一種用於gis腔體的光纖氣密引出方法

2023-12-10 10:30:07

專利名稱：一種用於gis腔體的光纖氣密引出方法
技術領域：
本發明涉及一種採用改進型的金屬化封裝工藝對GIS腔體的光纖進行氣密引出 的方法。
背景技術：
近年來，在電力系統GIS應用中，光學元件由於其自身優良的絕緣性能被國內外 企業、高校等廣泛採納。為了確保GIS系統的可靠性，一般採用滅弧能力和絕緣強度較高的 六氟化硫(SF6)氣體進行填充。 一般的，SF6氣體的額定運行壓力為0. 11 0. 70MPa，年漏 氣率小於1 % ，隨之就會產生光學元件的光纖在GIS腔體弓I出端的氣密問題。目前的密封技 術基本上是直接採用膠對光纖引出端進行固化，這種方法儘管保證了 GIS腔體的氣密性， 但是存在SF6氣壓和膠對光纖作用的應力太大，容易造成光纖斷裂和損壞，降低GIS系統可 靠性等問題。因此如何保證GIS腔體的氣密性是整個GIS系統可靠運行的關鍵所在。
目前，光纖金屬化封裝技術一般用於光纖氣密封裝盒等諸多應用，在這些應用方 式中，氣密封裝處不存在內外的壓力差，對金屬化光纖的抗壓強度要求很低，因而對光纖金 屬化封裝的要求不高。如專利申請號為200420057817. 4，名稱為《光纖敏感元件金屬化封 裝結構》的專利公開的一種金屬化封裝結構，該結構僅對光纖敏感元件金屬化進行了簡單 的敘述，並未考慮現實應用中的氣密環境、氣壓條件。但是在GIS系統中，由於SFe氣壓高 於外界環境氣壓，採用該種光纖金屬化封裝技術已不能完全滿足要求。

發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種氣密性好、光纖受力 均衡，可確保GIS腔體的抗壓強度和絕緣性能的光纖氣密引出方法。
本發明的技術解決方案是一種用於GIS腔體的光纖氣密引出方法，步驟如下
(1)在GIS腔體(1)的安裝法蘭(4)上安裝光纖引出法蘭(2)，光纖引出法蘭(2) 與安裝法蘭(4)之間通過密封圈(5)進行氣密； (2)在光纖引出法蘭(2)的中心處打光纖穿通孔(7)，所述光纖穿通孔(7)穿過安 裝法蘭(4)並與GIS腔體(1)的內部連通； (3)將GIS腔體(1)中光學元件的尾纖進行金屬化封裝形成金屬化光纖(3)，然後 在金屬化光纖(3)上套接金屬管(6)，金屬化光纖(3)與金屬管(6)之間通過金屬焊料焊接 在一起； (4)將金屬管(6)穿過光纖穿通孔(7)，並採用雙組份環氧樹脂膠對光纖穿通孔
(7)進行灌封固化，使得雙組份環氧樹脂膠完全填充光纖穿通孔(7)的空隙； (5)對步驟(4)得到的結構進行熱處理，使得雙組份環氧樹脂膠達到穩定狀態； (6)給固化後的金屬化光纖(3)和金屬管(6)附加保護裝置。 所述步驟(4)中採用雙組份環氧樹脂膠對光纖穿通孔(7)進行灌封固化前需要對
雙組份環氧樹脂膠進行預處理，方法為首先在雙組份環氧樹脂膠中摻入鎳粉，鎳粉與雙組
3份環氧樹脂膠的重量比為i : 2，然後通過離心機對摻入鎳粉後的雙組份環氧樹脂膠進行
離心脫膠，離心機轉速為1800轉/min 2100轉/min，持續時間為4 10min。
所述的金屬管(6)為鎳管。 所述步驟(5)中進行熱處理的方法為將步驟(4)得到的結構放入真空加熱箱中 保持0. 5 1小時，真空加熱箱內的真空度為0. 2X105 0. 8XlSpa，加熱溫度為60 90°C ， 0. 5 1小時後，將真空加熱箱的溫度上調為100 130°C ，持續時間為20 40分鐘， 真空加熱箱內的真空度保持不變；隨後將經過真空加熱處理後的結構在65 85t:下存儲 12 36小時，最後，以l(TC /min的升降溫速率在_55°C 85°C的溫度範圍內對存儲12 36小時後的結構進行循環處理，共循環8 12次。
所述的雙組份環氧樹脂膠的牌號為353ND。
本發明與現有技術相比的優點在於 (1)本發明方法採用了光纖金屬化封裝技術並應用於GIS腔體的光學元件，該方 法有效地解決了 GIS腔體光學元件氣密性難、光纖受力不均的問題，同時使光學元件與金 屬化光纖一體化，減少了熔接頭，有利於GIS系統的穩定可靠； (2)本發明方法在固化前進行的預處理，避免了因GIS腔體與外界環境存在的氣
壓差所造成的光纖引出端氣體洩漏，確保了 GIS系統的抗壓強度和絕緣性能； (3)本發明方法對所採用的牌號為353ND的雙組份環氧樹脂膠進行熱處理，極大
地減小了膠對金屬化光纖所產生的應力，避免了金屬化光纖斷裂和損傷現象，提高了金屬
化光纖的可靠性。


圖1為採用本發明方法對GIS腔體的光纖進行氣密引出的結構示意圖； 圖2為圖1所示結構的俯視圖； 圖3為本發明中光纖引出法蘭內部結構的剖視圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2、圖3所示，為採用本發明方法對GIS腔體的光纖進行氣密引出時的示 意圖。 首先需要一個光纖引出法蘭2，光纖引出法蘭2上留有與安裝法蘭4固化的螺紋 孔，並通過密封圈5與安裝法蘭4進行氣密。光纖引出法蘭2和GIS腔體1的安裝法蘭4 的中心位置開有連通的光纖穿通孔7。 其次，將GIS腔體1中光學元件的尾纖直接進行金屬化封裝，使其內部的光學元件 與金屬化光纖3 —體化，金屬化封裝結構包括金屬化光纖3和金屬管6，金屬管6採用鎳管， 並用金屬焊料完全填充金屬化光纖3與金屬管6之間。採用該種封裝方法可以解決GIS腔 體1光學元件尾纖引出部分的氣密性，同時很大一部份應力會作用在金屬管6上，降低了金 屬化光纖3承受的應力。 隨後將金屬管6依次穿過位於GIS腔體1之上的安裝法蘭4和光纖引出法蘭2的 光纖穿通孔7。再用牌號為353ND的雙組份環氧樹脂膠對光纖穿通孔7進行灌封固化固 化前，為了在不改變雙組份環氧樹脂膠的溫度、粘度特性的情況下，使雙組份環氧樹脂膠的線膨脹係數與鎳管的線膨脹係數達到匹配，先在雙組份環氧樹脂膠中摻入鎳粉，鎳粉與雙 組份環氧樹脂膠的重量比為1 : 2;再通過離心機對雙組份環氧樹脂膠進行離心脫膠，來消
除雙組份環氧樹脂膠中的空氣泡，其中，離心機轉速為1800轉/min 2100轉/min，持續時 間為4 10min，試驗中離心機轉速為2000轉/min，持續時間為5分鐘，離心機轉速、時間 不能太高，太高容易使膠中的雙組份分層。當然，此處除了 353ND膠外，還可以選用其它的 具有粘結和固化功能的雙組份環氧樹脂膠。 固化時，將雙組份環氧樹脂膠完全填充光纖穿通孔7的空隙。摻入鎳粉後，膠的 流動性降低，為了消除雙組份環氧樹脂膠與光纖穿通孔7、金屬管6空隙之間的氣泡，將上 述步驟得到的結構放入真空加熱箱中保持0.5 lh，通常取lh，真空加熱箱內的真空度 為0. 2X105 0. 8Xl5pa，試驗中為0. 5 X 105pa，真空度過高會使雙組份環氧樹脂膠中的 有效成分揮發，加熱溫度為60 9(TC，由於固化需要緩慢升溫，同時為了減少雙組份環氧 樹脂膠引入的應力，試驗中取8(TC ;0.5 lh後，通常取lh，將真空加熱箱的溫度上調為 100 130°C ，持續時間為20 40min，真空加熱箱內的真空度保持不變，試驗中真空加熱箱 的溫度實際上調為12(TC，持續時間為半小時，這樣雙組份環氧樹脂膠方可完全固化，產生 的應力最小。 膠固化後，為了去除雙組份環氧樹脂膠的殘餘應力，使膠最終達到穩定可靠的狀 態，對以上步驟得到的結構中的雙組份環氧樹脂膠進行老化處理，先在65 85t:下存儲 12 36h，通常取8(TC下存儲24h ;最後，以l(TC /min的升降溫速率在_55°C 85"的溫 度範圍內對存儲24h後的結構進行循環處理，共循環8 12次，為了使雙組份環氧樹脂膠 的失效率最低、性能最佳化，試驗中取10次。 最後將光纖引出法蘭2通過螺釘固化在安裝法蘭4之上，用保護帽加裝固化尾纖 弓I出部分的金屬管6，再通過波紋管將金屬化光纖3引出。 圖1中，GIS腔體1的主體結構為圓柱型，安裝法蘭4和光纖引出法蘭2依次位於 GIS腔體1的上表面，為了應用的靈活性，安裝法蘭4和光纖引出法蘭2也可以依次位於GIS 腔體l的側面。 圖2、3中，為了減小膠對金屬化光纖3產生的應力，必須選用線膨脹係數與光纖引 出法蘭2的線膨脹係數、金屬管6的線膨脹係數相近、且熱穩定性好、溫度範圍寬的材料，比 如353ND的雙組份環氧樹脂膠。 本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
權利要求
一種用於GIS腔體的光纖氣密引出方法，其特徵在於步驟如下(1)在GIS腔體(1)的安裝法蘭(4)上安裝光纖引出法蘭(2)，光纖引出法蘭(2)與安裝法蘭(4)之間通過密封圈(5)進行氣密；(2)在光纖引出法蘭(2)的中心處打光纖穿通孔(7)，所述光纖穿通孔(7)穿過安裝法蘭(4)並與GIS腔體(1)的內部連通；(3)將GIS腔體(1)中光學元件的尾纖進行金屬化封裝形成金屬化光纖(3)，然後在金屬化光纖(3)上套接金屬管(6)，金屬化光纖(3)與金屬管(6)之間通過金屬焊料焊接在一起；(4)將金屬管(6)穿過光纖穿通孔(7)，並採用雙組份環氧樹脂膠對光纖穿通孔(7)進行灌封固化，使得雙組份環氧樹脂膠完全填充光纖穿通孔(7)的空隙；(5)對步驟(4)得到的結構進行熱處理，使得雙組份環氧樹脂膠達到穩定狀態；(6)給固化後的金屬化光纖(3)和金屬管(6)附加保護裝置。
2. 根據權利要求1所述的一種用於GIS腔體的光纖氣密引出方法，其特徵在於所述步驟(4)中採用雙組份環氧樹脂膠對光纖穿通孔(7)進行灌封固化前需要對雙組份環氧樹脂膠進行預處理，方法為首先在雙組份環氧樹脂膠中摻入鎳粉，鎳粉與雙組份環氧樹脂膠的重量比為l : 2，然後通過離心機對摻入鎳粉後的雙組份環氧樹脂膠進行離心脫膠，離心機轉速為1800轉/min 2100轉/min，持續時間為4 10min。
3. 根據權利要求1或2所述的一種用於GIS腔體的光纖氣密引出方法，其特徵在於所述的金屬管(6)為鎳管。
4. 根據權利要求1或2所述的一種用於GIS腔體的光纖氣密引出方法，其特徵在於所述步驟(5)中進行熱處理的方法為將步驟(4)得到的結構放入真空加熱箱中保持0. 5 1小時，真空加熱箱內的真空度為0. 2X 105 0. 8X 15pa，加熱溫度為60 90°C ， 0. 5 1小時後，將真空加熱箱的溫度上調為100 130°C ，持續時間為20 40分鐘，真空加熱箱內的真空度保持不變；隨後將經過真空加熱處理後的結構在65 85t:下存儲12 36小時，最後，以l(TC /min的升降溫速率在_55°C 85t:的溫度範圍內對存儲12 36小時後的結構進行循環處理，共循環8 12次。
5. 根據權利要求1或2所述的一種用於GIS腔體的光纖氣密引出方法，其特徵在於所述的雙組份環氧樹脂膠的牌號為353ND。
全文摘要
一種用於GIS腔體的光纖氣密引出方法，提供了一種GIS應用中光學元件尾纖的引出方案。該方案首先將GIS腔體中光學元件的尾纖進行金屬化封裝，金屬化封裝結構包括金屬化光纖、金屬管等，然後將金屬管依次穿過位於GIS腔體之上的安裝法蘭和光纖引出法蘭的光纖穿通孔，並用環氧樹脂膠對光纖穿通孔進行灌封固化，最後給尾纖引出部分的金屬化光纖、金屬管附加保護裝置。本發明首次提出將金屬化光纖封裝技術應用於電力系統GIS腔體的光學元件中，有效地解決了GIS腔體光纖引出時所產生的氣密性問題，同時減小了光纖所受的應力並保證光纖應力的均衡，確保了GIS系統的抗壓強度和絕緣性能，提高了GIS系統的可靠性。
文檔編號G02B6/44GK101710201SQ20091023704
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月2日 優先權日2009年11月2日
發明者劉東偉, 司磊, 張峰, 張志鑫, 李永兵, 譚金權 申請人:南瑞航天(北京)電氣控制技術有限公司