CN103558671B - 一种用于特高压输电领域的触发光缆 - Google Patents

Abstract

一种用于特高压输电领域的触发光缆，由内到外依次是芯层、包层、涂覆层、紧包层、加强层与外护层；所述芯层为实心结构，芯层的外壁包裹有包层，包层的外壁包裹有涂覆层，涂覆层的外壁包裹有紧包层，紧包层的外壁包裹有加强层，加强层的外壁包裹有外护层；所述紧包层采用阻燃级别的Hytrel材料制造，外护层采用氟塑料制造，加强层由芳纶填充而成，且芯层的折射率大于包层的折射率。本设计不仅能在最大限度保证产品整体耐超高压等级和阻燃等级的前提下，不影响光纤在800nm–1400nm范围内近红外波段的传输性能，而且耐腐蚀、耐高低温、阻燃、绝缘、耐超高电压、耐踩踏、不破损。

Description

一种用于特高压输电领域的触发光缆

技术领域

本发明涉及一种输电领域的传输触发光缆，尤其涉及一种用于特高压输电领域的触发光缆，具体适用于提供一种耐特高电压、高阻燃、高绝缘、耐污秽、高强度的触发光缆，属于高压、特高压直流输电光缆传输技术领域。

背景技术

在特高压直流输电领域中，晶闸管的触发已经由光纤来代替，由于晶闸管的光敏面积较大，因此国际上通用的是使用大芯径的石英芯层塑料包层光纤来进行触发，以保证接触面的触发效率。在使用的光缆结构选型中，目前主流设计仍为PVC材料护层，主要原因是由于此种材料的良好的阻燃性能；同时为了在高压绝缘性能上取得效果，光缆整体采用全紧套结构，但该种设计具有以下缺陷：

首先，PVC材料护套在室内应用中有着较大的局限，其高温下散发的有毒物质和低温下材料变质等本征材料性能劣势将限制其应用环境；

其次，光缆无抗拉强度材料全紧套设计降低了光缆设计的整体强度和端头连接器的强度，影响了组件在实际应用中的使用性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的采用PVC材料护套、抗拉强度较弱的缺陷与问题，提供一种不采用PVC材料护套、抗拉强度较强的用于特高压输电领域的触发光缆。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种用于特高压输电领域的触发光缆，包括芯层、包层与涂覆层，所述芯层为实心结构，芯层的外壁包裹有包层，该包层的外壁包裹有涂覆层；

所述触发光缆还包括紧包层、加强层与外护层；所述涂覆层的外壁包裹有紧包层，该紧包层的外壁包裹有加强层，该加强层的外壁包裹有外护层。

所述紧包层采用阻燃级别的Hytrel材料制造，其厚度为0.3mm–0.5mm。

所述外护层采用氟塑料制造而成，其厚度为0.2mm–0.5mm。

所述加强层由芳纶填充而成，填充股数为2–6股，填充方式为直放或编织；所述加强层的厚度为0.2mm–0.4mm。

所述芯层的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层的折射率为1.43–1.49，芯层的直径为0.06mm–0.11mm；

所述包层的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，包层的折射率为1.42–1.46，包层的直径为0.123mm–0.126mm；

所述芯层的折射率大于包层的折射率。

所述涂覆层的制造材料为丙烯酸树脂或硅橡胶，涂覆层的折射率为1.5–1.7，涂覆层的厚度为0.05mm–0.07mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种用于特高压输电领域的触发光缆一共包括六层结构，从内到外依次是芯层、包层、涂覆层、紧包层、加强层与外护层，其中，芯层、包层、涂覆层主要负责光的传递精度与响应速度，紧包层、加强层与外护层主要负责光缆的强度，即耐超高压、阻燃、抗拉强度、耐踩踏，不破损等；前述触发光缆的六层结构，既使本设计实现了800nm–1400nm近红外功率光信号长期稳定可靠地传输和高效率稳定的耦合两个重要指标保证，又能使本设计满足耐超高压、耐环境变化、绝缘、阻燃、强度等实际工程使用中的需求，保证了光缆产品在工程中的长期稳定可靠工作。因此，本发明不仅能确保800nm–1400nm范围内近红外功率光信号的传输效果，而且强度较强。

2、本发明一种用于特高压输电领域的触发光缆中的紧包层采用阻燃级别的Hytrel材料制造，从而能在最大限度保证产品整体耐超高压等级和阻燃等级的前提下，不影响光纤在800nm–1400nm范围内近红外波段的传输性能，同时，Hytrel材料也不会像现有技术采用的PVC材料产生种种缺陷，具备较大的应用范围。因此，本发明不仅耐超高压、阻燃、在800nm–1400nm范围内近红外波段的传输性能较好，而且应用范围较广。

3、本发明一种用于特高压输电领域的触发光缆中的外护层采用氟塑料制造而成，该材料不仅具有耐腐蚀、耐高低温、阻燃、绝缘等优良性能，而且能满足抗外界踩踏、不破损、阻燃、耐超高电压等要求，是外护材料的完善选择。因此，本发明耐腐蚀、耐高低温、阻燃、绝缘、耐超高电压、耐踩踏、不破损。

4、本发明一种用于特高压输电领域的触发光缆中芯层、包层的制造材料均为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层的折射率大于包层的折射率，且芯层采用较大芯层直径多模设计，该设计不仅能够兼顾高测温精度、高温度响应性能、高可靠传输、长寿命工作等需求，而且能满足接续方面通用的要求，提高接头、熔接产品互换性能，延长使用寿命。因此，本发明不仅传输信号稳定、传输效率较高，而且使用寿命较长。

5、本发明一种用于特高压输电领域的触发光缆中的加强层由芳纶填充而成，填充股数为2–6股，填充方式为直放或编织；该处采用多股高强性能芳纶填充的设计，不仅保证了光缆整体的强度，延长了使用寿命和工作可靠性，而且较满的填充率也确保了绝缘的要求。因此，本发明不仅抗拉强度较强，而且绝缘效果较好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：芯层1、包层2、涂覆层3、紧包层4、加强层5、外护层6。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，一种用于特高压输电领域的触发光缆，包括芯层1、包层2与涂覆层3，所述芯层1为实心结构，芯层1的外壁包裹有包层2，该包层2的外壁包裹有涂覆层3；

所述触发光缆还包括紧包层4、加强层5与外护层6；所述涂覆层3的外壁包裹有紧包层4，该紧包层4的外壁包裹有加强层5，该加强层5的外壁包裹有外护层6。

所述紧包层4采用阻燃级别的Hytrel材料制造，其厚度为0.3mm–0.5mm。

所述外护层6采用氟塑料制造而成，其厚度为0.2mm–0.5mm。

所述加强层5由芳纶填充而成，填充股数为2–6股，填充方式为直放或编织；所述加强层5的厚度为0.2mm–0.4mm。

所述芯层1的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层1的折射率为1.43–1.49，芯层1的直径为0.06mm–0.11mm；

所述包层2的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，包层2的折射率为1.42–1.46，包层2的直径为0.123mm–0.126mm；

所述芯层1的折射率大于包层2的折射率。

所述涂覆层3的制造材料为丙烯酸树脂或硅橡胶，涂覆层3的折射率为1.5–1.7，涂覆层3的厚度为0.05mm–0.07mm。

本发明的原理说明如下：

在特高压直流输电领域中，主流设计仍为PVC材料护层，同时为了在高压绝缘性能上取得效果，光缆整体采用全紧套结构，但该种设计具有以下缺陷：首先，PVC材料护套在室内应用中有着较大的局限，其高温下散发的有毒物质和低温下材料变质等本征材料性能劣势将限制其应用环境；其次，光缆无抗拉强度材料全紧套设计降低了光缆设计的整体强度和端头连接器的强度，影响了组件在实际应用中的使用性能。

此外，在特高压直流输电领域的触发传输应用中，所使用的光波段一般为近红外800nm–1000nm范围之内，在此传输波段范围之内，低掺杂石英芯层或纯石英芯层的传输效率较高。

为克服以上缺陷和满足以上要求，本发明在光纤的设计选型、光缆的结构设计选型等关键技术上进行了综合考虑，从而设计出能满足特高压直流输电应用所需求的耐特高电压、高阻燃、高绝缘、耐污秽、高强度、长使用寿命等严苛要求的一种用于特高压输电领域的触发光缆。

（一）、芯层：

芯层——折射率为1.43–1.49（超出这个范围，在工艺上比较难实现，需要调整掺杂量较大），直径为0.06mm–0.11mm（这个设计取决于光纤耦合的效率，太小耦合效率不高，太大容易产生弯曲损耗漏光），由均质掺杂石英玻璃（掺氟、掺锗、掺磷或掺硼等）或纯石英玻璃组成，所使用的光波段一般为近红外800nm–1000nm范围之内，在此传输波段范围之内，低掺杂石英芯层或纯石英芯层的传输效率较高。

本芯层为实心结构，采用较大芯层直径多模设计，较普通多模光纤的芯层直径较大，提高了光纤的测温效率和精度（芯层大，包层厚度减少，阻挡效果变弱，外层的温度就能更快传到芯层进行作用），确保了长期稳定导光的效果，延长了产品的使用寿命，同时芯层采用均质掺杂材料设计，区别于普通多模光纤的渐变掺杂材料设计，避免了芯层截面在导光过程中，光功率能量的聚焦烧坏芯层局部的问题，确保了长期稳定导光的效果，延长了产品的使用寿命，最终兼顾高耦合效率、低耦合损耗、均匀芯层功率密度、导光功率均匀分配、高可靠传输、长寿命工作等需求，实现了800nm–1400nm近红外功率光信号长期稳定可靠地传输和高效率稳定的耦合两个重要指标保证。

（二）、包层：

包层——折射率为1.42–1.46，直径为0.123mm–0.126mm（超出这个范围，熔接或做接头进行耦合的时候，工艺上很难实现，也会增大耦合损耗），由均质掺杂石英玻璃（掺氟、掺锗、掺磷或掺硼等）或纯石英玻璃组成，且芯层的折射率大于包层的折射率。包层的直径范围的设计能满足接续方面通用的要求，提高接头、熔接产品互换性能，延长使用寿命。此外，芯层的折射率大于包层的折射率是形成波导结构的必要条件，对光纤传光性能有作用。

（三）、涂覆层：

涂覆层——折射率为1.5–1.7，厚度为0.05mm–0.07mm，由丙烯酸树脂或硅橡胶等制成。涂覆层的折射率较高，主要起着保护包层表面的作用，同时还应根据使用环境选择不同的耐温等级的材料，比如丙烯酸树脂或硅橡胶等，并综合考虑阻燃的要求，对涂覆层的厚度做一定的要求，以完善产品整体的耐超高压和阻燃性能需求。

（四）、紧包层：

紧包层——厚度为0.3mm–0.5mm，采用阻燃级别的Hytrel材料制造。紧包层采用阻燃等级的Hytrel材料进行设计，能在最大限度保证产品整体耐超高压等级和阻燃等级的前提下，不影响光纤在800nm–1400nm范围内近红外波段的传输性能（跟Hytrel材料的材料特性有关，在加工过程中这种材料的收缩比不会太大，不会对光纤的传输造成明显的影响）。根据不同的使用环境的要求，紧包层的厚度有一定的区别，以保证使用环境、绝缘、阻燃等多方面的性能需求。

Hytrel材料——热塑聚酯弹性体嵌段共聚物，包含结晶的聚丁烯对苯二酸盐和非结晶的长链乙二醇两种结构；强韧性和弹性、防变形、防冲击、抗挠曲性、低温弹性、抗烃类化合物等。

（五）、加强层：

加强层——厚度为0.2mm–0.4mm（加强层的厚度主要是要配合股数，达到一定的股数方能实现足够的抗拉强度，但过厚又会增加工艺难度和产品成本），由芳纶填充而成，填充股数为2–6股，填充方式为直放或编织。加强层采用芳纶材料填充，保证光缆产品的抗拉强度，加强层厚度的要求主要是为了满足芳纶股数填充的体积要求，较满的填充率也确保了绝缘的要求。

（六）、外护层：

外护层——厚度为0.2mm–0.5mm（若外护层的厚度太薄，则强度不够，抗弯折、摩擦、刮擦等外界环境影响的能力下降；厚度太厚又会增加工艺难度和产品成本），采用氟塑料（杜邦公司）或聚氨酯制造而成，该材料具有耐腐蚀、耐高低温、阻燃、绝缘等优良性能，是外护材料的较完善选择。外护层的厚度取决于性能整体需求，满足抗外界踩踏，不破损，抗刮擦，耐酸，耐碱，阻燃（UL94-V0等级），耐超高电压等要求，厚度达到设计要求方能保证光缆在施工和使用的过程中不会出现破损的现象。

实施例：

参见图1，一种用于特高压输电领域的触发光缆，由内到外依次是芯层1、包层2、涂覆层3、紧包层4、加强层5与外护层6；所述芯层1为实心结构，芯层1的外壁包裹有包层2，该包层2的外壁包裹有涂覆层3，该涂覆层3的外壁包裹有紧包层4，该紧包层4的外壁包裹有加强层5，该加强层5的外壁包裹有外护层6；

所述紧包层4采用阻燃级别的Hytrel材料制造，其厚度为0.3mm–0.5mm；所述外护层6采用氟塑料制造而成，其厚度为0.2mm–0.5mm；所述加强层5由芳纶填充而成，填充股数为2–6股，填充方式为直放或编织，加强层5的厚度为0.2mm–0.4mm；

所述芯层1的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层1的折射率为1.43–1.49，芯层1的直径为0.06mm–0.11mm；所述包层2的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，包层2的折射率为1.42–1.46，包层2的直径为0.123mm–0.126mm；所述芯层1的折射率大于包层2的折射率；所述涂覆层3的制造材料为丙烯酸树脂或硅橡胶，涂覆层3的折射率为1.5–1.7，涂覆层3的厚度为0.05mm–0.07mm。

上述设计一种用于特高压输电领域的触发光缆中：芯层、包层设计实现了800nm–1400nm近红外功率光信号长期稳定可靠地传输和高效率稳定的耦合两个重要指标保证，有利于提高耦合效率、耦合稳定性、长期可靠性等特高压输电触发需求；涂覆层、紧包层、加强层、外护层的设计确保了产品整体的耐超高压、耐环境变化、绝缘、阻燃、抗腐蚀、抗踩踏刮擦、高强度等实际工程使用中的需求，保证了光缆产品在工程中的长期稳定可靠工作；此外，本设计整体结构简单，易于加工制作，产品性能易于检测，性价比高。

Claims (4)

1.一种用于特高压输电领域的触发光缆，包括芯层（1）、包层（2）与涂覆层（3），所述芯层（1）为实心结构，芯层（1）的外壁包裹有包层（2），该包层（2）的外壁包裹有涂覆层（3），其特征在于：

所述触发光缆还包括紧包层（4）、加强层（5）与外护层（6）；所述涂覆层（3）的外壁包裹有紧包层（4），该紧包层（4）的外壁包裹有加强层（5），该加强层（5）的外壁包裹有外护层（6）；

所述紧包层（4）采用阻燃级别的Hytrel材料制造，其厚度为0.3mm–0.5mm；

所述涂覆层（3）的制造材料为丙烯酸树脂或硅橡胶，涂覆层（3）的折射率为1.5–1.7，涂覆层（3）的厚度为0.05mm–0.07mm。

2.根据权利要求1所述的一种用于特高压输电领域的触发光缆，其特征在于：所述外护层（6）采用氟塑料制造而成，其厚度为0.2mm–0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于特高压输电领域的触发光缆，其特征在于：所述加强层（5）由芳纶填充而成，填充股数为2–6股，填充方式为直放或编织；所述加强层（5）的厚度为0.2mm–0.4mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于特高压输电领域的触发光缆，其特征在于：

所述芯层（1）的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层（1）的折射率为1.43–1.49，芯层（1）的直径为0.06mm–0.11mm；

所述包层（2）的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，包层（2）的折射率为1.42–1.46，包层（2）的直径为0.123mm–0.126mm；

所述芯层（1）的折射率大于包层（2）的折射率。