CN111562440B - 基于时域最小二乘拟合的绝缘电介质电阻率的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于时域最小二乘拟合的绝缘电介质电阻率的测量原理，属于绝缘电介质的介电参数测量领域，解决现有绝缘电介质电阻率测量方法效率低、易于受到极化吸收电流和热噪声影响的不足。本发明的基本原理，在直流电压作用下测试并记录被测绝缘电介质的极化电流时域谱，分别采用普适松弛极化电流模型和扩展德拜模型对极化电流进行时域最小二乘拟合，以残差时间序列与时间无关且残差平均值不超过稳态传导电流分量的百分之一为判据确定最佳极化吸收电流模型，准确获得稳态传导电流Idc，并且由稳态传导电流密度Jdc和电场强度计算得到电阻率ρ。
Description
技术领域
本发明属于绝缘电介质的介电参数测量领域，特别是涉及一种基于时域最小二乘拟合的绝缘电介质电阻率的测量原理。
背景技术
绝缘电介质优异的绝缘性能是电力设备和电子器件安全运行的重要基础保障。体积电阻率是表征绝缘电介质绝缘性能的重要介电参数之一。通常采用附图1所示的测试***测量绝缘电介质的体积电阻率，主要是对绝缘电介质施加一定时间的直流高压，测量流过绝缘电介质的准稳态泄漏电流。在施加电压的初始阶段，由松弛极化引起的极化吸收电流分量占比很大。随着时间的增加，吸收电流分量逐渐减小。经足够长时间后，吸收电流分量几乎为零，此时流过绝缘电介质的电流主要是准稳态泄漏电流。在工程上，通常将施加电压1分钟时流过绝缘电介质的电流值作为准稳态泄漏电流值，以节约测试时间，但是容易受到极化吸收电流的影响。为了准确地获得流过绝缘电介质试样的泄露电流，通常采取的方法是延长读取流过绝缘电介质的泄露电流时间，效率低而且受热噪声影响大。在直流高压作用下，绝缘电介质的极化吸收电流分量需要经过相当长的时间才能衰减到零，但是很难定义到达衰减到零所需要的具体时间，所以通过延长读数时间获得的泄露电流中通常也包含极化吸收电流分量，这将影响到体积电阻率的准确度。
发明专利内容
为了克服现有绝缘电介质电阻率测量方法效率低、易于受到极化吸收电流和热噪声影响的不足，本发明的目的在于提供一种基于时域最小二乘拟合的绝缘电介质电阻率的测量原理。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于时域最小二乘拟合的绝缘电介质电阻率的测量原理，其特征在于，通过最小二乘拟合方法消除极化吸收电流和热噪声的影响，从而准确获得稳态传导电流Idc，并且由稳态传导电流密度Jdc和电场强度计算得到电阻率ρ。
进一步地，分别采用普适松弛极化电流模型和扩展德拜模型对极化电流进行时域最小二乘拟合，根据拟合效果判断最佳极化吸收电流模型。
进一步地，最小二乘最佳拟合效果的判据为残差时间序列与时间无关且残差平均值不超过稳态传导电流分量的百分之一。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种基于时域最小二乘拟合的绝缘电介质电阻率的测量原理，基于普适松弛极化吸收电流的时域特性，通过最小二乘拟合方法，消除极化吸收电流和热噪声对稳态传导电流和电阻率的影响。
本发明公开的基于时域最小二乘拟合的绝缘电介质电阻率的测量原理，易于实现，能够提高绝缘电介质体积电阻率的测量效率，普遍适用于具有普适松弛极化特性的绝缘电介质，应用范围广泛。
附图说明
图1是在直流电场作用下绝缘电介质响应电流测试***示意图；
图2是实施例的绝缘电介质的测试电流和拟合电流；
图3是实施例的绝缘电介质测试电流与拟合电流的残差；
图中：1、绝缘电介质；2、高压电极；3、测量电极；4、保护电极；5、高压电极引线；6、测量电极引线；7、保护电极引线；8、静电计；9、计算机数据通讯线。
具体实施方式
下面结合实施方式和实施例对本发明做详细说明。应该强调的是，所述内容是对本发明的解释而不是限定。
具体实施方式一
一种基于时域最小二乘拟合的绝缘电介质电阻率的测量原理，具体地，通过最小二乘拟合方法消除极化吸收电流和热噪声的影响，从而准确获得稳态传导电流Idc，并且由稳态传导电流密度Jdc和电场强度计算得到电阻率ρ。
具体实施方式二
在具体实施方式一的基础上，具体地，分别采用普适松弛极化电流模型和扩展德拜模型对极化电流进行时域最小二乘拟合，根据拟合效果判断最佳极化吸收电流模型。
具体实施方式三
在具体实施方式二的基础上，具体地，最小二乘最佳拟合效果的判据为残差时间序列与时间无关且残差平均值不超过稳态传导电流分量的百分之一。
具体实施方式四
在具体实施方式一的基础上，具体地，所述电阻率的计算公式为
具体地，所述公式中，U为外施直流电压，S为绝缘电介质的面积，d为绝缘电介质的厚度。
具体实施方式五
在具体实施方式二的基础上，具体地，所述残差ΔI的计算公式为
ΔIi(t)＝Ii(t)-Ifi(t)
具体地，所述残差平均值ΔIav的计算公式为
具体地，所述公式中Ii(t)为流过绝缘电介质响应电流的第i个测试值，Ifi(t)为流过绝缘电介质响应电流的第i个拟合值。
实施例
本实施例的绝缘电介质为10wt％碳化硅/聚乙烯复合绝缘介质，电极面积 S＝2122.64mm2，厚度d＝0.2mm，外施直流电压U＝1kV，静电计型号为吉时利6517B，测试时间t为0～1000s，响应电流I随时间t的变化曲线如图2所示。
采用电流拟合方法获得的拟合电流如图2所示。本实施例得到的拟合参数分别为A＝909.74pA，n＝-0.96，Idc＝0.87pA。如图3所示，残差ΔI时间序列与时间无关。残差平均值ΔIav＝-0.794×10-3pA，小于Idc的百分之一，实施例中绝缘电介质的松弛极化机制符合普适松弛极化定律，电阻率ρ＝7.90×1013Ω·m，与单独延长测试时间到t＝7000s时的电阻率ρ0＝8.05×1013Ω·m的相对误差为1.9％，在测试误差允许范围之内。
Claims (1)
1.基于时域最小二乘拟合的绝缘电介质电阻率的测量方法，其特征在于，分别采用普适松弛极化电流模型和扩展德拜模型对极化电流进行时域最小二乘拟合，根据拟合效果判断最佳极化吸收电流模型，消除极化吸收电流和热噪声的影响，从而准确获得稳态传导电流Idc，并且由稳态传导电流密度Jdc和电场强度计算得到电阻率ρ；最小二乘最佳拟合效果的判据为残差时间序列与时间无关且残差平均值不超过稳态传导电流分量的百分之一；
所述电阻率ρ的计算公式为：
其中，U为外施直流电压，S为绝缘电介质的面积，d为绝缘电介质的厚度；
所述残差平均值表示为：
其中，Ii(t)为流过绝缘电介质响应电流的第i个测试值，Ifi(t)为流过绝缘电介质响应电流的第i个拟合值；
所述测量方法适用于绝缘电介质为10wt％碳化硅/聚乙烯复合绝缘介质。
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