Устройство для передачи света между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками и способ изготовления такого устройства

Устройство для передачи света между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками и способ изготовления такого устройства

Реферат

 

Изобретения используются в волоконно-оптических линиях связи. Устройство содержит высоковольтный изолятор, в полости которого размещают световоды и которая наполнена пластмассовой пеной, вспененной газом серогексафторида. Пена окружает световоды и фиксирует их в заданном положении. В полости изолятора создают избыточное давление и герметично закрывают полость. Повышена надежность устройства, снижена стоимость изготовления. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройству для передачи света между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками. Кроме того, изобретение относится также к способу изготовления устройства для передачи света между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками.

Для измерения физических величин, как например электрического тока или электрического напряжения с высоковольтным потенциалом, измерительные сигналы необходимо передавать от предусмотренных для измерения сенсорных датчиков с потенциальной развязкой на потенциал земли. Передача с потенциальной развязкой измерительных сигналов возможна, как известно, в виде оптических сигналов через световоды, которые проходят с высоковольтного потенциала на потенциал земли. Известны системы, в которых кроме измерительных сигналов передают также оптически по световоду энергию для расположенных на высоковольтной стороне сенсорных датчиков.

Световоды необходимо защищать от механических нагрузок. Кроме того, для электрической изоляции необходимо обеспечивать достаточно большое расстояние электрического пробоя и обычно также достаточно большой путь ползущего электрического разряда между высоковольтной стороной и стороной потенциала земли.

Из EP-B-0256737 известно устройство для передачи измерительных сигналов имеющего высоковольтный потенциал трансформатора тока на потенциал земли в виде оптических сигналов. Это известное устройство содержит проходящий вертикально от трансформатора тока до лежащего на потенциале земли грунта трубообразный высоковольтный изолятор из керамики или усиленной стекловолокном пластмассы и один или несколько световодов в световодном кабеле, который проходит спиралеобразно через полость высоковольтного изолятора. По световодам передают оптические измерительные сигналы. Полость высоковольтного изолятора может быть наполнена воздухом или изолирующим газом, как например азотом (N₂) или серогексафторидом (SF₆). В другом варианте выполнения этого известного устройства световодный кабель намотан спирально снаружи изоляторной трубы и заложен в нанесенный силиконовый слой или даже полностью покрыт силиконовым слоем. Кроме того, с помощью силиконового слоя образованы силиконовые юбки для удлинения путей поверхностного скользящего разряда. В известном из EP-B-0265737 устройстве в варианте выполнения с изолирующим газом при образовании негерметичности, например при монтажных работах, необходимо производить повторное наполнение изолирующим газом. При укладывании световодного кабеля в силикон могут возникать проблемы на пограничной поверхности между силиконом и световодным кабелем за счет термического изменения объема силикона при изменениях температуры. Эти объемные изменения могут приводить к продольному расслоению в силиконе вдоль световодного кабеля, в которое может проникать влага. Это может приводить к скользящим разрядам.

В основе изобретения лежит задача создать устройство для передачи света между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками и способ изготовления устройства для передачи света между двумя находящимися на различных электрических потенциалах точками, с помощью которых можно избежать указанных недостатков уровня техники.

Эта задача решена согласно изобретению с помощью признаков пункта 1, соответственно пункта 3 формулы изобретения.

Устройство согласно пункту 1 формулы изобретения для передачи света между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками содержит a) расположенный между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками изолятор с, в основном, герметично закрытой полостью и b) по меньшей мере один проходящий через полость изолятора световод для передачи света, при этом c) полость изолятора наполнена пластмассовой пеной, которая окружает по меньшей мере один световод.

В способе изготовления согласно пункту 3 формулы изобретения устройства для передачи света между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками a) изготавливают изолятор с полостью и по меньшей мере один световод для передачи света, b) прокладывают по меньшей мере один световод через полость изолятора и c) наполняют полость изолятора после прокладки по меньшей мере одного световода пластмассовой пеной и затем герметично закрывают.

За счет заполнения полости изолятора пластмассовой пеной обеспечивают хорошую электрическую изоляцию обеих сторон потенциала друг от друга и хорошую механическую защиту по меньшей мере одного световода в полости изолятора. Кроме того, например, для производства монтажных работ и работ по обслуживанию можно на некоторое время открывать полость изолятора, тем самым временно отказываться от герметичности, так как заключенный в пластмассовую пену газ только медленно диффундирует наружу.

Предпочтительные варианты выполнения устройства и способа изготовления следуют из зависящих от пункта 1, соответственно пункта 3, формулы изобретения.

В соответствие с этим, полость изолятора в предпочтительном варианте выполнения способа изготовления заполняют посредством введения в полость изолятора пластмассы и вспенивания этой пластмассы, предпочтительно, с помощью пенообразующего газа. Этот пенообразующий газ состоит, предпочтительно, по меньшей мере частично из электрически хорошо изолирующего газа серогексафторида (газа SF₆). Вспененная газом SF₆ пластмассовая пена имеет особенно хорошую прочность на пробой.

В особенно предпочтительном варианте выполнения пластмассовая пена в полости изолятора находится по меньшей мере в заданном диапазоне рабочих температур под избыточным давлением, превышающем атмосферное давление (около 1 бара = 10⁵ Па). За счет этого пластмассовая пена находится под механическими напряжениями, которые обеспечивают дополнительную защиту от образования продольных расслоений в полости изолятора. В способе изготовления пластмассу соответственно вводят в полость изолятора уже под избыточным давлением, превышающим атмосферное давление. За счет избыточного давления при наполнении пластмассы можно регулировать величину пузырьков газа во вспененной пластмассе и тем самым плотность пластмассовой пены. Избыточное давление в полости изолятора можно устанавливать, в частности, с помощью наполнения полости изолятора газом азотом.

Наиболее предпочтительной пластмассовой пеной является полиуретановая пена. В качестве пластмассы используют, соответственно, полиуретановую массу.

Изобретение поясняется ниже подробней на основании чертежа, на котором схематично показан пример выполнения устройства для передачи света между имеющими различные электрические потенциалы точками.

Имеющая первый по отношению к потенциалу земли положительный ("+") электрический потенциал первая точка обозначена позицией 10, вторая точка обозначена позицией 20. Существующая между точками 10 и 20 разность потенциалов (напряжение) U является предпочтительно высоким напряжением, т.е. в типичном случае составляет более 1 кВ. Между обеими точками 10 и 20 по световодам 4 и 5, в частности отдельным светопроводящим волокнам или световодным кабелям в большинстве случаев со многими жилами, передают свет. Такая оптическая линия передачи является предпочтительной, в частности, для аналоговой или цифровой передачи измерительных сигналов по меньшей мере одного, находящегося в первой точке 10 с высоковольтным потенциалом, не изображенного сенсорного датчика (преобразователя) для измерения физической величины в точке 10. Такой сенсорный датчик может поставлять, например, измерительные сигналы для измерения электрического тока или электрического напряжения, имеющего высоковольтный потенциал проводника тока, или же температуры. Первый световод 4 предназначен, предпочтительно, для оптической передачи измерительных сигналов не изображенного сенсорного датчика и второй световод 5 - для оптической передачи энергии для сенсорного датчика.

Для электрически надежно изолированного прохождения световодов 4 и 5 от первой точки 10 до второй точки 20 через имеющуюся между двумя точками 10 и 20 разность потенциалов предусмотрен электрический изолятор 2. Изолятор 2 имеет корпус 7 изолятора (арматуру изолятора), который герметично окружает полость 3. Корпус 7 изолятора состоит из трубчатой несущей части и расположенных вокруг этой несущей части друг над другом юбок 21 для удлинения пути поверхностного скользящего разряда для электрического тока скользящего разряда. Весь корпус 7 изолятора может состоять из фарфора или из усиленной стекловолокном пластмассы, при этом юбки 21 могут быть выполнены, в частности, из силикагеля (силикона) (составной изолятор).

На верхнем, обращенном к первой точке 10 конце корпуса 7 изолятора предусмотрены герметичный ввод 8A для первого световода 4 и ввод 9A для второго световода 5. Через вводы 8A и 9A световоды 4, соответственно 5, проходят через корпус 7 изолятора в полость 3 изолятора 2. Световоды 4 и 5 проходят через всю полость 3 до нижнего, обращенного ко второй точке 20 концу корпуса 7 изолятора. На этом нижнем конце корпуса 7 изолятора предусмотрены снова два герметичных ввода 8B и 9B через корпус 7 изолятора, через которые световоды 4, соответственно 5, снова выходят из полости 3 наружу. Вводы 8A и 8B, а также 9A и 9B могут представлять уплотнительные кольца с круглым сечением или же герметизированные силиконом отверстия. Как показано на чертеже, световоды 4 и 5 могут проходить в основном прямолинейно через полость 3 по кратчайшему пути между обеими точками 10 и 20, однако могут также проходить по другой траектории, например по винтовой линии или по спирали.

Световоды 4 и 5 в полости 3 расположены внутри пластмассовой пены 6, которой заполнена вся полость 3 изолятора 2. Пластмассовая пена 6 фиксирует световоды 4 и 5 в заданном положении и полностью охватывает световоды 4 и 5.

Пластмассовая пена 6 состоит обычно из одной или нескольких пластмасс с газовыми включениями (порами, газовыми пузырьками). В качестве пластмассовой пены 6 можно использовать, например, полипропиленовую пену, полистирольную пену, поливинилхлоридную пену или же пену реактивной смолы, в частности полиуретановую пену, которая может быть получена известным способом. Обычно пластмассовую формовочную массу (коротко: пластмассу) с помощью физического и/или химического порообразователя вспенивают в пластмассовую пену 6. В частности, вспенивание можно улучшить вспенивающим газом, например азотом или же галогенированным углеводородным газом. Особенно предпочтительной пластмассовой пеной 6 является пластмассовая пена с включениями газа SF₆, которая является особенно хорошим электрическим изолятором. Для этого пластмассу вспенивают газом SF₆ в качестве пенообразующего газа.

Пригодной полиуретановой массой для пластмассовой пены 6 является продукт с торговой маркой Гильбатерм фирмы Ремания, который вспенивают, предпочтительно, газом SF₆.

На пластмассовую пену 6 оказывают, предпочтительно, избыточное давление, которое превышает нормальное давление воздуха в месте установки устройства. За счет этого между пластмассовой пеной 6 и световодами 4 и 5, а также внутренней стенкой корпуса 7 изолятора не должно происходить никаких химических реакций, так как только посредством избыточного давления и вызванного этим механического напряжения в полости 3 надежно предотвращается образование продольных щелей в направлении электрического поля между обеими точками 10 и 20.

Для изготовления изображенного устройства можно использовать следующий способ.

В полость 3 изолятора 2 в первой стадии способа вставляют световоды 4 и 5 через вводы 8A и 8B, соответственно 9A и 9B, и придают им желательную форму.

Во второй стадии способа в полость 3 изолятора 2 впускают азот под заданным избыточным давлением (1 бар) по отношению к атмосферному давлению, например под давлением 3 бара.

В третьей стадии способа окружающую световоды 4 и 5 полость 3 изолятора 2 наполняют пластмассой, например форполимерной массой и, предпочтительно, полиуретановой формовочной массой, и вспенивают, предпочтительно, газом SF₆. Азот большей частью улетучивается во время процесса вспенивания. Установленное с помощью азота избыточное давление служит для регулирования желательной величины и плотности газовых включений в пластмассовой пене 6. При этом давление выбирают так, чтобы после процесса вспенивания в полости 3 оставалось легкое избыточное давление.

В четвертой стадии способа полость 3 герметично закрывают, тем что герметично закрывают предусмотренное в корпусе 7 изолятора отверстие для ввода азота и пластмассовой пены 6 и, при необходимости, также вводы 8A, 8B, 9A и 9B.

Формула изобретения

1. Устройство для передачи света между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками, содержащее: а) расположенные между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками изолятор (2) с полостью (3) и, b) по меньшей мере, один проходящий через полость (3) изолятора (2) световод (4,5) для передачи света, при этом с) полость (3) изолятора (2) наполнена пластмассовой пеной (6), которая окружает, по меньшей мере, один световод (4,5) и фиксирует его в заданном положении, d) пластмассовая пена (6) вспенена газом серогексафторида (газом SF₆) и е) пластмассовая пена (6) в заданном диапазоне рабочих температур находится под избыточным давлением, превышающим атмосферное давление.

2. Устройство по п.1, в котором пластмассовая пена (6) является полиуретановой пеной.

3. Способ изготовления устройства для передачи света между двумя имеющими различные электрические потенциалы точками, при котором а) подготавливают изолятор (2) с полостью (3) и, по меньшей мере, один световод (4,5) для передачи света, b) прокладывают, по меньшей мере, один световод (4,5) через полость (3) изолятора (2), с) наполняют полость (3) изолятора (2) после прокладки, по меньшей мере, одного световода пластмассовой пеной (6), причем фиксируют, по меньшей мере, один световод (4,5) пластмассовой пеной в заданном положении, d) пластмассовую пену вспенивают пенообразующим газом, который, по меньшей мере, частично состоит из газа серогексафторида (газа SF₆), е) создают в полости (3) изолятора (2) избыточное давление, превышающее атмосферное давление, и f) затем герметично закрывают полость (3).

4. Способ по п.3, при котором для наполнения полости (3) изолятора (2) в полость (3) вводят пластмассу и вспенивают эту пластмассу пенообразующим газом.

5. Способ по п.3, при котором избыточное давление создают за счет наполнения газом азота полости (3) изолятора (2).

6. Способ по одному из п.4 или 5, при котором в качестве пластмассы используют полиуретановую массу.

РИСУНКИ

Рисунок 1