专利名称：一种用于gis腔体的光纤气密引出方法
技术领域：
本发明涉及一种采用改进型的金属化封装工艺对GIS腔体的光纤进行气密引出 的方法。
背景技术：
近年来，在电力系统GIS应用中，光学元件由于其自身优良的绝缘性能被国内外 企业、高校等广泛采纳。为了确保GIS系统的可靠性，一般采用灭弧能力和绝缘强度较高的 六氟化硫(SF6)气体进行填充。 一般的，SF6气体的额定运行压力为0. 11 0. 70MPa，年漏 气率小于1 % ，随之就会产生光学元件的光纤在GIS腔体弓I出端的气密问题。目前的密封技 术基本上是直接采用胶对光纤引出端进行固化，这种方法尽管保证了 GIS腔体的气密性， 但是存在SF6气压和胶对光纤作用的应力太大，容易造成光纤断裂和损坏，降低GIS系统可 靠性等问题。因此如何保证GIS腔体的气密性是整个GIS系统可靠运行的关键所在。
目前，光纤金属化封装技术一般用于光纤气密封装盒等诸多应用，在这些应用方 式中，气密封装处不存在内外的压力差，对金属化光纤的抗压强度要求很低，因而对光纤金 属化封装的要求不高。如专利申请号为200420057817. 4，名称为《光纤敏感元件金属化封 装结构》的专利公开的一种金属化封装结构，该结构仅对光纤敏感元件金属化进行了简单 的叙述，并未考虑现实应用中的气密环境、气压条件。但是在GIS系统中，由于SFe气压高 于外界环境气压，采用该种光纤金属化封装技术已不能完全满足要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种气密性好、光纤受力 均衡，可确保GIS腔体的抗压强度和绝缘性能的光纤气密引出方法。
本发明的技术解决方案是一种用于GIS腔体的光纤气密引出方法，步骤如下
(1)在GIS腔体(1)的安装法兰(4)上安装光纤引出法兰(2)，光纤引出法兰(2) 与安装法兰(4)之间通过密封圈(5)进行气密； (2)在光纤引出法兰(2)的中心处打光纤穿通孔(7)，所述光纤穿通孔(7)穿过安 装法兰(4)并与GIS腔体(1)的内部连通； (3)将GIS腔体(1)中光学元件的尾纤进行金属化封装形成金属化光纤(3)，然后 在金属化光纤(3)上套接金属管(6)，金属化光纤(3)与金属管(6)之间通过金属焊料焊接 在一起； (4)将金属管(6)穿过光纤穿通孔(7)，并采用双组份环氧树脂胶对光纤穿通孔
(7)进行灌封固化，使得双组份环氧树脂胶完全填充光纤穿通孔(7)的空隙； (5)对步骤(4)得到的结构进行热处理，使得双组份环氧树脂胶达到稳定状态； (6)给固化后的金属化光纤(3)和金属管(6)附加保护装置。 所述步骤(4)中采用双组份环氧树脂胶对光纤穿通孔(7)进行灌封固化前需要对
双组份环氧树脂胶进行预处理，方法为首先在双组份环氧树脂胶中掺入镍粉，镍粉与双组
3份环氧树脂胶的重量比为i : 2，然后通过离心机对掺入镍粉后的双组份环氧树脂胶进行
离心脱胶，离心机转速为1800转/min 2100转/min，持续时间为4 10min。
所述的金属管(6)为镍管。 所述步骤(5)中进行热处理的方法为将步骤(4)得到的结构放入真空加热箱中 保持0. 5 1小时，真空加热箱内的真空度为0. 2X105 0. 8Xl()Spa，加热温度为60 90°C ， 0. 5 1小时后，将真空加热箱的温度上调为100 130°C ，持续时间为20 40分钟， 真空加热箱内的真空度保持不变；随后将经过真空加热处理后的结构在65 85t:下存储 12 36小时，最后，以l(TC /min的升降温速率在_55°C 85°C的温度范围内对存储12 36小时后的结构进行循环处理，共循环8 12次。
所述的双组份环氧树脂胶的牌号为353ND。
本发明与现有技术相比的优点在于 (1)本发明方法采用了光纤金属化封装技术并应用于GIS腔体的光学元件，该方 法有效地解决了 GIS腔体光学元件气密性难、光纤受力不均的问题，同时使光学元件与金 属化光纤一体化，减少了熔接头，有利于GIS系统的稳定可靠； (2)本发明方法在固化前进行的预处理，避免了因GIS腔体与外界环境存在的气
压差所造成的光纤引出端气体泄漏，确保了 GIS系统的抗压强度和绝缘性能； (3)本发明方法对所采用的牌号为353ND的双组份环氧树脂胶进行热处理，极大
地减小了胶对金属化光纤所产生的应力，避免了金属化光纤断裂和损伤现象，提高了金属
化光纤的可靠性。
图1为采用本发明方法对GIS腔体的光纤进行气密引出的结构示意图； 图2为图1所示结构的俯视图； 图3为本发明中光纤引出法兰内部结构的剖视图。
具体实施例方式
如图1、图2、图3所示，为采用本发明方法对GIS腔体的光纤进行气密引出时的示 意图。 首先需要一个光纤引出法兰2，光纤引出法兰2上留有与安装法兰4固化的螺纹 孔，并通过密封圈5与安装法兰4进行气密。光纤引出法兰2和GIS腔体1的安装法兰4 的中心位置开有连通的光纤穿通孔7。 其次，将GIS腔体1中光学元件的尾纤直接进行金属化封装，使其内部的光学元件 与金属化光纤3 —体化，金属化封装结构包括金属化光纤3和金属管6，金属管6采用镍管， 并用金属焊料完全填充金属化光纤3与金属管6之间。采用该种封装方法可以解决GIS腔 体1光学元件尾纤引出部分的气密性，同时很大一部份应力会作用在金属管6上，降低了金 属化光纤3承受的应力。 随后将金属管6依次穿过位于GIS腔体1之上的安装法兰4和光纤引出法兰2的 光纤穿通孔7。再用牌号为353ND的双组份环氧树脂胶对光纤穿通孔7进行灌封固化固 化前，为了在不改变双组份环氧树脂胶的温度、粘度特性的情况下，使双组份环氧树脂胶的线膨胀系数与镍管的线膨胀系数达到匹配，先在双组份环氧树脂胶中掺入镍粉，镍粉与双 组份环氧树脂胶的重量比为1 : 2;再通过离心机对双组份环氧树脂胶进行离心脱胶，来消
除双组份环氧树脂胶中的空气泡，其中，离心机转速为1800转/min 2100转/min，持续时 间为4 10min，试验中离心机转速为2000转/min，持续时间为5分钟，离心机转速、时间 不能太高，太高容易使胶中的双组份分层。当然，此处除了 353ND胶外，还可以选用其它的 具有粘结和固化功能的双组份环氧树脂胶。 固化时，将双组份环氧树脂胶完全填充光纤穿通孔7的空隙。掺入镍粉后，胶的 流动性降低，为了消除双组份环氧树脂胶与光纤穿通孔7、金属管6空隙之间的气泡，将上 述步骤得到的结构放入真空加热箱中保持0.5 lh，通常取lh，真空加热箱内的真空度 为0. 2X105 0. 8Xl()5pa，试验中为0. 5 X 105pa，真空度过高会使双组份环氧树脂胶中的 有效成分挥发，加热温度为60 9(TC，由于固化需要缓慢升温，同时为了减少双组份环氧 树脂胶引入的应力，试验中取8(TC ;0.5 lh后，通常取lh，将真空加热箱的温度上调为 100 130°C ，持续时间为20 40min，真空加热箱内的真空度保持不变，试验中真空加热箱 的温度实际上调为12(TC，持续时间为半小时，这样双组份环氧树脂胶方可完全固化，产生 的应力最小。 胶固化后，为了去除双组份环氧树脂胶的残余应力，使胶最终达到稳定可靠的状 态，对以上步骤得到的结构中的双组份环氧树脂胶进行老化处理，先在65 85t:下存储 12 36h，通常取8(TC下存储24h ;最后，以l(TC /min的升降温速率在_55°C 85"的温 度范围内对存储24h后的结构进行循环处理，共循环8 12次，为了使双组份环氧树脂胶 的失效率最低、性能最佳化，试验中取10次。 最后将光纤引出法兰2通过螺钉固化在安装法兰4之上，用保护帽加装固化尾纤 弓I出部分的金属管6，再通过波纹管将金属化光纤3引出。 图1中，GIS腔体1的主体结构为圆柱型，安装法兰4和光纤引出法兰2依次位于 GIS腔体1的上表面，为了应用的灵活性，安装法兰4和光纤引出法兰2也可以依次位于GIS 腔体l的侧面。 图2、3中，为了减小胶对金属化光纤3产生的应力，必须选用线膨胀系数与光纤引 出法兰2的线膨胀系数、金属管6的线膨胀系数相近、且热稳定性好、温度范围宽的材料，比 如353ND的双组份环氧树脂胶。 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
权利要求
一种用于GIS腔体的光纤气密引出方法，其特征在于步骤如下(1)在GIS腔体(1)的安装法兰(4)上安装光纤引出法兰(2)，光纤引出法兰(2)与安装法兰(4)之间通过密封圈(5)进行气密；(2)在光纤引出法兰(2)的中心处打光纤穿通孔(7)，所述光纤穿通孔(7)穿过安装法兰(4)并与GIS腔体(1)的内部连通；(3)将GIS腔体(1)中光学元件的尾纤进行金属化封装形成金属化光纤(3)，然后在金属化光纤(3)上套接金属管(6)，金属化光纤(3)与金属管(6)之间通过金属焊料焊接在一起；(4)将金属管(6)穿过光纤穿通孔(7)，并采用双组份环氧树脂胶对光纤穿通孔(7)进行灌封固化，使得双组份环氧树脂胶完全填充光纤穿通孔(7)的空隙；(5)对步骤(4)得到的结构进行热处理，使得双组份环氧树脂胶达到稳定状态；(6)给固化后的金属化光纤(3)和金属管(6)附加保护装置。
2. 根据权利要求1所述的一种用于GIS腔体的光纤气密引出方法，其特征在于所述步骤(4)中采用双组份环氧树脂胶对光纤穿通孔(7)进行灌封固化前需要对双组份环氧树脂胶进行预处理，方法为首先在双组份环氧树脂胶中掺入镍粉，镍粉与双组份环氧树脂胶的重量比为l : 2，然后通过离心机对掺入镍粉后的双组份环氧树脂胶进行离心脱胶，离心机转速为1800转/min 2100转/min，持续时间为4 10min。
3. 根据权利要求1或2所述的一种用于GIS腔体的光纤气密引出方法，其特征在于所述的金属管(6)为镍管。
4. 根据权利要求1或2所述的一种用于GIS腔体的光纤气密引出方法，其特征在于所述步骤(5)中进行热处理的方法为将步骤(4)得到的结构放入真空加热箱中保持0. 5 1小时，真空加热箱内的真空度为0. 2X 105 0. 8X 1()5pa，加热温度为60 90°C ， 0. 5 1小时后，将真空加热箱的温度上调为100 130°C ，持续时间为20 40分钟，真空加热箱内的真空度保持不变；随后将经过真空加热处理后的结构在65 85t:下存储12 36小时，最后，以l(TC /min的升降温速率在_55°C 85t:的温度范围内对存储12 36小时后的结构进行循环处理，共循环8 12次。
5. 根据权利要求1或2所述的一种用于GIS腔体的光纤气密引出方法，其特征在于所述的双组份环氧树脂胶的牌号为353ND。
全文摘要
一种用于GIS腔体的光纤气密引出方法，提供了一种GIS应用中光学元件尾纤的引出方案。该方案首先将GIS腔体中光学元件的尾纤进行金属化封装，金属化封装结构包括金属化光纤、金属管等，然后将金属管依次穿过位于GIS腔体之上的安装法兰和光纤引出法兰的光纤穿通孔，并用环氧树脂胶对光纤穿通孔进行灌封固化，最后给尾纤引出部分的金属化光纤、金属管附加保护装置。本发明首次提出将金属化光纤封装技术应用于电力系统GIS腔体的光学元件中，有效地解决了GIS腔体光纤引出时所产生的气密性问题，同时减小了光纤所受的应力并保证光纤应力的均衡，确保了GIS系统的抗压强度和绝缘性能，提高了GIS系统的可靠性。
文档编号G02B6/44GK101710201SQ20091023704
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月2日 优先权日2009年11月2日
发明者刘东伟, 司磊, 张峰, 张志鑫, 李永兵, 谭金权 申请人:南瑞航天(北京)电气控制技术有限公司