Hvad er nærhedseffekten?

Definition: Når ledere bærer høje alternerende spændinger, er strømmene ikke ensartet fordelt over lederens tværsnitsareal. Dette fænomen kaldes nærhedeffekten. Nærhedeffekten forårsager en stigning i lederens synlige resistens på grund af tilstedeværelsen af andre strøm-bærende ledere i nærheden.

Når to eller flere ledere er placeret tæt på hinanden, interagerer deres elektromagnetiske felter. Som resultat af denne interaktion bliver strømmen i hver leder omfordelt. Specifikt akkumuleres en højere strømtæthed i den del af ledertråden, der er længst fra den forstyrrende leder.

Hvis lederne bærer strøm i samme retning, udligner de magnetiske felter af de nærliggende halvdelen af lederne hinanden. Dermed flyder der ingen strøm gennem disse nærliggende halvdele af lederne, og strømmen koncentrerer sig i stedet i de fjernere halvdele.

Når lederne bærer strøm i modsat retning, forstærker de magnetiske felter i de nærliggende dele af lederne hinanden, hvilket fører til en højere strømtæthed i disse nærliggende regioner. Omvendt udligner de magnetiske felter i de fjernere halvdele af lederne hinanden, hvilket resulterer i minimal eller ingen strøm i disse fjernere områder. Derfor koncentreres strømmen i de nærliggende dele af lederne, mens de fjernere halvdele viser betydeligt reduceret strøm.

Hvis DC strøm går igennem en leder, er strømmen jævnt fordelt over lederens tværsnitsareal. Dermed opstår der ingen nærhedeffekt på lederens overflade.

Nærhedeffekten er kun betydelig for lederstørrelser større end 125 mm². For at tage højde for dette, skal korrektionsfaktorer anvendes.

Når man tager højde for nærhedeffekten, bliver lederens AC-resistens:

Betydninger:

• Rdc: Ukorrigerede DC-resistens for lederen.

• Ys: Overfladeeffekt-faktor (den fraktionelle stigning i resistens pga. overfladeeffekten).

• Yp: Nærhedeffekt-faktor (den fraktionelle stigning i resistens pga. nærhedeffekten).

• Re: Effektiv eller korrigerede ohmske resistens for lederen.

DC-resistensen Rdc kan findes i tabeller over strandede ledere.

Faktorer, der påvirker nærhedeffekten

Nærhedeffekten afhænger primært af faktorer som ledermaterial, diameter, frekvens og struktur. Disse faktorer er detaljeret nedenfor:

• Frekvens – Nærhedeffekten intensiveres, når frekvensen stiger.

• Diameter – Større lederdiametre fører til en mere udtalt nærhedeffekt.

• Struktur – Denne effekt er mere betydelig i solide ledere sammenlignet med strandede ledere (f.eks. ACSR). Strandede ledere har en mindre effektiv overfladeareal end solide ledere, hvilket reducerer strøm-koncentrationen.

• Material – Ledere lavet af højt ferromagnetisk materiale viser en stærkere nærhedeffekt på deres overflader på grund af magnetfeltinteraktioner.

Metoder til at mindske nærhedeffekten

En effektiv måde at reducere nærhedeffekten er ved at bruge ACSR (Aluminiumleder med stålforstærkning). I en ACSR-leder:

• Stål placeres i kernen for at give mekanisk styrke.

• Aluminiumstråder omgiver stålkerne, danner den ydre ledende lag.

Denne design minimerer den overflade, der er udsat for magnetfeltinteraktioner. Derfor flyder strømmen primært gennem de ydre aluminiumslag, mens stålkerne bærer meget lidt eller ingen strøm. Denne konfiguration reducerer betydeligt nærhedeffekten i lederen.