[發明專利]特型高效節能漆包絞合電線電纜及其制造方法

在審

• 申請號: 201310508732.7
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103531274A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 陳勝民
• 申請（專利權）人: 陳勝民
• 主分類號: H01B7/00
• 分類號: H01B7/00;H01B9/00;H01B11/00;H01B13/00
• 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，我國正進行著大規模的現代化建設，我們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。電能的生產和使用過程中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睫的重大問題。大多數發電機發出的電能先輸送給升壓變壓器，由高壓輸送電線送給遙遠的地方，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。每一條高壓線路都是一個地區的經濟發展的大動脈。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，加劇了氣候的變暖。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。我們通常的導線都是銅、鋁以及它們合金的圓導線。銅鋁具有良好的導電性能。該發明涉及導線截面周長增長的問題，不僅將現有技術基礎上的圓單根或由圓多根組成的導線線芯，通過縮徑增根的方法增加他們的根數；還要將導線線芯中的每一根基礎線芯以及整體的線芯變成橢圓截面；還要通過絕緣隔離的方法，把它們變成橢圓漆包絞合電線電纜線。

背景技術

人們經常把水管的水流比作電子在導體里的電流。我認為是個誤解，水管在相同的水壓下，輸水管內徑的截面積越大單位時間內的輸水量就越大，而且是隨著水管內徑截面積的增大是成正比例增加的，交流電則不是隨著導線截面積的增大成正比例增加的。這是因為交流電的趨膚效應的原因。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。如果電子在導體的中心或內部移動，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振動的金屬原子發生碰撞，這就是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？它為什么會有這樣的變化呢？它允許通過的最大電流又有什么變化。如圖1是一根1mm²的圓裸銅導線截面圖，左邊一根，右邊一根，他們的截面積和周長都是一樣的，它們各自允許通過的最大電流是19安：圖2是兩根1mm²的圓裸銅導線截面圖，左邊是沒有挨在一起的，它們的截面積之和和周長之和都是圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線的2倍：它允許通過的最大電流也是圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線的2倍；圖2右邊兩根是緊挨在一起的1mm²的圓裸銅導線。它們的截面積之和和左邊是一樣的，也是圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線的兩倍，圖2右邊兩根1mm²的圓裸銅導線的截面周長之和就不是圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線的2倍了，它是小于一根1mm²的圓裸銅導線的2倍的，因為它們兩根之間有了一條切線使它們的周長之和減小了。因此允許通過的最大電流也不是圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線的兩倍了，它是小于2倍的；圖3是三根1mm²的圓裸銅導線橫截面圖，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的圓裸銅導線的3倍，右邊三根的截面積之和也是圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線的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的圓裸銅導線周長的5/6了，所以右邊三根截面周長之和只有圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線周長的2.5倍了，它們所允許的最大電流也只有圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線周長的2.5倍了。以此類推，圖4是七根1mm²的圓裸銅導線截面圖，左邊是沒有挨在一起的，右邊是緊緊挨在一起的，左邊七根1mm²的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的圓裸銅導線的7倍，它們允許通過的最大電流也是圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線的7倍，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的圓裸銅導線截面積的7倍。右邊七根1mm²的圓裸銅導線截面周長更是減小了很多，周圍六根每根減少了1/3，截面周長只有圖1左邊一根1mm²的圓裸銅導線周長的2/3了，中心中間那根對于七根和在一起的裸銅導線來說，它沒有外表面周長了，變成了零。所以右邊七根1mm²的圓裸銅導線的截面周長只有圖1左邊一根1mm²的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的圓裸銅導線的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增加的，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：在同一溫度下，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的截面周長成正比。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1983年科學出版出版，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)。我再做一個實驗：用七根1mm²的圓銅漆包線，左邊七根是沒有挨在一起的，這七根1mm²的圓銅漆包線的總截面積和總周長都分別是圖1左邊一根1mm²的圓銅裸導線的7倍。它們允許通過的最大電流也是圖1左邊一根1mm²圓銅裸導線的7倍。圖5右邊是七根1mm²的圓銅漆包線是緊緊挨在一起的，它們的總截面積和周長，分別都是圖1左邊一根1mm²的圓銅裸導線的7倍，它們允許通過的最大電流也是圖1左邊一根1mm²的圓銅裸導線的7倍。圖5的左邊和右邊的實驗實質上是一樣的，沒有本質上的區別，只是距離的遠近而已，因為它們都是漆包線，本身已經給外界隔開了，挨的再緊也是跟其它的漆包線隔絕的，絕緣的，它們分別都是獨立的七根1mm²的圓銅漆包線，所以它們跟圖4右邊的七根1mm²的圓銅裸導線是有本質的區別的，是根本不同的，這很像現代人和野人，穿上衣裳就是文明的(現代人)，不穿衣裳就是野人，是不文明的。圖5右邊這七根1mm²的圓銅漆包線是相互獨立的七根導線，它們的截面積和周長都是相互獨立的，就像一個大企業集團下邊各個公司、廠礦、車間都是獨立核算一樣。無論怎樣挨近它們都不會走出自己的邊界線，所以它們的截面積和周長都是隨著根數的增加而成正比例增加的，不會因為緊緊挨在一起或者絞合成粗線芯而減小周長，所以它允許通過的最大電流也不會減小。如果以圖5右邊七根1mm²的圓銅漆包線跟圖4右邊的七根1mm²的圓銅裸導線做個比較，它們的總截面積都是7mm²，而圖4右邊的七根1mm²的圓銅裸導線的周長只是圖1左邊一根1mm²的圓銅裸導線的4倍，圖5右邊七根1mm²的圓銅漆包線是圖1左邊一根1mm²的圓銅裸導線的7倍。這圖5七根1mm²的圓銅漆包線比圖4右邊的七根1mm²的圓銅裸導線的截面周長提高了42.875％，導電效率也提高了42.875％，這就是為什么要采取圓銅漆包線代替圓銅裸導線做絞合線的根本目的。如果把這七根互相絕緣的漆包線同時接上一定電壓的交流電，它們每根導線里的自由電子都會在電壓、電場力的作用下向電壓高端方向移動(電流的方向引自高級中學課本物理學第三冊第35頁倒數第二行，1965年人民教育出版社)流動，流動后的導線里就有很多電子空缺位置，這些空缺的電子位置又給低電壓端的多余電子打開通道。把多余的電子推送給每一根導線的空余位置，連續不斷的、特別快速的循環往復，這就使每根導線里都有了電流通過，成為連續不斷的電流。根據交流電在導體里允許通過的最大電流跟導體的截周長成正比(新發現)這一理論，我們就會千方百計，想方設法增加它的截面周長來增加它的表面面積，減小它的電阻。提高導電效率，也提高它的散熱效率，設計橢圓導線是第一途徑：第二種技術途徑還是在保持截面面積不變的情況下，通過變細增根的技術方案增加它的截面周長(也就是在總截面不變的情況下，把原來的一根或多根導線的直徑減小增加根數)，如果在絞合線的范疇內，還應該將裸圓導線線芯噴涂絕緣漆，烘干后才能絞合這樣才能保持它的每一根導線線芯的截面周長不致于由于絞合而減小，而是隨著根數的增加而增大。再舉一個例子比較一下一根直徑為4mm圓銅導線，它的截面積：S_圓＝r²π＝2²π＝4πmm²，它的周長：l_圓＝2rπ＝2×2π＝4πmm：一根直徑為8mm的圓銅導線的截面積：S_圓＝r²π＝4²π＝16πmm²，它的周長：l_圓＝2rπ＝2×4π＝8πmm；四根直徑為4mm的圓銅導線的截面積：S_總＝4(2²π)＝16πmm²，它跟直徑為8mm的圓銅導線的截面積是相等的，l_總＝4×2rπ＝4×2×2π＝16πmm，它們的截面積是相等的，但是周長確長了一倍。所以它的導電效率也比一根直徑8mm圓銅導線提高了一倍，是它的2倍。在截面積不變的情況下，通過減小導線直徑增加根數的技術手段來增加它們的截面周長，周長的增加，大大的增加了它的表面面積。減小了導線的電阻，提高了它的導電效率和散熱效率。為交流電的趨膚效應創造了技術條件，彌補了由于趨膚效應使導線有效電阻增大的缺陷，減小了電能在線路中的損耗，提高了電壓的質量，提高了導線的利用率：但現有技術中都采用裸導線緊緊挨在一起或者絞合而成的導電線芯，就像圖4右邊七根1mm²裸銅導線緊緊挨在一起，它們就成了由七根裸銅導線組成的一根粗導線了，它和一根7mm²的圓裸銅導線性質是一樣的，沒有本質性的區別，它們七根中的每一根中的自由電子也能在這七根中穿梭活動。因而也減小了它們的截面周長，降低了導電能力。所以我們還應該繼續采取技術措施，我們就用絕緣漆把它們各自隔開，限定了它們的自由電子的活動范圍，增加了它們的周長。方法就是先將要絞合的每一根圓單線改為橢圓單線并噴絕緣漆后，烘烤晾干，使它們變成橢圓漆包線，然后才能將線芯絞合成漆包絞合線。就不會減小截面周長了。這樣就能大大的增加截面周長，大大增加了它的表面面積，而表面面積的增大，降低了它們的有效電阻，提高了導電效率和導線的散熱效率。而且是隨著絞合線根數的增多總截面周長就增加的更多。效果就會更好更高。