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GBT 29310-2012 电气绝缘击穿数据统计分析导则PDF文本

1Cs29.035.01K15中华人民共和国国家标准GB/T29310一2012/IEC62539:2007电气绝缘击穿数据统计分析导则Guide for the statistical analysis of electrical insulation breakdown data德表a都2012-12-31发布2013-06-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布筑素村网Z.ZC.ET
J.NE中华人民共和国国家标准电气绝缘击穿数据统计分析导则GB/T29310-2012/1EC62539:2007中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址www,spc.net,cn总编室：(010)64275323发行中心：(010)51780235读者服务部：(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印剧各地新华书店经销开本880×12301/16印张2.5字数70千字2013年5月第一版2013年5月第一次印剧书号：155066·1-46694定价36.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话：(010)68510107理筑素前网Z.筑321一标准查询下载网E,J2321.e
GB/T29310-2012/IEC62539:2007目次前言……⑧引言…………在1范图……………12规范性引用文件…13击穿数据分析所需要的步骤……13.数据采集……3.1.1常用的测试技术…3.1.2其他数据………………………………23.1.3数据要求…………………23.1.4数据采集过程中的实际预防措施…23.2运用概率函数表征数据…………23.2.1失效分布的类型………23.2.2分布的充分性检验…3.2.3参数估计和置信区间3.3假设实验2石回……3?手工0200.4击穿数据的概率分布…………4.1 Weibull分布4.2 Gumbel分布4.3对数正态分布4.4混合分布4,5其他术语…………………5分布的充分性检验55.1 Weibull概率数据5.1.1估计完整数据的绘点位置…5.1.2估计单独截尾数据的绘点位置…455.1.3估计逐步截尾数据的绘点位置…5.2对三参数Weibull分布使用概率图…65.3 Weibull概率图上分布的曲线形状65.4测试Weibull分布充分性的一个简单技术6 Weibull分布参数的图形估计7 Weibull参数估计的计算方法7.1较大的数据库……77.2较小的数据库……8 Weibull百分数的估计9 Weibull函数置信区间的估计9.1完整与截尾数据的图形方法……理素前网Z.
GB/T29310-2012/1EC62539:20079.1.1形状参数β的置信区间4044e4804t440t4444…4t0t44t04404404e…4444499.1.2位置参数a的置信区间……99.1.3 Weibu百分数的置信区间……………109.2绘制置信界限…………………1010参数估计和其对数正态函数的置信界限…1010.1对数正态分布参数估计…1010.2估计对数正态分布参数的置信区间………101对比试验…1111.1对比Weibull分布百分数的简单方法1112用试样数据估计系统的Weibull参数……………11附录A(资料性附录)最小平方回归……12附录B(资料性附录)参考文献……………………34理Z..ET筑321一标准奋询下线网.321.n心t
GB/T29310-2012/IEC62539:2007前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准使用翻译法等同采用IEC62539:2007《电气绝缘击穿数据统计分析导则》。与本标准中规范性引用文件有一致性对应关系的我国文件如下：—GB/T1408.1一2006绝缘材料电气强度试验方法第1部分：工频下试验(IEC60243-1:1998,DT)GB/T1408.2一2006绝缘材料电气强度试验方法第2部分：对应用直流电压试验的附加要求(IEC60243-2:2001,IDT)GB/T1408.3一2007绝缘材料电气强度试验方法第3部分：1.2/505脉冲试验补充要求(IEC60243-3:2001,IDT)本标准由中国电器工业协会提出。本标准由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标准化技术委员会(SAC/TC301)归。本标准起草单位：哈尔滨理工大学、山东齐鲁电机制造有限公司、佛山市顺德区质量技术监督标准与编码所、上海电器科学研究所（集团）有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、库柏电力系统中国研发中心。本标准主要起草人：刘立柱、翁凌、赵超、刘亚丽、欧阳丹、李军生、张生德、王蕊、魏景生、石慧、杨旭、王昆。理素前网Z.
GB/T29310一2012/IEC62539:2007引言本标准结合实例描述统计方法，该方法用来分析从固体绝缘材料的电气测试中得到的击穿时间和击穿电压的数据，目的是表征该系统与另一绝缘系统相比较的关系，并预测在给定的时间或电压下击穿的概率。J.NE理素前网Z.筑321一一据准在询下我网，J321.e1
GB/T29310-2012/1EC62539:2007电气绝缘击穿数据统计分析导则1范围电气绝缘系统和材料可能进行恒定应力试验和步进应力试验。在恒定应力试验中，测试数据为许多试样的击穿时间；在步进应力试验中，测试数据为试样的击穿电压。在这两种情况下，对于每一个试样都会得到有差异的实验数据，而且在给定的试验条件下，获得的实验数据表现为一定的统计分布。本标准通过实例的统计分析方法来分析这些数据。本标准的目的是定义统计分析方法，用来分析从固体绝缘材料的电气测试中得到的击穿时间和击穿电压，来表征该系统与其他绝缘系统相比较的关系，并预测在给定的时间和电压下击穿的概率。该方法用于分析完整数据和截尾数据，在截尾数据中并不是所有的试样都击穿。本标准包含以下方法，并有实例：确定数据是否适用于拟合分布；基于图形和计算机方法估计最佳分布参数；基于计算机技术估计统计学置信区间：以及比较数据库与案例研究的方法。这些分析方法可以充分地展现为Weibull分布，一些方法也展现了其他一些分析方法如Gumbel分布和正态分布。本标准未涉及确定短时耐电压或绝缘系统工作电压的方法。本标准提出的数学方法不能直接用于评估设备的寿命。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ASTM D149一97a(2004)在工频下使用的固体电气绝缘材料的介电击穿电压和介电强度的标准试验方法(Standard test method for dielectric breakdown voltage and dielectric strength of solidelectrical insulating materials at commercial power frequencies)BS29l8-2周体绝缘材料电气强度的试验方法(Methods of test for electric strength of solidinsulating materials)IEC60243(所有部分)绝缘材料电气强度试验方法(Electrical strength of insulating materials-Test methods)3击穿数据分析所需要的步骤3.1数据采集3.1.1常用的测试技术有两个常用的电气绝缘击穿试验：恒定应力试验和步进应力试验。在这两种试验中，多个相同的试样承受相同的电气击穿试验。在恒定应力试验中，将相同的电压作用于每个试样，测量击穿时间。击穿时间分布范围很广，最长击穿时间可能是最短时间的两倍。在步进应力试验中，将逐渐增加的电压施加到每个试样上，通常测量击穿电压。电压可能会随时间不断增加或小幅度地增加。按照其他标准，例如冲击试验也可使用。击穿电压的分布范围较小，有时最高电压仅比最低电压大2%。不同的标准[如BS2918-2和IEC60243(所有部分)]列出了恒定应力试验和步进应力试验程序。本标准旨在提供一个更严格的处理击穿数据方法的途径。理素前网Z.
GB/T29310一2012/1EC62539:20073.1.2其他数据击穿数据也可以有其他来源，如运行过程中绝缘的击穿时间。这些数据通常更难分析，因为每个失效绝缘体的失效机理并不相同（见3.1.4），特别在是失效单元曾被替换的情况下，可能既不清楚有多少这样的绝缘系统在工作，也不清楚其中有多少比例已失效，然而本标准描述的方法可适用于实践中长期运行的数据。3.1.3数据要求所需数据点的个数取决于结果中描述分布和置信区间时所需要的参数个数。如果可能的话，至少应取得10个以上的失效样本，若少于5个样本会导致严重的错误（见3.2.2）。如果所有的样本都失效，这时的数据被称为完整数据。在一些情况下，并非所有的样本都失效，这时的数据被称为截尾数据。截尾数据可能在恒定应力试验中获得，该试验在所有试样击穿之前对数据进行分析或终止试验。截尾数据也可能在步进应力试验中获得，此时电源能够施加足够的电压来击穿所有的样本。在这些情况下，与一组样本有关的数据是否具有最高电气强度是不确定的，这些数据被称作单独截尾。这些数据也可能被逐步截尾。在这种情况下，样本会在任何时间或电压下被取消试验（这些数据被称为暂停)。这种情况的样本击穿是由于伪造的机理引起的（如终止失效、闪络或者为了替代分析样本被故意取消)。在很多绝缘试验中截尾可以是预料下发生的，也可以是意外发生的，重要的是对数据分析影响很大。与完整数据分析相比，对同一组样本进行分析时，截尾数据分析比较缺乏可信性。如果可能的话，截尾数据至少应包括10个数据点，而且至少有30%的样本击穿。3.14数摆果集过程中的实际餐陈挺题筑样品应尽可能一致，在测试之前经过相同的处理，并在相同的条件下进行测试。在测量材料的击穿特性时，需要注意的是材料的击穿场强(kV/m)通常取决于电压上升率、试样厚度、电极的材料及配置连接方式、温度、面积和交流时的电压频率。还有其他因素，如湿度和样本的老化。绝缘系统（例如电缆和套管)的表面和界面局部放电，很有可能使电气强度减小，由于凸出物、污染物和空洞引起的电压激增很可能会大幅度降低击穿强度。本标准仅限于交流电压试验，同时该方法还适用于其他失效试验。为了确定合适的测量失效参数，需要一些关于失效机理的知识。如在直流脉冲系统中，测量击穿时的脉冲数比直流失效时间更为合适。在数据采集过程中，其他一些措施在有关文献中有详细说明，例如Abernethy(ar].3.2运用概率函数表征数据3.2.1失效分布的类型电绝缘材料的击穿试验描述的失效数据可能会以柱状图的形式出现，就像许多样品连续失效一样。例如，聚合物绕包的电缆在恒定的交流应力的作用下的击穿时间如图A.1中的柱状图。这些数据的均值和标准差用科学计算器很容易算出来，相应的正常概率密度函数可以叠加在柱状图中。虽然正常概率密度函数被大家熟知，而且它的参数很容易被测得，但对于电击穿数据来说，它并不是最合适的。图A,1显示曲线形状和柱状图有很大的不同，特别是正态分布的失效概率在负的次数时有限。在分析击穿数据时很重要的一个步骤是选择一个合适的分布。电击穿数据分布有Weibull分布、Gumbel分布和对数正态分布。对于固态绝缘来说最常见的是Weibull分布，这也是本标准中主要的描述对象，它有广泛的应用性，并且对最薄弱点出现故障的极值分布类型具有很重要的价值。Gumbel分布也是一种重要的分布，对于液体的渗流和缺陷（如空洞）呈指数分布的情况下的击穿有广泛的应用。可以用极值分布模拟被测样品的大小对寿命和击穿电压的影2筑321一一标准查询下我树，j321.ne理素前网Z.
GB/T29310-2012/1EC62539:2007响，对数正态分布对于样本在不明原因和机理击穿的情况下有很大作用，对数正态分布可以近似为Weibull分布。前面的分布可以用两个参数来描述（正态分布可以由平均和标准正态标准偏差来描述）。为了更详细地描述，可以使用第三个参数，这个参数可以是前面提及的时间或者下面提及的样本未被击穿时的电压。在一些情况下，会产生两个或更多个机理，这就需要将两个或更多个分布结合在一起。第4章对这些分布进行了数学描述。3.2.2分布的充分性检验已经选了一个分布来表示这些击穿数据，很有必要检查该分布是否足以达到目的。在3.2.1中可以看出，虽然对于一组给出的数据，可以得到正态分布的参数，但这并不意味着这个分布就是完整的表示。最常用的检测数据分布充分性的方法是在特殊的概率纸上面绘制有疑问的分布的数据点。这些方法对于所提到的所有分布都适用，一个适当的分布会使数据在一条直线上（见5.1和5.2），统计技术也可以用于分布的充分性的检验。5.4给出了一个简单的方法。3.2.3参数估计和置信区间概率图也可用于分布参数的图形估计（见第6章），但不议这样做，因为更精确的是计算方法（见第7章).通过所有方法得到的参数都只是估计，因为测量的数据点在特定的失效机理下是随机分布的。例如，如果试验了100次，每次有10个样本，对这100次试验的每一次分析，将会给出100个概率分布参数的估计，这100个参数将会有微小的不同。在这种情况下，需要有90%的置信度决定给定参数的真实值在第5个最大值和第5个最小值之间，对于每个参数估计，计算统计置信区间是很常见的，这些置信区间都有很大可能包含参数的真实值。试验的样本越多置信区间越窄。由于实际需要应尽可能用足够的试样进行试验以获得充分的置信区间。如果在所有试样失效前通过计算得到的置信区间已经是合理的，试验就可以停止了。如果试验条件不太好，例如，如果在恒定应力试验中试验电压并设有保持不变，这时统计置信区间是不准确的。只有对完全相同试验的试样的统计置信区间才是有效的。试验中的变动如果是可知的，有可能可以估计置信区间，但不是本标准的范围。3.3假设实验描述绝缘试样或系统的分布参数（置信区间）可能需要很多前提，包括：一随着制造业的发展，研究绝缘系统的特性；—一对一批绝缘系统进行试验并将其与另一批进行对比，可以控制产品质量从而促进发展；估计引起系统早期失效机理是否可能在系统的其他部位造成失效：估计设备寿命：估计操作环境。在本标准中一些步骤的例子被当作案例给出（见第11章）。4击穿数据的概率分布本章对击穿数据的概率分布进行了简单的介绍。4.1 Weibull分布式(I)是两参数Weibull分布密度函数的表达式：3理素村网Z..ET
GB/T29310-2012/IEC62539:2007Fa0=1-e[-(）门…(1)式中：t一可测变量，通常为击穿时间或者击穿电压；F()一在击穿电压或时间小于或等于t时的失效概率：对于试样较多的试验，这个值近似为在时间或电压t时试样的击穿百分数；a一尺度参数，为正值：B一形状参数，为正值。在t=0时，失效概率F()为0。随着t的增加，失效概率也增加。击穿时间和电压继续增加，失效概率F(∞)会接近一个为1的定值。尺度参数。代表失效概率为0.632(1-。?为指数带数)时的击穿时间或电压，它与正态分布的平均值相似（例如Cochran和Snedecor])。尺度参数的单位与t的相同，即与电压、电应力、时间和失效循环次数等相同。形状参数β是失效次数或电压范围的测量值。它越大，击穿电压或时间的变化范围越小。它与正态分布和Cochran和Snedecor]的标准偏差成反比。式(I)的两参数Weibull分布是三参数Weibull分布的特列，三参数Weibull分布函数见式(2)：F0=1-e[(]≥7F(t)=0;t………(2)参数y被称为位置参数，兰y时F0,头失效概率为2.J.N正4.2 Gumbel分布式(3)给出了Gumbel分布函数：Fa0=1-exp[-ex即(6)门]：-o≤t≤m…(3）式中：“一位置参数，可能为任何值；b一尺度参数，为正值。Gumbel分布是非对称的，且当t<0时存在一个极限击穿概率，实际是不可能达到的，该分布也被<>称为最小极值分布。如果t是电压，那么4和b的单位也是伏特。Gumbel分布和Weibull分布是密切相关的。即如果t有一个Weibull分布，那么y=ln(t)就有一个相应的Gumbel分布，其中u=ln(a),b=1/B。如果用这种转化，那么对其中一个分布的估计技术对另一个也适用。4.3对数正态分布对数正态分布也用来描述绝缘系统失效数据，但是它不像Weibull分布和Gumbel分布那么常用。不过，因为这个概率分布式将简单的对数正态分布转化为常用的正态分布，因此数据分析的方法在所有的标准统计参考中都是适用的。式(4)给出了对数正态分布的概率密度函数：xn「_(z-)2f.(e)=exp「……(4)g√2π22式中：z—lg(t);理素前网Z.筑321一标准查询下线网.z321,ct
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