變壓器繞組溫升試驗(yàn)不確定度評(píng)定

樂(lè)洋鑠

摘 要：結(jié)合繞組溫升試驗(yàn)和不確定度評(píng)定和標(biāo)示公式，本文就電阻法測(cè)變壓器繞組溫升項(xiàng)目涉及到的部分影響結(jié)果的因素進(jìn)行了歸納和不確定度的計(jì)算。

關(guān)鍵詞：繞組溫升；不確定度；變壓器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.039

1 測(cè)試概況

電器安全測(cè)試中的溫升試驗(yàn)是比較常見(jiàn)的，變壓器因?yàn)槠淅@組特性，工作時(shí)溫度較高，影響變壓器安全性。測(cè)量繞組溫升一般有熱電偶法和電阻法，預(yù)埋熱電偶比較復(fù)雜而且某個(gè)點(diǎn)的溫度也不能代表繞組整體水平，所以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定除非繞組是不均勻的，或是難于進(jìn)行必要的連接，才使用熱電偶法，一般采取電阻法測(cè)繞組直流電阻再換算成溫升。

繞組法測(cè)溫升的原理是：銅、鋁等金屬，因其電阻隨溫度的改變會(huì)有特定的規(guī)律的變化。實(shí)驗(yàn)之前需對(duì)樣品和環(huán)境進(jìn)行預(yù)處理，使之均達(dá)到熱平衡狀態(tài)。根據(jù)電阻法公式，需要測(cè)得試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的電阻、室溫，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的電阻室溫，并確定k值。由于無(wú)法在斷電瞬間測(cè)得試驗(yàn)結(jié)束時(shí)電阻，所以在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后需要通過(guò)短時(shí)間間隔多次測(cè)量的電阻值，采用倒推法擬合曲線或繪圖等方式，確定開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間的熱態(tài)電阻電阻值。

由于電阻法測(cè)繞組溫升試驗(yàn)?zāi)芡瑫r(shí)考核實(shí)驗(yàn)室在樣品處理、測(cè)試方法、環(huán)境控制能力等幾個(gè)方面的能力，所以經(jīng)常運(yùn)用在跨實(shí)驗(yàn)室的能力驗(yàn)證比對(duì)中。而又由于不同實(shí)驗(yàn)室在試驗(yàn)技術(shù)、樣品制備、實(shí)施過(guò)程中的不同，甚至一些偶然因素也會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，所以部分能力驗(yàn)證組織方要求在提供試驗(yàn)結(jié)果的同時(shí)還需要提供不確定度影響因素及不確定度的要求。

2 預(yù)處理

對(duì)樣品和環(huán)境進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)要求的預(yù)處理是測(cè)量繞組溫升得到準(zhǔn)確結(jié)果的先決條件。根據(jù)選擇的標(biāo)準(zhǔn)GB4706.1-2005實(shí)施和能力驗(yàn)證組織方的有求，在把實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度控制在23℃±1℃范圍內(nèi)，設(shè)置好測(cè)試角，連接好負(fù)載，測(cè)試用導(dǎo)線和監(jiān)測(cè)環(huán)境和繞組溫度的熱電偶，在試驗(yàn)開(kāi)始之前變壓器樣品在符合要求的環(huán)境下擺放至少24h，確保熱平衡。

3 試驗(yàn)流程

（1）變壓器樣品熱平衡后，測(cè)初始繞組阻值R1及對(duì)應(yīng)環(huán)境溫度t1。

（2）仔細(xì)閱讀作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，按要求連接電源，負(fù)載，調(diào)節(jié)負(fù)載阻值，使用功率計(jì)監(jiān)測(cè)變壓器初次極兩端電壓電流符合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)要求。

（3）使用熱電偶監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度，確保環(huán)境溫度在23℃±1℃范圍內(nèi)，繞組工作至符合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)要求且溫度達(dá)到最高且穩(wěn)定，即變壓器在1h時(shí)之間溫度變化不超過(guò)1℃，就認(rèn)為是熱平衡狀態(tài)。

（4）斷電后，使用直流電阻測(cè)試儀記錄短時(shí)間內(nèi)間隔的多個(gè)電阻阻值，并畫(huà)熱態(tài)電阻阻值散點(diǎn)圖并通過(guò)曲線擬合的方式確定開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬關(guān)阻值R2。

由標(biāo)準(zhǔn)給出的公式出發(fā)，采用銅繞組k=234.5

R2、R1、t1、t2、 均為影響Δt因素，不確定度u1、u2、u3、u4。。

4 不確定度評(píng)定

4.1 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間熱態(tài)電阻引入不確定度分量u1

斷電后，隔一段時(shí)間測(cè)得的一系類阻值y與取值得時(shí)間t可作散點(diǎn)圖，并根據(jù)最小二乘法進(jìn)行線性回歸，此方法引入的不確定度采用A類評(píng)定。

設(shè)方程為

設(shè)xi=（ti-2），則方程體現(xiàn)為：

ti時(shí)間

yi測(cè)得的電阻值

修正曲線上的電阻值

a修正曲線上的截距

b線性修正曲線的斜率

計(jì)算：（見(jiàn)表2）

斜率b

截距a==424.046-（-0.0382*9）=424.3898

修正曲線

時(shí)間為0s時(shí)電阻值：

相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值接近1，查相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表可知，X與Y線性關(guān)系明顯，回歸方程有意義。

4.2 冷態(tài)電阻不確定度分量u2

根據(jù)校準(zhǔn)證書(shū)GOM-805 直流微歐姆計(jì)相對(duì)擴(kuò)展不確定度Ureal=5.8×10-4（k=2），采用B類不確定度評(píng)定。

環(huán)境溫度與繞組溫度在預(yù)處理結(jié)束后的溫度差引入的不確定度分量u22。

雖然默認(rèn)預(yù)處理結(jié)束環(huán)境溫度與繞組溫度相等，但實(shí)際情況有可能存在偏差，估計(jì)為±0.3℃，呈正態(tài)分布，置信概率99%，包含因子k=2.58，采用B類不確定度評(píng)定。

綜合

4.3 試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)繞組溫度t1不確定度u3

根據(jù)校準(zhǔn)證書(shū)GP10-1C1H 無(wú)紙記錄儀 擴(kuò)展不確定度 Ureal=0.1℃（k=2）采用B類不確定度評(píng)定。

4.4 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)冷卻空氣溫度t2給出的不確定度u4

根據(jù)校準(zhǔn)證書(shū)GP10-1C1H 無(wú)紙記錄儀 擴(kuò)展不確定度 Ureal=0.1℃（k=2）采用B類不確定度評(píng)定。

4.5 熱穩(wěn)定狀態(tài)判定的卻確定度分量

溫度變化在1h時(shí)之內(nèi)變化不超過(guò)1℃，是判斷是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的依據(jù)。適用于B類不確定度評(píng)定，測(cè)量溫度均勻分布，故包含因子。

4.6 合成不確定度uc

電阻法溫升公式

R2=結(jié)束時(shí)熱態(tài)繞組電阻

R1=383.97Ω開(kāi)始時(shí)冷態(tài)繞組電阻

t2=23.4℃ 結(jié)束時(shí)環(huán)境溫度溫度

t1=23.4℃ 結(jié)束時(shí)環(huán)境溫度

由不同單位的5個(gè)影響因素微分結(jié)合方差和傳播系數(shù)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度公式：

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