单根特型高效节能电线的制作方法
【专利摘要】单根特型高效节能电线，是一种改变导线截面周长的新产品。由圆导线改为椭圆导线。交流电的趋肤效应使圆导线的有效电阻增大了，降低了导电能力。根据交流电在导体中允许通过的最大电流跟导体的截面周长成正比(新发现)这一理论。在不增加导线截面积增加它的截面周长。椭圆导线有比相同截面圆导线增长周长的技术特征。以图6为摘要附图。椭圆导线有增长周长，减小有效电阻，增大表面面积的技术特征。这就增加了它的导电能力，提高了导电效率。有重大的经济效益和社会效益。
【专利说明】单根特型高效节能电线【技术领域】
[0001]人类已经进入到了电气化的时代，我国正在进行着现代化的建设。电能是我们的主要能源，我国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。电能的生产过程和使用过程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节的重大问题。大多数发电机发出的电能先输送给升压变压器，由高压输电线路送给遥远的地方，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。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。我们通用的传输导线是圆铜线，圆铝线以及它们合金的圆导线。因铜铝导线里有较多的自由电子，导电性能良好。该发明涉及一种导线特别是涉及导线截面周长增长的问题，发明特征是将已有的技术中的圆截面导线改为椭圆截面积导线。
【背景技术】
[0002]我们必须更加广泛更加深入地认识探索研究总结交流电的基本规律和它的特殊规律。人们经常把水管的水流比作电子在导线里的流动。我认为是个误解，水管在相同的压力下，输水管内径的截面 积越大单位时间内输送的水量就越大，而且是随水管内径截面积的增大是成正比例的增加的，而交流电流则不是随着导线截面积的增大成正比例增加的。这是因为交流电有趋肤效应的原因。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，也是由导体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震动的金属原子发生碰撞，这就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Imm2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，它允许通过的最大电流又有什么变化。如图1是一根Imm2的圆裸铜导线，左边一根右边一根，它能允许的最大电流是19安，左右两根都是一样的；图2是两根Imm2的圆裸铜导线，左边是没有挨在一起的，它们的截面积之和就是图1左边一根Imm2的圆裸铜导线的2倍；它们的截面周长也是图1左边一根Im m2的裸铜导线的2倍。图2右边是两根紧紧挨在一起的Imm2的圆裸铜导线，它们的截面积之和与左边是一样的，也是图1左边一根Imm2的圆裸铜导线的2倍，图2右边两根Imm2圆裸铜导线的截面周长就不是图1左边一根Imm2圆裸铜导线的2倍了，它是小于一根Imm2圆裸铜导线的2倍的，因它们之间有一条切线使它们的周长减小了。因此允许通过的最大电流也不是图1左边一根Imm2圆裸铜导线的2倍了。它是小于2倍的；图3是三根Imm2的圆裸铜导线，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Imm2圆裸铜导线的3倍，而右边三根的截面积之和也是图1左边一根Imm2圆裸铜导线的3倍，而右边三根每根的截面周长都减小了 I / 6，每根只有图1左边一根Imm2圆裸铜导线周长的5 / 6，所以右边三根截面周长之和只有图1左边一根Imm2圆裸铜导线周长的2.5倍了，它们所允许通过的最大电流也只有图1左一根Imm2圆裸铜导线的2.5倍了。以此类推:图4是七根Imm2圆裸铜导线，左边是没有挨在一起的，右边是紧紧挨在一起的，左边7根Imm2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Imm2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Imm2圆裸铜导线的7倍，而右边七根Imm2的圆裸铜导线的截面积之和也是图1左边一根Imm2圆裸铜导线截面积的7倍。右边七根Imm2圆裸铜导线截面的周长更是减小了很多，周周六根每根已减小了 I / 3，截面周长只有图1左边一根Imm2圆裸铜导线周长的4 / 6 了，中间中心那根对于七根和在一起的裸铜导线来说它的外表面周长为零了。所以右边七根Imm2的圆裸铜导线截面周长只有图1左边一根Imm2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Imm2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的增加，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:在周一温度下，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截面的周长成正比。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，吴大猷著1983年科学出版社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)，趋肤效应是由交流电的本性和导体的性能这两个方面决定的。我们还可以举一些例子说明这个问题。翻开农电手册(832页，表12-30聚氯乙烯绝缘线在空气中敷设长期负荷下的载流量，线芯工作温度+65°C.环境温度+25°C )。0.5mm2的铜线载流量为12.5安，两根
0.5_2的载流量就是25安，而一根Imm2的铜线载流量确只有19安。两根0.5_2的铜线跟一根0.5mm2的铜线比较，它的截面积增加了一倍，它的截面周长也增加了一倍，所以它的载流量也要增加一倍，即25安，而一根Imm2的铜导线跟一根0.5mm2的铜线比较，它的截面积增加了一倍，但截面周长却没有增加到一倍，所以它的载流量也远低于25安，只有19安；一根Imm2的铜导线的载流量是19安，4根Imm2的铜导线的载流量是76安。4根Imm2的铜线跟一根Imm2的铜线比较，它的截面积增加到4倍，它的截面周长也增加到了一根Imm2的铜线的4倍，所以它的载流量也要增加到4倍，即76安。而一根4_2的铜线跟一根Imm2的铜线比较，虽然截面积增加到4倍，但是截面周长却远没有增加到一根Imm2铜线的4倍，所以载流量也远增加不到一根Imm2铜线的4倍。即只有42安。以此类推，导线截面周长是决定载流量的关键因素。那就应该想法在不增加导线截面积的基础上，尽量扩大增大它的表面面积，我们还是从最基础的单根导线做起。在长度不变或一定的情况下，表面面积的增大取决于它的截面周长。在相同截面积的圆导线与椭圆导线中，无疑是截面椭圆的导线的周长最长。所以椭圆导线是最好的选择。图5是一个截面积相同的椭圆导线与圆导线截面积和周长的比较图例，都是实际的尺寸把它们放在一起都是为了便于观察直观的比较椭圆的技术特征和它的技术特性的优势。图5圆A' Di B' C的半径为20_，所以圆A' Di B' C的截面积:S圆=r2 JI =20X20X 3i=400 3imm2。截面周长:1 圆=2r π =2Χ20Χ π =40 π mm ;椭圆导线截面的长轴 AB=50mm=2a,短轴 CD=32mm=2b,所以捕圆 ADBC 截面积:S||= π ab= π 25 X 16=400 n mm2,
椭圆 ADBC 截面周长:义植= πΙ1.5(a+b) — A/^]=it￡l.5X (25+16) — λ/25χ 16 ]=π [1.5X41—20]= 41.5 π mm，I 椭—I 圆=41.5 π mm-40 Ji mm=l.5 Ji mm ^ 4.7Imm0
[0003]图5是一根圆导线与一根椭圆导线横截面的图形，它们的横截面积相同如果它们的长度也相等，那么它们的体积和重量都应该相等。但由于椭圆导线截面周长比圆导线截面周长长4.71mm，如果在导线长度相等的情况下，椭圆导线的表面面积就增加了很多。这是个25:16的椭圆。随着椭圆长短轴比例的增大，相同截面积的椭圆比圆的周长之差就会越大。也就是说椭圆的长轴越长，短轴越短，它的周长比相同截面的圆导线越长。图6是一个9:4椭圆铜导线和一个直径为30mm的圆铜导线的比较图例，椭圆的长轴AB=2a=45mm，短轴⑶=2b=20mm，椭圆导线与圆导线的横截面积是相等的，圆A' D' B' C'的面积:Sffl=r2 π =15X 15 π =225 π mm2，圆 A' D' B' C'的周长:1 圆=2r π =2X 15 π =30 π mm ;椭圆 ADBC的面积:S 椭= Jiab=Ji.22.5X 10=225 Jimm2，圆 A' D' B' C'的面积 S 圆=椭圆 ADBC 的
面积Sw,椭圆ADBC周长:/l椭 =π [1.5
(a+b) _ yfab n [1.5X (22.5+10) — 2,2.5"X1-0 ]= [1.5 C32.5) 一15]= n [33.75] —33.75 it ffi?,I #1-1 _ =33.75 31-30 31=3.75 31 ^ 11.78mm，这个椭圆比与它截面积相等的圆的周长多
11.78mm。图5,图6这两个例子充分证明了，在截面相同的情况下，椭圆比圆有增大周长的作用，并随着长短轴比例的增大而增大的。由于交流电的趋肤效应(集肤效应)，使圆截面导线的有效电阻增大了，减小了它的有效面积，从而也降低了它的导电能力。椭圆截面导线有增大周长的技术特征。正好弥补了圆截面导线的不足。它增大了截面的周长，从而扩大了它的表面面积。所以说椭圆更具有良好的电学性能和导电性能。我认为线芯椭圆是线缆最根本最基础最重要的基本特征。是电线电缆的关键技术特征。应该充分的认识它，挖掘它、开发它，利用它的特征优势，以充分利用它来节约原材料，节省电能在线路中、设备中、电机中的白白消耗。造福子孙万代。因为相同截面积的椭圆导线比圆导线有增加周长的作用，大大增大了它的表面面积。表面面积的增大，这使交流电的趋肤效应得到了充分的利用，从而降低了它的有效电阻，提高了它的导电性能，提高了导线的利用率，降低了它的线路耗损。提高了电压的质量，由于椭圆导线比圆导线周长长，大大增加了它的表面面积，由于表面面积的增大，又大大提高了椭圆导线的散热效率，这又在一定程度上增加了它的输电能力，由于椭圆导线比圆导线截面周长长，大大提高了它的导电能力，如果输入一定功率的电能时，导线的截面积可适当减小，这样可以节省5-20%导线原材料；由于椭圆截面导线短轴下边趋于扁平，底面与平面接触面积比圆导线的接触面积大，大大降低了它的接触电阻，因接触电阻很小了，导线与开关、设备，电机接线端子容易接实接牢，不易发热而导致损坏开关电器设备，从而也在一定程度上也保护了开关和电器设备的安全运行，也减少了电机的两相运行。对电机也有一定程度的保护作用 ，另外导线与导线的连接也接触面大，容易接实接牢，容易施工，保护线路由于接头松动不牢而发热氧化使线路断线。如果此项技术能够在全国范围内得到推广应用，将会产生巨大的经济效益和社会效益。因为电能是一个使用最广泛，使用量最大的能源系统。从所有的发电机、变压嚣、输送电线路到一切的电动机和电器设备全过程的节能过程。这样不仅会节省很多电能和导线的原材料，还能会节省很多的燃煤，燃油等发电用的一次能源，也会减少排污散热，减少环境污染，缓解气候变暖。
【发明内容】
[0004]我所发明的最终目的就是想节省原材料，节省电能。对于导线来说它的用途就是传导输送电流。我的初衷就是在不增加导线原材料(截面积)的前题下，提高它的输电能力或者说在减小截面积的情况下，不减少它的输电能力。这就是本发明的宗旨，也是科技发明奇特魅力之所在。因为交流电的趋肤效应。也就是说交流电在导体导线中的传导输送主要是通导体导线的表面为途径的。导线的表面面积实际上是由两方面决定的。一个是它的长度，一个就是导线截面的周长，如果一条导线的长度已经确定了，那么决定它表面面积大小的唯一因素就是它的截面周长。我们也可以进一步分析，把一条一定长度的导线外表面展开就是一个很长的长方形，长方形的面积是由长和宽决定的。长就是一定长度的导线，宽则是导线截面的周长。导线截面积和导线截面积周长是两个完全不同的概念。一个是面积单位，衡量导线截面积大小的；一个是长度单位，衡量导线周长的长短的。对于圆导线而言，导线截面积是由它的半径的平方米决定的，周长是由它的半径决定的。对于所有的均匀的各种截面形状的导线来说，决定它的表面面积的就是截面周长。交流电在导体中允许通过的最大电流是由它的截面周长决定的(因为导线长度一定时，它的表面面积是由它的截面周长决定的)。这是因为电子电流的移动传导是从它的外表面通过的。一定长度的导线允许通过的最大电流是由它的截面周长决定的。进一步分析我们发现了这样一条规律:在一定的温度下，用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。因为交流电的趋肤效应，使得圆导线的有效电阻增大，使它的有效截面积减小，降低了它的导电效率，另外圆导线的表面面积最小，降低了它本身的散热效率。这样就会浪费大量的原材料，增加重量，加大造价成本。同时还白白浪费了很多电能，降低了电压的质量，使大量的热散发在空气中，加剧了气候的变暖。椭圆导线与圆导线相比，椭圆导线有增大截面周长的技术特征，对于导线而言，增大了它的截面周长就是增加了它的表面面积，而表面面积的增大，大大提高了导线的导电效率和散热效率。表面面积的增大又降低了导线的有效电阻，由于有效电阻的减小，不仅提高了输电能力，而且大大降低了线路的损耗，提高了电压，减少了线路的热排放。椭圆导线在与开关，电器设备，电机接线时或者导线与导线连接时，因椭圆导线趋于扁平，而接触面积大，接触电阻小，好施工，接线接的牢固，不松动，不易发热氧化，对开关电器设备电机线路都有保护作用。因为椭圆导线具有这些得天独厚的优势。我的基本构思是想改进所有的导线。从发电机的定子，转子的漆包线到发电机发出电输送到升压变压器的输出线，从升压变压器的一、二次线圈的漆包线到高压输送的铜、铝绞线，又到变电站降压变压器的一、二次线圈，又到各厂矿用户的配电变压器，再输送到车间、用户的电线、电缆到电机设备的漆包线全程的改进创新。如果这项全新科技能在全国、全世界的应用和推广。就会开辟人类(发电输变电配电、电机、电器设备和一切用电设备)高效节能的新途径。开创人类节能、节电的新纪元。这的确一项开拓性的发明创造。它是一个方向性的，它是一条道路一种途径。一个领域性的开拓发明创造。它对我国乃至全世界人民的经济发展有着密切关系和重大的推进作用，关系国计民生，关系国家重大利益。同时也是物理学的一次重大发现。使电线、电缆今后的发展有了一个明确的方向，具有重大的经济效益和社会效益。
[0005]在各种各样的线缆中:电磁线(漆包线)从直径0.02到14mm所有的电磁线；单根绝缘导线从截面0.3到6mm2绝缘电线；直径为0.02_14mm，多根绝缘电线从10到800mm2绝缘电线，在输送电线路中从截面10 / 2、16 / 3、25 / 4至1400 / 135mm2的绞合线；还有高低压单芯、双芯、三芯、四芯截面从10到800mm2。单根截面椭圆是根本是基础是最重要的基本技术特征，是最关键的技术特征。所以先从单根的绝缘导线开始，从截面为0.3-6mm2导线谈起。图5是实际的尺寸，而且将圆和椭圆重叠绘制，是为了更直观的观察比较椭圆导线比圆导线固有的技术特征，因为它有这些技术特征，所以它就会有在交流电传输导电过程中发挥特殊的技术优势和功能。椭圆ADBC的长轴AB=2a=50mm,短轴CD=2b=32mm ；圆F Di Bi C1的直径为F Bi =C1 Di =40mm，半径r=20mm ;椭圆和圆的面积是相等的，通过计算:椭圆ADBC的面积:S楠=π ab= Ji.25X 16=400 π mm2，椭圆ADBC的周长:
【权利要求】
1.单根特型高效节能电线，泛指单根线芯截面椭圆，包括各种规格和各种不同长短轴比例的椭圆导线: (1)单根单芯绝缘导线0.3-6mm2 ； (2)包括各种规格的漆包线:直径0.02-14mm2 ； (3)包括各种绞合线的每一根基芯以及最后绞合成的总体芯的椭圆，绝缘绞合线和裸绞合线 10-800mm2 ； (4)高低压输电线路中的绞合线10/ 21400 / 135mm2 ； (5)高低压电缆线芯0.75-800mm2等。 由于交流电的趋肤效应，电子电流集中在导体导线的外表面的运动流动的特征。在相同截面积的均匀导体导线中，椭圆导线(导体)有比圆导体导线增加周长的技术特征。椭圆漆包线截面周长的增长，就大大的增加了导线的表面面积。这些正好符合了交流电的集肤效应的技术要求，使椭圆导线的有效电阻减小了，提高了输电能力，降低了线路的损耗。又正好弥补了因圆导线截面周长小，表面面积小有效电阻大，降低了它的导电能力的缺陷。这真谓巧采椭圆漆包线，真可谓:巧夺天工椭导线，天掉馅饼赐人间。无需投资高效益，发电用电开新天。
【文档编号】H01B9/00GK103545037SQ201310421483
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月7日 优先权日:2013年9月7日
【发明者】陈胜民 申请人:陈胜民