Устройство маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования

Область техники, к которой относится заявленная полезная модель
Полезная модель относится к устройствам маркировки элементов электрооборудования для размещения на поверхностях данного оборудования, а именно к устройствам маркировки с возможностью регистрации максимальной температуры нагрева поверхности электрооборудования при перегреве, а также для выявления факта кратковременных перегревов поверхности оборудования в период пиковой нагрузки.
Уровень техники
Самоклеящиеся материалы широко применяются при производстве товаров различного назначения, для маркировки на промышленных предприятиях и в логистике, а также в бытовых условиях. Такие самоклеящиеся материалы, как правило, имеют слоистую структуру, включающую в себя изолирующий слой, клеевой слой, основу и защитный слой. Изолирующий слой защищает клеевой слой до момента приклеивания к поверхности и чаще всего изготавливается на основе синтетических пленок или силиконизированной бумаги, что обеспечивает его снятие без разрывов основы или изолирующего слоя, а также равномерный клеевой слой. В качестве клеев используются составы на основе каучука, акрила или силикона.
Основой для самоклеящихся материалов может служить бумага, картон, полимерные пленки, а также ткани. Каждый из материалов обладает своими преимуществами и недостатками. Так, бумага не отличается стойкостью к механическим воздействиям, неэластична и чувствительна к влаге воздуха, а также может воспламениться в условиях резкого скачка температуры или возникновения вблизи источника открытого пламени. Картон, помимо приведенных выше особенностей, не обладает гибкостью. Хлопчатобумажные ткани, пропитанные специальными составами и имеющие клеевой слой, используются в качестве тепло- и электроизоляции, но при этом не обладают или быстро теряют водоотталкивающие свойства и склонны к гниению. Применение в качестве основы полимерных пленок позволяет избежать указанных недостатков. Из уровня техники известны ацетатные, поливинилхлоридные (ПВХ) и другие галогенсодержащие, полиэтиленовые, полипропиленовые, полистирольные, полиэфирные и другие самоклеящиеся пленки.
Галогенсодержащие полимерные материалы обладают рядом характеристик, выгодно отличающих их от других типов подобных материалов и способствующих их широкому распространению в энергетике в качестве изоляционного материала для соединений токопроводов, концевых гильз и наконечников кабельных проводников и других назначений.
Так ПВХ пленки и другие галогенсодержащие пленки, обладают рядом необходимых свойств, которыми должен обладать материал, применяющийся в электроэнергетике, для обеспечения необходимых экплуатационных характеристик, а также должной безопасности эксплуатации как наклейки, так и самого оборудования, а именно:
- низкая горючесть и воспламеняемость: при возникновении аварийных перегревов поверхности, на которой размещен самоклеящийся материал, сама наклейка не может стать источником возгорания, а воспламенение возможно только при непосредственном действии открытого огня, после прекращения воздействия которого ПВХ и другие галогенсодержащие пленки склонны к быстрому затуханию.
- электрическая прочность и высокие диэлектрические свойства, благодаря которым самоклеящийся материал не проводит электрический ток, а при отклеивании наклейки от контролируемого элемента с последующим перекрытием отсутствует возможность возникновения пробоя и короткого замыкания.
- гибкость и эластичность обеспечивают возможность приклеивания материала к поверхности узлов установок и электрооборудования со сложной геометрией.
- прочность к разрыву и устойчивость к растяжению увеличивают срок эксплуатации ПВХ и других галогенсодержащих пленок и обеспечивают надежность их использования.
- нетоксичность: при длительной эксплуатации в условиях, близких к стандартным, не происходит выделения вредных для человека веществ.
)
)
Из уровня техники известны коммерческие самоклеящиеся ПВХ-пленки, производимые немецкой фирмой ORAFOL Europe GmbH и поставляемые под маркой ORACAL или ORATAPE fhttps://www,orafol.com/ru/europe/produkty/adhesive-tape-systems/kratkoe-opisanie. В частности, прозрачная многоразовая монтажная пленка ORATAPE МТ80Р этого производителя (https://www.orafol.com/ru/europe/produkty/oratapemt80p-application-tape обладает высокой прочностью на растяжение и снимаемым модифицированным полиактилатным клеевым слоем на основе растворителя со средней клеящей способностью, что обеспечивает возможность многократного применения.
Также из документа RU190979U1, дата публикации 18.07.2019, известна наклейка, состоящая из нескольких слоев: нижний защитный слой - лайнер, двухсторонний скотч сверхсильной фиксации, промежуточный слой праймера, слой композиционного износостойкого материала, состоящего из прочной гибкой основы и эластичного наполнителя, и наружный защитный слой. При этом в качестве материала гибкой основы композиционного износостойкого слоя используется продукт химической модификации полиэтилена хлором и сернистым ангидридом хлорсульфополиэтилен. Полезная модель обеспечивает повышение долговечности и надежности наклейки, повышение безопасности и снижение трудоемкости изготовления, а также расширяет диапазон условий применения в жарком, холодном, сухом и влажном климате, и разнообразие форм и размеров наклейки.
Тем не менее, назначением приведенных материалов, в которых в качестве гибкой основы используются галогенсодержащие полимеры, является только обеспечение необходимых адгезионных свойств к тем элементам, на которых они закреплены или размещены, а также экплуатационных характеристик: изолирующих, бытовых, информационных, декоративных и др.
Использование ПВХ и других галогенсодержащих пленок известно из источника RU 2602886 C2, дата публикации 20.11.2016, в котором описана термопластичная пленка, состоящая из термопластичного эластомера, в качестве которого выступает хлорированный полиэтилен, термопласта, являющегося пластмассой на основе хлора, и прочих компонентов. Описанная пленка обеспечивает термическую изоляцию и защиту мест стыковки и швов от влияния погодных условий и механических воздействий. Однако в данном изобретении термопластичная пленка не обладает самоклеящимися свойствами. Другим примером может служить описанная в источнике RU 29572 U1, дата публикации 20.05.2003, изоляционная лента для защиты наружной поверхности подземных трубопроводов, включающая полимерную пленку-основу, мастичный слой, антиадгезивный слой и армированный материал, размещеный в толще мастичного слоя. При этом в качестве полимерной пленки-основы используется ПВХ пленка, на которую наносятся остальные компоненты, в результате чего армированная изоляционная лента по данному изобретению получает высокие прочностные свойства и адгезию к металлу. Тем не менее, назначением приведенного изобретения является изоляция нефтепродуктопроводов, и оно не может быть использовано в электроэнергетике.
В то же время, для длительной безопасной эксплуатации оборудования энергетического назначения, необходимо своевременно выявлять дефекты, сопровождающиеся, например, перегревами контактных соединений в электроэнергетике, перегревами подшипников в механике, перегревами двигателей, зарядных устройств или аккумуляторов в бытовых приборах, приводящими к повышению температуры узлов оборудования и возникновению аварийных ситуаций.
Для обеспечения непрерывного контроля перегрева используются, в частности, индикаторы температуры, покрытые термоактивируемым составом, который изменяет цвет при достижении пороговой температуры, сигнализируя тем самым о факте перегрева (US 20060011124 A1, дата публикации 15.07.2004; US 6564742 B2, дата публикации 03.08.2001).
Индикаторы температуры могут быть двух видов: обратимые (изменяющие окраску только в нагретом состоянии и возвращающие исходный цвет при охлаждении) и необратимые (изменяющие окраску после превышения заданной температуры и сохраняющие ее после охлаждения). В отличие от обратимых индикаторов необратимые индикаторы позволяют не только выявить, но и зафиксировать максимальное значение температуры.
Также индикаторы температуры могут разделятся по принципу действия. Известны индикаторы, основанные на механическом разрушении термочувствительного элемента, на химической реакции компонентов состава или на фазовом переходе термочувствительного компонента.
Индикаторы, основанные на механическом разрушении термочувствительного элемента, имеют невысокую скорость срабатывания, а термоиндикаторы, принцип действия которых основан на химических реакциях, отличаются невысокой точностью, поскольку в соответствии с уравнением Аррениуса степень протекания химической реакции определяется не только температурой, но и временем. Поэтому длительная выдержка состава при температуре, незначительно меньшей порогового значения, также приведет к срабатыванию изделия.
Наиболее точными являются индикаторы температуры, основанные на фазовом переходе, а именно - на плавлении термоактивируемого компонента. Поскольку, в отличие от химической реакции, температура фазового перехода является константой, такие индикаторы имеют наибольшую точность, а их сохранность в исходном неактивированном состоянии при температуре, незначительно меньшей пороговой, практически не зависит от времени выдержки.
В качестве веществ, использующихся в качестве термочувствительного компонента, в таких индикаторах обычно применяются соли высших карбоновых кислот, парафины, воски, сложные эфиры многоатомных спиртов, комплексные соединения переходных металлов, а также сплавы металлов и другие составы.
%
Необратимые индикаторы температуры могут быть выполнены в однотемпературном и многотемпературном вариантах. Моноготемпературные индикаторы, как правило, представляют собой наклейки, среди производителей которых можно выделить: ООО «ТермоЭлектрика» (https://www.lesiv.pro/%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D8F-l-mark-pro), ООО «Инновационная компания «ЯЛОС» (https://www.yalosindicator.com/product/termoindikatory-kontrol-temperatury), ЗАО «НПФ «Люминофор» (https://luminophorTu/catalog/termoindikatomye-materialy/termoindikatory-plavleniya-marki-tin/). Преимуществом многотемпературных индикаторов относительно однотемпературных является то, что они позволяют определить не только факт превышения заданной температуры, но и отследить динамику развития дефекта, регистрировать максимальную температуру поверхности оборудования при перегреве, и обеспечивают возможность сравнения температур перегревов идентичных элементов (узлов оборудования).
Также следует отметить, что для использования в энергетике температурные индикаторы должны обеспечивать возможность фиксировать кратковременные аварийные перегревы, вызванные пусковыми токами или прохождением токов короткого замыкания, избыточной стартовой нагрузкой двигателей, холодным ходом, переключением или прочими процессами. Поскольку обычно нагревы вследствие аварийных или пусковых режимов работы длятся от 5 секунд до минуты, скорость индикации (срабатывания термоактивируемого состава) должна определяться нижним порогом и составлять не более 5 секунд.
Кроме того, для повышения надежности и безопасности эксплуатации электроустановок все токопроводы должны иметь специальную маркировку. Монтажные провода, жилы кабелей и жгутов, применяемые для электрических установок при стационарной прокладке в осветительных сетях, а также для монтажа электрооборудования, машин, механизмов и станков по требованиям ГОСТ 23594-79, ГОСТ Р 50462-2009 и ГОСТ 31947-2012 должны иметь одну из перечисленных маркировок: цветовую, буквенную, цифровую или буквенно-цифровую. Маркировка может содержать назначение кабельного изделия, его тип, дополнительные конструктивные признаки: материал оболочки, род защитного покрова и др., а также диаметр или сечение токопроводящих жил, число жил (групп), напряжение, волновое сопротивление и другие признаки, достаточные, чтобы отличить одно изделие от другого (ГОСТ 15845-80, ГОСТ 28763-90). Наличие маркировки выделяет находящиеся под напряжением элементы, чтобы не допустить прикосновения к ним при обслуживании оборудования под нагрузкой. Кроме того, маркировка снижает шанс соединения соседних фаз при выполнении технического обслуживания или ремонтных работ и тем самым снижает вероятность возникновения короткого замыкания, возгорания или пожара и повышает безопасность эксплуатации.
Таким образом, существует потребность в создании устройства маркировки элементов электрооборудования, выполненного с возможностью регистрации максимальной температуры нагрева поверхности электрооборудования при ее перегреве, а также кратковременных перегревов поверхности оборудования в период пиковой нагрузки.
Наиболее близким аналогом (прототипом) для заявляемой полезной модели выбраны самоламинирующиеся кабельные маркеры производителя FPE (Италия), поставляемые, например, компанией «Премиум Партнер» (https://premiumpartner.m/service-item/samolominiruyushhiesya-kabelnye-markery/) и представляющие собой клейкую пленку с матовым непрозрачным полем для нанесения цветовуой, буквенной, цифровой или буквенно-цифровой информации и прозрачной части, которая защищает нанесенную на матовую часть маркировочную информацию при оборачивании вокруг провода. Маркер имеет клеевое покрытие, позволяющее прочно прикреплять его «в защип» или «в кольцо» и обеспечивающее надежное маркирование кабеля даже на загрязненной поверхности и в агрессивных средах. Благодаря использованию в качестве материала изготовления поливинилхлорида, эта продукция имеет широкий диапазон эксплуатационных температур и диаметров маркируемого провода. Тем не менее, у прототипа отсутствует возможность регистрации температурных перегревов поверхности, на которую закреплены заявленные устройства.
Полезная модель направлена на сочетание свойств наклеек для маркировки элементов электрооборудования, где в качестве материала для гибкой основы используется галогенсодержащий полимерный материал, и многотемпературных индикаторов с возможностью регистрации максимальной температуры нагрева поверхности электрооборудования при перегреве, а также для выявления факта кратковременных перегревов поверхности оборудования в период пиковой нагрузки.
Термины и определения, используемые в настоящей полезной модели
Под «наклейкой» понимается элемент произвольной формы, тыльная сторона которого порыта клеем, защищенным изолирующей пленкой, причем после удаления пленки клеевой слой обеспечивает необходимую адгезию к поверхности. Термин «адгезия» обозначает сцепление поверхностей разнородных тел. Применительно к настоящей полезной модели, в частности, адгезия (FINAT ТМ1, после 24 часов, нержавеющая сталь) составляет не менее 15Н/25 мм.
Термин «гибкая основа» относится к материалам, обладающим способностью возвращаться в изначальную форму после изгиба.
Под термином «термоактивируемый состав» понимается состав, который изменяет свою прозрачность относительно исходного состояния при нагреве выше температуры активации, и не возвращается в исходное состояние при последующем охлаждении. Термоактивируемый состав может состоять, например, из индивидуального органического соединения или соли органической кислоты, имеющих температуру фазового перехода при температуре активации, или из смеси веществ. Кроме того, термоактивируемый состав может дополнительно включать связующее, представленное, например, органическими смолами, для лучшей адгезии термоактивируемого состава на гибкой основе, и другие добавки.
Термин «пороговая температура» или «температура активации» обозначает численное значение температуры, при котором происходит изменение свойств термоактивируемого состава. В заявляемой полезной модели точность регистрации превышения пороговой температуры составляет 5°С.
Под термином «точность регистрации превышения пороговой температуры» понимается следующее:
1. До момента достижения устройством температуры, равной пороговой температуры соответствующего термоактивируемого состава за вычетом значения заявленной точности, изменения прозрачности соответствующего термоактивируемого состава и внешнего вида устройства не происходит.
2. При температуре равной или превышающей пороговую температуру соответствующего термоактивируемого состава плюс значение заявленной точности соответствующий термоактивируемый состав является прозрачным, а устройство имеет внешний вид, отличный от исходного.
3. Точное значение фазового перехода термочувствительного компонента находится внутри заявленного диапазона и дополнительно не устанавливается. Точность регистрации превышения пороговой температуры, определяемой настоящей полезной моделью, составляет 5°С.
«Фазовый переход» - это переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. Применительно к настоящей полезной модели, фазовый переход представляет собой «плавление» и означает переход состава из твердого состояния в жидкое при повышении температуры до или выше температуры плавления состава.
Термин «быстрый нагрев» соответствует нагреву поверхности с установленным на нее устройством со скоростью не менее 5°С/сек. Абсолютное значение выбрано экспертно и соответствует скорости нагрева электроустановок при возникновении аварийных режимов, токов короткого замыкания или пусковых токов.
«Дефект» - это несоответствие объекта требованиям, установленным документацией хотя бы по одному показателю.
Под «устойчивостью к возгоранию» понимается способность материала противодействовать горению под действием источника зажигания.
Термин «электрическая прочность» определяет свойство данного устройства выдерживать приложенное к нему электрическое напряжение. Другими словами, электрическая прочность это минимальная напряженность электрического поля, при которой наступает пробой устройства.
Термин «диэлектрический» означает свойство данного устройства выдерживать приложенное к нему электрическое напряжение, при этом минимальная напряженность электрического поля, при которой наступает пробой устройства, превышает электрическую прочность воздуха в нормальных условиях с толщиной слоя 1 см, составляющую 3 кВ/мм.
Сущность полезной модели
Настоящая полезная модель создана для повышения безопасности эксплуатации энергетического оборудования, за счет маркировки элементов электрооборудования с обеспечением возможности регистрации максимальной температуры нагрева поверхности электрооборудования при перегреве, а также кратковременных перегревов поверхности данного оборудования в период пиковой нагрузки, при помощи диэлектрической гибкой маркировочной наклейки, с нанесенными термоактивируемыми составами, устойчивой к возгоранию и обладающей электрической прочностью не менее 5 кВ/мм.
Задачей настоящей полезной модели является создание устройства, обладающего сочетанием свойств маркировочных наклеек, где в качестве материала для гибкой основы используется галогенсодержащий полимерный материал и многотемпературных индикаторов.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении безопасности эксплуатации различного оборудования, в том числе энергетического назначения, за счет возможности легко и безопасно регистрировать максимальную температуру поверхности оборудования при перегреве, а также кратковременные перегревы поверхности данного оборудования в период пиковых нагрузок, с использованием маркировочной наклейки, обладающей диэлектрическими свойствами и устойчивостью к возгоранию.
Технический результат достигается за счет устройства маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры поверхности электрооборудования при перегреве, представляющего собой диэлектрическую наклейку, имеющую слоистую структуру, включающую защитную подложку, клеевой слой, гибкую галогенсодержащую полимерную основу, с нанесенными на лицевую сторону надписями, и прозрачную защитную пленку, при этом на участки лицевой поверхности основы нанесены термоактивируемые составы, необратимо изменяющие прозрачность при достижении соответствующей каждому составу пороговой температуры, указанной на наклейке, при этом толщина гибкой полимерной основы составляет менее 1 мм, а скорость срабатывания термоактивируемых составов составляет менее 5 секунд при нагреве выше соответствующей пороговой температуры.
Использование гибкой галогенсодержащей полимерной основы с толщиной менее 1 мм с нанесенными на нее термоактивируемыми составами обеспечивает возможность использования заявленного устройства для регистрации максимальной температуры кратковременных перегревов поверхности данного оборудования в период пиковых нагрузок в энергетике, поскольку указанная основа обладает диэлектрическими свойствами, гибкостью, устойчивостью к возгоранию и высокой электрической прочностью.
Скорость срабатывания каждого из термоактивируемых составов составляет менее 5 секунд при нагреве выше соответствующей составу пороговой температуры и обеспечивается, в частном случае, использованием гибкой основы толщиной не более 1 мм, что позволяет прогревать каждый термоактивируемый состав при возникновении кратковременных перегревов в период пиковой нагрузки и полностью переводить его в расплав с цветовым переходом «непрозрачный-прозрачный» в течение не более 5 секунд, а также обеспечивает необходимую теплоотдачу при воздушном охлаждении работающих устройств.
Маркировка энергоборудования обеспечивается нанесением на лицевую поверхность основы надписей, содержащих цветовую, буквенную, цифровую или буквенно-цифровую маркировочную информацию. В частных случаях гибкая галогенсодержащая полимерная основа может иметь цвет, соответствующий установленным правилам маркировки элементов энергооборудования.
Количество термоактивируемых составов в настоящей заявке не ограниченно верхним пределом, и зависит от практической задачи, реализуемой при использовании заявленного устройства (типа оборудования, необходимого шага регистрируемой температуры перегрева, площади проверяемой на нагрев поверхности и т.д.). В частных случаях, на лицевую поверхность основы нанесено три или четыре различных термочувствительных состава. При этом термоактивируемые составы могут быть нанесены как на граничащие, так и на неграничащие участки лицевой поверхности основы.
В различных вариантах осуществления полезной модели термоактивируемые составы, изменяют прозрачность при достижении пороговой температуры выбранной из диапазона 50-210°С, в частности, численные значения порога температуры могут быть выбраны из группы 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, 120°С, 130°С, 140°С, 150°С.
К примеру, для устройства, содержащего три различных термоактивируемых состава, пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, то есть, первый термоактивируемый состав изменяет прозрачность при достижении 50°С, второй термоактивируемый состав изменяет прозрачность при достижении 55°С, а третий при достижении температуры 60°С, с точностью 5°С. В других вариантах, пороговые температуры могут составлять 50°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, или 70°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, или 80°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 120°С, 150°С, или 90°С, 100°С, 110°С, или 90°С, 110°С, 130°С, или 100°С, 120°С, 140°С.
А для устройства, содержащего четыре различных термоактивируемых состава, пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 60°С, 70°С, 80°С, или 50°С, 70°С, 90°С, 110°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 80°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, или 70°С, 90°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 90°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 150°С.
В вариантах осуществления термоактивируемые составы включают органические вещества, которые при достижении пороговой температуры с точностью 5°С претерпевают фазовый переход, сопровождающийся визуальным переходом непрозрачный-прозрачный. В частных случаях, хотя бы один из термоактивируемых составов включает соль насыщенной жирной алифатической кислоты, алкан, содержащий более 23 атомов углерода, фосфиновую кислоту, насыщенную жирную алифатической кислоту.
В некоторых вариантах не менее 70% площади основы в зоне термоактивируемых составов, окрашено в черный цвет, а при достижении соответствующих пороговых температур с заявленной точностью происходит визуальный цветовой переход части поверхности устройства белый-черный, то есть термоактивируемые составы в непрозрачном состоянии имеют белый цвет
В частном случае, помимо пороговых температур на устройстве указывается также информация о дате окончания срока эксплуатации.
Лицевая сторона наклейки может быть покрыта прозрачным защитным слоем, в качестве которого может быть использован лак или полимерная пленка.
В частных случаях площадь термоактивируемых составов может занимать от 3 до 97% площади лицевой поверхности наклейки, предпочтительно не менее 30% площади лицевой поверхности наклейки.
Краткое описание чертежей
Полезная модель будет более понятна из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - Устройство маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве, в котором разные термочувствительные составы нанесены на три участка: 1а первоначальный вид наклейки, 1(б, в) частично сработавшая наклейка после превышения пороговой температуры первого (б) и второго (в) термоактивируемых составов, 1 г - полностью сработавшая наклейка после превышения пороговой температуры третьего термоактивируемого состава, 1д - слоистая структура наклейки.
Фиг. 2 Слоистая структура устройства маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве с покрытием защитным лаком или пленкой.
Фиг. 3 - Устройство маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве, в котором термочувствительные составы нанесены на четыре участка с дополнительным окрашиванием в зоне слоев термоактивируемых составов: 3а первоначальный вид наклейки,3г - частично сработавшая наклейка после превышения пороговой температуры первого (б), второго (в) и третьего (г) термоактивируемых составов, 3д -полностью сработавшая наклейка после превышения пороговой температуры четвертого термоактивируемого состава, 3е - слоистая структура наклейки.
Фиг.4 - Устройство маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве с указанием срока окончания эксплуатации.
Фиг. 5 - Устройство маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве с некоторыми из возможных вариантов указания пороговой температуры, 5а - на наклейке, рядом в термоактивируемыми составами, 56 на наклейке, в зоне термоактивируемых составов.
Фиг. 6 - Устройство маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве, в котором термоактивируемые составы нанесены на три участка с дополнительным окрашиванием в зоне слоев термоактивируемых составов: 6а - первоначальный вид наклейки, 6б полностью сработавшая наклейка после превышения пороговой температуры термоактивируемого состава с наибольшей пороговой температурой.
На фиг. 1 (а-г - лицевая сторона устройства, д - устройство в разрезе) представлено устройство маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве, представляющее собой наклейку 6, имеющую слоистую структуру (д), включающую изолирующую пленку 1, клеевой слой 2, гибкую галогенсодержащую полимерную основу 3, и нанесенные на ее лицевую сторону термоактивируемые составы 4, имеющие разную пороговую температуру (температуру активации): в исходном состоянии до нагрева (а) и после нагрева до пороговой температуры первого (б), второго (в) и третьего (г) термоактивируемых составов. На фиг. 1 изображен частный вариант устройства с тремя зонами термоактивируемых составов 4 и надписями 5 с указанием регистрируемых температур, расположенных на гибкой основе рядом с зонами термоактивируемых составов.
На фиг. 2 представлена слоистая структура устройства маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве, представляющего собой наклейку 6, имеющую слоистую структуру, включающую изолирующую пленку 1, клеевой слой 2, гибкую галогенсодержащую полимерную основу 3, и нанесенные на ее лицевую сторону термоактивируемые составы 4, имеющие разную температуру активации, наклейка покрыта прозрачным защитным слоем, в качестве которого используется лак или полимерная пленка 7. На фиг. 2 изображен частный вариант с тремя зонами термоактивируемых составов 4.
На фиг. 3 (а-д - лицевая сторона устройства, е - устройство в разрезе) представлено устройство маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве, представляющее собой наклейку 6, имеющую слоистую структуру (е), включающую изолирующую пленку 1, клеевой слой 2, гибкую галогенсодержащую полимерную основу 3, и частично покрытую краской 8, например, черной, на которую нанесены термоактивируемые составы 4, имеющие разную температуру активации: в исходном состоянии до нагрева (а) и после нагрева до пороговой температуры первого (б), второго (в), третьего (г) и четвертого (д) термоактивируемых составов. На фиг. 3 изображен частный вариант с четырьмя зонами термоактивируемых составов 4 и надписями 5 с указанием регистрируемых температур, расположенных на гибкой основе рядом с зонами термоактивируемых составов.
На фиг. 4 представлена лицевая сторона устройства маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве, представляющего собой наклейку 6, имеющую слоистую структуру, включающую изолирующую пленку 1, клеевой слой 2, гибкую галогенсодержащую полимерную основу 3, и нанесенные на ее лицевую сторону термоактивируемые составы 4, при этом на лицевую сторону гибкой основы 3, свободную от слоев термоактивируемых составов, нанесена надпись 5, содержащая указание регистрируемой температуры и срока окончания эксплуатации. На фиг. 4 изображен частный вариант с тремя зонами термоактивируемых составов 4.
На фиг. 5 представлена лицевая сторона устройство маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве, представляющего собой наклейку, включающую гибкую галогенсодержащую полимерную основу 3, и нанесенные на ее лицевую сторону термоактивируемые составы 4, при этом на лицевую сторону гибкой основы, также нанесена надпись 5, содержащая указание пороговых температур: 5а - на гибкой основе, рядом с термоактивируемыми составами, 5б на гибкой основе, в зоне термоактивируемых составов.
На фиг. 6 представлена лицевая сторона устройства маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности оборудования при перегреве, представляющего собой наклейку, включающую гибкую галогенсодержащую полимерную основу 3, и нанесенные на ее лицевую сторону термоактивируемые составы 4, имеющие разные температуры активации 5, указанные на устройстве: в исходном состоянии до нагрева (а) и после нагрева до температуры активации термоактивируемого состава с наибольшей пороговой температурой (б). На фиг. 6 изображен частный вариант с тремя зонами термоактивируемых составов 4, окрашиванием в черный цвет в зоне термоактивируемых составов и надписями 5 с указанием регистрируемых температур, расположенных на гибкой основе в зоне термоактивируемых составов.
Осуществление полезной модели
Общая технология изготовления устройства.
В качестве гибкой основы для заявленного устройства могут быть использованы ПВХ пленки с толщиной менее 1 мм, чтобы скорость срабатывания каждого из термоактивируемых составов составляла менее 5 секунд при нагреве выше соответствующей каждому составу пороговой температуры, что также повышает безопасность эксплуатации контролируемого оборудования, поскольку позволяет прогревать термоактивируемый состав при возникновении кратковременных перегревов в период пиковой нагрузки и полностью переводить его в расплав с цветовым переходом «непрозрачный-прозрачный» в течение не более 5 секунд, а также обеспечивает необходимую теплоотдачу при воздушном охлаждении работающих устройств. При использовании галогенсодержащей полимерной основы электрическая прочность устройства составляет не менее 5 кВ/мм.
Приготовление термоактивируемого состава.
Органическое вещество, например жирные соли высших карбоновых кислот (каприлат иттрия, стеарат лития, каприлат кадмия, тридеканат самария и тп), жирные карбоновые кислоты, алканы, содержащие более 23 атомов углерода, воски, микронизированные полимеры, амиды высших карбоновых кислот, фосфорсодержащие кислоты, фосфоновые кислоты и их соли и др, с температурой фазового перехода, соответствующей регистрируемой устройством пороговой температуре, измельчали до размера 2-3 микрон на шаровой мельнице, последовательно добавляли изопропанол и раствор связующего в изопропаноле или водном спирте и размешивали до однородной массы. Суспензию использовали для нанесения сразу после получения.
Органические вещества, в частном случае, подбираются таким образом, чтобы при достижении пороговой температуры они претерпевали фазовый переход, сопровождающийся визуальным переходом непрозрачный-прозрачный.
В различных вариантах выполнения, органические вещества, входящие в состав термоактивируемого состава, подбираются таким образом, что пороговая температура может быть выбрана из диапазона от 50°С до 210°С, в частных случаях, порог температуры выбран из группы: 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, 120°С, 130°С, 140°С, 150°С.
К примеру, для устройства, содержащего три различных термоактивируемых состава, пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, то есть, первый термоактивируемый состав изменяет прозрачность при достижении 50°С, второй термоактивируемый состав изменяет прозрачность при достижении 55°С, а третий при достижении температуры 60°С, с точностью 5°С. В других вариантах, пороговые температуры могут составлять 50°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, или 70°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, или 80°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 120°С, 150°С, или 90°С, 100°С, 110°С, или 90°С, 110°С, 130°С, или 100°С, 120°С, 140°С.
А для устройства, содержащего четыре различных термоактивируемых состава, пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 60°С, 70°С, 80°С, или 50°С, 70°С, 90°С, 110°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 80°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, или 70°С, 90°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 90°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 150°С.
1
2…n
На лицевую сторону устройства наносили надпись с информацией о пороговых температурах, в частных случаях, помимо пороговых температур наносилась также информация о дате окончания срока эксплуатации. В одном из вариантов исполнения, помимо пороговых температур наносилась также наносилась маркировка, содержащая цветовую, буквенную, цифровую или буквенно-цифровую маркировочную информацию. Область, на которую не должен попасть термоактивируемый состав с температурой активации T, заклеивали защитной пленкой из полиэтилена и поверхность несколько раз обработали валиком с соответствующим термоактивируемым составом. Количество проходов от 3-х до 20-ти, до получения равномерного непрозрачного покрытия толщиной до 0,8 мм. После полного высыхания слоя, защитную пленку снимали и последовательно повторяли процедуру нанесения термоактивируемых составов с температурами активации Т до получения n зон с термоактивируемыми составами.
В частном случае галогенсодержащая полимерная основа 3 может быть цветной для выполнения дополнительной маркировки фаз кабелей, монтажных проводов, жгутов и других элементов электрооборудования, причем цвет основы выбиратется в соответствии с ГОСТ 28763-90, устанавливающему, в частности, цветовую маркировку в области электротехники. Цвет гибкой основы 3 не влияет на визуальную регистрацию максимальной температуры нагрева поверхности оборудования при перегреве, однако обеспечивает маркировку устройства, необходимую для повышения общей безопасности эксплуатации оборудования.
Также в частном случае на гибкую основу в зоне термоактивируемых составов перед нанесением термоактивируемых составов может быть нанесен краситель, в том числе черный. В одном из вариантов выполнения, не менее 70% площади наклейки, в зоне термоактивируемых составов, окрашено в черный цвет.
Площадь термоактивируемого состава может занимать от 3 до 97% площади лицевой поверхности основы, предпочтительно не менее 30% площади лицевой поверхности основы, что позволяет выявлять сработавшие устройства с дальнего расстояния, а также позволяет выявлять точечные нагревы большой поверхности установок.
Наклейка может быть покрыта защитным слоем, в частности, защитным лаком или прозрачной защитной пленкой, что защищает наклейку от внешних воздействий окружающей среды, влажности, УФ-облучения и механических повреждений, увеличивает срок службы устройства и не дает термоэлементу стекать во время фазового перехода. Устройство в предпочтительном варианте выполнено с возможностью контроля превышения пороговых температур токопроводящих элементов на открытом воздухе.
Устройство работает следующим образом.
1…n
1
1
1
2…n
1
2…n
2…n
n
n
n
На поверхность элементов оборудования, за которыми должен быть обеспечен температурный контроль, с помощью клеевого слоя 2, с которого предварительно снимается изолирующая пленка 1, устанавливается регистрирующее устройство, которое представляет собой наклейку, имеющую слоистую структуру и включающую гибкую галогенсодержащую полимерную основу 3 и нанесенные на ее лицевую сторону термоактивируемые составы 4, которые в исходном состоянии и до момента нагрева до соответствующей пороговой температуры с заданной точностью являются непрозрачными. Устройство имеет несколько (n) зон с термоактивируемыми составами, имеющими соответственно разную температуру активации T. До момента нагрева поверхности оборудования, расположенных под термоактивируемыми составами, до пороговой температуры T с заданной точностью термоактивируемые составы 4 остаются непрозрачным, тем самым сохраняется первоначальный вид устройства. При достижении пороговой температуры T с заявленной точностью первый термоактивируемый состав 4, имеющий температуру активации T, начинает плавиться и меняет свою прозрачность, проявляя цвет гибкой основы 3 под данным составом. При этом другие зоны с термоактивируемыми составами, имеющими температуры активации Т>T, не претерпевают фазовые переходы и сохраняют свой первоначальный вид. Дальнейшее повышение температуры поверхности, на которой размещено устройство, до температуры Т приведет к последовательному срабатыванию всех зон с термоактивируемыми составами с температурами активации Т. При этом, если максимальная температура поверхности оборудования будет ниже хотя бы одной из пороговый температур термоактивируемых составов T, то соответствующие зоны термоактивируемых составов T останутся непрозрачными. При последующем охлаждении поверхности оборудования зоны со сработавшими термоактивируемыми составами остаются прозрачными и внешний вид устройства не возвращается в первоначальное состояние. При возникновении повторного перегрева поверхности оборудования до порпоговой температуры несработанных ранее зон с термоактивируемыми составами T с заданной точностью, произойдет плавление соответствующих составов с переходом «непрозрачный-прозрачный» и проявление цвета гибкой основы под ними.
Точность регистрируемого порога температуры в заявленной полезной модели составляет 5°С.
На лицевую сторону гибкой основы нанесены численные значения пороговых температур 8, в частных случаях значение пороговой температуры может быть нанесено в зоне, свободной от термоактивируемых составов 4, но рядом с ним, или на основу под соответствующим термоактивируемый составом 4, в последнем случае, после плавления соответствующего термоактивируемого состава, проявляется цвет основы и численное значение соответствующей пороговой температуры.
Тем самым, при превышении температуры поверхности выше какой либо пороговой температуры, человек, ответственный за оборудование, без применения дополнительных устройств, может определить регистрацию факта перегрева элементов оборудования с заданной точностью, а также максимальную температуру нагрева поверхности оборудования при перегреве за счет использования численного значения температуры, нанесенного на лицевую поверхность устройства.
Наклейка может быть покрыта прозрачным защитным слоем, в частности, защитным лаком или прозрачной защитной пленкой 5, что не влияет на визуальную регистрацию факта превышения температуры.
Другим вариантом исполнения полезной модели является использование цветового перехода «белый-черный» за счет применения гибкой основы 3, окрашенной в черный цвет 6 в зонах, покрытых термоактивируемыми составами 4, и термоактивируемыми составами 4, имеющеми в первоначальном состоянии белый цвет. При достижении соответствующей пороговой температуры с заявленной точностью соответствующий термоактивируемый состав 4 начинает плавиться и становится прозрачным, делая видимым черный цвет окрашенной зоны 6, что приводит к цветовому переходу с максимально возможной контрастностью и обеспечивает большую заметность сработанного устройства.
За счет использования устройства маркировки элементов электрооборудования для регистрации максимальной температуры перегрева поверхности электрооборудования, представляющего собой диэлектрическую наклейку, имеющую слоистую структуру, включающую защитную подложку, клеевой слой, гибкую галогенсодержащую полимерную основу и прозрачный защитный слой, при этом на участки лицевой поверхности основы нанесены термоактивируемые составы, необратимо изменяющие прозрачность при достижении соответствующей каждому составу пороговой температуры, указанной на наклейке, при этом, толщина гибкой полимерной основы составляет менее 1 мм, а скорость срабатывания термоактивируемых составов составляет менее 5 секунд при нагреве выше соответствующей пороговой температуры, обеспечивается повышение безопасности эксплуатации различного оборудования, в том числе энергетического назначения, за счет маркировки и возможности легко и безопасно регистрировать максимальную температуру нагрева поверхности оборудования при перегреве, а также кратковременные перегревы поверхности данного оборудования в период пиковых нагрузок, с использованием наклейки обладающей диэлектрическими свойствами, устойчивостью к возгоранию и обладающей электрической прочностью не менее 5 кВ/мм.
Ниже представлены предпочтительные варианты осуществления заявленного устройства, которые являются иллюстрирующими и никак не ограничивают объем испрашиваемой правовой охраны.
Примеры.
Приготовление термоактивируемого состава: 100 г органического вещества с температурой плавления, соответствующей температуре срабатывания устройства, измельчили до размера 2-3 микрон, последовательно добавили 300 г изопропанола, 100 г 3% раствора связующего в изопропаноле и размешали до однородной массы. Суспензию сразу использовали для нанесения состава. В качестве органических веществ с заданной температурой плавления использовали: тетракозан 50°С, капронат иттрия 55°С, каприлат иттербия - 60°С, эйкозановая кислота 70°С, диоктилфосфиновая кислота - 80°С, бегенат иттрия - 90°С, пальмитат лантана - 100°С, нонадецинат лантана - 110°С, капронат лантана - 120°С, нонадеканоат цинка - 130°С, пальмитат цинка - 140°С, капронат цинка - 150°С, стеарат лития - 210°С. Конкретные наборы пороговых температур термоактивируемых составов, использованные в примерах, приведены в Таблице 1.
Для примеров в качестве одного из возможных вариантов исполнения устройства были выбраны ПВХ-пленки различных цветов, обладающие устойчивостью к возгоранию и электрической прочностью не менее 5кВ/мм, а также гибкостью и прочностью, позволяющей размещать их на неровных поверхностях сложной геометрии. Клеевой слой выбранных ПВХ-пленок обеспечивает среднее значение адгезии (FINAT ТМ 1, через 24 часа, нержавеющая сталь) 15Н/25 мм.
На ПВХ-пленки с клеевым слоем с помощью сольвентных красителей нанесли: пример 1 - черную краску в зонах с термоактивируемыми составами (использовалась желтая ПВХ-пленка); пример 2 - численное значение температур срабатывания в зонах, свободных от термоактивируемых составов (использовалась красная ПВХ-пленка); пример 3 - численное значение температур срабатывания и информацию о дате окончания срока эксплуатации в зонах, свободных от термоактивируемых составов (использовалась синяя ПВХ-пленка); пример 4 - численное значение температур срабатывания в зонах с термоактивируемыми составами (использовалась зеленая ПВХ-пленка). В примерах 5-29 была использована черная ПВХ-пленка без нанесения черной краски.
1
2
3
2
3
4
Затем область, на которую не должен попасть термоактивируемый состав с температурой активации T, заклеили защитной полиэтиленовой пленкой и несколько раз обработали валиком с соответствующим термоактивируемым составом. Количество проходов от 3-х до 20-ти, до получения равномерного непрозрачного покрытия толщиной до 0,8 мм. После полного высыхания слоя, защитную пленку снимали и последовательно повторили процедуру нанесения термоактивируемых составов с температурой активации Т, Т (для примеров 1-16) и Т, Т, Т (для примеров 17-30). В исходном состоянии зоны термоактивируемых составов имеют белый цвет. Устройство по примеру 2 покрыли прозрачным защитным лаком. Устройство по примеру 3 покрыли прозрачной полимерной пленкой. Вырезали наклейку необходимого размера. Толщина гибкой основы, линейные размеры наклейки и зон с нанесенными термоактивируемыми составами приведены в таблице 1.
1
2
3
2
3
4
Каждую наклейку устанавили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры T+5°C, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания соответсвующей зоны устройства с заданной точностью посредством визуальной фиксации цветового перехода соответствующего слоя термоактивируемого состава «прозрачный-непрозрачный»: при достижении установленной температуры термоактивируемый состав плавился и становился прозрачным, проявляя цвет гибкой основы под ним. Также измерили время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности этого термоактивируемого состава. После последующего охлаждения наклейки до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что сработавшая зона устройства сохранила свой вид и возвращение цвета соответствующего термоактивируемого состава из прозрачного состояния в исходное непрозрачное состояние не произошло. Повторяли циклы нагревания до температур Т+5°С, Т+5°С (для примеров 1-16) и Т+5°С, Т+5°С, Т+5°С (для примеров 17-30) и последующего охлаждения до комнатной температуры. После каждого цикла фиксировали изменение прозрачности соответствующего слоя термоактивируемого состава и время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности соответствующих зон с термоактивируемыми составами. После заключительного охлаждения наклейки до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение прозрачности всех зон с термоактивируемыми составами и, как следствие, полное срабатывание устройства. Время срабатывания каждой зоны устройства приведено в Таблице 1.
Пример 31.
Изготавливали наклейку аналогично примеру 1. Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели до температуры 50°С и зафиксировали факт срабатывания одной из зон устройства с заданной точностью аналогично предыдущим примерам. Далее нагревательный элемент сразу контролируемо нагрели до температуры 60°С, зафиксировали факт срабатывания другой соответствующей зоны устройства аналогичным способом, затем нагревательный элемент сразу контролируемо нагрели до температуры 70°С и зафиксировали факт срабатывания третьей соответствующей зоны устройства. После последующего охлаждения наклейки до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что все зоны сохранили свой вид и возвращение цвета всех зон термоактивируемых составов из прозрачного состояния в исходное непрозрачное состояние не произошло.
Результаты проведенных испытаний доказывают реализацию заявленного назначения устройства и достижение технического результата. Таким образом, реализацией полезной модели явилось устройство, обеспечивающее повышение безопасности эксплуатации различного оборудования, в том числе энергетического назначения, за счет возможности легко и безопасно регистрировать максимальную температуру поверхности оборудования при перегреве, а также кратковременные перегревы поверхности данного оборудования в период пиковых нагрузок, с использованием маркировочной наклейки, обладающей диэлектрическими свойствами, устойчивостью к возгоранию и обладающей электрической прочностью не менее 5 кВ/мм.
Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие ее сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать не ограниченной по объему приведенными описанием и примерами.