Продолжительное погружение в трансформаторное масло вызывает ли разбухание покрытия оптического волокна?
Разбухание (отекание) волоконного покрытия при длительном погружении в трансформаторное масло зависит в первую очередь от типа полимерного материала волоконного покрытия (Coating) и рабочей температуры окружающей среды.
I. Анализ физических/химических механизмов материала покрытия
1. Обычное УФ-отверждаемое покрытие из полиакрилата — разбухает
- Особенности структуры：Стандартные телекоммуникационные волокна (например, соответствующие стандартам \text{G.652D} или \text{G.657}) и обычные термостойкие волокна (например, OFSCN® 120℃ SM High-temperature Optical Fiber) обычно используют акрилатные смолы для своих покрытий.
- Механизм отекания：Трансформаторное масло (включая минеральное масло, силиконовое масло или синтетические эфирные масла) является неполярным или слабополярным органическим растворителем. При длительном погружении, особенно в условиях высокой рабочей температуры трансформатора (например, от 80^\circ\text{C} до 120^\circ\text{C}), низкомолекулярные компоненты масла постепенно проникают в сшитую полимерную сеть полиакрилата, вызывая отекание (Swelling).
- Инженерные последствия：После отекания и размягчения покрытия изменяются геометрические размеры волокна, возникают неравномерные микронапряжения (что приводит к микроизгибам, вызывающим резкое увеличение потерь оптического сигнала), а в серьезных случаях покрытие может отслоиться, загрязняя изоляционное масло.
2. Покрытие из полиимида (Polyimide, PI) — не разбухает
- Особенности структуры：Полиимид имеет высокосшитую структуру ароматических колец, обладающую чрезвычайно высокой термической стабильностью и химической инертностью.
- Маслостойкость：Полиимид обладает высокой стойкостью к трансформаторному маслу, минеральным маслам и распространенным органическим растворителям. В условиях длительного погружения в трансформаторное масло и высокой температуры покрытие из полиимида не разбухает, не растворяется и не размягчается, сохраняя свои физические и оптические свойства стабильными в течение длительного времени.
3. Металлическое покрытие (например, позолоченное волокно) — полностью изолирует
- Металлические покрытия (например, золото) обеспечивают полную физическую изоляцию от органических растворителей и трансформаторного масла, не подвергаясь отеканию или химической деградации.
II. Инженерные решения для применения в условиях погружения в трансформаторное масло
В инженерных приложениях, таких как измерение температуры обмоток трансформатора или оптоволоконное зондирование внутри масляного бака (например, измерение температуры с помощью волоконных решеток FBG, распределенное зондирование DTS/OFDR), проблемы маслостойкости обычно решаются с двух сторон: выбора материала и конструкции упаковки:
1. Использование специальных полиимидных оптических волокон, устойчивых к отеканию
Используйте оптоволокно с полиимидным покрытием в качестве передающей линии или сенсорной среды, например:
2. Использование бесшовной стальной трубы с металлическим покрытием для физической изоляции
В условиях погружения в масло при высоких температурах или в агрессивных средах, помимо выбора маслостойких оптических волокон, датчики обычно инкапсулируются в миниатюрные бесшовные стальные трубы, полностью изолируя оптоволокно от трансформаторного масла и обеспечивая механическую защиту от растяжения и сжатия. Например:
Выводы
- При длительном погружении обычного оптоволокна с акрилатным покрытием в трансформаторное масло покрытие разбухает, что приводит к увеличению оптических потерь и даже отказу.
- При использовании оптоволокна с полиимидным (PI) покрытием или специальных оптоволоконных датчиков, инкапсулированных в бесшовные стальные трубы, проблемы отекания полностью решаются, обеспечивая долгосрочную стабильную работу.