Co je efekt blízkosti?

Definice: Když vodiče nesou vysoké střídavé napětí, proudy nejsou rovnoměrně rozloženy po průřezu vodiče. Tento jev se nazývá blízkostní efekt. Blízkostní efekt způsobuje zvýšení zdánlivého odporu vodiče v důsledku přítomnosti jiných vodičů nesoucích proud v jeho okolí.

Když jsou dva nebo více vodičů umístěny blízko k sobě, jejich elektromagnetická pole interagují. V důsledku této interakce dojde k přerozdělení proudu v každém vodiči. Konkrétně, vyšší hustota proudu se akumuluje v části drátu vodiče, která je nejvzdálenější od rušivého vodiče.

Pokud vodiče nesou proud stejným směrem, magnetická pole sousedních polovin vodičů se navzájem vyruší. Následně žádný proud neproudí těmito sousedními polovicemi vodičů a místo toho se soustřeďuje v vzdálených polovicích.

Pokud vodiče nesou proud opačnými směry, magnetická pole v bližších částech vodičů se posilují, což vede k vyšší hustotě proudu v těchto sousedních oblastech. Naopak, magnetická pole v vzdálenějších polovinách vodičů se navzájem vyruší, což vede k minimálnímu nebo nulovému proudu v těchto vzdálených oblastech. Následně se proud soustřeďuje v bližších částech vodičů, zatímco vzdálené poloviny ukazují výrazně snížený proud.

Pokud proudí DC proudem vodičem, proud je rovnoměrně rozložen po průřezu vodiče. V důsledku toho na povrchu vodiče nedochází k blízkostnímu efektu.

Blízkostní efekt je významný pouze pro vodiče s průřezem větším než 125 mm². Pro jeho zohlednění musí být aplikovány korekční faktory.

Při zohlednění blízkostního efektu se odpor vodiče střídavého proudu stává:

Označení:

• Rdc: Nezkorigovaný odpor vodiče proti střídavému proudu.

• Ys: Faktor povrchového efektu (změna odporu způsobená povrchovým efektem).

• Yp: Faktor blízkostního efektu (změna odporu způsobená blízkostním efektem).

• Re: Efektivní nebo korigovaný ohmový odpor vodiče.

DC odpor Rdc lze získat ze souborů s drátěnými vodiči.

Faktory ovlivňující blízkostní efekt

Blízkostní efekt primárně závisí na faktorech jako jsou materiál vodiče, průměr, frekvence a struktura. Tyto faktory jsou detailně popsány níže:

• Frekvence – Blízkostní efekt se zesiluje s rostoucí frekvencí.

• Průměr – Větší průměry vodičů vedou k výraznějšímu blízkostnímu efektu.

• Struktura – Tento efekt je v pevných vodičích významnější než v drátěných vodičích (např. ASCR). Drátěné vodiče mají menší efektivní povrch než pevné vodiče, což snižuje soustředění proudu.

• Materiál – Vodiče vyrobené z materiálů s vysokou ferromagnetickou složkou ukazují silnější blízkostní efekt na svých površích v důsledku interakcí magnetických polí.

Způsoby snížení blízkostního efektu

Jedním z efektivních způsobů, jak snížit blízkostní efekt, je použití ACSR (hliníkové vodiče s ocelovým posilováním). U ACSR vodiče:

• Ocel je umístěna v jádru pro poskytnutí mechanické pevnosti.

• Hliníkové dráty obklopují ocelové jádro a tvoří vnější vodivou vrstvu.

Tento design minimalizuje povrch expozovaný interakcím magnetických polí. V důsledku toho proud hlavně poteče skrz vnější hliníkové vrstvy, zatímco ocelové jádro nese minimální nebo žádný proud. Tato konfigurace výrazně snižuje blízkostní efekt v vodiči.