專利名稱：含光纖絕緣子及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到含光纖絕緣子，該絕緣子能夠耐受例如由于應(yīng)用場(chǎng)合的環(huán)境溫度變化所引起的外加應(yīng)力，并能長期維持其密封性能;以及涉及到絕緣子的制造工藝。
在電站、輸電線和配電線中，期望提供一種快速檢測(cè)電力系統(tǒng)中故障并立即對(duì)這些故障進(jìn)行檢修的系統(tǒng)。通常，已知的有一種由光傳感器檢測(cè)異常電流及異常電壓的設(shè)備，該傳感器具有如法拉第效應(yīng)及泡克爾斯(Pockels)效應(yīng)的特性。另外，為了在故障探測(cè)器及設(shè)置在正常電源側(cè)導(dǎo)體上的光傳感器之間進(jìn)行傳輸電流或傳輸電壓的隔離，要采用絕緣子。因此，需要采用含光纖的絕緣子，該絕緣子在維持電氣絕緣性能的同時(shí)只傳輸光信號(hào)。在為此目的所采用的光纖絕緣子中，除了光信號(hào)的傳輸性能外，還需要長期維持其機(jī)械強(qiáng)度和電氣絕緣性能。
在該含光纖絕緣子中，維持光纖和瓷料間密封性能的密封材料系采用一種有機(jī)材料或一種無機(jī)材料(如玻璃)，且它們二者分別具有特殊的優(yōu)、缺點(diǎn)。
在采用有機(jī)材料(如硅橡膠)作為密封材料的情況中，它能夠緊密封住光纖和瓷料之間的一個(gè)空間，并且易于在低溫下進(jìn)行密封操作，因而具有易于大規(guī)模制造含光纖絕緣子的優(yōu)點(diǎn)。
與此相反，采用無機(jī)材料(如玻璃)作為密封材料時(shí)，由于無機(jī)材料與有機(jī)材料相比，本質(zhì)上具有良好的抗大氣影響性能及抗化學(xué)腐蝕性能，因而，如果材料的特性(如無機(jī)材料的熱膨脹系數(shù))與周圍材料者相適應(yīng)，就能獲得長期優(yōu)良可靠的密封和絕緣性能。
在使用有機(jī)材料作為密封材料的含光纖絕緣子中，由于在一般情況下有機(jī)材料和瓷料之間的熱膨脹系數(shù)大不相同，因此有一個(gè)缺點(diǎn)由于環(huán)境溫度的變化會(huì)使作為密封材料用的有機(jī)材料發(fā)生劣化，且由于有機(jī)材料的劣化會(huì)造成光纖的損壞。再有，由于有機(jī)材料內(nèi)長期產(chǎn)生的漏電痕跡會(huì)使有機(jī)材料劣化，故就維持密封及絕緣性能來講，密封材料最好采用無機(jī)材料(例如玻璃)，它具有和瓷料基本相同的熱膨脹系數(shù)。
與此相反，在應(yīng)用了上述玻璃的含光纖絕緣子中，由于必須使用大的熔爐，以便對(duì)整體的長瓷件進(jìn)行加熱將玻璃熔化，這就存在一個(gè)缺點(diǎn)設(shè)備的成本增加，并且也加大了耗電費(fèi)用。
再有，對(duì)于在含光纖絕緣子中采用的光纖，考慮到耐熱性能，需要采用石英玻璃制的光導(dǎo)纖維。為了維持光纖的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)剛從石英玻璃制的源材料拔出的纖維，即以在其外表面覆蓋一層有機(jī)材料作為覆蓋層。該有機(jī)材料如硅樹脂，尿烷樹脂以及環(huán)氧樹脂。由于若沒有覆蓋層，光纖的機(jī)械強(qiáng)度極低，覆蓋層必須設(shè)在光纖的外表面上，以便于處理。
但是，這樣一種有機(jī)覆蓋層，根本不能耐受300℃以上的熱處理，因此，如果有機(jī)覆蓋層一旦由于熱處理等而劣化，則光導(dǎo)纖維就變得非常脆，于是在比熱處理前低得多的力的作用下就斷裂。例如，對(duì)于直徑為125μm的光纖，在熱處理前的光纖斷裂負(fù)載為6kg，而在熱處理后為0.5kg。
因此，在將整個(gè)絕緣子加熱以熔化用于密封的玻璃材料情況下，從瓷件中伸出的一部分光纖絕緣子強(qiáng)度就變得很低，并且在下一步工序中光纖就要斷裂。因此，在將光纖密封在瓷件中后，含光纖絕緣子的相對(duì)的兩個(gè)端面要進(jìn)行鏡面拋光，然后需用套圈將另外光纖與從該絕緣子裸露出的光纖進(jìn)行光學(xué)上的連接。在這種情況下，就存在一個(gè)缺點(diǎn)，即制造步驟復(fù)雜且制造成本上升。
本發(fā)明的一個(gè)目的是消除上述缺點(diǎn)，并提供含光纖絕緣子及其制造工藝，應(yīng)用該工藝能夠容易地制造出可靠的含光纖絕緣子。
根據(jù)本發(fā)明，一種含光纖絕緣子，包括一個(gè)絕緣子本體，在該本體中心軸線部分設(shè)有一個(gè)通孔，且在該通孔中插入一根光纖，在本體的上述通孔中部填充一種絕緣氣體或一種有機(jī)絕緣材料;該含光纖絕緣子包括設(shè)置在上述通孔兩個(gè)端部的廣口部分;
插進(jìn)上述廣口部分并具有與該廣口部分內(nèi)表面相應(yīng)的外表面的圓柱形部件，在所述圓柱形部件內(nèi)的光纖，以及在上述圓柱形部件外表面和上述廣口部分內(nèi)表面之間的空間，均用無機(jī)材料密封;以及設(shè)置在所述絕緣氣體或有機(jī)絕緣材料和所述圓柱形部件之間的耐熱粘合劑部分。
此外，根據(jù)本發(fā)明的工藝是用于制造一種含光纖絕緣子，它包括一個(gè)絕緣子本體，在本體的中心軸線部分設(shè)有一個(gè)通孔，且在該通孔內(nèi)插入一根光纖，在本體內(nèi)所述通孔的中部填充一種絕緣氣體或一種有機(jī)絕緣材料;該工藝包括的步驟為(a)將光纖插入所述通孔，通孔的兩個(gè)端部具有廣口部分;
(b)將上述絕緣氣體或有機(jī)絕緣材料填充到所述通孔的中心部分;
(c)將耐熱粘合劑設(shè)置在由所述絕緣氣體或有機(jī)絕緣材料組成的密封部分和所述廣口部分之間;
(d)將具有與所述廣口部分內(nèi)表面相應(yīng)的外表面的圓柱形導(dǎo)電部件通過無機(jī)玻璃插入到上述廣口部分內(nèi);
(e)將無機(jī)玻璃部件通過光纖插入到所述圓柱形導(dǎo)電部件內(nèi);以及(f)熔化在所述廣口部分內(nèi)表面和所述圓柱形部件外表面之間的所述無機(jī)玻璃，以及熔化設(shè)置在設(shè)有光纖穿過的所述圓柱形部件中的所述無機(jī)玻璃部件，采用高頻感應(yīng)加熱法加熱所述圓柱形導(dǎo)電部件，以形成各端部密封結(jié)構(gòu)。
在上述結(jié)構(gòu)中，由于采用了熱膨脹系數(shù)與瓷料接近的玻璃材料作為密封材料，在含光纖絕緣子的應(yīng)用期間，其密封部分能耐受由于環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力，并呈現(xiàn)出良好長期密封性能。再有，由于采用了無機(jī)材料，則能夠獲得具有良好的抗大氣影響性能的密封部分。
再有，由于除了玻璃材料密封的兩個(gè)端部以外，在絕緣子內(nèi)部通孔部分中充滿了一種絕緣氣體(如六氟化硫等)或一種有機(jī)絕緣材料(如硅油、礦物油、硅滑脂、尿烷橡膠、硅橡膠等等)，則使得絕緣子的內(nèi)部通孔部分的耐壓比絕緣子表面耐壓高，從而能夠消除在絕緣子內(nèi)部通孔部分內(nèi)的閃絡(luò)。
再有，由于絕緣材料(如硅油、礦物油、硅滑脂、尿烷橡膠、硅橡膠等)能夠緊密地密封或粘合在光纖和瓷件之間的空間，則甚至在由于密封部分機(jī)械損傷等使密封破壞時(shí)，亦能維持預(yù)定的密封性能，從而能得到密封可靠性較高的含光纖絕緣子。
另外，由于在內(nèi)部通孔部分內(nèi)充滿了有機(jī)絕緣材料，在內(nèi)部通孔部分內(nèi)沒有空隙部分，或者由于絕緣氣體(如六氟化硫等)安排在該內(nèi)部的孔內(nèi)，致使絕緣子的內(nèi)部通孔部分的耐壓上升。因此，在該內(nèi)部通孔內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生電暈，從而就能夠消除在長期施加電壓狀態(tài)下產(chǎn)生的光纖覆蓋層的小漏電痕跡。
還有，該含光纖絕緣子具有這樣的結(jié)構(gòu)，即其內(nèi)部通孔部分的兩端構(gòu)成為錐形廣口部分，該部分最好為錐形，且在該內(nèi)部通孔部分內(nèi)插入一個(gè)圓柱形導(dǎo)電部件，該部件處表面的形狀與廣口部分內(nèi)表面相應(yīng)。因此，在該圓柱形部件外表面和絕緣子之間的空間，以及在該圓柱形部件內(nèi)表面和光纖之間的空間，就易于借助高頻感應(yīng)加熱的方法將設(shè)在該圓柱形導(dǎo)電部件內(nèi)、外表面上的無機(jī)玻璃加熱，而實(shí)現(xiàn)由玻璃材料密封，因此使易于制造端部密封部分成為可能。
再有，由于在絕緣氣體或有機(jī)絕緣材料和圓柱形部件之間設(shè)置了一種無機(jī)粘合劑，該粘合劑主要由硅石和礬土或耐熱有機(jī)粘合劑(如聚酰亞胺樹脂或氟硅氧烷樹脂)組成，則能夠降低對(duì)絕緣氣體(如六氟化硫等)或有機(jī)絕緣材料的熱傳導(dǎo);該有機(jī)絕緣材料在對(duì)絕緣子兩個(gè)端部進(jìn)行密封處理而對(duì)絕緣子加熱情況下是容易損壞的。
在含光纖絕緣子具有上述結(jié)構(gòu)且在內(nèi)通孔部分中充滿有機(jī)絕緣材料(如硅橡膠、尿烷橡膠等)情況下，最好使用這樣一種光纖，即一種玻璃纖維，主要由石英組成，其外表面覆蓋一種有機(jī)材料，該有機(jī)材料緊敷在該光纖上，以維持與其相結(jié)合的機(jī)械強(qiáng)度;用硅烷耦合劑對(duì)該覆蓋層的外表面進(jìn)行涂料處理，以維持在橡膠與光纖之間可靠的接合。
還有，上述的橡膠最好采用在斷裂點(diǎn)具有預(yù)定抗拉強(qiáng)度和延伸率的材料，因?yàn)檫@有利于適應(yīng)由環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的收縮和膨脹。
另外，用作密封材料的玻璃最好采用溫度膨脹系數(shù)比瓷件低的玻璃，以降低密封部分的殘余應(yīng)力，以及對(duì)付由于環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力來維持玻璃密封部分的機(jī)械強(qiáng)度;并且要采用能實(shí)行低溫度密封操作的玻璃。再有，由于玻璃在熔態(tài)下體積收縮，則最好采用一種玻璃形成體，其形狀與圓柱形導(dǎo)電部件適配，且該形成體具有通過光纖的通孔，然后對(duì)該形成體煅燒，以對(duì)圓柱形導(dǎo)電部件內(nèi)表面和光纖之間在預(yù)定長度上進(jìn)行有效的密封。
對(duì)于玻璃部分的密封操作，需要采用高頻感應(yīng)加熱，它能通過局部加熱將玻璃熔化，以通過一步加熱操作形成一個(gè)端部的密封結(jié)構(gòu)。另外，對(duì)于通過上述高頻感應(yīng)加熱進(jìn)行加熱的圓柱形導(dǎo)電部件的材料，最好采用一種熱膨脹系數(shù)比瓷件低的材料，例如與玻璃同樣的材料，如導(dǎo)電陶瓷(如二硼化鋯)以及金屬材料(如主要由鐵和鎳基合金組成的科伐合金〔kovar〕)。金屬材料最好采用預(yù)先經(jīng)過如氧化工藝這樣的表面處理的金屬材料，以改善其對(duì)于玻璃的可濕性，并消除在密封操作加熱時(shí)玻璃的劣化現(xiàn)象。


圖1是表示本發(fā)明含光纖絕緣子一端結(jié)構(gòu)的示意圖;
圖2a到2e是描述圖1所示含光纖絕緣子各步制造工藝的示意圖。
圖1是表示本發(fā)明含光纖絕緣子一端結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖1所示的實(shí)施例中，在至少一根光纖3上相應(yīng)于玻璃密封部分的一部分覆蓋層被去掉，且沿絕緣子1中軸線設(shè)的通孔2的中部2-1采用一種硅橡膠6相互密封;硅橡膠6是有機(jī)絕緣材料的一例。另外，在通孔2的中部2-1和通孔2的廣口部2-2(最好呈圓錐形)之間設(shè)有的光纖3，采用具有耐熱性能的無機(jī)或有機(jī)粘合劑7對(duì)光纖3密封。還有，在光纖3和圓柱形部件4(在其下部有一個(gè)光纖插入孔，且由導(dǎo)電陶瓷或金屬材料等制成)之間的空間，以及在圓柱形部件4和通孔2的廣口部分2-2之間的空間均由玻璃5緊密地密封。再有，光纖3從廣口部分2-2向外伸出的部分，用硅橡膠6覆蓋，從而保護(hù)光纖3的該伸出部分。
下面解釋上面提到的含光纖絕緣子的制造工藝。圖2a到2e是表示圖1所示含光纖絕緣子各步制造工藝的示意圖，圖中，在絕緣氣體和有機(jī)絕緣材料當(dāng)中，專門將硅橡膠用作一種密封材料。
圖2a是表示用于密封的一個(gè)光纖實(shí)施例的示意圖。圖2a中，光纖3采用了一個(gè)由石英玻璃制的光纖，它的芯直徑為80μm，覆蓋直徑為125μm。為了維持光纖3本身的密封性能，用紫外光固化(UV)處理的聚丙烯酸亞胺脂樹脂制的覆蓋部分3-2被緊密地粘到石英玻璃制的芯部3-1的外表面上。用聚亞胺脂系統(tǒng)的丙烯酸樹脂作為光纖3的覆蓋部分3-2的理由是在與充入絕緣子1的通孔2的中部的硅橡膠粘合以后，它具有優(yōu)良的抗溫度變化的性能。
另外，在光纖3覆蓋部分3-2的外表面施加上硅烷耦合劑3-3，以改善在硅橡膠和覆蓋部分3-2之間的密封連接性能。此外，為了實(shí)現(xiàn)在密封玻璃和光纖3之間的完全不透氣的密封，以及為了不使密封玻璃由于在熔化密封玻璃時(shí)的高溫使光纖3的有機(jī)覆蓋部分3-2燃燒而起泡，將與光纖3和密封玻璃之間的密封部分相應(yīng)的覆蓋部分的35mm長的一部分浸入到乙醇中30分鐘，然后用套筒剝皮器機(jī)械地將其剝掉，以形成覆蓋部分3-2的一個(gè)剝?nèi)ゲ糠?-4。
圖2b表示將光纖密封在內(nèi)孔部分的中心軸線部分內(nèi)的一個(gè)步驟，是采用一種硅橡膠作為粘合劑。絕緣子1長826mm，它有一個(gè)本體部分，該本體部分直徑80mm，且在其中心軸線處有一個(gè)直徑10mm的通孔2。再有，廣口部分2-2，2-3沿絕緣子1的中心軸線方向?yàn)?0mm長，并有5°的錐形角，它們?cè)O(shè)置在通孔2的兩個(gè)端部。
上述工藝后的一根光纖3置于絕緣子1中心軸線處的通孔2內(nèi)。此后，在真空壓力1乇下對(duì)硅橡膠6進(jìn)行真空去泡處理，將硅橡膠6填充到通孔2的中部長向660mm。進(jìn)行該填充操作時(shí)為了不損害光纖3，則要用一個(gè)支撐部件8，該部件8具有一個(gè)光纖3的插入孔和一個(gè)用于填充硅橡膠6的孔，且在該部件8的外表面上施加氟塑料層，以不與硅橡膠6粘合。
在這種情況下，為了在填充操作中硅橡膠不發(fā)泡，則最好從與廣口部分2-2相對(duì)的廣口部分2-3進(jìn)行真空抽氣，而硅橡膠6從廣口部分2-2被壓入。在硅橡膠6沿它的中部充填660mm后，對(duì)硅橡膠進(jìn)行在80℃下4小時(shí)的處理。還有，硅橡膠6最好采用一種附加反應(yīng)型的硅橡膠，它在充到一個(gè)窄長的由通孔中時(shí)具有優(yōu)良的固化性能。另外，最好采用一種在斷裂點(diǎn)抗拉強(qiáng)度大且延伸率高的硅橡膠，因?yàn)樗沽踊钊藵M意。
圖2c是進(jìn)入到硅橡膠填充步驟填空耐熱粘合劑步驟示意圖。在填充硅橡膠6后，耐熱粘合劑從硅橡膠6的端部6-1和6-2充到絕緣子1的廣口部分2-2和2-3端部。利用與硅橡膠6填充操作同樣的支承部件，進(jìn)行耐熱粘合劑7的填充操作。再有，采用糊狀的且預(yù)先經(jīng)真空去泡處理的耐熱粘合劑7。耐熱粘合劑7采用主要由硅石和礬土組成且耐熱1600℃的無機(jī)材料，或采用主要由聚亞胺樹脂組成并耐熱500℃的耐熱有機(jī)材料。粘合劑7的固化操作方法是對(duì)無機(jī)粘合劑為經(jīng)室溫下12小時(shí)，而后在80℃下4小時(shí)的預(yù)固化操作后，在100℃下加熱2小時(shí);或者對(duì)耐熱有機(jī)粘合劑為經(jīng)100℃下30分鐘，而后在120℃30分鐘預(yù)固化操作之后，在180℃下加熱2小時(shí)。
圖2d表示進(jìn)入到耐熱粘合劑填充步驟的端部玻璃密封步驟。首先，由科伐合金制的圓柱形部件4包括一個(gè)外部，該外部具有與絕緣子1的廣口部分2-2和2-3的內(nèi)部同樣的5°錐角;還包括一個(gè)下部，它有一個(gè)光纖3的插入孔，且所構(gòu)成的下部預(yù)先施加玻璃5。為清除油漬進(jìn)行清洗，然后使用酸，如用FeCl溶劑對(duì)如此形成的圓柱形部件4進(jìn)行表面清洗。進(jìn)而進(jìn)行氧化處理，以改進(jìn)與玻璃5的可濕性以及產(chǎn)生在完全熔化玻璃上的粘合反應(yīng)作用。在大氣中進(jìn)行800℃下20小時(shí)的氧化處理。在由科伐合金的圓柱形部件4的外部噴涂約1mm厚的玻璃5。此后，噴涂后的圓柱形部件4在80℃下進(jìn)行30分鐘的干燥，并用電爐在320℃下煅燒1小時(shí)。然后，通過煅燒操作粘合上玻璃5的圓柱形部件4被置入絕緣子的通孔2的廣口部分2-3。再者，玻璃5采用熱膨脹系數(shù)低且熔點(diǎn)低的硼酸鉛玻璃。玻璃煅燒部件5-1長度為35mm，外直徑基本上等于圓柱形部件4的內(nèi)直徑，且光纖3的通孔設(shè)在圓柱形部件4內(nèi)。
玻璃煅燒部件5-1形成方法為將少量有機(jī)粘合劑(如甲基纖維素)和水與硼酸鉛玻璃混合;對(duì)混合的玻璃加壓;對(duì)加壓本體的外表面及光纖的通孔進(jìn)行處理;在以50℃/小時(shí)的加熱速率增加溫度以后，對(duì)加壓本體進(jìn)行320℃下1小時(shí)的加熱。然后，具有7匝銅制的線圈10圍繞著絕緣子1的外表面設(shè)置，同時(shí)向該線圈10施加來自高頻感應(yīng)電壓發(fā)生器的高頻電壓。通過向線圈10施加高頻電壓，在科伐合金圓柱形部件4內(nèi)產(chǎn)生高頻感應(yīng)電流，于是圓柱形部件4就自行加熱。在這種情況下，施加高頻電壓和電流的確定條件為使圓柱形部件4的溫度達(dá)到500℃。
結(jié)果，在開始施加高頻電壓以后，圓柱形部件4的溫度達(dá)到500℃約20分鐘。然后，圓柱形部件4在500℃下維持約10分鐘，其條件為在圓柱形部件4的上表面施加20kg負(fù)載，以將該圓柱形部件4的外表面和廣口部分2-3之間的空間用熔化的玻璃5進(jìn)行緊密地密封，同時(shí)也使設(shè)在圓柱形部件4內(nèi)的玻璃煅燒部件5-1熔化。此后，進(jìn)行空氣冷卻。
圖2e是表示進(jìn)入到玻璃密封步驟的保護(hù)絕緣子端部處光纖步驟的示意圖。為了保護(hù)從絕緣子1的廣口部分2-3內(nèi)玻璃密封部分伸出的光纖3的覆蓋部分3-2，將經(jīng)真空去泡的硅橡膠6圍繞著廣口部分2-3內(nèi)伸出的光纖3進(jìn)行填充，且通過將其在80℃下加熱1小時(shí)進(jìn)行固化。
在上述一系列處理步驟中，首先對(duì)絕緣子的一個(gè)端部進(jìn)行密封步驟和覆蓋部分的保護(hù)步驟，然后，將絕緣子1翻轉(zhuǎn)過來，對(duì)絕緣子的另一端部進(jìn)行同樣的步驟。
在這種情況下，當(dāng)采用絕緣氣體(如六氟化硫)或絕緣材料(如絕緣滑脂或油)作為絕緣子內(nèi)的中心填充部分時(shí)，端部的密封步驟及覆蓋部分的保護(hù)步驟與進(jìn)行上述步驟方式相同。但是在這種情況下，在對(duì)絕緣子一個(gè)端部進(jìn)行密封步驟和保護(hù)步驟之后，將含光纖絕緣子翻轉(zhuǎn)過來進(jìn)行制造，填充絕緣氣體或材料，且進(jìn)行對(duì)另一端部的密封和保護(hù)步驟。
此后，用與已知絕緣子相同的方式，借助膠合劑將法蘭金屬部件粘合到絕緣子的一個(gè)外端部，最后，就做成了含光纖絕緣子。
下邊解釋采用硅橡膠作為填充材料時(shí)的實(shí)施例。
按圖2a到2e所示制造步驟制造含光纖絕緣子，其方法為采用兩種絕緣子1和兩種密封玻璃5，兩者的性能示于表1中;光纖3由覆蓋部分3-2和硅橡膠6制成，兩者的性能示于表2中;圓柱形部件4由示于表3中的材料及性能示于表4中的耐熱粘合劑制成。
對(duì)于上述含光纖絕緣子，按照表5中示出的各試驗(yàn)條件進(jìn)行表5中各項(xiàng)試驗(yàn)。再有，作為一個(gè)比較例，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的含光纖絕緣子，如在絕緣子1的所有通孔2內(nèi)都充滿硅橡膠6，或僅靠在通孔2的廣口部分2-2，2-3內(nèi)用玻璃進(jìn)行密封。試驗(yàn)的材料組合示于表6中。
進(jìn)行在表5中所示的各項(xiàng)試驗(yàn)是為了檢驗(yàn)含光纖絕緣子密封部分的長期性能。對(duì)于熱沖擊試驗(yàn)，要對(duì)玻璃密封結(jié)構(gòu)的1到8號(hào)試樣絕緣子進(jìn)行熒光穿透試驗(yàn)，以檢查是否發(fā)生龜裂。再有，在硅橡膠密封結(jié)構(gòu)的9和10號(hào)試樣傳統(tǒng)絕緣子中，檢驗(yàn)是否硅橡膠從密封端部伸出來，以及是否在硅橡膠中發(fā)生龜裂。在耐熱試驗(yàn)中，檢驗(yàn)是否在耐熱試驗(yàn)前和后存在光傳輸損失;是否在密封部分或絕緣子中發(fā)生龜裂，以及是否硅橡膠伸出來。
另外，在熱循環(huán)試驗(yàn)中，檢驗(yàn)由于長期溫度應(yīng)力造成的密封部分的劣化狀態(tài)。在玻璃密封結(jié)構(gòu)的1到8號(hào)試樣絕緣子中，檢驗(yàn)是否發(fā)生龜裂，且在硅橡膠密封結(jié)構(gòu)的9和10號(hào)試樣的絕緣子中，檢驗(yàn)是否在硅橡膠中發(fā)生龜裂。對(duì)于長期加電壓試驗(yàn)，則通過將絕緣子切割成碎塊檢驗(yàn)在長期加電壓操作后是否在含光纖絕緣子中發(fā)生漏電痕跡。
在表7中示出了試驗(yàn)結(jié)果
表7中所示的標(biāo)記含意如下。對(duì)熱沖擊試驗(yàn)，耐熱試驗(yàn)和熱循環(huán)試驗(yàn)，對(duì)相應(yīng)的各試樣采用10個(gè)含光纖絕緣子。對(duì)耐熱試驗(yàn)及熱循環(huán)試驗(yàn)，在相應(yīng)的試驗(yàn)水平上分別采用同樣的試樣。
在上述試驗(yàn)項(xiàng)目中，標(biāo)記
表示所有10個(gè)試樣都沒有龜裂;標(biāo)記△表示僅只1個(gè)龜裂及另外9個(gè)試樣無龜裂;標(biāo)記×表示兩個(gè)以上試樣龜裂而其他試樣無龜裂。
另外，對(duì)于長期加電壓試驗(yàn)，在相應(yīng)的試驗(yàn)水平上采用5個(gè)含光纖絕緣子。在這種情況下，標(biāo)記
表示所有5個(gè)試樣其內(nèi)都沒有漏電痕跡;標(biāo)記△表示一個(gè)試樣其內(nèi)有漏電痕跡，且其他4個(gè)試樣其內(nèi)無漏電痕跡;按記×表示兩個(gè)以上試樣其內(nèi)有漏電痕跡，且另外的試樣其內(nèi)無漏電痕跡。
結(jié)果，在熱沖擊試驗(yàn)中，證實(shí)了所有試驗(yàn)都沒有龜裂。建議要適當(dāng)選擇被試驗(yàn)的材料熱膨脹系數(shù)。
還有，在耐熱試驗(yàn)中，證實(shí)了玻璃密封結(jié)構(gòu)的1到8號(hào)全部試樣在160℃以前均無毛病，所以具有良好的性能。與此相反，也證實(shí)了硅橡膠密封結(jié)構(gòu)的9和10號(hào)試樣在溫度超過120℃時(shí)發(fā)生了硅橡膠伸出情況。有人提出，由于硅橡膠的熱膨脹系數(shù)約大于瓷件的30倍，則在高溫下硅橡膠大量膨脹，且由于高度的應(yīng)力集中大于硅橡膠適合的抗拉強(qiáng)度而發(fā)生硅橡膠的伸出。在變電站等場(chǎng)所采用的絕緣子中，由于夏季的吸熱，絕緣子的溫度會(huì)達(dá)到80℃以上，所以包含硅橡膠密封結(jié)構(gòu)耐熱溫度低的含光纖絕緣子被認(rèn)為其長期性能是不行的。
在熱循環(huán)試驗(yàn)中，玻璃密封結(jié)構(gòu)的1到8號(hào)試樣直到3000個(gè)循環(huán)都沒有呈現(xiàn)出毛病，因而有良好的性能。與此相反，硅橡膠密封的9和10號(hào)試樣經(jīng)過2000個(gè)循環(huán)在硅橡膠內(nèi)就發(fā)生了龜裂。
再有，在一部分試樣中，檢驗(yàn)了在硅橡膠和光纖覆蓋層之間以及在硅橡膠和硅橡膠的絕緣子邊界內(nèi)通孔之間的剝離情況。僅在進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)(對(duì)玻璃密封結(jié)構(gòu)的1到6號(hào)試樣進(jìn)行3000次循環(huán)，結(jié)構(gòu)中充以硅橡膠)表明，根本未檢驗(yàn)出在硅橡膠中有龜裂或在硅橡膠和光纖覆蓋部分之間有剝落，所以認(rèn)為剝離劣化取決于水分。就是說，在9和10號(hào)試樣中，由于進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)的條件為絕緣子直接暴露于水分中，則認(rèn)為由于存在水分面發(fā)生了劣化。
長期施加電壓試驗(yàn)的結(jié)果，玻璃密封結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)中充以硅橡膠)的1到6號(hào)試樣，顯示了甚至在進(jìn)行了500天的長期加壓試驗(yàn)后都無漏電痕跡的跡象。與此相反，玻璃密封結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)中設(shè)有空隙部分)的7和8號(hào)試樣，甚至在進(jìn)行300天的長期加壓試驗(yàn)后就在光纖覆蓋部分內(nèi)產(chǎn)生了局部漏電痕跡。再有，在硅橡膠密封結(jié)構(gòu)的第9和10號(hào)試樣中，證實(shí)了漏電痕跡從密封端部逐漸延伸到內(nèi)部。在7和8號(hào)試樣中，呈現(xiàn)出由于水分和由于密封操作在內(nèi)部空隙部分滯留的污斑等，從接近端部逐漸發(fā)生漏電痕跡。
從上述試驗(yàn)結(jié)果能夠看出，玻璃密封結(jié)構(gòu)比硅橡膠密封結(jié)構(gòu)長期性能要好，但是對(duì)于保持內(nèi)部空隙部分的情況，在長期電壓作用下，有產(chǎn)生漏電痕跡的顧慮。因此，本發(fā)明的含光纖絕緣子在其通孔的兩個(gè)端部有玻璃密封結(jié)構(gòu)，其中，硅橡膠充入通孔的中部，且在硅橡膠和圓柱形部件之間的耐熱無機(jī)粘合劑充入通孔中，該含光纖絕緣子顯著地發(fā)揮了玻璃密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)該注意到，在含光纖絕緣子中，在通孔內(nèi)充入尿烷橡膠、硅油、硅脂或六氟化硫氣體去代替上述的硅橡膠，也能獲得基本相同的性能。
從上述可見，按照上述的含光纖絕緣子和其制造工藝，由于該含光纖絕緣子具有無機(jī)密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，且在其兩個(gè)端部能在一種感應(yīng)加熱操作下施行有機(jī)密封結(jié)構(gòu)，則能夠以簡(jiǎn)易制造工藝獲得可靠的含光纖絕緣子。
權(quán)利要求
1.一種包括一個(gè)絕緣子本體的含光纖絕緣子，在其本體的中心軸線部分設(shè)有一個(gè)通孔，該通孔中插入一根光纖，且在所述通孔中部充入絕緣氣體或有機(jī)絕緣材料，所述含光纖絕緣子包括設(shè)在所述通孔兩端部內(nèi)的廣口部分；插入到所述廣口部分內(nèi)且具有與所述廣口部分內(nèi)表面相應(yīng)的外表面的圓柱形部件；在所述圓柱形部件內(nèi)的光纖和在所述圓柱形部件外表面和所述廣口部分內(nèi)表面之間的空間由無機(jī)材料密封；以及設(shè)在上述絕緣氣體或有機(jī)絕緣材料與上述圓柱形部件之間的耐熱粘合劑部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種含光纖絕緣子，其中上述廣口部分為圓錐形。
3.一種制造含光纖絕緣子的工藝，該絕緣子包括一個(gè)絕緣子本體，在該本體的中心軸線部分內(nèi)設(shè)有一個(gè)通孔，且在該通孔內(nèi)插入一根光纖，在該通孔的中部充入絕緣氣體或有機(jī)絕緣材料，該制造工藝包括的步驟為(a)將光纖插到所述通孔內(nèi)，通孔的兩個(gè)端部各具有廣口部分;(b)在所述通孔的中心部分充入所述絕緣氣體或有機(jī)絕緣材料;(c)在由所述絕緣氣體或有機(jī)絕緣材料組成的密封部分和所述廣口部分之間設(shè)置耐熱粘合劑;(d)將具有與所述廣口部分內(nèi)表面相應(yīng)的外表面的圓柱形導(dǎo)電部件通過一個(gè)無機(jī)玻璃插到所述廣口部分內(nèi);(e)將無機(jī)玻璃部件通過光纖插到所述圓柱形導(dǎo)電部件內(nèi);以及(f)借助于高頻感應(yīng)加熱方法將上述圓柱形導(dǎo)電部件加熱，從而將設(shè)在所述廣口部分內(nèi)表面和所述圓柱形部件外表面之間的所述無機(jī)玻璃熔化，以及將設(shè)在所述圓柱形部件內(nèi)的所述無機(jī)玻璃部件熔化，而光纖即通過所述圓柱形部件設(shè)置，形成端部密封結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種含光纖的絕緣子包括一個(gè)絕緣子本體，該本體有一個(gè)通孔，通孔中插入一根光纖。通孔中部充有絕緣氣體或有機(jī)材料，在通孔兩端設(shè)有廣口部分，廣口部分內(nèi)插有圓柱形部件及在絕緣氣體或有機(jī)絕緣材料和圓柱形部件之間設(shè)有耐熱粘合劑。同時(shí)公開了這種含光纖絕緣子的制造工藝。
文檔編號(hào)G02B6/44GK1043405SQ89109100
公開日1990年6月27日 申請(qǐng)日期1989年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月6日
發(fā)明者清家捷二, 美馬敏元, 森幸一 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社