[发明专利]特型高效节能漆包绞合电线电缆及其制造方法

说明书

技术领域

人类已经进入到了电气化的时代，我国正进行着大规模的现代化建设，我们的各行各业以及人们的家庭生活都离不开电能。电能的广泛使用，也给电能的生产供给造成紧张局面。电能的生产和使用过程中也会有一定程度的污染环境，也加剧了气候的变暖。所以，如何使用电能，有效的利用电能，节约电能就成为当前迫在眉睫的重大问题。大多数发电机发出的电能先输送给升压变压器，由高压输送电线送给遥远的地方，给变电站降压变压器，再送给配电变压器，经过开关给厂矿、车间和城市街道。农村的变压器配电室送给各用户、电机、电器设备供人们使用。电流经过这样遥远的线路、电机、变压器和电器设备都离不开导线。导线是发电的摇篮。是输电的高速公路，是用电的海洋。电离不开线。每一条高压线路都是一个地区的经济发展的大动脉。然而电流经过导线的过程中都会因为有电阻产生热效应。使一部分电能变成热量白白散发在空气中。给我们周围的空气增加了温度，加剧了气候的变暖。那么它们为什么会发热呢？那就是电流在传导中的导体有电阻造成的。所谓导体就是具有自由电子的物体。也就是说电能的传导主要是通过自由电子传送的。我们通常的导线都是铜、铝以及它们合金的圆导线。铜铝具有良好的导电性能。该发明涉及导线截面周长增长的问题，不仅将现有技术基础上的圆单根或由圆多根组成的导线线芯，通过缩径增根的方法增加他们的根数；还要将导线线芯中的每一根基础线芯以及整体的线芯变成椭圆截面；还要通过绝缘隔离的方法，把它们变成椭圆漆包绞合电线电缆线。

背景技术

人们经常把水管的水流比作电子在导体里的电流。我认为是个误解，水管在相同的水压下，输水管内径的截面积越大单位时间内的输水量就越大，而且是随着水管内径截面积的增大是成正比例增加的，交流电则不是随着导线截面积的增大成正比例增加的。这是因为交流电的趋肤效应的原因。趋肤效应就是电子电流在导体中传输移动过程中，电子、电流集中在导体导线的表皮、表面部位。(趋肤效应是由电的基本特性同性相斥、异性相吸决定的，也是由导线的自由电子决定的。)自由电子也是构成原子的最外层电子，原子核对它的吸引力相对较弱，它才能自由的活动。导体是由许多原子构成的分子组成的。如果电子在导体的中心或内部移动，它就会受到内部周围的原子核的束缚吸引，还会跟点阵中的在作热振动的金属原子发生碰撞，这就是阻碍了电子的定向运动。所以，也造成导体表面的自由电子容易移动。我们先用七根1mm²的圆裸铜导线做这样一个实验，比较比较，看看他们的截面积和周长发生了怎样的改变和变化？它为什么会有这样的变化呢？它允许通过的最大电流又有什么变化。如图1是一根1mm²的圆裸铜导线截面图，左边一根，右边一根，他们的截面积和周长都是一样的，它们各自允许通过的最大电流是19安：图2是两根1mm²的圆裸铜导线截面图，左边是没有挨在一起的，它们的截面积之和和周长之和都是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的2倍：它允许通过的最大电流也是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的2倍；图2右边两根是紧挨在一起的1mm²的圆裸铜导线。它们的截面积之和和左边是一样的，也是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的两倍，图2右边两根1mm²的圆裸铜导线的截面周长之和就不是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的2倍了，它是小于一根1mm²的圆裸铜导线的2倍的，因为它们两根之间有了一条切线使它们的周长之和减小了。因此允许通过的最大电流也不是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的两倍了，它是小于2倍的；图3是三根1mm²的圆裸铜导线横截面图，左边是没有挨在一起的，右边是紧紧挨在一起的，左边三根截面积和周长之和分别是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的3倍，右边三根的截面积之和也是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的3倍。而右边三根每根的截面周长都减小了1/6，每根只有图1左边一根1mm²的圆裸铜导线周长的5/6了，所以右边三根截面周长之和只有图1左边一根1mm²的圆裸铜导线周长的2.5倍了，它们所允许的最大电流也只有图1左边一根1mm²的圆裸铜导线周长的2.5倍了。以此类推，图4是七根1mm²的圆裸铜导线截面图，左边是没有挨在一起的，右边是紧紧挨在一起的，左边七根1mm²的圆裸铜导线截面积之和和截面周长之和分别是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的7倍，它们允许通过的最大电流也是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的7倍，右边七根1mm²的圆裸铜导线的截面积之和也是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线截面积的7倍。右边七根1mm²的圆裸铜导线截面周长更是减小了很多，周围六根每根减少了1/3，截面周长只有图1左边一根1mm²的圆裸铜导线周长的2/3了，中心中间那根对于七根和在一起的裸铜导线来说，它没有外表面周长了，变成了零。所以右边七根1mm²的圆裸铜导线的截面周长只有图1左边一根1mm²的圆裸铜导线截面周长的4倍了，它们允许通过的最大电流也就是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的4倍了。通过这个实验，我发现导体允许通过的最大电流是随着导体的截面周长的增加而不断增加的，而且是成正比例增加的，总结这个实验我们得出这样一个结论：在同一温度下，同一种材料制成的均匀导体中，导体允许通过的最大电流跟导体的截面周长成正比。这一规律的发现以及理论的研究将为更高效地利用电能以及线缆的研发奠定了基础。导体允许通过的最大电流跟它的截面周长成正比。这是由于交流电的趋肤效应产生的必然结果(关于趋肤效应的论述可参阅理论物理第三册电磁学第217页，吴大猷1983年科学出版出版，或高等学校试用教材电磁学下册第15页，赵凯华、陈熙谋著，1978年人民教育出版社出版)。我再做一个实验：用七根1mm²的圆铜漆包线，左边七根是没有挨在一起的，这七根1mm²的圆铜漆包线的总截面积和总周长都分别是图1左边一根1mm²的圆铜裸导线的7倍。它们允许通过的最大电流也是图1左边一根1mm²圆铜裸导线的7倍。图5右边是七根1mm²的圆铜漆包线是紧紧挨在一起的，它们的总截面积和周长，分别都是图1左边一根1mm²的圆铜裸导线的7倍，它们允许通过的最大电流也是图1左边一根1mm²的圆铜裸导线的7倍。图5的左边和右边的实验实质上是一样的，没有本质上的区别，只是距离的远近而已，因为它们都是漆包线，本身已经给外界隔开了，挨的再紧也是跟其它的漆包线隔绝的，绝缘的，它们分别都是独立的七根1mm²的圆铜漆包线，所以它们跟图4右边的七根1mm²的圆铜裸导线是有本质的区别的，是根本不同的，这很像现代人和野人，穿上衣裳就是文明的(现代人)，不穿衣裳就是野人，是不文明的。图5右边这七根1mm²的圆铜漆包线是相互独立的七根导线，它们的截面积和周长都是相互独立的，就像一个大企业集团下边各个公司、厂矿、车间都是独立核算一样。无论怎样挨近它们都不会走出自己的边界线，所以它们的截面积和周长都是随着根数的增加而成正比例增加的，不会因为紧紧挨在一起或者绞合成粗线芯而减小周长，所以它允许通过的最大电流也不会减小。如果以图5右边七根1mm²的圆铜漆包线跟图4右边的七根1mm²的圆铜裸导线做个比较，它们的总截面积都是7mm²，而图4右边的七根1mm²的圆铜裸导线的周长只是图1左边一根1mm²的圆铜裸导线的4倍，图5右边七根1mm²的圆铜漆包线是图1左边一根1mm²的圆铜裸导线的7倍。这图5七根1mm²的圆铜漆包线比图4右边的七根1mm²的圆铜裸导线的截面周长提高了42.875％，导电效率也提高了42.875％，这就是为什么要采取圆铜漆包线代替圆铜裸导线做绞合线的根本目的。如果把这七根互相绝缘的漆包线同时接上一定电压的交流电，它们每根导线里的自由电子都会在电压、电场力的作用下向电压高端方向移动(电流的方向引自高级中学课本物理学第三册第35页倒数第二行，1965年人民教育出版社)流动，流动后的导线里就有很多电子空缺位置，这些空缺的电子位置又给低电压端的多余电子打开通道。把多余的电子推送给每一根导线的空余位置，连续不断的、特别快速的循环往复，这就使每根导线里都有了电流通过，成为连续不断的电流。根据交流电在导体里允许通过的最大电流跟导体的截周长成正比(新发现)这一理论，我们就会千方百计，想方设法增加它的截面周长来增加它的表面面积，减小它的电阻。提高导电效率，也提高它的散热效率，设计椭圆导线是第一途径：第二种技术途径还是在保持截面面积不变的情况下，通过变细增根的技术方案增加它的截面周长(也就是在总截面不变的情况下，把原来的一根或多根导线的直径减小增加根数)，如果在绞合线的范畴内，还应该将裸圆导线线芯喷涂绝缘漆，烘干后才能绞合这样才能保持它的每一根导线线芯的截面周长不致于由于绞合而减小，而是随着根数的增加而增大。再举一个例子比较一下一根直径为4mm圆铜导线，它的截面积：S_圆＝r²π＝2²π＝4πmm²，它的周长：l_圆＝2rπ＝2×2π＝4πmm：一根直径为8mm的圆铜导线的截面积：S_圆＝r²π＝4²π＝16πmm²，它的周长：l_圆＝2rπ＝2×4π＝8πmm；四根直径为4mm的圆铜导线的截面积：S_总＝4(2²π)＝16πmm²，它跟直径为8mm的圆铜导线的截面积是相等的，l_总＝4×2rπ＝4×2×2π＝16πmm，它们的截面积是相等的，但是周长确长了一倍。所以它的导电效率也比一根直径8mm圆铜导线提高了一倍，是它的2倍。在截面积不变的情况下，通过减小导线直径增加根数的技术手段来增加它们的截面周长，周长的增加，大大的增加了它的表面面积。减小了导线的电阻，提高了它的导电效率和散热效率。为交流电的趋肤效应创造了技术条件，弥补了由于趋肤效应使导线有效电阻增大的缺陷，减小了电能在线路中的损耗，提高了电压的质量，提高了导线的利用率：但现有技术中都采用裸导线紧紧挨在一起或者绞合而成的导电线芯，就像图4右边七根1mm²裸铜导线紧紧挨在一起，它们就成了由七根裸铜导线组成的一根粗导线了，它和一根7mm²的圆裸铜导线性质是一样的，没有本质性的区别，它们七根中的每一根中的自由电子也能在这七根中穿梭活动。因而也减小了它们的截面周长，降低了导电能力。所以我们还应该继续采取技术措施，我们就用绝缘漆把它们各自隔开，限定了它们的自由电子的活动范围，增加了它们的周长。方法就是先将要绞合的每一根圆单线改为椭圆单线并喷绝缘漆后，烘烤晾干，使它们变成椭圆漆包线，然后才能将线芯绞合成漆包绞合线。就不会减小截面周长了。这样就能大大的增加截面周长，大大增加了它的表面面积，而表面面积的增大，降低了它们的有效电阻，提高了导电效率和导线的散热效率。而且是随着绞合线根数的增多总截面周长就增加的更多。效果就会更好更高。