Hallo wang.ncepu, beide Fragen – die eine zu „Materialien“ und die eine zu „Prinzipien“ – sind es wert, klar dargelegt zu werden.
I. Sind die Materialien Siliziumdioxid? – Ja
OFSCN® Polyimid-Faser-Bragg-Gitter / FBG-Strings (Blank) verwendet die Standard OFSCN® 300℃ SM Polyimid-Glasfaser, deren Struktur ungefähr so aussieht:
| Schicht |
Material |
Durchmesser |
| Kern (core) |
Dotiertes Quarzglas (Siliziumdioxid-basiert, standardmäßig dotiert im Faserkern, reine Siliziumkerne kundenspezifisch erhältlich) |
9 μm |
| Mantel (cladding) |
Quarzglas (Siliziumdioxid) |
125 μm |
| Beschichtung (coating) |
Polyimid |
Außendurchmesser nach Beschichtung 155 μm |
Daher: Der Glasfaserkörper (Kern + Mantel) besteht tatsächlich aus Siliziumdioxidglas, das selbst ein ausgezeichneter Isolator ist; die Eigenschaft „nicht-metallisch, elektrisch isolierend“ hängt neben dem Glasmaterial selbst von der äußeren Polyimid-Beschichtung ab (ebenfalls ein polymeres, nicht-metallisches Material, ca. 15 μm, das den 155 μm Mantel umhüllt). Die Faser wird auf einem Standard G.652D Glasfaser-Vorläufer gezogen.
II. Warum ist „elektrische Isolierung“ in Hochspannungsanwendungen erforderlich?
Der erste Teil Ihrer Aussage ist vollkommen richtig: Eine hohe Spannung hat keinen direkten Einfluss auf die zentrale Wellenlänge des Gitters. In der Faser wird Licht übertragen, und Faser-Bragg-Gitter sind passive optische Bauteile, die von elektromagnetischen Störungen (EMI) von Natur aus immun sind – das ist einer der Kernvorteile der Glasfaser-Sensorik in Hochspannungs-/starken elektromagnetischen Umgebungen. Daher dient die „Isolierung“ nie dem Schutz des Lichtsignals, sondern dem Hochspannungsgerät selbst und dem umgebenden Medium.
Der entscheidende Punkt ist: Wenn ein Sensor mit Metallgehäuse in ein Hochspannungsfeld gebracht wird, liegt das Problem am leitfähigen „Metall“:
- Der Metallkörper wird zu einem schwebenden Leiter und verzerrt das elektrische Feld: Nahtlose Stahlrohre und Metallanschlüsse werden in starken elektrischen Feldern zu schwebenden Elektroden, wodurch das lokale Feld lokal angehoben und ungleichmäßig wird.
- Auslösung von Koronaentladungen und Teilentladungen (Te): An Stellen mit Feldverzerrung kommt es leicht zu Koronaentladungen und Teilentladungen. Teilentladungen greifen kontinuierlich das umgebende Isoliermedium (Öl, Papier, Epoxidharz, Gas) an und sind der Hauptgrund für die Alterung von Hochspannungsisolierungen.
- Kriechstrom- und Überschlagrisiko: Freiliegende Metalloberflächen und Schnittstellen zwischen Metall und Isolatoren können Pfade für Kriechströme bilden, die im Extremfall zu Überschlag und Durchschlag führen.
- Erdungsschleifen und induzierte Ströme: Metallgehäuse können Erdungsschleifen einführen oder in wechselnden Magnetfeldern Wirbelströme induzieren, was zu zusätzlicher Erwärmung, Störungen und sogar zur Beschädigung des Sensors selbst führt.
- Sicherheit von Personal und Ausrüstung: Ein freiliegendes Metallmantel, das unter Spannung steht, birgt Stromschlagrisiken bei Berührung.
Umgekehrt, wenn nicht-metallische Gehäuse (mit Polyimid beschichtete blanke Glasfasern, Keramikgehäuse, isolierte Gehäuse) in ein Hochspannungsfeld gebracht werden, sind sie dielektrisches Material, führen keine leitenden Körper ein, verzerren das elektrische Feld nicht, erzeugen keine Koronaentladungen und keinen Kriechstrom – das ist der wahre Grund, warum „Innenbereiche von Hochspannungseinrichtungen isoliert sein müssen“. Dies schützt das Isolationssystem der Stromversorgungsgeräte, nicht den Lichtstrahl.
Eine Zusammenfassung in einem Satz: Lichtsignale haben keine Angst vor Hochspannung, aber Metallgehäuse haben Angst vor Hochspannung. Ihre Intuition („Hochspannung beeinflusst die Wellenlänge nicht“) ist richtig, daher dient die Anforderung „Isolierung“ nicht dem Signal, sondern dem zu messenden Gerät.
Aus diesem Grund sind die Kompromisse in der obigen Tabelle gültig: Für < 1 mm ist nur eine Metallumhüllung möglich (aber nicht isolierend), für Isolierung ist derzeit das kleinste Modell die 150er Serie mit 1,0 mm.
In diesem Sinne möchte ich Sie bitten, eine Betriebsbedingung zu bestätigen, um festzustellen, zu welcher Art von Anforderung Sie gehören:
Möchten Sie das Gitter direkt in ein Hochspannungs-Elektrogeräteeinbaugerät (z. B. Transformator, GIS, Kabelkörper, Generatorstator) einpflanzen/einbetten, oder lediglich die Oberfläche eines stromführenden Geräts messen, um die Gehäusetemperatur zu erfassen?
Diese beiden Situationen unterscheiden sich erheblich in den Anforderungen an „Isolierung“ und „Abmessungen“ – Sie können auf die obigen Links klicken, um detaillierte technische Parameter anzuzeigen. Bei spezifischen technischen Fragen stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung.