GB T 29310-2012 电气绝缘击穿数据统计分析导则.pdf
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1、ICS 29.035.01 K 15 远望中华人民共和国国家标准GB/T 29310-20 12/IEC 62539: 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 (lEC 62539: 2007 , IDT) 2012-12-31发布2013-06-01实施lv封电uy-m崎E吉JfAY哈中华人民共和国国家质量监督检验检瘦总局也士中国国家标准化管理委员会。叩中华人民共和国国家标准电气绝缘击穿数据统计分新导则GB/T 29310-2012/IEC 62
2、539: 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)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部1(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 开本880X12301/16 印张2.5字数70千字2013年5月第一版2013年5月第一次印刷 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)68510107GB/T 29310-20 12/IEC 62539: 2007 目次前言.
3、皿引言.目1 范围.,2 规范性引用文件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.3. 1. 2 其他数据3. 1. 3 数据要求3. 1. 4 数据采集过程中的实际预防措施-3.2 运用概率函数表征数据.3.2.1 失效分布的类型3.2.2 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.4 击穿数据的概率分布.4.1 Weibull分布4.2 Gumbel分布. 4 4.3 对数正态分布.4 4.4 混合分布4.5 其他术语-5 分布的充分性检验.5.1 Weibull概率数据5. 1. 1 估计完整数据的绘点位置5. 1. 2 估
4、计单独截尾数据的绘点位置-5. 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-5.3 Weibull概率图上分布的曲线形状5.4 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7.2 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GB/T 29310-20 12/IEC 62539: 2007 9. 1. 1 形状参数卢的置信区间-9. 1. 2 位置参数的置信区间9. 1. 3 Weibull百分数的
5、置信区间9.2 绘制置信界限.10 10 参数估计和其对数正态画数的置信界限.10 10.1 对数正态分布参数估计.10 10.2 估计对数正态分布参数的置信区间.10 11 对比试验11.1 对比Weibull分布百分数的简单方法12 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附录B(资料性附录)参考文献.34 E GB/T 29310-20 12/IEC 62539: 2007 前击目本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准使用翻译法等同采用IEC62539: 2007O,且1(0)=0, Ci一一第i次击穿发生时击穿试样和终止试样的总数。
6、这个表达式可以带入式(7)得到式(9):I(。一0.44 n/ F(i,n) =., V: X 100% n+0.25 ,_U .( 8 ) .( 9 ) 这些数据在图A5中以Weibull点的形式给出,数据没有形成标准直线,可能是因为它们是根据混合Weibull分布得到的数据点没有形成标准的直线,可以参照混合式Weibull分布,见4.4中的式(6月。5.2 对三参数Weibull分布使用慨率固表A.4给出的数据画在Weibull图上(图A.6)在较低百分数时呈现出向下弯曲的趋势。如果这些数据对于具有位置参数的三参数Weibull分布,那么可以从每个数据中减掉r,然后重新在Weibull图上
7、绘制,可能得到一条直线。如果事实确实是这样,那么可以用试错法找到r。在这种情况下起作用的失效机理可能是电树,这个电树会在一定的时间内长满整个试样。从图A.6中可以看出,在将近230h 时,原始数据的点产生了弯曲,这说明在这个时间之前的击穿概率趋近于零。这对应于电树长满试样所需要的最小时间值。鉴于此,有理由假设击穿时间的分布可以用r=230时的三参数Weibull分布表示。如果这是正确的,那么从原始数据中减去230会得到一组新的数据,这个新数据是按照两参数Weibull分布的,并且在Weibull图上是一条直线。如表A.4的c列和图A.6中的第一次迭代所示。从图A.6可以看出这个线并不是那么直,
8、在较低值时而是曲线向上升的。这说明对r的第一次估计值有点大。为了得到一个最合适的数值使Weibull图中的线尽可能直,需要使用连续迭代。从表A.4的d列中可以看出,对r的第二次估计值为200h.从图A.6可以看出,此时可以得到一条较好的直线,这也意味着这些数据对应着一个r=200的三参数Weibull分布。如果经过这些迭代过程之后,仍没有获得较好的直线,可以推测这些数据不适合用三参数Weibull分布表示。5.3 Weibull概率固上分布的曲线形状在Weibull概率图上得不到标准直线的数据可能不能用两参数Weibull分布来描述,图A.7给出了在Weibull概率图上根据其他画数分布的数据
9、。三参数Weibull分布位置参数为正数rO)会得到一个典型的凸曲线(例如,向下趋势较小的值。正态分布和Gumbel分布都会得到一个凹曲线,但两者很难区分.由式(6)描述混合分布得到的两条直线也难以区分。5.4 测试Weibull分布充分性的一个简单技术这项技术是从Abemethy改编而来的mL运用不同的方法可以检测两参数Weibull分布的配合度。在很多情况下通过Weibull图用肉眼检测就足够了。另外可以采用的方法是找到相关系数,来检查它是否比临界值大。可以通过最小二乘回归法找相关系数,在商用电子表格程序中可以使用统计功能。GB/T 29310-20 12/IEC 62539: 2007
10、为了检测一组击穿时间或电压的配合度,可以将他们从小到大排列起来,像5.1那样贼予他们击穿概率。对每一个击穿次数或电压ti按照式(10)赋值,其中ln(t)是自然对数。Yi =ln(t) . . ( 10 ) 对每一个击穿概率F(i,的,以百分数表示,按式(11)赋值z( . r1 F(i二飞1Xi=lnl一lnl1一丁布一I.(11) 运用最小二乘回归方法找到相关系数。运用图A.8为来建立无估计的数据点是否与两参数Weibull分布具有好的配合度。NelsonB时报道了绝缘液体击穿时间的数据,这些数据是单独截尾的,12个试样中的10个被击穿。将这个数据集输入到图A.9中的电子表格中,用式(7)
11、计算击穿概率。X和Y的数值分别由式(11)和式(10)计算。相关系数由电子表格自带的功能计算。电子表格公式如图A.10所示。得到的相关系数是0.970。从图A.8中可以看出对于r=10的临界相关系数为0.918,比0.970小。因此,这个数据与两参数的Weibull分布具有很好的配合度。6 Weibull分布参数的圄形估计Weibull概率纸主要用于测试Weibull分布在描述数据库方面的充分性和在期刊上介绍击穿数据等等,运用Weibull曲线来估计出参数和p是可以的。由于不同的数据点权重不同且不能目测出来,致使用这种方法估计和卢的准确度低。对于粗略估计或者在有限截尾的直线上有大量的数据点时此
12、方法是有效的,需要说明,Weibulll曲线上的绘制数据仍然是推荐的方法,这样可以评估分布的充分性。为了获得参数图形估计,如第5章所述,在Weibull概率纸上绘制测试数据,观察数据点是否符合一条直线。对尺度参数的估计被标记为斗,这个参数相当于F(t)=63.2%的电压或时间。以方便估计,大多数商用的Weibull概率曲线纸通过短划线指出概率值。形状参数卢可以从曲线的斜率来估计,在规范的轴上形状参数p甚至等于该斜率。商用的Weibull概率图纸通常对参数p有一个直接的估算方法。如果不能应用这项方法,那么可以如下估计参数p。通过Weibull曲线,估算出相当于F=10%和F(t)=90%的次数和
13、电压分别标记为t10和t900通过式(12)可以估计出卢。声=丛生L19(t90 /tlO) . ( 12 ) Weibull参数图形估计的示例在表A.5的数据中给出,在图A.2画出。在Weibull曲线上可以得出马=70kV/mm和卢=3.8的图形估计。7 Weibull参数估计的计算方法有很多种计算方法可用于估计Weibull参数。IEC62539 1987版建议使用最大似然方法,但是发现利用该技术方法的数据有偏差,特别是对于小数据库。这里推荐的方法是WhiteB叫开发的,并且Montanari等人恼.B10.B11发现该方法对于完整、单独截尾和逐步截尾数据是最佳的方法。然而,对于大型数据
14、库最小二乘线性回归和最大似然方法是适当的。7. 1 较大的鼓据库对于较大的数据库,例如超过20个击穿的数据,可能使用下面最小二乘回归技术。将击穿次数或电压从最小到最大排列起来,按5.1中所述的指定他们击穿概率,基于每个数据点ti运用式(10)计算Yi的值。同样,基于每个概率F(i,n)运用式(11)计算Xi的值。使用最小二乘回归技术,得到截距2以及斜率仇。最小平方回归可以用大多数电子表格程序,并在附录A给予了说明。位置参数的估计值7 GB/T 29310-2012月EC62539: 2007 和形状参数卢,可由式(13)和式(14)计算z =exp(c) . ( 13 ) =去. . . .
15、. (川一个包含24个数值的完整数据的分析以电子数据表输出的形式在图A.lla)中显示。F(i,n),丸,Y,的值和相关系数的计算可根据5.4例子在图A.9和图A.10中显示。截距值2和斜率th用电子表格的内置函数截距和斜率计算,如图A.llb)所示,也显示了估计豆和户的计算。7.2 较小的数据库非常小的数据库,特别是击穿数据点小于5.会对参数估计和最佳拟合引起很大误差,所以应尽可能获取更多的数据。只有当元法获得更多的数据时,才考虑利用White方法国.完成非常小的数据集分析。对于小的数据库,特别是击穿数据点小于15-20,使用最小二乘回归技术是不准确,因为绘制在Weibull曲线上的不同点需
16、要分配不同的权重。按5.1中所述将击穿次数或电压从最小到最大排列起来,指定基于每个数据点勾用式(10)计算氏的值。同样,基于每个概率F(i,创利用式(11)计算见的值。表A.6列出了每个数据点的加权数Wio如果数据逐步截尾,可通过式(8)计算出f(i)的值。由于这些不一定是整数,用最接近l(仆的i值来指定矶。用式(15)和式(6)来估计Xi和Y,的加权平均数。 wiX; X二Zl w.J t世1WiY y= i=L _ w; i=l 用式(17)和武(18)来估计形状参数卢和尺寸参数。Wi (无_X)2JfJ= r ;=1 三:mt(Xs-E)(Yg-bi _, l 马=叫于-; ( 15 )
17、 . ( 16 ) . . ( 17 ) . . ( 18 ) 例如,由步进应力测试小型交联聚乙烯电缆中获得的独立截尾数据显示在图A.12表格的计算中。在这种情况下,独立截尾数据中10个样品7个被击穿。表A.6中标有n=10那一列的前七行表示权重参数。这些权重因数1屿,组成电子数据表中邻近Y列的一列,总计(得出23.868)以及用于计算式(1日和式(16)的分母。然后标有wX和wY的两列用于计算式(15)和式(16)的分子(分别为一14.149和74.634),据此可以计算X和Y(分别为一0.593和3.127)。电子数据表中最后两列是用式(17)来计算卢的分子和分母,分别是9.677和1.2
18、36,这样p估算为7.83,估算为24.6kV/mm.在图A.13显示了电子数据表分子式。8 Weibull百分数的估计对一个有失效概率%(作为p由百分数的Weibull百分数估计时间、电压或应力是有效的。在恒定应力寿命测试中,这些百分数通常被称为B寿命。例如,B10寿命是指在给定电压应力下,10的试样被击穿时的寿命。p由百分数,t可以用式(19)估算ztA =; r -lnl一主门呻 -1 U.l1001 I GB/T 29310-2012月EC62539: 2007 .( 19 ) 这里表示一个百分数。例如,在7.2中0.1、1.0、10和99四个百分数分别对应10.2、13.7、18.5
19、和29.9kV/mm。9 Weibull函数置信区间的估计如果含有许多样品的试验进行了多次,那么来自于每次试验的位置参数豆、形状参数声和百分数的估计数值tp是不同的。绝缘击穿统计学得到的估算结果中有变动,例如Dissado和Fothergill剧。任何参数估算都不同于真实参数值,这些真实数值可通过大量的样本试验得到。因此,这是一个被普遍认同的方法,即给每个参数一个置信区间,这个区间很大概率上包含真实参数值。一般来说,测试样本越多,置信区间越窄。有多种方法估计Weibull参数置信区间,例如LawlessB8和NelsonB时,有许多可用的计算机程序(见例AbernethlB勺,然而对于一些小试
20、样量某些程序不够精确。统计置信区间的精确值依赣于所采用的参数估计方法。许多方法与最大似然估计法或最小二乘回归有关,其中失效概率已经回归到击穿变量(次数、电压等。这些方法都不适合本标准中的估计技术,并且可能会给出不准确的结果。本标准提供了一个简单的程序来估计对于试样量从n=4到n=100的90%的置信区间上下限。该方法适用于完整和单截尾数据,它并不适用于逐步截尾数据。该方法可用于高达50%的样品截尾,试样量4100时该方法是难使用的,包括合理的选择。对于未被列人这个范围的样本数,可以使用插补法。置信区间表已经可以计算。为了简化,这些表都被画成曲线于图A.14图A.29中,直线上的连接点在曲线上起
21、到辅助观察作用,在这些点之间不必用插值法。这些曲线的计算采用Monte-Carlo方法,这种方法对于4144.9 S 暂停144.9 表A.3PET薄膜的步进截尾数据z C,式(8)Jl(i)式(8)JF(i,n)式(9)J时间/hS 1 1(0)=0 55.47 1 2 17+1一01. 059一0.44=3.6%57.93 1(1)=0+7+2-2 1. 059 17+0.25 2 3 I(2)=1.059+171+71+-21-.03 59 2.118 2.118-0.U97% M 17+0.25 59.10 3 4 I(3=2.118+171+71+-22-.4118 3.176 3.
22、176-0.44 159% 17+0.25 62.57 S 5 暂停66.84 4 6 I =3.176+171+71+-23-.6176 4.317 4.317-0.44225% 0J 17+0.25 69.54 5 7 I(5=4.317+171+71十-24.7317 5.457 5.457-0.44 291% 17+0.25 74.74 S 8 暂停86.94 13 GB/T 29310-2012月EC62539: 2007 表A.3(续)z C;式(8)JI(i)式(8月F(i,的式(9)J时间/hS 9 暂停87.81 S 10 暂停89.31 6 11 1(的=5.457+171
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