电线电缆绝缘电阻测量不确定度评定研究

李志伟

（广东产品质量监督检验研究院，广东广州510000）

电线电缆绝缘电阻测量不确定度评定研究

李志伟

（广东产品质量监督检验研究院，广东广州510000）

测量是电线电缆生产和使用中不可或缺的一项基本工作，它在人们的日常生活中是很常见一种工作形式，在各个领域中都充当着重要的角色。测量的目的是确定被测量的值或获取测量结果。对于电线电缆产品而言，绝缘电阻的不确定度是关于测量结果精确度的一种定量性的表征。为了提高测定绝缘电阻的准确性，对电线电缆产品检测结果进行不确定度评定试验，并计算了电缆70℃绝缘电阻的合成不确定度及扩展不确定度。

电线电缆；绝缘电阻；扩展不确定度；测量原理

对于电线电缆产品而言，绝缘电阻的不确定度是关于测量结果精确度的一种定量表征。当报告测量结果时，必须对其质量给出定量的说明，以确定测量结果的可信程度。测量不确定度就是对测量结果质量的定量表征。绝缘电阻是衡量电线电缆产品电气绝缘特性的重要指标之一。因此，开展绝缘电阻测量不确定度的研究是很有现实价值和应用意义的。

1 测量原理

所谓“绝缘电阻”，是指在一定的条件下2个导体之间的绝缘材料之间所存在的电阻，GB/T 3048.5—2007中将绝缘电阻定义为在规定条件下，处于2个导体之间的绝缘材料的电阻。本文不确定度评定基于该标准中的电压电流法（又称高阻计法）进行阐述。

2 建立数学模型

绝缘电阻测试系统由绝缘电阻测试装置、恒温水浴装置和长度测量装置3个部分组成，绝缘电阻测试装置是测试的核心部件。

根据GB/T 3048.5—2007，每千米电缆的绝缘电阻计算公式为：

式（1）中：R为每千米电缆的绝缘电阻，MΩ·km；Rx为试样的绝缘电阻值，MΩ；L为试样有效长度，m。

由式（1）可以看出，绝缘电阻测试结果与测试装置精度和试样长度有关。

绝缘电阻测试的影响因素还有浸水温度，但由于不同研究者对于这个因素的分析存在很大差别。考虑到在测量过程中，测量时间极短，测量时的温度变化很小，本文未将浸水温度独立考虑。

通过以上分析，确定不确定度来源主要为测量结果的分散性、测量仪器固有误差、试样长度测量误差。

3 试验条件与操作过程

依据GB/T 3048.5—2007和GB/T 5023.2—2008的试验方法，用绝缘电阻测量仪测量绝缘电阻。

3.1 测量试样

一般用途单芯硬导体无护套电缆，规格型号为60227IEC01（BV）450/750V2.5 mm2。截取约5.5 m的试样进行测试，在距试样两个端头长度250 mm的位置用记号笔做好标记。

3.2 试验条件

整个试验过程中环境温度为23±1℃，相对湿度为50%，测试时，水浴温度为70±2℃，试验电压为250 V，充电时间1 min，取1 min时的读数。

3.3 试验过程

水浴加热到70℃并稳定后，将试样浸入水浴中，试样的两个端头露出水面的长度为250 mm，其他部分全部浸入水浴中。在水浴中恒温保持2 h后，立即测量试样的绝缘电阻值。重复测试时试样短路放电的时间不小于试样充电时间的4倍，共获得10个测试值，测试值保留4位有效数字。最终试验结果保留3位有效数字。

4 测量不确定度评定

4.1 测量重复性误差引入的不确定度分量

10次测量值Ri分别为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。测量重复性误差引入的标准不确定度为：

试样长5.050 m，则电缆绝缘电阻R=0.073 3 MΩ·km。绝缘电阻测量值的灵敏度系数为0.005 050 km。测量重复性误差引入的不确定度分量为8.13×10-3MΩ·km。

4.2 固有误差引入的不确定度分量

绝缘电阻测试仪计量证书中，在10 MΩ级别的量程范围中，扩展不确定度为0.84%（k=2），仪器测量带来的标准不确定度uR=0.042 MΩ。绝缘电阻测试仪固有误差的灵敏度系数为0.005 050 km。绝缘电阻测试仪固有误差引入的不确定度分量为2.1×10-4MΩ·km。

4.3 长度测量误差引入的不确定度分量

根据GB/T 3048.5—2007，试样长度的允许误差为±1%， L=5.050 m，设其为均匀分布，试样有效长度测量误差引入的标准不确定度为2.92×10-5km，且长度的灵敏度系数为14.51 MΩ，试样有效长度测量误差引入的不确定度分量为4.23×10-4MΩ·km。

4.4 标准不确定度汇总表

各个测量过程中的不确定度贡献量如表1所示。

4.5 合成标准不确定度

合成标准不确定度u=8.13×10-3MΩ·km。

4.6 扩展不确定度

取包含因子k=2，则扩展不确定度为：

表1 不确定度分量表

4.7 测量不确定度结果

试样每千米70℃绝缘电阻测量结果为：R=（0.073 3± 0.016）MΩ·km。

5 讨论

绝缘电阻测量值不是一个恒定不变的数值，它易受外界诸多因素的影响，比如材料本身存在杂质、材料在存储运输过程中受潮进水、绝缘偏心等。在某机构2015年组织的电线电缆产品——绝缘电阻试验能力验证计划中，结果满意率仅84%，由此可见，必须严格按照标准的测量方法，细化操作规程，统一操作细节，排除或减小各种因素的影响。

GB/T 3048.5—2007中规定允许重复测量，即重复试验时，在加电压之前应使试样短路放电，放电时间应不少于试样充电时间的4倍；如果因试样有残余电荷而造成测量结果有明显差别时，必须先进行充分放电。对于这类试样，无论是第一次测试或重复测试，均需充分放电。但在实际中，由于极化电场不能有效消除，绝缘介质吸收极化程度仍会发生变化。

6 结束语

综上所述，通过本文对绝缘电阻测定的不确定度评定，得知由于受到测量环境，测量设备以及测试方法等等方面因素的影响，因此，测量结果的准确度也存在很大的差异性，由此我们可以进一步确定绝缘电阻测定的不确定度以及其主要来源，然后根据相应的测量指标和模型对于本次实验研究进行分析和总结，从而指导日后的测量工作。

［1］李天.高压电力电缆在线局部放电检测技术在智能电网中的应用研究［D］.济南：山东大学，2016.

［2］杜冰冰.电力电缆的温度场和载流量研究［D］.郑州：郑州大学，2016.

〔编辑：张思楠〕

TM246

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.089

2095-6835（2017）15-0089-02