一種高壓絕緣光纖柱

《一種高壓絕緣光纖柱》是中國電力科學研究院於2010年6月21日申請的發明專利，該專利的申請號為2010102118673，公布號為CN101852905A，公布日為2010年10月6日，發明人是張翠霞、廖蔚明、李國富、劉之方、周瑋，該專利屬於高電壓與絕緣技術領域，也可隸屬於光通信領域。

《一種高壓絕緣光纖柱》包括有光纖芯組，其還包括：至少一組導管單元，導管單元中有一空心絕緣導管，該空心絕緣導管兩端連線有金具，該金具至少包括一過渡法蘭和一帶有出纖接口的封頭；由各封頭的出纖接口引出用於穿置光纖的波紋管；相鄰導管單元的封頭間有一可實現彎折的連線板，且相鄰導管單元封頭間引出的波紋管相互聯通；所述的一組光纖置於空心絕緣導管內，該組光纖的兩端從空心絕緣導管依次經過渡法蘭、封頭和波紋管引出。其採用串聯式結構，光纖從頭到尾可以不中斷、免熔接，提高了光纖柱的絕緣性能和使用壽命，減小光損耗；且可以摺疊，便於生產和運輸。

2014年11月6日，《一種高壓絕緣光纖柱》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種高壓絕緣光纖柱》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種高壓絕緣光纖柱
• 公布號：CN101852905A
• 公布日：2010年10月6日
• 申請號：2010102118673
• 申請日：2010年6月21日
• 申請人：中國電力科學研究院
• 地址：北京市海淀區清河小營東路15號
• 發明人：張翠霞、廖蔚明、李國富、劉之方、周瑋
• 分類號：G02B6/44（2006.01）I
• 代理機構：北京北新智誠智慧財產權代理有限公司
• 類別：發明專利
• 代理人：朱麗華

專利背景

在中國國內，一般光纖柱主要用於電子式互感器等設備，只需幾根光纖，採用環氧芯棒內嵌光纖設計保護光纖。

圖1是2010年6月前已有光纖柱的環氧芯棒內嵌光纖結構示意圖。環氧芯棒1的外圍刻了若干條平行的槽，光纖2埋入槽內。環氧芯棒外面可以直接加上有機複合絕緣材料，或者將環氧棒放入絕緣筒內然後再填充環氧或其他絕緣物質。

該結構環氧芯棒的長度取決於整隻光纖柱的長度；槽貫穿於環氧芯棒的始終。當使用的電壓等級比較高，光纖柱很長，會使得環氧芯棒槽的加工有很大難度。將光纖埋入很長的槽中，容易對光纖造成永久損傷。這種形式的光纖柱普遍存在絕緣性能差、光損耗大、加工複雜、成品率低、使用壽命短和內置光纖數量受限的問題。

當用於特高壓電力系統時，與2010年6月前正在運行的超高壓交流輸電線路相比，電壓等級提高了一倍，光纖柱的絕緣水平要提高一倍，若採用常規光纖柱結構形式，會因為長度太長（長度將達到十米以上），給生產和運輸帶來不便，並且會提高製造、運輸成本。

發明內容

專利目的

《一種高壓絕緣光纖柱》的目的是提供一種高壓絕緣光纖柱，其不僅可以克服2010年6月前已有技術的缺陷，高質量的利用光纖進行光通信和光送能，還可以方便加工和運輸。

技術方案

《一種高壓絕緣光纖柱》包括有光纖芯組，其還包括：一組導管單元，導管單元中有一空心絕緣導管，該空心絕緣導管兩端連線有金具，該金具至少包括一過渡法蘭和一帶有出纖接口的封頭；由各封頭的出纖接口引出用於穿置光纖的波紋管；所述的光纖芯組置於空心絕緣導管內，該光纖芯組的兩端從空心絕緣導管依次經過渡法蘭、封頭和波紋管引出。

該發明亦可採取下述設計方案：一種高壓絕緣光纖柱，包括有光纖芯組，其還包括：至少兩組串聯的導管單元，各導管單元中有一空心絕緣導管，該空心絕緣導管兩端連線有金具，該金具至少包括一過渡法蘭和一帶有出纖接口的封頭；由各封頭的出纖接口引出用於穿置光纖的波紋管，相鄰導管單元間封頭引出的波紋管為兩者共用的一根波紋管；相鄰導管單元的封頭間有一可實現彎折的連線板，且相鄰導管單元封頭間引出的波紋管相互聯通；所述的光纖芯組置於各空心絕緣導管內，該組光纖芯組的兩端從空心絕緣導管依次經過渡法蘭、封頭和波紋管引出。

上述相鄰導管單元間共用的波紋管應採用高彈性波紋管；所述可實現彎折的連線板為定長的連線板。

以上所述的兩種方案中，在空心絕緣導管內填充可裹住光纖的絕緣膏體；所述空心絕緣導管採用有機複合材料作為外絕緣；所述空心絕緣導管的構型具有電弧距離和爬電距離結構；所述過渡法蘭帶有光纖通孔和注膠孔。

可將一對均壓環分別套置於每組的空心絕緣導管的近兩端處。

所述電弧距離是指絕緣導管在正常帶有運行電壓的兩個金屬部件之間外部空間的最短距離。

所述爬電距離是指在絕緣導管正常施加運行電壓的導電部件之間沿其外表面的最短距離或最短距離之和。

該發明高壓絕緣光纖柱是利用光纖進行光通信和光送能，各組導管單元的光纖柱兩端能夠耐受非常高的電壓。該光纖柱能夠很好地實現電壓等級比較高場合下的通信和送能功能，尤其是套用在超/特高壓串補平台與地面控制時之間更能體現出它的優越之處。不僅適用於串聯補償系統，也適用於特高壓交、直流輸電線路各種高壓平台、設備與地面的光通信或光送能的場合。並且光纖柱從一個長段改為至少兩個短段串聯，生產和運輸時將光纖柱摺疊，可以很好地克服2010年6月前已有技術中的缺陷，且在兩段光纖柱摺疊時，從結構上可以保證光纖不受損。

改善效果

1、《一種高壓絕緣光纖柱》取消了2010年6月前已有技術的環氧芯棒，該結構設計可以放置相當數量（近百根或更多）的光纖，實現了大規模數據傳輸。

2、過渡連線的部件（過渡法蘭、封頭、接頭）等採用大倒角設計，避免了加工過程中金屬部件對光纖的劃傷和光纖放置不當產生的過度彎折，基本消除了結構和操作因素造成的光纖光損，可以放置易損傷的取能光纖，加大了使用範圍。

3、光纖在絕緣導管內部可以被填充的膏體充分包圍，極大提高了光纖柱的內絕緣。波紋管和尾纖長度可以定製。該光纖柱的生產過程減少了流程，裝配工藝變得簡單，成品率和可靠性非常高。

5、可以提高光纖柱的絕緣性能和使用壽命，減小光損耗及簡化加工工藝，提高了產品的成品率，並且內置光纖數量不受限制。

6、通過採用串聯式結構，光纖從頭到尾不中斷、免熔接，不僅極大提高了光纖柱的絕緣性能和使用壽命，大幅度減小光損耗，更可以適用於超/特高壓電力系統中的光通信和光送能，填補了該領域的空白。

7、提高了產品的成品率，並且內置光纖數量可以不受限制，光纖柱設計的結構堅固，可以實現多路雷射送能和多路數據通訊，定製自由、安裝方便。

8、可以摺疊，便於生產和運輸，降低製造成本，在兩段光纖柱摺疊時，從結構上可以保證光纖不受損。

附圖說明

圖1是2010年6月前已有技術的光纖柱環氧芯棒內嵌光纖結構圖。

圖2為該發明高壓絕緣光纖柱一實施例結構示意圖。

圖2a為圖2中A-A剖面結構示意圖（軸向剖面圖）。

圖2b為圖2中I部放大結構示意圖（正向剖面圖）。

圖2c為圖2中II部放大結構示意圖（正向剖面圖）。

圖3為該發明高壓絕緣光纖柱另一實施例結構示意圖。

權利要求

1.《一種高壓絕緣光纖柱》包括有光纖芯組，其特徵在於還包括：至少兩組串聯的導管單元，各導管單元中有一空心絕緣導管，該空心絕緣導管兩端連線有金具，該金具至少包括一過渡法蘭和一帶有出纖接口的封頭；由各封頭的出纖接口引出用於穿置光纖的波紋管，相鄰導管單元間封頭引出的波紋管為兩者共用的一根波紋管；相鄰導管單元的封頭間有一可實現彎折的連線板，且相鄰導管單元封頭間引出的波紋管相互聯通；所述的光纖芯組置於各空心絕緣導管內，該組光纖芯組的兩端從空心絕緣導管依次經過渡法蘭、封頭和波紋管引出。

2.根據權利要求1所述的高壓絕緣光纖柱，其特徵在於：相鄰導管單元間共用的波紋管為高彈性波紋管。

3.根據權利要求1所述的高壓絕緣光纖柱，其特徵在於：所述可實現彎折的連線板為定長的連線板。

4.根據權利要求1所述的高壓絕緣光纖柱，其特徵在於：在空心絕緣導管內填充可裹住光纖的絕緣膏體。

5.根據權利要求1所述的高壓絕緣光纖柱，其特徵在於：所述空心絕緣導管採用有機複合材料外絕緣的空心絕緣導管。

6.根據權利要求5所述的高壓絕緣光纖柱，其特徵在於：所述空心絕緣導管的構型具有電弧距離和爬電距離結構。

7.根據權利要求1所述的高壓絕緣光纖柱，其特徵在於：一對均壓環分別套置於每組空心絕緣導管的近兩端處。

實施方式

圖2所示的是該發明一基礎設計的高壓絕緣光纖柱，在該實施例中，高壓絕緣光纖柱是整體一根設計（該文定義為一個導管單元），主要由光纖10、空心絕緣導管4、金具、均壓環9等組成。

該實施例中的高壓絕緣光纖柱的中間部分是一根內可穿置一組光纖的空心絕緣導管4，該導管採用環氧材料製作為佳，導管外覆有外絕緣材料，可以是有機複合材料。參見圖2a、圖2b，該實施例採用的空心絕緣導管4由環氧材料的空心環氧管42、有機複合材料外絕緣43構成，內部填充粘稠流動態的絕緣膏體41，該粘稠流動態的絕緣膏體可以裹住光纖10，既有絕緣作用，又可以起穩固作用。

在空心絕緣導管4的兩端側套有一對間隔相置的均壓環9；所述均壓環9與封頭1經螺栓固定連線。

所述的金具主要由封頭1、過渡法蘭2、波紋管5、接頭6等金屬部件相互連線構成。過渡法蘭2具有注膠孔和光纖通孔，其與法蘭3相互連線，以實現波紋管5與空心絕緣導管4的相互連通。

參見圖2c，其主要展示了上述實施例中金具封頭1的結構，具有供光纖穿過的內腔15，出口處設定一封頭接頭18，封頭接頭18的外口處設有軟管19，軟管19穿入波紋管5。

上述實施例中，光纖10置於空心絕緣導管4內，從其兩端經過渡法蘭3、封頭1、波紋管5、接頭6等金具引出。光纖10在空心絕緣導管4內處於自由松馳狀態，這樣可以放置相當數量的光纖10，同時製作過程也比較簡單易行。空心絕緣導管4內注滿了絕緣膏體41。過渡法蘭2用於將膏體41密封在空心絕緣導管4內，密封的強度很高，保證在懸掛時膏體不會從底部法蘭流出。封頭1上可鑲有不鏽鋼環，不鏽鋼環上有螺紋孔，與過渡法蘭2、法蘭3經不鏽鋼螺栓連線後承受吊裝拉力。光纖10經接頭6引出後的部分稱為尾纖7。尾纖7的外層覆有護套管，其端部可以加工各種形式的光纖端頭8，或是直接與光纜熔接。

所述光纖10從空心絕緣導管4中間穿過；再從過渡法蘭2的光纖通孔穿出，用密封膠16密封並固化。將空心絕緣導管4與法蘭3、過渡法蘭2之間放置密封圈17後用螺栓連線。通過過渡法蘭2的注膠孔向空心絕緣導管4內注入絕緣膏體41，膏體注滿後，與空氣呈微正壓狀態密封。

所述封頭接頭18套入密封墊後，與封頭1連線；波紋管5內端與封頭1經空心螺母連線，波紋管5外端與接頭6經空心螺母連線；一軟管19穿入波紋管5。

所述的光纖10從封頭1穿出，再穿入軟管19，經波紋管5，直至從接頭6穿出。

所述光纖10從接頭6穿出後的部分稱為尾纖7，尾纖7套護套管後與接頭6粘接並固化。

所述尾纖7尾部加工為適用形式的光纖端頭8。

光纖柱的外絕緣是由空心絕緣導管4的有機複合材料外絕緣43決定，故空心絕緣導管4的構型設計獨特，具有電弧距離（即指空心絕緣導管4兩端的兩個均壓環9間的距離）和爬電距離結構（指空心絕緣導管4的兩側金具沿有機複合材料外絕緣43表面路徑的最短距離），通過適當選擇電弧距離和爬電距離，可以滿足超/特高壓電力系統及以下各種電壓等級的需求。空心絕緣導管4內部的絕緣膏體41充當了光纖柱內絕緣的作用。

所述的光纖10置入空心絕緣導管4時處於自由松馳狀態，這樣可以放置相當數量的光纖，同時使得製作過程也比較簡單易行。

空心絕緣導管4內注滿了絕緣膏體41，過渡法蘭2用於將絕緣膏體41密封在空心絕緣導管4內，其上有光纖通孔和注膠孔，都用膠密封，在懸掛時膏體不會從底部流出。

上述圖2所示的光纖柱僅為該發明一實施例，是為懸掛安裝設計，可以通過對空心絕緣導管4進行加厚設計，改變其機械強度，實現獨立固定安裝。在該類實施例中，應：

優選地，光纖柱內放置有特殊設計的取能光纖。

優選地，光纖在空心絕緣導管內處於自由松馳狀態。

優選地，光纖柱通過波紋管與光纖轉接箱連線（如果需要），波紋管和尾纖的長度都可以定製。

優選地，光纖端頭可以根據使用情況靈活選擇，也可以直接與光纜熔接。

優選地，過渡法蘭、封頭、接頭等連線金具採用大倒角設計。

優選地，過渡法蘭、封頭等連線金具採用槽形密封結構。

優選地，封頭內嵌不鏽鋼環。

優選地，採用有機複合材料絕緣外套作為外絕緣，空心絕緣導管內部採用填充膏體作為內絕緣。

圖3是該發明高壓絕緣光纖柱另一實施例結構示意圖。在特高壓電力系統中，除可以使用一個導管單元結構的光纖柱以外，為生產和運輸方便，可以將光纖柱從一個長段改為兩個短段串聯的設計（即相當於有兩個導管單元）。對於其基本構成、相互連線關係和優選的技術方案均同於前述，不同點在於：相鄰導管單元的封頭間加裝了一可實現彎折的連線板14（實現彎折的技術屬2010年6月前已有技術，此處不贅述）；且相鄰導管單元封頭間引出的波紋管5相互聯通，該相互聯通的波紋管為共用的一根為佳。光纖通過波紋管5穿過兩段空心絕緣導管4，沒有經過任何熔接或是轉接。光纖柱在生產和運輸時摺疊放置。這樣可以解決光纖柱因絕緣要求高而長度過長給加工和運輸帶來的生產困難，生產和運輸成本過高的問題。

參閱圖3所示，所述的光纖10從空心絕緣導管4中間穿過；再經法蘭3後從過渡法蘭2的光纖通孔穿出，用密封膠16密封並固化。將空心絕緣導管4與法蘭3、過渡法蘭2之間放置密封圈17後用螺栓連線。通過過渡法蘭2的注膠孔向空心絕緣導管4內注入絕緣膏體41，膏體注滿後，與空氣呈微正壓狀態密封。

所述各封頭接頭18套入密封墊後，與各封頭1連線。對於位於最外的波紋管5，其內端與封頭1經空心螺母連線，外端與接頭6經空心螺母連線；所述的光纖10從封頭1穿出，再穿入軟管19，經波紋管5，直至從接頭6穿出。對於位於相鄰兩導管單元中間連線部分的波紋管5則共用一根為佳，兩端經空心螺母分別與對應的封頭1連線，光纖10從前一個封頭1穿出，再穿入軟管19，經波紋管5，穿入到下一個封頭1。

當然，根據需要，可以採用三個或更多短段串聯的設計，以更適應安裝的現場環境。

該發明高壓絕緣光纖柱通過良好的結構設計和組裝工藝，可以減少光纖的損耗，並且光纖柱內置光纖數量不受限制，以實現大規模數據的可靠傳輸。

該高壓絕緣光纖柱的空心絕緣導管可以通過改變其機械強度以實現固定安裝和懸掛安裝的不同需求。也就是說，該高壓絕緣光纖柱一般是懸掛安裝，如果增強空心絕緣導管的機械強度，可以作為光纖絕緣支柱，實現獨立固定安裝。

該高壓絕緣光纖柱不僅適用於串聯補償裝置，也適用於高壓電力系統各種電壓等級的高壓平台、設備與地面的光通信或光送能的場合。

榮譽表彰

2014年11月6日，《一種高壓絕緣光纖柱》獲得第十六屆中國專利優秀獎。