การออกแบบแรงดันไฟฟ้าสูงจะสำเร็จหรือล้มเหลวที่เส้นทางฉนวน ฉนวนอินทรีย์จะเสื่อมสภาพ กลายเป็นคาร์บอน และคืบคลาน แต่ฉนวน เซรามิก Al2O3 ที่ระบุไว้อย่างถูกต้อง จะรักษาความแข็งแรงของฉนวนไว้ได้นานหลายทศวรรษ ความท้าทายไม่ใช่ว่าเซรามิกเป็นฉนวนได้ดีหรือไม่ — มันเป็นเช่นนั้น — แต่เป็นการเลือกเกรด ส่วนผนัง และพื้นผิวสำเร็จรูปที่เหมาะสม เพื่อให้ ฉนวนเซรามิกแรงดันไฟฟ้าสูง ไม่เคยกลายเป็นจุดอ่อน.
โดยทั่วไปผู้ซื้อจะมาพร้อมกับอาการเฉพาะ: บูชิ่งที่ติดตามในสภาพอากาศชื้น สแตนด์ออฟที่ผ่านการทดสอบฮิพอต หรือฟีดทรูที่รั่วไหลเมื่อมีอุณหภูมิ ตัว เซรามิกอะลูมิเนียมออกไซด์ เองไม่ค่อยเป็นสาเหตุ บ่อยครั้งที่ระยะคืบสั้นเกินไป พื้นผิวไม่เคลือบและกักเก็บความชื้น หรือความต้านทานปริมาตรของเกรดลดลงที่อุณหภูมิใช้งาน.
อะลูมินาเป็นออกไซด์โคเวเลนต์ที่มีแถบพลังงานกว้าง จึงแทบไม่มีพาหะอิสระที่อุณหภูมิห้อง ความต้านทานปริมาตรสูงกว่า 10^14 Ω·ซม. และไม่กลายเป็นคาร์บอนภายใต้การคายประจุเหมือนพอลิเมอร์ การผสมผสานนั้นให้ความแข็งแรงของฉนวนต่อมิลลิเมตรสูงและระยะคืบยาวในชิ้นส่วนที่กะทัดรัด ข้อควรระวังเพียงอย่างเดียวคือความต้านทานจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้นการออกแบบที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงจึงต้องการเกรดและส่วนที่เลือกสำหรับสภาวะที่สูงขึ้น.
ฉนวนเหล่านี้ถูกระบุสำหรับสวิตช์เกียร์ บูชิ่งหม้อแปลง ซีลปลายตัวเก็บประจุ ฉนวนจุดระเบิด และฟีดทรูสุญญากาศ ตัวอย่างทั่วไปคือ ฉนวนสแตนด์ออฟ 96% และบูชิ่งแรงดันไฟฟ้าสูง, ฉนวนอะลูมิเนียมออกไซด์ 20 kV/mm, และ ฉนวนฟีดทรูบริสุทธิ์พิเศษ แบบกำหนดเองสำหรับอุปกรณ์สุญญากาศ.
| พารามิเตอร์ | ค่า | พื้นฐาน |
|---|---|---|
| ปริมาณอะลูมินา | 96% Al2O3 | (P) |
| ความแข็งแรงของฉนวน | 15 kV/mm | (P) |
| แรงดันพังทลาย (เกรด) | 20 kV/mm | (P) |
| ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (1 MHz) | 9.5 | (P) |
| ความต้านทานปริมาตร (20 °C) | >10^14 Ω·ซม. | (P) |
| ความต้านทานปริมาตร (300–600 °C) | >10^8–10^10 Ω·ซม. | (T) |
| อุณหภูมิใช้งานสูงสุด | 1600 °C | (P) |
| แรงดันแฟลชโอเวอร์ของชิ้นส่วนสำเร็จรูป | ตามแบบ, ทดสอบฮิพอต | (C) |
กุญแจพื้นฐาน: (P) ข้อมูลจำเพาะหน้าผลิตภัณฑ์; (T) ค่าทั่วไปตามอุณหภูมิ; (C) ยืนยันโดยการทดสอบฉนวนบนชิ้นส่วนที่จัดส่ง.
ทั้งสองดีเยี่ยม 96% เป็นเกรดไฟฟ้าที่คุ้มค่าสำหรับสวิตช์เกียร์และบูชิ่ง; 99% เป็นที่ต้องการสำหรับฟีดทรูสุญญากาศและสารกึ่งตัวนำที่ความบริสุทธิ์ควบคุมการรั่วไหลและการคายแก๊ส.
ความชื้นบวกกับสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวจะสร้างฟิล์มนำไฟฟ้า พื้นผิวเคลือบและระยะคืบที่เพียงพอจะทำลายฟิล์มนี้และหยุดการติดตาม.
โดยปกติใช่ เกลียว หน้าแปลน ร่อง และรูยึดจะถูกกลึงเข้าไปในชิ้นส่วนสีเขียวหรือเผา ดังนั้นฉนวน HV ส่วนใหญ่จึงทำตามแบบมากกว่าซื้อจากแคตตาล็อก.
สองประเด็นที่ใช้งานได้จริงตัดสินใบเสนอราคาฉนวนแรงดันไฟฟ้าสูงส่วนใหญ่ ประการแรก ระยะคืบ — เส้นทางตามพื้นผิว — ต้องเพิ่มขึ้นตามชั้นมลภาวะ ไม่ใช่แค่ตามแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น ฉนวนที่มีระยะคืบสั้นจะติดตามแม้ที่แรงดันไฟฟ้าปานกลางในโรงงานที่เปียกและสกปรก ประการที่สอง เกรดและส่วนต้องได้รับการตรวจสอบในสภาวะร้อน เนื่องจากความต้านทานปริมาตรสามารถลดลงได้หลายอันดับที่ 500 °C การออกแบบฉนวน เซรามิก Al2O3 จากข้อมูลอุณหภูมิห้องเพียงอย่างเดียวเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการทดสอบฮิพอตที่ล้มเหลว.
สำหรับวิธีการที่เซรามิกทางเทคนิคป้องกันความล้มเหลวของฉนวนที่อุณหภูมิสูงในการใช้งานที่เกี่ยวข้อง โปรดดู การป้องกันความล้มเหลวของฉนวนที่อุณหภูมิสูง.
