低熔點金屬在輸電線路溫度警示機構中的應用

廖靜麗，馮詠柳，蘇奕輝，許國偉

（廣東電網有限責任公司汕頭供電局，廣東 汕頭 515000）

輸電線路作為電力工業的重要基礎設施，是電網的重要組成部分，其安全穩定運行關系到電力系統的可靠性和國民經濟的持續發展。輸電線路中的關鍵部件溫度過高可能導致缺陷發生，進而影電網的健康穩定運行[1]。如何發現溫度異常，及時預知設備情況，是電力輸送領域亟待解決的重要問題之一。

在輸電線路溫度監測工作中，主流監測方法各有缺陷。

1 現有解決方案及缺陷

現有監測設備溫度異常的主流方法有三種。

一是人工利用紅外測溫儀等儀器對設備進行測溫，耗費人力較多且存在時間差，難以測量到高負荷，高環境溫度下設備的最高溫度；二是利用在線監測裝置進行測溫，存在設備費用高昂，難以普及推廣的缺點；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，設備相對復雜，使用時需要對設備連接件進行拆裝。

2 低熔點金屬的作用

2.1 基于低熔點金屬的溫度示警機構

考慮到低熔點金屬對溫度的敏感特性，本文提出一種新的溫度警示方式。

在不改變現有設備連接螺栓的前提下，利用原有螺栓剩余螺牙，加裝一種以低熔點金屬為觸發元件的溫度示警機構。該溫度示警機構可以按需要調制，具有原理可靠，設備簡單，適合輸電耐張線夾連接螺栓等的快速安裝等優點。如圖1所示。

圖1 溫度示警機構示意圖

2.2 低熔點金屬特性

2.2.1 鉍

元素符號是Bi,原子序數是83，是紅白色的金屬,密度為9.8g/cm3，熔點為271.3℃。鉍有金屬光澤，性脆，導電和導熱性都較差，同時也是逆磁性最強的金屬，在磁場作用下電阻率增大而熱導率降低[2,3]。

鉍主要用于制造易熔合金，熔點范圍是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、自動噴水器、鍋爐的安全塞，一旦發生火災時，一些水管的活塞會“自動”熔化，噴出水來。

在消防和電氣工業上，用作自動滅火系統和電器保險絲、焊錫。鉍及其合金熔點范圍寬，且無毒，是比較理想的溫度示警機構的材料。

2.2.2 鉛

元素符號Pb，原子序數82，相對原子質量207.2，是IVA族金屬。密度11.3437g/cm3，熔點327.502℃，沸點1740℃，鉛是一種略帶藍色的銀白色金屬，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用最廣泛、使用歷史較長。它具有低的熔點，可以在不損傷熱敏感元件的前提下，用簡單的加熱方法，比較理想地連接大多數金屬。它的這些特性對我們設計的溫度警示器作用很大。

2.2.3 錫

元素符號：Sn，屬IVA族的主族金屬，原子序數50，相對原子質量118.71，屬IVA族金屬，熔點：231.89℃，沸點：2260℃，密度：7.28g/cm3。

高純錫在電子工業中用于鍍錫和擴散摻雜工藝。錫可用于低熔點合金制備。

2.2.4 鎘

元素符號為Cd，英文名稱：Cadmium，原子序數為是48，密度為8.65g/cm3。鎘呈銀白色，略帶淡藍色光澤，質軟耐磨，有韌性和延展性，易燃且有刺激性。熔點為320.9℃，其沸點在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，有較高的抗拉強度和耐磨性。鎘（98.65%）鎳（1.35%）合金是飛機發動機的軸承材料[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、銅之保護膜，廣用于電鍍防腐上，但因其毒性大，這項用途有減縮趨勢。用于充電電池：鎳—鎘和銀—鎘、鋰-鎘電池具有體積小、容量大等優點鎘還用于制造電工合金，如電器開關中的電觸頭大多采用銀氧化鎘材料，具有導電性能好，燃弧小，抗熔焊性能好等優點。

很多低熔點合金中含有鎘，著名的伍德易熔合金中含有鎘達12.5%。這種新型溫度示警機構正是利用它這方面的特性。

2.3 定值熔點合金

溫度警示結構需要對不同溫度范圍的監測作出響應，而單一金屬存在熔點單一，應用方向較窄的問題。通過將多種低熔點金屬進行融合制成合金可很好地解決這一問題，而調整合金種類及配比，可以控制熔點度數[6]。

在查閱資料及實驗基礎上，我們總結出了對溫度示警機構較為有用的熔點、低熔點金屬種類及配比。如圖2。

圖2 合金熔點及配比

3 總結

新型溫度示警機構的設計很大程度上依賴于低熔點合金及其熔點特性。

因此，在新型溫度示警機構中低熔點金屬處于核心地位，如何選用低熔點金屬并確定它們的合金熔點性質是整個設計工作中的重點。該溫度警示機構直接連接于電力線路接續金具之上，直接感知電力線路接續金具的溫度，通過彈性件的長度變化進行溫度報警。這種新型溫度警示機構受環境影響小，能夠在各種氣象條件中對電力線路接續金具的溫度進行監測。低熔點金屬的應用賦予了新型溫度示警機構簡單易用、受氣象條件影響較小、靈敏度較高等一系列優點，便于推廣使用。