: اجزایی مانند نرخ افزایش ولتاژ، شکاف الکترود، و شکل موج تحت این شرایط اثر جزئی دارند یا از طریق کالیبراسیون کنترل می شوند. جزء رزولوشن قبلاً در خطای نشانه و تکرارپذیری وجود دارد و دوباره شمارش نمی شود. ارزیابی واقعی باید بر اساس گواهی کالیبراسیون معتبر دستگاه، داده‌های تکرارپذیری آزمایشگاه و نتایج اعتبارسنجی روش باشد. | ||
"قاعده سه منطقه" برای ارزیابی انطباق با در نظر گرفتن عدم قطعیت
ولتاژ شکست یک نشانگر حد پایین تر است که در آن "بزرگتر سازگارتر است." فرض کنید حد استاندارد L باشد. با توجه به عدم قطعیت گسترش یافته U، سه حالت متمایز می شوند:
| منطقه | شرط قضاوت | اقدام |
|---|---|---|
| منطقه پاس | مقدار اندازه گیری شده - U ≥ L | قضاوت به عنوان پاس |
| منطقه شکست | مقدار اندازه گیری شده + U ≤ L | به عنوان شکست خورده قضاوت کنید |
| منطقه نامشخص (بند نگهبانی) | فاصله [مقدار اندازه گیری شده - U، مقدار اندازه گیری شده + U] از L عبور می کند | تعداد اندازه گیری ها را برای آزمایش مجدد / بهبود سطح اندازه گیری / دسته در هر توافق افزایش دهید. مطلقا قضاوت نکنید |
در این مثال L = 35 کیلو ولت: 42.3 - 1.3 = 41.0 ≥ 35، بنابراین به عنوان عبور قضاوت می شود.
اگر مقدار اندازه گیری شده 35.8 کیلو ولت باشد: 35.8 - 1.3 = 34.5 < 35، که در منطقه نامشخص قرار می گیرد. آزمایش مجدد به جای قبولی فوری مورد نیاز است.
اگر مقدار اندازه گیری شده 33.0 کیلوولت باشد: 33.0 + 1.3 = 34.3 ≤ 35، بنابراین به عنوان شکست در نظر گرفته می شود.
تست مهارت (PT) و مقایسه بین آزمایشگاهی
تست مهارت Z-score
هنگام شرکت در یک طرح تست مهارت، امتیاز Z به صورت Z = (نتیجه آزمایشگاهی - مقدار اختصاص داده شده) / انحراف استاندارد برای ارزیابی مهارت محاسبه می شود: |Z| ≤ 2 یک نتیجه رضایت بخش است. 2 < |Z| < 3 مشکوک است. |Z| ≥ 3 رضایت بخش نیست (بیشتر)، که برای آن باید اقدامات اصلاحی انجام شود.
مقایسه En value
هنگام مقایسه با یک آزمایشگاه دیگر یا یک آزمایشگاه مرجع، En = (نتیجه شخصی - مقدار مرجع) / √(U²خود + U²مرجع): |En| ≤ 1 رضایت بخش ارزیابی می شود. در غیر این صورت مقایسه متناقض است و باید علت آن بررسی شود.
نمودارهای کنترل کیفیت و بررسی های میانی
نمودار کنترل کیفیت: از یک نمونه روغن کنترل کیفیت پایدار برای اندازه‌گیری‌های دوره‌ای استفاده کنید تا نمودار کنترل X (میانگین)–MR (محدوده متحرک)، تنظیم خط مرکزی به‌علاوه محدودیت‌های کنترلی بالا/پایین و محدودیت‌های هشدار، برای نظارت بر اینکه آیا نتایج به طور مداوم تحت کنترل هستند یا خیر. یک تغییر مداوم، روند، یا وقوع خارج از حد، یک هشدار اولیه را ایجاد می کند.
بررسی های میانی: بین دو کالیبراسیون رسمی، اعتبار ابزار را از طریق روش هایی مانند آزمایش مجدد نمونه های باقی مانده، بررسی با مواد مرجع و مقایسه تجهیزات حفظ کنید.
فاصله کالیبراسیون/تأیید: سیستم اندازه گیری ولتاژ و شکاف الکترود (مقیاس استاندارد) باید بطور منظم و معمولاً یک بار در سال کالیبره شوند. برای استفاده مکرر یا شرایط غیر طبیعی باید فاصله زمانی کوتاه شود.
شش مشکل اندازه‌شناسی و کنترل کیفیت و راه‌حل‌ها
| دشواری معمولی | علامت / خطر | راه حل |
|---|---|---|
| جزء غیر قابل اعتماد نوع A | پراکندگی شکست بزرگ است، تنها 6 قرائت، برآورد انحراف استاندارد ناپایدار است | استراحت استاتیک و هم زدن را استاندارد کنید، تعداد اندازه‌گیری‌ها را افزایش دهید و از یک انحراف استاندارد ترکیبی استفاده کنید. |
| جزء نوع B حذف شده یا دوبار شمارش شده است | وضوح، خطای نشانه و تکرارپذیری به طور مکرر شمارش می شود | یک نمودار علت و معلولی برای مرتب کردن هر جزء رسم کنید. اجزای موجود از قبل دوباره ارزیابی نمی شوند |
| اختلافات انطباق نزدیک به حد مجاز | یک نتیجه "روی خط" به سادگی پاس/شکست در نظر گرفته می شود | قانون سه منطقه را بپذیرید. مجدداً قضاوت را در منطقه نامشخص آزمایش کنید یا مذاکره کنید |
| اختلاط نتایج از استانداردهای مختلف | GB 507 و IEC 60156 در پارامترهای روش متفاوت هستند | روش مورد استفاده در گزارش را بیان کنید، به طور جداگانه ارزیابی کنید، و قوانین یک استاندارد را در مورد دیگری اعمال نکنید |
| پرت در تست مهارت | |Z| ≥ 3 یا |En| > 1 | در 5M1E (اغلب مسائل مربوط به نمونه برداری/الکترود/کالیبراسیون) را بررسی کنید، تصحیح کنید، سپس تأیید کنید |
| عدم قطعیت نمونه نادیده گرفته شد | نمایندگی نمونه گیری ضعیف؛ نتیجه نمی تواند وضعیت واقعی تجهیزات را منعکس کند | یک SOP نمونه برداری (ظروف تمیز و خشک، شستشو، محافظت در برابر رطوبت و گرد و غبار، نقاط نمونه برداری معرف) ایجاد کنید، اجزای نمونه برداری را ارزیابی و کنترل کنید. |
سناریوهای کاربردی
- آزمایشگاه‌های تست شخص ثالث: درخواست اعتبار CNAS، نگهداری و گسترش دامنه، برآورده کردن الزامات عدم قطعیت و تست مهارت.
- موسسات تحقیقاتی تست قدرت / موسسات تحقیقاتی قدرت الکتریکی: آزمایش شیمی نفت، سازمان مقایسه ها و داوری فنی.
- آزمایشگاه‌های آزمایش مرکزی شرکت‌های تولید/تامین برق: کنترل کیفیت داخلی و دروازه‌بانی داده‌های شبکه نظارت.
- سازمان‌های اندازه‌شناسی و کالیبراسیون: کالیبراسیون سیستم‌های نشان‌دهنده تست ولتاژ مقاوم در برابر روغن و انتقال عدم قطعیت.
- آزمایشگاه های کنترل کیفیت تولید کنندگان روغن: اثبات اعتبار داده های بازرسی کارخانه.
- آزمایشگاه های کاربران بزرگ صنعتی: بهره برداری از سیستم کیفیت آزمایشگاه های داخلی در متالورژی، پتروشیمی و ترانزیت ریلی.