专利名称：具有光纤的高压部件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及高压技术领域。其涉及根据权利要求1的前序部分的高压部件，并涉及根据权利要求11的前序部分的用于生产高压部件的方法。
背景技术：
在高压技术中，存在大电势差需要借助光纤来桥接的许多应用。例如在高压设备(plant)的通信系统中或者在高压领域的光纤传感器(fiber-opticsensor)如电流传感器、电压传感器与温度传感器中的情况正是这样。所述传感器的部分，即传感器头，通常处在高压电势。光源以及传感器的电子检测系统通常处在地电势。处在不同电势的这些部件之间的连接纤必须被安装成使没有电击穿的情况可发生。电击穿或者放电可发生在非专业安装的情况中，例如由于纤本身或者围绕并机械保护所述纤的纤缆的沾污。具体而言，高的介电强度仅在以下情况下可被实现在光纤的安装过程中没有基本的空洞空间被产生在高压部件中，且在高压部件的计划服务寿命中没有这种空洞空间出现。依赖于工作电压，对于交变电压，用于永久暴露的例如高达500kV和以上的介电强度，以及用于暂时电压尖峰(spike)的例如高达近似2MV的介电强度必须被保证。
US 5,594,827描述了光纤在高压绝缘件(insulator)中的安装。该高压绝缘件包括内部的棒形绝缘体，其典型地包括纤加强塑料。在绝缘体的表面中存在螺旋形的槽，其从绝缘体的第一端通向第二端，其中纤被放置在所述槽中。此外，绝缘件的表面包括由典型为硅的弹性体制成的屏蔽，该屏蔽显著地增加了高压电势和地电势之间的蠕变距离(creepingdistance)。该纤被压入弹性体内，且作为其结果，被弹性体覆盖(coat)。
US 6,215,940公开了又一具有光纤的高压绝缘件，该高压绝缘件形成权利要求1和11的前序部分。在该设计中，棒形绝缘体被收缩(shrinkdown)套管包围，所述收缩套管围绕被缠绕在绝缘体上的螺旋形纤且对着绝缘体而推动所述纤。此外，纤被硅凝胶围绕以避免收缩套管内的空洞空间，于是获得改善的介电强度。为了纤的较软的嵌入，可用弹性体制成的内部中间层来覆盖绝缘件。
EP 0,856,737 A1公开了一种磁光电流传感器。该电流传感器包括具有作为作为传感器线圈的光纤的传感器头。该光学传感器纤被用于引导圆偏振光。光学传感器纤包括磁光活性材料；所述纤的线性双折射必须仅为很低的。一般来说，光纤包括通常包括丙烯酸酯的纤涂覆层。在温度改变期间，光纤涂覆层可轻微地变形，从而在纤上施加轻微的负荷。在不具有内在双折射的纤，如上面提及的传感器纤的情况下，这可导致纤的不受控制的轻微双折射，作为其结果，在传感器纤中传播的圆偏振波，并因此电流传感器的测量信号被影响。
上面提及的EP 0,856,737 A1建议使纤没有其纤涂覆层以消除上面提及的对测量信号的非所需的影响。此外，也为了消除可仍存在于裸纤中的任何机械应力，并且为了实际地使纤没有任何双折射，已被缠绕为线圈的传感器纤在近似830℃处退火，所述应力也可导致测量信号的不理想的温度依赖性。没有其纤涂覆层的裸纤对甚至微小的机械力，且也对化学影响，及还对扩散入纤内的水蒸汽极其敏感，后者能够使纤脆弱。根据上面提及的EP 0,856,737 A1，这种高敏感的裸纤被插入承担纤涂覆层的功能的毛细管内。为了保护传感器纤不受湿度和/或化学腐蚀性气体的影响，毛细管被封闭以成为气密的且被填充有保护性气体。为了提供对传感器纤的改善的机械保护并且为了能够安全地操纵传感器，直径测量为仅几百微米的毛细管在铸造复合物中被铸造。甚至在这种电流传感器的工作过程中，传感器纤或者毛细管都不桥接任何电势差。
上面提及的高压绝缘件所关联的缺点在于，可被用在其中的光纤的选择被严重地限制，这是因为纤涂覆层的材料必须与包围它的(弹性体)材料相容。因为如果纤涂覆层材料和包围(弹性体)材料之间的粘合特性不好，则发生材料的分离，且因此产生空洞空间，由此导致局部放电和击穿的情况。早在这种高压部件的生产过程中，不总是有可能可靠地防止形成较大的空洞空间，因此不可能保证足够的介电强度。此外，其特性可通过经受较大(major)力而被改变的保偏(polarisation-maintaining)纤未被最优地保护以不受这种力的影响。弹性体材料将对纤施加力，所述力在保偏纤的情况下是过度的。在这种情况下，偏振光的安全传输因此未被保证。
发明内容
因此，本发明的目的是创建一种在介绍中提及的类型的高压部件，所述部件不具有上面提及的缺点。此外，本发明的目的是创建一种用于这种高压部件的相应的生产方法。具体而言，该高压部件要适于与任何光纤一起使用，而与纤或者纤涂覆层的类型和材料无关，同时依然以长的服务寿命为特征。
通过具有权利要求1的特征的高压组件和根据权项11的生产方法，该目的被达到。
根据本发明的高压部件具有第一和第二端，其中在工作情况下，第一端相对于第二端处于高压电势，-包括绝缘部分，其被设置在第一端和第二端之间；并且-包括光纤，其被集成在高压部件中且其从第一端延伸到第二端，所述高压部件的特征在于-高压部件包括毛细管，其从第一端延伸到第二端且其被设置在绝缘部分内；-毛细管的内直径超过纤的外直径；-纤被设置在毛细管内；并且-毛细管包括保护性介质以实现毛细管中的介电强度，所述介电强度适于工作条件。
根据本发明的高压部件包括用于容纳光纤的毛细管，其中毛细管被设置在高压部件的绝缘部分内，且被填充有保护性介质以提供高的介电强度。典型地，绝缘部分可以是某种形式的例如由硅制成的屏蔽。
作为上面的结果，纤不经受与绝缘部分的材料的直接接触，因此纤的类型和纤涂覆层的类型可以被选择，而不管绝缘部分的材料。尽管如此，高介电强度被实现。纤附近的空洞空间和击穿情况可被很好地防止。此外，纤被很好地保护以不受由绝缘部分施加的大的热机械力的影响。该力由经受温度波动例如日间温度范围或者季节性温度范围的材料的不同膨胀系数引起。作为该力的结果，也被称为微弯(microbend)效应的当在纤4内引导光时光的损耗被避免或者至少被减少。
在本发明的目的的优选实施例中，毛细管的外侧被毛细管涂覆层包围。后者优选地包括耐热材料。这给毛细管提供了机械保护。被施加到毛细管上的任何力在毛细管上较均匀地被分配且被弱化。毛细管涂覆层用于给毛细管提供机械保护，包括在高压部件的安装过程中给毛细管提供机械保护。毛细管涂覆层实现了改善的工作安全性和较长的服务寿命。
在根据本发明的目的的进一步优选实施例中，毛细管被设计和设置在绝缘部分中以使热机械应力保持毛细管不被损坏。这种热机械应力首先是在工作中或者在绝缘部分的固化期间绝缘部分施加在毛细管上的热机械应力。这可通过对材料，材料的厚度，以及几何结构，尤其是毛细管的壁厚度的对应选择并通过适当地把毛细管安装在绝缘部分中来实现。以这种方式，出色的工作安全性和长服务寿命被实现。
在根据本发明的目的的进一步优选实施例中，纤是保偏纤。纤尤其包括椭圆芯或者内部椭圆套(jacket)，或不然纤是bowtie纤或者panda纤。由于它们强的内在双折射，这种纤在大的程度上保持了在其内传播的线性偏振光波的偏振。在各种应用中，信息以光波的偏振状态被编码。尤其在传感器技术中，偏振状态的无扰传输对于传感器信号的稳定性是重要的。偏振状态的任何干扰是不理想的。在保偏纤上施加强的外部机械力可导致纤的双折射的变化，从而使其保偏特性被阻碍，且上面提及的在信号传输过程中的干扰可发生。力的这种效应可借助于毛细管来防止。因此，偏振光的和相应编码的任何信息的安全传输被保证。
在根据本发明的目的的进一步优选实施例中，纤包括保护该纤不受任何不理想的化学和机械影响的纤涂覆层。作为在毛细管内设置纤的结果，纤涂覆层材料可被选择而不必考虑其与绝缘部分的材料的相容性，特别是就表面特性和粘合特性而言。
在根据本发明的目的的进一步优选实施例中，纤可互换没有任何必要改变绝缘部分。这使得有可能较为灵活地使用高压部件，且还改善了其可维修性。
在根据本发明的目的的进一步优选实施例中，高压部件包括绝缘体，毛细管沿所述绝缘体以螺旋形状(螺旋形形状)被设置。典型地，绝缘体可以是棒形玻璃纤加强环氧体，其互连高压部件的两端，其中配件(fitting)被设置在每端。绝缘体被用于机械地稳定高压部件。毛细管被设置在绝缘体的外侧或者内侧，以使在这里它基本上描绘了螺旋轨迹，该轨迹基本上沿着绝缘体表面从第一端通向第二端。以这种方式，改善的介电强度可被实现。此外，高压部件的服务寿命的延长被实现，这是因为作为其螺旋形设置的结果，毛细管经受较不严重的机械负荷。
毛细管可与绝缘体直接接触；作为选择，中间层可被提供在绝缘体和毛细管之间，其中所述中间层有利地是软的，即具有低的肖氏硬度(shorehardness)。这也导致了在毛细管上的较不严重的机械负荷，并因此导致高压部件的服务寿命的增加。有利地，在毛细管被设置在绝缘体上之前，绝缘体在中间层中被包住。
在本发明的目的的进一步优选实施例中，高压部件包括电流传感器和/或电压传感器。它们可例如电光地，磁光地或者压光地(piezo-optically)工作。通过使用传感器集成，有可能实施被改善的高压部件，因为它包括集成传感器技术功能。尤其光纤传感器是有利的，这是因为由于光纤和毛细管使光学信号的传输很容易实现。
在本发明的目的的进一步优选实施例中，绝缘部分是一种形式的屏蔽和/或绝缘填充物和/或绝缘体。
根据本发明用于制造包括第一端和第二端，其中在工作条件下相对于第二端，第一端处于高压电势，且包括被设置在第一端和第二端之间的绝缘部分的高压部件的方法，特征-在于在绝缘部分内在所述第一端和第二端之间，用于容纳光纤的毛细管被设置；并且-在于保护性介质被放置在所述毛细管中以实现毛细管中的介电强度，所述介电强度适于所述工作条件。
因此，毛细管被放置在绝缘部分中，其中毛细管适于容纳光纤。此外，保护性介质被放置在毛细管中，所述保护性介质适于实现适于所述工作条件的介电强度。
以这种方式，操作安全的高压部件可被制造，所述高压部件可以被配备光纤，其中纤不经受与高压部件的绝缘部分材料的直接接触，因此纤的类型和纤涂覆层的类型可独立于绝缘部分的材料而被选择。
在根据本发明的制造方法的优选实施例中，光纤被放置在毛细管中。以这种方式，有可能制造提供良好介电强度且其光学信号传输功能已经被改善的高压部件。因为纤不经受与高压部件的绝缘部分的任何材料的直接接触，纤的材料可独立于绝缘部分的材料而被选择。
在根据本发明的制造方法的进一步优选实施例中，在毛细管被设置在绝缘部分内之前，毛细管在外侧在毛细管涂覆层中被包住。作为其结果，毛细管在机械上被保护，且毛细管的完整径向包围被以简单的方式实现。施加在毛细管上的任何力在毛细管上被较为均匀地分配且因此被削弱。较好的工作安全性和延长的服务寿命被实现。
在根据本发明的制造方法的进一步优选实施例中，在绝缘部分的固化过程发生之前，毛细管被设置在绝缘部分内。以这种方式，适于许多高压部件的有利生产可被实现，这是因为标准过程，如绝缘部分的固化可被使用。此外，毛细管以机械紧固的方式被固定在绝缘部分中。纤可在绝缘部分的固化过程之前或者之后被放置在毛细管中。
提供良好介电强度和长服务寿命的高压部件可被实现，所述高压部件可包括用于信号传输的光纤，其中纤的材料的选择可独立于绝缘部分的材料而进行。
进一步的优选实施例和优点被示出在独立权利要求和图中。
下文中，参考在如下的附图中示出的优选实施例，本发明的目的被详细地说明图1高压绝缘件的示意性截面图；图2高压部件的毛细管区的详细的示意性截面图；以及图3具有电光电压传感器的高压绝缘件的示意性截面图。
附图中使用的参考数字和其表示被呈现在参考数字列表中。原则上，相同的部分或者至少具有相同功能的部分在附图中具有相同的参考数字。所描述的示例性的实施例是根据本发明的目的的实例；其不具有任何限制性作用。
具体实施例方式
图1示意性地示出根据本发明的高压部件的截面图。该高压部件是包括第一端1和第二端2的高压绝缘件。在工作条件下，第一端1处于电的高压电势上，而第二端2处于地电势。两个端1，2包括配件。具有圆柱棒的形状的绝缘体9被设置在端1，2之间。这个绝缘件棒9被用于间隔开处在不同电势的两个端1，2以便于电性地绝缘它们，且给装置提供机械稳定化。优选地，所述绝缘件棒9由纤加强人造树脂，尤其是纤加强环氧树脂制成。
绝缘件棒9被绝缘部分3包围，其在该实施例中被示为与一种形式的屏蔽11相同。典型地，屏蔽11由硅制成。其被用于延长蠕变距离，这在暴露在露天的高压部件的情况下是特别理想的。绝缘部分3包括毛细管5，所述毛细管有利地以螺旋线(helix)或者螺线(spiral)的形状被缠绕在绝缘件棒9上。有利地，毛细管5以线圈形状或者螺旋形状包围绝缘件棒9。所述毛细管5优选地由石英玻璃制成。有利地，毛细管被这样的方式构建和设置在绝缘部分中，以使在工作情况下由绝缘部分施加在其上的热机械应力保持其不被损坏。这可通过对材料的对应选择，并且由于相应地选择毛细管的几何结构，尤其是其壁厚度而实现。优选地，毛细管5具有圆的截面。
光纤4被设置在毛细管5内。纤4被用于借助于高压电势对信息的光传输。伸向远处的线缆被指示在端1，2处的配件上。除了纤4，毛细管5也包含保护性介质6。保护性介质6被用于增加高压部件的介电强度。为此目的，可使用例如干氮或者变压器油，或者诸如硅凝胶的电介质凝胶。为了防止保护性介质6从毛细管5逸出，所述毛细管5的端被封闭(未示出)。密封毛细管5的端也防止湿气进入毛细管5，这是有利的，因为进入的湿气不仅可减小介电强度且还可从内侧攻击毛细管。但是，没有被封闭的毛细管5也是可想象的，尤其是如果纤4包括纤涂覆层，以及如果高环境湿度不能进入毛细管5。
为了制造图1中示出的所述高压绝缘件，如果必要，用于配件的第一附着装置被提供在绝缘体9的端1，2。此后，光纤4被插入到毛细管5中。此后，毛细管5被缠绕在绝缘体9上以使所述毛细管从第一端1延伸到第二端2。如果必要，毛细管被附加地固定到绝缘体9。然后，有利地，保护性介质6被放置在毛细管中，且毛细管被封闭以成为气密的。此后，包括包含纤4的毛细管5的绝缘件棒9被放置在优选地排空的铸造模具中(未示出)，其然后以防止包括空气的方式被填充以用于屏蔽11的液体硅。此后，硅必须被固化；这是典型地通过以近似30分钟将其加热到近似150℃而发生的过程。在该加热过程中，且尤其是在后来的冷却过程中，很可观的热机械应力发生在高压部件中。如果必要，在用屏蔽材料浇铸绝缘体9和毛细管5之后，可进行保护性介质6的填充。
高压部件的长度依赖于所述高压部件被设计用于的电压。例如，如果高压部件的第一端1和第二端2之间的电压降应为145kV，两个端1，2之间的近似1.4m的的长度被选择。
图2是高压部件的详细示意性截面图，所述高压部件的设计类似于图1示出的部件。由例如硅的软塑料制成的中间层10被设置在绝缘体9和用作屏蔽11的绝缘部分3之间。中间层10用于减小作用在毛细管5上的热机械应力。毛细管涂覆层8也用于提供对毛细管5的机械保护。所述毛细管涂覆层8在长度方向包住毛细管5。其包括电介质，优选地是聚酰亚胺。其壁厚度典型地在5μm和50μm之间。此外，毛细管涂覆层8也用于改善毛细管5(或者更精确的说是毛细管涂覆层8)与包围它的材料，即制成绝缘部分3的材料的粘合性。此外，这是有利的如果毛细管涂覆层被选择成当它被铸造在绝缘部分的材料中时，它具有良好的润湿特性以使没有任何空洞空间的接触表面被产生。以毛细管涂覆层8的材料和绝缘部分3的材料的适当组合，毛细管5和围绕它的绝缘部分3之间的安全连接可被产生，所述连接没有任何空洞空间且其具有长的服务寿命同时提供良好的介电强度。在制造期间，必须避免包括任何空洞空间，且必须进一步保证高压部件内的连接随时间的过去不能分开，其中这种分开将形成可导致局部放电事故的空洞空间。
当与包括从现有技术中可知的集成的纤的高压部件相比校时，包括毛细管5的设计所提供的大的优点在于，纤4或者包围纤4的纤涂覆层7的材料可被自由地选择。纤4或者纤4的类型因此可独立于高压部件的材料而被选择。针对毛细管5的良好机械保护和/或针对周围材料(绝缘部分3)的良好粘合特性，毛细管5的材料或者毛细管涂覆层8的材料可被最优化。如果必要，粘结剂(底料)可被用于进一步改善粘合特性。这种底料可在将毛细管5嵌入绝缘部分3中之前被应用到中间层8。
有利地，高压部件被以这样的方式设计以使纤4是可互换的。纤4尤其应该是可互换而不必改变绝缘部分3。这可借助于毛细管5实现，因为保护性介质6或者具有足够低的粘性，或者可整个地或部分地从毛细管5去除，从而使毛细管5和纤4之间的滑动摩擦足够低从而使得有可能将完整的纤4从毛细管5取出。在毛细管的端处的任何封闭或者密封必须是可去除的。此外，新的纤4必须是可插入到位于绝缘部分3中的毛细管5内的。为了实现对于取出或者插入足够低的滑动摩擦，可使用合适的保护性介质6，如可减小滑动摩擦的液体，例如油或者酒精。此外，毛细管螺旋的不是太小的螺旋角方便了纤的改变。尤其是，将新的纤4插入到毛细管5内可被简化，这是因为在取出原来的纤4之前，新的纤4例如通过拼接而连接到原来的纤4的一端，以使当原来的纤4被取出时，新的纤4同时被拉进毛细管5内。
一般来说，光纤4包括纤涂覆层7，其典型地包括丙烯酸酯。一些纤4包括由耐高温材料如聚酰亚胺或者特弗隆制成的纤涂覆层7。测试显示在具有毛细管5的设置的情况下，较普遍使用的丙烯酸酯涂覆的纤4可被使用，而不管对于硅屏蔽11，3的近似150℃的焙烤(bake-out)温度。专门的纤常常仅借助丙烯酸酯涂层7而不是专门的耐高温纤涂覆层7而可用。优选且有利地，因此丙烯酸酯涂覆的纤4被使用。
图3是本发明的目的的进一步优选实施例的示意性截面图。高压部件是包括屏蔽11和集成的电光或者压光(piezo-optical)电压传感器13的高压绝缘件。绝缘体9被设置在两个端1，2之间，其每个包括配件。所述绝缘体9由电介质，优选地由纤加强塑料制成。绝缘体9基本上具有空圆柱体的形状。任选的屏蔽11被设置在绝缘体9的外侧以包围它。该电光或者压光电压传感器13被相关于高压绝缘件的纵向轴而中心地设置。毛细管5连同保护性介质6和纤4，且如果必要的话连同毛细管涂覆层8(图3中未示出)以螺旋形状设置在电压传感器13周围。有利地，电压传感器13可包括如图2示出的中间层10。电压传感器13的检测单元(未示出)可有利地被设置在高压部件的配件中，尤其是在设置在地电势的配件中。为了制造高压部件，有利地，已经包含纤4的毛细管5被缠绕在电压传感器上。
绝缘填充物12被设置在绝缘体9和电压传感器13之间。在这个设置中，绝缘填充物12因此起绝缘部分3的作用，而毛细管5被嵌入在所述绝缘填充物12中。有利地，绝缘填充物12是固体材料绝缘，例如由聚氨酯(polyurethane)制成。但是，它也可以是某种其他电介质，如例如绝缘液体，例如硅油或者变压器油，或者绝缘气体，如SF6，优选地其是加压的。优选地，仅在毛细管已被设置在电压传感器13周围之后，电压传感器13被包围在绝缘填充物中。
有利地，电压传感器13可被以公开在公布的申请EP 0,682,261 A2中或者公布的申请EP 0,907,084 A2中的方式来设计。这些出版物的公开内容在此被明确引入本说明书。有利地，纤4可被用于向传感器传输光。在根据上面提及的EP 0,907,084 A2的电压传感器的情况下，有利地，传感器的石英部件之间的光传输可通过毛细管5中的纤4进行。除了电压传感器13之外或者作为电压传感器13的替换，高压部件(例如图3中示出的部件，以及此外图1中示出的部件)也可包括光学电流传感器(未示出)。电流传感器，或者至少其传感器头可有利地被设置在高压部件的第一端1或者在第二端2上；但是，所述电流传感器或者传感器头也可被设置在其之间。有利地，来自传感器的光的传输借助毛细管5中的纤4而进行。在K.Bohnert等的Temperature and vibration insensitive fiber-optic current sensor，J.Lightwave Technology，20(2)，267-276，(2002)中，各种适当的光学电流传感器被公开。该文档连同其整个公开内容因此被引入本说明书。
如果类似于图3中所示的高压部件的高压部件不包括电压传感器，那么毛细管5仍然可被设置在绝缘体9内的绝缘部分3内。例如，借助辅助机械结构(未示出)，毛细管5可被制造成采用近似线圈(coil)形状，且绝缘部分3或者绝缘填充物12可被放入适当的位置。
上面陈述的和下面描述的可替换的或者附加的特征可根据需要被任选地彼此组合，以及与说明书中提出的示例性实施例组合。
如图1和3所示，高压部件可为高压绝缘件。但是，高压部件也可以是高压贯通部(leadthrough)，高压阻止器(arrester)或者高压开关。有利地，高压部件可包括电流传感器和/或电压传感器13。例如，公布的申请DE 100,05,164 A1公开了各种高压贯通部，电流传感器和/或电压传感器以及高压贯通部中的电流传感器和/或电压传感器的几个有利的设置，所述中请的公开内容因此被明确引入说明书。有利地，光纤4和毛细管5可以以根据本发明的方式被集成在这种类型的高压贯通部中。高压部件不是必需包括光纤；相反，它可仅适于在毛细管5中容纳光纤4。在高压技术领域的额定发生的电压典型地在从50kV到1000kV的范围，尤其是75kV，125kV，175kV，240kV，550kV和800kV。
在工作条件下，大部分情况下一个端2，1将处在地电势，且另一个端1，2处在高压电势。但是，也是可想象其中端1和2两者的每个都处在高压电势的高压部件和装置，其中高压电势仍然存在于两个端1，2之间。工作条件不仅包括通常永久存在于高压部件的额定电压，也包括发生在诸如短路电路的故障的情况下的电压尖峰，所述电压尖峰是高压部件被设计用来处理的。
高压部件有利地在至少一个端1，2包括至少一个配件。该配件可被提供用于容纳毛细管5的端，并且如果需要的话也被用于容纳纤4的端。此外，在有至少一个的配件的内部和/或外部，可提供用于另外的电连接或者纤连接的连接，例如插头连接或者拼接连接。有利地，用于高压的和/或用于至少一个光纤的至少一个连接被提供在至少一个端1，2上，其中有利地所述连接被集成在配件中。
端1，2可以，但不是必须匹配高压部件的几何学端。在高压部件处的最大电压不必要存在于端1，2之间，其原因在于在它们之间存在高压电势并且在于纤延伸(至少)在它们之间；相反，部分电压可存在于所述端1，2之间。
绝缘部分3可以是在两个端之间延伸的任何电介质，在该电介质中毛细管5被集成。例如绝缘部分可以是棒形的(图1)或者管状的(图3)电介质体，或者其可为液体或者气体。例如，它可以是绝缘体9，一种形式的屏蔽11(图1)或者绝缘填充物12(图3)。
光纤4被用于传输信号。这可以是在通信或者电信的领域，或者也在安全技术或者过程控制技术的领域，并且尤其在传感器技术的领域。来自电流传感器，电压传感器和/或温度传感器的光，尤其是偏振光的传输是特别有利的。有利地，纤4包括纤涂覆层7；但是，使用不具有纤涂覆层7的纤4也是可想象的。优选地，保偏纤4，尤其由于其几何结构而保偏的纤4被使用。在J.Noda等的Polarisation maintaining fibers and theirapplications，J.Lightwave Technology，4(8)，1071-1089(1986)中，可被用在根据本发明的高压部件中的各种保偏纤被公开。上面提及的出版物因此被引入本专利申请的公开内容。优选地，尤其是使用具有椭圆芯的纤，具有内椭圆套的纤，bowtie纤或者panda纤。
纤4被设置在高压部件中以使在工作条件下，纤4的一部分相对于纤4的另一部分处在高压电势。有利地，纤4和毛细管5描绘了从第一端1到第二端2的基本上螺旋状的路径。这种设置减小了热机械力在毛细管5上的作用。此外，尤其是在毛细管5描述的螺旋线的小导程(lead)和因此的小上升角的情况下，即其中如果完全可能则所述角度小于90°或者小于60°的情况下，将被保护性介质6填充的纤4的外部和毛细管5的内部之间的空间在平行于电场线的方向变小。以这种方式，高限制场强度被实现，在其上局部放电可发生在毛细管5内。纤4也可延伸于一个端或者两个端1，2之外。取代单个纤4，几个纤4可被设置在毛细管5中；优选地用以提供冗余和/或用于传输几个不同信号，例如三个交变电流相位的每一个的传感器信号。典型地，纤4的直径范围从50μm到200μm，通常从75μm到140μm。
有利地，毛细管5由石英玻璃或者某种其他玻璃制成。有利地，毛细管的热膨胀系数基本上与纤4的热膨胀系数一样。但是，由塑料材料，例如聚酰亚胺，特弗隆或者聚乙烯制成的毛细管5也是可想象的。优选地，毛细管5包括毛细管涂覆层8，如上所述。有利地，毛细管5被设置在绝缘体9的外表面上或者在所述绝缘体9中，尤其是在绝缘体9的内表面上。有利地，中间层10被设置在毛细管5和绝缘体9之间。为了提供冗余或者为了传输较大的数据量，几个毛细管可被集成在高压部件中。(不具有毛细管涂覆层8的)毛细管的典型内直径和外直径是几个100μm，例如200μm到600μm。在该设置中，壁厚度典型地是在20μm和80μm之间。有利地，毛细管的端可被封闭(以成为气密的)。有利地，高压部件包括几个毛细管5。例如可以是这种情况以提供冗余和/或用于传输各种信号。尤其是为了传感器信号的传输，有利地，三个或者六个毛细管5可被提供，其中在这样的设置中一组三个毛细管5每个用于容纳一个或者几个纤4以便于传输各种交变电流相位的传感器信号。
保护性介质6是气态或者液态电介质。有利地，保护性介质6具有小的热膨胀系数。优选地，使用干氮或者硅油或者SF6。保护性介质6可在纤4的放置之前或者优选地在其之后被放置在毛细管内。在特殊情况下，空气或者真空可起到可能的保护性介质6的作用。如果空气的湿度不是异常高，环境空气可起到保护性介质6的作用，且毛细管5可被保持开放。保护性介质被用于防止毛细管内的局部放电的情况。
毛细管涂覆层8可包括几个层。毛细管涂覆层8可在将毛细管5设置在绝缘部分3中之前或者之后被提供到毛细管5。典型地，毛细管涂覆层8的壁厚度是几个10μm，例如在20μm和80μm之间。绝缘体9可以是棒形的，管状的，棱柱形的或者弯曲的。绝缘体9有可能同时是绝缘部分3。有利地，绝缘体9可包括槽，毛细管5被安装在其中。这样的设置的详情被提供在上面提及的印刷的出版物US 5,594,827中，其公开内容在此被明确引入本说明书。合起来的或者独立的或者任何所需组合的上面提及的特征可以是有利的。
参考数字列表1第一端2第二端3绝缘部分4光纤5毛细管6保护性介质7纤涂覆层8毛细管涂覆层9绝缘体，绝缘件棒10中间层11屏蔽12绝缘填充物13电压传感器。
权利要求
1.一种高压部件，包括第一端(1)和第二端(2)，其中在工作条件下，第一端(1)相对于第二端(2)处于高压电势，包括绝缘部分(3；9，11，12)，其被设置在第一端(1)和第二端(2)之间；并且包括至少一个光纤(4)，其被集成在高压部件中且其从第一端(1)延伸到第二端(2)，特征在于高压部件包括至少一个毛细管(5)，其从第一端(1)延伸到第二端(2)且其被设置在绝缘部分(3；9，11，12)内；在于毛细管(5)的内直径超过纤(4)的外直径；在于纤(4)被设置在毛细管(5)内；并且在于毛细管(5)包括保护性介质(6)以实现毛细管(5)中的介电强度，所述介电强度适于工作条件。
2.根据权利要求1的高压部件，特征在于毛细管(5)的外侧被毛细管涂覆层(8)包围，以保护所述毛细管(5)不受机械应力的影响。
3.根据前述权利要求中的一项的高压部件，特征在于毛细管(5)被设计和设置在绝缘部分(3；9，11，12)中以使热机械应力使其保持不被损坏，所述热机械应力在工作条件下由绝缘部分(3；9，11，12)施加在所述毛细管(5)上，并且/或者在于毛细管(5)被设计和设置在绝缘部分(3；9，11，12)中以使热机械应力使其保持不被损坏，所述热机械应力由绝缘部分(3；9，11，12)在绝缘部分(3；9，11，12)的固化过程中施加在毛细管上。
4.根据权利要求1的高压部件，特征在于纤(4)是保偏纤(4)，尤其是包括椭圆芯的纤，包括内椭圆套的纤，bowtie纤或者panda纤。
5.根据上述权利要求中的任何一项的高压部件，特征在于纤(4)包括纤涂覆层(7)。
6.根据上述权利要求中的任何一项的高压部件，特征在于纤(4)可互换而没有任何必要改变绝缘部分(3；9，11，12)。
7.根据上述权利要求中的任何一项的高压部件，其中高压部件包括绝缘体(9)，其从第一端(1)延伸到第二端(2)，特征在于绝缘体(9)与绝缘部分(3；11，12)的区别在于毛细管(5)沿绝缘体(9)以螺旋形状被设置，且尤其在于绝缘体(9)被中间层(10)包住，并且中间层(10)被设置在绝缘体(9)和毛细管(5)之间。
8.根据上述权利要求中的任何一项的高压部件，特征在于高压部件包括电流传感器和/或电压传感器(13)。
9.根据上述权利要求中的任何一项的高压部件，特征在于绝缘部件(3；9，11，12)是一种形式的屏蔽(11)和/或绝缘填充物(12)和/或绝缘体(9)。
10.根据上述权利要求中的任何一项的高压部件，特征在于高压部件是高压绝缘件，高压贯通部，高压阻止器或者高压开关。
11.一种用于制造高压部件的方法，所述高压部件包括第一端(1)和第二端(2)，其中在工作情况下，相对于第二端(2)，第一端(1)处于高压电势，且包括被设置在第一端(1)和第二端(2)之间的绝缘部分(3；9，11，12)，特征在于在第一端(1)和第二端(2)之间，在绝缘部分(3；9，11，12)内，至少一个毛细管(5)被设置成容纳至少一个光纤(4)；并且在于保护性介质(6)被放置在毛细管中以实现毛细管中的介电强度，所述介电强度适于工作条件。
12.根据权利要求11的制造方法，特征在于纤(4)被放置在毛细管(5)中，所述纤有至少一个。
13.根据权利要求11或者12的一项的制造方法，特征在于在毛细管(5)被设置在绝缘部分(3；9，11，12)内之前，毛细管涂覆层(8)被应用于毛细管(5)的外侧。
14.根据权利要求11到13中的任何一项的制造方法，其中高压部件包括绝缘体(9)，其从第一端(1)延伸到第二端(2)，特征在于绝缘体(9)与绝缘部分(3；11，12)的区别在于毛细管(5)沿绝缘体(9)以螺旋形状被设置，且尤其在于绝缘体(9)被中间层(10)包住，且然后毛细管(5)沿被中间层(10)包住的绝缘体(9)以螺旋形状被设置，从而使中间层(10)被设置在毛细管(5)和绝缘体(9)之间。
15.根据权利要求11到14中的任何一项的制造方法，特征在于在绝缘部分(3；9，11，12)的固化过程发生之前，毛细管(5)被设置在绝缘部分(3；9，11，12)内。
16.根据权利要求11到15中的任何一项的制造方法，特征在于在毛细管(5)被设置在绝缘部分(3；9，11，12)内之前，纤(4)被放置在毛细管(5)中。
17.根据权利要求11到15中的任何一项的制造方法，特征在于在毛细管(5)被设置在绝缘部分(3；9，11，12)内之后，纤(4)被放置在毛细管(5)中，并且/或者在于纤(4)以使其可互换的方式被放置在毛细管(5)中。
全文摘要
一种高压部件，包括第一端(1)和第二端(2)，其中在工作条件下，相对于第二端(2)，第一端(1)处于高压电势，包括绝缘部分(3)，其被设置在第一端(1)和第二端(2)之间，并且包括光纤(4)，其被集成在高压部件中且其从第一端(1)延伸到第二端(2)，所述高压部件包括毛细管(5)，其从第一端(1)延伸到第二端(2)且其被设置在绝缘部分(3)内。毛细管(5)的内直径超过纤(4)的外直径，并且纤(4)被设置在毛细管(5)内。毛细管(5)包括保护性介质(6)以实现毛细管(5)中的介电强度，所述介电强度适于工作条件。
文档编号G02B6/44GK1717606SQ200380104407
公开日2006年1月4日 申请日期2003年11月6日 优先权日2002年11月7日
发明者克劳斯·博纳特, 菲利普·加比斯, 休伯特·布兰德勒 申请人:Abb研究有限公司