專利名稱：一種用于gis腔體的光纖氣密引出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采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(shù)：
近年來，在電力系統(tǒng)GIS應(yīng)用中，光學元件由于其自身優(yōu)良的絕緣性能被國內(nèi)外 企業(yè)、高校等廣泛采納。為了確保GIS系統(tǒng)的可靠性，一般采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 氣率小于1 % ，隨之就會產(chǎn)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(shù)基本上是直接采用膠對光纖引出端進行固化，這種方法盡管保證了 GIS腔體的氣密性， 但是存在SF6氣壓和膠對光纖作用的應(yīng)力太大，容易造成光纖斷裂和損壞，降低GIS系統(tǒng)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(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵所在。
目前，光纖金屬化封裝技術(shù)一般用于光纖氣密封裝盒等諸多應(yīng)用，在這些應(yīng)用方 式中，氣密封裝處不存在內(nèi)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?zhí)枮?00420057817. 4，名稱為《光纖敏感元件金屬化封 裝結(jié)構(gòu)》的專利公開的一種金屬化封裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)僅對光纖敏感元件金屬化進行了簡單 的敘述，并未考慮現(xiàn)實應(yīng)用中的氣密環(huán)境、氣壓條件。但是在GIS系統(tǒng)中，由于SFe氣壓高 于外界環(huán)境氣壓，采用該種光纖金屬化封裝技術(shù)已不能完全滿足要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的技術(shù)解決方案是一種用于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)并與GIS腔體(1)的內(nèi)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)，然后 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)，并采用雙組份環(huán)氧樹脂膠對光纖穿通孔
(7)進行灌封固化，使得雙組份環(huán)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(jié)構(gòu)進行熱處理，使得雙組份環(huán)氧樹脂膠達到穩(wěn)定狀態(tài)； (6)給固化后的金屬化光纖(3)和金屬管(6)附加保護裝置。 所述步驟(4)中采用雙組份環(huán)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(huán)氧樹脂膠進行預處理，方法為首先在雙組份環(huán)氧樹脂膠中摻入鎳粉，鎳粉與雙組
3份環(huán)氧樹脂膠的重量比為i : 2，然后通過離心機對摻入鎳粉后的雙組份環(huán)氧樹脂膠進行
離心脫膠，離心機轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/min 2100轉(zhuǎn)/min，持續(xù)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(jié)構(gòu)放入真空加熱箱中 保持0. 5 1小時，真空加熱箱內(nèi)的真空度為0. 2X105 0. 8Xl()Spa，加熱溫度為60 90°C ， 0. 5 1小時后，將真空加熱箱的溫度上調(diào)為100 130°C ，持續(xù)時間為20 40分鐘， 真空加熱箱內(nèi)的真空度保持不變；隨后將經(jīng)過真空加熱處理后的結(jié)構(gòu)在65 85t:下存儲 12 36小時，最后，以l(TC /min的升降溫速率在_55°C 85°C的溫度范圍內(nèi)對存儲12 36小時后的結(jié)構(gòu)進行循環(huán)處理，共循環(huán)8 12次。
所述的雙組份環(huán)氧樹脂膠的牌號為353ND。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于 (1)本發(fā)明方法采用了光纖金屬化封裝技術(shù)并應(yīng)用于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，有利于GIS系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠； (2)本發(fā)明方法在固化前進行的預處理，避免了因GIS腔體與外界環(huán)境存在的氣
壓差所造成的光纖引出端氣體泄漏，確保了 GIS系統(tǒng)的抗壓強度和絕緣性能； (3)本發(fā)明方法對所采用的牌號為353ND的雙組份環(huán)氧樹脂膠進行熱處理，極大
地減小了膠對金屬化光纖所產(chǎn)生的應(yīng)力，避免了金屬化光纖斷裂和損傷現(xiàn)象，提高了金屬
化光纖的可靠性。
圖1為采用本發(fā)明方法對GIS腔體的光纖進行氣密引出的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1所示結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖3為本發(fā)明中光纖引出法蘭內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2、圖3所示，為采用本發(fā)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，并通過密封圈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(nèi)部的光學元件 與金屬化光纖3 —體化，金屬化封裝結(jié)構(gòu)包括金屬化光纖3和金屬管6，金屬管6采用鎳管， 并用金屬焊料完全填充金屬化光纖3與金屬管6之間。采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(yīng)力會作用在金屬管6上，降低了金 屬化光纖3承受的應(yīng)力。 隨后將金屬管6依次穿過位于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(huán)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(huán)氧樹脂膠的溫度、粘度特性的情況下，使雙組份環(huán)氧樹脂膠的線膨脹系數(shù)與鎳管的線膨脹系數(shù)達到匹配，先在雙組份環(huán)氧樹脂膠中摻入鎳粉，鎳粉與雙 組份環(huán)氧樹脂膠的重量比為1 : 2;再通過離心機對雙組份環(huán)氧樹脂膠進行離心脫膠，來消
除雙組份環(huán)氧樹脂膠中的空氣泡，其中，離心機轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/min 2100轉(zhuǎn)/min，持續(xù)時 間為4 10min，試驗中離心機轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min，持續(xù)時間為5分鐘，離心機轉(zhuǎn)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(jié)和固化功能的雙組份環(huán)氧樹脂膠。 固化時，將雙組份環(huán)氧樹脂膠完全填充光纖穿通孔7的空隙。摻入鎳粉后，膠的 流動性降低，為了消除雙組份環(huán)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(jié)構(gòu)放入真空加熱箱中保持0.5 lh，通常取lh，真空加熱箱內(nèi)的真空度 為0. 2X105 0. 8Xl()5pa，試驗中為0. 5 X 105pa，真空度過高會使雙組份環(huán)氧樹脂膠中的 有效成分揮發(fā)，加熱溫度為60 9(TC，由于固化需要緩慢升溫，同時為了減少雙組份環(huán)氧 樹脂膠引入的應(yīng)力，試驗中取8(TC ;0.5 lh后，通常取lh，將真空加熱箱的溫度上調(diào)為 100 130°C ，持續(xù)時間為20 40min，真空加熱箱內(nèi)的真空度保持不變，試驗中真空加熱箱 的溫度實際上調(diào)為12(TC，持續(xù)時間為半小時，這樣雙組份環(huán)氧樹脂膠方可完全固化，產(chǎn)生 的應(yīng)力最小。 膠固化后，為了去除雙組份環(huán)氧樹脂膠的殘余應(yīng)力，使膠最終達到穩(wěn)定可靠的狀 態(tài)，對以上步驟得到的結(jié)構(gòu)中的雙組份環(huán)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 ;最后，以l(TC /min的升降溫速率在_55°C 85"的溫 度范圍內(nèi)對存儲24h后的結(jié)構(gòu)進行循環(huán)處理，共循環(huán)8 12次，為了使雙組份環(huán)氧樹脂膠 的失效率最低、性能最佳化，試驗中取10次。 最后將光纖引出法蘭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(jié)構(gòu)為圓柱型，安裝法蘭4和光纖引出法蘭2依次位于 GIS腔體1的上表面，為了應(yīng)用的靈活性，安裝法蘭4和光纖引出法蘭2也可以依次位于GIS 腔體l的側(cè)面。 圖2、3中，為了減小膠對金屬化光纖3產(chǎn)生的應(yīng)力，必須選用線膨脹系數(shù)與光纖引 出法蘭2的線膨脹系數(shù)、金屬管6的線膨脹系數(shù)相近、且熱穩(wěn)定性好、溫度范圍寬的材料，比 如353ND的雙組份環(huán)氧樹脂膠。 本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
一種用于GIS腔體的光纖氣密引出方法，其特征在于步驟如下(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)并與GIS腔體(1)的內(nèi)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)，然后在金屬化光纖(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)，并采用雙組份環(huán)氧樹脂膠對光纖穿通孔(7)進行灌封固化，使得雙組份環(huán)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(jié)構(gòu)進行熱處理，使得雙組份環(huán)氧樹脂膠達到穩(wěn)定狀態(tài)；(6)給固化后的金屬化光纖(3)和金屬管(6)附加保護裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GIS腔體的光纖氣密引出方法，其特征在于所述步驟(4)中采用雙組份環(huán)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(huán)氧樹脂膠進行預處理，方法為首先在雙組份環(huán)氧樹脂膠中摻入鎳粉，鎳粉與雙組份環(huán)氧樹脂膠的重量比為l : 2，然后通過離心機對摻入鎳粉后的雙組份環(huán)氧樹脂膠進行離心脫膠，離心機轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/min 2100轉(zhuǎn)/min，持續(xù)時間為4 10min。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于GIS腔體的光纖氣密引出方法，其特征在于所述的金屬管(6)為鎳管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于GIS腔體的光纖氣密引出方法，其特征在于所述步驟(5)中進行熱處理的方法為將步驟(4)得到的結(jié)構(gòu)放入真空加熱箱中保持0. 5 1小時，真空加熱箱內(nèi)的真空度為0. 2X 105 0. 8X 1()5pa，加熱溫度為60 90°C ， 0. 5 1小時后，將真空加熱箱的溫度上調(diào)為100 130°C ，持續(xù)時間為20 40分鐘，真空加熱箱內(nèi)的真空度保持不變；隨后將經(jīng)過真空加熱處理后的結(jié)構(gòu)在65 85t:下存儲12 36小時，最后，以l(TC /min的升降溫速率在_55°C 85t:的溫度范圍內(nèi)對存儲12 36小時后的結(jié)構(gòu)進行循環(huán)處理，共循環(huán)8 12次。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于GIS腔體的光纖氣密引出方法，其特征在于所述的雙組份環(huán)氧樹脂膠的牌號為353ND。
全文摘要
一種用于GIS腔體的光纖氣密引出方法，提供了一種GIS應(yīng)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(jié)構(gòu)包括金屬化光纖、金屬管等，然后將金屬管依次穿過位于GIS腔體之上的安裝法蘭和光纖引出法蘭的光纖穿通孔，并用環(huán)氧樹脂膠對光纖穿通孔進行灌封固化，最后給尾纖引出部分的金屬化光纖、金屬管附加保護裝置。本發(fā)明首次提出將金屬化光纖封裝技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)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(chǎn)生的氣密性問題，同時減小了光纖所受的應(yīng)力并保證光纖應(yīng)力的均衡，確保了GIS系統(tǒng)的抗壓強度和絕緣性能，提高了GIS系統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者劉東偉, 司磊, 張峰, 張志鑫, 李永兵, 譚金權(quán) 申請人:南瑞航天(北京)電氣控制技術(shù)有限公司