低熔點(diǎn)金屬在輸電線路溫度警示機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用

廖靜麗，馮詠柳，蘇奕輝，許國(guó)偉

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局，廣東 汕頭 515000）

輸電線路作為電力工業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是電網(wǎng)的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到電力系統(tǒng)的可靠性和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。輸電線路中的關(guān)鍵部件溫度過高可能導(dǎo)致缺陷發(fā)生，進(jìn)而影電網(wǎng)的健康穩(wěn)定運(yùn)行[1]。如何發(fā)現(xiàn)溫度異常，及時(shí)預(yù)知設(shè)備情況，是電力輸送領(lǐng)域亟待解決的重要問題之一。

在輸電線路溫度監(jiān)測(cè)工作中，主流監(jiān)測(cè)方法各有缺陷。

1 現(xiàn)有解決方案及缺陷

現(xiàn)有監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度異常的主流方法有三種。

一是人工利用紅外測(cè)溫儀等儀器對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫，耗費(fèi)人力較多且存在時(shí)間差，難以測(cè)量到高負(fù)荷，高環(huán)境溫度下設(shè)備的最高溫度；二是利用在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)溫，存在設(shè)備費(fèi)用高昂，難以普及推廣的缺點(diǎn)；三是安裝超高溫螺栓，其元件包括螺桿、固定在螺桿頂端的溫感玻璃球、底端與溫感玻璃球，頂端固定連接的端子、端子蓋、拉桿、壓力彈簧和提示帶等，設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，使用時(shí)需要對(duì)設(shè)備連接件進(jìn)行拆裝。

2 低熔點(diǎn)金屬的作用

2.1 基于低熔點(diǎn)金屬的溫度示警機(jī)構(gòu)

考慮到低熔點(diǎn)金屬對(duì)溫度的敏感特性，本文提出一種新的溫度警示方式。

在不改變現(xiàn)有設(shè)備連接螺栓的前提下，利用原有螺栓剩余螺牙，加裝一種以低熔點(diǎn)金屬為觸發(fā)元件的溫度示警機(jī)構(gòu)。該溫度示警機(jī)構(gòu)可以按需要調(diào)制，具有原理可靠，設(shè)備簡(jiǎn)單，適合輸電耐張線夾連接螺栓等的快速安裝等優(yōu)點(diǎn)。如圖1所示。

圖1 溫度示警機(jī)構(gòu)示意圖

2.2 低熔點(diǎn)金屬特性

2.2.1 鉍

元素符號(hào)是Bi,原子序數(shù)是83，是紅白色的金屬,密度為9.8g/cm3，熔點(diǎn)為271.3℃。鉍有金屬光澤，性脆，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性都較差，同時(shí)也是逆磁性最強(qiáng)的金屬，在磁場(chǎng)作用下電阻率增大而熱導(dǎo)率降低[2,3]。

鉍主要用于制造易熔合金，熔點(diǎn)范圍是47℃～262℃，最常用的是鉍同鉛、錫、銻、銦等金屬組成的合金，用于消防裝置、自動(dòng)噴水器、鍋爐的安全塞，一旦發(fā)生火災(zāi)時(shí)，一些水管的活塞會(huì)“自動(dòng)”熔化，噴出水來。

在消防和電氣工業(yè)上，用作自動(dòng)滅火系統(tǒng)和電器保險(xiǎn)絲、焊錫。鉍及其合金熔點(diǎn)范圍寬，且無毒，是比較理想的溫度示警機(jī)構(gòu)的材料。

2.2.2 鉛

元素符號(hào)Pb，原子序數(shù)82，相對(duì)原子質(zhì)量207.2，是IVA族金屬。密度11.3437g/cm3，熔點(diǎn)327.502℃，沸點(diǎn)1740℃，鉛是一種略帶藍(lán)色的銀白色金屬，但是在空氣中很容易被空氣中的氧氣氧化，形成灰黑色的氧化鉛[4]。

鉛的用途十分廣泛。比如鉛合金焊料，在所有焊接材料中應(yīng)用最廣泛、使用歷史較長(zhǎng)。它具有低的熔點(diǎn)，可以在不損傷熱敏感元件的前提下，用簡(jiǎn)單的加熱方法，比較理想地連接大多數(shù)金屬。它的這些特性對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的溫度警示器作用很大。

2.2.3 錫

元素符號(hào)：Sn，屬IVA族的主族金屬，原子序數(shù)50，相對(duì)原子質(zhì)量118.71，屬IVA族金屬，熔點(diǎn)：231.89℃，沸點(diǎn)：2260℃，密度：7.28g/cm3。

高純錫在電子工業(yè)中用于鍍錫和擴(kuò)散摻雜工藝。錫可用于低熔點(diǎn)合金制備。

2.2.4 鎘

元素符號(hào)為Cd，英文名稱：Cadmium，原子序數(shù)為是48，密度為8.65g/cm3。鎘呈銀白色，略帶淡藍(lán)色光澤，質(zhì)軟耐磨，有韌性和延展性，易燃且有刺激性。熔點(diǎn)為320.9℃，其沸點(diǎn)在765℃～767℃之間。

鎘可用于制造合金，鎘作為合金組土元能配成很多合金，如含鎘0.5%～1.0%的硬銅合金，有較高的抗拉強(qiáng)度和耐磨性。鎘（98.65%）鎳（1.35%）合金是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的軸承材料[5]。鎘具有較大的熱中子俘獲截面因此含銀（80%）銦（15%）鎘（5%）的合金可作原子反應(yīng)堆的（中子吸收）控制棒。鎘的化合物曾廣泛用于制造（黃色）顏料、塑料穩(wěn)定劑、（電視映像管）熒光粉、殺蟲劑、殺菌劑、油漆等。用于電鍍等。鎘氧化電位高，故可用作鐵、鋼、銅之保護(hù)膜，廣用于電鍍防腐上，但因其毒性大，這項(xiàng)用途有減縮趨勢(shì)。用于充電電池：鎳—鎘和銀—鎘、鋰-鎘電池具有體積小、容量大等優(yōu)點(diǎn)鎘還用于制造電工合金，如電器開關(guān)中的電觸頭大多采用銀氧化鎘材料，具有導(dǎo)電性能好，燃弧小，抗熔焊性能好等優(yōu)點(diǎn)。

很多低熔點(diǎn)合金中含有鎘，著名的伍德易熔合金中含有鎘達(dá)12.5%。這種新型溫度示警機(jī)構(gòu)正是利用它這方面的特性。

2.3 定值熔點(diǎn)合金

溫度警示結(jié)構(gòu)需要對(duì)不同溫度范圍的監(jiān)測(cè)作出響應(yīng)，而單一金屬存在熔點(diǎn)單一，應(yīng)用方向較窄的問題。通過將多種低熔點(diǎn)金屬進(jìn)行融合制成合金可很好地解決這一問題，而調(diào)整合金種類及配比，可以控制熔點(diǎn)度數(shù)[6]。

在查閱資料及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，我們總結(jié)出了對(duì)溫度示警機(jī)構(gòu)較為有用的熔點(diǎn)、低熔點(diǎn)金屬種類及配比。如圖2。

圖2 合金熔點(diǎn)及配比

3 總結(jié)

新型溫度示警機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)很大程度上依賴于低熔點(diǎn)合金及其熔點(diǎn)特性。

因此，在新型溫度示警機(jī)構(gòu)中低熔點(diǎn)金屬處于核心地位，如何選用低熔點(diǎn)金屬并確定它們的合金熔點(diǎn)性質(zhì)是整個(gè)設(shè)計(jì)工作中的重點(diǎn)。該溫度警示機(jī)構(gòu)直接連接于電力線路接續(xù)金具之上，直接感知電力線路接續(xù)金具的溫度，通過彈性件的長(zhǎng)度變化進(jìn)行溫度報(bào)警。這種新型溫度警示機(jī)構(gòu)受環(huán)境影響小，能夠在各種氣象條件中對(duì)電力線路接續(xù)金具的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。低熔點(diǎn)金屬的應(yīng)用賦予了新型溫度示警機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單易用、受氣象條件影響較小、靈敏度較高等一系列優(yōu)點(diǎn)，便于推廣使用。