具有光纤缆线的光纤绝缘体的制作方法

本发明涉及一种具有光纤缆线的光纤绝缘体，该光纤缆线用于中高压分合闸隔离开关的直接测量方法。

背景技术：

1、在受控(室内)高压环境中的信号和/或数据传输已经可通过光纤进行。为了弥合显著的电位差，可使用特定护套材料。此外，这些材料主要用于诸如变压器(封闭环境)、阀室(封闭、湿度受控环境)等这样的区域的内部。

2、光纤信号和数据在中高压环境中的传输可通过所谓的光纤绝缘体来完成。该领域的主要应用可发现于与高压线路相结合的长距离光纤传输中。因此，所谓的adss缆线被用来发射光纤电信信号。在高压线路的起点和终点，光纤必须连接至地面水平。这可经由各种光纤绝缘体来实现，以便桥接高至1200kv的电压。尽管如此，这些都是固定安装，这意味着绝缘体本身不涉及显著移动。

3、光纤绝缘体的进一步应用可发现于中高压变电站中。各种不同的设备必须连接至光纤信号传输。所有这些应用都是固定安装的，并且因此不能移动。这样的移动将由于对光学信号的机械影响而产生影响。

4、在中高压区域，信号和数据必须在光纤中从测量点传输到地面水平上的主控制柜。这可通过无线数据传输或有线信号和数据传输来实现。

5、技术问题

6、对于无线传输来说，主要的挑战在于传感器系统的电源以及在任何天气条件下持续的无中断连接。另一个挑战在于在这种高压环境中自供电系统的难度和可接受度。因此，这种方法有其局限性。

7、由于传感器和接收电子设备的电位差(从地电平到在传感器位置的大于50kv)，标准的基于铜线的传感器解决方案不适用。因此，唯一的选择是使用基于光纤的数据和信号传输。

8、另一个挑战是隔离开关通常位于的室外和恶劣的环境。环境温度可能在零下50摄氏度到正85摄氏度之间。此外，还必须考虑湿度、沙、泥、暴雨和雷雨、空气污染和其他负面环境因素。

9、从地电平到＞50kv电平(电位差)的纯缆线连接存在诸如局部放电、爬行电流以及环境因素这样的问题。

10、本发明的发明人发现，在这样的环境中，几乎所有的缆线在一定的使用寿命后都会发生局部放电，这主要是由于缆线材料和残余物/沉积物因环境影响(例如空气污染、苔藓和其他)而老化。

11、缆线连接可利用所谓的光纤绝缘体来完成，光纤绝缘体是一种由陶瓷或硅树脂制成的中空绝缘体。正如公开研究中所描述的那样，硅绝缘体正面临着几个技术难题。然而，就制造挑战、收缩等而言，它们将是与缆线相结合的最佳选择。为了克服这些困难，传统的陶瓷绝缘体与光纤馈通相结合可能是优选的选项。

12、第三个也是最难克服的挑战是，开关包含移动部件，尤其是隔离器本身与分合闸隔离开关(bcds)的连接臂一起移动和转动，以执行其开关功能。这将导致光纤在用于信号和数据传输时发生显著的重复扭转。对于普通缆线，这种扭转将严重影响光纤的光学性能，并对传感信号产生负面影响。

13、基于这一事实，必须开发耐张抗弯缆线以及缆线与隔离器的连接。

技术实现思路

1、本发明的发明人开发了一种具有光纤缆线的光纤绝缘体，以实现适合中高压(隔离)开关的使用寿命的信号和数据的可靠和高性能传输。

2、本发明通过如独立权利要求1定义的具有光纤缆线的光纤绝缘器解决了上述问题中的一个或多个。具体实施例由从属权利要求进一步限定。

3、根据本发明的一个实施例，提供了一种具有光纤缆线的光纤绝缘体，该光纤绝缘体包括光纤缆线和陶瓷护套，所述陶瓷护套是中空的。陶瓷护套具有被配置为用于引导光纤缆线的内径(inner whole diameter)配置。所述光纤绝缘体还包括绝缘填充材料，所述绝缘填充材料至少部分地填充所述陶瓷护套并且布置在所述光纤缆线和所述外部陶瓷护套之间。此外，所述光纤绝缘体的至少一端由被配置为封闭所述光纤绝缘体的至少一端的至少一个端盖封闭，其中所述至少一个端盖被配置成使得所述光纤缆线穿过所述至少一个端盖。

4、优选地，所述至少一个端盖被配置为固定到光纤缆线的外表面或外层，例如覆盖光纤缆线的(中空)管的纱线或覆盖所述纱线的非腐蚀性护套，以防止光纤缆线沿着光纤缆线延伸方向的移动和/或减少/防止施加到光纤缆线的扭转转移到光纤缆线的光纤上。

5、绝缘填充材料可填充光纤缆线和中空陶瓷护套之间的中空内部空间的大部分，优选可完全填充。

6、陶瓷护套可具有被配置为引导光纤缆线的内径。也就是说，陶瓷护套可沿着延伸方向延伸，以覆盖光纤缆线的一定长度。光纤缆线可经由至少一个端盖被馈送到中空陶瓷护套中，并且光纤缆线将被陶瓷护套沿着延伸方向引导。

7、光纤绝缘体/陶瓷护套的延伸方向可至少部分地与光纤缆线的延伸方向相同，或者可不同。

8、这里，当沿着光纤绝缘体的延伸方向观察时，光纤绝缘体的端部被理解为光纤绝缘体的开始或结束，并且光纤绝缘体可从其一端延伸到另一端。

9、为了在所述恶劣环境中实现光纤绝缘体的改进性能和隔离功能，提出了如上所述的中空陶瓷护套，其中绝缘体的内部空间可用填充材料填充或完全填充。

10、绝缘材料可具有被配置为补偿光纤缆线和陶瓷护套中的至少一个的热性能的热性能。优选地，绝缘材料可具有被配置为补偿光纤缆线和陶瓷护套两者的热性能的热性能。换句话说，绝缘材料可具有被配置为如下的热特性：其使得来自光纤绝缘器的环境的温度变化和/或环境的高/低温不会经由绝缘材料传输到光纤缆线，以防止温度变化和/或高温(例如低于0℃或高于100℃)对光纤缆线或光纤缆线的光纤的任何损坏和影响。

11、此外，可利用端盖封闭绝缘体的至少一端，优选两端，以保护填充材料并使填充过程成为可能。

12、陶瓷护套的外表面可具有波状形状，并且陶瓷护套的内表面可面向光纤缆线。此外，陶瓷护套的内表面可具有沿着光纤绝缘体的延伸方向延伸的光滑表面。这提供了如下技术效果，即与光滑的外表面(光滑表面)相比，爬电距离可增加很多。长爬电距离将有助于光纤绝缘体的绝缘水平。

13、绝缘填充材料可具有类似于光纤缆线和陶瓷护套的热性能的热性能。从而实现了改进的绝缘功能。

14、该至少一个端盖可被配置为密封绝缘体的端部。从而可实现对其免于环境影响的保护。

15、这里，密封功能具有在密封的现有技术中的典型意义，例如，绝缘体的开口可被密封，使得流体和/或气体不能穿过密封。因此，绝缘体可与流体或气体屏蔽，否则流体或气体会穿过进入绝缘体或从绝缘体内部出来。

16、所述至少一个端盖可具有光纤缆线开口。光纤缆线开口可被布置为使得光纤缆线可穿过光纤缆线开口进入光纤绝缘体(并进入中空护套)中。作为选项，光纤缆线开口可被配置为当光纤缆线穿过光纤缆线开口时与光纤缆线一起密封。

17、所述至少一个端盖可与所述光纤绝缘体的所述至少一端可拆卸地耦接。

18、通过提供至少一个端盖，可首先经由至少一个端部将填充材料填充到陶瓷护套中，并且在填充填充材料之后，端盖可设置在至少一个端部处或至少一个端部中，以防止填充材料从绝缘体中出来并保护填充材料。此外，通过适当地选择至少一个端部和至少一个端盖的直径，与经由例如光纤开口输入填充材料且所述光纤开口的直径比至少一个端盖的直径小的情况相比，可实现高效的填充过程。

19、当在沿着光纤绝缘体的延伸方向延伸的横截面中观察时，绝缘体的端部可具有类正方形形状。当在横截面中观察时，类正方形形状可具有与前表面平行的前表面和后表面，并且所述前表面和后表面可通过侧表面连接。当在横截面中观察时，可存在连接前表面和后表面的两个侧表面。当然，当在三维模式中观察时，可存在连接前表面和后表面的至少四个侧表面。光纤绝缘体可从类正方形形状的前表面沿着延伸方向延伸。换句话说，当沿着延伸方向观察时，光纤绝缘体可具有第一端和第二端。光纤绝缘体可从第一端延伸到第二端。第一端可对应于前表面，且第二表面可布置在第一端和第二端之间。此外，当在横截面中观察时，类正方形形状的前表面和后表面可沿着垂直于延伸方向的方向延伸。由侧表面和前表面或后表面中的一个形成的至少一个边缘可被配置为开口，该开口被布置成接收至少一个端盖。作为选择，类正方形形状的开口可与至少一个端盖密封或者可密封至少一个端盖。

20、换句话说，类正方形形状可以是中空的，其中所述内部中空空间可连接至中空陶瓷护套的内部空间。在边缘处形成的开口可将类正方形形状的中空空间连接至光纤绝缘体的环境。

21、这里，术语“类正方形形状的边缘”被用于指定被配置为接纳至少一个端盖的开口的位置。当然，如果所述边缘被配置为开口，则所述边缘在物理上不再存在。

22、类正方形形状的至少两个边缘可被配置为开口，每个开口被配置为接纳相应的端盖。

23、两个开口都可连接至类正方形形状的内部中空空间。

24、当在横截面中观察时，类正方形形状的至少两个开口可形成在与连接至前表面的侧表面相对应的边缘处。

25、通过提供由相应端盖密封的至少两个开口，可在填充材料尚未被引入中空护套的状态下经由第一端盖将光纤缆线馈入。光纤缆线可根据需要进行布置，并且相应的端盖与光纤缆线一起密封一个开口。第二开口然后可被用于填充填充材料，并且可在之后至少部分地填充或完全填充陶瓷护套之后由第二端盖密封。因此，简化了绝缘体和光纤缆线的组装。

26、填充材料可至少部分填充中空陶瓷护套以及类正方形形状的中空空间，从而保证了用于光纤缆线的绝缘体的绝缘效果。

27、光纤缆线可包括：沿着光纤缆线延伸方向延伸的中空管；沿着光纤缆线延伸方向延伸并布置在中空管内的至少一个光纤；以及特殊凝胶，其布置在所述中空管中，并且当在垂直于所述光纤缆线的延伸方向延伸的横截面中观察时，所述特定凝胶至少部分地布置在至少一个光纤和所述中空管道之间。中空管可具有至少第一部分和第二部分。中空管的第一部分可布置在光纤绝缘体的内部，且第二部分可布置于光纤绝缘体的外部。第二部分可从至少一个端盖(沿着光纤缆线延伸方向)延伸远离所述至少一个端盖。中空管的第二部分的外表面可由高抗性芳纶纱线覆盖。高抗性芳纶纱线的外表面可由聚氨酯、聚乙烯或交联聚乙烯/阻燃无腐蚀性护套覆盖。

28、光纤缆线开口或至少一个端盖可被配置为固定中空管的第二部分。光纤缆线开口或至少一个端盖可被配置为用高抗性芳纶纱线和/或无腐蚀性护套固定。也就是说，中空管的第二部分可具有高抗性芳纶纱线和无腐蚀护套，并且布置于光纤缆线开口处或者至少一个端盖的一端可被固定到所述光纤缆线开口或所述至少一个端盖。换言之，护套和芳纶纱线可与缆线封套(cable gland)固定在一起，并固定在至少一个端盖中或至少一个端盖处的光纤绝缘体的端部。

29、芳纶纱线和无腐蚀性护套可被去除或不存在于第一部分，这是因为芳纶纱线可能浸泡在水中并成为电压传输介质。

30、通过将中空管的第二部分固定和/或将光纤缆线开口/至少一个端盖固定到高抗性芳纶纱线和/或无腐蚀性护套，例如，施加到光纤缆线的任何拉力都可施加到芳纶纱线、所述非腐蚀性护套和所述至少一个端盖和/或所述至少一个端盖的光纤缆线开口，但不施加到所述光纤。从而，在施加这种力或移动光纤缆线的应用中，可进一步提高光纤缆线的信号质量。

31、通过使用所提及材料的护套，可提供一种能够承受所需环境影响的光纤缆线。

32、此外，通过提供高电阻芳纶纱线，可提高光纤缆线的机械性能。特别地，芳纶纱线提高了拉伸性和结皮强度，从而大大提高光纤缆线的拉伸性和抗反复弯曲和扭转性。

33、通过在至少一个纤维和中空管之间的中空管内部提供特殊凝胶，可减弱或甚至使中空管的移动与至少一个光纤的移动解耦。由于经由至少一个光纤传输的光信号对至少一个纤维的任何移动都非常敏感，并且为了减少甚至消除传输的光信号的噪声或劣化，可在中空管和至少一个光纤之间提供特殊凝胶。特殊凝胶可吸收或减弱中空管的任何运动，而不会将运动转移到至少一个光纤上。因此，可在需要移动光纤缆线而不使光信号劣化的应用中使用这样的光纤缆线。

34、中空管可以是松套管(loose tube)。特别地，中空管的第二部分可以是松套管。

35、所述特殊凝胶可具有特定速度，所述特定速度被配置为仅部分地将所述中空管的移动和/或旋转传递到所述至少一个纤维，或者其中所述特定速度可被配置为将所述中空管的移动和/或旋转与所述至少一个纤维的移动解耦。

36、特殊凝胶可具有特定粘度，该特定粘度被配置为即使光纤缆线被布置在光纤缆线在平行于地球引力的光纤缆线延伸方向上延伸的位置，也不会在光纤缆线末端移出或滴出。

37、换言之，可设置特殊凝胶的粘度，使得光纤缆线甚至可在垂直方向上保持，而不会使特殊凝胶在光纤缆线端部移出或滴出。

38、中空管可由双层中空管制成。双层可以是聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯。这使得光纤缆线能够在不同的温度范围内使用。或者，中空管可由聚酰胺、乙烯-四氟乙烯或聚对苯二甲酸丁二醇酯制成。聚对苯二甲酸丁二醇酯可用作诸如欧洲的环境这样的温和环境中合适的材料。

39、中空管可以是一个松套中空管。

40、高抗性芳纶纱线可提供光纤缆线所需的拉力、弯曲和扭转性能。

41、根据本发明的另一个实施例，提供了包括根据前述绝缘体的任何方面的绝缘体的系统。系统的光纤缆线或系统中提供的光纤缆线可以是根据前述光纤缆线的任何方面的光纤缆线。