[發明專利]單根特型高效節能電線

在審

• 申請號: 201310421483.8
• 申請日: 2013-09-07
• 公開（公告）號: CN103545037A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 陳勝民
• 申請（專利權）人: 陳勝民
• 主分類號: H01B9/00
• 分類號: H01B9/00;H01B7/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

人類已經進入到了電氣化的時代，我國正在進行著現代化的建設。電能是我們的主要能源，我國的各行各業以及人們的家庭生活都離不開電能。電能的廣泛使用，也給電能的生產供給造成緊張局面。電能的生產過程和使用過程也會有一定程度的污染環境，也加劇了氣候的變暖。所以，如何使用電能，有效的利用電能，節約電能就成為當前迫在眉節的重大問題。大多數發電機發出的電能先輸送給升壓變壓器，由高壓輸電線路送給遙遠的地方，給變電站降壓變壓器，再送給配電變壓器，經過開關給廠礦、車間和城市街道。農村的變壓器配電室送給各用戶、電機、電器設備供人們使用。電流經過這樣遙遠的線路、電機、變壓器和電器設備都離不開導線。導線是發電的搖籃。是輸電的高速公路，是用電的海洋。電離不開線。然而電流經過導線的過程中都會因為有電阻產生熱效應。使一部分電能變成熱量白白散發在空氣中。給我們周圍的空氣增加了溫度，加劇了氣候變暖。那么它們為什么會發熱呢?那就是電流在傳導中的導體有電阻造成的。所謂導體就是具有自由電子的物體。也就是說電能的傳導主要是通過自由電子傳送的。我們通用的傳輸導線是圓銅線，圓鋁線以及它們合金的圓導線。因銅鋁導線里有較多的自由電子，導電性能良好。該發明涉及一種導線特別是涉及導線截面周長增長的問題，發明特征是將已有的技術中的圓截面導線改為橢圓截面積導線。

背景技術

我們必須更加廣泛更加深入地認識探索研究總結交流電的基本規律和它的特殊規律。人們經常把水管的水流比作電子在導線里的流動。我認為是個誤解，水管在相同的壓力下，輸水管內徑的截面積越大單位時間內輸送的水量就越大，而且是隨水管內徑截面積的增大是成正比例的增加的，而交流電流則不是隨著導線截面積的增大成正比例增加的。這是因為交流電有趨膚效應的原因。趨膚效應就是電子電流在導體中傳輸移動過程中，電子電流集中在導體導線的表皮、表面部位。趨膚效應是由電的基本特性同性相斥、異性相吸決定的，也是由導體導線的自由電子決定的，自由電子也是構成原子的最外層電子，原子核對它的吸引力相對較弱，它才能自由的活動，導體是由許多原子構成的分子組成的。如果電子在導體中心或內部移動，它就會受到內部周圍的原子核的束縛吸引，還會跟點陣中的在作熱震動的金屬原子發生碰撞，這就阻礙了電子的定向運動。所以，也造成導體表面的自由電子容易移動。我們先用七根1mm²的圓裸銅導線做這樣一個實驗比較比較，看看他們的截面積和周長發生了怎樣的改變和變化，它允許通過的最大電流又有什么變化。如圖1是一根1mm²的圓裸銅導線，左邊一根右邊一根，它能允許的最大電流是19安，左右兩根都是一樣的；圖2是兩根1mm²的圓裸銅導線，左邊是沒有挨在一起的，它們的截面積之和就是圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線的2倍；它們的截面周長也是圖1左邊一根1m?m2的裸銅導線的2倍。圖2右邊是兩根緊緊挨在一起的1mm²的圓裸銅導線，它們的截面積之和與左邊是一樣的，也是圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線的2倍，圖2右邊兩根1mm²圓裸銅導線的截面周長就不是圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線的2倍了，它是小于一根1mm²圓裸銅導線的2倍的，因它們之間有一條切線使它們的周長減小了。因此允許通過的最大電流也不是圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線的2倍了。它是小于2倍的；圖3是三根1mm²的圓裸銅導線，左邊是沒有挨在一起的，右邊是緊緊挨在一起的，左邊三根截面積和周長之和分別是圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線的3倍，而右邊三根的截面積之和也是圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線的3倍，而右邊三根每根的截面周長都減小了1／6，每根只有圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線周長的5／6，所以右邊三根截面周長之和只有圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線周長的2.5倍了，它們所允許通過的最大電流也只有圖1左一根1mm²圓裸銅導線的2.5倍了。以此類推：圖4是七根1mm²圓裸銅導線，左邊是沒有挨在一起的，右邊是緊緊挨在一起的，左邊7根1mm²圓裸銅導線截面積之和和截面周長之和，分別是圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線的7倍，它們允許通過的最大電流也是圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線的7倍，而右邊七根1mm²的圓裸銅導線的截面積之和也是圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線截面積的7倍。右邊七根1mm²圓裸銅導線截面的周長更是減小了很多，周周六根每根已減小了1／3，截面周長只有圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線周長的4／6了，中間中心那根對于七根和在一起的裸銅導線來說它的外表面周長為零了。所以右邊七根1mm²的圓裸銅導線截面周長只有圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線截面周長的4倍了。它們允許通過的最大電流也就是圖1左邊一根1mm²圓裸銅導線的4倍了。通過這個實驗，我發現導體允許通過的最大電流是隨著導體的截面周長的增加而不斷的增加，而且是成正比例增加的。總結這個實驗，我們得出這樣一個結論：在周一溫度下，同一種材料制成的均勻導體中，導體允許通過的最大電流跟導體截面的周長成正比。這一規律的發現以及理論的研究將為更高效地利用電能以及線纜的研發奠定了基礎。導體允許通過的最大電流跟它的截面周長成正比。這是由于交流電的趨膚效應產生的必然結果(關于趨膚效應的論述可參閱理論物理第三冊電磁學第217頁，吳大猷著1983年科學出版社出版或高等學校試用教材電磁學下冊第15頁，趙凱華、陳熙謀著，1978年人民教育出版社出版)，趨膚效應是由交流電的本性和導體的性能這兩個方面決定的。我們還可以舉一些例子說明這個問題。翻開農電手冊(832頁，表12-30聚氯乙烯絕緣線在空氣中敷設長期負荷下的載流量，線芯工作溫度+65℃.環境溫度+25℃)。0.5mm²的銅線載流量為12.5安，兩根0.5mm²的載流量就是25安，而一根1mm²的銅線載流量確只有19安。兩根0.5mm²的銅線跟一根0.5mm²的銅線比較，它的截面積增加了一倍，它的截面周長也增加了一倍，所以它的載流量也要增加一倍，即25安，而一根1mm²的銅導線跟一根0.5mm²的銅線比較，它的截面積增加了一倍，但截面周長卻沒有增加到一倍，所以它的載流量也遠低于25安，只有19安；一根1mm²的銅導線的載流量是19安，4根1mm²的銅導線的載流量是76安。4根1mm²的銅線跟一根1mm²的銅線比較，它的截面積增加到4倍，它的截面周長也增加到了一根1mm²的銅線的4倍，所以它的載流量也要增加到4倍，即76安。而一根4mm²的銅線跟一根1mm²的銅線比較，雖然截面積增加到4倍，但是截面周長卻遠沒有增加到一根1mm²銅線的4倍，所以載流量也遠增加不到一根1mm²銅線的4倍。即只有42安。以此類推，導線截面周長是決定載流量的關鍵因素。那就應該想法在不增加導線截面積的基礎上，盡量擴大增大它的表面面積，我們還是從最基礎的單根導線做起。在長度不變或一定的情況下，表面面積的增大取決于它的截面周長。在相同截面積的圓導線與橢圓導線中，無疑是截面橢圓的導線的周長最長。所以橢圓導線是最好的選擇。圖5是一個截面積相同的橢圓導線與圓導線截面積和周長的比較圖例，都是實際的尺寸把它們放在一起都是為了便于觀察直觀的比較橢圓的技術特征和它的技術特性的優勢。圖5圓A′D′B′C′的半徑為20mm，所以圓A′D′B′C′的截面積：S_圓=r²π=20×20×π=400πmm²。截面周長：l_圓=2rπ=2×20×π=40πmm；橢圓導線截面的長軸AB=50mm=2a，短軸CD=32mm=2b，所以橢圓ADBC截面積：S_橢=πab=π25×16=400πmm²，橢圓ADBC截面周長：l_橢-l_圓=41.5πmm-40πmm=1.5πmm≈4.71mm。