长余辉发光材料在配电网安全标志中的应用

金 钰，符 斌，杨晓龙，吕鸿宇

(1. 中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，云南 昆明 650051；2.昆明理工大学，云南 昆明 650093)

0 引言

安全标志是用以表达特定安全信息的标志，由图形符号、安全色、几何形状或文字构成，包括禁止类、警告类、指令类、提示类和消防安全类标志。配电网的安全标志在保障人身和设备安全、减少安全隐患、提高配网运行管理水平、规避法律风险，体现企业的总体形象中起着举足轻重的作用。

南方电网公司企业标准Q/CSG 1207001—2015《配网安健环设施标准》中仅在安全标志的制作要求章节简单提到一次自发光材料，即“室外露天场所设置的消防安全标志及交通标志宜用反光材料或自发光材料制成。”而长余辉发光材料已经在公路交通标识中得到了成熟而广泛的应用。受公路蓄能型自发光交通标识的启发，尝试将长余辉发光材料应用到配电网安全标志中，并从安全性、耐用性、经济性上论述自发光安全标志的优越性。

1 配电网安全标志的现状及存在问题

1.1 制作要求及设置标准

2015年以来，南方电网公司的配电网基建、生产项目均按照Q/CSG 1207001—2015《配网安健环设施标准》企业标准要求设置安全设施标志。

1.1.1 制作要求

固定式标志牌一般选用厚约1 mm的铝板、不锈钢板等易加工不易变形的材料；移动式标志牌根据实际情况亦可选用SMC复合材料、塑料等；有触电危险的场所或易造成短路的设备及作业场所的标志牌应使用绝缘材料制作。标志牌表面采用丝印(户外漆)。

室外露天场所设置的消防安全标志及交通标志宜用反光材料或自发光材料制成。对于照明条件差的场所，标志可采用反光材料制作；对于照明条件极差的场所，标志可采用荧光材料制作。

涂刷类标志材料应选用耐用、不褪色的涂料或油漆，各类标线宜采用道路专用线漆涂刷[1]。

1.1.2 设置标准

1)架空线路标志：架空线路的每基杆塔挂设标志牌，标志牌内容包括：变电站名称、电压等级、线路名称、杆塔编号等；线路的变电站出口杆塔、终端杆塔、分支杆塔、耐张杆塔、转角杆塔的标志牌加相序色标明相序。在经常容易遗失标志牌的杆塔，宜在塔身适当位置喷涂电压等级、线路名称和杆塔号。

2)电缆线路标志：电缆终端、电缆本体、电缆中间接头处挂设标志牌。敷设在人行道或公路等通道下的电缆线路应设置电缆地面走向标志；敷设在人行道和公路等通道之外及泥质地带的电缆线路设置电缆地面标志桩，如图1所示。

图1 电缆地面标志桩(方柱)

3)户外配电设备标志：台架变、座地式台变、杆塔上开关、刀闸、跌落式熔断器的安装横梁或相应位置上均设置方便检修、巡视及停电核对设备的标志牌。

4)配电房及户内配电设施标志：配电室、室内开关站、箱变、户外开关箱、电缆分接箱正门显眼位置设置名称标志牌。

1.2 存在问题

配电网工程中，农村电网占据较大比例，受地理条件限制，通常10 kV及0.4 kV架空线路多沿乡村道路边架设，由于农村道路夜晚照明系统不完善，有的甚至不具备照明系统，加上道路狭窄，经常存在弯急、坡陡路段，机动车驾驶人员甚至行人不易准确判断路况，容易发生碰撞路边杆塔的事故。同时，遇到夜间停电抢修时，抢修人员也难以快速准确定位故障的台变和杆塔。

1.3 配电网安全标志现状

目前架空线路杆塔所采用的警告标志如下：

在公路边或其它容易受外力破坏的杆塔上用反光油漆刷涂成红白相间的标志或粘贴红白间的反光铝膜作为危险警告标志，如图2所示。

图2 架空杆塔警告标志

有可能危及行人或行车安全的杆塔拉线上套上涂成红白相间的保护管作为警告标志，如图3所示。

图3 拉线警告标志

有可能危及人身或行车、行船安全的线路上套上涂成红白相间的保护管作为警告标志，如图4所示。

图4 架空线路警告标志

以上措施不能解决夜间交通安全及抢修定位的问题。而且，完善村庄照明系统不仅前期投资很大，后期照明的电费也会给村镇造成经济负担和资源浪费。然而，在交通标识设置的技术规程中，已对路段示警柱采用自发光警示标识或路面标识有了具体要求，可以作为农网线路杆塔标识的借鉴，如图5所示。

图5 路侧示警柱警示标示夜间效果

此外，除了配电网新建和改建工程中新购置的标志牌，在施工、运维和检修过程中，也会大量使用到禁止类、警告类、提示类、消防安全类标志牌，如“禁止攀登 高压危险”“ 禁止合闸有人工作”“施工现场 禁止通行”“禁止烟火”“当心触电”“必须戴安全帽”“当心火灾”等等，根据《南方电网公司电网工程主要设备材料信息价》，一块标识牌的价格为41～52元，10 kV线路杆号牌24元/套，10 kV相序牌27元/套，由于配电网标志牌使用量大，每年投入到安健环标志牌中的费用相当可观。然而，配电网中运行在户外的标志牌、反光膜等受日晒、风吹、雨淋，3～5 a即会出现老化褪色现象，杆塔上的喷漆模糊不清或者被杂乱广告覆盖。所以增强标志牌的耐用性并降低成本，将为配网的降本增效运行起到重要作用。

2 长余辉发光材料的制备及应用优势

2.1 长余辉发光材料简介

长余辉发光材料是白天吸收自然光，并将光能储存起来，夜晚当日光停止照射时，储存的光能以可见光的形式释放出来的新型功能材料，且余晖时间较长。该种材料能广泛应用于建筑装饰、地铁通道、船舶运输、消防安全、室内装饰等领域[2]，具有安全、节能、美观等诸多优点。

2.2 长余辉发光标识牌的制备

本人通过材料合成→字体制作→混漆涂覆等制作工艺，制备的长余辉发光标识牌，发光效果如图6所示。

图6 自然光和黑暗条件下效果图

目前的制备方法是将混有微量稀土氧化物的元素(发光剂)与Al2O3、SiO2等氧化物和CaCO3，硼酸按一定比例混合，在1 400 ℃氢气气氛下固相烧制而成，构成稀土硅酸盐、稀土铝酸盐的固溶体或化合物，稀土以离子形式存在于基体材料晶格内部，烧制的颜色取决于添加稀土的成分，例如：氧化铕、氧化镝形成紫色，而添加氧化铕、氧化钕则形成绿色，如图7所示。

图7 绿色和紫色发光粉体制备图

最终将烧制的无机物研磨成粉体，与清漆混合后涂覆在制备好的标志牌底板上，也可混合在橡胶、塑料中压制成软质的橡塑铭牌，或者与多种透明树脂混合，制成发光涂料，或通过粉体喷涂的形式，在特定位置直接喷射成型。进而能满足不同场所对于不同材质的要求。当光源照射约30 min后，释放光能，余辉可达11.5 h以上，其亮度值不低于3 mcd/m2(肉眼可识别最低光强值)，可无数次循环使用[3]。由于是物质结构本身所产生的光吸收，只要物质结构稳定，则该材料发光性能不会产生变化。

2.3 长余辉发光材料应用优势

与传统无机材料相比，油漆与染色剂只是简单的机械混合，并且同为有机物，相比上述无机物，有机物耐温度变化，但耐酸碱侵蚀的稳定性较差。而长余辉发光材料由于在1 000 ℃以上烧制而成，具有良好的耐候性和稳定性，同时具有夜晚发光的特征。

自从20世纪初发现长余辉现象以来，长余辉材料一直在迅速发展，目前稀土离子掺杂的长余辉发光材料无毒、无放射性，化学性能稳定，其发光亮度和持续发光时间是传统荧光材料的30～50倍，用标准激发光源激发10 min的余晖亮度大于2 000 mcd/m2，余辉时间超过12 h，完全能够满足夜间引导的要求,并可无限次反复使用[4]。长余辉材料费成本相比油漆偏贵，按照其与清漆混合涂刷，价格初步核算小于10元/m2(不含清漆费用)，与人工费相比可以忽略。

3 结语

长余辉材料是能充分利用周围自然光源吸光蓄能，这种吸收光—储存光—发光—再吸收光的过程可无限循环地进行下去，是一种“绿色”光源材料。利用长余辉材料的性能，将其应用在配电网架空线路、电缆、配电设备等的各类安全标志牌中，不仅能够解决目前存在的道路交通安全、夜间电力维修定位困难等问题，还可以节约能源、减少能耗。长余辉材料标志牌无毒害，发光效率高，余辉时间长，化学稳定性和抗氧化性好，在紫外照射下或潮湿空气中比较稳定，能保持良好的发光状态，节能效果优异，具备广阔的市场前景。