感溫變色示警電纜在演出場所的應(yīng)用研究

朱玉杰 程國辰

摘要：本文論述感溫變色示警電纜在演藝場所的應(yīng)用優(yōu)點、電纜因使用不當(dāng)產(chǎn)生的隱患以及感溫變色示警電纜的應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：感溫變色示警電纜;隱患;發(fā)熱;變色;預(yù)警

中圖分類號：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）13-00-02

1 產(chǎn)品概述

近年來，中國文化旅游產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，從而帶動國內(nèi)與文旅發(fā)展相關(guān)的項目建設(shè)（大劇院、藝術(shù)中心、室內(nèi)秀場、實景演出、廣電中心等）發(fā)展，與之相關(guān)的舞臺燈光專用電纜的市場需求也隨之劇增。鑒于舞臺演出公共安全的特殊要求，電纜的安全運行要求十分嚴(yán)格。然而目前國內(nèi)外的電纜生產(chǎn)和研究單位，對電纜的研究只停留在解決阻燃、降低燃燒煙密度、簡化結(jié)構(gòu)、降低成本等方面，很少對電纜的安全性和智能化開展研究。

河南金博實業(yè)有限公司針對演藝場所電纜運行安全、隱患預(yù)警智能化，開展課題研究，課題名稱為感溫變色示警電纜。

感溫變色示警電纜的研發(fā)改變了傳統(tǒng)電纜的簡單輸電功能。它不僅僅能夠輸送電源或信號，而且賦予電纜智能特性和記憶特性，具有能夠在運行中感知隱患并提前預(yù)警的功能，以達(dá)到及時維護(hù)、降低風(fēng)險的目的。這一電纜的成功研發(fā)，對電纜行業(yè)以及電纜材料行業(yè)的研究具有一定的促進(jìn)作用。如果感溫變色示警電纜推廣開來，其會在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，具有較高的社會價值和經(jīng)濟價值。

2 產(chǎn)品研發(fā)的必要性

2.1 在電源電纜運行中存在的常見隱患

在電源電纜運行中，會因為安裝使用不當(dāng)、違規(guī)操作等行為常造成隱患。

（1）電纜導(dǎo)體電阻不符合要求，導(dǎo)致運行中電阻過大，產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。

（2）系統(tǒng)負(fù)荷過載，造成電纜過流，引起電纜發(fā)熱。

（3）安裝電纜時橋架內(nèi)的排列過于密集，通風(fēng)散熱效果不好。

（4）在電纜轉(zhuǎn)接過程中，接頭焊接與壓接技術(shù)不到位，造成接頭處接觸電阻過大，甚至引起打火。

（5）電纜相間因長時間使用，絕緣性能下降，導(dǎo)致相間漏電。

（6）電纜靠近其他熱源太近，影響了電纜的正常散熱。

這些常見隱患的所表現(xiàn)出來的共同特點都是電纜發(fā)熱。（如圖1、圖2、圖3）

電纜在運行中如果出現(xiàn)短路或過載等異常時，系統(tǒng)中的各種保護(hù)功能和措施比較齊全完善，可以及時進(jìn)行阻斷隔離。但在線纜轉(zhuǎn)接處，尤其是接插件連接處，存在由于接觸不良造成的過熱，以及靠近熱源無法正常散熱等隱患，系統(tǒng)中尚未有針對這些隱患的完善保護(hù)措施和裝置。電纜產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象后，如不及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患，繼續(xù)長期通電運行，將會造成電纜絕緣護(hù)套老化，產(chǎn)生絕緣熱擊穿現(xiàn)象，以及電纜發(fā)生相間短路跳閘現(xiàn)象，嚴(yán)重時可能燒毀電路甚至引發(fā)火災(zāi)。

2.2 劇院/演播廳常規(guī)舞臺燈光電纜運行狀況樣本采集、分析（如表1、表2）

采集和分析電纜運行溫度數(shù)據(jù)可以得出結(jié)果。

（1）電纜正常運行時的溫度與環(huán)境溫度相差應(yīng)在5℃以內(nèi)。

（2）劇院、演播廳內(nèi)正常的環(huán)境溫度不影響電纜的運行。

（3）電纜在插頭轉(zhuǎn)換連接處極易存在隱患，且不易被發(fā)現(xiàn)。

例如，表2某歌舞團大劇場編號IR000339、IR000340兩個點位的隱患是在紅外測溫成像儀的檢測中發(fā)現(xiàn)的。（如圖5、圖6）

IR000339 二層側(cè)燈室 44.7（高溫隱患）

IR000340 二層側(cè)燈室 46.8（高溫隱患）

（4）通過電纜運行溫度與導(dǎo)體電流相互關(guān)系曲線圖分析。在發(fā)熱狀態(tài)下運行電纜，會給電纜帶來很大的隱患。溫度越高，其過流越大，對電纜的損傷越大。

電纜長期發(fā)熱運行會對絕緣、護(hù)套形成熱腐蝕，加速其老化，降低電纜使用壽命，形成安全隱患。

2.3 維護(hù)設(shè)備正常運行和線路的安全的常規(guī)辦法和局限性

（1）人工定期巡視檢查。其缺點是只能憑借經(jīng)驗進(jìn)行檢查，存在漏檢和誤檢情況。

（2）借助測溫儀、紅外成像儀等先進(jìn)儀器。其缺點是只能隨機篩選檢查，無法進(jìn)行全檢和實時監(jiān)控。

（3）安裝線型定溫探測器系統(tǒng)，或者分布式光纖測溫系統(tǒng)。其缺點是安裝復(fù)雜，占用空間大，投資額甚至超過了電纜的價值金額。

而感溫變色示警電纜能夠解決以上問題，既不影響電纜的正常運行，還解決了安全維護(hù)問題，同時大大降低了人力和資金的投入。

3 感溫變色示警電纜的功能特點

感溫變色示警電纜的智能化、記憶功能的實現(xiàn)原理借鑒了電子轉(zhuǎn)移型有機化合物體系的相關(guān)原理（電子轉(zhuǎn)移型有機化合物是一類具有特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)的有機發(fā)色體系，能在特定溫度下因電子轉(zhuǎn)移使該有機物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而實現(xiàn)顏色轉(zhuǎn)變），并將這一原理應(yīng)用于電纜的絕緣、護(hù)套材料制造中，從而使電纜的絕緣護(hù)套材料在特定溫度下發(fā)生顏色轉(zhuǎn)，實現(xiàn)其智能、記憶功能。

3.1 電纜具有常規(guī)電纜的供電功能

感溫變色示警電纜在電纜基本的使用功能上與常規(guī)電纜是一致的，它既可以傳輸電源，也可以傳輸信號，常規(guī)電纜所具備的功能它也全部具備。檢測結(jié)果證明，無論感溫變色示警電纜的電氣性能還是其絕緣和護(hù)套的物理機械性能均高于國標(biāo)。（如表3）

3.2 電纜具有智能化特性

電纜運行中感知導(dǎo)體溫升隱患后能夠報警，即電纜在運行過程中由于某種原因造成電纜導(dǎo)體溫度升高并傳遞給絕緣和護(hù)套，當(dāng)溫度達(dá)到限定值時，絕緣和護(hù)套即發(fā)生顏色變化（由黑色變?yōu)榧t色）給予警示。（如表4、圖7、圖8）

3.3 電纜具有記憶功能

電纜具有記憶功能表現(xiàn)為電纜溫度升高超過限定值時，電纜絕緣護(hù)套發(fā)生變色（紅色）示警。當(dāng)隱患消除溫度降低后，電纜即恢復(fù)初始正常狀態(tài)（黑色），狀態(tài)轉(zhuǎn)換時差為30秒。目前試驗往復(fù)可達(dá)20000次。（如圖9、圖10）

3.4 感溫變色示警電纜溫度設(shè)定區(qū)間范圍廣

溫度示警電纜的變色警示溫度可以按需求進(jìn)行設(shè)定，目前其設(shè)定范圍值分別為0℃、5℃、10℃、16℃、21℃、31℃、33℃、38℃、43℃、45℃、50℃、65℃、70℃、78℃。基本上能滿足舞臺燈光電纜所需的溫度。

4 感溫變色示警電纜應(yīng)用范圍

感溫變色示警電纜可在劇院、演播廳等室內(nèi)演出場所進(jìn)行應(yīng)用，優(yōu)勢明顯且功能多樣，尤其是以下三個方面的使用更能體現(xiàn)出其不可替代的作用。

第一，電纜靠近其他熱源太近，無法正常散熱，如燈尾電纜。

第二，移動用接插電纜，可以實時監(jiān)控接插件的連接和焊接是否安全。

第三，通風(fēng)散熱效果不好，電纜排列緊密且電纜轉(zhuǎn)接頭過多等電源線。

5 結(jié)語

在科研人員的不懈努力下，感溫變色示警電纜的智能特性和記憶功能技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，其他功能正在研究開發(fā)過程中。除了文化、廣電市場外，感溫變色示警電纜仍有更為廣闊的市場應(yīng)用領(lǐng)域，如白色家電、家庭裝修、工程消防、智能樓宇以及軍工領(lǐng)域。如果感溫變色示警電纜得到推廣，相信其能帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟價值。