SECRETARIA DE COMERCIO
Y
FOMENTO INDUSTRIAL
NORMA MEXICANA
NMX-J-120-1970
“METODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACION DE LA
RIGIDEZ DIELECTRICA DE MATERIALES AISLANTES
ELECTRICOS”
“DIELECTRIC STRENGTH DETERMINATION FOR ELECTRONIC
INSULATING MATERIALS - TEST METHOD”
“METODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACION DE LA RIGIDEZ DIELECTRICA DE MATERIALES AISLANTES ELECTRICOS” “DIELECTRIC STRENGTH DETERMINATION FOR ELECTRONIC
INSULATING MATERIALS - TEST METHOD”
1 ALCANCE
Puede aplicarse este método a cualquier material aislante eléctrico.
2 NATURALEZA DE LA PRUEBA.
La rigidez dieléctrica de un material aislante es el máximo gradiente de potencial que el material puede soportar sin llegar a la ruptura, se calcula prácticamente dividiendo la tensión de ruptura por el espesor del material aislante entre los electrodos de prueba, prescindiéndose del gradiente de potencial máximo real. El valor obtenido depende del método y condiciones de la prueba.
En general, la rigidez dieléctrica de los materiales aislantes, disminuye con el tiempo de exposición a esfuerzos eléctricos. Las pruebas que comprenden exposiciones cortas son por lo tanto comparativas y no indicativas del punto de ruptura del material bajo exposiciones prolongadas y a esfuerzos eléctricos menores.
Para determinar la rigidez dieléctrica existen tres métodos, cuyos resultados son totalmente independientes:
a) Método de tiempo corto b) Método de paso a paso
c) Método de elevación lenta de tensión.
3 APARATOS Y EQUIPO
3.1 Transformador
La tensión de prueba deseada puede ser obtenida de un transformador elevador, excitado por una fuente variable de baja tensión. El transformador y su equipo de control debe ser de tal capacidad y diseño que con la probeta en el circuito el factor de cresta (relación del valor máximo a valor efectivo) de la tensión de prueba, no difiera en más de un 5 % del valor de cresta de una senoide, cuando el valor de la tensión de prueba ha alcanzado el 50 % o más de su valor final. El factor de cresta debe determinarse mediante un vóltmetro de valor máximo de onda en conjunto con un vóltmetro de valores efectivos. Para pruebas de probetas de capacitancia muy pequeña, el transformador de prueba puede tener una capacidad hasta de 500 VA., o bien es posible utilizar un transformador de potencial que esté bien diseñado. Para probetas de capacitancia considerable, un transformador de capacidad suficiente debe usarse.
Cuando la forma de la onda no pueda ser determinada convenientemente, un transformador de una capacidad mínima de 2 KVA, debe usarse para tensiones no mayores de 50,000 Volts, y un transformador de 5 KVA como mínimo, para tensiones mayores de 50,000 Volts.
Todas las pruebas deben efectuarse a las frecuencias comerciales comunes. 3.2 Interruptor
El transformador de prueba debe protegerse mediante un interruptor automático, diseñado en forma tal que abra el circuito instantáneamente a partir del momento en que la muestra es perforada.
Un flujo excesivo de corriente en el momento de la perforación produce excoriaciones y calentamientos en los electrodos y por lo tanto aumenta el mantenimiento de los electrodos, así como el tiempo de la prueba.
3.3 Control de tensión
La velocidad de elevación de tensión no debe variarse, en caso de prueba de tiempo corto, en ± 25 % de la velocidad nominal especificada. El control de la tensión debe asegurarse por cualquiera de los siguientes métodos:
a) Auto - transformador de relación variable b) Reostato
c) Generador con campo regulable d) Regulador de inducción
Debe preferirse aquel equipo que tenga una relación de tensión de salida contra tiempo lo más aproximadamente lineal en el punto deseado de operación. Un motor de control de velocidad variable deberá preferirse a cualquier tipo de control manual debido a la dificultad natural de mantener razonablemente uniforme la velocidad de elevación de la tensión.
3.4 Vóltmetro
La tensión debe ser medida por cualquier método apropiado que de valores efectivos valiéndose preferentemente de:
a) Un vóltmetro conectado al secundario de un transformador de potencial. b) Un vóltmetro electrostático en el circuito de alta tensión.
c) Un vóltmetro conectado a una bobina terciaria, de diseño apropiado, en el transformador de prueba.
Un vóltmetro conectado a la baja tensión del transformador de prueba, sólo se debe usar en el caso de que la relación de transformación no varíe apreciablemente con carga.
3.5 ELECTRODOS
La rigidez dieléctrica de un material aislante varía con el grueso del material y el área y forma de los electrodos de prueba; pruebas efectuadas con electrodos diferentes no deben compararse. Cuando se tienen materiales de espesor uniforme, tales como hojas o placas, las pruebas deben efectuarse tomando como base el espesor del material. En otros casos, el espesor de prueba de la probeta y el diámetro y forma del electrodo son seleccionados de tal manera que sean compatibles con las necesidades de la prueba. Los electrodos usados deben ser como se indica a continuación:
3.5.1 Para materiales sólidos delgados (Hoja y Placa) 3.5.1.1 Materiales anchos
Discos de metal de 5.08 cm, de diámetro y 2.54 cm, de longitud con filos redondeados a un radio de 0.635 cm.
3.5.1.2 Materiales angostos (Cintas)
Oponiendo dos barras cilíndricas de 0.635 cm, de diámetro con filos redondeados a un radio de 0.079 cm. El electrodo superior móvil debe pesar 45.36 g ± 2.27 g.
3.5.2 Para materiales sólidos gruesos.
Discos de metal de 2.54 cm, de diámetro y 2.54 cm, de longitud con filos redondeados a un radio de 0.318 cm.
3.5.3 Líquidos
Discos de metal de 2.54 cm, de diámetro con filos a escuadra montados, sobre un eje horizontal y separados 0.254 cm.
3.5.4 Compuesto aislante
Electrodos de metal hemisféricos, de 1.270 cm, de diámetro y a la distancia especificada en la norma del material correspondiente.
4 PREPARACION DE LA PRUEBA
4.1 CONDICIONES GENERALES
La rigidez dieléctrica de la mayoría de los materiales aislantes varía con la temperatura y la humedad. Normalmente se desea determinar el comportamiento dieléctrico de un material sobre el rango de temperatura y humedad bajo el cual probablemente se use, por lo que los materiales deben acondicionarse como se recomienda en 4.2., antes de que se aplique la tensión. Debe hacerse esta prueba de rigidez dieléctrica dentro de la cámara acondicionadora. Los conductores de alta tensión usados para la prueba deben
ser llevados convenientemente aislados a la cámara de pruebas a través de aisladores de peso.
En general, es preferible probar los materiales en el medio en el que van a ser usados, pero cuando las condiciones de uso no estén bien definidas, se deben probar en aire hasta el punto donde la ruptura es tan alta que haya que incrementar el material con objeto de evitar el arqueo o calentamiento excesivo de la superficie. Para probetas que tienen un alto punto de ruptura, como materiales muy gruesos, es usual hacer las pruebas en aceite, sin embargo, no son comparables los valores obtenidos en esta prueba con los obtenidos en aire.
En la preparación de las probetas de materiales sólidos, debe tenerse el cuidado de que las superficies adyacentes a los electrodos sean paralelas y tan planas y uniformes como sea posible.
4.1.1 Para pruebas en aire
Para pruebas efectuadas en aire puede usarse un hornillo de tamaño suficiente para albergar el equipo de prueba. Debe estar provisto con medios apropiados para hacer circular el aire en forma tal que permita mantener aproximadamente la temperatura constante alrededor de la probeta en prueba y con un termómetro o termopar para medir la temperatura tan cerca como sea posible del punto de prueba.
4.1.2 Para pruebas en aceite
Para pruebas en aceite, puede usarse una tina de aceite provista de algún medio que haga circular el aceite en forma tal, que la temperatura sea substancialmente uniforme alrededor de la probeta en prueba y con un termómetro o termopar para medir la temperatura tan cerca como sea posible del punto de prueba.
4.1.3 Velocidad de elevación de la tensión
La velocidad de elevación de la tensión debe ser calculada de la medición del tiempo necesario para elevar la tensión entre dos valores pre- determinados.
Cuando se usa un motor de velocidad variable con equipo regulador de tensión, el reostato de control de velocidad puede ser calibrado en función de la elevación de la tensión para el transformador de prueba usado.
4.1.4 Acondicionamiento de los electrodos
Los electrodos deben estar alineados perfectamente. Cuando se coloquen en los electrodos los elementos para prueba de superficies planas, estos deben tener sus superficies paralelas, una con la otra y deben tenerse perfectamente limpias, pulidas y libres de excoriaciones.
4.1.5 Preparación de las probetas
En la preparación de las probetas debe tenerse cuidado de que las superficies adyacentes a los electrodos sean paralelas y tan planas y uniformes como sea posible.
El tamaño de las probetas al efectuar las pruebas debe ser el apropiado para evitar arqueos entre los electrodos, antes de que se efectúe la perforación o ruptura de la muestra.
4.2 Control de la Humedad relativa y la Temperatura de Prueba
Todas las probetas deben ser sometidas a una atmósfera controlada para obtener una humedad relativa y una temperatura especificada para cada material. Todas las probetas deben ser probadas tan pronto como sea posible y en cualquier caso antes de que hayan transcurrido tres minutos, cuando las mediciones se hagan fuera de la atmósfera controlada.
5 PROCEDIMIENTO
5.1 Método de tiempo corto
La tensión debe incrementarse desde cero hasta el punto de ruptura a una velocidad uniforme. Para materiales sólidos, la velocidad de elevación debe ser de 100,500,1000 ó 3000 volts por segundo, dependiendo del tiempo total de ruptura requerido y de la característica tiempo - Tensión del material.
5.2 Método de Paso a Paso
Se aplica una tensión inicial de valor igual al 50 % de la tensión de ruptura obteniendo en la prueba de corto tiempo. La tensión debe entonces ser incrementada sin interrupciones de acuerdo con lo especificado para los diferentes materiales en las normas correspondientes. La tensión se sostendrá en cada paso por un tiempo pre - determinado.
El cambio de cada paso al próximo superior debe efectuarse tan rápido como sea posible y el tiempo de cambio incluirse en el intervalo de prueba siguiente:
5.3 Método de elevación lenta de tensión
Debe aplicarse una tensión inicial del 50 % ± 5 % del valor de la tensión de ruptura obtenido en la prueba de corto tiempo o bien, de acuerdo como se haya especificado para los diferentes materiales en las normas correspondientes. La tensión debe incrementarse a velocidad uniforme, como se ha determinado para cada material.
La velocidad de incremento de tensión se determina tratando de lograr la misma exposición tiempo - tensión que la indicada en el método de paso a paso.
6 APENDICE 6.1 Bibliografía
En la elaboración de esta Norma se ha tomado en cuenta la siguiente información: NORMA ASTK-D-149-64
México, D.F., Septiembre 8, 1970 EL C. OFICIAL MAYOR.
LIC. FRANCISCO RODRIGUEZ GOMEZ. Fecha de aprobación y publicación: Septiembre 17, 1970
