[发明专利]包括组合光纤传感器的复合材料电绝缘子

说明书

本发明涉及了一种用于中、高压的复合材料结构的电绝缘子，尤其是涉及了一种用于变电所或供电线路的绝缘子。

已经熟知，中、高压绝缘子承受各种应力，特别是由电、机械或热引起的应力。无论什么原因，如果这些应力太高，存在使绝缘子失效的风险。当上述绝缘子由淬火玻璃绝缘子元件制成时，凭目视观察就可能发现和定位绝缘子不再处于良好状态，因为在这种情况下最微小的缺陷会造成出故障的绝缘子元件破碎。相反，采用一个复合材料的电绝缘子，缺陷可以扩展而不外显，例如，如果它发生在复合材料绝缘子的合成橡胶覆盖层之下。直到击穿之后绝缘子不再能够实现其绝缘保障功能的时刻它才不继续扩展。这种故障可能采取放电方式，从靠近绝缘子的金属端接头之一开始，在绝缘的覆盖层之下沿着绝缘子的支承杆缓慢移动。这造成绝缘子的支承杆缓慢燃烧，由此改变了绝缘子的机械和绝缘特性。

本发明的目的是提出一种解决方案，它克服上述复合材料电绝缘子的缺点。

为此，本发明提供了一种复合材料电绝缘子，其特征在于：它包括了一个位于绝缘子内并与之组合的光纤传感器。光纤已经用于变电所的复合材料绝缘子，从绝缘子一端传送数据到另一端。本发明基于这样事实：光纤还可以用于构成一个组合传感器来检测绝缘子的故障。尤其是，把光纤螺旋地缠绕在绝缘子的支承杆上，并与之紧密接触。选择一条光纤，它具有一个硅芯和在一般低于200℃的临界温度下熔化的光学包层，例如由硬聚合物制成的光学包层，沿绝缘子支承杆移动的开始放电将引起光纤温度局部地超过250℃，由此引起纤维光学包层的局部熔化，从而不可逆转地损坏了光纤。光纤的局部损坏具有使光纤中光信号减弱的效应。在与光纤一端连接以接受减弱光信号的测量装置上可以观察到光纤传送特性的变化。本发明的组合光纤故障传感器可以是上述的一条光纤，其一端设在绝缘子内，并且被处理成起到一个反射器的作用，光纤的另一端引到绝缘子之外与测量装置连接。

在本发明的另一个方面，组合光学传感器可以是测量作用在绝缘子上的一个机械应力传感器和/或一个热应力传感器，特别是在绝缘子使用时。更确切地说，可以采用写入光纤的Bragg光栅来测量绝缘子支承杆的变形，或甚至测量绝缘子内的温度值。

为了测量变形，把Bragg光栅写入一个已去除保护套到光学包层的光纤区域。这个写入Bragg光栅的光纤区域长几厘米，例如以沿绝缘子支承杆纵轴延伸的方式，把它粘到绝缘子的支承杆上，从而检测其纵向变形。引到绝缘子之外的光纤端与一个测量装置连接，测量装置适于探测在绝缘子上作用的机械应力影响下被Bragg光栅反射的光谱线的偏移。在温度影响下也发生这个被Bragg光栅反射的光谱线的偏移。沿着同一光纤添加一个第二光栅，承受相同的温度变化但不承受相同的机械应力，使得可以考虑温度对第一个Bragg光栅的影响。最好是把两个Bragg光栅定心在不同的波长上，从而保证在两个光栅上分别完成的测量之间没有干扰。

如果采用Bragg光栅来测量温度，把它写入与绝缘子的金属端接头紧密接触，例如与绝缘子高压端的端接头紧密接触的一个光纤端区中，它可以用于完成连续的监测，以保证端接头不会发热到高于绝缘子存在受损风险的限制温度值。在本发明复合材料的线路电绝缘子中采用一个组合光纤温度传感器，有利地使得可以改进输电网的线路管理设施，因为传感器可以通知电分配器是否可以增加传送的电量而不损坏绝缘子。当然，并且不超出本发明的范围，可以用测量由机械、热或其他原因引起应力的某些其他类型元件来替代Bragg光栅，它们可以设在光纤内部或外部，但组合在绝缘子中。

参照下面提到的附图，在以下描述中将更详细地描述本发明及其特征和优点。

图1是本发明复合材料绝缘子的示意图，装有一个组合的光纤故障传感器。在这个图中，已经去除了包围支承杆的一部分覆盖层，以便显示出设在绝缘子内的光纤。

图2表示了一部分光纤，包括形成组合传感器的一个Bragg光栅，以测量由机械引起的应力。

图3表示了光纤的设置，包括一个Bragg光栅并设在本发明的复合材料绝缘子中，以测量由温度引起的应力。

在图1中举例说明的复合材料电绝缘子1是一个线路绝缘子，用于安装在塔架来支承高压线路。它包括一个形成实心支柱的刚性绝缘支承杆2，其两端插入两个相关的空心金属端接头3，3’中。依靠弯边或依靠胶接，甚至依靠胶接和收缩配合，以常规方式把这些金属端接头3，3’固定到支承杆2的两端。支承杆2由常规的环氧树脂和玻璃纤维复合材料制成。本发明也应用于变电所的复合材料绝缘子，它包括一个管状支承杆2，适于构成如高压/中压变压器的电气设备的一个地面支承腿。