Warum sind Kupferkabel rund?

Wie Jessica Rabbit – weil sie so gezeichnet werden.

Bei der Drahtherstellung wird der Draht durch immer kleinere Matrizen gezogen (gezogen) (oftmals mit dazwischenliegendem Glühen). Die Matrizen werden am einfachsten mit runden Löchern hergestellt (sie werden typischerweise aus sehr harten Materialien wie Diamant hergestellt).

Nicht alle Drähte sind rund - abgerundete rechteckige Drähte werden manchmal in Induktoren und Transformatoren verwendet.

Wenn Sie sich von kreisförmigen Querschnitten entfernen, stoßen Sie auf zwei wesentliche Probleme:

Erstens würden Ecken mehr Druck auf benachbarte Dinge ausüben und mit größerer Wahrscheinlichkeit zu Schäden an der Isolierung führen.

Zweitens würde der Hautstromeffekt für Hochfrequenzanwendungen zu einer höheren Impedanz in einem Kabel mit der gleichen Querschnittsfläche, aber mit Ecken führen. Außerdem würde die größere Menge an Isolierung, die erforderlich ist, um diesen Leiter abzudecken, auch die Impedanz ändern. Obwohl dies behandelt werden könnte, haben wir bereits ein umfassendes Verständnis des Skin-Effekts, der Impedanz und des Isolationseffekts bei hohen Frequenzen für runde Leiter, die es für Designer einschränken würden, ohne triftigen Grund alternative Konfigurationen zu verwenden (z. B. das Anbringen von mehr Kupfer in einem kleineren Bereich für die Effizienz in Induktoren).

Es gibt viele andere Überlegungen - das Drahtziehen ist bereits schwierig und anstrengend, ein kreisförmiger Querschnitt reduziert den Chipkontakt für eine bestimmte Kupferfläche. Die Isolierung würde aufgrund des zusätzlichen Umfangs eines Dreiecks oder Quadrats im Vergleich zu einem Kreis zunehmen (wiederum für die gleiche Querschnittsfläche von Kupfer). Beim Biegen oder Biegen würden die Ecken mehr Spannung erfahren, schneller aushärten und leichter brechen als kreisförmige Kabel.

Bei der Diskussion von Kabeln wird es noch schwieriger, andere Querschnitte zu machen. Stellen Sie sich vor, Sie nehmen 10 Leiter, um ein Kabel in einem Dreieck herzustellen. Beim Biegen, Verdrehen oder Quetschen bewegen sich die einzelnen Drähte im Kabel aus ihrer Position und verformen sich zu einer kreisförmigeren Form. Wie würden Sie diese Drähte an Ort und Stelle halten, um den gewünschten Kabelquerschnitt beizubehalten? Sie könnten zu einem einzelnen Draht gehen, aber dann wird es viel schwieriger zu handhaben, viel weniger flexibel und anfälliger für Brüche und Beschädigungen.

Flexibilität

Ein runder Querschnitt ermöglicht es dem Draht, sich in jede Richtung gleichermaßen zu biegen.

Nicht ausschließlich Kupfer, aber für größere Kabel erhalten Sie dreieckige Adern. Sie neigen dazu, Aluminium für größere Kerne wie diese zu verwenden.

In der Industrie werden Stromschienen aus massivem (rechtwinkligem) Metall (normalerweise Kupfer) verwendet, im Allgemeinen für Hochstromanwendungen:

...also nicht immer rund.

Aus produktionstechnischer Sicht ist es mit Abstand die einfachste Form, die man wählen kann, was meiner Meinung nach der dominierende Faktor bei all dem ist. Es ist auch mechanisch günstig, wenn man die Belastung beim Biegen berücksichtigt. Und wenn Sie darüber nachdenken, ist dies auch der effizienteste Weg, um so viel Querschnittsfläche (daher leitfähiges Material) auf begrenztem Raum unterzubringen.

Bei Niederspannungskabeln (240 V, 440 V) ist die Form des Leiters nicht kritisch.

Bei Hochspannungskabeln (3,3 kV und mehr) muss die Spannungsbelastung kontrolliert werden, damit die Isolierung nicht durchbricht.

An scharfen Ecken ist die Spannungsbeanspruchung am stärksten. Der einfachste Weg, dies zu kontrollieren, besteht darin, alles rund zu machen.

Sie sind nicht nur rund. Wie auch immer, Matrizenlöcher sind rund, weil sie einfacher herzustellen und am wirtschaftlichsten sind. Außerdem sind runde Kabel in einigen allgemeinen Situationen vielseitiger, zum Beispiel um sie in gewellte (oder nicht gewellte) Rohre einzuführen, um sie auf engstem Raum zu biegen oder zu krümmen, z. wann es erforderlich ist, sie an elektrische Home-Office-Steckdosen usw. anzuschließen. Daher wird der runde Querschnitt im Allgemeinen am häufigsten für praktische und wirtschaftliche Vorteile verwendet. Allerdings ist der runde Querschnitt nicht der einzige Standard. Andere Formen werden verwendet. Zum Beispiel verbreitet sich zuletzt die Verwendung von selbstklebenden Flachkabeln in Haus- oder Industrieelektrikanlagen: Sie befestigen sie einfach mit ihrem Klebstoff an der Wand und können sie direkt ohne Wellrohre spachteln und streichen, ohne die Wand zu räumen, ohne Verputzen.

Aufgrund des Skin-Effekts bewegt sich Wechselstrom tendenziell auf der Oberfläche des Drahtes. DC durch den ganzen Kern. Ein runder Draht maximiert den Querschnitt pro verwendeter Materialeinheit und ist daher am kostengünstigsten, um eine bestimmte Dicke oder Kapazität bereitzustellen. Es hat auch den Nebeneffekt, dass es die größte Oberfläche auf der Oberfläche des Leiters für eine gegebene Querschnittsfläche des gesamten Drahtes bereitstellt.

Während der Prozess der Drahtherstellung selbst größtenteils der Grund für seine Form ist, könnten Matrizen ihn in einer Vielzahl von Formen herstellen, aber der kreisförmige Querschnitt ist auch am kostengünstigsten.