Come selezionare gli isolanti ceramici Al2O3 per apparecchiature elettriche ad alta tensione

Un design ad alta tensione vive o muore in base al suo percorso di isolamento. Gli isolanti organici invecchiano, carbonizzano e strisciano, ma un isolante in ceramica di Al2O3 specificato correttamente mantiene la sua rigidità dielettrica per decenni. La sfida non è se la ceramica isola bene - lo fa - ma scegliere il grado, la sezione del muro e la finitura superficiale corretti in modo che l' isolante ceramico ad alta tensione non diventi mai l'anello debole.

La domanda del cliente: "Da dove viene il flashover?"

Gli acquirenti arrivano solitamente con un sintomo specifico: un passante che traccia in condizioni di umidità, uno standoff che supera un test hipot, o un feedthrough che perde corrente a temperatura. Il corpo in ceramica di ossido di alluminio stesso è raramente la causa. Più spesso la distanza di creepage è troppo corta, la superficie non è smaltata e intrappola l'umidità, o la resistività volumetrica del grado scende alla temperatura operativa.

Perché l'allumina isola così bene

L'allumina è un ossido covalente con un ampio band gap, quindi ha quasi nessun portatore libero a temperatura ambiente. La sua resistività volumetrica supera 10^14 Ω·cm e non carbonizza sotto scarica come fanno i polimeri. Questa combinazione offre un'elevata rigidità dielettrica per millimetro e lunghi percorsi di creepage in una parte compatta. L'unica avvertenza è che la resistività diminuisce all'aumentare della temperatura, quindi i design che funzionano a caldo richiedono un grado e una sezione scelti per la condizione elevata.

Come selezionare

1. Partire dalla tensione di sistema e aggiungere il margine di sicurezza e di inquinamento richiesto.
2. Impostare la rigidità dielettrica e la resistività volumetrica alla temperatura operativa effettiva, non a 20 °C.
3. Dimensionare le distanze di creepage e di scarica per la classe di inquinamento peggiore.
4. Scegliere il 96% di Al2O3 per la maggior parte degli usi elettrici e il 99% per feedthrough ad alta purezza o sottovuoto.
5. Specificare una superficie smaltata o rettificata per resistere al tracciamento dell'umidità e confermare l'opzione di metallizzazione se è richiesta la brasatura.

Applicazioni

Questi isolanti sono specificati per quadri elettrici, passanti per trasformatori, sigilli terminali per condensatori, isolanti di accensione e feedthrough sottovuoto. Esempi tipici sono gli isolanti standoff al 96% e i passanti ad alta tensione, gli isolanti in ossido di alluminio da 20 kV/mm, e i isolanti feedthrough ultra-puri personalizzati per apparecchiature sottovuoto.

Specifiche elettriche di riferimento

Chiave base: (P) specifica della pagina prodotto; (T) valore tipico alla temperatura; (C) da confermare tramite test dielettrico sul componente fornito.

FAQ

È meglio il 96% o il 99% di allumina per l'isolamento HV?

Entrambi sono eccellenti. Il 96% è il grado elettrico conveniente per quadri elettrici e passanti; il 99% è preferito per feedthrough sottovuoto e semiconduttori dove la purezza governa la perdita e lo sfiato.

Perché un isolante fallisce solo in condizioni di umidità?

L'umidità più la contaminazione superficiale formano un film conduttivo. Una superficie smaltata e una distanza di creepage adeguata rompono questo film e fermano il tracciamento.

Ho bisogno di una forma personalizzata?

Di solito sì. Filettature, flange, scanalature e fori di montaggio vengono lavorati nel pezzo verde o cotto, quindi la maggior parte degli isolanti HV viene realizzata su disegno piuttosto che acquistata da catalogo.

Due numeri che gli acquirenti trascurano

Due punti pratici decidono la maggior parte delle quotazioni per isolanti ad alta tensione. Primo, la distanza di creepage - il percorso lungo la superficie - deve aumentare con la classe di inquinamento, non solo con la tensione; un isolante a creepage corto traccerà anche a tensione moderata in un impianto umido e sporco. Secondo, il grado e la sezione devono essere controllati in condizioni di calore, poiché la resistività volumetrica può diminuire di diversi ordini di grandezza a 500 °C. Progettare un isolante in Ceramica di Al2O3 basandosi solo su dati a temperatura ambiente è la causa più comune di un test hipot fallito.

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