ASTM D150 Характеристики потерь переменного тока и проницаемость (диэлектрическая проницаемость) твердой электроизоляции

Стандарт ASTM D150 «Методы испытаний характеристик потерь переменного тока и магнитной проницаемости (диэлектрической постоянной) твердой электрической изоляции», разработанный Американским обществом по испытанию материалов (ASTM) , описывает методы испытаний для определения относительной магнитной проницаемости, коэффициента диссипации, показателя потерь, коэффициента мощности, фазового угла и угла потерь образцов твердой электрической изоляции при использовании объемных импедансов в качестве стандартов. Рассматриваемый частотный диапазон простирается от менее 1 Гц до нескольких сотен мегагерц.

Эти методы испытаний предоставляют общую информацию о различных электродах, приборах и методах измерения. Любому, кто интересуется вопросами, связанными с конкретным материалом, следует обратиться к стандартам ASTM или другим стандартам, непосредственно применимым к испытываемому материалу.

Изоляционные материалы обычно используются двумя способами:

• Поддержка и изоляция компонентов электрической сети друг от друга и от земли
• Действует как диэлектрик конденсатора.

Для первого варианта применения обычно желательно, чтобы опорная ёмкость была как можно меньше, обеспечивая приемлемые механические, химические и термостойкие свойства. Поэтому желательно низкое значение диэлектрической проницаемости. Для второго варианта применения желательно высокое значение диэлектрической проницаемости, чтобы конденсатор имел как можно меньшие физические размеры. Иногда промежуточные значения диэлектрической проницаемости используются для масштабирования напряжения на краю или конце проводника с целью минимизации коронного разряда переменного тока.

В обоих случаях (электрическая изоляция и диэлектрик конденсатора) потери переменного тока, как правило, должны быть малыми, как для уменьшения нагрева материала, так и для минимизации его влияния на остальную часть сети. В высокочастотных приложениях низкий показатель потерь особенно желателен, поскольку при заданном показателе потерь диэлектрические потери увеличиваются прямо пропорционально частоте. В некоторых диэлектрических конфигурациях, таких как оконечные втулки и кабели для испытаний, повышенные потери, часто возникающие из-за повышенной проводимости, иногда вводятся для управления градиентом напряжения. При сравнении материалов с приблизительно одинаковой диэлектрической проницаемостью или использовании материала в условиях, когда его диэлектрическая проницаемость остается практически постоянной, потенциально полезно также учитывать коэффициент рассеяния, коэффициент мощности, фазовый угол или угол потерь.

При наличии достаточного количества корреляционных данных коэффициент рассеяния или коэффициент мощности полезен для оценки других свойств материала, таких как пробой диэлектрика, содержание влаги, степень отверждения и другие факторы. Однако деградация, вызванная термическим старением, может не влиять на коэффициент рассеяния, если только материал впоследствии не подвергается воздействию влаги. Хотя начальное значение коэффициента рассеяния важно, изменение коэффициента рассеяния со временем, как правило, гораздо более существенно.

Вкратце, ASTM D150 устанавливает стандартизированные процедуры оценки диэлектрических свойств твердых изоляционных материалов в условиях переменного тока. Этот стандарт имеет решающее значение для характеристики материалов, используемых в электротехнике и электронике, особенно тех, которые предназначены для работы в качестве изоляторов. Стандарт определяет методы испытаний для измерения:

• Диэлектрическая проницаемость (относительная диэлектрическая проницаемость)
• Коэффициент рассеяния (диэлектрические потери)
• Индекс потерь и индекс проницаемости

Эти параметры оцениваются в диапазоне частот и температур, чтобы понять, как материалы ведут себя в условиях различных электрических напряжений.

В настоящем стандарте описаны различные методы испытания диэлектрических свойств. К ним относятся:

• Двухэлектродная система с защитным кольцом
• Установка трехвыводного конденсатора
• Метод параллельных пластин
• Коаксиальный или резонаторный резонатор для высокочастотных испытаний

Выбор метода зависит от диапазона частот, формы материала (например, лист, пленка) и требуемой точности.

Условия испытаний следующие:

• Диапазон частот: обычно от 50 Гц до нескольких МГц, в зависимости от метода.
• Диапазон температур: от комнатной температуры до повышенных условий (указывается пользователем или требованиями к продукту).
• Уровни напряжения: могут быть низкого или высокого напряжения переменного тока в зависимости от области применения.

Основные области применения настоящего стандарта:

• Трансформаторы и конденсаторы
• Печатные платы (ПП)
• Электрические кабели и изоляционные пленки
• Системы изоляции высокого напряжения

Стандарт ASTM D150 считается важным по следующим причинам:

• Обеспечивает электроизоляционные характеристики: помогает убедиться, что материал эффективно изолирует от электрических токов в условиях переменного тока. Предотвращает такие неисправности, как короткие замыкания, пробой диэлектрика и перегрев компонентов.
• Поддержка выбора материалов и проектирования: инженеры и конструкторы используют данные стандарта ASTM D150 для выбора подходящих материалов для конденсаторов, трансформаторов, кабелей, печатных плат и других компонентов. Точные данные о диэлектрической проницаемости и потерях обеспечивают оптимальную производительность как в высокочастотных, так и в низкочастотных приложениях.
• Контроль качества и постоянство: Контролируя постоянство свойств материалов во всех партиях продукции, производители могут гарантировать соответствие каждого изделия требуемым спецификациям. Отклонения в диэлектрических свойствах могут указывать на дефекты или загрязнения.
• Проверка проекта: помогает инженерам-электрикам проверять поведение компонентов в реальных условиях.
• Влияет на эффективность системы: материалы с высокими диэлектрическими потерями могут снижать общую эффективность системы, теряя энергию в виде тепла. Этот стандарт помогает определить более энергоэффективные материалы с более низким коэффициентом рассеяния.
• Обеспечение безопасности и соответствия требованиям: электроизоляция, особенно в высоковольтных или критических условиях, должна соответствовать строгим стандартам безопасности. Эти данные часто требуются для получения разрешений регулирующих органов и документации о соответствии требованиям.
• Содействует исследованиям и разработкам: Материаловеды используют этот стандарт для испытания новых полимеров, композитов и пленок на предмет их электрических свойств, ускоряя инновации в области электроники и изоляционных технологий.

Подводя итог, можно сказать, что ASTM D150 — это основополагающий стандарт для испытаний электроизоляции и диэлектриков. Он содержит основные рекомендации по точному определению диэлектрической проницаемости и потерь материалов, используемых в критически важных электрических и электронных системах.

Наша организация, которая на протяжении многих лет оказывает поддержку предприятиям всех отраслей, предлагая широкий спектр услуг по испытаниям, измерениям, анализу и оценке, может похвастаться сильной командой сотрудников, которые внимательно следят за мировыми достижениями в области науки и технологий и постоянно совершенствуются. В связи с этим мы также предоставляем услуги по испытаниям в соответствии со стандартом ASTM D150 «Методы испытаний характеристик потерь переменного тока и проницаемости (диэлектрической проницаемости) твердой электроизоляции».