CN1027330C - 光导纤维嵌入型复合绝缘子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一个极好的光导纤维嵌入型复合绝缘子，在其中心轴线上穿透的孔中设有可靠并耐久的密封部分，以很快、简单且经济的方法和减少的元件、设备和制造步骤用无机玻璃密封住嵌在该孔中的至少一根光导纤维。密封部分由无机玻璃在穿透孔两端形成，用以将光导纤维密封在其中。陶瓷绝缘子的凹槽部分围绕穿透孔端部布置，热产生元件设置在各凹槽部分中，用它们加热和熔化该无机玻璃便形成上述密封部分，本发明还提供制造这种复合绝缘子的方法。

Description

本发明涉及光导纤维嵌入型复合绝缘子，这种绝缘子主要用于探测系统，以便查找出电力传输线和变电站等处的故障点，以及涉及到制造这种绝缘子的方法。

此前，为了自动寻找电力系统中的故障点，已经应用了光导纤维嵌入型复合绝缘子，它们能将电源测光敏感器发出的信号传送到接地侧的探测器，且能维护电气绝缘性能。

已知有许多不同类型的光导纤维嵌入型复合式绝缘子，其中的一项已知技术是沿陶瓷绝缘子主体轴线膛一个透孔，其中插进了一或两根光导纤维，并且该穿孔的一部分或整个穿孔充以有机绝缘材料，例如用硅橡胶或环氧树脂等将该光导纤维密封在穿孔中，并防止该绝缘子爬距的降低。其中还有一项已知技术是，在其中具有一个穿透孔和一根光导纤维的整个陶瓷绝缘子被加热，并把熔化的玻璃倾倒在整个穿孔或其一部分中，用以将该光导纤维密封在该穿孔中。

但是，在上述用有机材料的密封中，有机密封材料和陶瓷主体彼此的热膨胀系统数大不相同，以致发生这样的问题，即有机密封材料加速劣化并且由于应用环境中温度变化所产生的热应力有时会使光导纤维损坏。况且有机密封材料有一个问题，那就是它易于在长期使用下导致漏电痕迹的形成等，所以长时使用时它的可靠性不好。

同样，上述密封采用无机材料或玻璃陶瓷绝缘子必须全长地被加热，以致出现需要一个大型设备的问题，这样会增加投资费用，而且消耗的电力大，增加了运行费用，此外，为了熔化玻璃而加热整个绝缘子和光导纤维时，问题发生在：光导纤维的涂层被烤焦，以致光导纤维容易被损坏，并且从绝缘子终端延伸该光导纤维的结构难于获得，为了排除这些问题，在用玻璃密封之后，裸露在绝缘子端面处的光导纤维表面不得不进行光学抛光并用金属包头（Ferrule）包上等等，以致出现各种复杂和昂贵的制造步骤的其它问题。

为了解决上述诸问题，本申请人在其日本的专利申请早期公开号NO.1-246，724（美国专利4，921，322）中提出了两种密封方法，如附图4和5所示。

在图4所示的密封方法中，一个绝缘子31和一根光导纤维3被固定住，用夹具26A、26B固定该绝缘子31，及用夹具24A、24B固定光导纤维3，这些夹具被构成这种方式，即它们的垂直和水平间距可以根据绝缘子31和光导纤维3的位置进行调节，绝缘子31已经完成了初步加热，为了熔化玻璃设置了一个感应加热炉21，一个热鼓风管22和一个冷却管23。下一步，绝缘子31的上端被从热鼓风管22来的热风加热的温度例如550℃±20℃，加热5分钟，然后填充以一种密封玻璃，期望在例如500℃在感应加热炉中熔化，填充到该穿透孔的密封部分。在填充密封玻璃达到一期望量，结束该绝缘子31该端的密封操作之后，将绝缘子31翻转过来，并如上述地进行绝缘子31下端部上同样的填充玻璃的操作，完成该密封程序。该冷却管23是为了防止固定光导纤维3的夹具24A、24B受热之用。

然而，图4所示的方法甚至具有下述缺点，即当无机玻璃在受热熔化之后填到密封部分中时，陶瓷绝缘子31包围该无机玻璃的邻近部分能被加热到该无机玻璃的温度以下，尽管玻璃已被热风初步地加热，而它仍受到不合适地膨胀，其结果，当无 机玻璃冷却并固化时，拉张应力施加在陶瓷绝缘子31内无机玻璃和其邻近部分上，以致在该密封的有机玻璃中易于形成裂痕。还有，该加热并熔化的无机玻璃是难于维持一个恒定状态的。况且填充加热并熔化的无机玻璃到穿透孔的密封部分时，会发生诸如把光导纤维3的包层部分烧伤这样的损坏光导纤维3的高度危险。

在图5所示的密封方法中，首先制出一个初级密封元件41，即是在相对于穿透孔2的端部光导纤维3的位置处设置的一个导电陶瓷或金属管37，它的外径大小能插在穿透孔2中，并有一个间隔片5和一个密封玻璃34设在管37中，形成初级密封元件41，用于将光导纤维3封闭在其中。

下一步，用该初级密封元件41包围起来的光导纤维3被插到绝缘子31的穿透孔2中，置放或定位该初级密封元件41在穿透孔2的端部，如图5所示。这时，密封玻璃34最好是糊状被插在初级密封元件41的管37的外圆周面与穿透孔2的内圆周面之间。此后，将一高频感应加热设备42定位在相当于穿透孔2的端部位置处，并产生高频感应加热。导电陶瓷或金属管37彼此热量感应加热，所以被置于初级密封元件41的管37外圆周面与穿透孔2的内圆周面之间的密封玻璃34被熔化，完成该密封操作。然后，在围绕光导纤维3的密封了的端部设置硅橡胶等做的一个保护元件，以保护该密封的端部。

但是，图5的方法甚至有这样的缺点，即陶瓷绝缘子31的包围着无机玻璃的部分能在无机玻璃的温度以下被加热，以致在无机玻璃34与陶瓷绝缘子31的邻近之间产生热应力，以致在玻璃34变冷和固化时，在密封无机玻璃34中有时会形成裂痕。此外，用在陶瓷绝缘子31和导电陶瓷或金属管37之间的无机玻璃34，在长期应用期间容易从管37在与其交界面处脱离，它比从绝缘子31与其交界面处更易脱离，所以它具有较不可靠的交界部分。还有，将管37定位到穿透孔2中所期望的位置是一项困难的工作，伴随着损伤该光导纤维3的危险，而且管37难于被均匀地加热。还有，管37必须事先加工成所期望的形状，高频感应加热设备必须是用于加热管子37的，而且无机玻璃34必须在管37上被焙烧和烘焙，所以制造步骤是困难的、麻烦的，而且太多。

本发明的一个目的是提供一种光导纤维嵌入型复合绝缘子，它能消除在无机玻璃密封部分和陶瓷绝缘子的邻接部分处的裂痕形成，采用减少的制造步骤和简化的制造设备。

本发明的另一目的是提供一种这种复合绝缘子的制造方法。

本发明的进一步目的是，排除上述各种问题和缺点。

现在，本发明能够达到上述各目的。

本发明是一种光导纤维嵌入型复合绝缘子，它包括：一个陶瓷绝缘子，该陶瓷绝缘子有一个穿透孔安排在中心轴线部位;至少有一根光导纤维插在该穿透孔中;以及无机玻璃做成的密封部分被设置在穿透孔的两端，用来将光导纤维密封在其中;包括有陶瓷绝缘子的多个凹槽部分围绕穿透孔的各端部排列，以及多个热产生元件排列在各凹槽的部分中，用于加热和熔化无机玻璃，以在该穿透孔的两个终端处形成各自的密封部分。

同样，本发明也是制造一个光导纤维嵌入型复合绝缘子的方法，包括的步骤为，将一根光导纤维插在一个陶瓷绝缘子的一个中心轴线的穿透孔中，以在其中容纳该光导纤维;以及用一个无机玻璃在穿透孔两端处形成密封部分。以便将容纳该光导纤维的穿透孔的两端密封住;在陶瓷绝缘子中围绕穿透孔的各端部设置凹槽部分;在这些凹槽部分中安排热产生元件;以及加热和熔化无机玻璃，以便在穿透孔的两端处形成密封部分。

参照所做的附图可对本发明有较好的理解，

其中：

图1为本复合绝缘子的一个实施例的局部放大的剖视示意图，表示在陶瓷绝缘子的一个穿透孔的一端周围将一个无机玻璃布置在陶瓷绝缘子的一个凹部分中的情况;

图2是与上述相关的一个平面视图;

图3是本复合绝缘子的另一实施例的平面视图;

图4是一先有技术设备的正视示意图，表示用一种无机玻璃密封住嵌在陶瓷绝缘子的穿透孔中一根光导纤维的端部，以及

图5是一另一先有技术设备的局部横剖视示意图，表示用一种无机玻璃密封住嵌在陶瓷绝缘子穿 透孔中的一根光导纤维的端部。

图中编号表示

1，31    陶瓷绝缘子

1a    突头

1b    陶瓷绝缘子的端部

2    容纳光导纤维3的穿透孔

3    光导纤维

4    焙烧的无机玻璃

5    防止无机玻璃流的隔离片

6    环形热产生元件

7    粘合剂（粘接层）

8    法兰盘金属连接器

10    容纳加热器6的环形槽

16    圆柱形热产生元件

20    容纳热产生元件16的圆孔

参照图1和2，表示本发明复合绝缘子的一个端部的放大横剖视和放大的平面图。

在图1和2中，一个陶瓷绝缘子具有一个穿透孔2，用于接受一根光导纤维3;在穿透孔2的一端处布置了一个无机玻璃4;以及在穿透孔2中无机玻璃下面安排了一个隔离片5，用于阻止无机玻璃4往下流。该无机玻璃4最好是具有一个孔的焙解体，该孔用于允许光导纤维3从那里穿过，且其直径相应于该穿透孔2的内直径。在该穿透孔2的上端周围设有一环形或圆周的槽10，它接受并固定一个环形热产生元件6在其中。陶瓷绝缘子1的上端部1b被一个法兰盘形金属连接器8通过一粘接层7把持住。

环形槽10可以在形成陶瓷绝缘子1时形成。或者它可在形成或烧制陶瓷绝缘子1后通过研磨等加工而成。热产生元件6具有与槽10的形状相配合的形状，并且期望是由具有产生强热力的铁铬铝族合金或镍铬族合金制成的加热器。

当在陶瓷绝缘子1上端处穿透孔2中提供一密封部分时，将电流加到热产生元件6而此产生热，以便通过突头1a加热和熔化无机玻璃4，然后切断加到热产生元件6的电流，使熔化的无机玻璃4冷却和硬化，从而无机玻璃4作的一个密封部分被形成。

在陶瓷绝缘子1的下端进行如上所述的相同操作，以提供穿透孔2下端的另一个密封部分。这第二次操作可在第一次操作之后接续进行。

按照这个实施例的制造方法，在无机玻璃4周围的陶瓷绝缘子1的邻接部分或突头1a总是保持着比加热和熔化无机玻璃4期间的无机玻璃4要高的温度。所以，在无机玻璃4熔化时，突头1a的膨胀不小于无机玻璃，并且无机玻璃4变硬和收缩与突头1a在足够的膨胀之后的收缩相同。结果，没有拉张应力加在无机玻璃4上和突头1a的周围，所以很难形成裂痕。因此，明显地改进了密封部分的密封性能可靠性，并且部分缺陷或废品率能被降低，以致产品的产量显著提高。

此外，陶瓷绝缘子1和无机玻璃4能直接接合，而无需一个插入的金属管等等，所以，无机玻璃4从与陶瓷绝缘子1上交界面处脱落等很少发生。改进了用有机玻璃4构成密封部分的可靠性，尤其是对长期使用中的密封部分的可靠性。

此外，无机玻璃4被布置在穿透孔2端部中的一个期望的位置，并且被一个热产生元件6加热，该元件布置成与无机玻璃4有适当的分开距离，以加热和熔化无机玻璃4的焙烧体。以致所需要的为制造或密封用的材料、元件和设备数量都小了，而且制造步骤也减少。所以，用无机玻璃作成密封部分能十分简单和经济地完成。

热产生元件6与无机玻璃4隔开的距离最好是5-20毫米。

为了不致降低陶瓷绝缘子1的机械强度，环形槽10的外直径对陶瓷绝缘子1的直径之比最好不大于0.5，且槽10的深度对法兰盘形金属连接器8的长度比最好不大于0.75。

在用无机玻璃完成密封步骤之后。最好热产生元件6从环形槽10中挪走，且槽10中填充一种防水材料，以防止侵入水等。防水材料最好采用硅橡胶，因为它能防止侵水等。而且不会由于水、臭氧和紫外线等而变劣，而且不会由于使用环境中温度变化造成的膨胀和收缩而致使形成内部裂痕和在交界面处的脱落。

无机玻璃4的热膨胀系数最好比陶瓷绝缘子1的小，所以在密封以后，压应力将总是加到无机玻璃4构成的密封部分上。在加热和熔化无机玻璃′4时，布置在穿透孔2端部中的无机玻璃4最好是从其上和/或下侧施加一个压力，以便无机玻璃在密封后的水平永远能保持恒定，以及无机玻璃4对陶瓷绝缘子1的粘结强度能被改进。

为了不致使从穿透孔2端部伸出到外部的光导纤维3的包层烧灼，当加热和熔化无机玻璃4时，在加热期间，该伸出部分总是被冷却的。

如果由诸如硅橡胶、环氧树脂等做的一个端部保护元件，在密封之后形成在光导纤维3的伸出部分的外周上。即能防止外力损伤光导纤维。

用于防止熔化的无机玻璃4下流的隔离片5，最好是用基本上等同于密封的无机玻璃4所具有的膨胀系数的铁镍钴合金、铁镍族合金、陶瓷材料或无机纤维制成。

在示于图3的实施例中，在穿透孔4的周围布置了多个（该图中为8）柱状洞20，代替了环形槽10。每个洞20分别接受一个柱状热产生元件16，它用来产生为加热和熔化无机玻璃4的焙烧体所需的热。

以下将参照各实施例结合具体数值对本发明详细解释。

无机玻璃密封部分是分别按照图1、4和5所示的方法制成的。

在图1所示的方法中，陶瓷绝缘子1具有的直径为105毫米，且长度为1.100毫米;环形槽10的外径为30毫米，宽7毫米，而深度为30毫米。无机玻璃4系由低熔点的硼酸铅玻璃制成，并且与热产生元件6隔开5毫米的距离。该无机玻璃在500℃被熔化，并且任其冷却和硬化。

以具有图1、4和5的密封部分的绝缘子被估算出为密封和密封性能可靠所需操作的小时，其结果示于下表1和2。

表1    操作小时

密封方法    操作小时（相对值）

图4    100

图5    100

图1    55

表2    密封可靠性

密封    起始故    在重复的热冲击试验后的故障率%

方法    障率%    2000    3000    4000    5000

循环    循环    循环    循环

图4    35    0    20    30    45

图5    20    0    0    15    30

图1    0    0    0    0    0

〔表注〕每个故障率的值是用在全部测试数目中发生漏泄的百分值表示。

在上表2中示出的热冲击试验，是把绝缘子样品保持在一个80℃热槽中30分钟，然后放在一个-20℃的冷槽中30分钟，作为一次循环而返复试验。每个起始故障率%值是由借助于一个荧光探伤试验对全部20个绝缘子测试样品探测出产生裂痕的样品的百分数表示。每个重复地热冲击试验后的故障率值是在全部20个绝缘子样品发生漏氦的样品百分数表示，是在返复冲击试验到所期望的循环次数后的数值，氦气体被密封在穿透孔2的中央部分中。

从表1和2中可见，按照本发明，这种密封操作能获得相当大的简化和缩减，起始故障率和重复地热冲击后的故障率基本上被消除，并且由于防止了密封部分中产生裂痕而使复合绝缘子在长期使用中的耐用性和可靠性获得明显的改进。

如前面解释中所详述，按照本发明，在陶瓷绝缘子端部围绕接受光导纤维和无机玻璃的穿透孔布置了一系凹槽部分，热产生元件被加热到使无机玻璃熔化，所以在加热和熔化无机玻璃期间。陶瓷绝缘子围绕无机玻璃周围的邻接部分能保持在较高的温度，比无机玻璃的温度高。因此，陶瓷绝缘子围绕无机玻璃周围的邻接部分的膨胀程度不小于无机玻璃在冷却和固化之前的膨胀，并基本上与无机玻璃的收缩和固化同时和相同程度地收缩。结果，拉应力既不会加到无机玻璃上，也不会加到陶瓷绝缘子的邻接部分上，所以裂痕不致于形成。因此，密封部分的密封性能的可靠性显著地被改进，并大大地减少了废品的百分率。

此外，布置在接受光导纤维的穿透孔端部中的无机玻璃被加热和熔化到形成一个无机玻璃密封部分，所以不需要在无机玻璃和绝缘子之间插进一个金属管等，这些可被省去。所以，无机玻璃从其与金属管粘合面上脱落等问题能被防止。大大地改进了密封部分密封性能，尤其是长期使用中的密封部分的密封性能的可靠性。

此外，将热产生元件容纳在凹槽部分中的简单结构和使它加热到熔化无机玻璃，有力地减少了需用于密封的材料、元件和设备，同时也减少了制造步骤。因此，本发明能十分快、简单和经济地制成无机玻璃密封部分。

虽然已用专门例子和数值阐述了本发明。而 本技术领域熟悉者自会产生的各种改变和改型是可能的，但都脱离不开附加权利要求所限定的本发明的宽广构思和见解。

Claims (2)

1、一种光导纤维嵌入型复合绝缘子，包括：一个陶瓷绝缘子主体，在该主体的轴线部分上有一个穿透的孔；至少一根光导纤维插在该穿透孔中；其特征在于：该绝缘子主体包括由布置在该穿透孔两端处的无机玻璃构成的密封部分，用于将该光导纤维密封在其中；还包括有布在陶瓷绝缘子上围绕该穿透孔各端部周围的凹槽部分，并且各热产生元件置放在各凹槽部分中，用于加热和熔化无机玻璃，以在该穿透孔的两端形成各密封部分。

2、一种制造一个光导纤维嵌入型复合绝缘子的方法，其特征在于包括的步骤为：在一个陶瓷绝缘子的中心轴线上穿透孔中安插一根光导纤维，以在其中接受一根光导纤维，借助用以形成该穿透孔两端处的密封部分的有机玻璃密封接受该光导纤维的穿透孔的两端，还包括在陶瓷绝缘子上围绕穿透孔各端上的周围提供凹槽部分;在各凹槽部分中布置热产生元件;以及加热和熔化无机玻璃以形成在该穿透孔两端上的密封部分。

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