長余輝發光材料在配電網安全標志中的應用

金 鈺，符 斌，楊曉龍，呂鴻宇

(1. 中國能源建設集團云南省電力設計院有限公司，云南 昆明 650051；2.昆明理工大學，云南 昆明 650093)

0 引言

安全標志是用以表達特定安全信息的標志，由圖形符號、安全色、幾何形狀或文字構成，包括禁止類、警告類、指令類、提示類和消防安全類標志。配電網的安全標志在保障人身和設備安全、減少安全隱患、提高配網運行管理水平、規避法律風險，體現企業的總體形象中起著舉足輕重的作用。

南方電網公司企業標準Q/CSG 1207001—2015《配網安健環設施標準》中僅在安全標志的制作要求章節簡單提到一次自發光材料，即“室外露天場所設置的消防安全標志及交通標志宜用反光材料或自發光材料制成。”而長余輝發光材料已經在公路交通標識中得到了成熟而廣泛的應用。受公路蓄能型自發光交通標識的啟發，嘗試將長余輝發光材料應用到配電網安全標志中，并從安全性、耐用性、經濟性上論述自發光安全標志的優越性。

1 配電網安全標志的現狀及存在問題

1.1 制作要求及設置標準

2015年以來，南方電網公司的配電網基建、生產項目均按照Q/CSG 1207001—2015《配網安健環設施標準》企業標準要求設置安全設施標志。

1.1.1 制作要求

固定式標志牌一般選用厚約1 mm的鋁板、不銹鋼板等易加工不易變形的材料；移動式標志牌根據實際情況亦可選用SMC復合材料、塑料等；有觸電危險的場所或易造成短路的設備及作業場所的標志牌應使用絕緣材料制作。標志牌表面采用絲印(戶外漆)。

室外露天場所設置的消防安全標志及交通標志宜用反光材料或自發光材料制成。對于照明條件差的場所，標志可采用反光材料制作；對于照明條件極差的場所，標志可采用熒光材料制作。

涂刷類標志材料應選用耐用、不褪色的涂料或油漆，各類標線宜采用道路專用線漆涂刷[1]。

1.1.2 設置標準

1)架空線路標志：架空線路的每基桿塔掛設標志牌，標志牌內容包括：變電站名稱、電壓等級、線路名稱、桿塔編號等；線路的變電站出口桿塔、終端桿塔、分支桿塔、耐張桿塔、轉角桿塔的標志牌加相序色標明相序。在經常容易遺失標志牌的桿塔，宜在塔身適當位置噴涂電壓等級、線路名稱和桿塔號。

2)電纜線路標志：電纜終端、電纜本體、電纜中間接頭處掛設標志牌。敷設在人行道或公路等通道下的電纜線路應設置電纜地面走向標志；敷設在人行道和公路等通道之外及泥質地帶的電纜線路設置電纜地面標志樁，如圖1所示。

圖1 電纜地面標志樁(方柱)

3)戶外配電設備標志：臺架變、座地式臺變、桿塔上開關、刀閘、跌落式熔斷器的安裝橫梁或相應位置上均設置方便檢修、巡視及停電核對設備的標志牌。

4)配電房及戶內配電設施標志：配電室、室內開關站、箱變、戶外開關箱、電纜分接箱正門顯眼位置設置名稱標志牌。

1.2 存在問題

配電網工程中，農村電網占據較大比例，受地理條件限制，通常10 kV及0.4 kV架空線路多沿鄉村道路邊架設，由于農村道路夜晚照明系統不完善，有的甚至不具備照明系統，加上道路狹窄，經常存在彎急、坡陡路段，機動車駕駛人員甚至行人不易準確判斷路況，容易發生碰撞路邊桿塔的事故。同時，遇到夜間停電搶修時，搶修人員也難以快速準確定位故障的臺變和桿塔。

1.3 配電網安全標志現狀

目前架空線路桿塔所采用的警告標志如下：

在公路邊或其它容易受外力破壞的桿塔上用反光油漆刷涂成紅白相間的標志或粘貼紅白間的反光鋁膜作為危險警告標志，如圖2所示。

圖2 架空桿塔警告標志

有可能危及行人或行車安全的桿塔拉線上套上涂成紅白相間的保護管作為警告標志，如圖3所示。

圖3 拉線警告標志

有可能危及人身或行車、行船安全的線路上套上涂成紅白相間的保護管作為警告標志，如圖4所示。

圖4 架空線路警告標志

以上措施不能解決夜間交通安全及搶修定位的問題。而且，完善村莊照明系統不僅前期投資很大，后期照明的電費也會給村鎮造成經濟負擔和資源浪費。然而，在交通標識設置的技術規程中，已對路段示警柱采用自發光警示標識或路面標識有了具體要求，可以作為農網線路桿塔標識的借鑒，如圖5所示。

圖5 路側示警柱警示標示夜間效果

此外，除了配電網新建和改建工程中新購置的標志牌，在施工、運維和檢修過程中，也會大量使用到禁止類、警告類、提示類、消防安全類標志牌，如“禁止攀登 高壓危險”“ 禁止合閘有人工作”“施工現場 禁止通行”“禁止煙火”“當心觸電”“必須戴安全帽”“當心火災”等等，根據《南方電網公司電網工程主要設備材料信息價》，一塊標識牌的價格為41～52元，10 kV線路桿號牌24元/套，10 kV相序牌27元/套，由于配電網標志牌使用量大，每年投入到安健環標志牌中的費用相當可觀。然而，配電網中運行在戶外的標志牌、反光膜等受日曬、風吹、雨淋，3～5 a即會出現老化褪色現象，桿塔上的噴漆模糊不清或者被雜亂廣告覆蓋。所以增強標志牌的耐用性并降低成本，將為配網的降本增效運行起到重要作用。

2 長余輝發光材料的制備及應用優勢

2.1 長余輝發光材料簡介

長余輝發光材料是白天吸收自然光，并將光能儲存起來，夜晚當日光停止照射時，儲存的光能以可見光的形式釋放出來的新型功能材料，且余暉時間較長。該種材料能廣泛應用于建筑裝飾、地鐵通道、船舶運輸、消防安全、室內裝飾等領域[2]，具有安全、節能、美觀等諸多優點。

2.2 長余輝發光標識牌的制備

本人通過材料合成→字體制作→混漆涂覆等制作工藝，制備的長余輝發光標識牌，發光效果如圖6所示。

圖6 自然光和黑暗條件下效果圖

目前的制備方法是將混有微量稀土氧化物的元素(發光劑)與Al2O3、SiO2等氧化物和CaCO3，硼酸按一定比例混合，在1 400 ℃氫氣氣氛下固相燒制而成，構成稀土硅酸鹽、稀土鋁酸鹽的固溶體或化合物，稀土以離子形式存在于基體材料晶格內部，燒制的顏色取決于添加稀土的成分，例如：氧化銪、氧化鏑形成紫色，而添加氧化銪、氧化釹則形成綠色，如圖7所示。

圖7 綠色和紫色發光粉體制備圖

最終將燒制的無機物研磨成粉體，與清漆混合后涂覆在制備好的標志牌底板上，也可混合在橡膠、塑料中壓制成軟質的橡塑銘牌，或者與多種透明樹脂混合，制成發光涂料，或通過粉體噴涂的形式，在特定位置直接噴射成型。進而能滿足不同場所對于不同材質的要求。當光源照射約30 min后，釋放光能，余輝可達11.5 h以上，其亮度值不低于3 mcd/m2(肉眼可識別最低光強值)，可無數次循環使用[3]。由于是物質結構本身所產生的光吸收，只要物質結構穩定，則該材料發光性能不會產生變化。

2.3 長余輝發光材料應用優勢

與傳統無機材料相比，油漆與染色劑只是簡單的機械混合，并且同為有機物，相比上述無機物，有機物耐溫度變化，但耐酸堿侵蝕的穩定性較差。而長余輝發光材料由于在1 000 ℃以上燒制而成，具有良好的耐候性和穩定性，同時具有夜晚發光的特征。

自從20世紀初發現長余輝現象以來，長余輝材料一直在迅速發展，目前稀土離子摻雜的長余輝發光材料無毒、無放射性，化學性能穩定，其發光亮度和持續發光時間是傳統熒光材料的30～50倍，用標準激發光源激發10 min的余暉亮度大于2 000 mcd/m2，余輝時間超過12 h，完全能夠滿足夜間引導的要求,并可無限次反復使用[4]。長余輝材料費成本相比油漆偏貴，按照其與清漆混合涂刷，價格初步核算小于10元/m2(不含清漆費用)，與人工費相比可以忽略。

3 結語

長余輝材料是能充分利用周圍自然光源吸光蓄能，這種吸收光—儲存光—發光—再吸收光的過程可無限循環地進行下去，是一種“綠色”光源材料。利用長余輝材料的性能，將其應用在配電網架空線路、電纜、配電設備等的各類安全標志牌中，不僅能夠解決目前存在的道路交通安全、夜間電力維修定位困難等問題，還可以節約能源、減少能耗。長余輝材料標志牌無毒害，發光效率高，余輝時間長，化學穩定性和抗氧化性好，在紫外照射下或潮濕空氣中比較穩定，能保持良好的發光狀態，節能效果優異，具備廣闊的市場前景。