[发明专利]特型高效节能接触网线及双椭受电弓和制造方法

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。每一条高线路就是某一个地区能源供给的大动脉。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都是圆铜线，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以及受电弓的双椭圆问题。 

背景技术

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1m m2的圆裸铜导线做这样一个实验比较比较，看看它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1mm²的圆裸铜导线，左边一根右边一根，它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。左右两根都是一样的；图2是两根1mm²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1mm²的圆裸铜导线的2倍；它们的截面周长也是图1左边一根1mm²的圆裸铜导线的2倍，他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2倍。图2右边是两根紧紧挨在一起的1mm²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1mm²的圆裸铜导线的2倍，图2右边两根1mm²圆裸铜导线的截面周长就不是图1左边一根1mm²圆裸铜导线的2倍了，它是小于一根1mm²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1mm²圆裸铜导线的2倍了。它是小于2倍的；图3是三根1mm²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1mm²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1mm²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1mm²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1mm²圆裸铜导线的2.5倍了。以此类推：图4是七根1mm²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，左边七根1mm²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圆裸铜导线的7倍，而右边七根1mm²的圆裸铜导线的截面积之和也是图1左边一根1mm²圆裸铜导线截面积的7倍。右边七根1mm²圆裸铜导线截面的周长更是减小了很多，周围六根每根已减小了1/3，截面周长只有图1左边一根1mm²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1mm²的圆裸铜导线截面周长只有图1左边一根1mm²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℃，环境温度+25℃)。0.5mm²的铜线载流量为12.5安，两根0.5mm²的载流量就是25安，而一根1mm²的铜线载流量确只有19安。两根0.5mm²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1mm²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1mm²的铜导线的载流量是19安，4根1mm²的铜导线的载流量是76安。4根1mm²的铜线跟一根1mm²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1mm²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4mm²的铜线跟一根1mm²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1mm²铜 线的4倍，所以载流量也远增加不到一根1mm²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，把它们放大在一起绘制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′D′B′C′的半径为20mm，直径A′B′=C′D′=40mm，半径r=15mm，所以圆A′D′B′C′的截面积：S_圆＝r²π＝20×20×π＝400πmm²。截面周长：l_圆＝2rπ＝2×20×π＝40πmm；椭圆导线截面的长轴AB＝2a＝50mm，短轴CD＝2bmm＝32mm，所以椭圆ADBC截面积：S_椭＝πab＝π25×16＝400πmm²，椭圆ADBC截面周长：l_椭-l_圆＝41.5πmm-40πmm＝1.5πmm≈4.71mm。