特型高效節(jié)能漆包絞合電線電纜及其制造方法
【專利摘要】特型高效節(jié)能漆包絞合電線電纜及其制造方法。是一種能增加導線截面周長的新產品、新方法。在現(xiàn)有技術上采用縮徑增根、橢圓增加周長，絕緣隔離增加周長的技術手段，大大增加了導線的周長。特別是在絞合線的范圍內，大大增加了導線總截面積的周長，從而大大的增加了它們表面面積，表面面積的大大增大，提高了導線的散熱效率，降低了導線的電阻，大大提高了導線的導電效率，減小了線路損耗，提高了電壓質量。節(jié)約了原材料，節(jié)約了電能。圖10就是我們采取了三種技術措施的效果展現(xiàn)。同時發(fā)現(xiàn)了一條規(guī)律：交流電在導體中允許通過的最大電流跟導體的截面周長成正比。這也是物理學上的重大發(fā)現(xiàn)。對線纜的研發(fā)以及更高效地利用電能奠定了理論基礎。具有重大經(jīng)濟和社會效益。
【專利說明】特型高效節(jié)能漆包絞合電線電纜及其制造方法
【技術領域】
[0001]人類已經(jīng)進入到了電氣化的時代，我國正進行著大規(guī)模的現(xiàn)代化建設，我們的各行各業(yè)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(huán)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(jié)約電能就成為當前迫在眉睫的重大問題。大多數(shù)發(fā)電機發(fā)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(jīng)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(jīng)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(fā)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ー個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展的大動脈。然而電流經(jīng)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(fā)在空氣中。給我們周圍的空氣增加了溫度，カロ劇了氣候的變暖。那么它們?yōu)槭裁磿l(fā)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(fā)明涉及導線截面周長增長的問題，不僅將現(xiàn)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増加他們的根數(shù)；還要將導線線芯中的每ー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】
[0002]人們經(jīng)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増加的，交流電則不是隨著導線截面積的增大成正比例増加的。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(fā)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Imm2的圓裸銅導線做這樣ー個實驗，比較比較，看看他們的截面積和周長發(fā)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是ー根Imm2的圓裸銅導線截面圖，左邊一根，右邊ー根，他們的截面積和周長都是一祥的，它們各自允許通過的最大電流是19安:圖2是兩根Imm2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左邊ー根Imm2的圓裸銅導線的2倍:它允許通過的最大電流也是圖1左邊ー根Imm2的圓裸銅導線的2倍；圖2右邊兩根是緊挨在一起的Imm2的圓裸銅導線。它們的截面積之和和左邊是一祥的，也是圖1左邊ー根Imm2的圓裸銅導線的兩倍，圖2右邊兩根Imm2的圓裸銅導線的截面周長之和就不是圖1左邊一根Imm2的圓裸銅導線的2倍了，它是小于一根Imm2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Imm2的圓裸銅導線的兩倍了，它是小于2倍的；圖3是三根Imm2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Imm2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Imm2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Imm2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Imm2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Imm2的圓裸銅導線周長的2.5倍了。以此類推，圖4是七根Imm2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Imm2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Imm2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Imm2的圓裸銅導線的7倍，右邊七根Imm2的圓裸銅導線的截面積之和也是圖1左邊一根Imm2的圓裸銅導線截面積的7倍。右邊七根Imm2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Imm2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Imm2的圓裸銅導線的截面周長只有圖1左邊一根Imm2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Imm2的圓裸銅導線的4倍了。通過這個實驗，我發(fā)現(xiàn)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t匕。這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)以及理論的研究將為更高效地利用電能以及線纜的研發(fā)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Imm2的圓銅漆包線，左邊七根是沒有挨在一起的，這七根Imm2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Imm2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Imm2圓銅裸導線的7倍。圖5右邊是七根Imm2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Imm2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Imm2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(qū)別，只是距離的遠近而已，因為它們都是漆包線，本身已經(jīng)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Imm2的圓銅漆包線，所以它們跟圖4右邊的七根Imm2的圓銅裸導線是有本質的區(qū)別的，是根本不同的，這很像現(xiàn)代人和野人，穿上衣裳就是文明的(現(xiàn)代人)，不穿衣裳就是野人，是不文明的。圖5右邊這七根Imm2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(yè)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(shù)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Imm2的圓銅漆包線跟圖4右邊的七根Imm2的圓銅裸導線做個比較，它們的總截面積都是7_2，而圖4右邊的七根Imm2的圓銅裸導線的周長只是圖1左邊ー根Imm2的圓銅裸導線的4倍，圖5右邊七根Imm2的圓銅漆包線是圖1左邊ー根Imm2的圓銅裸導線的7倍。這圖5七根Imm2的圓銅漆包線比圖4右邊的七根Imm2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(shù)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ー根導線的空余位置，連續(xù)不斷的、特別快速的循環(huán)往復，這就使每根導線里都有了電流通過，成為連續(xù)不斷的電流。根據(jù)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(fā)現(xiàn))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:第ニ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増加它的截面周長(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(shù))，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(shù)的增加而増大。再舉ー個例子比較ー下一根直徑為4mm圓銅導線,它的截面積:S圓=r2 = 22 n = 4 n mm2,它的周長:1圓=2r:n = 2X2 3i = 4 mm: —根直徑為8mm的圓銅導線的截面積:S_= r2=42 Ti = 16 mm2，它的周長:1圓=2r = 2X4 Ti = 8 n mm ;四根直徑為4mm的圓銅導線的截面積:S總=4(22 3i) = 16 mm2，它跟直徑為8mm的圓銅導線的截面積是相等的，I總=4X2r = 4X2X2ji = 16 mm，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，通過減小導線直徑増加根數(shù)的技術手段來增加它們的截面周長，周長的增加，大大的増加了它的表面面積。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(chuàng)造了技術條件，彌補了由于趨膚效應使導線有效電阻増大的缺陷，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(xiàn)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Imm2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，它和ー根7mm2的圓裸銅導線性質是一祥的，沒有本質性的區(qū)別，它們七根中的每ー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(xù)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，増加了它們的周長。方法就是先將要絞合的每ー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，而表面面積的増大，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(shù)的增多總截面周長就增加的更多。效果就會更好更高。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的最終目的就是想節(jié)省原材料，節(jié)省電能，對于導線來說它們用途就是傳導輸送電能，初衷就是在不增加導線截面積的前提下，提高它的輸電能力；或者說在減小截面積的情況下，不減小它的輸電能力，這就是本發(fā)明的宗旨，也是科技發(fā)明奇特魅力之所在。為了更加有效的利用原材料和更加高效的利用電能，節(jié)省電能，我們采用三技并舉的方針，效果更佳，也就是采用縮徑增根、絕緣隔離和采用橢圓漆包線絞合來代替圓裸導線絞合的產品和方法，因為交流電的趨膚效應，也就是交流電在導體導線中的傳導輸送主要是通過導體導線的表面為途徑的，導線的表面面積實際上是由兩方面決定的，一個是它的長度，一個就是導線截面的周長，如果一條導線的長度已經(jīng)確定了，那么決定它的表面面積大小的唯一因素就是它的截面周長。我們也可以進一步分析，把一根一定長度的導線表面展開就是一個很長的長方形，長方形的面積是由長和寬決定的。長就是一定長度的導線，寬則是導線截面的周長。怎樣才能增加導線的截面周長呢？還有一種途徑就是在截面積不變的情況下，增加它們的根數(shù)，因為增加了根數(shù)，它們的每一根的直徑就得縮小，這樣才能保證它的總截面積保持不變。我們用一根直徑為4mm圓裸銅導線和4根直徑為2mm圓裸銅導線比較一下:一根直徑4mm的圓裸銅導線的面積為:S大=r2 π = 22 π = 4 π mm2，I大=2r π=2X2 π = 4 π mm ;四根直徑為2mm圓裸銅導線截面積之和:S四=4Xr2 π = 4X I2 π =4 η mm2, 10= 4X2r η = 4X (2X I π ) = 8 π mm, —根直徑為4mm圓裸銅導線和4根直徑為2_的圓裸銅導線截面是相等的，如果它們的長度也相等，那么它們的體積和重量都是相等的。但4根直徑為2mm的圓裸銅導線的截面周長確比一根直徑為4mm的圓裸銅導線的周長長了一倍。因此它能允許通過的最大電流也是一根直徑為4_圓裸銅導線的2倍了。如果增加的根數(shù)更多，它的總截面積周長就會更長，它允許通過的最大電流也會更大。但是我們通過對圖4右邊七根Imm2圓裸銅導線增加截面的分析，它們截面周長確增加不到一根Imm2圓裸銅導線的7倍，而只有4倍，這使它們效果大大降低了。那么我們就應該繼續(xù)采取技術措施，保證它們截面周長不會減小，第三種技術手段就是噴涂絕緣漆隔離的方法。像圖5右邊的七根Imm2的圓銅漆包導線，任憑你怎樣緊緊挨在一起或者絞合在一起，它們都不會成為一體，只能各干各的活了。這七根Imm2圓銅漆包線里的每一根的自由電子只能在自己的Imm2的范圍內活動，超不出我們給它劃分的界限。圖5右邊七根Imm2圓銅漆包線絕緣導線又比圖4右邊的七根Imm2圓銅裸導線增加了 42%截面周長，它們導電性能也將會提高42%，這也是很可觀的經(jīng)濟效果。我們?yōu)槭裁辞Х桨儆嬙黾訉Ь€的截面周長呢？這是因為交流電的趨膚效應的技術特性。而且我們又發(fā)現(xiàn)了一條規(guī)律:在一定溫度下，用同一種材料制成均勻導體中，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(guī)律的發(fā)現(xiàn)以及理論的建立為我們研發(fā)電線電纜指明了方向。交流電的趨膚效應，使得圓導線的有效電阻增大了，使它們有效截面積減小了，降低了它們導電效率。另外圓導線表
面面積小，降低了它本身的散熱效率，這樣就會浪費大量的原材料，增加重量，加大線路造價成本。同時還由于有效電阻的增大浪費了很多的電能，使大量的熱白白散發(fā)在空氣中，也加劇了氣候的變暖。在相同截面的橢圓導線與圓導線中，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，橢圓導線有很好電學性能和良好的導電性能，圖6是一根Imm2的圓銅裸導線和一根Imm2的橢圓裸銅導線的截面對比圖；我們把它們重疊繪制，并且放大尺寸，都是為了便于清楚的直觀的觀察比較橢圓導線比圓導線的技術特征和特性的優(yōu)勢，圖6,圓A' D' B' C'的面積S圓=r2 π = 1mm2，橢圓ADBC的面積S^= Jiab =
【權利要求】
1.在各種各樣的線纜中，特性高效節(jié)能漆包絞合電線電纜及其制造方法。泛指導線線芯橢圓漆包絞合而成的各種規(guī)格的絞合線芯及其制造方法的總和: (1)在現(xiàn)有技術基礎上的縮徑增根來增加周長的方法。 (2)在現(xiàn)有技術基礎上的縮徑增加橢圓導線根數(shù)來增加導線截面總周長的方法或在現(xiàn)有技術基礎上改為橢圓導線根數(shù)增加導線截面周長的方法。 (3)在現(xiàn)有技術基礎上或在增根后技術基礎上絕緣隔離的方法(即在現(xiàn)有技術基礎或在縮徑增根和縮徑增橢圓導線根數(shù)上的噴涂絕緣漆，烘烤晾干，變成漆包線再絞合的方法)。 (4)絕緣絞合電線和裸絞合電線10-800_2，將絕緣絞合線和裸絞合線線芯增加根數(shù)并變?yōu)椴煌L短軸比例的橢圓漆包線線芯(包括單根和整根線芯橢圓)，最后才能絞合成型加絕緣層或絞合成漆包裸絞合線。 (5)在高低壓輸電線路中，10/2，16/3，25/4-1400/135mm2將導線線芯中的每一根單線變成各種長短軸比例的各種規(guī)格橢圓導線根數(shù)或增加根數(shù)，噴涂絕緣漆變?yōu)闄E圓增根漆包線，然后，再絞合成整體橢圓的導線線芯。 (6)高低壓電纜線0.75-800mm2，在現(xiàn)有技術基礎上將圓裸線芯改為橢圓線芯或漆包線芯或在現(xiàn)有技術基礎上改為增根橢圓漆包線線芯。 (7)控制電纜線0.012-120mm2，在現(xiàn)有技術基礎上將圓裸線芯改為橢圓線芯或裸或漆包線芯。 (8)鐵路交直流電力機車專用線網(wǎng)電纜，將圓線芯改為橢圓增根線線芯。 (9)通訊電線電纜有線電視線航空航天鑲金鍍銀等電線電纜，將圓線芯改為橢圓線芯或縮徑增根橢圓導線線芯。 (10)高頻信號發(fā)射輸送接受線纜以及光纜等特殊電線電纜線有電子及電磁波傳輸?shù)碾娋€電纜等，將圓線芯改為增根橢圓線芯或橢圓線芯。
【文檔編號】H01B13/00GK103531274SQ201310508732
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權日:2013年10月25日
【發(fā)明者】陳勝民 申請人:陳勝民