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铜包钢复合导线的高导特性
苹甲兵工程学院费保俊张绍先ˇ陈正宏724/
摘要研究发现,锅包钢复合导线具有一种很有价值的高电导特性、在一定的率区城,
銅包钢复合导鐵的导电性簏明显地高于钥导线。同时给出了这种高电导特性与传输频率及导
线结构的关系。
速得色物,双る,世地,复合爭线
概述
夲文对包到导线的岛特性进行了初
步分析。由于涉及的因素较多,我们对一些较
铜包钢导线是由钢芯和铜层构成的复合为次要的因素留待以后再作讨论,以便使问
线材。由于铜的导电性能优于钢,铜包钢导线题简化,其中主要的两点近似是:
的导电性能比相同外径的钢导线优越是显然
(1)忽略铜包钢呈线的钢一铜界面处的
的。本文论述的是,在一定的高频区域,铜包电磁及其它损耗。我们认为,这种损耗虽然存
钢导线的导电性能优于相同外径的实心铜导在,但与钢芯和铜层中的电磁损耗相比,是极
线,即前者的阻抗比后者更小些。这是我们在其微弱的。
研究铜包钢导线的导电性能时发现的一种很
2)将钢一交界面看成是无厚度的几
有意义的物理现象
何面。实际上这个界面是一合金层,但其厚度
这种特性初看起来似乎难以理解,因为要比铜层小得多,所以将这个合金层视作成
钢的传输性能比铜差,两者的复合体的传输几何面后,不会对计算结果产生较大误差。
性能好像不可能比铜导线更好。但是提出这
在以上两点近似的前提下,计算得出的
个论点时实际上是忽略了一种因素,这就是数据与实验值相差无几,说明在初步探讨时
尽管钢的?电率比铺铜小,但前者的磁导率却作以上近似是允许的。
比后者大得多。正因为如此,电磁波在钢-铜
界面上的反射牧痖不容忽略,而这种反射敬
复合导线与锏导线的高频阻抗
应使得导线内的电磁场分布有别于实心铜导
本文将铜包钢复合导线简称作复合导
线,所以由电磁场分布决定的导电性能优于线,这一作法还基于以下的认识:其它复合导
实心钢导线是可能的。可见,我们不能简单地线(例如铝包钢复合异线)也同样具有本文给
用导线的材料和截面来判断它的导电性能,出的基本结论。为清楚起见,本文采用在字母
而该分析导线内部的电磁场分布。
上方注点的惯例表示复数,并将其幅值和幅
这种特性已经被实验所证实。中国计量角记作形如
科学院提供的检测报告与我们的理论计算结
果基本吻合,说明铜包钢导线的高导特性确
复合导线的截面如图1所示。设复合导
实存在其意义在于,它为复合导线提高电传线的半径为7:钢半径为,复合导线直径
输性能提供了一种新的途径,也为复合导线d=2r复合层厚度=ァー,其中:0的进一步开发应用提供了理论基础,其经济
的区域为钢芯,r1≤r≤ra的区域为铜层。
效益预期十分可现。
首先说明,我们曾粲在复钢与铜导线的
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了下文的需要,只需解出
如果忽略复合导线的界面(r=r1)处的
损耗,则由电磁场边值关系
B(ksr:)=A[1(ker1)ーaK1《kcr:)
sBな。(ksr:)=3cA[d(kcr:)+aK。《kcr1)]
可求得
1)t1(kcr1)ーな1(応sy)(
21(ksr1)R1(k)+で1(k)K。(ken
图1包钢导线金粗截面图
5)
高频电磁性能比较ー一文中,用有限元数值其中的学是铜与钢的波阻抗比值:
解法,计算出铜包钢导线和实心铜导线内部
的电磁场分布。在该文中考虑到了磁性材枓
=3c/なs=√(のs心)(c)e-(6)
钢的磁导率的非线性及磁滯损耗。在本文中
对实心的铜导线(0≤r≤r2),其内部的
因为希塑得到便于分析的解析表达式,将钢
电磁场为
的磁导率近似成常数(但仍然考虑了磁滞损
H=CI, (kcr
耗)。这个近似对计算结果影响不大,因为它
E=scct(kcr)
与有限元法得出的结论相差无几。事实上,高
其中待定系数C由边界条件确定。
电路中导线内部的磁场是很微弱的,钢芯
导线的阻抗取决于导线表面(r=r2)处
中的磁场则更,我们知道,在很的磁场情的电磁扬。对单位长度的导线,其复阻抗为:
况下,磁导率近似为常数,即初始磁导率。
EE
Td?(ke
因此,对复合导线中的钢芯(0≤r≤n1)
其电导率σ为实常数,但其磁导率与磁用下标CS和Cu分别表示铜包钢复合导线
和实心蝴导线,将式(3)和式(7)代人上式,可
滯损耗角有关,可将其设为复常数:
得两种导线的复阻抗及其电阻、电感为:
Zos =Rs+ jolo
其电磁场分布为
(kcr,)+ ak,
(1)
n1(ker2)ーaR1《及
其涡流系数和波阻抗为
Cu=Rc,+jol 1. lo kcr
ks
osis3s=√ jags/os(2)
复合导线的铜层(r1体,其电导率c和磁导率c均为常数,故其际计算中只需讨论式(9),这有助于减少程序
内部的电磁场为:
计算中的误差积累
=A[(k)ーaK1(kr)]
(3)
E=CALO(kcr)+a.(c)
复合导线的高电导现象
其祸流系数和波阻抗为:
因为本文讨论复合导线与铜导线导电性
。=√Aェな=Vji/oc(4)能的相对关系、为此定义复合导线和铜导线
以上的(kr)和K:(kr)(=0,1)是以复数kr的一次参数的比值为复合导线的相对值,即
为变量的变型第一类和第二类贝塞尔函数;复合导线的相对阻抗z,相对电限R,及相
以、A和B是待定系数,由边界条件确定。为对电感为:
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